视频信号处理与计算机数据采集
LabVIEW与视频处理实现视频信号的采集与处理
LabVIEW与视频处理实现视频信号的采集与处理LabVIEW与视频处理：实现视频信号的采集与处理概述：视频信号的采集与处理在许多领域中起着重要作用，例如电视广播、医学图像处理和机器视觉等。
LabVIEW是一款强大的图形化编程环境，它提供了丰富的工具和函数，可用于实现视频信号的采集、处理和分析。
本文将介绍如何使用LabVIEW来实现视频信号的采集与处理。
一、视频信号的采集视频信号的采集是指将来自摄像头或视频设备的图像数据转换为数字信号，以便进一步处理和分析。
LabVIEW提供了多种方法来实现视频信号的采集，最常用的方式是使用Vision开发模块。
Vision开发模块提供了一系列功能强大的工具和函数，用于图像采集、预处理和分析。
用户可以通过调用Vision相关的VI（Virtual Instrument，虚拟仪器）来进行图像采集。
LabVIEW还支持各种类型的摄像头和视频设备，用户可以方便地选择适合自己需求的硬件设备。
二、视频信号的处理视频信号的处理是指对采集到的视频图像进行处理、分析和增强，以提取有用的信息。
LabVIEW提供了丰富的图像处理函数和算法，可以实现包括滤波、边缘检测、特征提取和目标跟踪等功能。
LabVIEW的图像处理工具箱（Image Processing Toolkit）是视频信号处理的重要组成部分。
它包含了大量常用的图像处理函数和算法，用户可以通过简单的拖放和连接操作来构建自己的图像处理流程。
同时，LabVIEW还支持自定义图像处理算法，用户可以使用G语言（G Language）进行编程，实现更加复杂和高级的图像处理功能。
三、LabVIEW与视频处理的应用案例1. 电视广播行业：在电视广播行业中，LabVIEW可以用于视频信号的采集、转码和转发等操作。
通过LabVIEW的图像处理功能，可以实现视频质量的优化和噪声的消除，从而提供更好的用户体验。
2. 医学图像处理：在医学图像处理领域，LabVIEW可以结合医学设备，对患者进行影像诊断和分析。
计算机数据采集系统设计
计算机数据采集系统设计1、计算机数据采集与分析技术概述；1.1、数据采集计算机处理的对象是数字量，⽽外部世界的⼤部分信息是连续变化的物理量，例如温度、压⼒、位移、速度，要将这些信息送⼊计算机进⾏处理，就必须先把这些连续的物理量离散化，即进⾏量化编码，变成数字量才能实现。
数据采集就是将被测对象的各种参量通过传感器做适当转换后，由⾮电量变换成电量，再经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，输⼊计算机进⾏处理或存储记录的过程。
1.2、数据采集系统⽤于数据采集的成套设备称为数据采集系统，计算机是数据采集系统的核⼼，完成对整个采集过程的控制、对采集的数据进⾏处理的任务。
1.3、数据采集分析技术数据采集分析技术的任务主要有三项：把模拟信号转换为计算机能识别的数字信号，送⼊计算机通过计算机进⾏计算和处理，得到有⽤的信息实现对过程或⽬标（某些物理量）的监视与控制2、计算机数据采集电路数据采集系统随着新型传感技术、微电⼦技术和计算机技术的发展⽽得到迅速发展。
由于⽬前数据采集系统⼀般都使⽤计算机进⾏控制，因此数据采集系统有叫做计算机数据采集系统。
数据采集系统包括硬件和软件两⼤部分，硬件部分⼜可分为模拟部分和数字部分。
图2.1是硬件基本组成⽰意图。
下⾯简单介绍⼀下数据采集系统的各个组成部分。
图1.1数据采集系统硬件基本组成1.传感器传感器的作⽤是把⾮电的物理量转变成模拟电量(如电压、电流或频率)，例如使⽤热电偶、热电阻可以获得随温度变化的电压，转速传感器常把转速转换为电脉冲等。
通常把传感器输出到A／D转换器输出的这⼀段信号通道称为模拟通道。
2.放⼤器放⼤器⽤来放⼤和缓冲输⼊信号。
由于传感器输出的信号较⼩，例如常⽤的热电偶输出变化，往往在⼏毫伏到⼉⼗毫伏之间；电阻应变⽚输出电压变化只有⼏个毫伏；⼈体⽣物电信号仅是微伏量级。
因此，需要加以放⼤．以满⾜⼤多数A／D转换器的满量程输⼊5—10 V 的要求。
3.滤波器传感器和电路中的器件常会产⽣噪声，⼈为的发射源也可以通过各种捅合渠道使信号通道感染上噪声．例如⼯频传号可以成为⼀种⼈为的⼲扰顿。
视频图像采集与处理原理
视频图像采集与处理原理视频图像采集与处理是现代信息技术领域中非常重要的一部分。
随着科技的不断发展，我们越来越多地接触到各种各样的视频，包括电影、电视剧、广告等等。
这些视频的制作离不开视频图像采集与处理技术，下面将对其原理进行探讨。
一、视频图像采集原理视频图像采集是指将真实世界中的光信号转换为数字信号的过程。
在视频图像采集过程中，首先需要使用光学传感器将光信号转换为电信号。
这可以通过使用相机镜头和CCD或CMOS传感器来实现。
相机镜头负责将光学信号聚焦到传感器上，CCD或CMOS传感器则将聚焦后的光信号转换为电信号。
在CCD传感器中，光信号会在感光表面上形成电荷，然后通过电荷耦合器件的作用，电荷会从感光表面移动到输出端，最终形成电信号。
而CMOS传感器则采用了一种不同的工作原理，它将感光表面上的每个像素都作为一个独立的电荷-放电电容器，当光照射到像素上时，电容器内的电荷会发生变化，进而产生电信号。
无论是CCD还是CMOS传感器，它们都能够将光信号转换为数字信号。
这些数字信号可以通过模数转换器（ADC）转换为计算机可读取的数字数据，从而实现视频图像的采集。
二、视频图像处理原理视频图像处理是对采集到的视频图像进行处理和优化的过程。
视频图像处理可以实现各种各样的操作，例如图像增强、降噪、图像压缩等等。
图像增强是指通过增强图像的亮度、对比度等参数来改善图像的质量。
这可以通过调整图像的像素值来实现，例如通过直方图均衡化技术来增强图像的对比度。
此外，还可以利用滤波算法来降低图像的噪声水平，改善图像的清晰度。
图像压缩是指减少图像数据量的过程。
图像压缩可以分为无损压缩和有损压缩两种方式。
无损压缩是指在减少数据量的同时保持图像质量不变，而有损压缩则是在减少数据量的同时会对图像质量进行一定的损失。
常见的图像压缩算法包括JPEG（有损压缩）和PNG（无损压缩）。
视频图像处理还可以实现对象识别和跟踪等功能。
通过计算机视觉和模式识别算法，可以对视频中的对象进行识别和跟踪，从而实现自动化的视频分析和处理。
09-图像传感器的典型应用
一、图像传感器用于一维尺寸的测量
图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触检测 技术，广泛地应用于各种工件的在线检测和高精度、高速度的 检测技术领域。 系统组成：线阵CCD. 光学成像系统. 计算机数据采集与处理 特点： 高分辨率、高灵敏度 自扫描、非接触 结构紧凑 无需配合复杂的机械运动结构
(2) 光阑P1的口径D1 根据系统应满足拉赫不变量的要求及物镜L的物方孔径角U，有
D1 J j n2U 2 nUy J w （12-2） 2 式中，Jj为聚光镜的拉赫不变量，Jw 为物镜的拉赫不变量 。
n2＝n＝1，并由图可知
U2 y f2
，代入上式可得
D1 2 f 2 U
一维尺寸的测量——激光扫描检测仪
激光扫描检测仪主要由以下几部分组成： ①由光学机械扫描器和扫描光学系统组成的激光扫描发射器 ②由接收光学系统和光电转换电子学系统构成的激光扫描接收器 ③以单片机为核心的实时控制与数据处理系统构成的控制器 ④半导体激光电源
激光扫描检测仪组成介绍
①准直光源: 采用半导体激光为光源，经整形、扩束、准直后形 成光点小于Φ1mm的圆形光束； ②扫描转镜: 为正多面体旋转反射镜，一般为金属在精密机床上 切削，后进行抛光、镀膜而成； ③发射光学系统: 为形成准直、匀速扫描光束，采用特殊的 f-θ 透镜组作为发射光学系统； ④接收光学系统: 为短焦距聚光光学系统； ⑤光电传感器: 采用面型PIN型光电二极管，响应速度快；
成像物镜L的像方焦平面F'处。光阑P2为系统的孔径光阑，形成 了物方远心光路，以控制轴外物点主光线的方向，使AB在光敏 面上的像点位置不变。从而消除玻璃管在拉制过程中的摆动对 测量精度的影响。 影响该系统成像特性的主要是物镜L。因此如何根据使用要
计算机数据采集及处理
读书报告：计算机数据采集及处理主要内容：计算机数据采集系统数字滤波标度变换可靠性越限报警一、计算机数据采集系统1.数据采集与处理的作用和分类数据采集是指将生产过程的物理量采集并转换成数字量以后，再由计算机进行存储、处理显示或者打印的过程。
计算机数据采集系统的任务，就是采集各类传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机；计算机根据需要进行相应的计算、处理并输出，以便实现对生产过程的自动监控。
一般监控系统采集数据大致可分为以下八类：输入模拟量。
它是指将现场具有连续变化特征的电气量和非电气量直接或经过变换后，输入到计算机系统的接口设备的物理量。
适合计算机系统的模拟量参数范围包括0~5VDC、0~10VDC、0~20mA、±20mA、4~20mA等。
输出模拟量。
它是指计算机系统接口设备输出的模拟量，输入开关量。
它是指过程设备的状态或者位置的指示信号，输入到计算机系统接口设备的数字量（即开关量），此类数字输入量一般适用一位“0”或“1”表示。
输出开关量。
它是指计算机系统接口设备输出的监视或者控制的数字量，在生产过程控制中为了安全可靠，一般输出开关量是经过继电器隔离的。
输入脉冲量。
它是指过程设备的脉冲信息输入到计算机系统接口设备，由计算机系统进行脉冲检测的一位数字量，如机组齿盘测速信号。
数字输入BCD码。
它是将BCD码制数字型的输入模拟量输入到计算机系统接口设备，一个BCD码输入模拟量一般要占用16位数字量输入通道。
数字输入事件顺序记录（SOE）量。
它是指将数字输入状态量定义成事件信息量，要求计算机系统接口设备记录输入量的状态变化及其变化发生的精确时间，一般应能满足5ms分辨率要求。
在监控系统中，机组货电气设备的事故信号均以SOE量输入，系统对SOE量以中断的方式响应。
外部数据报文。
它是将过程设备或者外部系统的数据信息，以异步或同步报文通过串行口与计算机系统交换数据。
2.模拟量的输入与输出模拟量的输入与输出通道，是计算机控制系统的一个重要组成部分。
典型线阵CCD图像传感器
三、具有积分时间调整功能(电子快门)的线阵CCD-如何实现？
在光照度较低/较强时的情况下，可以通过增长/缩短光积 分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度；
积分时间的调整功能对于CCD的应用是非常重要的。 TCD1205D为具有积分时间调整功能的线阵CCD器件。
广泛应用在条码扫描识别等光电输入设备。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——方案一
在一个转移脉冲SH周期中，只有在光积分电极ICG为高电平期间光积分栅 才能建立起深势阱，也才能进行光积分。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——改变积分时间方案二
一个行周期中两次转移
一个行读出周期中设置两个转移脉冲SH： 第1个转移脉冲的高电平对应于移位寄存器驱动脉冲CR1的
3、TCD1205D的特性参数
动态范围 DR 偏 低 ， 一般只适用 于光电数字 扫描输入， 不适用于分 辨率要求较 高的图像扫 描输入。
四、并行输出的线阵CCD
并行输出的线阵CCD在相同频率驱动脉冲的作用下可以获得 更高的信号输出速率，这在用线阵CCD检测高速运动物体图像 的应用中具有非常重要的作用。
光电二极管的数量为：2160+(74-12)=2222。 存储栅：存储光生电荷的MOS电容存储阵列。
1118
2、 TCD1206SUP的工作原理
四路驱动脉冲：SH、CR1、CR2、RS； 驱动电路的产生可仿照TCD1209D实现；
TCD1206SUP与1209D的不同点：
OS端总共输出2236个信号，由于两列并行传输。所以一个 SH周期至少要有2236/2=1118个 驱动脉冲CR1的周期
低电平，使移位寄存器CR1电极不形成深势阱，光积分电极下 积累的信号电荷无法倒入CR1电极，即无法将信号电荷转移到 移位寄存器中，从而之前积累的信号电荷白白地倒掉。
图像采集卡工作原理
图像采集卡工作原理
图像采集卡是一种专门用于采集和处理图像数据的硬件设备。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 信号输入：图像采集卡通常具有各种不同类型的输入接口，如模拟视频接口（如Composite、S-Video、Component）和数字视频接口（如HDMI、DVI、DisplayPort）。
它们可以接收来自各种摄像头、监控摄像机、视频播放器或电视信号源的图像信号。
2. 信号转换：采集卡接收到的信号通常是模拟视频信号，需要将其转换为数字格式以便计算机进行处理。
这一步骤通常包括模拟到数字的转换，也就是将模拟信号通过模数转换器（ADC）转换为数字信号。
3. 数据处理：图像采集卡会对接收到的数字图像数据进行处理和优化。
这包括图像解码、降噪、增强、色彩校准等操作，以确保输出的图像质量达到较高的标准。
4. 存储和传输：处理后的图像数据可以进行存储，并通过计算机的总线接口（如PCI、PCIe）传输到计算机内存中。
这样，计算机就可以直接访问并进一步处理这些图像数据，如显示、编辑、分析等。
5. 驱动和软件支持：为了让图像采集卡能够正常工作，需要安装相应的驱动程序和支持软件。
这些软件可以提供图像采集、图像处理、配置参数调整等功能，使用户能够进行自定义设置
和操作。
需要注意的是，图像采集卡的工作原理可能会因不同的品牌和型号而略有差异，但大体上都会包含以上几个步骤。
视频采集的原理
视频采集的原理
数据采集技术本质上是指利用电子技术通过传感设备和其他待
测设备，对数据的自动采集过程。
在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。
它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。
各种类型信号采集的难易程度差别很大。
数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。
视频数据采集技术是一类特殊的数据采集技术。
其主要构成的设备包括数据收集设备、数据传输设备、数据收集整理设备等。
其主要工作原理是将采集来得视频信号转化为数字信号。
视频数据采集的方法很多，主要分为2大类：自动图像采集和基于处理器的图像采集。
前者采用专用图像采集芯片，自动完成图像的采集、帧存储器地址生成以及图像数据的刷新；除了要对采集模式进行设定外，主处理器不参与采集过程。
这种方法的特点是采集不占用CPU的时间，实时性好，适应活动图像的采集，但电路较复杂、成本较高。
后者采用通用视频A/D转换器实现图像的采集，不能完成图像的自动采集，整个采集过程在CPU的控制下完成，由CPU启动A/D转换，读取A/D转换数据，将数据存入帧存储器。
其特点是数据采集占用CPU的时间，对处理器的速度要求高，但电路简单、成本低、易于实现，能够满足某些图像采集系统需要。
在实际工作中，这两项技术根据使用情况的具体要求，被应用于不同的领域。
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形成数据
产生计数脉冲
周期复位
图7-3 硬件二值化数据采集电路原理
2. 计数器法计算机数据采集接口电路
计数器法计算机数据采集接口电路原理如图7-5所示。
可用SP
形成数据
为抗干 扰设置
行同步脉冲
由软件 设置
一种接 口方式
同步控制 器发出
计数器法计算机 数据采集接口电路的 工作波形如图7-6所示。
如，输入的模拟信号是正弦信号x(t)＝Esinωt。在t＝0时刻，
输入信号变化率最大，Eo＝E2πf。
采样系统中使用的A／D转换器的转换时间为tc。该器件的量
化单位为
q
2E 2n
要求在tc间隔里，模拟信号的变化小于一个量化单位，即
E E2ft
E q
允许输入模拟信号的最高变化频率
f max
q
E2n
思考题与习题7解题思路 7.1 题，需要二值信息的应用场所，如文字、图表与尺寸、 位置运动速度等测量的应用； 固定阈值与浮动阈值法，浮动阈值法能够消除背景光源扰 动对测量的影响。 7.2 题，注意到51单片机与边沿送数系统的数据接口的位数 要匹配，读数指令与存储指令需要配合。 7.3 题，需要注意PC总线接口插槽安排有数据总线与地址总 线，合理使用它们与卡内3-8译码器、逻辑电路与存储器等器件 能够完成各种功能的操作。
1
2n tc
如果已知输入的模拟信号最高频率及A／D变换器的位数n，
可以求出不用保持电路时允许A/D转换器的最大的转换时间
1
tc f 2n
若模拟信号频率为1kHz，A/D转换器位数n＝8，则，A/D转
换器允许最大的转换时间tc＝l.244µs。 2. A/D转换器及特性
A/D转换器是实现模拟量转换成数字量的电子器件。
第7章 视频信号处理与计算机数据采集 将CCD输出的“模拟”视频信号转换成数字，再送入计算 机等数字设备，便可以利用各种数字处理设备完成存储、传输、 运算等多种功能，使CCD应用技术发挥应有作用。 CCD视频信号处理方法有两种：1）CCD视频信号二值化 处理；2）CCD视频信号的量化处理。 7.1 CCD视频信号的二值化处理 在利用CCD采集诸如物体尺寸、文字等二值信息时可以利 用二值化处理方法。 7.1.1 二值化处理方法 二值化处理方法很多，常用的有固定阈值、浮动阈值等。
3. 边沿送数法二值化数据采集计算机接口 图7-7所示为边沿送数法二值化数据采集计算机接口电路的 原理方框图。
关键在锁存器 的运用！
用反相器完成 二值化波形的前、 后沿锁存计数器 的数据。
图7-7 边沿送数二值化数据采集原理图
图7-8 波形图
7.2 CCD视频信号的量化处理 CCD完成将光强分布I(x,y)或I(x)值转换为时序电压u(t)。如 何将时序电压u(t)送入进行量化，变成数字信号？ 需要A/D转换器件来完成。既需要对视频信号的量化过程。 1. CCD视频信号量化处理过程 CCD视频输出信号的图7量-9化视过频程信如号图量化7-原9所理示方框。图
1. 固定阈值法
线阵CCD用于物体尺
固定阈值二值化处理方法采用如图7-1所示的寸电测路量的完输成出。波形
固定阈值的设定
提取出来的二值信息
2.浮动阈值法
图7-1 固定阈值二值化处理
如果阈值能够随测量系统所用的背景光源浮动，则可以消
除背景光源的影响。
这种随背景光源浮动的二值化方法就称为浮动阈值法。
如图7-2所示，为采用对线阵CCD输出信号采样的浮动阈值 二值化电路的原理图。
典型采样/保持电路
的捕捉时间为5µs，孔径 du I 时间为0.05µs，孔径不 dt C
显然，增大电容量C会 使保持电压降减少，但 是孔径时间增大。
定性为0.01µs。
采样/保持电路并非是必要的。若被采样信号变化相当缓慢
或A／D转换器足够快，在完成一次量化过程中模拟信号的变化
小于一个量化单位，就可省略采样/保持电路。
它将完成如下函数的转换
E
UB(
a1 2
a2 22
an 2n
)
式中，UB为参考源电压；a1，a2，…，an为系数(1或0)；n为
数字量的位数；E为数字信号的电压。
模拟信号电压Us与E的误差为
1 2
UB 2n
A/D转换器的输出特性曲线如图7-12(a)所示。
量化单位q为
q
UB 2n
① A/D转换器的分辨能力。
见图7-1中的 输出波形
关键要采到与背景 光源有关的信号
为什么要采用采样 保持器呢？不保持行吗？
怎样理解该电路能 够使阈值只随背景光源 的变化而浮动？
图7-2 浮动阈值二值化电路原理图
正确的采样点
7.1.2 二值化数据采集与计算机接口 1.硬件二值化数据采集方法 如图7-3所示为硬件二值化数据采集电路的原理图。 形成二值化数据原理如图7-4所示。
被定义为量化单位与满量程电
压之比，既
1
2n
n越高分辩能力越高，误差 越小。
② A/D转换器的转换时间。 转换所需要的时间与转换方式有关，也与位数有关，差别很
大。“逐次逼近”型较“比较型”速度要慢。
③ A/D转换器的转换精度。 定义输入模拟信号的实际电压值与被转换成数字量的理论 电压值E的差值，称之为器件的绝对误差。 相对误差指在去掉偏移误差和增益误差之后，输入的模拟 信号的实际电压值与转换成数字量的理论电压E之间的差值。 偏移误差指器件最低有效位为“1”时实际输入电压值与理 论值之差。
2. 量化过程应用的器件
（1）采样保持电路
在控制电极作用下能够 实现“采样” 和“保持” 两种功能的器件。
采样保持电路的工作时间分配：
如图7-3所示，采样保持电路的工作时间由下面几项
① 保持时间T0 ② 捕捉时间为TAC ③ 孔径时间TAP ④ ΔTAP
高速数据采集时，
采样/保持电路的ΔTAP会 影响采样精度。