视频、图像原理设配选择图像出入门概念理解

向右看齐 2021-06-24 15:59 316阅读 0赞

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视频原理

21世纪进入了信息化时代。随着信息技术的数字化、网络化、宽带化和综合化，使视频技术得到了长足的发展。在进入多媒体时代的今天，到处都可以见到各式各样的图像和视频产品，它们使我们的生活变得丰富多彩。

图象与视频是两个既有联系又有区别的概念：静止的图片称为图象（Image），运动的图象称为视频（Video）。图象的输入要靠扫描仪、数字照相机或摄象机等；而视频的输入只能是摄象机、录象机、影碟机以及电视接收机等可以输出连续图象信号的设备。  
本文将针对视频图像这一领域作一个概括的介绍，希望对大家进一步了解视频技术方面的知识有所帮助。下面先对一些视频技术名词作一下简单解释。

视频信号的分类和基本概念

一、模拟视频信号  
　　根据三基色原理，在视频领域利用R（红）、G（绿）、B（蓝）三色不同比例的混合来表现丰富多采的现实世界。首先，通过摄像机的光敏器件像CCD（电荷耦合器件），将光信号转换成RGB三路电信号；其次，在电视机或监视器内部也使用RGB信号分别控制三支电子枪轰击荧光屏以产生影象。这样，由于摄像机中原始信号和电视机、监视器中的最终信号都是RGB信号，因此直接使用RGB信号作为视频信号的传输和记录方式会获得极高的信号质量。但这样做会极大地加宽视频带宽从而增加设备成本，且这也与现行黑白电视不兼容，因此，在实际应用中不这样做，而是按亮度方程Y=0.39R+0.5G+0.11B（PAL制）RGB信号转换成亮度信号Y和两个色差信号U（B-Y）、V（R-Y），形成YUV分量信号。

此种信号利用人眼对亮度细节分辨率高而对色度细节分辨率低的特点，对U、V信号带宽压缩。U、V信号还可进一步合成一个色度信号C，进而形成Y/C记录方式。由于记录时对C信号采取降频处理，因此也称彩色降频方式。Y和C又可进一步形成复合视频（Composite），即彩色全电视信号，这种方式便于传输和电视信号的发射。将RGB信号转换成YUV信号、Y/C信号直至composite信号的过程称为编码，逆过程则为解码。由此可看出，由于转换步骤的多少，视频输出质量由YUV端口到Y/C端口到Composite端口依次降低。因此，在视频捕捉或输出时选择合适的输入、输出端口可提高视频质量。另外，还应提供同步信号以保证传送图象稳定再现。

视频影像是由一系列被称为帧的单个静止画面组成。一般帧率在24-30帧/秒时，视频运动非常平滑，而低于15帧/秒时就会有停顿感。

NTSC：国家电视标准委员会(National Television Standards Commitee)的缩写。是中北美洲及日本通用的电视制式，与欧洲的PAL制式和法国的SECAM只是相对。他的垂直分辨率有525线，帧速为30(29.97)FPS。

PAL：逐行倒相(Phase Alteration Line)的缩写，是中国及欧洲大多数国家通用的电视制式。具有更高的垂直分辨率(625线)，但是帧速相对慢于NTSC(25FPS)。  
　　分量视频信号(Separate Video) ：将画面按三个颜色通道(RGB)分成红、绿和蓝(附加亮度信号)三个单独信号通道。产生的画面质量较高，一般在广播级视频设备中被采用。  
　　复合视频信号(Composite Video) ：将彩色信号、亮度信号和同步信号混合在一个信号通道内，在家用视频设备中被大量采用。  
　　S-Video：是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。它的功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。  
　  
　　YUV色彩系统： YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（1uminance或 Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是通过RGB输入信号来创建的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面—-色调与饱和度，分别用Cr和Cb来表示。其中，Cr反映了Cb输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。  
二、数字视频信号  
　　数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如录像带）。如果用示波器来观看未投影的模拟电信号，看起来就像脑电波的扫描图像，由一些连续锯齿状的山峰和山谷组成。  
为了存储视觉信息，模拟视频信号的山峰和山谷必须通过数字/模拟（D/A）转换器来转变为数字的“0”或“1”。这个转变过程就是我们所说的视频捕捉（或采集过程）。如果要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器将二进制信息解码成模拟信号，才能进行播放。

1、LVDS  
　　低压差分信号传输 (LVDS) 是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术。 由于其可使系统供电电压低至 2V，因此它还能满足未来应用的需要。 此技术基于 ANSI/TIA/EIA-644 LVDS 接口标准。  
　　LVDS 技术拥有 330mV 的低压差分信号 (250mV MIN abd 450mV MAX) 和快速过渡时间。 这可以让产品达到自 100 Mbps 至超过 1 Gbps 的高数据速率。 此外，这种低压摆幅可以降低功耗消散，同时具备差分传输的优点。

LVDS 技术用于简单的线路驱动器和接收器物理层器件以及比较复杂的接口通信芯片组。 通道链路芯片组多路复用和解多路复用慢速 TTL 信号线路以提供窄式高速低功耗 LVDS 接口。 这些芯片组可以大幅节省系统的电缆和连接器成本，并且可以减少连接器所占面积所需的物理空间。  
　　LVDS 解决方案为设计人员解决高速 I/O 接口问题提供了新选择。 LVDS 为当今和未来的高带宽数据传输应用提供毫瓦每千兆位的方案。

2、Camera Link  
　　Camera Link 的标准是由数家工业摄影机及影像卡大厂共同制定出来的, 标准的本身是基于Channel Link 的特性, 并定义出标准的接头也就是讯号线也标准化了, 让Camera及影像卡的讯号传输更简单化了, 同时定义出基本架构(Base Configuration), 中阶架构(Medium 　　Configuration), 及完整架构(Full Configuration) 的讯号接脚规范以及传输数据量。

它是连接摄像头和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根摄像头的控制线。由于Camera Link的高性能、低成本以及其连接的便利性，迅速得到大多摄像头及图像采集卡的生产商的支持。是连接摄像头和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根摄像头的控制线。

3、1394  
4、USB  
5、千兆网  
视频信号的产生从摄影机端开始，透过一个影像传输系统至中央控制室。在闭路电视系统中， 信号称为合成视频，而这合 成 视 频 信 号 振 幅 之 峰 值为1伏特 (1V)。下列为视频信号结构之组成部份：

视 频 信 号:  
　　当影像的光源落在CCD摄影机之晶片上时，其像素即产生电量作用，而这 作用与落在晶片上的光线多少有相对关系，越多的光将会产生越大的电流，此电流可从晶片上读出并转变成视频信号。而晶片读取资料的方式是依晶片 种 类 的不同而有所差异。像素光线数量越大，视频信号的峰值将相对增大，在合成视频信号中，最大峰值是 0.7 伏特。换句话说，白色或 明亮的图片部分将有 0.7伏特的信号强度，而黑色或者黑暗的部分则有0伏特的信号 。

水 平（行）同 步 信 号 :  
　　一个影像图框是由线组成的，在NTSC的标准中，每图框为525条线，而PAL标准为每图框有625条线。而在线上的每一个点，都反映视频信号的强度。在每一条线的末端，加入了一个水平同步脉波，通知摄影机和其他闭路电视的电子装 置，准 备结束此一图框或图场并让他们准备起始下一个图框或图场。脉波的持续时程决定于电子装置收到下一条图线的时间，而这个脉波的峰值为0.3伏特。

垂 直（场） 同 步 信 号 :  
　　视频图像是由图框所组成，NTSC的标准为每秒30个图框，而 PAL彩色电视系统的标准为 每秒25个图框。闭路电 视系统为避免画面闪动现象，将这个视频图框分成2个不同图场，称为奇图场和偶图场；这两个图场在摄影机点分离后，会在监视器端结合，通称图场结合或交错扫瞄 。

在每一个图框或图场的终端，增加了一个垂直同步脉波，藉以通知摄影机和其他闭路电视的电子装置，准备结束此一图框或图场，并让他们准备起始下一个图框或者图场。脉波的持续时程决定于电子装置收到下一个图场的时间，而这个脉波的峰值为 0.3伏特。当此峰值加上视频信号之峰值时，其总峰值为 1伏特。

镜头的选择和主要参数  
　　摄像头镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像头的整机指标，因此，摄像头镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像头和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。

工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。

1、镜头的分类  
按外形功能分 按尺寸大小分 按光圈分 按变焦类型分 按焦距长矩分  
球面镜头 1”25mm 自动光圈 电动变焦 长焦距镜头  
非球面镜头 1/2”3mm 手动光圈 手动变焦 标准镜头  
针孔镜头 1/3”8.5mm 固定光圈 固定焦距 广角镜头  
鱼眼镜头 2/3”17mm

(1) 以镜头安装分类  
　　所有的摄像头镜头均是螺纹口的，CCD摄像头的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。  
　　  
　　C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。  
　　CS安装座：特种C安装，此时应将摄像头前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜　　　　头安装到一个CS安装座摄像头上时，则需要使用镜头转换器。

(2) 以摄像头镜头规格分类  
　　摄像头镜头规格应视摄像头的CCD尺寸而定，两者应相对应。即摄像头的CCD靶面大小为1/2英寸时，镜头应选1/2英寸。摄像头的CCD靶面大小为1/3英寸时，镜头应选1/3英寸。摄像头的CCD靶面大小为1/4英寸时，镜头应选1/4英寸。如果镜头尺寸与摄像头CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。  
(3) 以镜头光圈分类  
　　镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄像头使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。

自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像头输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈，称为DC输入型。自动光圈镜头上的ALC（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。

一般而言，ALC已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成”白电平削波”现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ALC来变换画面。  
另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：F＝f（焦距）/D（镜头实际有效口径），F值越小，则光圈越大。

采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。

(4) 以镜头的视场大小分类  
　　标准镜头：视角30度左右，在1/2英寸CCD摄像头中，标准镜头焦距定为12mm，在1/3英寸CCD摄像头中，标准镜头焦距定为8mm。  
　　广角镜头：视角90度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。  
　　远摄镜头：视角20度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。  
　　  
　　变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。  
　　可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。  
　　针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。

(5) 从镜头焦距上分  
　　短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。  
　　中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视CCD的尺寸而定。  
　　长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。  
　　变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。

2、选择镜头的技术依据

(1) 镜头的成像尺寸  
　　应与摄像头CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等规格。

(2) 镜头的分辨率  
　　描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：  
镜头分辨率N＝180 / 画幅格式的高度。

由于摄像头CCD靶面大小已经标准化，如1/2英寸摄像头，其靶面为宽6.4mm\*高4.8mm，1/3英寸摄像头为宽4.8mm\*高3.6mm，因此对1/2英寸格式的CCD靶面，镜头的最低分辨率应为38对线/mm。对1/3英寸格式摄像头，镜头的分辨率应大于50对线，摄像头的靶面越小，对镜头的分辨率越高。

(3) 镜头焦距与视野角度  
　　首先根据摄像头到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f 确定后，则由摄像头靶面决定了视野。

(4) 光圈或通光量  
镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最大的F值，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

3、变焦镜头（zoom lens）  
　　变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6倍（6.0~36mm，F1.2）、8倍（4.5~36mm，F1.6）、10倍（8.0~80mm，F1.2）、12倍（6.0~72mm，F1.2）、20倍（10~200mm，F1.2）等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。

为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

4、镜头与摄像头CCD尺寸的关系  
　　1/2”镜头既可用于1/2”摄像头，也可用于1/3”摄像头，但视角会减少25%左右。1/3”镜头不能用于1/2”摄像头，只能用于1/3”摄像头。

5、不同种类镜头的应用范围  
手动、自动光圈镜头的应用范围:  
　　手动光圈镜头是最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量通过镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像头的视频信号。

手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像头配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合；焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物。

手动光圈镜头可与电子快门摄像头配套，在各种光线下均可使用。

自动光圈镜头（EF）可与任何CCD摄像头配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。

电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像头配套，在各种光线下均可使用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。

6、镜头的主要性能指标有以下几个：  
(1) 焦距  
　　焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。  
(2) 光阑系数  
　　即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一　　数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。

另外镜头的光圈还有手动（MANUAL IRIS）和自动光圈（AUTO IRIS）之分。配合摄像头使用，手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整，用于室外、入口等光线变化大且频繁的场合。

(3) 自动光圈镜头  
　　自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频（VIDEO）驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流（DC）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调节（测光调节），有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一个是LEVEL调节（灵敏度），可将输出图像变得明亮或者暗淡。

(4) 变倍镜头  
　　变倍镜头分为手动（MANUAL ZOOM LENS）和电动（AUTO ZOOM LENS）两种，手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时，摄像头通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。

电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头，基准焦距为8.5毫米，那么其变焦范围就是8.5到51毫米连续可调，视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V~16V，最大电流为30毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降会导致镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。

7、视场和焦距的计算  
　　视场指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。

(1) 焦距的计算  
　　镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：  
f=wL/W  
f=hL/h  
f；镜头焦距　　　　　　w：图象的宽度（被摄物体在CCD靶面上成象宽度）  
W：被摄物体宽度　　　 L：被摄物体至镜头的距离  
h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度  
H：被摄物体的高度

CCD靶面规格尺寸：单位mm  
规格 1/3” 1/2” 2/3” 1”  
W 4.8 6.4 8.8 12.7  
H 3.6 4.8 6.6 9.6

由于摄像头画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3，当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。  
　　举例：假设用1/2”CCD摄像头观测，被测物体宽440毫米，高330毫米，镜头焦点距物体2500毫米。  
由公式可以算出：  
焦距f=6.4 \* 2500 / 440≈36毫米或  
焦距f=4.8 \* 2500 / 330≈36毫米  
　　当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。

(2) 视场角的计算  
　　如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。  
W=2LtanQw/2 ( Qw：水平视角)  
H=2LtanQh/2 ( Qh：垂直视角)  
水平视场角Qw（水平观看的角度）  
Qw =2tg-1(W/2L)  
垂直视场角Qh（垂直观看的角度）  
Qh =2tg-1(H/2L)

视场由宽（W）、高（H）和与摄像头的距离（L）决定，一旦决定了摄像头要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定：  
l 欲监视景物的尺寸  
l 摄像头与景物的距离  
l 摄像头成像器的尺寸  
8、选配镜头的原则  
　　为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素：(1)被摄物体的大小；(2) 被摄物体的细节尺寸；(3) 物距；(4)焦距；(5) CCD摄像机靶面的尺寸；(6) 镜头摄像系统的分辩率。

摄像头的工作方式

一、 面阵相机的工作模式  
　　1、 连续模式

(1) 曝光时间不超过传输时间  
　　(2) 帧速率独立于曝光时间不变  
　　(3) 内部曝光控制 　　2、伪连续模式

(1) 曝光时间可以超过传输时间  
　　(2) 帧速率等于(曝光+传输)时间的倒数  
　　(3) 传输数据量大时采用  
　　3、触发模式

(1) 内部曝光控制  
　　(2) 外部触发  
　　(3) 有一段延时才会获取图像 　　4、异步复位模式

(1) 要求处于异步工作模式下  
　　(2) 无延迟得到当前图像  
　　(3) 采集卡送给相机曝光信号  
　　5、可编程控制模式

(1) 外部曝光控制  
　　(2) 相机控制延迟时间  
　　(3) 可编程控制曝光时间 　　6、长时间积分模式

(1) 外部或内部曝光控制  
　　(2) 曝光时间长于传输时间  
　　(3) 相当于多图累加，增加亮度，凝胶、暗室操作多用

二、线阵相机的工作模式  
　　1、固定线扫描速度连续模式

(1) Fixed line rate固定扫描速度  
　　(2) 目标物体以恒定速度运行  
　　(3) 线扫描速度取决于行同步信号的频率  
　　2、可变线扫描速度触发模式

(1) Line trigger线触发  
　　(2) 目标物体运行速度不定  
　　(3) 线扫描速度取决于外部触发脉冲时间  
　　3、可变线扫描速度可变帧大小模式

(1) Line trigger线触发 + Frame trigger场触发  
　　(2) 目标物体运行速度不定且大小不固定  
　　(3) 线扫描速度取决于外部触发脉冲时间

光源的选择

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一、 直接型沐光方式  
　　高密度光输出，产生鲜明逼真的图像

(1) 检测IC芯片上的印刷字符  
　　(2) 检测电路板上的零件  
　　(3) 检测塑料容器的底部  
　　(4) 标签检测  
　　(5) 检测液晶玻璃基板的标记 　　二、 直接型低角度方式  
　　工作模块边缘检测和光滑表面的划痕检测

(1) 读取发动机部件上的印刷标记  
　　(2) 晶片损伤检测  
　　(3) BGA焊点位置和面积的检查  
　　(4) 读取刻印字符  
　　(5) 检查玻璃基板，晶片损伤，污点  
　　三、 直接型条形方式  
　　高密度的LED阵列置于紧凑的，成直角的，可倾斜的发光照明单元中。

(1) 检测小型LCD面板  
　　(2) 标签检测  
　　(3) 陶制封装件的外部和裂缝检测  
　　(4) QFP，SOP检测  
　　(5) 金属板表面检查 　　四、 直接型聚光方式  
　　线型，汇聚光束照明

(1) 检测树脂产品  
　　(2) 检测插件等  
　　(3) 检测胶片和纸张

五、 间接型低角度方式  
　　均匀，漫射侧照明

(1) BGA焊点位置和面积的检查  
　　(2) 铝罐头的底部检测，塑料盖的侧面检查  
　　(3) 高尔夫球的污点检查，SOP，CSP类型的字符检测等  
　　(4) 检查芯带内的QFP，SOP等的插针  
　　(5) QFP，SOP的外观检查 　　六、 间接型扁平环状方式  
　　平滑，扩散的顶点光

(1) 检测IC芯片上的印刷字符，检测电路板元件  
　　(2) 晶片外部检测（背光），焊接检测  
　　(3) 检测橡胶类制品，封盖标记检测  
　　(4) 检查封盖内部和底部的脏污  
　　七、 透射型背光方式  
　　用于轮廓检测

(1) 电子元件的外部检测，检测透明胶片等的污点  
　　(2) SOP和CSP检测，液晶文字的检查  
　　(3) 检测小型电子元件及QFP，SOP的尺寸和外形  
　　(4) 检查轴承的外观和尺寸  
　　(5) 检查半导体引线框的外观和尺寸 　　八、 透射型线条方式  
　　线形传感器的最佳照明

(1) 包装破损检测，LCD破损检测  
　　(2) 膨胀胶片破损检测，遮蔽胶带破损检测  
　　(3) 伸展胶片破损检测，迭片结构破损检测  
　　(4) 液晶零件的检查

九、 同轴型同轴方式  
　　均匀照明反光工作界面

(1) 金属，玻璃等光洁表面的划伤检查  
　　(2) 芯片和硅晶片的破损检测  
　　(3) 检测玻璃板的表面损伤  
　　(4) 检测PC母板的图谱

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光学部分(光源、镜头)  
镜头：  
　　镜头是集聚光线，使胶卷能获得清晰影像的结构。早期的镜头都是由单片凸透镜所构成。因为清晰度不佳，又会产生色像差，而渐被改良成复式透镜，即以多片凹凸透镜的组合，来纠正各种像差或色差，并且借着镜头的加膜(coating)处理，增加进光量，减少耀光，使影像的素质大大的提高。 一般而言，摄影用的透镜均为聚焦透镜，依照光学原理、由远处而来的光线穿过具有聚焦作用的透镜后，会全部聚焦于一点，这一点即焦点。而从焦点到镜头的中心点之距离即称焦距。在相机上，镜头的中心点通常都位于光圈处，而焦点位于焦点平面上(即胶卷面)。故相机的焦距为镜头对焦在无限远时，光圈到胶卷间的距离。镜头的种类(根据应用场合分类)

· 广角镜头：视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。  
· 标准镜头：视角30度左右，使用范围较广。  
· 长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。  
· 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。  
· 针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

镜头结构：  
　　镜头结构可以理解为镜头的构造，其主要是由镜片构成的。目前任何一款相机的镜头都不可能是由一块镜片组成，标准镜头和功能型附加镜头都是如此。一个镜头往往是由多块镜片构成，根据需要这些镜片又会组成小组，从而把要拍摄的对象尽可能清晰、准确的还原。

镜头的结构主要指的是构成镜头的镜片数目情况。由于不同厂商、不同产品采用的技术是不同的，因此绝不能简单的认为镜片的数目多好还是数目少好。不同镜头的镜片数目是用数字标识的，可谓一目了然。比如“佳能 EF28-105/3.5-4.5U”，标识为12组15片，这也就是说，这款镜头共

有15片镜片，这15片镜片又分为12个镜头组，有的为1片成组，有的为两片成组，以实现不同的功能。

除了镜片的数目之外，镜头的材质也是镜头结构的一个重要的技术指标。目前镜头的材质一般可以分为两类：玻璃和塑料。这两种材质是和镜头生产商所采用的技术和特点有关的，两种材质并无优劣之分。当然两种材质的镜头也都有各自的特点：比如玻璃镜头稳重、塑料镜头轻巧。在市场上富士的镜头多采用塑料，而蔡司、尼康的镜头则以玻璃为主。

景深：  
　　当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也是清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。景深分为前景深和后景深，后景深大于前景深。景深越深，那么离焦点远的景物也能够清晰，而景深浅，离焦点远的景物就模糊。

焦距：  
　　从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。对于镜头来说，焦距有着非常重要的意义。焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强。焦距长短与反差成反比，焦距越长反差越小，焦距越短反差越大。

对焦距离：  
　　对焦距离越远景深越深，对焦距离越近景深越浅。因此在拍摄远景时应该选择较大对焦距离的镜头，而在拍摄近景时则应该使用较小对焦距离的产品。镜头对焦距离是用cm（厘米）表示的，可谓一目了然。

滤镜口径：  
　　相机镜头口的螺纹就是用来接各种滤镜以及外挂镜头的。不过，不同型号相机的螺纹直径是不一样，这圈螺纹口径就叫做滤镜口径。购买镜头时一定要注意核对，相机的滤镜口径和所买镜头的滤镜口径是否一致，只有两个一致才能够直接连接。当然如果不一致也没有关系，可以通过转接环来转换滤镜口径。把转接环安装在镜头上，再把外挂镜头安装在转接环上就可以了。

视角：  
　　镜头中心点到成像平面对角线两端所形成的夹角就是镜头视角，对于相同的成像面积，镜头焦距越短，其视角就越大。对于镜头来说，视角主要是指它可以实现的视角范围，当焦距变短时视角就变大了，可以拍出更宽的范围，但这样会影响较远拍摄对象的清晰度。当焦距变长时，视角就变小了，可以使较远的物体变得清晰，但是能够拍摄的宽度范围就变窄了。

放大倍率：  
　　放大倍率指的是通过镜头的调整能够改变拍摄对象原本成像面积的大小。虽然叫做放大倍率，但是有的镜头则可能起到缩小的作用。如果产品标识为1:4，则表示通过该款镜头，最多可以放大4倍。  
光圈叶片数：  
相机镜头光圈的大小是通过镜头内叶片的变化来调整的。光圈叶片数就是指镜头内用来调整光圈的叶片数量。一般来说，数量越多，在光圈的调整时也就能实现更高的精度，目前6～9片是比较常见的。

遮光罩：  
　　遮光罩是套在照相机镜头前的常用摄影附件，有金属、硬塑、软胶等多种材质。它的作用有以下几点：

1.在逆光、侧光或闪光灯摄影时，能防止非成象光的进入，避免雾霭。  
　　　2.在顺光和侧光摄影时，可以避免周围的散射光进入镜头。  
　　　3.在灯光摄影或夜间摄影时，可以避免周围的干扰光进入镜头。  
　　　4.可以防止对镜头的意外损伤，也可以避免手指误触镜头表面，还能在某种程度上为镜头遮挡风沙、雨雪。

遮光罩广泛用于逆光摄影，一般说来可以避免眩光。但是，如果光源距离近，仍有可能发生眩光现象。此时，可以用手在光源所在的一侧遮挡遮光罩。眩光是否消除，要从取景器里观察清楚。一般来说，镜头都会标配遮光罩的，不过不同的镜头所配的遮光罩也是不同的，并且许多产品之间是不能相互换用的。

光圈：  
　　光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值。 光圈F值 = 镜头的焦距 / 镜头口径的直径，从以上的公式可知要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。完整的光圈值系列如下: F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64 。这里值得一提的是光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。

广角镜头：  
　　广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。广角镜头又分为普通广角镜头和超广角镜头两种。135照相机普通广角镜头的焦距一般为38－24毫米，视角为60－84度；超广角镜头的焦距为20－13毫米，视角为94-118度。由于广角镜头的焦距短，视角大，在较短的拍摄距离范围内，能拍摄到较大面积的景物。

相机及芯片（CCD、CMOS），智能相机  
　　CCD：电荷耦合器件（Charge Coupled Device）。  
　　像素：感光器件上的基本感光单元，也是一幅图像的基本单元。  
　　分辨率：感光器件/图像的水平和垂直方向的像素数（如1024X1024）  
　　清晰度：人眼实际能够看到的清晰程度，用标准长度内能看到多少线点来衡量。

信噪比：输出信号中有用信号和噪声的比（dB）。  
　　帧/场： 相机输出的完整的一幅图像为一帧，隔行信号一帧分为两场。  
　　增益：通过放大器对信号/噪声的放大。  
　　BINNING：将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏度，输出速度，降低分辨率。

快门：每帧图像的曝光时间。  
　　光谱响应：感光器件在不同波段的感光程度。  
　　量子效率：光子转化成电子的效率（以%表示）。

最大像素数: 最大像素英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插值运算后获得的。插值运算通过设在相机内部的DSP芯片，在需要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加图像放大后所需要增加的像素。插值运算后获得的图像质量不能够与真正感光成像的图像相比。

有效像素数: 有效像素数英文名称为Effective Pixels。与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。

快门:  
　　电子快门： 用电路控制快门线圈磁铁的原理来控制快门时间的，齿轮与连动零件大多为塑料材质。  
　　机械快门：机械快门控制快门的原理是，齿轮带动控制时间，连动与齿轮为铜与铁的材质居多。  
　　B门：当需要超过1秒曝光时间时，就要用到B门了。使用B门的时候，快门释放按钮按下，快门便长时间开启，直至松开释放钮，快门才关闭。这是专门为长曝光设定的快门。

帧速(FPS)：一秒种内的帧数量。NTSC制为30FPS，PAL制为25FPS。  
　　NTSC：国家电视标准委员会(National Television Standards Commitee)的缩写。是中北美洲及日本通用的电视制式，与欧洲的PAL制式和法国的SECAM只是相对。他的垂直分辨率有525线，帧速为30(29.97)FPS。  
　　PAL：逐行倒相(Phase Alteration Line)的缩写，是中国及欧洲大多数国家通用的电视制式。具有更高的垂直分辨率(625线)，但是帧速相对慢于NTSC(25FPS)。

分量视频信号(Separate Video) ：将画面按三个颜色通道(RGB)分成红、绿和蓝(附加亮度信号)三个单独信号通道。产生的画面质量较高，一般在广播级视频设备中被采用。  
　　合成视频信号(Composite Video) ：将彩色信号、亮度信号和同步信号混合在一个信号通道内，在家用视频设备中被大量采用。  
　　S-Video：是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。它的功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。

3CCD：一般的相机只有一个CCD，而3CCD则有3个CCD chip，并且R、G、B（红、绿、蓝）3原色分别由3个chip来处理，因此它的色彩饱和度及解析度会比一般单CCD相机高很多。

AF:Auto Focus 自动对焦  
　　目前所有的家用摄录影机，都具有此项功能，它是以红外线测距的方式来完成对焦的动作。装置在镜头内下方的一组红外线发射器，当镜头对准目标时，红外线也同时感应到与目标间的距离，同时驱动调焦机构进行对焦动作。

注意事项　　　　　　　　　　  
　　1 以拍摄主体在画面正中央为对焦的点。　　　　  
　　2 避免拍摄主体前有走动的物体影响红外线测距　　　  
　　3 如无法避免请改以手动对焦。　　　　　　　　　  
　　4 玻璃窗前拍摄请贴紧玻璃拍摄，如情况不允许，也请改用手动对焦

AE:Auto Expose 自动曝光效果  
　　内建的自动光圈控制程式，相机本身针对不同光线下，自动调校拍摄时所需之光圈大小以配合，拍摄者只需对准目标拍摄即可。一般可自动手动切换，顺光下以自动模式逆光下可切换成手动调整。

AGC:Auto gain control (自动亮度增益)　　  
　　当全自动拍摄时，机体内感应到光线不足时，便启动此一装置，以电子式提升画面的亮度。  
　　　　　  
MGC:Manual gain control　　手动增益控制

成像技术

图像采集卡  
　　图像采集卡：是一块可插入计算机，或脱离计算机独立使用的板卡。图像采集卡将各种模拟视频信号经A/D转换成数字信号送入计算机，供计算机作处理、存储、传输等之用。  
　　视频源：使用各种图象采集卡，首先需要您提供采集或压缩用的视频源。视频源可以是∶VCD影碟机、已有的录像带、摄录机、LD视盘、CCD摄像头、监视器的视频输出等等。

● 一台摄录机和使用摄录机录制的录像带.  
　　● 一台盒式录像机或磁带录像机和已录制的录像带.  
　　● LD光盘播放机LD光盘或VideoCD播放机和VCD  
　　● 摄录机或CCD摄像机  
　　● 在医疗影像中，视频源常常是CT、X光机、B超、内窥镜、甚至MRI核磁共振等等。  
　　● 各种工业、军事上的高速非标准视频信号，如每秒200帧、500帧、甚至上千帧…（如用Basler、PULNIX等高档数字像机作为视频源）  
　　低压差分信号传输 (LVDS) 是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术。 由于其可使系统供电电压低至 2V，因此它还能满足未来应用的需要。 此技术基于 ANSI/TIA/EIA-644 LVDS 接口标准。  
　　LVDS 技术拥有 330mV 的低压差分信号 (250mV MIN abd 450mV MAX) 和快速过渡时间。 这可以让产品达到自 100 Mbps 至超过 1 　　　　　　　　　　Gbps 的高数据速率。 此外，这种低压摆幅可以降低功耗消散，同时具备差分传输的优点。

Camera Link  
　　Camera Link 的标准是由数家工业摄影机及影像卡大厂共同制定出来的, 标准的本身是基于Channel Link 的特性, 并定义出标准的接头也就是讯号线也标准化了, 让Camera及影像卡的讯号传输更简单化了, 同时定义出基本架构(Base Configuration), 中阶架构(Medium 　　Configuration), 及完整架构(Full Configuration) 的讯号接脚规范以及传输数据量。

采集卡的选择和主要参数

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图像采集卡是将视频信号经过AD转换后，将视频转换成电脑可使用的数字格式，经过PCI总线实时传到内存和显存。在采集过程中，由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式，图像传送速度高达40MB/S，可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送，并且几乎不占用CPU时间，留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。

一、采集卡基本原理  
　　采集卡有多种种类、规格。但尽管其设计和特性不同，大多数采集卡的基本原理相同。近年来，数字视频产品取得了显著发展。数字视频产品通常需要对动态图像进行实时采集和处理，因此产品性能受图像采集卡的性能影响很大。由于早期图像采集卡以帧存为核心，处理图像时需读写帧存，对于动态画面还需“冻结”图像，同时由于数据传输速率的限制，因此图像处理速度缓慢。

90年代初，INTEL公司提出了PCI(Peripheral Component Interconnect)局部总线规范。PCI总线数据传宽度为32/64位，允许系统设备直接或间接连接其上，设备间可通过局部总线完成数据的快速传送，从而较好地解决了数据传输的瓶颈问题。

由于PCI总线的高速度，使A/D转换以后的数字视频信号只需经过一个简单的缓存器即可直接存到计算机内存，供计算机进行图像处理也可将采集到内存的图像信号传送到计算机显示卡显示；甚至可将A/D输出的数字视频信号经PCI总线直接送到显示卡，在计算机终端上实时显示活动图像。数据锁存器代替了帧存储器，这个缓存是一片容量小、控制简单的先进先出(FIFO)存储器，起到图像卡向PCI总线传送视频数据时的速度匹配作用。将图像卡插在计算机的PCI插槽中，与计算机内存、CPU、显示卡等之间形成调整数据传送。

由于PCI总线的上述优点，许多图像板卡公司陆续推出了基于PCI总线的图像采集卡，另外还有 PC104 plus、Compact PCI等总线形式。

二、与图像采集卡相关技术名词  
1、DMA  
　　DMA( Direct Memory Access)是一种总线控制方式，它可取代CPU对总线的控制，在数据传输时根据数据源和目的的逻辑地址和物理地址映射关系，完成对数据的存取，这样可以大大减轻数据传输时CPU的负担。

2、LUT(Look-Up Table)  
　　对于图像采集卡来说，LUT(Look-Up Table)实际上就是一张像素灰度值的映射表，它将实际采样到的像素灰度值经过一定的变换如阈值、反转、二值化、对比度调整、线性变换等，变成了另外一个与之对应的灰度值。这样可以起到突出图像的有用信息，增强图像的光对比度的作用。很多PC系列卡具有8/10/12/16甚到32位的LUT，具体在LUT里进行什么样的变换是由软件来定义的。

3、Planar Converter  
　　Planar Converter能从以4位表示的彩色象素值中将R、G、B分量提取出来，然后在PCI传输时分别送到主机内存中三个独立的Buffer中，这样可以方便在后续的处理中对彩色信息的存取。在有些采集卡(如PC2Vision)中，它也可用于在三个黑白相机同步采集时将它们各自的象素值存于主机中三个独立的Buffer中。  
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4、Decimation  
　　Decimation实际上是对原始图像进行子采样，如每隔2、4、8、16行(列)取一行(列)组成新的图像。Decimation可以大大减小原始图像的数据量，同时也降低了分辨率，有点类似于相机的Binning。

5、PWG  
　　PWG (Programmable Window Generator)指在获取的相机原始图像上开一个感兴趣的窗口，每次只存储和显示该窗口的内容，这样也可以在一定程度上减少数据量，但不会降低分辨率。一般采集卡都有专门的寄存器存放有关窗口大小、起始点和终了点坐标的有关数据，这些数据都可通过软件设置。

6、Resequencing  
　　Resequencing可以认为是一种对多通道或不同数据扫描方式的相机所输出数据的重组能力，即将来自CCD靶面不同区域或象素点的数据重新组合成一幅完整的图像。

7、Non-destructive overlay  
　　overlay是指在视频数据显示窗口上覆盖的图形(如弹出式菜单，对话框等)或字符等非视频数据。Non-destructive overlay，即“非破坏性覆盖”是相对于“破坏性覆盖”来说的，“破坏性覆盖”指显示窗口中的视频信息和覆盖信息被存放于显存中的同一段存储空间内，而“非破坏性覆盖”指视频信息与覆盖信息分别存放于显存中两段不同的存储空间中，显示窗口中所显示的信息是这两段地址空间中所存数据的迭加。如果采用“破坏性覆盖”，显存中的覆盖信息是靠CPU来刷新的，这样既占CPU时间，又会在实时显示时由于不同步而带来闪烁，如果采用“非破坏性覆盖”则可消除这些不利因素。

8、PLL、XTAL和VScan此为模拟采集卡的三种不同工作模式  
　　(1)PLL(Phase Lock Loop)模式：相机向采集卡提供A/D转换的时钟信号，此时钟信号来自相机输出的Video信号，HS和VS同步信号可以有三种来源：composite video，composite sync，separate sync；  
　　(2)XTAL模式：图像采集卡给相机提供时钟信号以及HD/VD信号，并用提供的时钟信号作为A/D转换的时钟，但同步信号仍可用相机输出的HS/VS；  
　　(3)VScan模式：由相机向分别卡提供Pixel Clock信号、HS和VS信号。

三、选择采集卡要考虑的主要参数

1、接口制式，数据格式  
　　接口制式包括数字(Camera Link、LVDS/RS422、1394、USB)、模拟(PAL、NTSC、CCIR、RS170/EIA、非标准模拟制式)一定与所选用相机一致。如选用数字制式还必须考虑相机的数字位数。  
当然，如果选用的是USB相机就不必选择采集卡了，但对于1394相机来说，也可以选择相应的采集卡或者转接卡。  
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2、模拟采集卡要考虑数字化精度  
　　模拟采集卡的数字化精度主要包括两个方面即：

(1)像素抖动Pixel Jitter  
　　像素抖动是由图像采集卡的A/D转换器的采样时钟的误差产生的像元位置上的微小的错误从而导致对距离测量的错误。

(2)灰度噪音Grey-Scale Noise  
　　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。在此过程中会有一定的噪声和动态波动由图像采集卡的电路产生。如像素抖动一样，灰度噪声将导致对距离测量的错误。典型的灰度噪声为0.7个灰度单元，表示为0.7LSB。

3、采集卡的数据率（又称为“点频”）  
　　计算数字采集卡的数据率必须满足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，通常被称为“点频”；  
Data Rate(Camera)为相机的数据率，也称为“像素时钟”；  
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132Mbps突发速率传输数据。而其平均持续数据传输率一般在50～90Mbps。

来自相机的数据总是以一个固定的速率传输的。如果PCI总线可以维持大于视频数据率的平均持续数据传输率，就没有问题。而实际上PCI总线设备只能以突发的方式向总线传输数据。图像采集卡必须将每一突发之间的连续的图像数据保存起来。解决的方法就是采用On-board Memory。

有些厂家出于经济方面的考虑去除了Memory而采用数据缓存队列(FIFO)，FIFO的大小一般以足以保存一行图像数据为限。然而，当图像数据的速率大于PCI的持续数据传输率时FIFO就不起作用了。

5、相机控制信号及外触发信号  
　　(1)外触发：由外部事件启动采集的过程。  
　　(2)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。  
　　(3)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。相机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。很多板卡厂家并没有标明如平均无故障时间等可靠性指标。这里有两个经验性的技巧用以评估不同板卡的可靠性，板上的器件的数量和功耗。

(1)试着去选择具有更低功耗的采集卡。在其它条件都同等的情况下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。好的设计会采用更多的ASIC(Applica tion-specific integrated circuits)和可编程器件以减少电子器件的数量，而达到更高的功能。  
　　(2)选择具有更少的无用功能的卡以减少不必要的麻烦。  
过压保护是可靠性的一个重要指标。接近高压会在视频电缆产生很强的电涌，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  
　　大多采集卡的厂商多是把其采集卡和其专用图像处理软件捆绑销售的，因此在选择采集卡的同时还必须考虑此视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容。如Matrox 公司的图像处理软件Mil、Inspector等只能在Matrox采集卡上使用，Forsight Imaging公司的图像处理软件Idea只能在其I系统、I-RGB系列、Accustream系列等采集卡上使用。

总之，采集卡的选择必须以视频源的特点为依据，视频源决定了采集卡。

[Link 1]: https://download.csdn.net/download/qq_16234613/10345159