視覚センサーのページ

概要

このページでは、Ｗ６の視覚センサーについて説明します。

人工網膜ＬＳＩ（M64282FP）

１．はじめに

一般的なビデオカメラの出力信号は（日本とアメリカでは）ＮＴＳＣという規格の 信号です。この信号は変化が早いので、マイコンへの信号取り込みには、 Ｈ８／３０４８Ｆ内蔵のＡ／Ｄコンバーター等と比較して 高速なＡ／Ｄコンバーターが必要になります。また、「同期信号」や 「各色の信号」が合成されているので、ちょっと扱いが難しいです。 （あくまで私の立場でですが・・・）

以上の困難を避けて通れること、および接続と入手が容易（だった）こと の２点を重視して搭載しました。 この素子に関しては、サンプル出荷が始まったときから注目はしていたのですが、 入手の目処がたたず しばらく忘れていました。そんな時（２００１年前半）、ネットで携帯ゲーム機として有名な 「ゲームボーイ」の 拡張機器として販売されていた「ゲームボーイポケットカメラ」を分解すれば とれることを知り、コレを利用しました。

こちら↓のVictor Kempさんのサイトを参考にさせていただきました。

http://geocities.com/vjkemp/gbcam.htm （ホームページ）


(ちなみに、日本語で解説しているサイトは見つけられませんでした。)

２．素子の概要

先ず素子の概要から行きますと、「人工網膜ＬＳＩ」とは 撮像センサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）と信号処理 回路が１チップにまとめたＬＳＩです。信号処理機能としては輪郭強調、輪郭抽出、 ネガポジ切替などの機能があり、処理のすんだ形で画像信号が出てきます。
電源は５Ｖ単一で、インターフェイスは制御がＴＴＬレベルに近いデジタルで （2.2VでHigh、0.8VでLow）画像の出力信号はアナログです。

出力画像は白黒で、解像度は１２８×１２８ピクセルです。撮影モードによっては 縦方向の解像度が１２１や１２３ピクセル等と少なくなります。

３．結線の方法

ＧＢＣＡＭ側の数字はゲームボーイポケットカメラの基板に印刷されている コネクターのピン番号です。


（ＬＳＩのマニュアルではＶＣＣはＶＤＤという表記となっています。）


取付状態

４．制御ソフト

PC用のソフトとH8用のソフトがあります。H8のプログラムが人工網膜LSIとの インターフェイスを担当し、PC用のソフトが画像の認識などを担当します。
書きかけのソフトですが、コレはコレで参考になることもあるかと思いますので 公開します。
(PCのパラレルポート経由でデータを受けるソフトは、汎用性が無いと 思いますので、ここでの公開は見送ります。サーボコントローラー７と２Ｌ１ｖ５の 方で公開の予定です。)

• 概要
  Ｃ言語で書かれた、クロック同期式のシリアル通信のプログラムです。 リセットの後、素子内部のレジスタに露出時間や撮影モードなどのデータを ロードします。あとはクロックに合わせて露出時間と、データ出力時間が続きます。

• 開発環境
  VC++v6の開発環境を使ってコンパイルが通ることを確認した後、H8用の クロスコンパイラでH8用のコードにコンパイルする手法をとっています。 クロスコンパイラは、秋月のキットと一緒に売っているＣコンパイラを使っています。 H8の内蔵ＲＯＭにはモニタをインストールし、制御ソフトは内蔵ＲＡＭに転送して 実行しています。 本ソフトの見所としては、M64282FPの初期化部分が参考になるかと思います。

• 問題点
  １ピクセルを256諧調の明るさ変化で表すとすれば、約１６ｋバイトの記憶 エリアが必要となりますので、内蔵ＲＡＭの容量では保持できません。そこで、、 保持できるところまで情報を捨てる（圧縮する）、素子から読んだデータを 読み出しながらＰＣに送る、キットにＲＡＭを増設する等の手段が必要に なろうかと思います。

  このサンプルプログラムでは、「ＰＣに送る」を採用しています。

  gbcam0.lzh
  

• 概要
  ベーシックで書かれた、画像処理用のソフトです。 人工網膜ＬＳＩから来た8bit幅の データを、一度下の画面コピーのような、テキスト形式で書いたファイルに落とします。 次にそのファイルを読み出して、画面に画像として表示します。 データの並び順は、H8のボードから受け取ったままです。

  

• 開発環境
  Microsoft Visual Basic Var.6(Learning Edition)を使用しています。
  vb_gbcam0.lzh
  

下の写真の様なロボットと撮影対象の位置関係になっています。


左下が１２８×１２８ドット、右下が８×８ドットで取り込んだイメージです。 １２８の解像度ではＨ８／３０４８Ｆの内蔵ＲＡＭにイメージを保持しきれませんが、 ８ならば保持できますので、内蔵ＲＯＭにモニタをセットした状態で多少遊べそうです。 撮影時間は、夜の部屋の天井灯の明かりで撮影した場合に１．２フレーム／秒 程度になっています。現状では、人の感覚で「動いている」と感じられるような対象は 上手く写りません。



素子に与えるクロックの周波数は、データシートでは500kHzで１０〜３０ｆｐｓの撮影が 出来ると書いてありますが、データ読み出しの途中で変えさえしなければ、もっと低い周波数 でも撮影できます。（例えば2kHzくらい）ただ、周波数が低いと、晴天の野外の明るさでは 十分露出を少なくできないため、露出オーバーとなり上手く写りませんでした。
16MhzのH8/3048Fの制限として、A/D変換の時間が１３４ステートｍａｘのため、 特別な工夫無しに使えるクロックの上限は100KHz程度と思われます。

また、１フレームの間にクロックの周波数が変わると、上の左の画像のように、画面のエリアに 不自然な明るさの変化が出ます。