图像采集卡的作用及特点

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图像采集卡还有协调整个图像采集系统的作用。图像采集卡主要完成对模拟视频信号的数字化处理过程。2）数字图像采集卡与数字摄像机配套使用的图像采集卡，可称为数字图像采集卡。图像采集卡应能支持多路输入。

1.图像采集卡简介

图像采集卡是控制摄像机完成图像采集与数字化，压缩编码成数字视频序列的硬件设备。在模拟到数字的转换过程中所使用的完成信号调理的专用硬件。一般图像采集卡采用压缩算法把数字化的视频信号存储成AVI文件，高档的图像采集卡直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。图像采集卡还有协调整个图像采集系统的作用。

图像采集卡主要完成对模拟视频信号的数字化处理过程。

1）摄像机对输入的视频信号进行实时采集，视频信号首先经低通滤波器滤波，转换为时间上连续的模拟信号。

2）按照应用系统对图像分辨率的要求，用采样/保持电路对连续的视频信号在时间上进行间隔采样，把视频信号转换为离散的模拟信号。

3）经A-D转换后存储在图像存储单元的一个或多个信道中，通过计算机发出指令，将某一帧图像静止在图像存储信道中，即采集或捕获了一帧图像。

2.图像采集卡分类

（1）根据输入信号类型

1）模拟图像采集卡目前，广泛应用的摄像机是模拟信号摄像机，相应采用的图像采集卡也是模拟图像采集卡。模拟图像采集卡上设有A-D转换芯片，其对输入信号以4∶2∶2格式进行采样，然后进行量化。一般对RGB的8位量化，则传入的视频信号转换为数字图像信号。

2）数字图像采集卡与数字摄像机配套使用的图像采集卡，可称为数字图像采集卡。

（2）根据采集信号的类型

1）彩色图像采集卡彩色图像采集卡可以采集彩色图像和同灰度级别的黑白图像。

2）黑白图像采集卡黑白图像采集卡可以采集黑白图像。

（3）根据CCD摄像机类型

1）面扫描图像采集卡与面扫描摄像机机配套使用，一般不支持线扫描摄像机。

2）线扫描图像采集卡配合线扫描摄像机机使用，也支持面扫描摄像机。

（4）复合信号采集卡和RGB分量信号输出采集卡

3.图像采集卡结构功能

图像采集卡的结构功能包括：

1）模拟图像信号的接收、滤波、采样与A-D转换模块，即负责图像信号的放大与数字化。

2）摄像机控制输入/输出接口，负责协调摄像机进行同步或实现异步重置拍摄、定时拍摄等。

3）总线接口，以便通过计算机内部高速输出数字数据。一般是PCI接口，传输速率可高达130Mbit/s，可进行高精度图像的实时传输，且占用较少的CPU时间。此外，目前还有USB接口等。(www.chuimin.cn)

4.图像采集卡技术参数

（1）图像传输格式

图像采集卡支持系统中摄像机所采用的输出信号格式。大多数摄像机采用RS422或LVDS作为输出信号格式。在数字摄像机中，IEEE1394、USB2.0和Camera Link几种图像传输形式则应用广泛。

（2）图像格式（像素格式）

黑白图像的图像灰度等级可分为256级，即以8位表示。在图像灰度有更精确的要求时，可用10位、12位等来表示。

彩色图像可由RGB（YUV）三种色彩组合而成，根据其亮度级别的不同有8-8-8，10-10-10等格式。

（3）传输通道数

当摄像机以较高速率拍摄高分辨率图像时，输出速率会很高。这一般需要多路信号同时输出，或多个摄像机同时接入计算机。图像采集卡应能支持多路输入。一般情况下，有1路、2路、4路、8路输入等。

（4）分辨率

采集卡能支持的最大点阵反映了其分辨率的性能。一般采集卡能支持768×576点阵，而性能优异的采集卡其支持的最大点阵可达64K×64K。单行最大点数和单帧最大行数也可反映采集卡的分辨率性能。

（5）采样频率

采样频率反映了采集卡处理图像的速度和能力。在进行高质量的图像采集时，需要注意采集卡的采样频率是否满足要求。目前高档的采集卡其采样频率可达65MHz。

（6）传输速率

这是指图像从采集卡到计算机内存的能力。图像采集卡与计算机主板间都采用PCI接口，其理论传输速度为132Mbit/s。PCI-E，PCI-X是更高速的总线接口。

（7）帧和场

标准模拟视频信号是隔行信号，一帧分成两场，偶数场包含所有偶数行，奇数场包含所有奇数行。采集和传输过程使用的是场而不是帧，一帧图像的两场之间有时间差。

5.选择图像采集卡时需注意的问题

1）选择的图像采集卡要支持摄像机的扫描方式，如摄像机是面扫描还是线扫描的。图像采集卡需要支持CCD摄像机所采用的信号输出形式，摄像机的输出形式有RS422等标准。选择图像采集卡要支持摄像机所采集的图像类型，摄像机所采集的图像类型可能是8位、10位、12位、14位、16位、32位的黑白或彩色图像。

2）当检测系统中采用多个CCD摄像机方案时，选择采集卡要有数字I/O功能，以保证多路视频信号的同步性，并且支持多路输入和输出。

3）对于基于PCI接口的图像采集卡应该有数据缓存，以免瞬间数据流大导致数据丢失。

图像采集卡的作用及特点

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