Sistem de Ghidare a Unui Vehicul cu Procesare Video

Cuprins

Prefață . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Capitolul 1. Generalități despre imagini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1 Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Definitia imaginii digitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2.1 Valori standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2.2 Parametrii video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3 Structura imaginii digitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4 Eșantionarea imaginii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.5 Perceperea imaginii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.5.1 Sensibilitatea la luminanță . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.5.2 Sensibilitatea la culoare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.5.3 Parametrii culorilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.6 Camerele de luat vederi și ochii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.7 Zgomotul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Capitolul 2. Achiziția imaginilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1 Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1.1 Pachetul de programe Achiziția Imaginilor . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.1.2 Numărul de frame-uri și viteza de procesare . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1.3 Procedura de bază pentru achiziționarea imaginilor . . . . . . . . 26

2.2 Conectarea MATLAB-ului cu dispozitivul de achiziție imagini . . . 31

2.2.1 Obținerea informațiilor hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.2.2 Creerea unui obiect de achiziție imagine . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.2.3 Configurarea proprietățiilor obiectului de achiziție imagini . . 37

2.2.4 Pornirea și oprirea unui obiect video de intrare . . . . . . . . . . . . 38

2.2.5 Salvarea și ștergerea unui obiect de achiziție imagini . . . . . . . 39

2.3 Achiziționarea datelor de imagine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.3.1 Fixarea valorilor proprietățiilor triggerului . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.3.2 Specificarea moduluiului de triggerare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.3.3 Controlul parametrilor de încărcare a datelor . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4 Preluarea dateleor de imagine achiziționate . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 44

3.4.1 Aducerea datelor de imagine în spațiul de lucru MATLAB . . . 45

3.4.2 Datele de imagine din spațiul de lucru al MATLAB-ului . . . . . 47

Capitolul 3. Prelucrarea imaginilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1 Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1.1 Pachetul de programe Prelucrarea Imaginilor . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1.2 Tipuri de date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.2 Tipuri de imagini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.1 Imagini de intensitate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.2 Imagini indexate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.2.3 Imagini RGB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.2.4 Imagini binare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.3 Sisteme de coordonate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.3.1 Coordonatele pixelilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.3.2 Coordonate spațiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Capitolul 4. Interfața externă. Portul serial I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1 Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1.1 Interfața MATLAB a portului serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1.2 Standardele interfeței portului serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.2 Portul serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.2.1 Comunicația serială . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.2.2 Conectarea a două dispozitive cu un cablu serial . . . . . . . . . . . . 58

4.2.3 Semnalele și distribuția pinilor portului serial . . . . . . . . . . . . . . 59

4.2.4 Formatul datelor seriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.3 Lucrul cu portul serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.3.1 Sesiunea portului serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.3.2 Configurarea și interogarea proprietățiilor . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.4 Creerea unui obiect port serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.4.1 Configurarea proprietățiilor în timpul creeri obiectului . . . . . . 70

4.4.2 Afișarea obiectului port serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.4.3 Creerea unui șir de obiecte port serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.5 Conectarea MATLAB-ului cu dispozitivului de comunicație serială . 71

4.6 Configurarea parametriilor comunicației . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.7 Scrierea și citirea datelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.7.1 Scrierea datelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.7.3 Citirea datelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.8 Deconectarea MATLAB-ului de la dispozitivul de comunicație serială 80

Capitolul 5. Microcontrolerul ATMEL 89C52 . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.1. Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.2 Caracteristicile microcontrolerului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

5.3 Schema bloc a microcontrolerului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.4 Descrierea semnalelor microcontrolerului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.5 Organizarea memoriei RAM interne a microcontrolerului . . . . . . . . . 87

5.6 Setul de regiștrii ai microcontrolerului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

5.7 Prezentarea circuitelor de I/O ale microcontrolerului . . . . . . . . . . . . 92

5.7.1 Canalele timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.7.2 Uniatea de comunicație serială de tip UART . . . . . . . . . . . . . . . 96

5.7.3 Unitatea de gestionare a întreruperilor microcontrolerului . . . . 99

5.8 Conectarea circuitelor de memorie la magistralele microcontrolerului 102

5.8.1. Conectarea memoriei de programe (memoria ROM) . . . . . . . . 102

5.8.2 Conectarea memoriei de date (memoria RAM) . . . . . . . . . . . . . 103

Capitolul 6. Prezentarea circuitelor utilizate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.1 Prezentarea circuitului de tip port paralel 82C55 . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.1.1 Semnficația pinilor circuitului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.1.2 Modurile de lucru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.1.3 Programarea circuitului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

6.2 Prezentarea circuitelor de memorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.2.1 Circuitul memorie de date 62C64 (RAM) . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.2.2 Circuitul memorie de programe 27C256 ( ROM ) . . . . . . . . . . 110

6.2.3 Circuitul de memorie 24C32 (EEPROM) . . . . . . . . . . . . . . . . 110

6.3 Modulul de afișaj alfanumeric LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

6.4 Prezentarea circuitului 74HCT573 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.5 Prezentarea circuitului MAX232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

6.6 Prezentarea circuitului LM7805 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.7 Prezentarea circuitelor auxiliare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

6.7.1 Prezentarea circuitului 74HCT138 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

6.7.2 Prezentarea circuitului 74HCT08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.7.3 Prezentarea circuitului 74HCT04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Capitolul 7. Proiectarea hardware a microsistemului . . . . . . . . . . . . 121

7.1 Proiectarea conectării microcontrolerului Atmel 89C52 . . . . . . . . . 121

7.2 Proiectarea conectării circuitelor de memorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

7.2.1 Proiectarea conectării memoriei ROM (27C256) . . . . . . . . . . . 123

7.2.1 Proiectarea conectării memoriei RAM (62C64) . . . . . . . . . . . . 124

7.3 Proiectarea conectării circuitului 82C55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

7.4 Proiectarea conectării circuitului LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

7.5 Proiectarea conectării circuitului MAX232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

7.6 Legătura dintre microsistem și blocul de relee . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Capitolul 8. Proiectarea aplicației software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.1 Obiectivele lucrari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.2 Funcționarea sistemului la nivel de schemă bloc . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.3 Algoritmul de procesare a imaginii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

8.4 Programarea microsistemului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

8.5 Concluzii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Anexa A

Program de procesare video în MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Anexa B

Programul suport al microsistemului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Prezentare power point