果園四旋翼飛機監控圖像采集優化處理

方雅仟，馬 靜，鄒治風，齊明洋

（吉林農業科技學院，吉林吉林132101）

果園四旋翼飛機監控圖像采集優化處理

方雅仟，馬 靜，鄒治風，齊明洋*

（吉林農業科技學院，吉林吉林132101）

果園一般都地處偏僻，并且面積較大，容易受到動物的啃食以及不法分子的偷盜，人工巡查費時費力，果園四旋翼飛機能夠實現無人機自主探測與跟蹤，同時是研究無人機項目的重大課題。本文以四旋翼為開發平臺，RX23T-R5F523T5A為主控MCU，以集成FIFO模塊的OV7620攝像頭進行圖像采集，設計圖像采集系統，詳細介紹系統圖像采集方案和系統核心技術——圖像數據存儲，圖像數據處理，以及圖像處理涉及的BP神經網絡算法。

機器視覺；OV7620；AL422；圖像數據

隨著無人機廣泛應用于軍、工、農、商領域，無人機的自主飛行、定位、尋跡、跟蹤、避障等功能成為無人機研究者需要解決的技術難題。隨著對圖像采集技術與圖像顯示技術的研究，圖像采集系統與圖像顯示系統在各個領域中得到了廣泛運用，例如用于果園監控、地域勘測以及醫療遠程監控等方面、優化圖像采集與圖像數據分析技術對無人機勘測監控技術在未來科技領域擁有廣泛市場具有重要意義。本文以RX23TR5F523T5A單片機設計的圖像采集系統為例，對四旋翼圖像采集與數據處理技術進行詳細的分析與論述。

1 四旋翼圖像數據采集與存儲

1.1 圖像數據采集

OV7620是一款彩色COMS型攝像頭器件，單一型，小體積封裝，分辨率可達640×240，每秒傳輸速率最高可達30幀，自帶SCCB總線接口，具有自動增益、自動進行亮度和飽和度對比、自動控制白平衡等圖像處理功能，適用于各種場景。但是為了提高圖像質量，彌補醫療設備在醫學領域存在的不足，通過對圖案噪聲，托尼，浮散等方面的圖像數據處理，從而采集到更清楚的圖像信息。RX23T-R5F523T5A單片機內部的RAM處理器可以進行圖像信息的采集和圖像處理，使系統的穩定性相對提升，進而提高了數據傳輸的正確率。單片機內部的USB總線或雙端口RAM實現圖像采集信息和PC或MCU端口的通信連接，得到的圖像數據由PC或MCU端分析處理。同時使用OV7620模塊能夠有效的較少系統的外部硬件電路配置，將OV7620攝像頭自帶的功能引腳和數據處理端口和單片機進行信號的匹配，通過對軟件開發環境的程序編寫，達到對OV7620攝像頭模塊的控制效果。

1.2 圖像數據存儲

采用AL422芯片作為視頻緩沖器，其存儲容量為384k×8bit，存儲結構為先進先出，并且所有的尋址，刷新等操作都由集成在芯片內部的控制系統完成，由于目前一幀圖像包含640×480或720×480個字節，市面上很多視頻存儲器由于容量有限只能存儲一場圖像信息，無法存儲一幀圖像信息，AL422容量很大，可以存儲一幀圖像的完整信息。并且AL422芯片價格比較便宜，適合本圖像系統的圖像數據緩沖，故作為圖像信息存儲器，通過軟件編程的來控制AL422芯片，實現數據存儲。OV7620攝像頭與AL422BFIFO搭配使用具有以下優點：功耗低（5V供電，80mA電流，功耗低）。噪聲少（攝像頭數據自動存儲在FIFO芯片中，MCU主動去讀取，將不會因為MCU與攝像頭速度不同步而采集到無效數據）。可配置（用戶可以通過IO隨意配置攝像頭寄存器已達到自己的理想效果）。

2 圖像處理

圖像處理是指使用計算機對圖像進行分析的一門技術、計算機處理的圖像可分類為：二值化圖像、灰度圖像、索引像、RGB彩色圖像等。圖像處理一般使用的方法有：圖像變換、圖形編碼壓縮、圖形增強與復原、圖像分割、圖像描述、圖像分類等。

2.1 數據處理

為了得到高質量圖像并且滿足實時性要求，本文使用六十四位的單片機對攝像頭采集的信息進行處理。

當OV7620工作于主設備方式時，它的YUV通道將連續不斷地向總線上輸出數據。如果將OV7620的YUV通道直接接在LPC2210的DO～D15數據總線上，則會干擾數據總線，使LPC2210不能正常運行；如果使用74HC244等隔離，分時使用數據總線的方法，則會大大降低系統的運行速度，使得LPC2210不能及時取走總線上的數據，造成圖像數據不完整。由于LPC2210的數據總線寬度為32位，而Flash和SRAM僅占用了低16位數據線D0～D15，因此可以采用空閑的高16位數據線D16～D31設為GPIO，用于采集OV7620輸出的16位圖像數據。

為了能夠得到更加高質量的圖像，需要高位單片機來對攝像頭采集的信息進行處理，所以選R5F523T5A單片機作為系統主控，R5F523T5A單片機操作簡單，開發環境友好，且擁有大容量得到Flash存儲器，所以綜合各方面需求，故采集用R5F523T5A單片機作為本系統的主控芯片。

3 結語

綜上所述，通過對系統不斷測試與調試，最后能夠通過將OV7620攝像頭采集圖像通過TFT彩屏顯示出來，最后可以吧OV7650攝像頭模塊采集到的數據信息通過TFT顯示屏顯示出來進而為果園監控以及巡查方面提供幫助，并且總結以下幾點經驗：

首先要找到合適的攝像頭類型。因為攝像頭的種類不同就會有不同的環境來選擇，而且在功能和參數上存在差異性，所以一旦選擇的不合適就會對圖像數據的采集產生嚴重影響；對采集到的圖像數據進行存儲處理，然后對圖像采集的數據線進行存儲處理，這樣做既可以保存好采集的數據，也可以對大數據進行部分處理；如果想要獲得高質量圖像，就要加強處理圖像采集到的信息，從而提高圖像質量。

[1]杜軒,朱康,秦波.基于視覺的四旋翼飛行器智能識別規劃方法研究[J].三峽大學學報（自然科學版）,2017,39(02):93-97.

[2]湯博麟.基于圖像處理的四旋翼自動著陸控制系統研究[D].大連理工大學,2015.

[3]艾虎.基于計算機視覺的人工神經網絡和圖像處理技術的牛肉大理石花紋自動分級研究[D].四川農業大學,2009.

吉林省大學生創新創業資助項目（編號：2017035）

TP391.41

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.22.064

方雅仟，在讀本科生，研究方向：智能控制與制造。

齊明洋，碩士，助教，研究方向：新能源與智能控制技術。