圖(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)（Image Grabber）又稱為圖(tu)像(xiang)卡(ka)，它將(jiang)攝(she)像(xiang)機的(de)圖(tu)像(xiang)視頻(pin)信號(hao)，以幀為單位，送到(dao)計(ji)(ji)算(suan)機的(de)內存和VGA幀存，供計(ji)(ji)算(suan)機處(chu)理、存儲、顯示和傳輸等使用；在(zai)機器(qi)視覺系統中(zhong)，圖(tu)像(xiang)卡(ka)采(cai)集到(dao)的(de)圖(tu)像(xiang)，供處(chu)理器(qi)作出工(gong)件是(shi)否合(he)格、運動(dong)物體的(de)運動(dong)偏差量(liang)、缺陷所在(zai)的(de)位置等等處(chu)理。

一、基本概念

1、圖像采集卡(ka)（Frame Graber）

      圖(tu)像采(cai)(cai)集(ji)卡是圖(tu)像采(cai)(cai)集(ji)部分和處(chu)理部分的接(jie)口(kou)。圖(tu)像經過(guo)采(cai)(cai)樣、量化以后轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)字圖(tu)像并輸入、存儲(chu)到幀存儲(chu)器的過(guo)程，叫(jiao)做(zuo)采(cai)(cai)集(ji)、數(shu)字化。

2、A/D轉換

      視頻量化(hua)處(chu)(chu)理是指將相機所輸出的(de)模擬視頻信(xin)號轉(zhuan)換為PC所能識(shi)別的(de)數字信(xin)號的(de)過程，即A/D轉(zhuan)換。視頻信(xin)號的(de)量化(hua)處(chu)(chu)理是圖像采(cai)集處(chu)(chu)理的(de)重要組成部分。

3、傳輸通道數(shu)（Channel）

      ;采集卡同時對多個相機(ji)進行A/D轉換的能力。如：2通道、4通道。

4、分辨率

      采集卡能(neng)支持的(de)最大點陣反映(ying)了其分辨率(lv)的(de)性能(neng)。即，其所能(neng)支持的(de)相機最大分辨率(lv)。

5、采樣頻率

      采(cai)(cai)樣頻率(lv)(lv)反映了采(cai)(cai)集卡(ka)(ka)處理圖像的(de)(de)速度和能力。在(zai)進行高速圖像采(cai)(cai)集時，需要注意采(cai)(cai)集卡(ka)(ka)的(de)(de)采(cai)(cai)樣頻率(lv)(lv)是否滿足要求。

6、傳輸速率

      指圖像由采集卡到達內存的速(su)度。普通(tong)PCI接口(kou)理論傳輸速(su)度為132MB/S，PCI-E，PCI-X是更(geng)高速(su)的總(zong)線(xian)接口(kou)。

7、圖像格式（像素格式）

      (1) 黑白圖像：通常(chang)情況下，圖像灰(hui)度(du)等級可分(fen)為256級，即以8位(wei)表(biao)示。在對圖像灰(hui)度(du)有(you)更精(jing)確(que)要求時，可用10位(wei)，12位(wei)等來表(biao)示。

      (2) 彩色(se)(se)(se)圖(tu)像：彩色(se)(se)(se)圖(tu)像可(ke)由RGB（YUV）3種(zhong)色(se)(se)(se)彩組合而成(cheng)，根據其亮度級別的不同有8－8－8，10－10－10等(deng)格(ge)式。

8、顏色空間

      對(dui)一種顏色(se)進行編(bian)碼(ma)的(de)方法統稱為“顏色(se)空間”或“色(se)域”(Color Space)。

      ——RGB(16位(wei)/24位(wei)/32位(wei))

     ——YUV(YCbCr)

     ——其他(ta)(HSV、CMYK、數(shu)碼相機自(zi)定義格式等)

     ——Alpha通道

9、幀和場

     ——標準的模擬(ni)視頻(pin)信號是隔行信號，一(yi)幀分成兩場

     ——偶(ou)數場包含(han)所有的偶(ou)數行(0, 2, . . . )

     ——奇(qi)數場包含所有的奇(qi)數行(1, 3, . . . )

     ——采集和傳輸的過(guo)程中使用的是場(chang)，而不是幀

     ——一幀(zhen)圖像(xiang)的兩場之間(jian)有時間(jian)差(cha)

二、原理

采(cai)集，視頻(pin)/圖(tu)象經過采(cai)樣(yang)、量(liang)化以后轉換為數字圖(tu)象并輸(shu)入(ru)、存(cun)儲(chu)到幀存(cun)儲(chu)器的(de)(de)過程。由于圖(tu)像(xiang)信號的(de)(de)傳(chuan)輸(shu)需(xu)要很高(gao)的(de)(de)傳(chuan)輸(shu)速度，通(tong)用的(de)(de)傳(chuan)輸(shu)接口不(bu)能滿足要求，因此需(xu)要圖(tu)像(xiang)采(cai)集卡。

圖像采(cai)集(ji)卡信號采(cai)集(ji)流程

從(cong)視(shi)頻(pin)(pin)源得到(dao)的(de)信(xin)號，經過視(shi)頻(pin)(pin)接口送(song)到(dao)視(shi)頻(pin)(pin)采集(ji)卡，信(xin)號首先(xian)進過模數(shu)(shu)轉換，然后(hou)送(song)到(dao)數(shu)(shu)字(zi)解碼(ma)(ma)(ma)器解碼(ma)(ma)(ma)。模數(shu)(shu)轉換器ADC實際上也是一個視(shi)頻(pin)(pin)解碼(ma)(ma)(ma)器，可以看出它對來自視(shi)頻(pin)(pin)源的(de)視(shi)頻(pin)(pin)信(xin)號解碼(ma)(ma)(ma)和數(shu)(shu)字(zi)化，另外，采用不(bu)同的(de)顏色空間可選擇不(bu)同的(de)視(shi)頻(pin)(pin)輸入解碼(ma)(ma)(ma)器芯(xin)片。

視頻(pin)采集就是將視頻(pin)源(yuan)的(de)(de)模擬(ni)信(xin)號(hao)通過處理轉變成數(shu)碼(ma)(ma)信(xin)息(xi)，并將這(zhe)些數(shu)碼(ma)(ma)信(xin)息(xi)存(cun)儲在(zai)電(dian)腦硬盤上的(de)(de)過程(cheng)。這(zhe)種模擬(ni)數(shu)碼(ma)(ma)轉變是通過視頻(pin)采集卡上的(de)(de)采集芯片進行(xing)的(de)(de)。通常在(zai)采集過程(cheng)，對數(shu)碼(ma)(ma)信(xin)息(xi)還(huan)進行(xing)一(yi)定形式的(de)(de)實時壓縮(suo)處理。

當圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)的(de)(de)信號輸入(ru)速率(lv)較高時，需要考慮圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)與圖(tu)像(xiang)(xiang)處理系統之間(jian)的(de)(de)帶(dai)寬問題。在使用PC時，圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)采(cai)(cai)用PCI接口(kou)的(de)(de)理論帶(dai)寬峰(feng)值為132MB/S。

1、視野(FOV)或(huo)現場(chang)是相機及光(guang)學系統(tong)“看”到的(de)真實世界(jie)的(de)具(ju)體部分。

2、CCD芯片將光能轉(zhuan)化為電能。

3、相機(ji)將此信息以模(mo)擬信號的格式輸(shu)出至圖(tu)像(xiang)采集卡。

4、AD –轉換器將(jiang)模擬信號轉換成 8 位（或多位）的數字(zi)信號。每個象素獨立地把光強(qiang)以(yi)灰(hui)度(du)值(Gray level)的形式表達。

5、這(zhe)些光強值從CCD芯片的(de)矩(ju)陣中被存(cun)儲在(zai)內存(cun)的(de)矩(ju)陣數據結(jie)構中。

灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)（Gray Level）—— 象(xiang)(xiang)素(su)(su)光(guang)強(qiang)弱信息(xi)的表示灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)為(wei)(wei)真實世界圖像量(liang)化(hua)的表現方法(fa)。通(tong)常灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)從最黑(hei)到最白為(wei)(wei)0 － 255。光(guang)線(xian)進(jin)入CCD象(xiang)(xiang)素(su)(su)，如果光(guang)強(qiang)達到CCD感應(ying)的極限(xian)，此(ci)象(xiang)(xiang)素(su)(su)為(wei)(wei)純白色(se)。對應(ying)于內存中該象(xiang)(xiang)素(su)(su)灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)為(wei)(wei)255。如果完全沒有(you)光(guang)線(xian)進(jin)入CCD象(xiang)(xiang)素(su)(su)，此(ci)象(xiang)(xiang)素(su)(su)為(wei)(wei)純黑(hei)色(se)。對應(ying)于內存中該象(xiang)(xiang)素(su)(su)灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)為(wei)(wei)0。

三、可采集視頻信號

·  模(mo)擬視頻和(he)數字視頻；

·  標(biao)準視頻和(he)非標(biao)準視頻信(xin)號；

·  隔行和逐行掃描方(fang)式；

·  黑白和彩(cai)色攝像機輸出(chu)；

·  復合(he)和各種分量式彩(cai)色視頻(pin)信號

四、圖像采集卡分類

圖(tu)像采集卡(ka)按照視頻信號(hao)源，可以分為(wei)數字(zi)采集卡(ka)（使用數字(zi)接(jie)口）和(he)模擬采集卡(ka)。

圖像采集卡(ka)按照安(an)裝鏈接(jie)方(fang)式，可以(yi)分為外置采集卡(ka)（盒）和內置式板卡(ka)。

圖像采集卡按照(zhao)視頻(pin)壓縮方式，可(ke)以分為(wei)軟壓卡（消耗CPU資源）和硬壓卡。

圖像(xiang)采(cai)集卡按照(zhao)視(shi)頻(pin)信(xin)號輸入輸出接口，可以分為1394采(cai)集卡、USB采(cai)集卡、HDMI采(cai)集卡、DVI/VGA視(shi)頻(pin)采(cai)集卡、PCI視(shi)頻(pin)卡。

圖(tu)像采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)按照其性(xing)能作(zuo)用，可以分為電視卡(ka)(ka)、圖(tu)像采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、DV采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、電腦視頻(pin)卡(ka)(ka)、監控采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、多屏卡(ka)(ka)、流媒體采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、分量采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、高清(qing)采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、筆(bi)記(ji)本采(cai)(cai)集(ji)卡(ka)(ka)、DVR卡(ka)(ka)、VCD卡(ka)(ka)、非(fei)線性(xing)編(bian)輯卡(ka)(ka)（簡稱非(fei)編(bian)卡(ka)(ka)）。

圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)按照(zhao)其用(yong)(yong)途可分為廣播級(ji)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)，專業級(ji)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)，民用(yong)(yong)級(ji)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)，它們檔次的(de)高低主要(yao)是(shi)(shi)采(cai)集圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)質量(liang)不同。他們的(de)區別主要(yao)是(shi)(shi)采(cai)集的(de)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)指標不同。由(you)于VGA圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)采(cai)集卡(ka)一般(ban)都是(shi)(shi)內置式(shi)板卡(ka)，也就是(shi)(shi)在安裝(zhuang)使用(yong)(yong)時(shi)，需(xu)要(yao)插在PCI擴展槽中。

配置的臺式計算(suan)機(ji)主(zhu)板中都(dou)帶有固定(ding)的擴(kuo)展插(cha)槽(cao)(cao)，其直接與(yu)計算(suan)機(ji)的系(xi)統總線連接。用戶可以根據自身使用情(qing)況增加聲卡(ka)、顯卡(ka)、視(shi)(shi)(shi)頻(pin)采集卡(ka)等(deng)設備。視(shi)(shi)(shi)頻(pin)采集卡(ka)是連接視(shi)(shi)(shi)頻(pin)源和計算(suan)機(ji)的橋梁，所以在采集卡(ka)的板卡(ka)中都(dou)有兩個連接設備，一(yi)個是連接視(shi)(shi)(shi)頻(pin)源的視(shi)(shi)(shi)頻(pin)接口(kou)，比如VGA接口(kou)、DVI接口(kou)、USB接口(kou)、1394接口(kou)等(deng)。連接計算(suan)機(ji)采用與(yu)主(zhu)板相(xiang)連，一(yi)般采用插(cha)槽(cao)(cao)系(xi)列或USB接口(kou)，而板卡(ka)擴(kuo)展插(cha)槽(cao)(cao)主(zhu)要有PCI插(cha)槽(cao)(cao)、PCI-E插(cha)槽(cao)(cao)、ISA插(cha)槽(cao)(cao) 、AGP插(cha)槽(cao)(cao)等(deng)。

五、輸出接口類型

   根據不(bu)同的(de)應用方向(xiang)，為配合所(suo)接攝像(xiang)頭，圖(tu)像(xiang)采集卡(ka)有(you)多(duo)種輸出接口(kou)，其主要(yao)接口(kou)有(you)BNC、VGA、Cameralink、LVDS、DVI、USB、FireWire等。