Видеокамеры для компьютерного зрения

 

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

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 самый дешёвый вариант видеокамеры с матрицей — процессором OV7670 от компании OmniVision:

OV7670 — 1,3-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
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.

Назначение выводов модуля VGA камеры OV7670
Название вывода Тип Назначение
3V3 питание Вход питания, 3,3 вольта
GND общий провод Корпус
SIO_C вход Линия тактового сигнала интерфейса SCCB управления камерой
SIO_D вход-выход Линия данных интерфейса SCCB управления камерой
VSYNC выход Вертикальная синхронизация (для строк)
HREF выход Горизонтальная синхронизация (для колонок)
PCLK выход Пиксельная синхронизация (тактовый сигнал передачи байта из параллельного порта D0–D7)
XCLK вход Внешнее тактирование
D7–D0 выходы Параллельный видеовыход
RESET вход Сброс (лог. 0)
PWDN вход Включение (лог. 0) и выключение (лог. 1) камеры

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.

Спецификация детали
модификация OV07725-V28A OV07725-G00A
пакет СНТ COB
Технологии OmniPixel®2 OmniPixel®2
Интерфейс SCCB SCCB
Тип затвора Рулонный затвор Рулонный затвор
разрешение VGA VGA
CFA (Chroma) RGB Bayer RGB Bayer
Аналоговый / цифровой цифровой цифровой
Требования к питанию Активен: 120 мВт
Режим ожидания: <20 мкА
Активен: 120 мВт
Режим ожидания: <20 мкА
Выходной формат RAW
RGB
RAW
RGB
Рабочая Температура TBD TBD
Оптический формат 1/4″ 1/4″
Частота кадров Full @ 60 fps Full @ 60 fps
Размер пикселя 6,0 мкм 6,0 мкм
Область изображения 3984 х 2952 мкм 3984 х 2952 мкм
Размеры упаковки 5345 x 5265 мкм 5360 x 5260 мкм
Руководство по продукту PDF PDF

Самодельная камера. Часть 1 — Фоторезисторы . . .
Самодельная камера. Часть 2 — Сенсор из оптической мыши . . .
Самодельная камера. Часть 3 — Модуль видеокамеры OV7670 . . .

Купить сенсоры . . .

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

8 + 3 =

© 2018 Журнал научно-технического творчества педагогов и школьников "Главный конструктор"