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图像采集卡的扩展功能和格式

文章来源: ofweek工控网       发布时间:2017-11-25
图像采集卡在各方面都有很多应用,下面贤集网小编给大家介绍一下图像采集卡扩展功能和格式。

开发人员现在可以从多种不同的、基于PC的相机接口板卡中进行选择,用以配置机器视觉或图像处理系统。这些板卡提供许多不同的相机接口标准以及基于PCI的接口,使它们可以配对使用,以满足任何特定应用需求。
 
而那些希望建立监视或医疗成像系统的需求,可以选择使用具有模拟或播放输出的相机,高性能的机器视觉系统可能需要配置Camera Link或CoaXPress (CXP)接口的相机,以及专用的基于PC的图像采集卡。
 
随着模拟和播放标准的数量继续增长,相机至计算机接口板卡的数量也在增加,其中许多基于PCI标准。许多视觉系统可以使用全高、全长或半长的PCI Express图像采集卡,将相机与计算机系统连接。
 
嵌入式选项
对于嵌入式系统设计师,也可以有许多其他选择,包括使用PMC、XMC和FMC夹层板图像采集卡来填充3U和6U VME,以及Compact PCI主板(参见:"Frame grabbers target embedded imaging," Vision Systems Design, April 2014, http://bit.ly/1Inhqxk),可堆叠的PC/104板卡((参见:"Small-Form-Factor Frame Grabbers Enable Embedded Applications," February 2013, http://bit.ly/1KtR1wX)和PCI Express迷你板卡。
 
PCI Express迷你板卡主要针对便携式电脑和笔记本电脑而开发,具有不同的外形尺寸可供选择,其中包括全高30×50.95mm和半高30×26.8m的格式。尽管与标准的全尺寸PCI Express插槽不兼容,这些小尺寸的板卡允许制造商以低至数百美元的价格提供不同类型的相机至计算机接口。
 
在今年四月于巴尔的摩召开的国防与安全研讨会上,美国EPIX公司的Erik Petersen展示了该公司的PIXCI EB1mini Base Camera Link Mini PCI Express图像采集卡,集成在Intel公司的Next Unit of Computing(NUC)嵌入式计算机中(见图1)。售价295美元的PIXCI EB1mini具有200MB/s的数据传输速率,在演示中与美国Uniq Vision公司的Base Camera Link相机连接。然后使用EPIX公司的XCAP-Lite软件,将捕获的图像显示在LCD显示器上。

 

图像采集卡的扩展功能和格式

 

图1:EPIX公司的PIXCI EB1mini Base Camera Link Mini PCI Express图像采集卡可以集成到Intel公司的NUC嵌入式计算机中。售价295美元的PIXCI EB1mini具有200MB/s的数据传输速率,可以配合Base Camera Link相机使用。
 
其他制造商也充分利用PCI Express迷你板卡标准来生产图像采集卡,可以抓取播放视频格式。例如,AVC8000nano是英国Advanced Micro Peripherals公司的一款基于mini-PCI Express的八通道视频图像采集卡,是全高度的迷你PCI Express板卡,允许同时捕获多达八个NTSC/PAL视频输入(见图2)。
 
捕获的视频数据可以连续传输到系统内存或磁盘,用于实时本地显示或者进一步处理。板载硬件允许开发人员执行这些功能,例如任意缩放视频窗口,将图像数据传送到板卡时进行裁剪和缩放。


图像采集卡的扩展功能和格式


图2:Advanced Micro Peripherals公司的迷你PCI Express板卡允许同时捕获多达八个NTSC/PAL视频输入。
 
美国Imperx公司没有采用模拟广播接口,而是已经开发出高清串行数字接口(HD-SDI)的HD-SDI Mini-PCIe板卡。虽然该卡的外形尺寸(69×47mm)比标准的mini-PCIe板卡大,但该板卡的电兼容性使得开发人员能够从任何SD或HD-SDI兼容的视频源浏览、存储图像(见图3)。使用该公司的软件套装,还可以对每幅捕获的图像加注时间和日期。


图像采集卡的扩展功能和格式


图3:Imperx公司已经开发出高清串行数字接口(HD-SDI)的HD-SDI Mini-PCIe板卡,使得开发人员能够从任何SD或HD-SDI兼容的视频源浏览和存储图像。
 
Express通道
Mini PCI Express插槽支持单x1 PCI Express通道,具有2.5GT/s(Gen 1)的传输速率,足以支持像Base Camera Link、NTSC/PAL模拟和HD-SDI数字广播标准之类的相机接口标准。为了支持像Camera Link、Camera Link HS和CXP标准这类更快的相机接口,图像采集卡供应商必须使用多个PCI Express通道,以及Gen 2(5GT/S)或者Gen 3(8GT/s)的速率。
 
然而,正如美国dPict Imaging公司的产品营销总监Kevin Brown指出的,仅仅通过比较PCI Express接口的模拟或数字输入信号的输入速度,以及PCI Express接口的通道数量来确定能否捕获数据,以及是否能够以足够快的速率传输到主机会造成混淆。例如,因为没有x2 PCI Express通道规格,该公司最新的Nexeon PCI Express图像采集卡配置了x4 PCI Express通道,而德州仪器公司的板载DM8168视频处理器仅有单个PCIe 2.0(5.0GT/s)的端点。因此,其速度足够快,允许板卡对模拟和DVI/HDMI输入,以高达1080p60的规格进行数字采集,并且能够通过总线同时传输压缩和非压缩格式的数据。

为了以Camera Link Base模式支持两个相机,或者以Medium、Full或者Extended Full 模式支持单个Camera Link相机,美国EDT公司的VisionLink F4图像采集卡采用两个SDR Camera Link接口,配置在PCI Express x4 Gen2的半高板卡上(见图4)。这允许利用DMA,以高达850MB/s的速率将数据从单个或者两个相机系统传输到主机。
 
基于PCI Express的板卡的局限之一,是很多仅支持两个Camera Link接口。而可以采用两个或者更多板卡来完成该任务,像EPIX公司和加拿大Matrox Imaging公司这样的制造商都已经开发了新方法,允许使用多达四个Camera Link接口。

 

图像采集卡的扩展功能和格式


EPIX公司的PIXCI E4G2 PCI Express x4 Gen 2配置了两对MDR接口,其中一对安装在支架上,另一对安装在图像采集卡的背面(见图5),Matrox Imaging公司的PCI Express 2.0 x8 Radient eV-CL Camera Link图像采集卡允许开发人员添加一个可选模块,以支持另外两个Camera Link接口。这两种类型的配置都需要在PC上安装额外的支架以支持这些配置。此外,美国BitFlow公司提供Neon CLQ(四个CL Base模式),以及Karbon CL4-F(双CL Full模式),以及即将面市的Axion(双80-bit CL)。
 
更快的相机接口 
然而,随着高速CMOS相机的出现,更新的相机至计算机接口标准已经出现。这些包括加拿大Teledyne DALSA公司引领的Camera Link HS标准,最初设计用于替代Camera Link和CXP标准,与荷兰Adimec公司、英国Active Silicon公司、美国Components Express 公司,以及2013年被美国Microchip公司收购的EqcoLogic公司共同开发。


不幸的是,开发两种不同的高速相机至电脑接口,最初引起了很大的市场混乱,当相机和图像采集卡供应商决定支持哪个标准时,主要的系统开发商持“骑墙”态度。今天,虽然Teledyne DALSA公司、Matrox Imaging公司和德国Silicon Software 公司都完全发布了支持Camera Link HS(CLHS)标准的图像采集卡,超过30家供应商提供支持CXP标准的相机、图像采集卡和外设(参见:"CXP cameras, frame grabbers tackle high-speed imaging," Vision Systems Design, January 2014; http://bit.ly/RQrAQD)。
 
为了支持这些标准,需要具有高速PCI Express接口的图像采集卡。例如,BitFlow公司的Cyton-CXP4图像采集卡包含一个PCI Express Gen 2 x8接口,以及四个CXP连接,每个以高达6.25Gb/s的速度运行。由于多个连接可以合并在一起,通过DMA能够以25Gb/s的最大数据速率传输到主机。
这在开发集成四通道CXP相机的系统时是有用的,例如英国e2v公司最新的EliiXA 12k x 1线扫描相机,支持200kHz的数据速率,其原型在今年芝加哥举行的Automate展会上与Cyton-CXP4图像采集卡连接进行了展示(见图6)。

 

图像采集卡的扩展功能和格式


有趣的是,比利时Euresys公司采取了不同的方法,选择将PCI Express Gen 3接口添加到PCI Express x 4 CXP Quad G3 CXP图像采集卡上。通过这样做,该板卡也能够支持多达四个CXP 连接。
 
虽然许多CXP图像采集卡供应商提供一个、两个或者四个CXP 连接的产品,以色列Kaya Instruments公司已经在Komodo CXP上将此概念往前推进了一步,该板卡能够从多达八个CoaXPress连接中以单、双、四或八通道模式接收图像数据(见图7)。正因为如此,它可以用于对两个四通道相机,同时以25Gb/s的最大数据速率捕获图像数据。


图像采集卡的扩展功能和格式


为了将数据传输到主机,该板卡集成了PCI Express Gen 3 x 8接口,每个通道以8GT/s的速度运行。像其他CXP图像采集卡一样,该板卡还提供了GPIO用于机器控制信号接入,例如触发器、轴编码器和相机曝光控制。
 
越来越快
尽管像CXP这样的相机接口比Camera Link更快,但即使具备四个CXP连接配置的图像采集卡,其速度也无法足够快到支持目前的一些高速相机。例如,在国防和安全展会上,加拿大的IO Industries 公司展示了Flare 12M180-CX,一款4096×3072四通道CXP相机,该相机基于比利时CMOSIS公司的CMV12000。
 
尽管该相机展示了以187fps的速率,将4096×3072×8位的图像传输到四CXP的图像采集卡,四通道的CXP配置仍然不能支持传感器300fps的全帧率,IO Industries公司的全球销售经理Andrew Searle说。“10位/像素、300fps的帧率将需要至少八个全速6.25Gb/s的CoaXPress 连接,”他说。
 

今天,通常找不到多于四个CXP通道的相机,使得系统开发人员等待下一个版本的CXP,将6.25Gb/s的现有最大速率提升到10Gb/s和12.5Gb/s,Active Silicon 公司的CTO,同时也是日本工业成像协会(JIIA)CoaXPress技术主席的Chris Beynon说。这将使得使用四个coax连接线缆的数据速率翻倍到5 Gb/s,或者将使用六个连接线缆的数据速率提升到7.5Gb/s(参见:"CoaXPress cameras and frame grabbers tackle high-speed imaging," Vision Systems Design, January 2014, http://bit.ly/RQrAQD)。不用说,为了支持这样的数据速率,供应商更可能提供多通道的图像采集卡,利用 PCI Express 4.0规格(目前正在开发)来将每个通道的数据速率传输速度翻倍至16GT/s。


来源:本文摘自act视觉系统设计

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