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标题: 图像采集存储系统选择应考虑的几大要素 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2014-8-7 23:18 标题: 图像采集存储系统选择应考虑的几大要素

本帖最后由 yumuzi 于 2014-8-8 10:57 编辑

随着工业相机的发展，图像的分辨率越来越大，帧率越来越高，接口的类型越来越多样，以至图像采集存储系统的需求也越来越多。所以用户在选择图像采集存储系统时，需要考虑诸多要素。本文章主要针对图像采集存储系统的各要素展开介绍，方便用户进行选择。　　图像采集存储系统的接口类型
　　目前常见的相机输出接口有CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、Camera Link、HS-LINK、CoaXPress等。现在对接口一一介绍：
　　CVBS 是Composite Video Broadcast Signal的缩写，中文翻译为复合视频广播信号。这是最常见的视频接口，最初在广播电视领域应用，后来很多相机输出都支持了CVBS接口，CVBS信号是隔行视频信号，分辨率为720x576（PAL制）或者720X480（NTSC制），CVBS是标清模拟视频信号接口，目前已经逐步被数字视频信号接口和高清视频信号接口替换掉。
　　VGA 是Video Graphics Array的缩写，是计算机的常用模拟输出接口。常见的分辨率有1024x768、1280x1024、1600x1200。目前一部分工业相机也提供这种输出接口，可以直接接液晶显示器进行显示监看。常见的VGA信号的视频在数字化后时钟主频一般不超过162MHz，传输的图像数据率一般不超过3.7 Gbps。
　　DVI 是Digital Visual Interface的缩写，也是计算机的常用输出接口，该接口是数字接口，VGA接口输出的是模拟信号，经过显卡的DA转换，再经过显示器的AD转换后，会有一部分损失，而DVI信号是纯数字接口，没有信号上的损失。随着时间的发展，DVI接口在计算机领域越来越广泛，目前有部分工业相机也提供DVI接口，可以直接接液晶显示器进行显示监看。单口的DVI最大时钟频率：165 MHz ，传输的图像数据率一般不超过3.7 Gbps。
　　HDMI 是High Definition Multimedia Interface的缩写，是数字高清多媒体接口。HDMI接口一开始主要应用于机顶盒、媒体播放机、电视机、摄像机输出等消费领域，因为HDMI兼容 DVI接口，同时HDMI可以内嵌声音，所以HDMI接口应用越来越广泛，同时HDMI接口的连接器体积小，现在很多工业相机也开始使用HDMI作为信号输出口。HDMI 1.2的最大视频带宽为3.96 Gbps，这在工业相机应用比较广泛，但是在消费电子领域HDMI目前已经发展到2.0版本，最大视频带宽为14.4 Gbps，随着时间的发展，很多高速相机也会采用该接口作为图像输出口。HDMI接口的最大缺点就是紧固性不好，所以如果相机需要移动的话，容易导致信号接触不良。
　　SDI 是Serial Digital Interface的缩写，是一种广播级的高清数字输入和输出端口，常用于广播电视的摄像机接口，SDI接口的传输速率上限为2.97Gbps。SDI接口采用和CVBS接口一样的BNC接口，采用单根铜轴进行信号传输，布线施工非常方便，传输距离可达300米，在最初的广电领域和安防领域非常受欢迎。
　　Camera link 标准规范了数字摄像机和图像采集卡之间的接口，采用了统一的物理接插件和线缆定义。Camera link包括Base，Medium，Full三种规范。Camera Link Base 使用4 个数据通道，Medium 使用了8个数据通道，Full使用12个数据通道。Camera link接口的始终速率最快是85MHz，则Base的有效带宽为2Gbps，Medium的有效带宽4Gbps，Full的有效带宽5.3Gbps。最近Camera link又新增加了规范Camera link Full+，支持80MHz，传输80bit数据，带宽可达6.4Gbps。
　　HS-LINK 接口是由DALSA公司牵头定义，支持更高速的传输带宽，单一线缆为Camera Link的4倍，信号协议与Camera Link兼容，也可称为Camera Link-HS。Camera Link-HS的最大传输带宽可达12Gpbs。
　　CoaXPress 该标准容许相机设备通过单根同轴电缆连接到主机，以高达6.25G比特/秒的速度传输数据，4根线缆可达25 Gbit/s。标准同轴电缆和带宽的采用，使得CoaXPress不仅可以引起机器视觉应用领域的兴趣，还适合广泛采用同轴电缆的医疗与安保市场的应用。
　　目前在视频会议领域CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI使用最广泛，在广播电视领域CVBS、HDMI、SDI使用最广泛，在安防领域CVBS、 SDI使用最广泛，在上述3个领域，大部分领域都有图像采集存储的需求，这几个领域的图像主要都是满足娱乐、欣赏、监测等需求，所以图像经过压缩之后，大部分还能满足观看的需求，而图像一旦经过压缩，数据量将大幅减少，比如常见的1080P30的视频，经过H.264算法的压缩，码率一般能控制在 8Mbps，亦即1MB/s量级，数据带宽很小，所以用常规的嵌入式主控芯片，ARM等即可实现存储的需求，如果并发路数很多，则只需要用高性能的ARM 系统或者PC系统即可。
　　在工业领域和军用领域，目前标清分辨率的相机大部分为CVBS和Camera link Base接口。而高分辨率的领域，目前使用最广泛的是SDI和Camera link接口，目前还推出了HS-LINK、Coax Press等更高带宽接口。在这个领域，对图像的画质要求非常的高，往往不能对图像进行压缩，相机输出的带宽非常高，所以需要采用高速图像采集存储系统来实现图像存储的目的。高速图像采集存储系统的架构

　　高速图像采集存储系统一般分为两类，一类是基于PC机的图像采集存储系统，一类是嵌入式的图像采集存储系统。
　　基于PC机的图像采集存储系统一般由硬件部分和采集存储、回放软件部分组成。硬件部分一般由一台PC机和显示器组成，PC机则集成了图像采集卡、高速存储卡。常见的高速存储卡有基于PCIE的固态盘也有基于SATA的固态盘。软件部分一般由图像采集卡的驱动程序，图像采集程序，图像存储卡的驱动程序，图像存储卡的数据写入和读出程序及图像回放软件（播放器软件）组成。部署在PC机上的软件实时的把采集到的图像显示和存储。
　　嵌入式的图像采集存储系统，一般由ARM+SSD或者FPGA+FLASH 或者FPGA+SSD组成，ARM+基于SATA接口的SSD系统相对比较容易实现，但是因为ARM的IO吞吐能力一般都不高，所以一般只能保证 50-60MB/s的硬盘写入速度，由于ARM上运行的linux不是强实时操作系统，所以对于需要保证实时图像采集存储的场合，ARM+SSD系统一般不能适用。
　　FPGA+FLASH是早期的嵌入式图像采集存储系统中主流的解决方案，当时单片FLASH的容量一般都不大，如果要支持大容量的存储，还得用FLASH阵列，FPGA+FLASH架构的产品，结构的设计可以非常灵活，因为系统全部由芯片组成，所以在军用领域使用的尤其多，但是FPGA+FLASH架构的产品需要通过更换FLASH芯片达到扩容目的，更换容量相对不那么方便，在目前高速发展的工业相机领域，难以满足各式各样的需求，所以慢慢的就被FPGA+基于SATA接口的SSD架构的产品替代。
　　FPGA+SSD的产品采用的是标准 SATA接口的固态盘，所以在容量的选择上非常的灵活，同时基于SATA接口的固态盘目前是非常成熟的标准产品，这种标准产品紧跟摩尔定律的发展，容量扩增非常的快，价格下降的也非常快，性价比很高，所以采用FPGA+SSD架构的产品要比FPGA+FLASH架构的产品性价比高很多。
　　基于PC机的图像采集存储系统通常适用于科研实验室的环境，对设备的体积要求不高，功耗要求不高，主要为科研人员提供相机采集后的图像。
　　航空拍摄领域对存储设备提出了苛刻的要求，国内外的一些企业主要是通过工控计算机+定制专用的FLASH存储板卡的架构来满足该需求，产品的订制成本非常的高，同时采用该架构的设备体积大，功耗大。嵌入式的图像采集存储系统具有体积小，功耗低，能满足航拍领域特殊的振动要求，在航拍领域广受欢迎。同时有些场合，需要在户外用工业相机进行图像采集实验，需要携带图像采集存储系统，基于PC机的图像采集存储系统体积大，功耗大，携带非常不方便，此时，也会考虑使用嵌入式的图像采集存储系统。
　　拓目科技的高速图像采集存储系统
　　拓目科技一直专注于嵌入式的图像采集存储系统的研发和生产，推出了多款嵌入式的图像采集存储系统。
　　TMS- F231是基于FLASH架构的产品，体积小，早期在军方机载领域应用广泛，但是需要通过更换FLASH芯片达到扩容目的，更换容量相对不那么方便，在目前高速发展的工业相机领域，难以满足格式各样的需求。为了推动工业相机存储市场的发展，拓目科技发布了基于SATA接口的SSD盘存储系统TMS- S231，随着消费电子的发展，SSD的单盘容量不断的扩大，价格不断的降低，使得TMS-S231得到广泛的应用。随着存储带宽需求的提升，2012年拓目科技发布了TMS-S531，带宽能力为TMS-S231的2倍。在国防军事领域，机载航空拍摄设备对存储组件的体积，功耗，温度范围，抗振能力提出了更高的要求。TMS-S231和TMS-S531在工业领域获得了一致的认可，但是它们均是针对工业领域设计的，体积相对较大，没有为高强度的振动环境做过特殊的处理，于是拓目科技对TMS-S231设备进行重构，2013年设计了军品级存储产品TMS-S231M，不仅重量轻，体积小，功耗低，而且还能满足机载领域特殊的振动要求，同时TMS-S231M集成了管理功能，不需要再配备一台微型计算机进行管理，即可和机载的其它外设进行通讯。上述几个型号均是针对Camera link接口设计的存储系统，2014年拓目科技将推出TMS-S231C和TMS-S531C，将支持更多的图像输入接口，比如SDI接口，HS- LINK接口等，同时将支持更多的图像分辨率，从而能满足更多客户的需求。下表是拓目科技的嵌入式的图像采集存储系统的各种型号：

　　总结下拓目科技嵌入式的图像采集存储系统的产品特点：
　　1. 独立工作，不需要计算机控制即可实现信号采集和信号存储
　　2. 采用业界领先的掉电保护技术，令您的数据安全无忧
　　3. 性能卓越，拥有单盘高达250MB/s的写带宽，目前可支持4个盘位
　　4. 单盘8GB~1TB大容量可选，存储容量大小也可以根据用户需求定制
　　5. 支持Camera Link视频输入接口和其它定制的视频输入接口
　　6. 支持RS422接口，可以接受外设进行飞行参数设置
　　7. 支持LVDS差分触发信号
　　8. 板载军品级SSD盘，满足零下40度至零上70度的温度要求
　　9. 支持千兆以太网下载或浏览
　　10. 满足各种恶劣环境应用要求，能在高温度或者超低温度、多灰尘、高海拔、强振动等应用场合下正常使用
　　随着对行业理解的加深和技术储备的深入，拓目科技将会为图像采集存储领域推出更多完整的产品级解决方案。

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