機器視覺系統中圖像采集卡的選擇

來源：MookLab馬克拉伯

機器視覺技術是目前工業生產檢測實現自動化、智能化的重要應用。機器視覺系統分為圖像采集與圖像處理兩大板塊，圖像采集卡就是連接這兩大板塊的重要組件。

機器視覺系統圖像采集部分主要由LED光源、工業鏡頭以及工業相機互相配合，圖像處理部分則是由圖像處理軟件來實現，因此，在原理結構上，圖像采集卡連接著工業相機與圖像處理軟件。

圖像采集卡常用概念

1、A/D轉換

圖像采集卡可以實現模擬信號向數字信號的轉換，稱為A/D轉換，相應的實現轉換的組件被稱之為A/D轉換器。

2、傳輸通道數

為了滿足生產需要，圖像采集卡有了同時對多個相機進行A/D轉換的功能。傳輸通道數就是指的就是利用同一塊圖像采集卡同時進行轉換的數目，目前市場上研發生產的采集卡可選傳輸通道有單通道、雙通道、四通道等模式。

3、采樣頻率

采樣頻率是圖像采集卡在采集圖像信息時的頻率，反映了采集卡處理圖像的速度與能力。

4、幀和場

一個視頻信號可以通過一系列幀進行漸進采樣，也可以通過對一個序列的隔行掃描場進行隔行掃描采樣，而在這個隔行掃描采樣的視頻序列里，一幀的一半的數據是在每個時間采樣間隔進行采樣的。

如何選擇采集卡

1、接口制式，數據格式

接口制式包括數字(Camera Link、LVDS/RS422)、模擬(PAL、NTSC、CCIR、RS170/EIA、非標準模擬制式)一定與視覺系統所選用相機一致。

2、數字化精度

模擬采集卡的數字化精度主要包括兩個方面：

(1)像素抖動

像素抖動是因為圖像采集卡的A/D轉換器的采樣時鐘有誤差，產生的像元位置有微小錯誤，導致對距離測量的錯誤。

(2)灰度噪音

圖像采集卡的數字化轉換的過程包括對模擬視頻信號的放大和對其亮度(灰度值)進行測量。

3、 數據率大小

計算數字采集卡的數據率是否滿足系統的要求可按下列公式計算：

Data Rate(Grabber)>1.2 * Data Rate(Camera)

Data Rate(Camera)=R * f * d / 8

式中Data Rate(Grabber)為采集卡的數據率，Data Rate(Camera)為相機的數據率，R為相機的分辨率，f為相機的幀頻，d為相機的數字深度(或稱灰度級)。

4、Memory大小， PCI總線的傳輸速率

PCI總線可支持BUS Master設備以132MB/s突發速率傳輸數據。而其平均持續數據傳輸率一般在50-90MB/s。

5、相機控制信號及外觸發信號

外觸發：由外部事件啟動采集的過程。

同步觸發：不改變相機與板卡之間的同步關系，采集從下一個場有效信號開始。

異步觸發：改變相機與板卡的同步關系，采集從相機復位后的第一個場有效信號開始。

當視覺系統要對運動中目標進行檢測時，相機和采集卡必須要具備異步觸發的功能。

6、硬件系統的可靠性

硬件的可靠性在生產系統中是十分重要的，由設備故障而停產造成的損失遠遠大于設備本身。

(1)選擇具有更低功耗的采集卡。一塊復雜具有更多器件的卡會比器件較少的卡耗散更多的熱量。

(2)過壓保護是可靠性的一個重要指標。在視頻輸入端和I/O口加過壓保護電路可保護采集卡不會被工業環境電磁干擾會產生的高壓擊穿。

7、支持軟件的功能

考慮視覺系統要選用的軟件與采集卡是否兼容。隨著機器視覺技術的不斷發展，采集卡的技術不斷加強，功能不斷更新。選擇適合視覺系統的采集卡對一個視覺系統正常運行起到關鍵性作用。

審核編輯：湯梓紅