机器视觉系统中图像采集卡的选择

来源：MookLab马克拉伯

机器视觉技术是目前工业生产检测实现自动化、智能化的重要应用。机器视觉系统分为图像采集与图像处理两大板块，图像采集卡就是连接这两大板块的重要组件。

机器视觉系统图像采集部分主要由LED光源、工业镜头以及工业相机互相配合，图像处理部分则是由图像处理软件来实现，因此，在原理结构上，图像采集卡连接着工业相机与图像处理软件。

图像采集卡常用概念

1、A/D转换

图像采集卡可以实现模拟信号向数字信号的转换，称为A/D转换，相应的实现转换的组件被称之为A/D转换器。

2、传输通道数

为了满足生产需要，图像采集卡有了同时对多个相机进行A/D转换的功能。传输通道数就是指的就是利用同一块图像采集卡同时进行转换的数目，目前市场上研发生产的采集卡可选传输通道有单通道、双通道、四通道等模式。

3、采样频率

采样频率是图像采集卡在采集图像信息时的频率，反映了采集卡处理图像的速度与能力。

4、帧和场

一个视频信号可以通过一系列帧进行渐进采样，也可以通过对一个序列的隔行扫描场进行隔行扫描采样，而在这个隔行扫描采样的视频序列里，一帧的一半的数据是在每个时间采样间隔进行采样的。

如何选择采集卡

1、接口制式，数据格式

接口制式包括数字(Camera Link、LVDS/RS422)、模拟(PAL、NTSC、CCIR、RS170/EIA、非标准模拟制式)一定与视觉系统所选用相机一致。

2、数字化精度

模拟采集卡的数字化精度主要包括两个方面：

(1)像素抖动

像素抖动是因为图像采集卡的A/D转换器的采样时钟有误差，产生的像元位置有微小错误，导致对距离测量的错误。

(2)灰度噪音

图像采集卡的数字化转换的过程包括对模拟视频信号的放大和对其亮度(灰度值)进行测量。

3、 数据率大小

计算数字采集卡的数据率是否满足系统的要求可按下列公式计算：

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

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

式中Data Rate(Grabber)为采集卡的数据率，Data Rate(Camera)为相机的数据率，R为相机的分辨率，f为相机的帧频，d为相机的数字深度(或称灰度级)。

4、Memory大小， PCI总线的传输速率

PCI总线可支持BUS Master设备以132MB/s突发速率传输数据。而其平均持续数据传输率一般在50-90MB/s。

5、相机控制信号及外触发信号

外触发：由外部事件启动采集的过程。

同步触发：不改变相机与板卡之间的同步关系，采集从下一个场有效信号开始。

异步触发：改变相机与板卡的同步关系，采集从相机复位后的第一个场有效信号开始。

当视觉系统要对运动中目标进行检测时，相机和采集卡必须要具备异步触发的功能。

6、硬件系统的可靠性

硬件的可靠性在生产系统中是十分重要的，由设备故障而停产造成的损失远远大于设备本身。

(1)选择具有更低功耗的采集卡。一块复杂具有更多器件的卡会比器件较少的卡耗散更多的热量。

(2)过压保护是可靠性的一个重要指标。在视频输入端和I/O口加过压保护电路可保护采集卡不会被工业环境电磁干扰会产生的高压击穿。

7、支持软件的功能

考虑视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容。随着机器视觉技术的不断发展，采集卡的技术不断加强，功能不断更新。选择适合视觉系统的采集卡对一个视觉系统正常运行起到关键性作用。

审核编辑：汤梓红