Utilisation d'une caméra avec un microcontrôleur
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Les différentes caméras
On peut distinguer (au moins) deux catégories de caméras en fonction de leur signal de sortie :
- Les caméras à sortie vidéo analogique (PAL, SECAM, etc.),
- Les caméras à sortie numérique non USB
- Les caméras à sortie USB
Il existe bien sûr d'autres critères de classific))]]ation tels le type de capteur (CCD, CMOS, etc.), par exemple.
Caméra à sortie vidéo
Il s'agit de caméras dont la sortie est un signal vidéo composite (PAL, NTSC, SECAM) que l'on peut directement connecter à un écran, un magnétoscope ou tout autre équipement disposant de ce type d'entrée.
Ce sont les caméras les moins onéreuses puisqu'on en trouve à moins de 10€ sur ebay. Voici, par exemple, celle que j'utilise :
<<photo à joindre>>
Le signal vidéo en sortie de ces caméras a la forme suivante :
<<A compléter.>>
La mise en oeuvre d'une telle caméra avec un microcontrôleur nécessite :
- l'extraction des signaux de début de ligne, début d'image ;
- une conversion analogique numérique suffisamment rapide (elle déterminera la résolution)
- un espace mémorie suffisamment grand pour stocker une image.
L'extraction des signaux de synchronisation peut se faire facilement grace au circuit [LM1881]qui fournit, à partir d'un signal vidéo, les signaux de synchronisation horizontal, vertical et de parité de ligne (entrelacement).
Ces signaux peuvent alors être utilisés par le microcontrôleur pour démarrer une séquence d'échantillonnage. La limite du procédé est évidemment liée à la vitesse du convertisseur analogique / numérique utilisé.
Voir la section concernant la connection de ce type de caméra sur un Atmega32 pour plus d'informations.
Caméra à sortie numérique non USB
Il s'agit de caméra dont la sortie est une image codée sous forme numérique. On trouve de telles caméras pour une dizaine d'euros.
Voici, par exemple, celle que j'utilise (composant OV7670]] d'Omnivision placé sur une break-out board) ; il s'agit d'une caméra VGA (640x480 pixels).
Cette caméra dispose propose un nombre important de fonctions accessibles via un bus compatible I2C (SCCB). L'image, quant à elle, n'est pas accessible sur le port I2C : elle est transmise de façon autonome sur un bus parallèle rapide auquel il conviendra de connecter soit un microprocesseur suffisamment rapide pour acquérir les données, soit une mémoire intermédiaire.
C'est cette dernière solution que nous allons mettre en oeuvre. La mémoire intermédiaire est une mémoire FIFO rapide à deux ports de 3Mbits, la [AL422B] produite par Avermedia.
Dans cette configuration, la séquence d'opération est la suivante :
- le microcontôleur configure la caméra par le biais du bus I2C ;
- la caméra effectue l'acquisition vidéo et stocke l'image dans la FIFO ;
- le microcontrôleur attend la fin de la transmission (au moyen du bus I2C) :
- le microcontrôleur récupère l'image dans la FIFO.
La caméra fournit les signaux nécessaires au pilotage direct de la FIFO :
- un signal d'horloge (XCLK)
- un signal de synchronisation horizontal (HREF)
- un signal de synchronisation vertical (VREF)
- un bus de données de largeur 8 bits (D0 à D7)
La FIFO dispose quant à elle des signaux suivants (en entrée):
- Un bus de données de largeur 8 bits
- Un signal d'horloge en écriture (WCK). Si l'écriture est autorisée (signal WE actif), la donnée présente sur le bus est stockée en mémoire et le compteur interne (qui fournit l'adresse) est incrémenté. Le compteur peut être réinitialisé à zéro en activant le signal WRST (Write reset).
La connexion de la caméra à la mémoire consiste simplement à :
- connecter les deux bus de données
- réaliser un ET logique entre le signal d'horloge et le signal HREF et connecter la sortie du ET à l'entrée WCK de la FIFO.
Voici le chronogramme d'accès en écriture de la FIFO :
Et voici le chronogramme de production des données par la caméra :
Dans cette configuration, les données produites par la caméras sont stockées "automatiquement" dans la FIFO.
Le schéma est donné ci-après:
Caméra à sortie numérique USB
Il s'agit de ce que l'on a coutume d'appeler "WebCam". Il s'agit en vérité d'une caméra à sortie numérique CCD ou CMOS (surtout) à laquelle est associé un composant d'interface USB.
Expérimentations
Connexion d'une caméra analogique à un ATMEGA / PIC
Le principe général est le suivant :
- L'extraction des signaux de synchronisation est réalisé par le composant LM<<A compléter>>.
- Les signaux de synchronisation sont délivrés au microcontrôleur qui les utilise pour démarrer une séquence de conversions analogique vers numérique
- Le délai minimum entre deux échantillonnages détermine la résolution de la caméra. Dans le cas où ce délai est trop important, on peut jouer sur le décalage initial entre l'occurrence de l'événement "début de ligne" et le premier échantillon pour améliorer la résolution spatiale. Ceci se fait naturellement aux dépens de la résolution temporelle puisqu'il faudra échantillonner plusieurs fois une même ligne n pour obtenir une résolution suffisante sur cette ligne.
A compléter
Connexion d'une caméra numérique à un Cortex M3
La caméra utilisée est un modèle OV7670 d'Omnivision. La FIFO est le modèle AL422B d'Avermedia qui intègre gentillement de la DRAM avec sa logique de rafraîchissement. (J'aurais probablement pu utiliser une mémoire plus classique, type DRAM voire SDRAM, mais c'est plus lourd. A voir... )
A compléter
Connexion d'une WebCam à un Cortex M3
En cours d'investigation : ceci requiert la présence d'un host USB, ce qui nécessite une prise en compte matérielle.
A compléter
