圖像采集卡分類

圖像采集卡按照視頻信號(hào)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(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(shí)，需要插在PCI擴(kuò)展槽中。

現(xiàn)在配置的臺(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?！?/p>

由于采用PCI和PCI-E標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)高速PCI總線可實(shí)現(xiàn)直接采集圖象到VGA顯存或主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，這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。

采集，視頻/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。由于圖像信號(hào)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(hào)，經(jīng)過(guò)視頻接口送到視頻采集卡，信號(hào)首先進(jìn)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。在實(shí)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(shí)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(chǔ)器可以滿足大部分的任務(wù)要求。

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? － 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。

(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(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。目前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。

按照視頻的存儲(chǔ)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(hào)采集的要求提高出現(xiàn)的一種高端產(chǎn)品。現(xiàn)在在不論是在工業(yè)行業(yè)上機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用，還是在教學(xué)上，都應(yīng)用十分廣泛，它綜合許多計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，更涉及到圖像處理、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。

視頻圖像采集卡是機(jī)器視覺系統(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.

圖像采集卡用來(lái)采集DV或其他視頻信號(hào)到電腦里進(jìn)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(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。由于圖像信號(hào)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(guò)高速PCI總線可實(shí)現(xiàn)直接采集圖象到VGA顯存或主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，這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(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。

圖像采集卡，其功能是將圖像信號(hào)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(jìn)行圖像處理必不可少的硬件設(shè)備，通過(guò)它，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)上流行媒體等格式，方便傳播。

視頻圖像采集的方法較多，基本可分為2大類：數(shù)字信號(hào)采集和模擬信號(hào)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(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.

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(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:

在實(shí)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(shí)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(chǔ)器可以滿足大部分的任務(wù)要求。

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