基于双内存的图形采集卡的设计
发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:495
来源：《电子技术应用》
摘要：提出一种新的图像采集卡的设计方案，它采用两片存储器交替使用，使得图像采集和计算机读取图像数据可同时进行，提高了图像质量。分析了一般图像采集卡的缺陷，给出了新的图像采集卡的设计思想和原理。 关键词：图象采集 上内存 计算机
数字图像处理技术在许多领域得到愈来愈广泛的应用。微机图像处理系统以其使用灵活、性能价格比高而在医疗、气象、工业视觉等领域获得广泛应用。在工业控制中一般采用摄像头得到现场的图像，而现在摄像头输出的信号多为模拟信号。为了实现摄像头和计算机的接口，必须采用图像采集卡。
但是现在市面上的图像采集卡往往数据采集和数据读取不能同时进行，这给编程和实时控制带来很大的麻烦。本文提供的图像卡解决了这个问题，它采用两片存储器，计算机读取的内存和图像采集所用的内存交替使用，使得图像采集与计算机读取数据可同时进行。
本文先分析了一般图像采集卡的缺陷，然后给出了新的图像采集卡的原理和设计思想。由于本图像采集卡基于全电视信号，所以有必要先来简要地介绍黑白全电视信号。
１ 全电视信号及其原理
黑白ｃｃｄ摄像头经过光电转换将图像（光信号）转变为电信号，其最终输出信号就是黑白全电视信号。它主要由图像信号（视频信号）、复合消隐脉冲和同步脉冲组成。
电视信号其极性可分为正极性和负极图像信号。若图像最亮时，对应其信号电压的幅度最大，则该信号称为正极性信号；反之为负极性信号。这里采用负极性信号。将图像信号送到视频放大器中进行放大、处理，同时加入同步机送来的行、场同步脉冲和行、场消隐脉冲，就形成了全电视信号。
消隐脉冲主要用于消除行场扫描逆程时产生的回扫线，同步脉冲保证收端与发端的扫描点应有一一对应的几何位置。
由于场同步期间没有行同步信号，这会影响在整个扫描过程中的严格同步。为了解决整个问题，采取在场同步脉冲中开槽的方法用以替代同步信号。场同步前后两倍行频的脉冲称为均衡脉冲。
电视标准规定，全电视信号的幅度比例是：若以峰值白电平到同步电平作为１００％，则峰值白电平到消隐黑电平的值为７５％，峰值白电平为０％，图像信号介于白与黑电平之间。
信号如图１所示，从时间上看，每秒传送２５帧图像，每帧６２５行；隔行扫描时每秒５０场，每场３１２．５行。每一行的周期为６４μｓ其中图像占５２．２μｓ，行消隐占１１．８μｓ。行同步脉冲为４．７μｓ，它比行消隐延迟１．３μｓ。每一场的周期为３１２．５ｈ＝２０ｍｓ，其中场消隐信号占２５ｈ＋１行消隐信号，即等于１６００μｓ＋１１．８μｓ。均衡脉冲的宽度为２．３５μｓ，周期为半行，共１２个前６个，后６个。场同步脉冲的宽度为２．５ｈ的时间即１６０μｓ。场同步脉冲有６个槽脉冲，其宽度为４．７μｓ。
在全电视信号中，把奇数场同步信号的前沿作为一场的起点，第１、２、３行是场同步信号，第４、５、６行是后均衡脉冲，７～２２行还是场消隐信号，该场消隐信号从前场６２３行开始，因此，整个消隐信号是２５行加一个行消隐的时间。图像信号从２３行出现到３０９．５行止，共２８７．５行，这就是第一场或称奇数场。从３０９．５行开始又是下一场的场消隐信号及前均衡脉冲，在３１２．５行出现下一个偶数场的同步脉冲，奇数到此结束，偶数场开始。一个奇数场加上一个偶数场合在一起称为一帧。
２ 一般图像采集卡的原理
一般图像采集卡的结构如图２所示。
首先对视频信号进行预处理和同步分离。预处理主要是进行放大、亮度、
来源：《电子技术应用》
摘要：提出一种新的图像采集卡的设计方案，它采用两片存储器交替使用，使得图像采集和计算机读取图像数据可同时进行，提高了图像质量。分析了一般图像采集卡的缺陷，给出了新的图像采集卡的设计思想和原理。 关键词：图象采集 上内存 计算机
数字图像处理技术在许多领域得到愈来愈广泛的应用。微机图像处理系统以其使用灵活、性能价格比高而在医疗、气象、工业视觉等领域获得广泛应用。在工业控制中一般采用摄像头得到现场的图像，而现在摄像头输出的信号多为模拟信号。为了实现摄像头和计算机的接口，必须采用图像采集卡。
但是现在市面上的图像采集卡往往数据采集和数据读取不能同时进行，这给编程和实时控制带来很大的麻烦。本文提供的图像卡解决了这个问题，它采用两片存储器，计算机读取的内存和图像采集所用的内存交替使用，使得图像采集与计算机读取数据可同时进行。
本文先分析了一般图像采集卡的缺陷，然后给出了新的图像采集卡的原理和设计思想。由于本图像采集卡基于全电视信号，所以有必要先来简要地介绍黑白全电视信号。
１ 全电视信号及其原理
黑白ｃｃｄ摄像头经过光电转换将图像（光信号）转变为电信号，其最终输出信号就是黑白全电视信号。它主要由图像信号（视频信号）、复合消隐脉冲和同步脉冲组成。
电视信号其极性可分为正极性和负极图像信号。若图像最亮时，对应其信号电压的幅度最大，则该信号称为正极性信号；反之为负极性信号。这里采用负极性信号。将图像信号送到视频放大器中进行放大、处理，同时加入同步机送来的行、场同步脉冲和行、场消隐脉冲，就形成了全电视信号。
消隐脉冲主要用于消除行场扫描逆程时产生的回扫线，同步脉冲保证收端与发端的扫描点应有一一对应的几何位置。
由于场同步期间没有行同步信号，这会影响在整个扫描过程中的严格同步。为了解决整个问题，采取在场同步脉冲中开槽的方法用以替代同步信号。场同步前后两倍行频的脉冲称为均衡脉冲。
电视标准规定，全电视信号的幅度比例是：若以峰值白电平到同步电平作为１００％，则峰值白电平到消隐黑电平的值为７５％，峰值白电平为０％，图像信号介于白与黑电平之间。
信号如图１所示，从时间上看，每秒传送２５帧图像，每帧６２５行；隔行扫描时每秒５０场，每场３１２．５行。每一行的周期为６４μｓ其中图像占５２．２μｓ，行消隐占１１．８μｓ。行同步脉冲为４．７μｓ，它比行消隐延迟１．３μｓ。每一场的周期为３１２．５ｈ＝２０ｍｓ，其中场消隐信号占２５ｈ＋１行消隐信号，即等于１６００μｓ＋１１．８μｓ。均衡脉冲的宽度为２．３５μｓ，周期为半行，共１２个前６个，后６个。场同步脉冲的宽度为２．５ｈ的时间即１６０μｓ。场同步脉冲有６个槽脉冲，其宽度为４．７μｓ。
在全电视信号中，把奇数场同步信号的前沿作为一场的起点，第１、２、３行是场同步信号，第４、５、６行是后均衡脉冲，７～２２行还是场消隐信号，该场消隐信号从前场６２３行开始，因此，整个消隐信号是２５行加一个行消隐的时间。图像信号从２３行出现到３０９．５行止，共２８７．５行，这就是第一场或称奇数场。从３０９．５行开始又是下一场的场消隐信号及前均衡脉冲，在３１２．５行出现下一个偶数场的同步脉冲，奇数到此结束，偶数场开始。一个奇数场加上一个偶数场合在一起称为一帧。
２ 一般图像采集卡的原理
一般图像采集卡的结构如图２所示。
首先对视频信号进行预处理和同步分离。预处理主要是进行放大、亮度、
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