机器视觉图像采集卡解析

机器视觉系列｜第七期

机器视觉被誉为智能制造皇冠上的明珠。凌云光深耕机器视觉行业二十余载，拥有丰富的技术积累及应用实践经验，深度参与编写了《机器视觉发展白皮书》2021版。本栏目将以白皮书为蓝本，为您讲述机器视觉发展变迁、机遇挑战、市场前景、行业应用。快来跟随凌小云一起探索机器视觉的星辰大海吧！

什么？直播也需要采集卡？

我们就拿现在最火的直播带货来讲讲，一般直播带货的主播，我们能想到的直播设备有电脑、摄像机、声卡、麦克风、灯光设备和采集卡，其他设备都比较好理解，唯独这个采集卡，很多人可能就看不明白了，在直播中采集卡能够把你相机实时画面传给电脑，让画面有更好的清晰度和色彩值，所以选择一个性价比高的采集卡，对于主播来说非常重要！

使用采集卡后传输画面对比

什么是图像采集技术？

了解了主播们用的视频采集卡，聊一聊机器视觉领域中的图像采集卡。图像采集卡是控制摄像机拍照、完成图像采集与数字化、协调整个系统的重要设备。它一般具有3大功能模块：

①图像信号的接收与A/D转换模块，负责图像信号的放大与数字化。

②控制输入输出接口，主要负责协调工业相机进行同步或实现异步重置拍照、定时拍照等。

③总线接口，负责通过PC机内部总线高速输出数字数据，一般是PCI接口，传输速率可高达130Mbps，完全能胜任高精度图像的实时传输，且占用较少的CPU时间。

采集卡的发展：三大发展阶段

模拟采集卡:将模拟视频信号转化成数字信号，主要解决将模拟相机输出的图像数据进行采样、量化并转化成电脑可辨别的数字数据。再利用DSP等处理平台进行数字处理。

数字采集卡:主要解决数字图像信号的信息格式转换作用，将相机端的数字图像信号由不同的格式协议，转化成PCIE格式并被主机解读、存储和处理。传统的数字图像采集卡包括：千兆网卡，USB3.0采集卡，CameraLink采集卡，CoaxPress采集卡，Firewire采集卡等。德国Ximea公司为自家PCIE高速相机配套推出了PCIE的转接卡，主要解决物理接口连接问题，但无数据格式转换功能。未来朝着嵌入式发展，可见越来越多的USB3.0，mipi，GigE接口的采集卡转接板出现，解决与主流嵌入式系统对接的问题。

具备预处理能力数字采集卡:以德国Basler为代表的采集卡厂商，率先推出带预处理功能的数字图像采集卡，该卡利用FPGA+软件平台，提供简易的工作流程，利用拖拽式操作即可完成复杂的FPGA图像预处理工作，大大简化了上位机的算法处理压力。该产品受到很多高端AOI厂商的青睐。

未来采集卡发展趋势

①数据带宽增 高&预处理能力加大

随着计算机技术的发展和硬件水平的提升，采集的速度越来越高，数据量也越来越大，这就要求了数据采集和转换的精度也必须提高，采集卡的接口技术更丰富且在采集卡上所做的预处理功能也越来越多。DSP、PowerPC、FPGA技术，并行处理技术的发展，高速总线的发展，使得大数据量实时处理和大数据量复杂运算的实时处理都变为可能，未来还可能发展到图像的大数据量无线传输、光纤传输和图像检索技术，在这些复杂的大系统中硬件处理技术尤为重要。

②采集传输可靠性增强

触发、采集和传输的可靠性要求，多路I/O的控制与处理，图像系统与上下位机控制系统的融合（例如与运动控制系统的融合等）也在不断提升。

③工业视觉标准接口快速发展及协议国际标准化加速

工业相机相机的数据传输接口多种多样，由于接口设计目的和使用需求不同，导致多种接口并存。

目前主流使用工业相机接口

全 球机器视觉标准组织G3正持续推动相机接口的标准化进程，目前已发布了多个主流视觉接口标准，如Camera Link，GigE Vision，Gen<i>Cam，USB3 Vision，Camera Link HS，CoaXPress等，接口标准化的发展致力于为高速远距离数据传输提供可靠保证。同时也为了解决未来与自动化产线，嵌入式应用做准备。G3正在加紧讨论新的接口协议标准，如OOCI（Open Optics Camera Interface），emVision和Embedded Vision Interface（mipi，LVDS，SLVS-EC），与工业生产总线之间的接口协议VDI/VDE/VDMA 2632&OPC-UA等。

凌云光一直积极参与G3标准建设工作，与机器视觉产业联盟一同推进接口协议统一，改善硬件与软件兼容问题，推动机器视觉加速发展。