圖像采集卡（Image Grabber）又稱(chēng)為圖像卡，它將攝像機(jī)的圖像視頻信號(hào)，以幀為單位，送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和VGA幀存，供計(jì)算機(jī)處理、存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)仁褂?；在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，圖像卡采集到的圖像，供處理器作出工件是否合格、運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)偏差量、缺陷所在的位置等等處理。

一、基本概念

1、圖像采集卡（Frame Graber）

      圖像采集卡是圖像采集部分和處理部分的接口。圖像經(jīng)過(guò)采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并輸入、存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器的過(guò)程，叫做采集、數(shù)字化。

2、A/D轉(zhuǎn)換

      視頻量化處理是指將相機(jī)所輸出的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PC所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，即A/D轉(zhuǎn)換。視頻信號(hào)的量化處理是圖像采集處理的重要組成部分。

3、傳輸通道數(shù)（Channel）

      采集卡同時(shí)對(duì)多個(gè)相機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的能力。如：2通道、4通道。

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。即，其所能支持的相機(jī)最大分辨率。

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)行高速圖像采集時(shí)，需要注意采集卡的采樣頻率是否滿足要求。

6、傳輸速率

      指圖像由采集卡到達(dá)內(nèi)存的速度。普通PCI接口理論傳輸速度為132MB/S，PCI-E，PCI-X是更高速的總線接口。

7、圖像格式（像素格式）

      (1) 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。

      (2) 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。

8、顏色空間

      對(duì)一種顏色進(jìn)行編碼的方法統(tǒng)稱(chēng)為“顏色空間”或“色域”(Color Space)。

      ——RGB(16位/24位/32位)

     ——YUV(YCbCr)

     ——其他(HSV、CMYK、數(shù)碼相機(jī)自定義格式等)

     ——Alpha通道

9、幀和場(chǎng)

     ——標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)是隔行信號(hào)，一幀分成兩場(chǎng)

     ——偶數(shù)場(chǎng)包含所有的偶數(shù)行(0, 2, . . . )

     ——奇數(shù)場(chǎng)包含所有的奇數(shù)行(1, 3, . . . )

     ——采集和傳輸?shù)倪^(guò)程中使用的是場(chǎng)，而不是幀

     ——一幀圖像的兩場(chǎng)之間有時(shí)間差

二、原理

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。

圖像采集卡信號(hào)采集流程

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(pán)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。

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(méi)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。

三、可采集視頻信號(hào)

·  模擬視頻和數(shù)字視頻；

·  標(biāo)準(zhǔn)視頻和非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)；

·  隔行和逐行掃描方式；

·  黑白和彩色攝像機(jī)輸出；

·  復(fù)合和各種分量式彩色視頻信號(hào)

四、圖像采集卡分類(lèi)

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(chēng)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(zhuān)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。

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。

五、輸出接口類(lèi)型

   根據(jù)不同的應(yīng)用方向，為配合所接攝像頭，圖像采集卡有多種輸出接口，其主要接口有BNC、VGA、Cameralink、LVDS、DVI、USB、FireWire等。