机器视觉仍然需要图像采集卡

图像采集卡是机器视觉系统的重要组成部分。图像采集卡是不断发展的，在机器视觉中的重要作用。

曾经只是作为模拟视频数字化仪和图像缓存，图像采集卡的功能现在范围从视觉专用接口板功能的嵌入式图像处理设备，图像和元数据缓存，空调主机系统的分析。此外，图像采集卡的设计不断进化，在相机技术变化保持同步，将提高系统性能的主机处理器。

此外，图像采集，图像采集卡进行机器视觉系统中的三大任务。一个是图像重建，这与原来的模拟视频技术是数字化的模拟信号从摄像机、去隔行和重新格式化，如果需要。该图像采集卡的二任务是简单的图像缓冲区直到主机CPU准备接受他们。图象采集卡的第三的任务是提供相机的实时控制等活动的曝光控制和快门激活和应对外部事件的确定性。

随着数字技术开始在相机的设计取代模拟技术，对图像采集卡的作用有所改变。现代的数码相机，图像重建涉及到摄像机的数据从一个或多个串行通道和重新排序的像素在图像。图像缓冲和相机控制的需要，虽然，仍然存在，必须在一个较短的时间内完成，以使高速摄像机操作。

图像采集卡和相机的设计演变，共同提高它们之间的数字连接。视觉系统的需求，更高的持续吞吐量，更长的电缆距离，较低的热量产生和较小的物理足迹比标准的计算机外围接口可以提供视觉系统的需求有很大的影响。第一视觉的具体数字接口成为行业标准提供高速的触发和控制信号给摄像机以及一个数据路径，图像采集卡。

PC外设接口，如因特网无处不在、FireWire和USB和多核处理器的出现使许多相机和视觉系统设计人员利用这些技术来提供更具成本效益的解决方案，从而减少了图像采集卡的需要时，数据率不高。这样的设计寻求降低成本，通过使用主机的缓冲和图像处理。这些PC接口也有支持一个较长的相机和视觉系统之间的距离的优势。千兆位因特网，例如，支持数据速率高达100 MB /秒/电缆距离100米，数据速率可扩展性可以通过多个电缆的使用。GigE Vision摄像头接口标准的出现给通用的因特网链路的相机控制功能，视觉系统所需要的类，支持各种因特网速度等级。

数字接口的摄像机和图像采集卡的发展提供更高的带宽和较长的距离，随着新标准CameraLink HS的到来。

 

相机性能挑战PC的处理

使用直接到电脑摄像头接口，但可能会减少，但并未消除在视觉中的图像采集卡的需要。图像传感器技术是不断增加的速度和分辨率的图像相机可以提供。没有一个专门的图像采集、捕获和重新格式化的图像数据和响应外部事件确定的任务必然是电脑处理这些任务不需要专用的硬件没有剩余的CPU能力、图像处理等任务的一个相当大的负担。用图像采集卡将相机接口和图像的装配任务，然而，多主机的容量可用于视觉处理等任务。

有越来越多的应用程序，需要这样的高，甚至更高，性能相机。在制造过程中的平板显示器的检查，例如，需要不断增加的分辨率的相机。在手持设备如智能手机高清显示器出现彩色像素过滤器现在要求小于1?M在检验。同时，制造速度和效率的需要要求相机成像尽可能广泛的一个领域尽可能迅速。其结果是非常高的数据速率。一个系统目前运行的平板显示器自动光学检测采用多线扫描相机和必须处理近7千兆字节/秒。

电子电路板或Web检查应用程序的检查有类似的需求，无论是高速和高精度。与平板检测一样，视觉系统可以操作的速度决定了工厂可以生产板的速度。在主机系统中的处理速度通常是限制因素，所以任何视觉系统设计人员可以做的，以尽量减少对主机处理器的需求直接有助于制造吞吐量。卸载，图像采集卡提供了可以对吞吐量的重大贡献。

 

图像采集卡视觉任务

也有图像采集卡将从主机处理器的任务超出图像组件的机遇和相机接口的处理。许多应用程序有一个确定性，但耗时的操作，如颜色空间转换，多光谱图像提取，和生成的图像元数据。这些任务可以被嵌入到图像采集，预处理，提供有助于简化和加速后续图像分析在主机处理器。具有广泛适用性的嵌入式图像处理可以建立图像采集卡的制造商，或图像采集卡可以为用户开发和嵌入自己的自定义图像处理平台。

比如食品检验系统，可以使用图像采集卡同时准备可见彩色和单色红外相机拍摄的图像数据。主机系统，然后，可以运行不同的检查算法对每个图像类型，而不必处理的原始相机数据的两倍。通过已经分离和组装的图像，主机处理器可以更有效地完成其检查任务。

这种能力提供预处理以及图像拼接是图像采集功能的不断演化的指示。帧捕获也继续为新相机接口的发展出现。这些新的接口是必要的，因为在视觉系统相机的分辨率和帧速率的不断增加，推动现有的相机接口的带宽限制。即使在高性能相机不是必需的，虽然，一些系统的设计要求更大的距离，相机和图像采集卡或视觉处理器比传统的双绞线布线之间。

 

新的相机接口提高性能

为了满足这些不断增长的要求更高的带宽和更长的电缆长度与一个一致的接口设计，一些新的相机接口标准将出现。

CoaXPress是另一个例子，一个新的机器视觉标准的日本工业成像协会（jiia）需要专用图像采集卡。的CoaXpress规格允许在一个单一的同轴电缆到100米的距离高达6.25 Gb /秒传输。系统可以并行使用多达四的电缆来实现更高的带宽。一个20 Mbps的“上行”从主机到相机允许控制和配置数据，并可以提供24V电源电缆，每根电缆达13W。

友邦保险的GigE视觉标准目前还支持使用一个10千兆因特网接口，支持1200兆字节/秒带宽高;本身的10千兆因特网标准而无需使用特殊的硬件不提供实时触发信令支持。在主流的机器视觉相机采用万兆因特网，但是，进展缓慢，在很大程度上是由于其较大的协议，更高的功率和热的足迹。当并且如果10千兆因特网接口变为在机器视觉相机主体，重构的数据包与数据跨越10千兆因特网链路来将最左一帧采集任务的量的可用的图像。虽然标准现成的，货架网卡可作为摄像头接口，如果主机CPU使用率并不是一个主要的考虑因素，10 GigE帧接收器提供了图像，而不仅仅是数据，进入主机的有效方式。

有了这些新接口提高视频数据视觉系统必须处理量，图像采集卡也将演变为提供更多图像存储和预处理功能。这种并行极大地简化了涉及大型物体或连续卷筒纸检查精密检测应用程序的创建多摄像机系统。

图像采集卡在机器视觉中还远未结束。高性能的图像传感器产生的数据带宽的增加，保证了图像采集卡具有实时图像采集，一个角色控制的需求增加，格式和缓冲的数据做出有效使用主机。此外，图像采集卡继续进化和适应提供更大的价值在视觉系统把计算机密集的图像处理任务和制备高效的图像视觉分析。即使摄像机可以直接插到PC的数据采集、分析、处理能力的图像采集卡可以把视觉系统的设计给出了图像采集卡的一个重要的角色作为高速的关键，高性能视觉系统设计。