Структурная схема блока стереоизмерений
В результате аналитического исследования и теоретической проработки, опирающейся на существенный практический задел ЦНИИ РТК в данной области, была разработана структурная схема устройства включающая в себя телевизионные сенсоры, фирмы Omnivision(США), кристалл программируемой логики фирмы Altera (США), два кристалла оперативной памяти фирмыCypress(США) и микросхему контроллера CY7C68013Aшины USB фирмыCypress(США). Конструктив прибора будет представлять собой печатную плату с установленными на ней микросхемами и объективами.
Структурная схема устройства представлена на рисунке 17.
Рисунок 16 Структурная схема блока стереотелевизионных камер
В составе устройства выделим основные функциональные блоки:
КМОП сенсоры OV5610 разрешением 5 Мпикс, осуществляющие захват и оцифровку изображения и передачу данных на устройство обработки;
микросхема программируемой логики фирмы Altera(США) семейства CYCLONE III, реализующая основные функции обработки видеосигнала и передачи данных по различным каналам;
микросхемы оперативной памяти SDRAM для хранения промежуточных результатов вычислений;
контроллер шины USB;
преобразователи для формирования питающих напряжений.
Описание работы структурной схемы устройства
Цифровой видеосигнал формируемый КМОП матрицами поступает на вход микросхемы программируемой логики, где проходит предварительную обработку. В качестве алгоритмов предварительной обработки могут выступать различные фильтры и/или алгоритмы коррекции оптических искажений. Далее, данные поступают для непосредственной обработки базовыми алгоритмами – алгоритмом вычисления диспарантности или детекции направленного движения. Для хранения промежуточных массивов вычислений в устройстве применены микросхемы оперативной памяти выполненных по технологии SDRAM. После обработки данные могут передаваться по двум возможным каналам связи:
по шине USB версии 2.0, управляемой контроллером шины;
по каналу стандарта LVDS;
Особенности реализации алгоритмов обработки видеоданных будут рассмотрены ниже.
Разработка принципиальной схемы блока стереоизмерений
Описание принципиальной схемы представим в виде описания и назначения сигналов на управляющей микросхеме FPGA(см. приложение А)
Первая группа сигналов это шина передачи данных между датчиками изображения DA1,DA2 и управляющей микросхемой DD4,CMOS1_Y[9..0] иCMOS2_Y[9..0] – цифровые значения сигналов яркости и цвета,CMOS1_ ХХХХ иCMOS2_ХХХХ сигналы управления и синхронизации, задающие параметры накопления, экспозицию, частоту кадров и т.д,SDRAM1_ХXXXиSDRAM2_ХXXXопределены интерфейсом с микросхемами памяти типа SDRAM.CYPR_ ХXXXреализуют интерфейс с контроллеромUSB2.0 CY7C68013А.
Кроме того, на плате представлены сигналы стандарта LVDS для обеспечения высокоскоростного взаимодействия с периферией вне платы.
Конструктив блока стереоизмерений, объективы, элементная база коммуникационного устройства
Описание конструктивного решения налобного козырька
На основании полученного задания и анализа возможных способов применения устройства была предложена конструктивная схема, представляющая собой модульное устройство.
Комплекс приемо-считывающей аппаратуры визуального и звукового контроля предлагается размещать на голове над лобными дугами. С учетом приемлемых на настоящее время технологий компьютерный блок обработки сигналов находится отдельно от налобного комплекса в удобном для пользователя месте ношения.
Дизайн-разработка макета НАЛОБНОГО УСТРОЙСТВА (далее - НУ) начиналась при непосредственных консультациях с технологическим отделом НПО «СВЕТЛАНА».
Эскизы и макеты делались и доделывались с учетом перманентно поступающей информации о необходимых комплектующих.
Рассматривались варианты различной компоновки принципиальных элементов НУ. Изготавливались грубо-черновые рабочие макеты для целей возможного этапа отладки используемой в устройстве аппаратуры и макеты для эскизно-демонстрационных целей.
В принципе дизайн-концепция устройства строится на использовании образа, напоминающего некий козырек, но с полезной электронной начинкой. Образ козырька смягчает восприятие данного устройства как сугубо технократического и дает возможность использовать данное устройство в виде более естественного элемента гардероба. Причем возможное дальнейшее применение пластмасс различных цветовых оттенков и фактур позволит потенциальным потребителям сохранить и собственную индивидуальность.
Дизайн-концепция разработана в двух вариантах: для системы с двумя камерами и двумя сонарами (рисунок 18)
В целом габариты и конструктив устройства напрямую зависят от элементной базы и возможно иных способов применения данного устройства в условиях, к примеру, экстремальных ситуаций.
Рисунок 17 Конструктивное решение налобного козырька с двумя видеокамерами
Печатная плата устройства и схема расположения элементов будет представлена далее.