一种实现摄像头快速精准对心的工装系统设计

辽宁工业大学 田 鹏 唐阳山 夏道华



一种实现摄像头快速精准对心的工装系统设计

辽宁工业大学 田 鹏 唐阳山 夏道华

【摘要】传统的摄像头对心方法主要是通过硬件对心，即通过移动电路板的位置来调整集成在电路板上的视频传感器的中心位置，从而达到对心的效果。这种方法效率低下，而且容易在操作中引入误差，不适合在大批量生产中使用。提出了一套通过软件来实现摄像头的快速精准的对心工装系统设计方案。通过显示屏上图像中心和屏幕几何中心的偏差，用单片机控制IIC总线对视频传感器内的寄存器初值进行修改，重新烧录进FLASH，实现图像中心位置的调整。实验表明，通过这套工装系统进行对心整个过程只需8秒钟，相比硬件对心，更加快速，精确。

【关键词】摄像头对心；单片机；IIC；视频传感器；图像中心

1 引言

近年来，随着汽车主动安全技术的深入研究，相应的主动安全驾驶辅助产品也不断推陈出新，如倒车雷达、后视摄像倒车系统[1]、AVM全景泊车辅助系统[2]、道路偏离预警系统等。它们都为保障汽车安全驾驶起到不可忽视的作用。而大多数汽车驾驶辅助产品都以视频传感器作为捕获和接收外界信息的第一手媒介，所以摄像头各方面性能的重要性不言而喻。摄像头的对心精准度是评价摄像头性能好坏的重要指标。由于摄像头安装到车上的匹配误差和摄像头本身的一致性误差存在，会造成摄像头传感器芯片的中心与镜头光轴中心不一致，即使传感器芯片有一点偏差，通过镜头的放大作用在显示屏上的移动距离就会很大，这样就可能导致驾驶员观测到的距离和实际距离相差较大或车辅线的标识距离不准确，从而引起不必要的交通事故。为了解决这个问题，就需要在摄像头出厂时或画车辅线之前对图像中心进行校准。

传统的摄像头对心装置主要是通过移动电路板对板上的视频传感器进行微调来达到对心的目的。具体过程是通过电路板上对角的两个小螺丝初步固定住电路板，螺孔直径比螺丝直径稍大，可允许电路板在工装台座上进行上下左右小范围移动。电路板四周各有一个微调旋钮，通过旋转旋钮可对电路板进行上下左右调节，通过屏幕上显示的图像中标定板中心和屏幕几何中心的偏差来进行调节。达到最佳位置时，旋紧电路板上两对角螺丝，实现对心目的。这种硬件对心的方法工序复杂，效率低下，且容易引入误差，在量产阶段会带来很多麻烦。本文提出了一种软件对心的工装设计方案，可以有效提高摄像头对心效率和对心精度，具有很好的应用前景。

2 系统总体概述

该摄像头对心工装按功能分为三大部分，分别是对心部分、显示部分和控制部分，控制盒内的单片机通信模块和显示器通过线束和顶针与对心盒上的电路板相连。结构示意图如图（1）（2）（3）。

对心盒里有两个LED灯，关闭盒子盖时给盒子里面空间照明。待校准中心的摄像头安装在固定槽里，安放好后摄像头几何中心和标定板上的十字标记在一条直线上，用顶针沿滑轨压紧摄像头测试点给摄像头供电和联通IIC、视频信号，实现和显示器及控制板通信。顶针一共有8根，分别是电源线3根，接地1根，数据线1根，时钟1根，cvbs正和cvbs负2根。

图（1）对心盒

图（2）显示屏

图（3）控制盒

显示屏主要是显示视频传感器捕获到的对心盒盒内的画面，用来观察图像标记中心和屏幕几何中心的位置，指导操作者通过矩阵键盘做怎样的调节。

控制盒内是一块单片机和几个外围电路模块，将矩阵键盘外接到控制盒顶端。每个键盘对应不同的操作，用以驱动相应的控制模块实现摄像头的快速精准对心。如图（3）所示，各按键功能如下：

1.控制盒上电和断电；2.电源指示灯；3.烧录按键，将调整好的程序重新烧录到摄像头里的FLASH芯片。4、7、5、6.上下左右调节图像中心的位置,使图像中心与显示屏的几何中心重合；8.烧录失败指示灯（红灯持续闪烁）；9.烧录成功指示灯（绿灯）。

3 系统硬件设计

如图（4）框图所示，电源系统输入12V电压，经开关电源输出5V电压，给单片机供电。同时作为LDO的输入电压，输出2.8V，1.8V电压，为传感器供电。

MCU外围电路：晶振，复位电路，烧录电路，键盘，指示灯。

图（4）硬件功能框图

按下相应的方向键盘，拉低相应的MCU引脚电位，低电平有效，对MCU发出相应命令，通过IIC总线对视频传感器里面的配置文件进行修改，进而对图像中心进行相应的调整，观察显示器上图像中心和显示屏几何中心的偏差，通过4个方向键的配合动作，完成整个画面的对心调整。把配置好的二进制文件重新烧录进FLASH，绿灯亮则烧录成功，红灯持续闪烁（I/O口高低电平不断交替），则烧录失败，需重新配置。最终完成对心过程。

4 实验结果展示

如图（5）（6）所示，为硬件对心完成时的屏幕显示图像和硬件对心工装也叫机械对心工装的实物图。

图（5）硬件对心完成时的屏幕实物图

图（6）硬件对心工装（机械 对心工装）实物图

如图（7）到（10）所示，为软件对心工装实物图。图（7）为对心盒，图（8）为控制盒。图（9）为对心盒工作状态时盒内画面，图（10）为对心完成时屏幕显示“两心”重合画面。

图（7）对心盒实物图

图（8）控制盒实物图

图（9）工作状态时对心盒实物图

图（10）对心完成时屏幕显示图

用软件对心工装对心后，新建图层画出车辅线，如图（15）所示。车辅线由红、黄、绿三段线组成，红线表示离汽车后保险杆的地面距离为0.5米，黄线为1米，绿线为2米。经行车测试，符合产品规格书要求。

图（11）对心后车辅线测试效果图

通过软件和硬件对心工装相比，软件对心工装主要有以下几点优势：

（1）软件对心工装对心操作过程简单，自动化程度较高，对工人技能要求不高，适合量产时使用。

（2）软件对心工装整个对心过程只需8秒钟左右即可完成，而硬件对心工装则需要20秒左右才能完成，且需要操作人员具有娴熟的操作技术。可以很大程度上节约时间成本。

（3）从 图（5）和图（10）对比可知，利用软件对心工装对心后效果比硬件工装对心后效果要好。这是由于硬件对心中，旋紧螺丝的过程中导致视频传感器有轻微移动，所以对心完成后图像中心和屏幕几何中心有一些偏移。软件对心工装很好的屏蔽了这种误差的引入，对心后效果较好。

5 总结与展望

由软件控制来实现摄像头对心避免了在对心过程中反复移动电路板，避免不必要的误差引入，而且操作简单，对心迅速，在产品大批量生产时能节省大量人力和时间，优化了工艺流程。但是，并非所有视频传感器芯片都支持HCI[6]命令接口，当使用的视频传感器不支持HCI命令接口时，单片机就不能通过IIC总线来修改寄存器中配置文件的x，y值，也不能对FLASH进行擦除和重新烧录，只能通过调节电路板的几何位置来达到对心的目的。而随着视频传感器的需求越来越大，更多的芯片厂商应该会考虑到提供一个命令接口来满足日益增长的客户需求。用软件来实现摄像头快速精准对心的工装系统一定会有很好的应用前景。

参考文献

[1]陈烁华,冯桑.倒车辅助系统的技术发展[J].城市车辆,2009:36-38.

[2]操虹,卢荣胜,马程.基于ARM9的多路视频采集系统设计[J].现代显示,2009,100:42-45.

[3]李富红.高清贝尔图像实时采集系统[D].太原:太原理工大学,2009.

[4]张永亮.智能可是倒车系统设计[D].武汉:武汉科技大学,2008.

[5]MT9V129 Datasheet [EB/OL].2007.

[6]ASX340AT Host Command Interface Specification Datasheet[S][EB/OL].2011.

田鹏（1988-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要研究领域为交通安全技术。

唐阳山（1971-），男，山东青岛人，教授，硕士研究生导师，主要研究领域为汽车主动安全。

One kind of tooling system design for the camera fast and accurate on the heart

TIAN Peng，TANG Yang-shan，XIA Dao-hua
(Automobile and Traffic Engineering,Liaoning, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121000, China)

Abstract:Camera centers calibration is a very important link of the production of the series of astern camera, it changes the center of video sensor by moving the circuit board to get the efficiency ,but this way is not fit for mass production because of the low efficiency and easy to make errors. Putting forward a software of tooling system design for the camera fast and accurate on the heart.By the deviation of the image center and geometric center to control IIC bus to modify the primary data on register in the video sensor and write it again in flash to realize the adjust of image center. Experiments show that only eight seconds are needed to accurate the whole process by this system, it is more fast and accurate comparing to the accurate by hardware.

Keywords:camera centers calibration; single chip microcomputer; IIC BUS; video sensor; image center

作者简介：

基金项目：辽宁省高等学校优秀人才支持计划（LJQ2012058）。