基于Arduino的OV7670相機(jī)模塊設(shè)計(jì)方案

在電子行業(yè)中，相機(jī)一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，因?yàn)樗猛緩V泛，如訪客監(jiān)控系統(tǒng)、救援系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。現(xiàn)今，我們使用的相機(jī)非常智能，并具有早期相機(jī)中不存在的許多功能?，F(xiàn)今的數(shù)碼相機(jī)不僅捕捉圖像，還能捕捉高清晰度畫面并分析他們看到的內(nèi)容。它廣泛用于機(jī)器人、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等。捕獲的幀使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行處理，然后用于許多應(yīng)用，如車牌檢測(cè)、物體檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、面部識(shí)別等。

在本篇文章中，我們將使用最廣泛使用的相機(jī)模塊OV7670與Arduino UNO進(jìn)行連接。相機(jī)模塊OV7670也可以Arduino Mega開發(fā)板連接，具有相同的引腳配置、代碼和步驟。相機(jī)模塊很難連接，因?yàn)樗枰罅康囊_和雜亂的布線。當(dāng)使用相機(jī)模塊時(shí)，走線變得非常重要，因?yàn)樽呔€方式的選擇和走線的長(zhǎng)度會(huì)顯著影響圖像質(zhì)量并且會(huì)帶來(lái)噪聲。

OV7670相機(jī)模塊工作在3.3V，因此必須要注意，Arduino在其輸出GPIO引腳上提供5V輸出。 OV7670是一款FIFO相機(jī)。但在本文中，我們將在沒(méi)有使用FIFO的情況下抓取圖片。本問(wèn)將提供簡(jiǎn)單的步驟和簡(jiǎn)化的編程，以便將OV7670與Arduino UNO進(jìn)行連接。

需要的組件

● Arduino UNO開發(fā)

● OV7670相機(jī)模塊

● 電阻（10k和4.7k）

● 跳線

有關(guān)相機(jī)模塊OV7670的注意事項(xiàng)

OV7670相機(jī)模塊是一種FIFO相機(jī)模塊，可從不同制造商處獲得，具有不同的引腳配置。 OV7670提供各種格式的全幀窗口8位圖像。圖像陣列能夠在VGA中以高達(dá)每秒30幀（fps）的速度運(yùn)行。 OV7670包括

● 圖像傳感器陣列（約656 x 488像素）

● 時(shí)序發(fā)生器

● 模擬信號(hào)處理器

● A / D轉(zhuǎn)換器

● 測(cè)試模式生成器

● 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）

● 圖像縮放器

● 數(shù)字視頻端口

● LED和頻閃閃光控制輸出

OV7670圖像傳感器使用串行攝像機(jī)控制總線協(xié)議（SCCB）進(jìn)行控制，SCCB是I2C協(xié)議的一種（SIOC、SIOD），最大時(shí)鐘頻率為400KHz。

相機(jī)協(xié)議帶有握手信號(hào)，例如：

● VSYNC：垂直同步輸出 - 幀期間低電平

● HREF：水平參考 - 行的有效像素期間為高電平

● PCLK：像素時(shí)鐘輸出 - 自由運(yùn)行時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在上升沿有效

除此之外，它還有幾個(gè)信號(hào)，如

● D0-D7：8位YUV / RGB視頻分量數(shù)字輸出

● PWDN：掉電模式選擇 - 正常模式和掉電模式

● XCLK：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

● Reset：復(fù)位信號(hào)

OV7670采用24MHz振蕩器提供時(shí)鐘。這使得像素時(shí)鐘（PCLK）輸出為24MHz。 FIFO提供3Mbps的視頻幀緩沖存儲(chǔ)器。測(cè)試圖案生成器具有8條彩條圖案、淡灰色條紋圖案?，F(xiàn)在讓我們開始編程Arduino UNO以測(cè)試相機(jī)模塊OV7670，并使用串行端口讀取器抓取幀。

電路原理圖

編程Arduino UNO開發(fā)板

首先包含OV7670所需的庫(kù)。由于OV7670使用的是I2C接口，因此需要包含《util / twi.h》庫(kù)。該項(xiàng)目中使用的庫(kù)是ArduinoIDE的內(nèi)置庫(kù)。我們只需要包含庫(kù)來(lái)完成工作。

在此之后，需要針對(duì)OV7670修改寄存器。該程序分成幾個(gè)部分進(jìn)行講解，以便能夠更好地理解。

Setup（）包括圖像捕獲所需的所有初始設(shè)置。第一個(gè)函數(shù)是arduinoUnoInut（），它用于初始化Arduino Uno。首先它會(huì)禁用所有全局中斷并進(jìn)行設(shè)置通信接口配置，例如PWM時(shí)鐘、中斷引腳選擇、預(yù)分頻器選擇添加奇偶校驗(yàn)和停止位。

?arduinoUnoInut（）;

配置Arduino后，必須配置相機(jī)。要初始化相機(jī)，我們只能選擇更改寄存器值。寄存器值需要從默認(rèn)值更改為自定義。還要根據(jù)我們使用的微控制器頻率添加所需的延遲時(shí)間。因?yàn)?，低速微控制器具有較少的處理時(shí)間，以及捕獲幀之間更多的延遲。

void camInit（void）{

writeReg（0x12， 0x80）;

_delay_ms（100）;

wrSensorRegs8_8（ov7670_default_regs）;

writeReg（REG_COM10， 32）;//PCLK does not toggle on HBLANK.

}

相機(jī)設(shè)置為拍攝QVGA圖像，因此需要選擇分辨率。以下函數(shù)用于配置寄存器以獲取QVGA圖像。

setResolution（）;

在本文中，圖像以單色拍攝，因此寄存器值設(shè)置為輸出單色圖像。該函數(shù)設(shè)置寄存器列表中的寄存器值，該寄存器列表在程序中預(yù)定義。

setColor（）;

以下函數(shù)用于寫入寄存器，將十六進(jìn)制值寫入寄存器。如果你得到了擾亂的圖像，那么試著改變第二個(gè)參數(shù)，即10到9/11/12。但大多數(shù)時(shí)候這個(gè)值工作正常，所以不需要改變它。

writeReg（0x11， 10）;

以下函數(shù)用于設(shè)置圖像分辨率大小。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們拍攝的照片尺寸為320 x 240像素。

captureImg（320， 240）;

除此之外，代碼還將I2C配置分為幾個(gè)部分。只是為了從攝像機(jī)獲取數(shù)據(jù)，I2C配置有啟動(dòng)、讀取、寫入、設(shè)置地址等函數(shù)，這些函數(shù)在使用I2C協(xié)議時(shí)非常重要。

如何使用串行端口讀取器讀取圖像

串行端口讀取器是一個(gè)簡(jiǎn)單的GUI。該工具將捕獲base64編碼并對(duì)其進(jìn)行解碼以形成圖像。只需按照以下簡(jiǎn)單步驟即可使用串行端口讀取器

第1步：將Arduino開發(fā)板連接到PC的任何USB端口

第2步：?jiǎn)螕簟癈heck”，找到您的Arduino COM端口

第3步：最后點(diǎn)擊“Start”按鈕開始連續(xù)讀取圖像。

第4步：只需點(diǎn)擊“Save Picture”即可保存這些圖片。

以下是從OV7670拍攝的圖像示例

使用OV7670時(shí)的注意事項(xiàng)

● 盡量確保使用的導(dǎo)線或跳線越短越好

● 避免與Arduino或OV7670上的任何引腳接觸不良

● 連接時(shí)要小心，因?yàn)榇罅康牟季€會(huì)導(dǎo)致短路

● 如果UNO向GPIO提供5V輸出，請(qǐng)使用電平轉(zhuǎn)換器。

● 使用3.3V作為OV7670的輸入，超過(guò)此電壓可能會(huì)損壞OV7670模塊。

本文主要是為了簡(jiǎn)單介紹如何基于Arduino使用相機(jī)模塊。由于Arduino的內(nèi)存較小，因此處理可能不如預(yù)期。您可以使用具有更多內(nèi)存的不同控制器進(jìn)行處理。
編輯：hfy