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水表號碼讀取系統的設計與實現

作者:admin 时间:2019-03-28 05:29 来源:未知
1 系统总体设计 系统采用Omnivision公司的CMOS数字图像传感器OV7620采集水表盘字轮号码图像,并选用TI公司的TMS320VC5416芯片对采集到的水表号码进行识别处理,最终将识别后的水表号码图像...

1 系统总体设计
系統采用Omnivision公司的CMOS數字圖像傳感器OV7620采集水表盤字輪號碼圖像,並選用TI公司的TMS320VC5416芯片對采集到的水表號碼進行識別處理,最終將識別後的水表號碼圖像在LCD上顯示,即在硬件采集器中完成圖像識別。
水表盤字輪號碼讀取的研究分爲三大部分:水表盤號碼采集模塊、水表盤號碼圖像處理識別模塊及水表盤號碼顯示模塊。本系統工作過程是圖像傳感器經過DSP初始化之後,將輸入的模擬視頻信號經過必要的預處理,輸出標准的數字視頻信號,同時産生場同步信號、行同步信號和像素時鍾信號等。系統初始化後,采用查詢同步信號的方式將數字圖像保存到數據存儲器中。通過數字圖像傳感器OV7620采集水表盤字輪號碼,然後在以DSP芯片爲主的硬件電路中進行識別處理。最終通過LCD直觀地顯示出水表號碼。同時可采用並口方式將原始圖像傳到計算機中,作爲識別後的圖像的參考。圖1爲水表盤字輪號碼讀取系統的原理框圖。
2 系统实现
首先将数字传感器OV7620的摄像头安装在字轮盘垂直上方,将采集到的号码图像存储在DSP内部的RAM中,然后利用DSP的BOOTLOAD功能将号码识别程序下载到DSP内部高速的RAM中,并利用采集图像的回扫时间识别水表号码,最终在LCD上 显示识别后的号码图像。
2.1 图像采集模块
OV7620屬于電平觸發,當DSP上電時設置爲高,BOOTLOADER結束時/OVCE有效。系統加電複位後,先由DSP的HPI口産生IIC總線信號來對OV7620工作寄存器進行初始化,然後OV7620即可開始按要求輸出圖像信號,包括行同步信號HRE
  F、場同步信號VSYN
  C、像素時鍾信號PCLK和數字圖像信號。本系統數據輸出只采集OV7620低8位亮度數據,目的是減少數據的處理量。
本系统采用SCCB编程模式完成对OV7620的初始化,即将DSP的HPI口设置为GPIO口来模拟SCCB总线协议,将HPI中的HD2连接SIO_D,HD3连接SIO_C,通过软件编程模拟SCCB总线协议。重庆水表厂水表是计量用水量的一种仪表设备,以前的机械水表存在计量不准确、误差大等特点,给水表抄写人员带来了一定的困难,甚至还有些人利用机械水表的漏洞进行偷水,或者让水表不走动。重庆水表厂多年致力于水表的研发制造与销售,对于预付费水表有着丰富的在线高清理伦片经验,从根本上确保预付费水表的品质。主要在线高清理伦片在线高清理伦片有:智能IC卡水表,智能遠傳水表、物联网水表、阶梯水价水表,防滴漏水表,大口径智能水表等多种在线高清理伦片。配置的具体方法是在写寄存器过程中先发送OV7620的ID在线高清理伦片,然后发送写数据的目地寄存器在线高清理伦片,接着是要写的数据,从而实现采集过程起始点的精确控制。
兩線SCCB功能框圖如圖2所示。
本系統采用VSYNC的上升沿表示一幀新的圖像的到來,水平同步信號href高時開始有效數據采集,用PCLK上升沿的到來表明數據的産生,且每來一個上升沿系統就傳輸一位數據,在href爲高期間系統共傳輸640位數據。也就是說:在一幀圖像中,即VSYNC爲高電平期間,href會出現480次高電平。而下一個VSYNC信號上升沿到來則表明分辨率640×480的圖像采集過程的結束。各個同步信號的極性選擇通過設置OV7620對應的寄存器完成。
2.2 图像处理模块
2.2.1 硬件
映射存储器的配置受到5416外部管脚MP/MC以及处理器模式状态寄存器PMST的控制,因此水文所采用的方案足MP/MC=0且OVLY=1的情况。其中OVLY为16位寄存器PMST的第5位,当5416上电硬复位且MP/MC=0时,片上物理ROM会映射程序存储器的FF00~FFFF在线高清理伦片范围内,芯片自动调用片上ROM中固化的Boot loader程序。在MP/MC=0,OVLY=1模式下,实际能访问的存储区是很有限的,5416的ROM区基本上保留给DSP芯片本身,DARAM区同时被映射到程序映射存储区和数据映射存储区上相同的在线高清理伦片范围上。本系统在软件方面所需的存储空间中水表号码图大约占8KB,程序约4KB。鉴于5416的片上资源和本系统的需要,外扩了一个FLASH。
FLASH39VF400的16值數據線與DSP5416的16位數據線對應相連,並將它的片選和讀寫信號與DSP的對應信號相連,以此實現BOOTLOADER功能。根據DSP系統程序加載的特點,將FLASH在线高清理伦片爲0x8000~0xFFFF的存儲區在程序下載的過程中映射到DSP的數據空間。
2.2.2 硬件电路中的软件设计
本系統將采用DSP所兼容的C語言進行系統的軟什開發,包括對信號處理芯片DSP及數字傳感器OV7620的初始化等沒計,並用TI公司的開發工具CC-Studio完成系統的軟件調試工作。本系統在調試過程中將根據采集到圖像的實際情況來調整軟件程序。水表號碼識別的難點在于字輪進位不完整時的識別處理,與平面識別數字的區別在于字輪上數字是在翻動的,因此幾個碼盤進位一半時容易出錯。住識別過程中,有時在視窗中出現的數字可能是半個或是三分之一等情況,這種狀態下,識別原則爲:一個視窗中出現兩個數字,如出現的數字平面大于二分之一,則識別爲該數字;如兩數字均爲二分之一時要根據用戶的具體要求來確定以上面的還是以下面的數字爲准。由于實際采集到的圖像與傳統的攝像機拍到的號碼圖像在清晰度上又有差別,增加了識別的難度,因此在識別前的預處理很重要,如去掉白色噪聲點。由于本文采集的圖像是針對灰度圖的,所以在二值化處理中根據灰度直方圖選取阈值,有利于提高水表號碼的識別率。
2.3 号码显示模块
VC5416只有两个通用I/O口,即BIO和XF。本系统对主机通信并行接口HPI和多路缓冲串行接口 McBSP进行配置用作通用I/O,即本系统的数据采集和数据输出都是利用I/O口实现的。在显示部分,将DSP的多路缓冲串口改为通用I/O 口,设计了一种低功耗的液晶显示电路,并编辑了液晶驱动程序。
本系統采用金鵬電子公司生産的3.3V電源的OCM12232-4點陣型液晶顯示模塊,橫向有122個點,縱向有32點。它可以顯示兩行16×16的點陣字符,可同時顯示中文字符和英文字母。
由于該點陣型液晶不帶字庫,故先編寫0~9的字庫實現了字符的顯示。且對OCM12232內部兩個控制器SED1520進行寫命令或數據的操作,住驅動程序部分設定了顯示起始位置、上下行、字符寬度等參量。
3 试验结果
采集圖像的條件:OV7620的開窗爲200×40mm,光源爲普通的白熾燈。
圖3的結果發現在5cm左右的物距下采集到的號碼圖像很模糊且只能采集到2~3個號碼,同時發現OV7620采集圖像不是沿垂直方向采集,而是傾斜一定角度采集的。
圖4根據圖3的情況,適當調整了鏡頭焦距及水表和鏡頭之間的物距,並調整了光源的亮度。這樣采集到的圖像較前次清晰且可采集到3~4個號碼。
圖5所采集到的圖像有光斑,其原因是水表盤表面的突起引起的,因此光源的照射位置對采集到圖像的質量有很大的影響。
以上試驗結果表明,明亮、穩定、均勻的光源很重要,這樣才能將被測物與背景明顯地區分開來。更重要的是適當調整焦距,圖5是在適當的焦距和光源亮度下得到的結果。
本文成功地完成了用CMOS圖像傳感器OV7620采集水表盤字輪號碼。實驗結果表明采集到的號碼圖像達到了預期的效果。本系統將進一步完善識別顯示程序並完成系統的最終目標——在硬件采集器中完成號碼圖像的識別顯示。該設計將加快自動抄表的進程,從而克服手工抄表的種種弊端。本設計也適用于其他號碼圖像的采集識別。

 

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