圖像采集卡（Image Grabber）又稱為圖像卡，它將攝像機(jī)的圖像視頻信號，以幀為單位，送到計算機(jī)的內(nèi)存和VGA幀存，供計算機(jī)處理、存儲、顯示和傳輸?shù)仁褂茫辉跈C(jī)器視覺系統(tǒng)中，圖像卡采集到的圖像，供處理器作出工件是否合格、運(yùn)動物體的運(yùn)動偏差量、缺陷所在的位置等等處理。

一、基本概念

1、圖像采集卡（Frame Graber）

      圖像采集卡是圖像采集部分和處理部分的接口。圖像經(jīng)過采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并輸入、存儲到幀存儲器的過程，叫做采集、數(shù)字化。

2、A/D轉(zhuǎn)換

      視頻量化處理是指將相機(jī)所輸出的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為PC所能識別的數(shù)字信號的過程，即A/D轉(zhuǎn)換。視頻信號的量化處理是圖像采集處理的重要組成部分。

3、傳輸通道數(shù)（Channel）

      采集卡同時對多個相機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的能力。如：2通道、4通道。

4、分辨率

      采集卡能支持的最大點(diǎn)陣反映了其分辨率的性能。即，其所能支持的相機(jī)最大分辨率。

5、采樣頻率

      采樣頻率反映了采集卡處理圖像的速度和能力。在進(jìn)行高速圖像采集時，需要注意采集卡的采樣頻率是否滿足要求。

6、傳輸速率

      指圖像由采集卡到達(dá)內(nèi)存的速度。普通PCI接口理論傳輸速度為132MB/S，PCI-E，PCI-X是更高速的總線接口。

7、圖像格式（像素格式）

      (1) 黑白圖像：通常情況下，圖像灰度等級可分為256級，即以8位表示。在對圖像灰度有更精確要求時，可用10位，12位等來表示。

      (2) 彩色圖像：彩色圖像可由RGB（YUV）3種色彩組合而成，根據(jù)其亮度級別的不同有8－8－8，10－10－10等格式。

8、顏色空間

      對一種顏色進(jìn)行編碼的方法統(tǒng)稱為“顏色空間”或“色域”(Color Space)。

      ——RGB(16位/24位/32位)

     ——YUV(YCbCr)

     ——其他(HSV、CMYK、數(shù)碼相機(jī)自定義格式等)

     ——Alpha通道

9、幀和場

     ——標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號是隔行信號，一幀分成兩場

     ——偶數(shù)場包含所有的偶數(shù)行(0, 2, . . . )

     ——奇數(shù)場包含所有的奇數(shù)行(1, 3, . . . )

     ——采集和傳輸?shù)倪^程中使用的是場，而不是幀

     ——一幀圖像的兩場之間有時間差

二、原理

采集，視頻/圖象經(jīng)過采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程。由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口不能滿足要求，因此需要圖像采集卡。

圖像采集卡信號采集流程

從視頻源得到的信號，經(jīng)過視頻接口送到視頻采集卡，信號首先進(jìn)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送到數(shù)字解碼器解碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC實(shí)際上也是一個視頻解碼器，可以看出它對來自視頻源的視頻信號解碼和數(shù)字化，另外，采用不同的顏色空間可選擇不同的視頻輸入解碼器芯片。

視頻采集就是將視頻源的模擬信號通過處理轉(zhuǎn)變成數(shù)碼信息，并將這些數(shù)碼信息存儲在電腦硬盤上的過程。這種模擬數(shù)碼轉(zhuǎn)變是通過視頻采集卡上的采集芯片進(jìn)行的。通常在采集過程，對數(shù)碼信息還進(jìn)行一定形式的實(shí)時壓縮處理。

當(dāng)圖像采集卡的信號輸入速率較高時，需要考慮圖像采集卡與圖像處理系統(tǒng)之間的帶寬問題。在使用PC時，圖像采集卡采用PCI接口的理論帶寬峰值為132MB/S。

1、視野(FOV)或現(xiàn)場是相機(jī)及光學(xué)系統(tǒng)“看”到的真實(shí)世界的具體部分。

2、CCD芯片將光能轉(zhuǎn)化為電能。

3、相機(jī)將此信息以模擬信號的格式輸出至圖像采集卡。

4、AD –轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成 8 位（或多位）的數(shù)字信號。每個象素獨(dú)立地把光強(qiáng)以灰度值(Gray level)的形式表達(dá)。

5、這些光強(qiáng)值從CCD芯片的矩陣中被存儲在內(nèi)存的矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

灰度值（Gray Level）—— 象素光強(qiáng)弱信息的表示灰度值為真實(shí)世界圖像量化的表現(xiàn)方法。通常灰度值從最黑到最白為0 － 255。光線進(jìn)入CCD象素，如果光強(qiáng)達(dá)到CCD感應(yīng)的極限，此象素為純白色。對應(yīng)于內(nèi)存中該象素灰度值為255。如果完全沒有光線進(jìn)入CCD象素，此象素為純黑色。對應(yīng)于內(nèi)存中該象素灰度值為0。

三、可采集視頻信號

·  模擬視頻和數(shù)字視頻；

·  標(biāo)準(zhǔn)視頻和非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號；

·  隔行和逐行掃描方式；

·  黑白和彩色攝像機(jī)輸出；

·  復(fù)合和各種分量式彩色視頻信號

四、圖像采集卡分類

圖像采集卡按照視頻信號源，可以分為數(shù)字采集卡（使用數(shù)字接口）和模擬采集卡。

圖像采集卡按照安裝鏈接方式，可以分為外置采集卡（盒）和內(nèi)置式板卡。

圖像采集卡按照視頻壓縮方式，可以分為軟壓卡（消耗CPU資源）和硬壓卡。

圖像采集卡按照視頻信號輸入輸出接口，可以分為1394采集卡、USB采集卡、HDMI采集卡、DVI/VGA視頻采集卡、PCI視頻卡。

圖像采集卡按照其性能作用，可以分為電視卡、圖像采集卡、DV采集卡、電腦視頻卡、監(jiān)控采集卡、多屏卡、流媒體采集卡、分量采集卡、高清采集卡、筆記本采集卡、DVR卡、VCD卡、非線性編輯卡（簡稱非編卡）。

圖像采集卡按照其用途可分為廣播級圖像采集卡，專業(yè)級圖像采集卡，民用級圖像采集卡，它們檔次的高低主要是采集圖像的質(zhì)量不同。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標(biāo)不同。由于VGA圖像采集卡一般都是內(nèi)置式板卡，也就是在安裝使用時，需要插在PCI擴(kuò)展槽中。

配置的臺式計算機(jī)主板中都帶有固定的擴(kuò)展插槽，其直接與計算機(jī)的系統(tǒng)總線連接。用戶可以根據(jù)自身使用情況增加聲卡、顯卡、視頻采集卡等設(shè)備。視頻采集卡是連接視頻源和計算機(jī)的橋梁，所以在采集卡的板卡中都有兩個連接設(shè)備，一個是連接視頻源的視頻接口，比如VGA接口、DVI接口、USB接口、1394接口等。連接計算機(jī)采用與主板相連，一般采用插槽系列或USB接口，而板卡擴(kuò)展插槽主要有PCI插槽、PCI-E插槽、ISA插槽 、AGP插槽等。

五、輸出接口類型

   根據(jù)不同的應(yīng)用方向，為配合所接攝像頭，圖像采集卡有多種輸出接口，其主要接口有BNC、VGA、Cameralink、LVDS、DVI、USB、FireWire等。