圖像采集卡將視頻信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以使用的數(shù)字格式，并通過PCI總線實(shí)時(shí)發(fā)送到內(nèi)存和顯存。在采集過程中，采集卡采用PCI主控突發(fā)方式傳輸數(shù)據(jù)，因此圖像傳輸速度高達(dá)40MB/S，保證了攝像機(jī)圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存，占用幾乎不占用內(nèi)存�？臻g。 CPU 時(shí)間。為CPU分配更多時(shí)間來計(jì)算和處理圖像。

1、采集卡基本原理

采集卡有多種類型和規(guī)格。然而，盡管它們?cè)谠O(shè)計(jì)和功能上有所不同，但大多數(shù)采集卡都具有相同的基本原理。近年來，數(shù)字視頻產(chǎn)品得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于數(shù)字視頻產(chǎn)品通常需要實(shí)時(shí)采集和處理動(dòng)態(tài)圖像，因此圖像采集卡的性能對(duì)產(chǎn)品性能的影響很大。早期的圖像采集卡以幀存儲(chǔ)器為核心，因此在處理圖像時(shí)需要讀寫幀存儲(chǔ)器，而在處理視頻時(shí)則需要對(duì)圖像進(jìn)行“凍結(jié)”。數(shù)據(jù)通信速度和圖像處理速度慢。

20世紀(jì)90年代初，Intel提出了外圍組件互連（PCI）本地總線規(guī)范。 PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸寬度為32/64位，允許系統(tǒng)設(shè)備直接或間接連接，設(shè)備可以通過本地總線快速傳輸數(shù)據(jù)，更好地解決數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問題。

由于PCI總線的速度較高，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號(hào)可以通過簡(jiǎn)單的緩沖區(qū)直接存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行圖像處理，也可以將內(nèi)存中采集的圖像信號(hào)進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)移到電腦上也是可以的。顯示卡顯示器和A/D輸出的數(shù)字視頻信號(hào)也可以通過PCI總線直接發(fā)送到顯示卡，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)終端上的實(shí)時(shí)視頻顯示。數(shù)據(jù)鎖存器取代了幀存儲(chǔ)器，幀存儲(chǔ)器是一種小型、易于控制的先進(jìn)先出(FIFO) 存儲(chǔ)器，有助于匹配圖像卡將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到PCI 總線的速度。將圖像卡插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽，與計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、CPU、顯示卡等形成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸。

由于PCI總線的上述優(yōu)點(diǎn)，許多圖像板公司相繼推出了基于PCI總線的圖像采集卡，此外還有PC104 plus、Compact PCI等總線格式。

2. 圖像采集卡相關(guān)術(shù)語

1.DMA

DMA（Direct Memory Access）是一種取代CPU總線控制的總線控制方式，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)源和目的的邏輯地址和物理地址的映射關(guān)系完成數(shù)據(jù)訪問�？梢燥@著降低數(shù)據(jù)傳輸期間的CPU負(fù)載。

2.LUT（查找表）

就圖像采集卡而言，LUT（查找表）實(shí)際上是像素灰度值的映射表，可用于對(duì)實(shí)際采樣的像素灰度值進(jìn)行閾值、反轉(zhuǎn)、二值化、對(duì)比度調(diào)整、線性變換等。執(zhí)行轉(zhuǎn)換，例如.產(chǎn)生另一個(gè)對(duì)應(yīng)的灰度值。這增強(qiáng)了圖像中的有用信息并增強(qiáng)了圖像中的光對(duì)比度。許多PC系列卡都具有8/10/12/16或32位LUT，并且對(duì)LUT執(zhí)行的具體轉(zhuǎn)換由軟件定義。

3. 平面轉(zhuǎn)換器

Planar Converter從4位顏色像素值中提取R、G和B分量，并在PCI傳輸期間將它們發(fā)送到主機(jī)內(nèi)存中的三個(gè)獨(dú)立緩沖區(qū)，以方便進(jìn)一步處理。有些采集卡（如PC2Vision）還可以用于在三個(gè)黑白攝像機(jī)同時(shí)采集時(shí)將像素值存儲(chǔ)在主機(jī)中的三個(gè)獨(dú)立的緩沖區(qū)中。

4. 抽取

數(shù)據(jù)速率（相機(jī)）=R x f x d/8

在儀式上

數(shù)據(jù)速率（采集卡）是采集卡的數(shù)據(jù)速率，通常稱為“點(diǎn)頻率”。

Data Rate (Camera) 是相機(jī)的數(shù)據(jù)速率，也稱為“像素時(shí)鐘”。

R是相機(jī)分辨率。

f 是相機(jī)幀速率。

d 是相機(jī)的數(shù)字深度（或灰度級(jí)）。

4.內(nèi)存大小、PCI總線傳輸速度

PCI總線可以支持總線主設(shè)備以132Mbps的突發(fā)速率傳輸數(shù)據(jù)。平均持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率通常為50-90Mbps。

來自相機(jī)的數(shù)據(jù)始終以固定速率發(fā)送。如果PCI總線能夠保持高于視頻數(shù)據(jù)速率的平均持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率，則沒有問題。事實(shí)上，PCI 總線設(shè)備只能以突發(fā)方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。圖像采集卡必須在每次突發(fā)之間存儲(chǔ)連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。解決方案是使用板載內(nèi)存。

一些制造商出于經(jīng)濟(jì)原因可能會(huì)移除內(nèi)存并使用數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列(FIFO)，但FIFO 的大小通常僅限于存儲(chǔ)單行圖像數(shù)據(jù)。然而，如果圖像數(shù)據(jù)速率大于PCI 持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率，則FIFO 將不起作用。

5.相機(jī)控制信號(hào)和外部觸發(fā)信號(hào)

(1) 外部觸發(fā)：外部事件啟動(dòng)捕獲過程。

（2）同步觸發(fā)：相機(jī)與板卡之間的同步關(guān)系保持不變，從下一個(gè)場(chǎng)有效信號(hào)開始采集。

(3) 異步觸發(fā)：改變相機(jī)與板卡的同步關(guān)系，相機(jī)復(fù)位后開始采集第一個(gè)場(chǎng)使能信號(hào)。相機(jī)必須具有異步觸發(fā)功能。

6、硬件系統(tǒng)可靠性

硬件可靠性在生產(chǎn)系統(tǒng)中極其重要，設(shè)備故障或停產(chǎn)造成的損失遠(yuǎn)大于設(shè)備本身。許多板卡制造商不提供可靠性指標(biāo)，例如平均故障間隔時(shí)間。在這里，我們提出了兩種評(píng)估可靠性、板上元件數(shù)量以及各種板的功耗的經(jīng)驗(yàn)方法。

(1)一定要選擇功耗低的采集卡。在其他條件相同的情況下，具有更多組件的更復(fù)雜的卡將比具有更少組件的卡散發(fā)更多的熱量。好的設(shè)計(jì)使用更多的ASIC（專用集成電路）和可編程器件來減少電子元件的數(shù)量并實(shí)現(xiàn)更高的功能。

(2) 為了減少不必要的麻煩，應(yīng)選擇不必要功能較少的卡。

過壓保護(hù)是可靠性的重要指標(biāo)。當(dāng)接近高電壓時(shí)，視頻線會(huì)經(jīng)歷強(qiáng)烈的浪涌，但在視頻輸入端子和I/O端口添加過壓保護(hù)電路可以保護(hù)采集卡免受工業(yè)環(huán)境中電磁干擾引起的高電壓故障。

7.支持軟件功能

大多數(shù)采集卡制造商都將自己的圖像處理軟件與采集卡捆綁在一起，因此在選擇采集卡時(shí)，您還應(yīng)該考慮您的視覺系統(tǒng)所使用的軟件是否與您的采集卡兼容。例如，Matrox的圖像處理軟件Mil和Inspector只能與Matrox采集卡配合使用，F(xiàn)orsight Imaging的圖像處理軟件Idea只能與該公司的I-System、I-RGB系列、Accustream系列等采集卡配合使用。