标题：图像采集卡
概念
图像采集卡，其功能是将图像信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。它是我们进行图像处理必不可少的硬件设备，通过它，我们就可以把摄像机拍摄的视频信号从摄像带上转存到计算机中，利用相关的视频编辑软件，对数字化的视频信号进行后期编辑处理、比如剪切画面、添加滤镱、字幕和音效、设置转场效果以及加入各种视频特效等等，最后将编辑完成的视频信号转换成标准的VCD、DVD以及网上流行媒体等格式，方便传播。
释意
图像采集卡用来采集DV或其他视频信号到电脑里进行编辑、刻录的板卡硬件。
图像采集卡是图像采集部分和图像处理部分的接口。图象经过采样、量化以后转换为数字图象并输入、存储到帧存储器的过程，叫做采集。由于图像信号的传输需要很高的传输速度，通用的传输接口不能满足要求，因此需要图像采集卡。图像采集卡还提供数字I/O的功能。
由于通过高速PCI总线可实现直接采集图象到VGA显存或主机系统内存，这不仅可以使图象直接采集到VGA，实现单屏工作方式，而且可以利用PC机内存的可扩展性，实现所需数量的序列图象逐帧连续采集，进行序列图象处理分析。此外，由于图象可直接采集到主机内存，图象处理可直接在内存中进行，因此图象处理的速度随CPU速度的不断提高而得到提高，因而使得对主机内存的图象进行并行实时处理成为可能。
视频(Video)是多幅静止图像(图像帧)与连续的音频信息在时间轴上同步运动的混合媒体,多帧图像随时间变化而产生运动感,因此视频也被称为运动图像。由此很多时候采集卡，被人们称为视频采集卡和图像采集卡。
一般图像采集卡和其他的1394卡差不多，都是一块芯片，链接在台式机的PCI扩展槽上，就是显卡旁边的插槽，经过高速PCI总线能够直接采集图象到VGA显存或主机系统内存，此外不仅可以使图象直接采集到VGA，实现单屏工作方式，而且可以利用PC机内存的可扩展性，实现所需数量的序列图象逐帧连续采集，进行序列图象处理分析。此外，由于图象可直接采集到主机内存，图象处理可直接在内存中进行，因此图象处理的速度随CPU速度的不断提高而得到提高，因而使得对主机内存的图象进行并行实时处理成为可能。
视频
按照视频的存储与处理方式不同，可分为模拟视频和数字视频两种。在高清视频采集录制方面,图像采集卡是数字信息化行业快速发展，很多领域对VGA信号采集的要求提高出现的一种高端产品。现在在不论是在工业行业上机器视觉系统应用，还是在教学上，都应用十分广泛，它综合许多计算机软硬件技术，更涉及到图像处理、人工智能等多个领域。
视频图像采集卡是机器视觉系统的重要组成部分，其主要功能是对相机所输出的视频数据进行实时的采集，并提供与PC的高速接口.采集卡是我们进行视频处理必不可少的硬件设备，是视频数字化合数字化视频编辑后期制作中必不可少的硬件设备。
通过视频采集卡,我们就可以把摄像机拍摄的视频信号从摄像带上转存到计算机中,利用相关的视频编辑软件,对数字化的视频信号进行后期编辑处理,比如剪切画面,添加滤镱,字幕和音效,设置转场效果以及加入各种视频特效等等,最后将编辑完成的视频信号转换成标准的VCD,DVD以及网上流媒体等格式,方便传播和保存.
技术参数
(1) 图像传输格式
格式是视频编辑最重要的一种参数，图像采集卡需要支持系统中摄像机所采用的输出信号格式。大多数摄像机采用RS422或EIA644(LVDS)作为输出信号格式。在数字相机中，IEEE1394，USB2.0和CameraLink几种图像传输形式则得到了广泛应用。
(2) 图像格式(像素格式)
黑白图像：通常情况下，图像灰度等级可分为256级，即以8位表示。在对图像灰度有更精确要求时，可用10位，12位等来表示。
彩色图像：彩色图像可由RGB(YUV)3种色彩组合而成，根据其亮度级别的不同有8-8-8，10-10-10等格式。
(3) 传输通道数
当摄像机以较高速率拍摄高分辨率图像时，会产生很高的输出速率，这一般需要多路信号同时输出，图像采集卡应能支持多路输入。
一般情况下，有1路，2路，4路，8路输入等。随出现着科技的不断发展和行业的不断需求，路数更多的采集卡也出现在市面上。
(4) 分辨率
采集卡能支持的最大点阵反映了其分辨率的性能。一般采集卡能支持768*576点阵，而性能优异的采集卡其支持的最大点阵可达64K*64K。单行最大点数和单帧最大行数也可反映采集卡的分辨率性能。同三维推出的采集卡能达到1920x1080分辨率。
(5) 采样频率
采样频率反映了采集卡处理图像的速度和能力。在进行高度图像采集时，需要注意采集卡的采样频率是否满足要求。目前高档的采集卡其采样频率可达65MHZ。
(6) 传输速率
主流图像采集卡与主板间都采用PCI接口，其理论传输速度为132MB/S。
特点
在电脑上通过图像采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频。大多数图像采集卡都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩，然后再通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件，高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。
由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源，视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像，并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此，实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间，则要出现数据的丢失，也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理，然后再存入硬盘，也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的，免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。
原理
采集，视频/图象经过采样、量化以后转换为数字图象并输入、存储到帧存储器的过程。由于图像信号的传输需要很高的传输速度，通用的传输接口不能满足要求，因此需要图像采集卡。
  图像采集卡信号采集流程从视频源得到的信号，经过视频接口送到视频采集卡，信号首先进过模数转换，然后送到数字解码器解码。模数转换器ADC实际上也是一个视频解码器，可以看出它对来自视频源的视频信号解码和数字化，另外，采用不同的颜色空间可选择不同的视频输入解码器芯片。
视频采集就是将视频源的模拟信号通过处理转变成数码信息，并将这些数码信息存储在电脑硬盘上的过程。这种模拟数码转变是通过视频采集卡上的采集芯片进行的。通常在采集过程，对数码信息还进行一定形式的实时压缩处理。
当图像采集卡的信号输入速率较高时，需要考虑图像采集卡与图像处理系统之间的带宽问题。在使用PC时，图像采集卡采用PCI接口的理论带宽峰值为132MB/S。在实际使用中，有可能在传输瞬间不能满足高传输率的要求。为了避免与其他PCI设备产生冲突时丢失数据，图像采集卡上应有数据缓存。一般情况下，2MB的板载存储器可以满足大部分的任务要求。
1、视野(FOV)或现场是相机及光学系统“看”到的真实世界的具体部分。
2、CCD芯片将光能转化为电能。
3、相机将此信息以模拟信号的格式输出至图像采集卡。
4、AD – 转换器将模拟信号转换成 8 位（或多位）的数字信号。每个象素独立地把光强以灰度值(Gray level)的形式表达。
5、这些光强值从CCD芯片的矩阵中被存储在内存的矩阵数据结构中。
灰度值（Gray Level）—— 象素光强弱信息的表示灰度值为真实世界图像量化的表现方法。通常灰度值从最黑到最白为0 － 255。光线进入CCD象素，如果光强达到CCD感应的极限，此象素为纯白色。对应于内存中该象素灰度值为255。如果完全没有光线进入CCD象素，此象素为纯黑色。对应于内存中该象素灰度值为0。
分类
图像采集卡按照视频信号源，可以分为数字采集卡（使用数字接口）和模拟采集卡。
图像采集卡按照安装链接方式，可以分为外置采集卡（盒）和内置式板卡。
图像采集卡按照视频压缩方式，可以分为软压卡（消耗CPU资源）和硬压卡。
图像采集卡按照视频信号输入输出接口，可以分为1394采集卡、USB采集卡、HDMI采集卡、DVI/VGA视频采集卡、PCI视频卡。
图像采集卡按照其性能作用，可以分为电视卡、图像采集卡、DV采集卡、电脑视频卡、监控采集卡、多屏卡、流媒体采集卡、分量采集卡、高清采集卡、笔记本采集卡、DVR卡、VCD卡、非线性编辑卡（简称非编卡）。
图像采集卡按照其用途可分为广播级图像采集卡，专业级图像采集卡，民用级图像采集卡，它们档次的高低主要是采集图像的质量不同。他们的区别主要是采集的图像指标不同。由于现在的VGA图像采集卡一般都是内置式板卡，也就是在安装使用时，需要插在PCI扩展槽中。
现在配置的台式计算机主板中都带有固定的扩展插槽，其直接与计算机的系统总线连接。用户可以根据自身使用情况增加声卡、显卡、视频采集卡等设备。视频采集卡是连接视频源和计算机的桥梁，所以在采集卡的板卡中都有两个连接设备，一个是连接视频源的视频接口，比如VGA接口、DVI接口、USB接口、1394接口等。连接计算机采用与主板相连，一般采用插槽系列或USB接口，而板卡扩展插槽主要有PCI插槽、PCI-E插槽、ISA插槽 、AGP插槽等。　
由于采用PCI和PCI-E标准，现在的VGA采集卡的采集速率更高，因此也常常被称为PCI图像采集卡，由于通过高速PCI总线可实现直接采集图象到VGA显存或主机系统内存，这不仅可以使图象直接采集到VGA，实现单屏工作方式，而且可以利用PC机内存的可扩展性，实现所需数量的序列图象逐帧连续采集，进行序列图象处理分析。此外，由于图象可直接采集到主机内存，图象处理可直接在内存中进行，因此图象处理的速度随CPU速度的不断提高而得到提高，因而使得对主机内存的图象进行并行实时处理成为可能。
图像采集
视频图像采集的方法较多，基本可分为2大类：数字信号采集和模拟信号采集。因此常见的图像采集卡也有数字采集卡和模拟采集卡、AV+DV二合一采集卡几种类型。
1、采集模拟视频
1)建立模拟视频采集环境
将模拟视频源(如摄像机,摄像头,录像机,VCD机,DVD机等)与装有视频采集卡的MPC(或者苹果电脑PowerMac)相连接,构成模拟视频采集的硬件环境.
2)安装视频采集软件
3)视频采集
①设置要用的视频源
②从视频源设备播放视频
③由视频采集软件完成视频采集.
2、采集数字视频
采集数字视频是指利用可连接DV视频信号的IEEE1394接口,完成将数码摄像机拍摄的DV信号采集到多媒体计算机系统的功能.首先建立一个硬件环境，包括无线传输系统。
安装 IEEEl394(FireWire或i.Link)接口卡,并用连接电缆连接DV摄像机.注意,DV连接电缆的两端接口不同,一端为4 针端口,用于连接数字摄像机,另一端为6针端口,用于连接IEEE1394卡.
选装调节DV摄像机的声音
输出的音频混频器.
安装外部扬声器.
安装视频处理软件.
还需要安装或选配其他软硬件:
组成
· 视频输入模块；
· 模数转换（A/D）模块；
· 时序及采集控制模块；
· 图像处理模块；
· 总线接口及控制模块；
· 输出及控制模块
图象速率及采集的计算公式帧图像大小(Image Size)：W×H(长×宽)---您必须首先了解：需要采集多大的图象尺寸?
颜色深度∶d(比特数)---希望采集到的图象颜色(8Bit灰度图象还是16/24/32Bit真彩色)
帧 速∶f---标准PAL制当然就是25帧，非标准就没准了!500-1000帧都有可能
数 据 量∶Q(MB)---图象信号的数据量
采 样 率∶A(MB)---采集卡的采样率，通过其产品手册可知
计算公式∶ Q=W×H×f×d/8
判断标准∶如果A>Q×1.2，则该采集卡能够胜任采集工作。
图像采集卡附加功能相机触发功能
灯源控制功能
基本I/O功能
相机复位功能
相机时序输出功能
图像采集卡的三种不同工作模式
(1)PLL(Phase Lock Loop)模式：相机向采集卡提供A/D 转换的时钟信号，此时钟信号来自相机输出的Video 信号，HS 和VS 同步信号可以有三种来源：composite video，composite sync，separate sync;
(2)XTAL 模式：图像采集卡给相机提供时钟信号以及HD/VD 信号，并用提供的时钟信号作为A/D 转换的时钟，但同步信号仍可用相机输出的HS/VS;
(3)VScan 模式：由相机向分别卡提供Pixel Clock 信号、HS 和VS 信号。
基本技术参数· 输入接口：数字 ，模拟；
· 灰度等级；
· 分辨率；
· 带宽；
· 传输速率；
应用
在实际使用中，PCI接口的平均传输速率为50～90MB/S，有可能在传输瞬间不能满足高传输率的要求。为了避免与其他PCI设备产生冲突时丢失数据，图像采集卡上应有数据缓存。一般情况下，2MB的板载存储器可以满足大部分的任务要求。
在工业检测，交通道路，医学，军事以及科研等系统中，输入/输出的控制很重要。系统中常要根据处理过程的需要来决定摄像机的拍摄时间。如果采用了可重设的摄像机，需要产生重设信号。在一些系统中，由于需要设定拍摄的帧率，应该有像素时钟发生器。外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可以保证不同设备输出的视频信号具有相同的帧行起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号或复合视频信号。如果图像采集卡已经具有数字 I/ O功能，能够产生摄像机和其他电子设备所需的选通、触发及其他电子信号，对系统是很有用的，否则将需要独立的数字 I/ O卡。
● 教育课件录制、多媒体录播录像、会议录制、视频会议，远程教育培训
● 大屏幕拼接、电视墙行业、虚拟演播室、虚拟现实、工控、游戏机等设备
● 安检X光机、雷达图像信号、VDR纪录仪、医疗X光机、CT机、胃肠机、阴道镜等
● VGA相机、VGA摄像机等VGA信号、RGB信号输出设备的图像采集和处理
如何选购图像采集卡

在选购及使用图像采集卡时，需要考虑的两个关键性的因素为：硬件的可靠性以及软件的支持。
硬件的可靠性在系统中是十分重要的，由设备故障而停产造成的损失远远大于设备本身。很多板卡厂家并没有标明如平均无故障时间等可靠性指标。这里有两个经验性的技巧用以评估不同板卡的可靠性，板上的器件的数量和功耗。试着去选择具有更低功耗的采集卡。
在其它条件都同等的情况下，一块复杂具有更多器件的卡会比器件较少的卡耗散更多的热量。好的设计会采用更多的ASIC(Applica tion-specific integrated circuits)和可编程器件以减少电子器件的数量，而达到更高的功能。还可以选择具有更少的无用功能的卡以减少不必要的麻烦。过压保护是可靠性的一个重要指标。接近高压会在视频电缆产生很强的电涌，在视频输入端和I/O口加过压保护电路可保护采集卡不会被工业环境电磁干扰会产生的高压击穿。
基本上所有的图像采集卡都支持二次开发，通常随图像采集卡都附送一些采集、存储、显示相关的函数库，而图像处理相关的函数库虽然需要得到响应的硬件支持但往往都是另外销售的，因此在选择采集卡的同时还必须考虑此视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容，是否使用方便，其软件是否要求付费等。
比如Dalsa Coreco公司的图像处理软件WIT、Sapera、MVTools等只能在其Bandit系统、PC系列、X64系列、Viper系列等采集卡上使用，而Cognex公司的Vision Pro只能在其8100、8500系列采集卡上运行。此外，像HexSight这类的通用视觉开发软件，则可以支持市面上的大多数采集卡[1]