图像采集卡通过视频信号AD转换后，将视频转换为计算机可用的数字格式PCI总线实时传输到内存和显存。在采集过程中，采集卡传输数据采用PCI Master Burst图像传输速度高达40MB/S，摄像机图像可靠实时传输到计算机内存，几乎不占用CPU时间，留给CPU更多的时间来操作和处理图像。
一、采集卡的基本原理
采集卡有多种种类、规格。但大多数采集卡的基本原理是相同的，尽管其设计和特点不同。近年来，数字视频产品发展显著。数字视频产品通常需要实时采集和处理动态图像，因此产品性能受图像采集卡性能的影响很大。由于早期图像采集卡以帧存储为核心，在处理图像时需要读写帧存储，动态图像需要冻结图像。同时，由于数据传输速率的限制，图像处理速度较慢。
90年代初，INTEL公司提出了PCI(Peripheral Component Interconnect)局部总线规范。PCI总线数据传输宽度为32/64位，允许系统设备直接或间接连接。设备间可通过局部总线快速传输数据，更好地解决了数据传输的瓶颈。
由于PCI总线高速，使A/D转换以后的数字视频信号只需经过一个简单的缓存器即可直接存到计算机内存，供计算机进行图像处理也可将采集到内存的图像信号传送到计算机显示卡显示；甚至可将A/D输出的数字视频信号通过PCI总线直接送到显示卡，在计算机终端上实时显示活动图像。数据锁取代了帧存储器，这是一个先进的先出，容量小，控制简单(FIFO)存储器起到图像卡的方向PCI总线传输视频数据时的速度匹配。将图像卡插入计算机PCI插槽与计算机内存、CPU、调整数据传输在显示卡之间形成。
由于PCI基于总线的上述优势，许多图像板卡公司纷纷推出PCI此外，还有总线图像采集卡PC104 plus、Compact PCI等总线形式。
二、与图像采集卡相关的技术名词
1、DMA
DMA( Direct Memory Access)可替代总线控制模式CPU控制总线，根据数据源和目的的逻辑地址和物理地址映射关系，在数据传输过程中完成数据访问，可以大大减少数据传输CPU的负担。 2、LUT(Look-Up Table)
对图像采集卡而言，LUT(Look-Up Table)事实上，它是一个像素灰度值的映射表，它将实际采样的像素灰度值变成另一个相应的灰度值，如阈值、反转、二值化、对比度调整、线性变换等。这样可以突出图像的有用信息，增强图像的光对比度。很多PC系列卡有8/10/12/16甚至32位LUT，具体在LUT软件定义了什么样的变换。
3、Planar Converter
Planar Converter能够从四位表示的彩色象素值中表示R、G、B提取重量，然后在PCI三个独立的传输分别送到主机内存Buffer在后续处理中，可以方便访问彩色信息。一些采集卡(如PC2Vision)在三个黑白相机同步采集时，它也可以用来在主机中存储三个独立的象素值Buffer中。
4、Decimation
Decimation实际上是对原始图像进行子采样，如每2、4、8、16行(列)取一行(列)形成新的图像。Decimation原始图像的数据量可以大大降低，分辨率也可以降低，有点像相机Binning。
5、PWG
PWG (Programmable Window Generator)它是指在获得的相机原始图像上打开一个感兴趣的窗口，每次只存储和显示窗口的内容，这也可以在一定程度上减少数据量，但不会降低分辨率。一般来说，收集卡有一个特殊的寄存器来存储窗口大小、起点和终点坐标，可以通过软件设置。
6、Resequencing
Resequencing数据的重组能力可以看作是一种来自多通道或不同数据扫描方法的相机的能力CCD将不同区域或象素点的数据重新组合成完整的图像。
7、Non-destructive overlay
overlay是指在视频数据显示窗口上覆盖的图形(如弹出式菜单，对话框等)或字符等非视频数据。Non-destructive overlay，也就是说，与破坏性覆盖相比，破坏性覆盖是指显示窗口中的视频信息和覆盖信息存储在同一存储空间中，而非破坏性覆盖是指视频信息和覆盖信息分别存储在显示两个不同的存储空间中，显示窗口中显示的信息是这两个地址空间中存储的数据的迭加。如果采用破坏性覆盖CPU来刷新这样既占CPU在实时显示时，时间会因不同步而闪烁。如果采用非破坏性覆盖，这些不利因素可以消除。
8、PLL、XTAL和VScan这是模拟采集卡的三种不同工作模式
(1)PLL(Phase Lock Loop)模式：相机提供采集卡A/D转换时钟信号，此时钟信号来自相机输出Video信号，HS和VS同步信号可以有三个来源：composite video，composite sync，separate sync；
(2)XTAL模式：图像采集卡为相机提供时钟信号HD/VD使用提供的时钟信号作为信号A/D转换钟，但同步信号仍可以输出同步信号HS/VS；
(3)VScan模式：相机向分卡提供Pixel Clock信号、HS和VS信号。
三、选择采集卡时应考虑的主要参数
1、接口系统、数据格式
接口系统包括数字(Camera Link、LVDS/RS422、1394、USB)、模拟(PAL、NTSC、CCIR、RS170/EIA、非标准模拟系统)必须与所选相机一致。如果选择数字系统，还必须考虑相机的数字位数。
当然，如果选择的话USB相机不需要选择收集卡，但对于1394相机，也可以选择相应的收集卡或转接卡
2.模拟采集卡应考虑数字化精度
模拟采集卡的数字化精度主要包括两个方面：
(1)像素抖动Pixel Jitter
图像采集卡采集图像抖动A/D像元位置上的微小错误导致转换器采样时钟的误差，导致距离测量错误。
(2)灰度噪声Grey-Scale Noise
图像采集卡的数字转换过程包括模拟视频信号的放大和亮度（灰度值）的测量。图像采集卡的电路会产生一定的噪声和动态波动。像素抖动一样，灰度噪声会导致距离测量错误。典型的灰度噪声为0.7个灰度单元表示0.7LSB。
3.采集卡的数据率(又称点频)
按以下公式计算数字采集卡数据率必须满足的要求：
Data Rate(Grabber)≥1.2×Data Rate(Camera)
Data Rate(Camera)＝R×f×d/8
式中
Data Rate(Grabber)采集卡的数据率通常称为点频；
Data Rate(Camera)相机的数据率，又称像素时钟；
R相机分辨率；
f相机帧频；
d为相机的数字深度(或称灰度级)。
4、Memory大小，PCI总线的传输速率
PCI总线可支持BUS Master设备以132Mbps传输数据的突然速率。其平均连续数据传输率一般为50~90Mbps。
来自相机的数据总是以固定的速度传输。PCI总线可以保持大于视频数据率的平均连续数据传输率，没有问题。事实上，PCI总线设备只能以紧急情况将数据传输到总线。图像采集卡必须保存每次紧急情况之间的连续图像数据。解决方案是使用On-board Memory。
出于经济考虑，一些制造商被删除了Memory使用数据缓存队列(FIFO)，FIFO一般来说，图像数据足以保存一行。然而，当图像数据的速率大于时PCI连续数据传输率FIFO它不起作用。
5.相机控制信号和外触发信号 (1)外触发:从外部事件开始采集的过程。
(2)同步触发:从下一个场的有效信号开始，不改变相机与板卡的同步关系。
(3)异步触发:改变相机与板卡的同步关系，收集相机复位后的第一个有效信号。相机必须具有异步触发功能。
6.硬件系统的可靠性
硬件的可靠性在生产系统中非常重要，设备故障造成的损失远远大于设备本身。许多板卡制造商没有标明可靠性指标，如平均无故障时间。有两种经验技能来评估不同板卡的可靠性、板上设备的数量和功耗。
(1)尽量选择功耗较低的采集卡。在其他条件相同的情况下，一张装置较多的复杂卡会比装置较少的卡消耗更多的热量。好的设计会用更多ASIC(Applica tion-specific integrated circuits)以减少电子设备的数量，实现更高的功能。
(2)选择无用功能较少的卡片，以减少不必要的麻烦。
过压保护是可靠性的重要指标。接近高压会在视频输入端和视频输入端产生强电涌I/O过压保护电路可以保护采集卡不被工业环境电磁干扰造成的高压击穿。
支持软件的功能
大多数采集卡制造商将其采集卡与其特殊的图像处理软件捆绑此在选择采集卡时，还必须考虑视觉系统选择的软件是否与采集卡兼容。如Matrox 公司图像处理软件Mil、Inspector等只能在Matrox采集卡上使用，Forsight Imaging公司图像处理软件Idea只能在其I系统中，I-RGB系列、Accustream使用系列等采集卡。
总之，采集卡的选择必须基于视频源的特点，视频源决定采集卡。