成像产品可以帮助您根据视频信号采样和分析视频信息。电子采样是通过在主机平台内工作的视频采集设备完成的。采集卡将视频源提供的图像转换为数据阵列，可以以数字方式存储、处理、增强，然后分析或在视频监视器上显示。

1、视频基础知识：

当对视频信号进行图像采集时，您应该首先知道正在使用哪个视频信号。

信号类型和视频格式：视频信号有多种来源，包括：摄像机、录像机、电视广播、X射线设备、扫描电子显微镜、CT扫描仪等。这些源提供复合视频信号（该信号包含视频数据和时钟信息）或非标准视频信号（视频和时钟可以采用多种不同的格式）。

2、 空间分辨率

空间分辨率定义图像的行数和列数。行定义图像的长度，用行数描述；列定义图像的宽度，用像素数描述。对于标准RS-170/NTSC图像，空间分辨率为640×480；对于标准CCIR/PAL图像，空间分辨率为768×576。

根据所使用的信号源或相机，空间分辨率范围可以从 256×256 到 4096×4096 甚至更高。由于空间分辨率直接影响图像的大小，因此大多数应用仅使用满足要求的分辨率。快速的图像传输和处理对于工业检测应用非常重要，其图像的空间分辨率通常为512×512。对于需要更高空间分辨率的应用，例如高精度校准和测量，通常使用1024×1024或更高分辨率。

3、采集卡的基本原理

采集卡有多种类型和规格。但尽管设计和功能不同，大多数采集卡的基本原理是相同的。这里以基于PCI总线的模拟图像采集卡为例进行说明。

近年来，数字视频产品得到了长足的发展。数字视频产品通常需要实时采集和处理动态图像，因此产品性能受图像采集卡性能的影响很大。由于早期的图像采集卡以帧存储器为核心，在处理图像时需要对帧存储器进行读写。对于动态图片来说，还需要对图像进行“冻结”。同时，由于数据传输速率的限制，图像处理速度缓慢。 20世纪90年代初，Intel提出了PCI（外围组件互连）局部总线规范。 PCI总线的数据传输宽度为32/64位，允许系统设备直接或间接与其连接。设备可以通过本地总线快速传输数据，从而更好地解决数据传输的瓶颈问题。

由于PCI总线的高速，A/D转换后的数字视频信号可以通过简单的缓冲区直接存储在计算机内存中，供计算机进行图像处理。采集到存储器中的图像信号也可以传输到计算机。显示卡显示；甚至可以将A/D输出的数字视频信号通过PCI总线直接送到显示卡，在计算机终端上实时显示运动图像。基于PCI总线的图像采集系统框图如图1所示，图中的缓存（数据锁存器）代替了帧存储器。该缓存是先进先出（FIFO）存储器，容量小，控制简单。它在图像卡向PCI总线传输视频数据时起到速度匹配的作用。将图像卡插入计算机的PCI插槽中，与计算机内存、CPU、显示卡等形成调整数据传输。

4、选择采集卡时需要考虑的5个要点

4.1接口格式、数据格式

接口格式包括数字（camera link、lvds/rs422）、模拟（pal、ntsc、ccir、rs170/eia、非标准模拟格式）必须与视觉系统选择的相机一致。如果选择数字格式，还必须考虑相机中的位数。

4.2模拟采集卡应考虑数字精度

模拟采集卡的数字精度主要包括两个方面：

(1)像素抖动

像素抖动是由图像采集卡引起的。A/D转换器采样时钟的误差会产生像素位置的微小误差，从而导致距离测量的误差。

(2) 灰度噪声

图像采集卡的数字转换过程包括模拟视频信号的放大及其亮度（灰度值）的测量。在此过程中，图像采集卡的电路会产生一定的噪声和动态波动。

与像素抖动一样，灰度噪声也会导致距离测量误差。典型的灰度噪声为 0.7 个灰度单位，表示为 0.7lsb。

4.3 应考虑数字采集卡的数据速率

要计算数字采集卡的数据速率是否满足系统要求，可以根据以下公式计算：

数据速率（采集卡）>1.2×数据速率（相机）

数据速率（相机）=r×f×d/8

其中datarate(grabber)是采集卡的数据速率，data rate(camera)是相机速率的数据，r是相机的分辨率，f是相机的帧速率，d是相机的数字深度（或灰度级）。

4.4 内存大小、pci总线传输速率

pci总线可以支持总线主设备以132mbps的突发速率传输数据。平均持续数据传输速率一般为 50 至 90mbps。

来自相机的数据始终以固定速率传输。如果 PCI 总线能够维持高于视频数据速率的平均持续数据传输速率，那么问题似乎就得到了解决。然而，事实上并没有那么简单。 PCI总线设备只能以突发方式向总线传输数据。图像采集卡必须在每次突发之间保存连续的图像数据。解决方案是使用板载内存。出于经济原因，一些制造商移除内存并使用数据缓存队列 (fifo)。 fifo 的大小通常限制为足以保存一行图像数据。然而，当图像数据速率大于 PCI 的持续数据传输速率时，fifo 不起作用。

4.5 相机控制信号和外部触发信号

为了使图像采集卡的定时电路与外部视频信号的定时电路同步，需要锁相环电路或数字时钟同步电路。

  (1) 外部触发：由外部事件启动采集过程。

（2）同步触发：相机与板卡之间的同步关系不变，从下一个场有效信号开始采集。

（3）异步触发：改变相机与板卡的同步关系，相机复位后开始采集第一个场有效信号。

当视觉系统想要检测运动目标时，相机和采集卡必须具备异步触发能力。

4.6 支持软件功能

大多数采集卡制造商将其采集卡与其专用图像处理软件捆绑在一起。因此，在选择采集卡时，还必须考虑视觉系统中要使用的软件是否与采集卡兼容。