隨著工業(yè)相機(jī)的發(fā)展,圖像的分辨率越來(lái)越大,幀率越來(lái)越高,接口的類(lèi)型越來(lái)越多樣,以至圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求也越來(lái)越多。所以用戶(hù)在選擇圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí),需要考慮諸多要素。本文章主要針對(duì)圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的各要素展開(kāi)介紹,方便用戶(hù)進(jìn)行選擇。
圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的接口類(lèi)型
目前常見(jiàn)的相機(jī)輸出接口有CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、Camera Link、HS-LINK、CoaXPress等?,F(xiàn)在對(duì)接口一一介紹:
CVBS 是Composite Video Broadcast Signal的縮寫(xiě),中文翻譯為復(fù)合視頻廣播信號(hào)。這是最常見(jiàn)的視頻接口,最初在廣播電視領(lǐng)域應(yīng)用,后來(lái)很多相機(jī)輸出都支持了CVBS接口,CVBS信號(hào)是隔行視頻信號(hào),分辨率為720x576(PAL制)或者720X480(NTSC制),CVBS是標(biāo)清模擬視頻信號(hào)接口,目前已經(jīng)逐步被數(shù)字視頻信號(hào)接口和高清視頻信號(hào)接口替換掉。
VGA 是Video Graphics Array的縮寫(xiě),是計(jì)算機(jī)的常用模擬輸出接口。常見(jiàn)的分辨率有1024x768、1280x1024、1600x1200。目前一部分工業(yè)相機(jī)也提供這種輸出接口,可以直接接液晶顯示器進(jìn)行顯示監(jiān)看。常見(jiàn)的VGA信號(hào)的視頻在數(shù)字化后時(shí)鐘主頻一般不超過(guò)162MHz,傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)率一般不超過(guò)3.7 Gbps。
DVI 是Digital Visual Interface的縮寫(xiě),也是計(jì)算機(jī)的常用輸出接口,該接口是數(shù)字接口,VGA接口輸出的是模擬信號(hào),經(jīng)過(guò)顯卡的DA轉(zhuǎn)換,再經(jīng)過(guò)顯示器的AD轉(zhuǎn)換后,會(huì)有一部分損失,而DVI信號(hào)是純數(shù)字接口,沒(méi)有信號(hào)上的損失。隨著時(shí)間的發(fā)展,DVI接口在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,目前有部分工業(yè)相機(jī)也提供DVI接口,可以直接接液晶顯示器進(jìn)行顯示監(jiān)看。單口的DVI最大時(shí)鐘頻率:165 MHz ,傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)率一般不超過(guò)3.7 Gbps。
HDMI 是High Definition Multimedia Interface的縮寫(xiě),是數(shù)字高清多媒體接口。HDMI接口一開(kāi)始主要應(yīng)用于機(jī)頂盒、媒體播放機(jī)、電視機(jī)、攝像機(jī)輸出等消費(fèi)領(lǐng)域,因?yàn)镠DMI兼容 DVI接口,同時(shí)HDMI可以?xún)?nèi)嵌聲音,所以HDMI接口應(yīng)用越來(lái)越廣泛,同時(shí)HDMI接口的連接器體積小,現(xiàn)在很多工業(yè)相機(jī)也開(kāi)始使用HDMI作為信號(hào)輸出口。HDMI 1.2的最大視頻帶寬為3.96 Gbps,這在工業(yè)相機(jī)應(yīng)用比較廣泛,但是在消費(fèi)電子領(lǐng)域HDMI目前已經(jīng)發(fā)展到2.0版本,最大視頻帶寬為14.4 Gbps,隨著時(shí)間的發(fā)展,很多高速相機(jī)也會(huì)采用該接口作為圖像輸出口。HDMI接口的最大缺點(diǎn)就是緊固性不好,所以如果相機(jī)需要移動(dòng)的話(huà),容易導(dǎo)致信號(hào)接觸不良。
SDI 是Serial Digital Interface的縮寫(xiě),是一種廣播級(jí)的高清數(shù)字輸入和輸出端口,常用于廣播電視的攝像機(jī)接口,SDI接口的傳輸速率上限為2.97Gbps。SDI接口采用和CVBS接口一樣的BNC接口,采用單根銅軸進(jìn)行信號(hào)傳輸,布線(xiàn)施工非常方便,傳輸距離可達(dá)300米,在最初的廣電領(lǐng)域和安防領(lǐng)域非常受歡迎。
Camera link 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡之間的接口,采用了統(tǒng)一的物理接插件和線(xiàn)纜定義。Camera link包括Base,Medium,F(xiàn)ull三種規(guī)范。Camera Link Base 使用4 個(gè)數(shù)據(jù)通道,Medium 使用了8個(gè)數(shù)據(jù)通道,F(xiàn)ull使用12個(gè)數(shù)據(jù)通道。Camera link接口的始終速率最快是85MHz,則Base的有效帶寬為2Gbps,Medium的有效帶寬4Gbps,F(xiàn)ull的有效帶寬5.3Gbps。最近Camera link又新增加了規(guī)范Camera link Full+,支持80MHz,傳輸80bit數(shù)據(jù),帶寬可達(dá)6.4Gbps。
HS-LINK 接口是由DALSA公司牽頭定義,支持更高速的傳輸帶寬,單一線(xiàn)纜為Camera Link的4倍,信號(hào)協(xié)議與Camera Link兼容,也可稱(chēng)為Camera Link-HS。Camera Link-HS的最大傳輸帶寬可達(dá)12Gpbs。
CoaXPress 該標(biāo)準(zhǔn)容許相機(jī)設(shè)備通過(guò)單根同軸電纜連接到主機(jī),以高達(dá)6.25G比特/秒的速度傳輸數(shù)據(jù),4根線(xiàn)纜可達(dá)25 Gbit/s。標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜和帶寬的采用,使得CoaXPress不僅可以引起機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域的興趣,還適合廣泛采用同軸電纜的醫(yī)療與安保市場(chǎng)的應(yīng)用。
目前在視頻會(huì)議領(lǐng)域CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI使用最廣泛,在廣播電視領(lǐng)域CVBS、HDMI、SDI使用最廣泛,在安防領(lǐng)域CVBS、 SDI使用最廣泛,在上述3個(gè)領(lǐng)域,大部分領(lǐng)域都有圖像采集存儲(chǔ)的需求,這幾個(gè)領(lǐng)域的圖像主要都是滿(mǎn)足娛樂(lè)、欣賞、監(jiān)測(cè)等需求,所以圖像經(jīng)過(guò)壓縮之后,大部分還能滿(mǎn)足觀(guān)看的需求,而圖像一旦經(jīng)過(guò)壓縮,數(shù)據(jù)量將大幅減少,比如常見(jiàn)的1080P30的視頻,經(jīng)過(guò)H.264算法的壓縮,碼率一般能控制在 8Mbps,亦即1MB/s量級(jí),數(shù)據(jù)帶寬很小,所以用常規(guī)的嵌入式主控芯片,ARM等即可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的需求,如果并發(fā)路數(shù)很多,則只需要用高性能的ARM 系統(tǒng)或者PC系統(tǒng)即可。
在工業(yè)領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域,目前標(biāo)清分辨率的相機(jī)大部分為CVBS和Camera link Base接口。而高分辨率的領(lǐng)域,目前使用最廣泛的是SDI和Camera link接口,目前還推出了HS-LINK、Coax Press等更高帶寬接口。在這個(gè)領(lǐng)域,對(duì)圖像的畫(huà)質(zhì)要求非常的高,往往不能對(duì)圖像進(jìn)行壓縮,相機(jī)輸出的帶寬非常高,所以需要采用高速圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像存儲(chǔ)的目的。
高速圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)
高速圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)一般分為兩類(lèi),一類(lèi)是基于PC機(jī)的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng),一類(lèi)是嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。
基于PC機(jī)的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)一般由硬件部分和采集存儲(chǔ)、回放軟件部分組成。硬件部分一般由一臺(tái)PC機(jī)和顯示器組成,PC機(jī)則集成了圖像采集卡、高速存儲(chǔ)卡。常見(jiàn)的高速存儲(chǔ)卡有基于PCIE的固態(tài)盤(pán)也有基于SATA的固態(tài)盤(pán)。軟件部分一般由圖像采集卡的驅(qū)動(dòng)程序,圖像采集程序,圖像存儲(chǔ)卡的驅(qū)動(dòng)程序,圖像存儲(chǔ)卡的數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀出程序及圖像回放軟件(播放器軟件)組成。部署在PC機(jī)上的軟件實(shí)時(shí)的把采集到的圖像顯示和存儲(chǔ)。
嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng),一般由ARM+SSD或者FPGA+FLASH 或者FPGA+SSD組成,ARM+基于SATA接口的SSD系統(tǒng)相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn),但是因?yàn)锳RM的IO吞吐能力一般都不高,所以一般只能保證 50-60MB/s的硬盤(pán)寫(xiě)入速度,由于ARM上運(yùn)行的linux不是強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),所以對(duì)于需要保證實(shí)時(shí)圖像采集存儲(chǔ)的場(chǎng)合,ARM+SSD系統(tǒng)一般不能適用。
FPGA+FLASH是早期的嵌入式圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)中主流的解決方案,當(dāng)時(shí)單片F(xiàn)LASH的容量一般都不大,如果要支持大容量的存儲(chǔ),還得用FLASH陣列,F(xiàn)PGA+FLASH架構(gòu)的產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以非常靈活,因?yàn)橄到y(tǒng)全部由芯片組成,所以在軍用領(lǐng)域使用的尤其多,但是FPGA+FLASH架構(gòu)的產(chǎn)品需要通過(guò)更換FLASH芯片達(dá)到擴(kuò)容目的,更換容量相對(duì)不那么方便,在目前高速發(fā)展的工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域,難以滿(mǎn)足各式各樣的需求,所以慢慢的就被FPGA+基于SATA接口的SSD架構(gòu)的產(chǎn)品替代。
FPGA+SSD的產(chǎn)品采用的是標(biāo)準(zhǔn) SATA接口的固態(tài)盤(pán),所以在容量的選擇上非常的靈活,同時(shí)基于SATA接口的固態(tài)盤(pán)目前是非常成熟的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,這種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品緊跟摩爾定律的發(fā)展,容量擴(kuò)增非常的快,價(jià)格下降的也非???,性?xún)r(jià)比很高,所以采用FPGA+SSD架構(gòu)的產(chǎn)品要比FPGA+FLASH架構(gòu)的產(chǎn)品性?xún)r(jià)比高很多。
基于PC機(jī)的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)通常適用于科研實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境,對(duì)設(shè)備的體積要求不高,功耗要求不高,主要為科研人員提供相機(jī)采集后的圖像。
航空拍攝領(lǐng)域?qū)Υ鎯?chǔ)設(shè)備提出了苛刻的要求,國(guó)內(nèi)外的一些企業(yè)主要是通過(guò)工控計(jì)算機(jī)+定制專(zhuān)用的FLASH存儲(chǔ)板卡的架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足該需求,產(chǎn)品的訂制成本非常的高,同時(shí)采用該架構(gòu)的設(shè)備體積大,功耗大。嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)具有體積小,功耗低,能滿(mǎn)足航拍領(lǐng)域特殊的振動(dòng)要求,在航拍領(lǐng)域廣受歡迎。同時(shí)有些場(chǎng)合,需要在戶(hù)外用工業(yè)相機(jī)進(jìn)行圖像采集實(shí)驗(yàn),需要攜帶圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng),基于PC機(jī)的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)體積大,功耗大,攜帶非常不方便,此時(shí),也會(huì)考慮使用嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。
拓目科技的高速圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)
拓目科技一直專(zhuān)注于嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn),推出了多款嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。
TMS- F231是基于FLASH架構(gòu)的產(chǎn)品,體積小,早期在軍方機(jī)載領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但是需要通過(guò)更換FLASH芯片達(dá)到擴(kuò)容目的,更換容量相對(duì)不那么方便,在目前高速發(fā)展的工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域,難以滿(mǎn)足格式各樣的需求。為了推動(dòng)工業(yè)相機(jī)存儲(chǔ)市場(chǎng)的發(fā)展,拓目科技發(fā)布了基于SATA接口的SSD盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)TMS- S231,隨著消費(fèi)電子的發(fā)展,SSD的單盤(pán)容量不斷的擴(kuò)大,價(jià)格不斷的降低,使得TMS-S231得到廣泛的應(yīng)用。隨著存儲(chǔ)帶寬需求的提升,2012年拓目科技發(fā)布了TMS-S531,帶寬能力為T(mén)MS-S231的2倍。在國(guó)防軍事領(lǐng)域,機(jī)載航空拍攝設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)組件的體積,功耗,溫度范圍,抗振能力提出了更高的要求。TMS-S231和TMS-S531在工業(yè)領(lǐng)域獲得了一致的認(rèn)可,但是它們均是針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的,體積相對(duì)較大,沒(méi)有為高強(qiáng)度的振動(dòng)環(huán)境做過(guò)特殊的處理,于是拓目科技對(duì)TMS-S231設(shè)備進(jìn)行重構(gòu),2013年設(shè)計(jì)了軍品級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品TMS-S231M,不僅重量輕,體積小,功耗低,而且還能滿(mǎn)足機(jī)載領(lǐng)域特殊的振動(dòng)要求,同時(shí)TMS-S231M集成了管理功能,不需要再配備一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理,即可和機(jī)載的其它外設(shè)進(jìn)行通訊。上述幾個(gè)型號(hào)均是針對(duì)Camera link接口設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)系統(tǒng),2014年拓目科技將推出TMS-S231C和TMS-S531C,將支持更多的圖像輸入接口,比如SDI接口,HS- LINK接口等,同時(shí)將支持更多的圖像分辨率,從而能滿(mǎn)足更多客戶(hù)的需求。下表是拓目科技的嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種型號(hào):
總結(jié)下拓目科技嵌入式的圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的產(chǎn)品特點(diǎn):
1. 獨(dú)立工作,不需要計(jì)算機(jī)控制即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集和信號(hào)存儲(chǔ)
2. 采用業(yè)界領(lǐng)先的掉電保護(hù)技術(shù),令您的數(shù)據(jù)安全無(wú)憂(yōu)
3. 性能卓越,擁有單盤(pán)高達(dá)250MB/s的寫(xiě)帶寬,目前可支持4個(gè)盤(pán)位
4. 單盤(pán)8GB~1TB大容量可選,存儲(chǔ)容量大小也可以根據(jù)用戶(hù)需求定制
5. 支持Camera Link視頻輸入接口和其它定制的視頻輸入接口
6. 支持RS422接口,可以接受外設(shè)進(jìn)行飛行參數(shù)設(shè)置
7. 支持LVDS差分觸發(fā)信號(hào)
8. 板載軍品級(jí)SSD盤(pán),滿(mǎn)足零下40度至零上70度的溫度要求
10. 滿(mǎn)足各種惡劣環(huán)境應(yīng)用要求,能在高溫度或者超低溫度、多灰塵、高海拔、強(qiáng)振動(dòng)等應(yīng)用場(chǎng)合下正常使用
隨著對(duì)行業(yè)理解的加深和技術(shù)儲(chǔ)備的深入,拓目科技將會(huì)為圖像采集存儲(chǔ)領(lǐng)域推出更多完整的產(chǎn)品級(jí)解決方案。
評(píng)論
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