基于Arduino的OV7670相機模塊設計方案

在電子行業(yè)中，相機一直占據(jù)著主導地位，因為它用途廣泛，如訪客監(jiān)控系統(tǒng)、救援系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等?，F(xiàn)今，我們使用的相機非常智能，并具有早期相機中不存在的許多功能。現(xiàn)今的數(shù)碼相機不僅捕捉圖像，還能捕捉高清晰度畫面并分析他們看到的內(nèi)容。它廣泛用于機器人、人工智能、機器學習等。捕獲的幀使用人工智能和機器學習進行處理，然后用于許多應用，如車牌檢測、物體檢測、運動檢測、面部識別等。

在本篇文章中，我們將使用最廣泛使用的相機模塊OV7670與Arduino UNO進行連接。相機模塊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。相機模塊很難連接，因為它需要大量的引腳和雜亂的布線。當使用相機模塊時，走線變得非常重要，因為走線方式的選擇和走線的長度會顯著影響圖像質(zhì)量并且會帶來噪聲。

OV7670相機模塊工作在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。但在本文中，我們將在沒有使用FIFO的情況下抓取圖片。本問將提供簡單的步驟和簡化的編程，以便將OV7670與Arduino UNO進行連接。

需要的組件

● Arduino UNO開發(fā)

● OV7670相機模塊

● 電阻（10k和4.7k）

● 跳線

有關相機模塊OV7670的注意事項

OV7670相機模塊是一種FIFO相機模塊，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中以高達每秒30幀（fps）的速度運行。 OV7670包括

● 圖像傳感器陣列（約656 x 488像素）

● 時序發(fā)生器

● 模擬信號處理器

● A / D轉換器

● 測試模式生成器

● 數(shù)字信號處理器（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控制總線協(xié)議（SCCB）進行控制，SCCB是I2C協(xié)議的一種（SIOC、SIOD），最大時鐘頻率為400KHz。

相機協(xié)議帶有握手信號，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：像素時鐘輸出 - 自由運行時鐘。數(shù)據(jù)在上升沿有效

除此之外，它還有幾個信號，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)時鐘輸入

● Reset：復位信號

OV7670采用24MHz振蕩器提供時鐘。這使得像素時鐘（PCLK）輸出為24MHz。 FIFO提供3Mbps的視頻幀緩沖存儲器。測試圖案生成器具有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以測試相機模塊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。由于OV7670使用的是I2C接口，因此需要包含《util / twi.h》庫。該項目中使用的庫是ArduinoIDE的內(nèi)置庫。我們只需要包含庫來完成工作。

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

Setup（）包括圖像捕獲所需的所有初始設置。第一個函數(shù)是arduinoUnoInut（），它用于初始化Arduino Uno。首先它會禁用所有全局中斷并進行設置通信接口配置，例如PWM時鐘、中斷引腳選擇、預分頻器選擇添加奇偶校驗和停止位。

?arduinoUnoInut（）;

配置Arduino后，必須配置相機。要初始化相機，我們只能選擇更改寄存器值。寄存器值需要從默認值更改為自定義。還要根據(jù)我們使用的微控制器頻率添加所需的延遲時間。因為，低速微控制器具有較少的處理時間，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.

}

相機設置為拍攝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，因此寄存器值設置為輸出單色圖像。該函數(shù)設置寄存器列表中的寄存器值，該寄存器列表在程序中預定義。

setColor（）;

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

writeReg（0x11， 10）;

以下函數(shù)用于設置圖像分辨率大小。在這個項目中，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配置分為幾個部分。只是為了從攝像機獲取數(shù)據(jù)，I2C配置有啟動、讀取、寫入、設置地址等函數(shù)，這些函數(shù)在使用I2C協(xié)議時非常重要。

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簡單的GUI。該工具將捕獲base64編碼并對其進行解碼以形成圖像。只需按照以下簡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：單擊“Check”，找到您的Arduino COM端口

第3步：最后點擊“Start”按鈕開始連續(xù)讀取圖像。

第4步：只需點擊“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時的注意事項

● 盡量確保使用的導線或跳線越短越好

● 避免與Arduino或OV7670上的任何引腳接觸不良

● 連接時要小心，因為大量的布線會導致短路

● 如果UNO向GPIO提供5V輸出，請使用電平轉換器。

● 使用3.3V作為OV7670的輸入，超過此電壓可能會損壞OV7670模塊。

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