數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多領(lǐng)域得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。微機(jī)圖像處理系統(tǒng)以其使用靈活,、性能價(jià)格比高而在醫(yī)療,、氣象、工業(yè)視覺等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,。在工業(yè)控制中一般采用攝像頭得到現(xiàn)場(chǎng)的圖像,，而現(xiàn)在攝像頭輸出的信號(hào)多為模擬信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)攝像頭和計(jì)算機(jī)的接口,，必須采用圖像采集卡,。
　　但是現(xiàn)在市面上的圖像采集卡往往數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)讀取不能同時(shí)進(jìn)行，這給編程和實(shí)時(shí)控制帶來很大的麻煩,。本文提供的圖像卡解決了這個(gè)問題,，它采用兩片存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)讀取的內(nèi)存和圖像采集所用的內(nèi)存交替使用,，使得圖像采集與計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行,。
　　本文先分析了一般圖像采集卡的缺陷，然后給出了新的圖像采集卡的原理和設(shè)計(jì)思想,。由于本圖像采集卡基于全電視信號(hào),，所以有必要先來簡(jiǎn)要地介紹黑白全電視信號(hào)。
1 全電視信號(hào)及其原理
　　黑白CCD攝像頭經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將圖像(光信號(hào))轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),，其最終輸出信號(hào)就是黑白全電視信號(hào),。它主要由圖像信號(hào)(視頻信號(hào))、復(fù)合消隱脈沖和同步脈沖組成,。
　　電視信號(hào)其極性可分為正極性和負(fù)極圖像信號(hào),。若圖像最亮?xí)r，對(duì)應(yīng)其信號(hào)電壓的幅度最大,，則該信號(hào)稱為正極性信號(hào),；反之為負(fù)極性信號(hào)。這里采用負(fù)極性信號(hào),。將圖像信號(hào)送到視頻放大器中進(jìn)行放大,、處理，同時(shí)加入同步機(jī)送來的行,、場(chǎng)同步脈沖和行,、場(chǎng)消隱脈沖，就形成了全電視信號(hào),。
　　消隱脈沖主要用于消除行場(chǎng)掃描逆程時(shí)產(chǎn)生的回掃線,，同步脈沖保證收端與發(fā)端的掃描點(diǎn)應(yīng)有一一對(duì)應(yīng)的幾何位置。
　　由于場(chǎng)同步期間沒有行同步信號(hào),，這會(huì)影響在整個(gè)掃描過程中的嚴(yán)格同步。為了解決整個(gè)問題,，采取在場(chǎng)同步脈沖中開槽的方法用以替代同步信號(hào),。場(chǎng)同步前后兩倍行頻的脈沖稱為均衡脈沖,。
　　電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，全電視信號(hào)的幅度比例是：若以峰值白電平到同步電平作為100%,，則峰值白電平到消隱(黑)電平的值為75%,，峰值白電平為0%，圖像信號(hào)介于白與黑電平之間,。

　　信號(hào)如圖1所示,，從時(shí)間上看，每秒傳送25幀圖像,，每幀625行,；隔行掃描時(shí)每秒50場(chǎng)，每場(chǎng)312.5行,。每一行的周期為64μs,其中圖像占52.2μs,，行消隱占11.8μs。行同步脈沖為4.7μs,，它比行消隱延遲1.3μs,。每一場(chǎng)的周期為312.5H＝20ms，其中場(chǎng)消隱信號(hào)占25H+1行消隱信號(hào),，即等于1600μs+11.8μs,。均衡脈沖的寬度為2.35μs，周期為半行,，共12個(gè)(前6個(gè),，后6個(gè))。場(chǎng)同步脈沖的寬度為2.5H的時(shí)間(即160μs),。場(chǎng)同步脈沖有6個(gè)槽脈沖,，其寬度為4.7μs。
　　在全電視信號(hào)中,，把奇數(shù)場(chǎng)同步信號(hào)的前沿作為一場(chǎng)的起點(diǎn),，第1、2,、3行是場(chǎng)同步信號(hào),，第4、5,、6行是后均衡脈沖,，7～22行還是場(chǎng)消隱信號(hào)，該場(chǎng)消隱信號(hào)從前場(chǎng)623行開始,，因此,，整個(gè)消隱信號(hào)是25行加一個(gè)行消隱的時(shí)間。圖像信號(hào)從23行出現(xiàn)到309.5行止，共287.5行,，這就是第一場(chǎng)或稱奇數(shù)場(chǎng),。從309.5行開始又是下一場(chǎng)的場(chǎng)消隱信號(hào)及前均衡脈沖，在312.5行出現(xiàn)下一個(gè)偶數(shù)場(chǎng)的同步脈沖,，奇數(shù)到此結(jié)束,，偶數(shù)場(chǎng)開始。一個(gè)奇數(shù)場(chǎng)加上一個(gè)偶數(shù)場(chǎng)合在一起稱為一幀,。
2 一般圖像采集卡的原理
　　一般圖像采集卡的結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

　　首先對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和同步分離。預(yù)處理主要是進(jìn)行放大,、亮度,、對(duì)比度調(diào)節(jié)、信號(hào)限幅(保護(hù)A/D),。同步分離電路主要是分離出信號(hào)中的行同步和場(chǎng)同步信號(hào),，供采集卡的時(shí)序電路使用。然后由高速的A/D轉(zhuǎn)換器把處理后的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),，在時(shí)序電路的控制下寫入存儲(chǔ)器,。
　　但這樣的采集卡有一個(gè)問題，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)讀取不能同時(shí)進(jìn)行,。不妨設(shè)奇數(shù)場(chǎng)掃描期間,，每采樣一次就將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果存入存儲(chǔ)器，在偶數(shù)場(chǎng)期間,，計(jì)算機(jī)將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī),。但是，由于在計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)器時(shí),，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果并不能同時(shí)寫入該片存儲(chǔ)器,，即存儲(chǔ)器不能同時(shí)進(jìn)行讀和寫兩種操作，所以會(huì)丟掉偶數(shù)場(chǎng)的信息,?！　?BR>3 基于雙內(nèi)存的圖像采集卡的設(shè)計(jì)
　　為了解決這個(gè)問題，這里用了兩片存儲(chǔ)器進(jìn)行交替工作,。當(dāng)給其中一片存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)時(shí),，計(jì)算機(jī)讀取另一片存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，反之亦然,。這種采集卡的框圖如圖3所示,。下面對(duì)各部分電路進(jìn)行介紹。

　　(1)預(yù)處理電路：實(shí)現(xiàn)把標(biāo)準(zhǔn)的全電視信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～5V模擬信號(hào),，并具有亮度調(diào)節(jié),、對(duì)比度調(diào)節(jié)等功能,。放大器用的運(yùn)放采用寬帶運(yùn)放LM318。
　　(2)同步分離電路：為了將數(shù)字化后的圖像信號(hào)存入相應(yīng)的幀存儲(chǔ)器,，必須獲得行同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào),。由于同步信號(hào)的幅度最大，占全電視信號(hào)幅度的76%～100%的電平范圍,，可根據(jù)這一特征采用幅度分離法先將復(fù)合同步信號(hào)分離出來。又因?yàn)閳?chǎng)同步脈沖的寬度為160μs,，遠(yuǎn)大于行同步脈沖的寬度4.7μs,，這樣又可在已分離出的行、場(chǎng)復(fù)合同步信號(hào)中 進(jìn)一步分離出行同步和場(chǎng)同步出來,。
　　(3)A/D轉(zhuǎn)換器：圖像采集卡中的A/D轉(zhuǎn)換器選用8bit高速視頻轉(zhuǎn)換芯片CA3318CE完成,。它的最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)15MHz。由前面的黑白全電視信號(hào)的分析可知,，每一行圖像約52.2μs,，本卡在電視信號(hào)每行的行正程期間需采樣512點(diǎn)，采樣時(shí)鐘約為10MHz.因此選用CA3318CE 完全符合要求,，只需將其采樣率選在10MHz即可,。
　　(4)控制電路：控制電路的核心器件是一片通用邏輯門陣列GAL20V8。該電路產(chǎn)生幀存儲(chǔ)器的讀信號(hào)MEMR1,、MEMR2和寫信號(hào)MEMW1,、MEMW2以及圖像采集卡所需的工作狀態(tài)信號(hào)PC/LOCAL和！PC/LOCAL,，電路原理如圖4所示,。U33是一片GAL20V8，它工作在簡(jiǎn)單模式,，管腳18～22配置成輸出,，其它配置成輸入。1～6管腳接PC機(jī)的地址線PC_A4～PC_A9,，7～10管腳接PC機(jī)的地址線PC_A16～PC_A19,，管腳11接系統(tǒng)時(shí)鐘CLK，管腳13接PC機(jī)的PC_IOW信號(hào),，管腳14接PC/LOCAL信號(hào),，管腳15、16分別接行消隱和場(chǎng)消隱指示信號(hào)H_MR和V_MR,，管腳17接PC機(jī)的讀存儲(chǔ)器信號(hào)PC_MEMR,，管腳18、19輸出幀存儲(chǔ)器RAM1的寫信號(hào)MEMW2和讀信號(hào)MEMR2,，20,、21腳輸出存儲(chǔ)器RAM1的寫信號(hào)MEMW1和讀信號(hào)MEMR1,，22腳輸出信號(hào)PC/LOCAL_CLK作為觸發(fā)器OP6:B的時(shí)鐘，23腳接PC機(jī)的PC_AEN信號(hào),。

　　控制電路還要產(chǎn)生PC/LOCAL信號(hào),。該信號(hào)必須由PC機(jī)控制。在這里,，PC/LOCAL作為PC機(jī)I/O口的最低一位,，口地址是220H～22FH，PC機(jī)只需向220H～22FH任意地址寫1或0即可以將PC/LOCAL設(shè)置為1或0,。I/O口地址的譯碼由U33完成,，可以用ABEL語言描述如下：
　　IOCS＝!(!PC_A4&PC_A5&!PC_A6&!PC_A7&!PC_A8&PC_A9&!PC_AEN)
　　PC/LOCAL_CLK＝IOCS#PC_IOW
　　IOCS是端口的選通信號(hào)，低電平有效,。當(dāng)PC機(jī)的地址線PC_A9～PC_A4為100010時(shí),，PC_AEN為低電平(PC_AEN為高電平時(shí)指示PC機(jī)處于DMA狀態(tài))時(shí)，IOCS有效,。PC/LOCAL_CLK由IOCS和PC機(jī)的I/O口寫地址PC_IOW相或產(chǎn)生,，當(dāng)端口未選中時(shí)，它一直是高電平,；當(dāng)端口被選中后,，由PC_IOW產(chǎn)生一個(gè)上升沿。PC/LOCAL_CLK的上升沿將觸發(fā)OP6:B,，將PC機(jī)的最低一位數(shù)據(jù)線PC_D0鎖存,，產(chǎn)生PCLOCAL和！PCLOCAL,。
　　當(dāng)幀存儲(chǔ)器的地址由PC機(jī)產(chǎn)生時(shí),，需要譯碼邏輯。PC機(jī)低于1M的內(nèi)存空間分配如表1所示,。為了不發(fā)生地址沖突,，從表中可知，可以把D0000H～DFFFFH空間作為幀存儲(chǔ)器的映射地址,。這部分譯碼工作也由U33完成,，用ABEL語言描述：