機器視覺仍然需要圖像采集卡

圖像采集卡是機器視覺系統的重要組成部分。圖像采集卡是不斷發展的，在機器視覺中的重要作用。

曾經只是作為模擬視頻數字化儀和圖像緩存，圖像采集卡的功能現在范圍從視覺專用接口板功能的嵌入式圖像處理設備，圖像和元數據緩存，空調主機系統的分析。此外，圖像采集卡的設計不斷進化，在相機技術變化保持同步，將提高系統性能的主機處理器。

此外，圖像采集，圖像采集卡進行機器視覺系統中的三大任務。一個是圖像重建，這與原來的模擬視頻技術是數字化的模擬信號從攝像機、去隔行和重新格式化，如果需要。該圖像采集卡的二任務是簡單的圖像緩沖區直到主機CPU準備接受他們。圖象采集卡的第三的任務是提供相機的實時控制等活動的曝光控制和快門激活和應對外部事件的確定性。

隨著數字技術開始在相機的設計取代模擬技術，對圖像采集卡的作用有所改變。現代的數碼相機，圖像重建涉及到攝像機的數據從一個或多個串行通道和重新排序的像素在圖像。圖像緩沖和相機控制的需要，雖然，仍然存在，必須在一個較短的時間內完成，以使高速攝像機操作。

圖像采集卡和相機的設計演變，共同提高它們之間的數字連接。視覺系統的需求，更高的持續吞吐量，更長的電纜距離，較低的熱量產生和較小的物理足跡比標準的計算機外圍接口可以提供視覺系統的需求有很大的影響。第一視覺的具體數字接口成為行業標準提供高速的觸發和控制信號給攝像機以及一個數據路徑，圖像采集卡。

PC外設接口，如因特網無處不在、FireWire和USB和多核處理器的出現使許多相機和視覺系統設計人員利用這些技術來提供更具成本效益的解決方案，從而減少了圖像采集卡的需要時，數據率不高。這樣的設計尋求降低成本，通過使用主機的緩沖和圖像處理。這些PC接口也有支持一個較長的相機和視覺系統之間的距離的優勢。千兆位因特網，例如，支持數據速率高達100 MB /秒/電纜距離100米，數據速率可擴展性可以通過多個電纜的使用。GigE Vision攝像頭接口標準的出現給通用的因特網鏈路的相機控制功能，視覺系統所需要的類，支持各種因特網速度等級。

數字接口的攝像機和圖像采集卡的發展提供更高的帶寬和較長的距離，隨著新標準CameraLink HS的到來。

 

相機性能挑戰PC的處理

使用直接到電腦攝像頭接口，但可能會減少，但并未消除在視覺中的圖像采集卡的需要。圖像傳感器技術是不斷增加的速度和分辨率的圖像相機可以提供。沒有一個專門的圖像采集、捕獲和重新格式化的圖像數據和響應外部事件確定的任務必然是電腦處理這些任務不需要專用的硬件沒有剩余的CPU能力、圖像處理等任務的一個相當大的負擔。用圖像采集卡將相機接口和圖像的裝配任務，然而，多主機的容量可用于視覺處理等任務。

有越來越多的應用程序，需要這樣的高，甚至更高，性能相機。在制造過程中的平板顯示器的檢查，例如，需要不斷增加的分辨率的相機。在手持設備如智能手機高清顯示器出現彩色像素過濾器現在要求小于1?M在檢驗。同時，制造速度和效率的需要要求相機成像盡可能廣泛的一個領域盡可能迅速。其結果是非常高的數據速率。一個系統目前運行的平板顯示器自動光學檢測采用多線掃描相機和必須處理近7千兆字節/秒。

電子電路板或Web檢查應用程序的檢查有類似的需求，無論是高速和高精度。與平板檢測一樣，視覺系統可以操作的速度決定了工廠可以生產板的速度。在主機系統中的處理速度通常是限制因素，所以任何視覺系統設計人員可以做的，以盡量減少對主機處理器的需求直接有助于制造吞吐量。卸載，圖像采集卡提供了可以對吞吐量的重大貢獻。

 

圖像采集卡視覺任務

也有圖像采集卡將從主機處理器的任務超出圖像組件的機遇和相機接口的處理。許多應用程序有一個確定性，但耗時的操作，如顏色空間轉換，多光譜圖像提取，和生成的圖像元數據。這些任務可以被嵌入到圖像采集，預處理，提供有助于簡化和加速后續圖像分析在主機處理器。具有廣泛適用性的嵌入式圖像處理可以建立圖像采集卡的制造商，或圖像采集卡可以為用戶開發和嵌入自己的自定義圖像處理平臺。

比如食品檢驗系統，可以使用圖像采集卡同時準備可見彩色和單色紅外相機拍攝的圖像數據。主機系統，然后，可以運行不同的檢查算法對每個圖像類型，而不必處理的原始相機數據的兩倍。通過已經分離和組裝的圖像，主機處理器可以更有效地完成其檢查任務。

這種能力提供預處理以及圖像拼接是圖像采集功能的不斷演化的指示。幀捕獲也繼續為新相機接口的發展出現。這些新的接口是必要的，因為在視覺系統相機的分辨率和幀速率的不斷增加，推動現有的相機接口的帶寬限制。即使在高性能相機不是必需的，雖然，一些系統的設計要求更大的距離，相機和圖像采集卡或視覺處理器比傳統的雙絞線布線之間。

 

新的相機接口提高性能

為了滿足這些不斷增長的要求更高的帶寬和更長的電纜長度與一個一致的接口設計，一些新的相機接口標準將出現。

CoaXPress是另一個例子，一個新的機器視覺標準的日本工業成像協會（jiia）需要專用圖像采集卡。的CoaXpress規格允許在一個單一的同軸電纜到100米的距離高達6.25 Gb /秒傳輸。系統可以并行使用多達四的電纜來實現更高的帶寬。一個20 Mbps的“上行”從主機到相機允許控制和配置數據，并可以提供24V電源電纜，每根電纜達13W。

友邦保險的GigE視覺標準目前還支持使用一個10千兆因特網接口，支持1200兆字節/秒帶寬高;本身的10千兆因特網標準而無需使用特殊的硬件不提供實時觸發信令支持。在主流的機器視覺相機采用萬兆因特網，但是，進展緩慢，在很大程度上是由于其較大的協議，更高的功率和熱的足跡。當并且如果10千兆因特網接口變為在機器視覺相機主體，重構的數據包與數據跨越10千兆因特網鏈路來將最左一幀采集任務的量的可用的圖像。雖然標準現成的，貨架網卡可作為攝像頭接口，如果主機CPU使用率并不是一個主要的考慮因素，10 GigE幀接收器提供了圖像，而不僅僅是數據，進入主機的有效方式。

有了這些新接口提高視頻數據視覺系統必須處理量，圖像采集卡也將演變為提供更多圖像存儲和預處理功能。這種并行極大地簡化了涉及大型物體或連續卷筒紙檢查精密檢測應用程序的創建多攝像機系統。

圖像采集卡在機器視覺中還遠未結束。高性能的圖像傳感器產生的數據帶寬的增加，保證了圖像采集卡具有實時圖像采集，一個角色控制的需求增加，格式和緩沖的數據做出有效使用主機。此外，圖像采集卡繼續進化和適應提供更大的價值在視覺系統把計算機密集的圖像處理任務和制備高效的圖像視覺分析。即使攝像機可以直接插到PC的數據采集、分析、處理能力的圖像采集卡可以把視覺系統的設計給出了圖像采集卡的一個重要的角色作為高速的關鍵，高性能視覺系統設計。