图像采集卡发展史

如何将摄像机输出的模拟视频信号转换成数字图像数据并传送到计算机中进行算法处理呢？图像采集卡就承担了这一重任。长久以来，图像卡一直是整个机器视觉系统的核心部件，它负责将模拟信号数字化，并以一定的格式传输到计算机的内存中以方便用户处理这些图像数据。

图1是一个典型的模拟图像卡的结构框架图。首先是同步分离器（sync stripper） 将同步脉冲从输入视频信号中分离出来。水平同步信号（H-Sync） 表示新一行图像的开始，垂直同步信号（V-Sync） 表示新一场或一帧的开始。当得到稳定的行同步和帧同步后，下一步将生成像素数据。与输入模拟视频的格式相对应，对于CCIR输出的摄像机，采样保持单元（Sample& Hold Digitation） 将采集768个像素作为一行图像数据，而对于EIA格式的视频， 每行数字化后包括640个像素。 

图1 典型的模拟图像采集卡结构图

数字化后的像素数据保存在帧存储器或FIFO中。帧存储器应至少可以保存一帧完整的图像数据以确保数据在向计算机传输的过程中不会丢失。早期图像卡受计算机总线技术的制约通常不能进行大量图像数据的传输，因此配有大容量帧存储器，故而结构复杂体积庞大，参考图2。在PCI总线出现后，图像卡对板载帧存的依赖程度降低，一个几KBytes的小容量FIFO就可以满足传输过程不丢数据的要求，高速的数据传输成为了可能，图像卡的结构变得更简单，体积也更精巧，参考图3。随着高性能的PCI-Express总线的出现，使用PCI-E总线的图像卡越来越多地出现在市场上，这些图像卡充分利用了PCI-E的传输带宽优势，通常可同时采集4路以上的图像数据，如大恒图像生产的VT142 四通道图像采集卡。 
图2 早期采用ISA总线的图像采集卡（大恒图像1991年生产的VC32和VP32图像卡）

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图3 目前的图像采集卡结构更简单，体积更小（大恒图像生产的CG300和VT121图像卡

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