CN105898122B - 一种光电感知系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电感知系统，包括感知模块和测试模块，感知模块包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一图像传感器、第二图像传感器、单片机和电源，测试模块包括微处理器和电源模块；第一光学镜头与第一图像传感器连接，第二光学镜头与第二图像传感器连接，两个图像传感器分别通过SCCB接口与单片机连接，分别通过MIPI接口与微处理器连接，电源模块与电源连接，电源与两个图像传感器、单片机连接。本发明的有益效果：感知模块空间尺寸不大40×40×15mm，并有较佳的成像质量；可实现外触发和内触发方式进行图像传输；实现三种不同格式的图像帧频与分辨率输出，并能输出彩色图像数据；采用SCCB接口及MIPI接口，便于与其他数字设备进行通讯与连接。

Description

一种光电感知系统

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种可用于仿生眼的光电感知系统。

背景技术

人类对外界环境的感知80％来自于视觉，是否具有先进的视觉系统已成为判断机器人智能水平的重要标志。感知系统的任务是获取外部环境和自身状态信息，它是人类感觉器官的延伸。感知传感器基于眼睛与大脑生理学，可以很方便的与电子设备集成一体，向机器人提供先进的视觉感知系统。通过对视觉的感知，获得目标的颜色(色调、亮度、饱和度)，运动(方向、速度)，结构(边缘导向、方向、弯曲率)。光电综合技术因其具有分辨率高、图像信息丰富、信息容量大等优点，可被应用在仿生技术领域。

当前，在现有的仿生技术领域的光电感知系统中，存在如下问题：

1、对于仿生眼一般只采用一个镜头，无法实现两个图像传感器的输出；

2、图像传感器一般采用CCD传感器，不仅功耗高，且空间尺寸过大，无法实现不同图像帧频与分辨率输出；

3、图像传感器与其他数字设备进行通讯和连接的方式比较复杂；

4、图像传输的触发方式单一。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于仿生眼的光电感知系统，用以解决背景技术中提出的问题。

本发明提供了一种光电感知系统，其特征在于，包括感知模块和测试模块，所述感知模块包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一图像传感器、第二图像传感器、单片机和电源，所述测试模块包括微处理器和电源模块；

其中，

所述第一光学镜头与所述第一图像传感器连接，所述第一光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过所述第一图像传感器采集接收；

所述第二光学镜头与所述第二图像传感器连接，所述第二光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过所述第二图像传感器采集接收；

所述第一图像传感器、所述第二图像传感器分别通过SCCB接口与所述单片机连接，所述单片机通过所述SCCB接口对所述第一图像传感器、所述第二图像传感器进行寄存器参数配置，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器采集到的图像信息通过MIPI协议输出；

所述第一图像传感器、所述第二图像传感器分别通过MIPI接口与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述MIPI接口对所述第一图像传感器、所述第二图像传感器采集到的图像信息进行数据的解析和处理；

所述电源模块与所述电源连接，所述电源模块为所述电源供电，所述电源与所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述单片机连接，所述电源为所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述单片机供电；

所述感知模块与所述测试模块之间设有帧场同步控制线，所述测试模块提供同步触发信号，其中，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器上设有FSIN/VSYNC同步接口，所述单片机上设有同步电路，所述微处理器提供同步触发信号，并通过所述MIPI接口将同步触发信号传输至所述单片机，所述单片机通过所述同步接口实现所述第一图像传感器和所述第二图像传感器的信号同步输出，所述微处理器将同步输出的图像信号进行解析和处理。

作为本发明进一步的改进，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器均采用OV6211 CMOS图像传感器。

作为本发明进一步的改进，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器采用外触发或内触发方式进行图像传输。

作为本发明进一步的改进，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器输出的图像帧频与分辨率为400*400*120fps、200*200*220fps、100*100*380fps三种格式。

作为本发明进一步的改进，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器采用MIPI数据传输协议进行传输，传输最大带宽可以达到600Mbps。

作为本发明进一步的改进，所述第一光学镜头为长焦距摄像头、所述第二光学镜头为短焦距摄像头。

作为本发明进一步的改进，所述第一光学镜头的焦距为5-10mm，所述第二光学镜头的焦距为1-2mm。

作为本发明进一步的改进，所述微处理器采用ARM。

作为本发明进一步的改进，所述微处理器上设有MIPI接口。

作为本发明进一步的改进，所述感知模块的空间尺寸不大于40×40×15mm。

本发明的有益效果为：

1、通过OV6211 CMOS的选型，可保证感知模块空间尺寸不大40×40×15mm，并保证较佳的成像质量；

2、通过触发电路的设置，可实现外触发和内触发方式进行图像传输；

3、可实现不同的图像帧频与分辨率的视频图像输出要求，支持400*400*120fps、200*200*220fps、100*100*380fps三种格式，并能输出彩色图像数据；

4、采用SCCB串行总线的控制接口以及MIPI数据接口，便于与其他数字设备进行通讯与连接。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种光电感知系统的结构示意图；

图2为OV6211芯片的典型电路连接图；

图3为第一图像传感器和第二图像传感器的传输格式。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例的一种光电感知系统，包括感知模块和测试模块，感知模块包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一图像传感器、第二图像传感器、单片机和电源，测试模块包括微处理器和电源模块。

其中，

第一光学镜头与第一图像传感器连接，第一光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过第一图像传感器采集接收。

第二光学镜头与第二图像传感器连接，第二光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过第二图像传感器采集接收。

第一图像传感器、第二图像传感器分别通过SCCB接口与单片机连接，单片机通过SCCB接口对第一图像传感器、第二图像传感器进行寄存器参数配置，第一图像传感器、第二图像传感器采集到的图像信息通过MIPI协议输出。

第一图像传感器、第二图像传感器分别通过MIPI接口与微处理器连接，微处理器通过MIPI接口对第一图像传感器、第二图像传感器采集到的图像信息进行数据的解析和处理。

电源模块与电源连接，电源模块为电源供电，电源与第一图像传感器、第二图像传感器、单片机连接，电源为第一图像传感器、第二图像传感器、单片机供电。

感知模块与测试模块之间设有帧场同步控制线，测试模块提供同步触发信号，其中，第一图像传感器、第二图像传感器上设有FSIN/VSYNC同步接口，单片机上设有同步电路，微处理器提供同步触发信号，并通过MIPI接口将同步触发信号传输至单片机，单片机通过同步接口实现第一图像传感器和第二图像传感器的信号同步输出，微处理器将同步输出的图像信号进行解析和处理。

第一光学镜头和第二光学镜头分别安装在第一光学传感器和第二光学传感器上，分别选用长焦距和短焦距的镜头，其中，长焦距为5-10mm，短焦距为1-2mm。

第一图像传感器和第二图像传感器用于实现第一光学镜头和第二光学镜头的图像采集和数字图像输出的功能，作为本系统的输入，在图像传感器选型时，需要考虑以下两点：

图像传感器的体积与外围电路的复杂程度都应较小，以满足技术指标中对于空间尺寸的要求。

图像传感器的控制和信号接口应方便与其他数字芯片直接连接，通过数字电平或协议实现控制与输出。

基于以上两点的需求，选取OV6211 CMOS图像传感器作为图像采集传感器，其特性与主要参数如表1。

表1 OV6211CMOS图像传感器的特性和主要参数

相比于CCD图像传感器而言，OV6211 CMOS图像传感器具有功耗低、质量轻、尺寸小的特点。同时，OV6211 CMOS图像传感器具有较大的动态响应范围并且内置高分辨率ADC，可以提供较佳的成像质量。最终可实现较小的空间尺寸。

进一步的，为了实现不同帧频和分辨率的视频图像输出要求，需要通过SCCB总线对OV6211 CMOS图像传感器进行相应的寄存器参数配置。可以实现图像帧频与分辨率为400*400*120fps、200*200*220fps、100*100*380fps三种格式的输出要求，最后将图像信号以MIPI接口协议输出，以用于后续处理。

在对于单个OV6211 CMOS图像传感器进行外围电路设计时，采用OV6211芯片的参考典型电路连接，如图2所示。再加入输出接口和有源晶振，即可实现单个OV6211 CMOS图像传感器的正常工作。两个OV6211 CMOS图像传感器同时进行工作时，还需根据内外触发要求设计相应的触发电路。对于OV6211 CMOS图像传感器而言，内外触发方式的不同主要是通过其FSIN/VSYNC同步接口来实现。当该引脚作为FSIN使用时，其作为外部同步触发输入引脚，OV6211芯片工作在帧曝光模式下，用于帧场同步信号的输入；当该引脚作为VSYNC使用时，其作为内部同步信号输出引脚，OV6211芯片工作在自动曝光模式下，用于输出帧场的同步信号。

第一图像传感器和第二图像传感器均采用MIPI数据传输协议进行传输，传输最大带宽可以达到600Mbps。第一图像传感器和第二图像传感器的传输格式如图3所示。

测试模块中的微传感器采用ARM，在进行测试时，只需要按照图3中的时序对数据进行解码即可获得两个图像传感器的像素输出数据。同时为了更好的实现数据的解析和处理，ARM上具有MIPI通用标准移动接口。

进一步的，可根据实际传输距离增加MIPI驱动器实现长距离传输，满足相关体积和尺寸的要求，保证感知模块的空间尺寸不大于40×40×15mm，包含第一光学镜头和第二光学镜头。

本系统的工作原理为：PIC单片机通过SCCB接口实现图像传感器增益、曝光时间等参数的寄存器的初始化配置。两个OV6211 CMOS图像传感器的图像数据通过MIPI协议输出，通过测试模块中ARM的两个MIPI硬件接口实现对图像数据的采集和处理。如果系统工作在外触发模式下，只需要在感知模块和测试模块之间，增加帧场同步控制线，由测试模块提供同步触发信号即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电感知系统，其特征在于，包括感知模块和测试模块，所述感知模块包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一图像传感器、第二图像传感器、单片机和电源，所述测试模块包括微处理器和电源模块；

其中，

所述第一光学镜头与所述第一图像传感器连接，所述第一光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过所述第一图像传感器采集接收；

所述第二光学镜头与所述第二图像传感器连接，所述第二光学镜头获取图像的光学信号信息，并通过所述第二图像传感器采集接收；

所述第一图像传感器、所述第二图像传感器分别通过SCCB接口与所述单片机连接，所述单片机通过所述SCCB接口对所述第一图像传感器、所述第二图像传感器进行寄存器参数配置，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器采集到的图像信息通过MIPI协议输出；

所述第一图像传感器、所述第二图像传感器分别通过MIPI接口与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述MIPI接口对所述第一图像传感器、所述第二图像传感器采集到的图像信息进行数据的解析和处理；

所述电源模块与所述电源连接，所述电源模块为所述电源供电，所述电源与所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述单片机连接，所述电源为所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述单片机供电；

所述感知模块与所述测试模块之间设有帧场同步控制线，所述测试模块提供同步触发信号，其中，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器上设有FSIN/VSYNC同步接口，所述单片机上设有同步电路，所述微处理器提供同步触发信号，并通过所述MIPI接口将同步触发信号传输至所述单片机，所述单片机通过所述同步接口实现所述第一图像传感器和所述第二图像传感器的信号同步输出，所述微处理器将同步输出的图像信号进行解析和处理。

2.根据权利要求1所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一图像传感器、所述第二图像传感器均采用OV6211CMOS图像传感器。

3.根据权利要求2所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器采用外触发或内触发方式进行图像传输；

内触发和外触发方式通过所述第一图像传感器和所述第二图像传感器上的FSIN/VSYNC同步接口来实现，当为FSIN时，其作为外部同步触发输入引脚，OV6211工作在帧曝光模式下，用于输入帧场的同步信号；当为VSYNC时，其作为内部同步信号输出引脚，OV6211工作在自动曝光模式下，用于输出帧场的同步信号。

4.根据权利要求2所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器输出的图像帧频与分辨率为400*400*120fps、200*200*220fps、100*100*380fps三种格式。

5.根据权利要求2所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器采用MIPI数据传输协议进行传输，传输最大带宽可以达到600Mbps。

6.根据权利要求1所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一光学镜头为长焦距摄像头、所述第二光学镜头为短焦距摄像头。

7.根据权利要求6所述的光电感知系统，其特征在于，所述第一光学镜头的焦距为5-10mm，所述第二光学镜头的焦距为1-2mm。

8.根据权利要求1所述的光电感知系统，其特征在于，所述微处理器采用ARM。

9.根据权利要求1所述的光电感知系统，其特征在于，所述微处理器上设有MIPI接口。

10.根据权利要求1所述的光电感知系统，其特征在于，所述感知模块的空间尺寸不大于40×40×15mm。