Vytvořil: Martin Kráčala, 17.1.2015

• Připojte modul kamery OV7670 s FIFO bufferem AL422 ke vhodnému Freedom boardu.
• Vytvořte firmware pro sejmutí snímku z kamery, vyřešte jeho přenos do PC a následné zobrazení.
• Využijte prostředí KDS nebo mbed.

Tento projekt se zabývá využitím CMOS kamerového modulu OV7670 firmy OmniVision s FIFO bufferem AL422 ve spojení s mikrokontroléry s architekturou ARM. Projekt byl realizován na platformě FRDM-KL25Z od firmy Freescale s mikroprocesorem ARM Cortex-M0+ ve vývojovém prostředí mbed. Obrazová data jsou KL25Z postupně vyčítána z FIFO bufferu a posílána sériovou komunikací do PC. V rámci tohoto projektu byla dále vytvořena aplikace v prostředí MATLAB, která umožňuje připojení k sériovému portu a zpracování přijímaných obrazových dat.

Projekt je založen na „ultra-low-cost“ vývojové desce FRDM-KL25Z firmy Freescale s mikroprocesorem ARM® Cortex™-M0+. Základní charakteristiky desky KL25Z jsou následující:

• Jádro ARM® Cortex™-M0+: 48MHz, 16KB RAM, 128KB FLASH,
• USB (Host/Device), USB sériový port,
• rozhraní SPI, I2C, UART,
• dotykový senzor,
• MMA8451Q - 3-osý akcelerometr,
• RGB led,
• GPIO a další I/O rozhraní.

Použitou periferií pro snímání obrazu je modul kamery OV7670 firmy OmniVision s integrovaným FIFO bufferem AL422, konkrétně se jedná o verzi CF76700-V3. Tato kamera je vybavena CMOS senzorem schopným zaznamenávat snímky s rozlišením VGA (640×480, 0.3 Mpx) při obnovovací frekvenci až 30 fps společně s dalšími periferiemi zajišťujícími obrazové předzpracování a externí konektivitu. Kamera díky vnitřnímu zpracování obrazu podporuje VGA i CIF rozlišení a jejich podvzorkované varianty.

Výstupem senzoru je 8-bitová datová sběrnice přenášející následující obrazové formáty:

• YUV/YCbCr 4:2:2
• RGB565/555/444
• GRB 4:2:2
• Raw RGB

Kamera je taktována oscilátorem s frekvencí 24 MHz. Ovládá se prostřednictvím SCCB sběrnice. Jedná se o I2C rozhraní s maximální hodinovou frekvencí 400 kHz, v projektu je použito 100 kHz.

Celý firmware byl tvořen SDK mbed.org. Projekt se do značné míry inspiruje pracemi OV7670 Camera (by Martin Smith) a OV7670 Camera + mbed LPC1768 over USB od (by Edoardo De Marchi) včetně v obou případech použité knihovny ov7670. Kromě ní bylo využito ještě knihovny BufferedSerial, rozšiřující možnosti běžného Serial interface definovaného v knihovně mbed o softwarový TX a RX buffer.

int main()
{
    // set high baud rate
    pc.baud(BAUDRATE);                     
 
    // send hello message via Serial-USB
    pc.printf("Starting FRDM-KL25Z...\r\n");
 
    // reset camera on power up
    camera.Reset() ;
 
    while (true)
    {
        // Look if things are in the Rx-buffer...
        if(pc.readable())
        {
            int i = 0;
            // if so, load them into buffer_in
            while(pc.readable())
            {
                buffer_in[i++] = pc.getc();
            }
            // compare buffer_in with defined commands, execute
            cmd();
        }
        ledG = LED_OFF;
        wait_ms(DELAY_MS);
        ledG = LED_ON;
    }
}

Na následujících snímcích je předvedena kvalita snímků při různých světelných podmínkách a různých formátech snímání. Pro praktické využití je největší překážkou obtížně nastavitelné zaostření, které je vysoce citlivé a lze jej hledat pouze metodou pokud-omyl. V případě snímání na stálou vzdálenost ale prokazuje kamera poměrně vysokou kvalitu snímků, dostatečnou pro širokou nabídku praktických uplatnění.

Následující video dokazuje funkčnost projektu. Je spuštěna aplikace v MATLABu, provedeno připojení k sériovému portu, zachycení a přenesení několika snímků s různým nastavením.