圖像采集卡是機器視覺系統的重要組成部分，其主要功能是對相機所輸出的視頻數據進行實時的采集，并提供與PC的高速接口．

 

一、圖像采集卡的基本概念
1、圖像采集卡（Frame Graber）
圖像采集卡是圖像采集部分和處理部分的接口。圖像經過采樣、量化以后轉換為數字圖像并輸入、存儲到幀存儲器的過程，叫做采集、數字化。
2、A/D轉換
視頻量化處理是指將相機所輸出的模擬視頻信號轉換為PC所能識別的數字信號的過程，即A/D轉換。視頻信號的量化處理是圖像采集處理的重要組成部分。

 

 

A/D轉換過程

3、傳輸通道數（Channel）
采集卡同時對多個相機進行A/D轉換的能力。如：2通道、4通道。

4、分辨率
采集卡能支持的最大點陣反映了其分辨率的性能。即，其所能支持的相機最大分辨率。

5、采樣頻率
采樣頻率反映了采集卡處理圖像的速度和能力。在進行高速圖像采集時，需要注意采集卡的采樣頻率是否滿足要求。

6、傳輸速率
指圖像由采集卡到達內存的速度。主流圖像采集卡與主板間都采用PCI接口，其理論傳輸速度為132MB/S。

7、圖像格式（像素格式）
(1)黑白圖像：通常情況下，圖像灰度等級可分為256級，即以8位表示。在對圖像灰度有更精確要求時，可用10位，12位等來表示。
(2)彩色圖像：彩色圖像可由RGB（YUV）3種色彩組合而成，根據其亮度級別的不同有8－8－8，10－10－10等格式。

8、圖像采集卡附加功能
相機觸發功能
燈源控制功能
基本I/O功能
相機復位功能
相機時序輸出功能

9、 顏色空間
對一種顏色進行編碼的方法統稱為“顏色空間”或“色域”(Color Space)。
——RGB(16位/24位/32位)
——YUV(YCbCr)
——其他(HSV、CMYK、數碼相機自定義格式等)
——Alpha通道

10、 幀和場
——標準的模擬視頻信號是隔行信號，一幀分成兩場
——偶數場包含所有的偶數行(0, 2, . . . )
——奇數場包含所有的奇數行(1, 3, . . . )
——采集和傳輸的過程中使用的是場，而不是幀
——一幀圖像的兩場之間有時間差

二、圖像采集卡基本原理

 

1、視野(FOV)或現場是相機及光學系統“看”到的真實世界的具體部分。

2、CCD芯片將光能轉化為電能。

3、相機將此信息以模擬信號的格式輸出至圖像采集卡。

4、AD – 轉換器將模擬信號轉換成 8 位（或多位）的數字信號。每個象素獨立地把光強以灰度值(Gray level)的形式表達。

5、這些光強值從CCD芯片的矩陣中被存儲在內存的矩陣數據結構中。

 

三、視覺系統成象原理

灰度值（Gray Level）—— 象素光強弱信息的表示灰度值為真實世界圖像量化的表現方法。通?；叶戎祻淖詈诘阶畎诪? － 255。光線進入CCD象素，如果光強達到CCD感應的極限，此象素為純白色。對應于內存中該象素灰度值為255。如果完全沒有光線進入CCD象素，此象素為純黑色。對應于內存中該象素灰度值為0。

 

四、圖像采集卡的組成

? 視頻輸入模塊；

? 模數轉換（A/D）模塊；

? 時序及采集控制模塊；

? 圖像處理模塊；

? 總線接口及控制模塊；

? 輸出及控制模塊

五、圖像采集卡分類

1、依據輸入信號類型可以分為
模擬制式圖像采集卡
數字圖像采集卡

2、依據功能可以區分為
單純功能的圖像采集卡
集成圖像處理功能的采集卡

六、圖像采集卡的基本技術參數
? 輸入接口：數字 ，模擬；
? 灰度等級；

? 分辨率；

? 帶寬；

? 傳輸速率；

七、板卡硬件發展趨勢

1、傳統圖像采集卡（A/D轉換）最終將被淘汰

2、CAMERALINK，FIREWIRE等數字接口采集卡很快將被廣泛使用

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