机器视觉中图像采集卡的功能与应用

机器视觉技术广泛应用于工业生产检测、医疗、交通等领域助力实现自动化、智能化。整个机器视觉系统可分为图像采集和图像处理两大模块。而图像采集卡是图像数据采集部分和处理部分的接口，起着重要作用。

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在机器视觉系统中，图像采集部分主要由工业相机、工业镜头以及光源组合而成，而图像处理部分则是由图像处理软件来实现。图像采集卡可理解为工业相机（视频源）和计算机（软件）之间的接口。图像采集卡采集到的图像供计算机或者其它处理器处理。

01图像采集卡的原理

首先相机及光学系统“看”到的真实世界的具体部分作为光信号。然后CCD或者CMOS芯片将光信号转化为电信号。相机将视频信号以一定的格式或者协议输出至图像采集卡。每个像素独立的把光强以灰度值(Gray Level)的形式表达。这些光强值从CCD 或者CMOS芯片的矩阵中被转移存储在内存的矩阵数据结构中，图像采集卡就是转移的中介。

02图像采集卡的常用参数

• A/D转换

图像采集卡可以实现模拟信号向数字信号的转换，对于整个机器视觉系统的图像采集工作起着重要的作用。而机器视觉系统图像采集卡的这一模数转换，称为A/D转换，相应的实现转换的组件被称之为A/D转换器。

• 采样频率

采样频率反映了采集卡处理图像的速度和能力。在进行图像采集时，需要注意采集卡的采样频率是否满足要求。

• 板上帧存（分辨率）

它决定采集卡能支持的最大点阵，反映了其分辨率的性能，即所能支持的相机最大分辨率。

• 传输通道数

采集卡同时采集多个相机图像的能力。在实际应用中有时需要多台视觉系统同时运作，才能保证一定的生产效率。因此，为了可以满足系统运行的需要，图像采集卡需要同时对多个相机进行A/D转换。目前市场上常见的采集卡可选传输通道有单通道、双通道、四通道等模式。

03图像采集卡分类

• 依据输入信号类型分为

模拟图像采集卡和数字图像采集卡，我们常说的千兆网卡、USB采集卡就是数字图像采集卡。

• 依据功能分为

单纯功能的采集卡和集成图像处理功能的采集卡。

随着图像处理算法、图像工作站、GPU技术和智能相机的不断发展，集成图像处理功能的采集卡的生存空间越来越小，并且图像处理功能越来越单一。

常见的采集卡接口

04图像采集卡的选择

选择图像采集卡考虑要素：

• 根据信号接口形式

相机与采集卡的视频信号接口(类型)一致，模拟信号接模拟采集卡;数字信号接数字采集卡。模拟数字接口和数字信号接口。模拟信号接口有BNC、莲花头、S-video。数字信号接口有CameraLink、Gigabit Ethernet (GigE)、CoaXPress(CXP)、CLHS、USB 3.0 & 2.0等。

• 采样帧率

采集卡的数据采样频率≥相机数据输出频率。

采集卡的数据采样频率必须满足的要求可按照下式计算:

模拟采集卡点频≥1.2XR*FPS

数字采集卡点频≥相机点频

注:R为相机的分辨率，FPS为相机的帧频

• 软件开发包

所选的采集卡要具有稳定、简单、易用，功能强大，移植性好的特点。另外产品线完善，便于升级换代。

除了以上几点考虑要素，价格因素也很重要。