圖像采集卡將視頻信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機可以使用的數(shù)字格式，并通過PCI總線實時發(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，保證了攝像機圖像實時傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存，占用幾乎不占用內(nèi)存�？臻g。 CPU 時間。為CPU分配更多時間來計算和處理圖像。

1、采集卡基本原理

采集卡有多種類型和規(guī)格。然而，盡管它們在設(shè)計和功能上有所不同，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)品得到了長足的發(fā)展。由于數(shù)字視頻產(chǎn)品通常需要實時采集和處理動態(tài)圖像，因此圖像采集卡的性能對產(chǎn)品性能的影響很大。早期的圖像采集卡以幀存儲器為核心，因此在處理圖像時需要讀寫幀存儲器，而在處理視頻時則需要對圖像進行“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)字視頻信號可以通過簡單的緩沖區(qū)直接存儲在計算機的內(nèi)存中，計算機可以進行圖像處理，也可以將內(nèi)存中采集的圖像信號進行處理。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)字視頻信號也可以通過PCI總線直接發(fā)送到顯示卡，實現(xiàn)計算機終端上的實時視頻顯示。數(shù)據(jù)鎖存器取代了幀存儲器，幀存儲器是一種小型、易于控制的先進先出(FIFO) 存儲器，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。將圖像卡插入計算機的PCI插槽，與計算機的內(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，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，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）實際上是像素灰度值的映射表，可用于對實際采樣的像素灰度值進行閾值、反轉(zhuǎn)、二值化、對比度調(diào)整、線性變換等。執(zhí)行轉(zhuǎn)換，例如.產(chǎn)生另一個對應(yīng)的灰度值。這增強了圖像中的有用信息并增強了圖像中的光對比度。許多PC系列卡都具有8/10/12/16或32位LUT，并且對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)送到主機內(nèi)存中的三個獨立緩沖區(qū)，以方便進一步處理。有些采集卡（如PC2Vision）還可以用于在三個黑白攝像機同時采集時將像素值存儲在主機中的三個獨立的緩沖區(qū)中。

4. 抽取

數(shù)據(jù)速率（相機）=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“點頻率”。

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

R是相機分辨率。

f 是相機幀速率。

d 是相機的數(shù)字深度（或灰度級）。

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)濟原因可能會移除內(nèi)存并使用數(shù)據(jù)緩存隊列(FIFO)，但FIFO 的大小通常僅限于存儲單行圖像數(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.相機控制信號和外部觸發(fā)信號

(1) 外部觸發(fā)：外部事件啟動捕獲過程。

（2）同步觸發(fā)：相機與板卡之間的同步關(guān)系保持不變，從下一個場有效信號開始采集。

(3) 異步觸發(fā)：改變相機與板卡的同步關(guān)系，相機復(fù)位后開始采集第一個場使能信號。相機必須具有異步觸發(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間。在這里，我們提出了兩種評估可靠性、板上元件數(shù)量以及各種板的功耗的經(jīng)驗方法。

(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。

過壓保護是可靠性的重要指標(biāo)。當(dāng)接近高電壓時，視頻線會經(jīng)歷強烈的浪涌，但在視頻輸入端子和I/O端口添加過壓保護電路可以保護采集卡免受工業(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，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。