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高速图像采集高速数据采集系统分类

2018/06/19120 作者:佚名
导读: 如今,随着数字相机和计算机技术的飞速发展,图像采集技术主要就是采集数字相机的图像数据,一般常见的有如下几种系统: PCI图像采集卡 第一类是最常见的 PCI 图像采集卡,图像采集卡与主板间采用 PCI 接口连接,图像数据流向是"相机-图像采集卡-计算机"这样的模式。图像采集卡使用非常简单,成本也不高,其作用只是将数据直接上传到计算机,所有的后续存储和处理都是在计算机上实现的。

如今,随着数字相机和计算机技术的飞速发展,图像采集技术主要就是采集数字相机的图像数据,一般常见的有如下几种系统:

PCI图像采集卡

第一类是最常见的 PCI 图像采集卡,图像采集卡与主板间采用 PCI 接口连接,图像数据流向是"相机-图像采集卡-计算机"这样的模式。图像采集卡使用非常简单,成本也不高,其作用只是将数据直接上传到计算机,所有的后续存储和处理都是在计算机上实现的。图像采集卡采用 PCI 的理论带宽峰值是 132MB/s,实际应用中一般因为与其他 PCI 设备产生冲突等原因很难能达到峰值带宽。这种图像采集系统还有一大缺点是必须连接电脑,在很多户外环境下使用极不方便。而且其百兆出头的采集速度在先进很多设备上难以满足采集速度要求,所以一些此类图像采集卡上都带有数据压缩功能,尤其是对于视频采集上,不同档次的采集卡具有不同档次的压缩性能。对数据的压缩在不太注重质量的情况下可以不考虑,甚至压缩之后还便于存储,但另外一些有严格要求的情况就难以满足使用需求了。

控制芯片

第二类系统是在硬件采集过程中加入控制芯片进行一些相对简单的图像处理,如灰度均衡、彩色图像二值化或图像重构等。早期系统中,多使用单片机或者DSP 控制来实现此功能,但随着数据量越来越大,这种方式已经很难满足要求。现在高速度的 FPGA 以及部分专用数字处理芯片的出现以及流行为这种图像采集和处理系统带来了新的解决方案。目前在图像方面已经有了很多成熟的IP Core,如滤波器、颜色空间转换、图像编码器等[12],利用 FPGA 来实现数字信号处理系统的计算已经比较普遍了。FPGA 具有高速、开发时间短、灵活性高、可并行处理等优点。相比于纯软件的串行工作方式,FPGA 硬件的并行和流水线工作方式在速度上占有很大优势,而且同时可以利用 FPGA 进行外部逻辑控制,在一定程度上也提高了系统的集成度。近年来就有非常多对基于 FPGA 集合图像处理的图像采集系统的研究。

板载存储

第三类是实现图像采集并把采集到的图像数据直接进行板载存储,不必须连接计算机的方案。这种方案相较于直接连接计算机,将数据全部传输到计算机上的方法有一个比较明显的优势,就是使用方便。若要直接上传至计算机,那么不论采集条件和环境如何,都必须要携带一台计算机才能进行相关工作,这在户外有些情况下是非常麻烦,甚至不可能达到的。如果是板载存储,那么采集设备体积就很小,可以任意携带,环境适应性大大加强。这种方式在早期,主要是限制于存储器的速度和容量。早些时候小体积的存储器存储空间有限,当要求存放大容量的图像信息时就要对图像进行压缩,这样难免会丢失部分图像信息。一些较好的方法可以在某些程度上带来一些存储上的优化措施,例如存储少量图像时进行高分辨率的原图存储,而需要继续存储更多图像信息时,就把先前存入的高质量图像压缩来空出存储空间以存储后来的图像。这种弹性储存法能在有限的空间内存储尽量高质量的图像,但存储过程中需要大量的运算,必然导致存储速度降低。之前对于这方面的研究还比较少,现在由于半导体工艺的发展,高速度大容量小体积存储器的出现,鉴于板载存储广泛的适用性,对这种系统的研究具有很高的实用意义。

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