圖像采集卡

圖像采集卡用來采集DV或其他視頻信號到電腦里進行編輯、刻錄的板卡硬件。

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(zhuǎn)換為數(shù)字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程，叫做采集。由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口不能滿足要求，因此需要圖像采集卡。圖像采集卡還提供數(shù)字I/O的功能。

由于通過高速PCI總線可實現(xiàn)直接采集圖象到VGA顯存或主機系統(tǒng)內(nèi)存，這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(nèi)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(nèi)存，圖象處理可直接在內(nèi)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(nèi)存的圖象進行并行實時處理成為可能。

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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)存，圖象處理可直接在內(nèi)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(nèi)存的圖象進行并行實時處理成為可能。

(1) 圖像傳輸格式

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(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(chǎn)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(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。目前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。

按照視頻的存儲與處理方式不同，可分為模擬視頻和數(shù)字視頻兩種。在高清視頻采集錄制方面,圖像采集卡是數(shù)字信息化行業(yè)快速發(fā)展，很多領(lǐng)域?qū)GA信號采集的要求提高出現(xiàn)的一種高端產(chǎn)品?，F(xiàn)在在不論是在工業(yè)行業(yè)上機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用，還是在教學上，都應(yīng)用十分廣泛，它綜合許多計算機軟硬件技術(shù)，更涉及到圖像處理、人工智能等多個領(lǐng)域。

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(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(zhuǎn)存到計算機中,利用相關(guān)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(shè)置轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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.

圖像采集卡，其功能是將圖像信號采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。它是我們進行圖像處理必不可少的硬件設(shè)備，通過它，我們就可以把攝像機拍攝的視頻信號從攝像帶上轉(zhuǎn)存到計算機中，利用相關(guān)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(shè)置轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成標準的VCD、DVD以及網(wǎng)上流行媒體等格式，方便傳播。

采集，視頻/圖象經(jīng)過采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程。由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口不能滿足要求，因此需要圖像采集卡。

從視頻源得到的信號，經(jīng)過視頻接口送到視頻采集卡，信號首先進過模數(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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。在實際使用中，有可能在傳輸瞬間不能滿足高傳輸率的要求。為了避免與其他PCI設(shè)備產(chǎn)生沖突時丟失數(shù)據(jù)，圖像采集卡上應(yīng)有數(shù)據(jù)緩存。一般情況下，2MB的板載存儲器可以滿足大部分的任務(wù)要求。

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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)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(nèi)存的矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。通常灰度值從最黑到最白為0 － 255。光線進入CCD象素，如果光強達到CCD感應(yīng)的極限，此象素為純白色。對應(yīng)于內(nèi)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(yīng)于內(nèi)存中該象素灰度值為0。

視頻圖像采集的方法較多，基本可分為2大類：數(shù)字信號采集和模擬信號采集。因此常見的圖像采集卡也有數(shù)字采集卡和模擬采集卡、AV+DV二合一采集卡幾種類型。

1、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(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.

2、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(diào)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:

圖像采集卡按照視頻信號源，可以分為數(shù)字采集卡（使用數(shù)字接口）和模擬采集卡。

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(zhì)量不同。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標不同。由于現(xiàn)在的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，需要插在PCI擴展槽中。

現(xiàn)在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(shè)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(shè)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?！?/p>

由于采用PCI和PCI-E標準，現(xiàn)在的VGA采集卡的采集速率更高，因此也常常被稱為PCI圖像采集卡，由于通過高速PCI總線可實現(xiàn)直接采集圖象到VGA顯存或主機系統(tǒng)內(nèi)存，這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(nèi)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(nèi)存，圖象處理可直接在內(nèi)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(nèi)存的圖象進行并行實時處理成為可能。

在實際使用中，PCI接口的平均傳輸速率為50～90MB/S，有可能在傳輸瞬間不能滿足高傳輸率的要求。為了避免與其他PCI設(shè)備產(chǎn)生沖突時丟失數(shù)據(jù)，圖像采集卡上應(yīng)有數(shù)據(jù)緩存。一般情況下，2MB的板載存儲器可以滿足大部分的任務(wù)要求。

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(shè)的攝像機，需要產(chǎn)生重設(shè)信號。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來保證視頻信號的同步，它可以保證不同設(shè)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(chǎn)生攝像機和其他電子設(shè)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(shè)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(shè)備的圖像采集和處理