Видеокамеры для компьютерного зрения

Рис. 1 Таким образом выглядит самая популярная видеокамера Китая для Arduino с сенсором-процессором DSP OV7670 от компании OmniVision

Качество компьютерного зрения во многом зависит от глаз, то есть от качества видеокамер системы компьютерного зрения. Качество же изображения получаемого с самой  видеокамеры в первую очередь зависит от светочувствительного сенсора (матрицы). Если матрица изначально выдает плохое изображение тем сложнее, а некоторых случаях не поможет никакая цифровая обработка, получить полезную нам видео информацию с такой матрицы  даже для воспроизведения для человеческого зрения, а для компьютерного зрения это дополнительные муки нашего творчества.

Так что, начиная строить компьютерное зрение нашего робота, начнем с подбора видеокамеры по критерию цена/качество.

В видео камерах применяются светочувствительные матрицы ПЗС, прибор с зарядовой связью но в силу высокой цены и медленной работе их  теснят на рынке матрицы  КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, англ. CMOS.

Основные характеристики матриц
Светочувствительность (более коротко — чувствительность), отношение сигнал-шум и физический размер пикселя однозначно взаимосвязаны (для матриц, созданных по одной и той же технологии). Чем больше физический размер пикселя, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности, или тем выше чувствительность при заданном соотношении сигнал-шум. Физический размер матрицы и её разрешение однозначно определяют размер пикселя. Размер пикселя напрямую определяет такую важную характеристику, как фотографическая широта.

В качестве  примера для изучения видеокамеры возьмем  дешёвый аналоговая VGA камеру модели OV7670 с максимальным разрешением 640х480 точек. передача изображения и управление камерой  с помощью шины SCCB (аналог I2C, IIC).

OV7670 —  0,3 — мегапиксельный датчик изображения
OV7670 — позволяет масштабировать изображения до точного размера ЖК-экрана телефона, устраняя необходимость в отдельном DSP-процессоре.
OV7670 — использует запатентованную OmniVision архитектуру датчика OmniPixel, которая значительно увеличивает отношение сигнал/шум и обеспечивает исключительную производительность при низком освещении.
Интерфейс OmniVision — SCCB  (совместим с I2C) и параллельный 8 линий
OV7670 — полно функциональная, выполненная на  одной микросхеме, VGA-камера с процессором обработки изображений в небольшом корпусе (3,8 мм х 4,2 мм), размер модуля камеры:  6 мм х 6 мм х 4,5 мм . Модуль выполняет видеосъемку  полнокадровые, субдискретизированные или оконные 8-битные изображения в широком диапазоне форматов, управляемые через интерфейс последовательной камеры (SCCB). Все необходимые функции обработки изображений, включая контроль экспозиции, гамма, баланс белого, насыщенность цвета, управление оттенком, отмена белого пиксела и подавление шума, программируются через интерфейс SCCB.

Основные характеристики

• Тип  VGA CMOS
• Размер пикселя 3,6 мкм
• Напряжение питания: 3,3 В
• Ток в активном режиме: 20 мА
• Ток в режиме сна: менее 20 мкА
• Уровень напряжения лог. 1 на контактах сигналов: в диапазоне 2,5 – 3 В
• Интерфейсы: SCCB (совместим с I2C) и параллельный 8 линий
• Разрешающая способность матрицы: 0,3 Мп
  • максимальная: 640 x 480 px
  • минимальная 40 x 30 px
• Развертка по строкам
• Поддерживается масштабирование изображения
• Форматы передачи цвета: RGB565, RGB555, RGB444, YUV/YCbCr 4:2:2, GRB 4:2:2, Raw RGB Data
• Количество кадров в секунду: до 30
• Рамер линзы: 1/6’’
• Угол обзора: 25°
• Отношение сигнал/шум: 46 дБ
• Динамический диапазон: 52 дБ
• Методы автокоррекции: AEC, AGC, AWB, ABF, ABLC
• Автокомпенсация помехи 50, 60 Гц
• Прогрессивная развертка
• Температура окружающего воздуха во время работы OV7670 300KP:
  • рекомендуемая: от 0 до 50 °С
  • предельная: от –30 до 70 °C
• Размер модуля: 35 х 34 x 26 мм
• Вес: 12 г

Способности

• Множество вариантов кодирования: YCbCr/ YUV 4:2:2, RGB555, RGB565, RGB444, GRB 4:2:2, Raw RGB Data.
• Допустимое разрешение сигнала 640×480 px (формат VGA), 352х240 рX (CIF), 320х240 рx (QVGA), 144х176 рx (QCIF). Минимальное разрешение 30х40 рx.
• Цифровое усиление чувствительности матрицы AGC. Благодаря нему можно сохранить качество изображения при съемке во время сумерек.
• Авторегулировка AWB (баланс белого цвета).
• Настройки  цветопередачи, яркости, контрастности и резкости, шумоподавление.
• Ручное масштабирование и обрезка кадра.
• Коррекция смещения центра линзы относительно центра матрицы.
• Автодетектор 50/60Гц пульсации света.
• Синхронизация со стробоскопом.

Схема и компоненты

Изображение объектов, находящихся перед объективом камеры для Arduino, фокусируется на поверхности микросхемы OV7670, расположенной на плате под объективом. Микросхема U1 преобразует фотоинформацию в цифровой вид и обеспечивает передачу данных по интерфейсу. Для питания микросхемы на плате смонтированы два интегральных стабилизатора напряжений 2,8 и 1,8 вольт. В схему устройства входит несколько пассивных компонентов, обеспечивающих работу стабилизаторов и светочувствительной микросхемы.

Даташит — OV7670_Datasheet_2006_clear.pdf
Аппноут — OV7670_AppNote_clear.pdf
Интерфейс — OV7670_SCCB_v2.2.pdf
Видеокамера с матрицей (сенсором) OV07725

Сенсор OV7725 — это высокопроизводительная 1/4-дюймовая, одночиповая VGA-камера и процессор изображений в небольшом корпусе.

Самодельная камера. Сенсор из оптической мыши . . .

Компьютерное зрение от OpenMV

Предыдущая запись

MicroPython — язык программирования для микроконтроллеров

Следующая запись