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圖像采集卡是圖像采集部分和圖像處理部分的接口。圖象經(jīng)過(guò)采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象并輸入、存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器的過(guò)程,叫做采集。圖像采集卡還提供數(shù)字I/O的功能。

視頻(Video)是多幅靜止圖像(圖像幀)與連續(xù)的音頻信息在時(shí)間軸上同步運(yùn)動(dòng)的混合媒體,多幀圖像隨時(shí)間變化而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)感,因此視頻也被稱為運(yùn)動(dòng)圖像。由此很多時(shí)候采集卡,被人們稱為視頻采集卡和圖像采集卡。

一般圖像采集卡和其他的1394卡差不多,都是一塊芯片,鏈接在臺(tái)式機(jī)的PCI擴(kuò)展槽上,就是顯卡旁邊的插槽,經(jīng)過(guò)高速PCI總線能夠直接采集圖象到VGA顯存或主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存,此外不僅可以使圖象直接采集到VGA,實(shí)現(xiàn)單屏工作方式,而且可以利用PC機(jī)內(nèi)存的可擴(kuò)展性,實(shí)現(xiàn)所需數(shù)量的序列圖象逐幀連續(xù)采集,進(jìn)行序列圖象處理分析。此外,由于圖象可直接采集到主機(jī)內(nèi)存,圖象處理可直接在內(nèi)存中進(jìn)行,因此圖象處理的速度隨CPU速度的不斷提高而得到提高,因而使得對(duì)主機(jī)內(nèi)存的圖象進(jìn)行并行實(shí)時(shí)處理成為可能。

視頻圖像采集卡是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分,其主要功能是對(duì)相機(jī)所輸出的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集,并提供與PC的高速接口.采集卡是我們進(jìn)行視頻處理必不可少的硬件設(shè)備,是視頻數(shù)字化合數(shù)字化視頻編輯后期制作中必不可少的硬件設(shè)備。

通過(guò)視頻采集卡,我們就可以把攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)從攝像帶上轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中,利用相關(guān)的視頻編輯軟件,對(duì)數(shù)字化的視頻信號(hào)進(jìn)行后期編輯處理,比如剪切畫面、添加濾鐿、字幕和音效、設(shè)置轉(zhuǎn)場(chǎng)效果以及加入各種視頻特效等等,最后將編輯完成的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的VCD,DVD以及網(wǎng)上流媒體等格式,方便傳播和保存。

格式是視頻編輯最重要的一種參數(shù),圖像采集卡需要支持系統(tǒng)中攝像機(jī)所采用的輸出信號(hào)格式。大多數(shù)攝像機(jī)采用RS422或EIA644(LVDS)作為輸出信號(hào)格式。在數(shù)字相機(jī)中,IEEE1394,USB2.0和CameraLink幾種圖像傳輸形式則得到了廣泛應(yīng)用。

2、圖像格式(像素格式)

黑白圖像:通常情況下,圖像灰度等級(jí)可分為256級(jí),即以8位表示。在對(duì)圖像灰度有更精確要求時(shí),可用10位,12位等來(lái)表示。

彩色圖像:彩色圖像可由RGB(YUV)3種色彩組合而成,根據(jù)其亮度級(jí)別的不同有8-8-8,10-10-10等格式。

3、傳輸通道數(shù)

當(dāng)攝像機(jī)以較高速率拍攝高分辨率圖像時(shí),會(huì)產(chǎn)生很高的輸出速率,這一般需要多路信號(hào)同時(shí)輸出,圖像采集卡應(yīng)能支持多路輸入。

一般情況下,有1路,2路,4路,8路輸入等。隨出現(xiàn)著科技的不斷發(fā)展和行業(yè)的不斷需求,路數(shù)更多的采集卡也出現(xiàn)在市面上。

4、分辨率

采集卡能支持的最大點(diǎn)陣反映了其分辨率的性能。一般采集卡能支持768*576點(diǎn)陣,而性能優(yōu)異的采集卡其支持的最大點(diǎn)陣可達(dá)64K*64K。單行最大點(diǎn)數(shù)和單幀最大行數(shù)也可反映采集卡的分辨率性能。同三維推出的采集卡能達(dá)到1920x1080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(jìn)行高度圖像采集時(shí),需要注意采集卡的采樣頻率是否滿足要求。高檔的采集卡其采樣頻率可達(dá)65MHZ。

6、傳輸速率

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。

由于模擬視頻輸入端可以提供不間斷的信息源,視頻采集卡要采集模擬視頻序列中的每幀圖像,并在采集下一幀圖像之前把這些數(shù)據(jù)傳入PC系統(tǒng)。因此,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集的關(guān)鍵是每一幀所需的處理時(shí)間。如果每幀視頻圖像的處理時(shí)間超過(guò)相鄰兩幀之間的相隔時(shí)間,則要出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失,也即丟幀現(xiàn)象。采集卡都是把獲取的視頻序列先進(jìn)行壓縮處理,然后再存入硬盤,也就是說(shuō)視頻序列的獲取和壓縮是在一起完成的,免除了再次進(jìn)行壓縮處理的不便。不同檔次的采集卡具有不同質(zhì)量的采集壓縮性能。

從視頻源得到的信號(hào),經(jīng)過(guò)視頻接口送到視頻采集卡,信號(hào)首先經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后送到數(shù)字解碼器解碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC實(shí)際上也是一個(gè)視頻解碼器,可以看出它對(duì)來(lái)自視頻源的視頻信號(hào)解碼和數(shù)字化,另外,采用不同的顏色空間可選擇不同的視頻輸入解碼器芯片。

視頻采集就是將視頻源的模擬信號(hào)通過(guò)處理轉(zhuǎn)變成數(shù)碼信息,并將這些數(shù)碼信息存儲(chǔ)在電腦硬盤上的過(guò)程。這種模擬數(shù)碼轉(zhuǎn)變是通過(guò)視頻采集卡上的采集芯片進(jìn)行的。通常在采集過(guò)程,對(duì)數(shù)碼信息還進(jìn)行一定形式的實(shí)時(shí)壓縮處理。

當(dāng)圖像采集卡的信號(hào)輸入速率較高時(shí),需要考慮圖像采集卡與圖像處理系統(tǒng)之間的帶寬問(wèn)題。在使用PC時(shí),圖像采集卡采用PCI接口的理論帶寬峰值為132MB/S。

1、視野(FOV)或現(xiàn)場(chǎng)是相機(jī)及光學(xué)系統(tǒng)"看"到的真實(shí)世界的具體部分。

2、CCD芯片將光能轉(zhuǎn)化為電能。

3、相機(jī)將此信息以模擬信號(hào)的格式輸出至圖像采集卡。

4、AD –轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 8 位(或多位)的數(shù)字信號(hào)。每個(gè)象素獨(dú)立地把光強(qiáng)以灰度值(Gray level)的形式表達(dá)。

5、這些光強(qiáng)值從CCD芯片的矩陣中被存儲(chǔ)在內(nèi)存的矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

灰度值(Gray Level)—— 象素光強(qiáng)弱信息的表示灰度值為真實(shí)世界圖像量化的表現(xiàn)方法。通�；叶戎祻淖詈诘阶畎诪�0 - 255。光線進(jìn)入CCD象素,如果光強(qiáng)達(dá)到CCD感應(yīng)的極限,此象素為純白色。對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中該象素灰度值為255。如果完全沒(méi)有光線進(jìn)入CCD象素,此象素為純黑色。對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中該象素灰度值為0。

圖像采集卡按照安裝鏈接方式,可以分為外置采集卡(盒)和內(nèi)置式板卡。

圖像采集卡按照視頻壓縮方式,可以分為軟壓卡(消耗CPU資源)和硬壓卡。

圖像采集卡按照視頻信號(hào)輸入輸出接口,可以分為1394采集卡、USB采集卡、HDMI采集卡、DVI/VGA視頻采集卡、PCI視頻卡。

圖像采集卡按照其性能作用,可以分為電視卡、圖像采集卡、DV采集卡、電腦視頻卡、監(jiān)控采集卡、多屏卡、流媒體采集卡、分量采集卡、高清采集卡、筆記本采集卡、DVR卡、VCD卡、非線性編輯卡(簡(jiǎn)稱非編卡)。

圖像采集卡按照其用途可分為廣播級(jí)圖像采集卡,專業(yè)級(jí)圖像采集卡,民用級(jí)圖像采集卡,它們檔次的高低主要是采集圖像的質(zhì)量不同。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標(biāo)不同。由于VGA圖像采集卡一般都是內(nèi)置式板卡,也就是在安裝使用時(shí),需要插在PCI擴(kuò)展槽中。

配置的臺(tái)式計(jì)算機(jī)主板中都帶有固定的擴(kuò)展插槽,其直接與計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線連接。用戶可以根據(jù)自身使用情況增加聲卡、顯卡、視頻采集卡等設(shè)備。視頻采集卡是連接視頻源和計(jì)算機(jī)的橋梁,所以在采集卡的板卡中都有兩個(gè)連接設(shè)備,一個(gè)是連接視頻源的視頻接口,比如VGA接口、DVI接口、usb接口、1394接口等。連接計(jì)算機(jī)采用與主板相連,一般采用插槽系列或USB接口,而板卡擴(kuò)展插槽主要有PCI插槽、PCI-E插槽、ISA插槽 、AGP插槽等。

一、采集模擬視頻

1、建立模擬視頻采集環(huán)境

將模擬視頻源(如攝像機(jī),攝像頭,錄像機(jī),VCD機(jī),DVD機(jī)等)與裝有視頻采集卡的MPC(或者蘋果電腦PowerMac)相連接,構(gòu)成模擬視頻采集的硬件環(huán)境.

2、安裝視頻采集軟件

3、視頻采集

①設(shè)置要用的視頻源

②從視頻源設(shè)備播放視頻

③由視頻采集軟件完成視頻采集.

二、采集數(shù)字視頻

采集數(shù)字視頻是指利用可連接DV視頻信號(hào)的IEEE1394接口,完成將數(shù)碼攝像機(jī)拍攝的DV信號(hào)采集到多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能.首先建立一個(gè)硬件環(huán)境,包括無(wú)線傳輸系統(tǒng)。

安裝 IEEEl394(FireWire或i.Link)接口卡,并用連接電纜連接DV攝像機(jī).注意,DV連接電纜的兩端接口不同,一端為4 針端口,用于連接數(shù)字?jǐn)z像機(jī),另一端為6針端口,用于連接IEEE1394卡.

選裝調(diào)節(jié)DV攝像機(jī)的聲音

輸出的音頻混頻器.

安裝外部揚(yáng)聲器.

安裝視頻處理軟件.

還需要安裝或選配其他軟硬件:

· 視頻輸入模塊;

· 模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)模塊;

· 時(shí)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

計(jì)算公式：

幀圖像大小(Image Size):W×H(長(zhǎng)×寬)——-您必須首先了解:需要采集多大的圖象尺寸?

顏色深度∶d(比特?cái)?shù))——-希望采集到的圖象顏色(8Bit灰度圖象還是16/24/32Bit真彩色)

幀 速∶f——-標(biāo)準(zhǔn)PAL制當(dāng)然就是25幀,非標(biāo)準(zhǔn)就沒(méi)準(zhǔn)了!500-1000幀都有可能

數(shù) 據(jù) 量∶Q(MB)——-圖象信號(hào)的數(shù)據(jù)量

采 樣 率∶A(MB)——-采集卡的采樣率,通過(guò)其產(chǎn)品手冊(cè)可知

計(jì)算公式∶ Q=W×H×f×d/8

判斷標(biāo)準(zhǔn)∶如果A>Q×1.2,則該采集卡能夠勝任采集工作。

附加功能

相機(jī)觸發(fā)功能

燈源控制功能

基本I/O功能

相機(jī)復(fù)位功能

相機(jī)時(shí)序輸出功能

圖像采集卡的三種不同工作模式

1、PLL(Phase Lock Loop)模式:相機(jī)向采集卡提供A/D 轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘信號(hào),此時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自相機(jī)輸出的Video 信號(hào),HS 和VS 同步信號(hào)可以有三種來(lái)源:composite video,composite sync,sEPArate sync;

2、XTAL 模式:圖像采集卡給相機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)以及HD/VD 信號(hào),并用提供的時(shí)鐘信號(hào)作為A/D 轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘,但同步信號(hào)仍可用相機(jī)輸出的HS/VS;

3、VScan 模式:由相機(jī)向分別卡提供Pixel Clock 信號(hào)、HS 和VS 信號(hào)。

基本技術(shù)參數(shù)

·輸入接口:數(shù)字

,模擬;

·灰度等級(jí);

·分辨率;

·帶寬;

·傳輸速率;

在工業(yè)檢測(cè),交通道路,醫(yī)學(xué),軍事以及科研等系統(tǒng)中,輸入/輸出的控制很重要。系統(tǒng)中常要根據(jù)處理過(guò)程的需要來(lái)決定攝像機(jī)的拍攝時(shí)間。如果采用了可重設(shè)的攝像機(jī),需要產(chǎn)生重設(shè)信號(hào)。在一些系統(tǒng)中,由于需要設(shè)定拍攝的幀率,應(yīng)該有像素時(shí)鐘發(fā)生器。外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號(hào)來(lái)保證視頻信號(hào)的同步,它可以保證不同設(shè)備輸出的視頻信號(hào)具有相同的幀行起止時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)外同步,需要給攝像機(jī)輸入一個(gè)復(fù)合同步信號(hào)或復(fù)合視頻信號(hào)。如果圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字 I/ O功能,能夠產(chǎn)生攝像機(jī)和其他電子設(shè)備所需的選通、觸發(fā)及其他電子信號(hào),對(duì)系統(tǒng)是很有用的,否則將需要獨(dú)立的數(shù)字 I/ O卡。

● 教育課件錄制、多媒體錄播錄像、會(huì)議錄制、視頻會(huì)議,遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)

● 大屏幕拼接、電視墻行業(yè)、虛擬演播室、虛擬現(xiàn)實(shí)、工控、游戲機(jī)等設(shè)備

● 安檢X光機(jī)、雷達(dá)圖像信號(hào)、VDR紀(jì)錄儀、醫(yī)療X光機(jī)、CT機(jī)、胃腸機(jī)、陰道鏡等

● VGA相機(jī)、VGA攝像機(jī)等VGA信號(hào)、RGB信號(hào)輸出設(shè)備的圖像采集和處理