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采样思路
摄像头是采用隔行扫描的方式，奇场时只扫描画面的奇数线，偶场时只
扫描画面的偶数线。由表，所用摄像头每场信号的第23 行至第310 行为视
频信号，即摄像头每场会扫描产生288 行的视频信号，也就是说，摄像头在
纵向上有288 像素的分辨能力，这对于本智能车定位系统设计所需要有的图
像传感精度来说远远够用。为方便设计，我们忽略奇场和偶场在扫描位置上
的细微差别，认为奇、偶场的扫描位置相同。我们没必要对这288 行中的每
行视频信号都进行采样。否则，会增大S12 存储和数据处理的负担，甚至会
超出S12 的处理能力。再者，这样做是没必要的。事实上，我们的智能车定
位系统的图像传感系统在单一方向上只要有30 像素的分辨能力就足够用了。
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因此，我们只需对这288 行视频信号中的某些行进行采样就足够了。假设每
场采样27 行图像数据，我们可以均匀地采样288 行视频信号中的27 行，
例如采样其中的第14 行、第23 行、第32 行、……、第257 行、第266
行，即采样该场信号的第36 行、第45 行、第54 行、……、第279 行、
第288 行（每场开始的前22 行视频为场消隐信号）。结合图6.5 中的电路图，
当PM4 口的信号由高变低或由低变高时，表明新的一场到来了，由此时开
始对行同步信号重新计数。当IRQ 口每检测到一个上升沿，表明一个行同步
信号刚过去，让计数变量增1。当计数变量变为36 时，表明第36 行信号（即
第14 行视频信号）开始了，对此行信号进行采样，直到下一个行同步信号
到来为止。保持对每个行同步信号的计数，直到计数变量又增加9 个变为45
时，开始对到来的第45 行信号（即第23 行视频信号）进行采样，直到下一
个同步信号到来为止。如此下去，计数变量每增加7 个，就采样随后的一行
视频信号，直到采样完第288 行信号（即第266 行视频信号），然后就结束
了对该场信号的采样。具体的判断PM4 口信号（即奇-偶场信号）是否发生
变化的方法是：设置一个奇-偶场信号变量标志（简称奇偶标志），并约定，
当奇-偶场信号为高时，将奇偶标志置为1（表示“高”）；为低时则置为0（表
示“低”）。隔一定的时间来检测一次PM4 口的信号，若PM4 口的高低与奇
偶标志的“高”“低”属性不同，则表示PM4 口的信号发生了变化。每次检
测完，都将奇偶标志置为与PM4 口信号高低相对应的值。隔多长时间检测一
次PM4 口的信号可视摄像头信号处于场中的位置而定。如换场的发生刚过，
往下可只需关注对该场视频信号的采样，不必检测PM4 口的信号，因为只
要该场的视频信号没完全结束，下一场信号就肯定每到。当该场中的视频信
号全部结束，摄像头信号进入场消隐区时，可开始隔段时间检测一下PM4 口
的信号，所隔的时间要低于最短的行信号持续的时间（这样才可以确保当判
断出换场有发生时，不会错过新场中的任一个行同步信号）；甚至可以在估计
着该场快临近结束时采用等待查询的方式。如前面假设的例子，S12 是每9
第4 章 控制电路设计第2 章 赛车系统总体方案设计
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行视频信号才采样其中一行，因此在这每9 行中那8 行不需要采样的信号持
续的时间内，可让S12 处理别的任务，然后，隔段时间检侧一次PT 口有没
有接受过新的上升沿或下降沿（表明有新的行同步信号过去），并相应地给计
数变量增1。这样，既不影响摄像头视频采样，也不耽误智能车定位系统中
别的任务的执行。
4.2.7 采样效果
为了观察摄像头视频采样的效果，我们将S12 采样到的图像数据通过串
口线发送到PC 机上，通过采得的数据来分析采样效果是否满足要求。
单次AD 转换的时间=AD 时钟周期x14=（1/2Mhz）x14=7us。S12 的
AD 时钟是通过分频总线时钟得到的，两者间具体的关系如下
式（4-4） AD 时钟频率=总线时钟频率/2（AD 预分频系数+1）
因为每个视频信号行中都有一个行消隐区（见图4-2），该区持续的时间
约为行同步脉冲持续的时间，即4.7us，所以单个视频信号行中有效视频持续
的时间约为62-4.7=57.3us。在不超频情况下，AD 转换时间为7us，因此采
样单行视频信号的有效点数一般为[57.3/7]=8 个，也就是说此时的图像传感系
统的横向分辨能力为8 像素。从图显示的采样效果也可以看出横向的分辨能
力为8 像素。单一方向上8 个像素的分辨率不能满足本智能车定位系统对图
像传感精度的要求。此外，当所拍摄指引线距摄像头超过35cm 时，指引线
在拍摄画面上的宽度将会小于单行中相邻两采样点间的间隔，若指引线在画
面上的位置恰好位于相邻两采样点之间，图像采样模块就会漏检到该条指引
线。为了保证指引线在任何位置都不会被漏检，指引线距摄像头不能超过
35cm，也就是说该图像传感系统的有效探测距离只有35cm，这对本赛车系
统而言是不够的。
为了提高图像传感系统横向的分辨能力，只有提高S12 采样摄像头每行
视频信号的点数。而S12 每行的采样点数取决于AD 的转换时间（或转换速
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度），转换时间越短（转换速度越快），则S12 采样每行信号的点数也越多。
本节中提到过，AD 转换时间最短可设置成14 个AD 时钟周期，要进一步
降低AD 转换时间，只有降低AD 时钟周期，也就是说提高AD 时钟频率。
而AD 时钟频率可由公式4 得到。要进一步提高AD 时钟频率，只由提高
总线时钟频率。我们可以通过设置锁相环来提高总线时钟频率。将总线时钟
提高到40Mhz。AD 预分频系数依然取1，由前述公式4，AD 时钟频率
=10Mhz。此时，AD 转换时间=1/10Mhz x14=1.4us，故每行可采样点数约为
[57.3us/1.4us]=40。