图像采集卡的概念及作用原理

　　图像采集卡，也称为图像卡，将相机的图像和视频信号以帧的形式发送到计算机的存储器和VGA帧存储器，用于计算机处理、存储、显示和传输；在机器视觉系统中，处理器使用图像卡收集的图像来确定工件是否合格、运动物体的运动偏差、缺陷的位置等。

（图像采集卡）

　　一、基本概念

　　1.框架抓取器

　　图像采集卡是图像采集部分和处理部分之间的接口。在采样和量化之后将图像转换为数字图像，并将其输入和存储到帧存储器中的过程称为采集和数字化。

　　2.A/D转换

　　视频量化处理是指将摄像机输出的模拟视频信号转换为PC识别的数字信号的过程，即A/D转换。视频信号的量化是图像采集和处理的重要组成部分。

　　3.传输通道数量

　　采集卡可以同时对多个摄像头进行A/D转换。例如，2个通道和4个通道。

　　4.决议

　　采集卡可以支持的最大栅格反映了其分辨率性能。也就是说，它可以支持的相机的最大分辨率。

　　5.采样频率

　　采样频率反映采集卡处理图像的速度和能力。在高速图像采集过程中，需要注意采集卡的采样频率是否符合要求。

　　6.传输速率

　　它是指图像从采集卡到存储器的速度。通用PCI接口的理论传输速度为132MB/S。PCI-E和PCI-X是高速总线接口。

　　7.图像格式（像素格式）

　　（1）黑白图像：通常，图像灰度级可分为256级，即8位。当对图像灰度级有更精确的要求时，可以用10位、12位等表示。

　　（2）彩色图像：彩色图像可以由RGB（YUV）三种颜色组成，根据不同的亮度级别有8-8-8、10-10等格式。

　　8.颜色空间

　　对颜色进行编码的方法统称为“颜色空间”或“色彩空间”。

　　--RGB（16位/24位/32位）

　　--YUV（YCbCr）

　　--其他（HSV、CMYK、数码相机自定义格式等）

　　--Alpha通道

　　9.框架和场地

　　--标准模拟视频信号是隔行扫描信号，一帧分为两个场

　　--偶数字段包含所有偶数行（0,2，…）

　　--奇数字段包含所有奇数行（1,3，…）

　　--采集和传输过程中使用的是字段，而不是帧

　　--一帧图像的两个场之间存在时间差

　　二、原理

　　采集：在采样和量化后，将视频/图像转换成数字图像，并将其输入和存储到帧存储器中的过程。由于图像信号的传输要求较高的传输速度，通用传输接口无法满足要求，因此需要图像采集卡。

　　图像采集卡的信号采集过程

　　从视频源获得的信号通过视频接口发送到视频采集卡。信号首先经过模数转换，然后发送到数字解码器进行解码。ADC实际上是一个视频解码器。可以看出，它对来自视频源的视频信号进行解码和数字化。此外，可以通过使用不同的颜色空间来选择不同的视频输入解码器芯片。

　　视频采集是通过处理将视频源的模拟信号转换为数字信息，并将数字信息存储在计算机硬盘上的过程。这种模数转换通过视频采集卡上的采集芯片进行。通常，在采集过程中，数字信息也以某种形式实时压缩。

　　当图像采集卡的信号输入速率高时，需要考虑图像采集卡和图像处理系统之间的带宽。在使用PC时，使用PCI接口的图像采集卡的理论带宽峰值为132MB/S。

　　1.视野（FOV）或场景是摄像机和光学系统“看到”的真实世界的特定部分。

　　2.CCD芯片将光能转换为电能。

　　3.摄像机以模拟信号的格式将该信息输出到图像采集卡。

　　4.AD转换器将模拟信号转换为8位（或多位）数字信号。每个像素以灰度级的形式独立地表示光强度。

　　5.这些光强度值从CCD芯片的矩阵存储在存储器的矩阵数据结构中。

　　灰度-像素光强度信息的表示。灰度值是真实世界图像量化的表示方法。通常，灰度值从最暗到最白为0-255。光线进入CCD像素。如果光强度达到CCD传感的极限，则该像素为纯白色。内存中像素的灰度值为255。如果没有光进入CCD像素，则像素为纯黑色。对应于存储器中像素的灰度值为0。

　　3、可采集视频信号

　　·模拟视频和数字视频；

　　·标准视频和非标准视频信号；

　　·交错和逐行扫描模式；

　　·黑白和彩色摄像机输出；

　　·复合和各种分量彩色视频信号

　　4、图像采集卡分类

　　根据视频信号源的不同，图像采集卡可分为数字采集卡（使用数字接口）和模拟采集卡。

　　根据安装链接方式，图像采集卡可分为外部采集卡（盒）和内部板卡。

　　根据视频压缩模式，图像采集卡可分为软压缩卡（消耗CPU资源）和硬压缩卡。

　　根据视频信号输入输出接口，图像采集卡可分为1394采集卡、USB采集卡、HDMI采集卡、DVI/VGA视频采集卡和PCI视频卡。

　　图像采集卡根据其性能可分为电视卡、图像采集卡、DV采集卡、计算机视频卡、监控采集卡、多屏幕卡、流媒体采集卡、组件采集卡、高清采集卡、笔记本采集卡、DVR卡、VCD卡、非线性编辑卡（简称非编辑卡）。

　　图像采集卡根据用途可分为广播级图像采集卡、专业级图像采集卡和民用级图像采集卡片。他们的成绩主要是因为收集的图像质量不同。它们之间的主要区别是不同的图像指示器。因为VGA图像采集卡通常是内置板，也就是说，在安装和使用过程中，它们需要插入PCI扩展槽中。

　　配置的桌面计算机主板具有固定的扩展插槽，这些插槽直接连接到计算机的系统总线。用户可以根据自己的用途添加声卡、视频卡、视频采集卡等设备。视频采集卡是连接视频源和计算机的桥梁，因此采集卡的卡中有两个连接设备，一个是连接视频来源的视频接口，如VGA接口、DVI接口、USB接口、1394接口等