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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)過采樣、量化以后轉換為數(shù)字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程,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)的音頻信息在時間軸上同步運動的混合媒體,多幀圖像隨時間變化而產生運動感,因此視頻也被稱為運動圖像。由此很多時候采集卡,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,鏈接在臺式機的PCI擴展槽上,就是顯卡旁邊的插槽,經(jīng)過高速PCI總線能夠直接采集圖象到VGA顯存或主機系統(tǒng)內存,此外不僅可以使圖象直接采集到VGA,實現(xiàn)單屏工作方式,而且可以利用PC機內存的可擴展性,實現(xiàn)所需數(shù)量的序列圖象逐幀連續(xù)采集,進行序列圖象處理分析。此外,由于圖象可直接采集到主機內存,圖象處理可直接在內存中進行,因此圖象處理的速度隨CPU速度的不斷提高而得到提高,因而使得對主機內存的圖象進行并行實時處理成為可能。

視頻圖像采集卡是機器視覺系統(tǒng)的重要組成部分,其主要功能是對相機所輸出的視頻數(shù)據(jù)進行實時的采集,并提供與PC的高速接口.采集卡是我們進行視頻處理必不可少的硬件設備,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備。

通過視頻采集卡,我們就可以把攝像機拍攝的視頻信號從攝像帶上轉存到計算機中,利用相關的視頻編輯軟件,對數(shù)字化的視頻信號進行后期編輯處理,比如剪切畫面、添加濾鐿、字幕和音效、設置轉場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轉換成標準的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)中攝像機所采用的輸出信號格式。大多數(shù)攝像機采用RS422或EIA644(LVDS)作為輸出信號格式。在數(shù)字相機中,IEEE1394,USB2.0和CameraLink幾種圖像傳輸形式則得到了廣泛應用。

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。

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

3、傳輸通道數(shù)

當攝像機以較高速率拍攝高分辨率圖像時,會產生很高的輸出速率,這一般需要多路信號同時輸出,圖像采集卡應能支持多路輸入。

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陣反映了其分辨率的性能。一般采集卡能支持768*576點陣,而性能優(yōu)異的采集卡其支持的最大點陣可達64K*64K。單行最大點數(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。在進行高度圖像采集時,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,實現(xiàn)實時采集的關鍵是每一幀所需的處理時間。如果每幀視頻圖像的處理時間超過相鄰兩幀之間的相隔時間,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行壓縮處理,然后再存入硬盤,也就是說視頻序列的獲取和壓縮是在一起完成的,免除了再次進行壓縮處理的不便。不同檔次的采集卡具有不同質量的采集壓縮性能。

從視頻源得到的信號,經(jīng)過視頻接口送到視頻采集卡,信號首先經(jīng)過模數(shù)轉換,然后送到數(shù)字解碼器解碼。模數(shù)轉換器ADC實際上也是一個視頻解碼器,可以看出它對來自視頻源的視頻信號解碼和數(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通過處理轉變成數(shù)碼信息,并將這些數(shù)碼信息存儲在電腦硬盤上的過程。這種模擬數(shù)碼轉變是通過視頻采集卡上的采集芯片進行的。通常在采集過程,對數(shù)碼信息還進行一定形式的實時壓縮處理。

當圖像采集卡的信號輸入速率較高時,需要考慮圖像采集卡與圖像處理系統(tǒng)之間的帶寬問題。在使用PC時,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)場是相機及光學系統(tǒng)"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(shù)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(shù)據(jù)結構中。

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(xiàn)方法。通�；叶戎祻淖詈诘阶畎诪�0 - 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。

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(簡稱非編卡)。

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

配置的臺式計算機主板中都帶有固定的擴展插槽,其直接與計算機的系統(tǒng)總線連接。用戶可以根據(jù)自身使用情況增加聲卡、顯卡、視頻采集卡等設備。視頻采集卡是連接視頻源和計算機的橋梁,所以在采集卡的板卡中都有兩個連接設備,一個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。連接計算機采用與主板相連,一般采用插槽系列或USB接口,而板卡擴展插槽主要有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,攝像頭,錄像機,VCD機,DVD機等)與裝有視頻采集卡的MPC(或者蘋果電腦PowerMac)相連接,構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設置要用的視頻源

②從視頻源設備播放視頻

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視頻信號的IEEE1394接口,完成將數(shù)碼攝像機拍攝的DV信號采集到多媒體計算機系統(tǒng)的功能.首先建立一個硬件環(huán)境,包括無線傳輸系統(tǒng)。

安裝 IEEEl394(FireWire或i.Link)接口卡,并用連接電纜連接DV攝像機.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)字攝像機,另一端為6針端口,用于連接IEEE1394卡.

選裝調節(jié)DV攝像機的聲音

輸出的音頻混頻器.

安裝外部揚聲器.

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

計算公式：

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

顏色深度∶d(比特數(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——-標準PAL制當然就是25幀,非標準就沒準了!500-1000幀都有可能

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

采 樣 率∶A(MB)——-采集卡的采樣率,通過其產品手冊可知

計算公式∶ Q=W×H×f×d/8

判斷標準∶如果A>Q×1.2,則該采集卡能夠勝任采集工作。

附加功能

相機觸發(fā)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

圖像采集卡的三種不同工作模式

1、PLL(Phase Lock Loop)模式:相機向采集卡提供A/D 轉換的時鐘信號,此時鐘信號來自相機輸出的Video 信號,HS 和VS 同步信號可以有三種來源:composite video,composite sync,sEPArate sync;

2、XTAL 模式:圖像采集卡給相機提供時鐘信號以及HD/VD 信號,并用提供的時鐘信號作為A/D 轉換的時鐘,但同步信號仍可用相機輸出的HS/VS;

3、VScan 模式:由相機向分別卡提供Pixel Clock 信號、HS 和VS 信號。

基本技術參數(shù)

·輸入接口:數(shù)字

,模擬;

·灰度等級;

·分辨率;

·帶寬;

·傳輸速率;

在工業(yè)檢測,交通道路,醫(yī)學,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)處理過程的需要來決定攝像機的拍攝時間。如果采用了可重設的攝像機,需要產生重設信號。在一些系統(tǒng)中,由于需要設定拍攝的幀率,應該有像素時鐘發(fā)生器。外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步,它可以保證不同設備輸出的視頻信號具有相同的幀行起止時間。為了實現(xiàn)外同步,需要給攝像機輸入一個復合同步信號或復合視頻信號。如果圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字 I/ O功能,能夠產生攝像機和其他電子設備所需的選通、觸發(fā)及其他電子信號,對系統(tǒng)是很有用的,否則將需要獨立的數(shù)字 I/ O卡。

● 教育課件錄制、多媒體錄播錄像、會議錄制、視頻會議,遠程教育培訓

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

● 安檢X光機、雷達圖像信號、VDR紀錄儀、醫(yī)療X光機、CT機、胃腸機、陰道鏡等

● VGA相機、VGA攝像機等VGA信號、RGB信號輸出設備的圖像采集和處理