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機(jī)器視覺圖像采集卡解析

機(jī)器視覺系列｜第七期

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機(jī)器視覺被譽為智能制造皇冠上的明珠。凌云光深耕機(jī)器視覺行業(yè)二十余載，擁有豐富的技術(shù)積累及應(yīng)用實踐經(jīng)驗，深度參與編寫了《機(jī)器視覺發(fā)展白皮書》2021版。本欄目將以白皮書為藍(lán)本，為您講述機(jī)器視覺發(fā)展變遷、機(jī)遇挑戰(zhàn)、市場前景、行業(yè)應(yīng)用?？靵砀S凌小云一起探索機(jī)器視覺的星辰大海吧！

”

什么？直播也需要采集卡？


我們就拿現(xiàn)在最火的直播帶貨來講講，一般直播帶貨的主播，我們能想到的直播設(shè)備有電腦、攝像機(jī)、聲卡、麥克風(fēng)、燈光設(shè)備和采集卡，其他設(shè)備都比較好理解，唯獨這個采集卡，很多人可能就看不明白了，在直播中采集卡能夠把你相機(jī)實時畫面?zhèn)鹘o電腦，讓畫面有更好的清晰度和色彩值，所以選擇一個性價比高的采集卡，對于主播來說非常重要！


使用采集卡后傳輸畫面對比


什么是圖像采集技術(shù)？

了解了主播們用的視頻采集卡，聊一聊機(jī)器視覺領(lǐng)域中的圖像采集卡。圖像采集卡是控制攝像機(jī)拍照、完成圖像采集與數(shù)字化、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。它一般具有3大功能模塊：

①圖像信號的接收與A/D轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)圖像信號的放大與數(shù)字化。


②控制輸入輸出接口，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照、定時拍照等。


③總線接口，負(fù)責(zé)通過PC機(jī)內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達(dá)130Mbps，完全能勝任高精度圖像的實時傳輸，且占用較少的CPU時間。

采集卡的發(fā)展：三大發(fā)展階段

模擬采集卡:將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，主要解決將模擬相機(jī)輸出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、量化并轉(zhuǎn)化成電腦可辨別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。再利用DSP等處理平臺進(jìn)行數(shù)字處理。

數(shù)字采集卡:主要解決數(shù)字圖像信號的信息格式轉(zhuǎn)換作用，將相機(jī)端的數(shù)字圖像信號由不同的格式協(xié)議，轉(zhuǎn)化成PCIE格式并被主機(jī)解讀、存儲和處理。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像采集卡包括：千兆網(wǎng)卡，USB3.0采集卡，CameraLink采集卡，CoaxPress采集卡，F(xiàn)irewire采集卡等。德國Ximea公司為自家PCIE高速相機(jī)配套推出了PCIE的轉(zhuǎn)接卡，主要解決物理接口連接問題，但無數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能。未來朝著嵌入式發(fā)展，可見越來越多的USB3.0，mipi，GigE接口的采集卡轉(zhuǎn)接板出現(xiàn)，解決與主流嵌入式系統(tǒng)對接的問題。

具備預(yù)處理能力數(shù)字采集卡:以德國Basler為代表的采集卡廠商，率先推出帶預(yù)處理功能的數(shù)字圖像采集卡，該卡利用FPGA+軟件平臺，提供簡易的工作流程，利用拖拽式操作即可完成復(fù)雜的FPGA圖像預(yù)處理工作，大大簡化了上位機(jī)的算法處理壓力。該產(chǎn)品受到很多高端AOI廠商的青睞。

未來采集卡發(fā)展趨勢

①數(shù)據(jù)帶寬增高&預(yù)處理能力加大

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和硬件水平的提升，采集的速度越來越高，數(shù)據(jù)量也越來越大，這就要求了數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換的精度也必須提高，采集卡的接口技術(shù)更豐富且在采集卡上所做的預(yù)處理功能也越來越多。DSP、PowerPC、FPGA技術(shù)，并行處理技術(shù)的發(fā)展，高速總線的發(fā)展，使得大數(shù)據(jù)量實時處理和大數(shù)據(jù)量復(fù)雜運算的實時處理都變?yōu)榭赡?，未來還可能發(fā)展到圖像的大數(shù)據(jù)量無線傳輸、光纖傳輸和圖像檢索技術(shù)，在這些復(fù)雜的大系統(tǒng)中硬件處理技術(shù)尤為重要。

②采集傳輸可靠性增強

觸發(fā)、采集和傳輸?shù)目煽啃砸?，多路I/O的控制與處理，圖像系統(tǒng)與上下位機(jī)控制系統(tǒng)的融合（例如與運動控制系統(tǒng)的融合等）也在不斷提升。

③工業(yè)視覺標(biāo)準(zhǔn)接口快速發(fā)展及協(xié)議國際標(biāo)準(zhǔn)化加速

工業(yè)相機(jī)相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸接口多種多樣，由于接口設(shè)計目的和使用需求不同，導(dǎo)致多種接口并存。


目前主流使用工業(yè)相機(jī)接口

全球機(jī)器視覺標(biāo)準(zhǔn)組織G3正持續(xù)推動相機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，目前已發(fā)布了多個主流視覺接口標(biāo)準(zhǔn)，如Camera Link，GigE Vision，GenCam，USB3 Vision，Camera Link HS，CoaXPress等，接口標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展致力于為高速遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸提供可靠保證。同時也為了解決未來與自動化產(chǎn)線，嵌入式應(yīng)用做準(zhǔn)備。G3正在加緊討論新的接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如OOCI（Open Optics Camera Interface），emVision和Embedded Vision Interface（mipi，LVDS，SLVS-EC），與工業(yè)生產(chǎn)總線之間的接口協(xié)議VDI/VDE/VDMA 2632&OPC-UA等。




凌云光一直積極參與G3標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作，與機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟一同推進(jìn)接口協(xié)議統(tǒng)一，改善硬件與軟件兼容問題，推動機(jī)器視覺加速發(fā)展。


*文章部分圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

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