小车路径自动识别系统是一种以单片机为核心、配有CCD图像传感器、后轮电机、前轮舵机、电池以及相应的驱动电路共同形成的智能车掌握系统，个中CCD图像传感器卖力扫描路径，它和单片机共同构成前端数据采集系统，这个数据采集过程是由图像同步旗子暗记掌握进行的，因此如何准确的得到这些同步旗子暗记尤为主要，由于同步旗子暗记准确才能担保采集到路径信息是同步的、可靠的。
LM1881便是这样一款专门提取同步旗子暗记的视频分离芯片，实验证明采取LM1881分离出的同步旗子暗记精确度非常高，它为后真个电机舵机器掌握供应担保。从而使小车能够自主识别路径，在带有玄色勾引线的白色跑道上快速而稳定的运行。
在电视系统中把视频旗子暗记（图像旗子暗记）、复条约步旗子暗记和复合消隐旗子暗记合在一起，形玉成电视旗子暗记，我国电视标准规定：每秒传送25幅图像，以隔行扫描办法重现图像，每场扫描312.5行，一幅图像分两场传送。行频为15625Hz，场频为50Hz，行扫描正程韶光为52μs，行逆程韶光为12μs，行周期为64μs；场扫描正程韶光为18.4ms，场逆程韶光为1.6ms，场周期为20ms。
习气上因此奇数场同步旗子暗记的前沿作为一桢的开始。电视机吸收到这个旗子暗记后，就准备由偶数场切换为奇数场，经由场同步分离电路的一段延迟，电子束便很快从屏幕的底部回扫到顶部，然后开始奇数场的正程扫描，但要到消隐旗子暗记结束后，从23行起屏幕才能显示图像，直到第309.5行涌现偶数场消隐旗子暗记，接着涌现前均衡脉冲，直到第312.5行涌现偶数场同步旗子暗记，奇数场才结束，偶数场开始。
电子束先迅速回扫到屏幕顶部中点，然后开始正程扫描，同理要到场消隐旗子暗记结束后的第335行才涌现偶数场的图像，直到第623行偶数场图像结束，第625行结束时，偶数场随着结束，完成了一桢。
LM1881简介1 LM1881特点与引脚图
LM1881是美国国家半导体公司生产的一款专门用于分离复合视频旗子暗记的同步视频分离芯片，它能够从标准PAL、NTSC、SECAM制式的视频旗子暗记中提取出行同步、场同步、奇/偶场等同步旗子暗记。在数据采集过程中可以根据这些同步旗子暗记来掌握视频旗子暗记的采集。
LM1881同其他分离芯片比较具有如下的特点：1）含互换身分的复合视频旗子暗记输入；2）输入阻抗大于10KΩ；3）花费电流小于10mA；4）行同步和场同步旗子暗记输出；5）奇/偶场旗子暗记输出；6）脉冲选通/后沿输出；7）行扫描频率可达150Hz；8）边沿触发场输出。
LM1881引脚连接图如图1所示。个中引脚2为摄像头的视频旗子暗记输入，引脚1为行同步旗子暗记输出，它是一小段低电平，表示一行旗子暗记的到来。利用此旗子暗记可以掌握行的采集。引脚3为场同步旗子暗记输出，场同步旗子暗记是换场的标志，通过检测该引脚来掌握场的采集。
引脚7为奇/偶场旗子暗记，当该引脚为低到高是为奇场旗子暗记的到来，为高到低时表示偶场旗子暗记的到来。引脚8为电源端，5到12V电源均可。本系统采取5V供电。引脚4为地。引脚5可以悬空。
图1 CCD引脚连接
2 CCD接口设计
CCD的事情事理：这里所说的CCD实际上是指镜头、CCD传感器芯片、外围电路组成的摄像头模块。它的全体的事情事理是[2]：镜头卖力图像行扫描，由CCD传感器芯片卖力将扫描到的灰度图像转换成电压，末了通过外围电路将该视频电压输出。
对付PAL制式的视频旗子暗记，扫描频率为50Hz，即每秒钟扫描输出50帧图像旗子暗记，分为奇、偶场。每场包括312.5行。这里的扫描是隔行扫描，同时在输出一行图像信息后会涌现一小段低脉冲，称为“行同步脉冲”，紧张作为换行的标志，即表示该脉冲过后输出的是新一行的视频电压旗子暗记，直到一场图像扫描完。
此时，会输出一段约为1.61毫秒的低脉冲，称为“场消隐”，在场消隐中有一个宽度最长（约为260微秒）的低脉冲，称为“场同步脉冲”，它是换场的标志，表示新的一场要开始了。“视频电压旗子暗记”和“行同步脉冲”如图2所示。“场消隐和场同步旗子暗记”如图3所示（个中场同步已经分离出来）。
图2 视频电压旗子暗记和行同步旗子暗记
图3 场消隐和场同步旗子暗记
数据采集电路设计：接口电路设计即是图像采集接口的设计。对摄像头扫描输出的视频旗子暗记进行采集，可以采取两种方法，一种是通过硬件二值化电路将视频旗子暗记直接变成数字旗子暗记然后送单片机的输入输出口。另一种方法是通过单片机的AD接口采集图像数据，其二值化通过软件实现。
不论哪一种方法都须要涉及视频旗子暗记的分离，即将视频旗子暗记中的同步旗子暗记分离出来，以掌握图像旗子暗记的采集。分离同步旗子暗记的方法有很多种，这里采取专门的同步视频分离芯片LM1881。紧张分离出行同步和奇、偶场同步旗子暗记。单片机通过这些同步旗子暗记去掌握图像的采集。
全体接口电路事理图如图4所示。CCD视频旗子暗记接LM1881的第2引脚（视频输入引脚），同时该视频旗子暗记直接去单片机的AD00引脚（AD0的最低通道）。通过单片机的该引脚来采集视频旗子暗记。
另一方面视频旗子暗记在LM1881的浸染下，将行同步旗子暗记分离出来，并通过1引脚输出到单片机的外中断引脚上，当该引脚涌现低电平时，将产生外部硬中断，在中断子程序中启动AD，以掌握行的采集。通过LM1881分离出的奇偶场同步旗子暗记，通过7引脚输出给单片机的通用I/O口，通过检测I/O口的变革，来掌握场的采集。
图4 CCD视频采集接口事理图
软件设计1 A/D时钟频率的确定
在图像采集中，考虑到图像数据量较大，故A/D的采样频率很主要，如果A/D采样频率过低，就会涌现黑线漏检征象，从而影响小车的运行效果。根据单片机在未超频状态下，系统总线频率为8MHz，而AD时钟频率是通过总线频率分频得到的。
A/D预分频系数最小为1，这样在系统默认情形下，A/D时钟频率最高为2MHz。采样一个点，最快须要14个时钟周期。而一行图像韶光去掉行消隐，有效韶光约为56s，这样一行只能采集8个点，这对付黑线宽只有25cm的赛道来说，黑线完备可能被漏检，这显然是弗成的。
故这里采取系统超频的方法办理，将系统超频至32M，从而AD最高时钟可达16M，这样一行可以最多采集70多个点。这样就完备可以知足哀求了。
2 图像采集事情过程
单片机的采集完备根据视频分离出的同步信息进行。真正的采集发生在单片机的外中断中，在中断做事子程序中启动A/D，完成一行的采集。全体过程为：系统初始化后，单片机检测奇偶场输入引脚，如果该引脚涌现电平变革，表明新的一场图像开始涌现。
由于场消隐跨接在上一场的结束和新一场的开始，故在新一场开始采集时需跳过该消隐区，可采取延长一段韶光或利用行计数器来跳过场消隐区。场消隐过后，当单片机的外中断引脚上涌现负脉冲时，单片机产生硬件中断，在中断做事子程序中启动A/D，即可完成一行视频的采集。
3 图像采集流程图
图像采集和数据处理流程图如图5所示。
图5 图像采集和数据处理流程图
一场图像有312.5行，如果每行都采集，实时性将会很差，由于图像采集是用在路径识别系统中的，故根据赛道的特点，只要能够判断黑线的位置、赛道的方向、曲率就可以了，故对付一场图像的纵向上只要10个点足够判断方向和曲率了，而对付黑线位置，须要更多的点才能准确的判断黑线位置，故横向须要采集的点较多。
综上剖析，一场采集15行，即每隔20行采集一行，每行采集50个点。这样完备可以实现系统哀求。在采集两行之间的空余韶光里，完成上一行数据的存储。在采集一场的过程当中还要完成采集数据的处理，只有这样系统才能知足实时性。
结束语本文就同步视频分离芯片LM1881在数据采集系统中运用展开剖析，谈论了如何利用LM1881设计图像采集系统，相对付其他方法，采取专门的视频分离芯片是系统电路更简洁，软件处理更方便。
（摘编自《电气技能》，原文标题为“基于视频分离芯片LM1881的图像采集系统设计”，作者为朱广。）
