高速圖像存儲系統(tǒng)及應用

1、高速圖像存儲系統(tǒng)及應用AOS攝像存儲系統(tǒng)及StreamPix存儲軟件介紹1為什么需要高速數(shù)字圖像運動分析需要更多的過程圖像傳統(tǒng)的模擬攝像機的速度不能滿足要求25、30FPS的采集速度丟失了太多的過程信息模擬攝像機輸出的圖像質(zhì)量不能滿足要求PAL和NTSC隔行掃描工作方式的局限圖像易被干擾像素串擾影響圖像的品質(zhì)2需要更高的圖像分辨率早期的高速采集產(chǎn)品僅提供100 x100大小的圖像模擬視頻標準只能提供640480或768576的分辨率圖像分析需要更多包含細節(jié)信息的原始圖像逐行掃描的數(shù)字面陣可以提供130萬、200萬、300萬、500萬或更高的分辨率線陣攝像機可以支持4080、8160甚至更高的行

2、分辨率3高速圖像方案的應用領域科學研究粒子運動狀態(tài)的分析爆炸理論研究昆蟲或動物仿生研究高水平運動員的訓練輔助軍事領域武器運行和使用時的可靠性分析新武器或裝甲材料的評估關鍵過程分析車輛撞擊過程及相應安全保護措施的分析發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)到崩潰時的過程分析火箭發(fā)動機點火的瞬間過程分析4必須存儲嗎？高速采集使幀圖像之間的時間間隔非常小500FPS高速攝像機的幀間隔只有2ms有些方案甚至需要1000FPS以上的采集速度通?；赑C的圖像處理算法不能在如此短的時間內(nèi)完成實時處理會造成丟幀也就失去了高速采集的意義只有少數(shù)的專用硬件（并行DSP）可以進行實時處理大部分情況下，采集到的圖像必須先存儲下來，然后再分析

3、5如何存儲？灰度圖像8、10、12 、16bit 的原始數(shù)據(jù)彩色圖像8 bit Raw 原始數(shù)據(jù)，非RGB數(shù)據(jù)RGB 24 bit 數(shù)據(jù)量是Bayer 8 bit的 3 倍，如果保存需要更多的空間并消耗更多的時間原始數(shù)據(jù)還是壓縮數(shù)據(jù)通常保存為原始數(shù)據(jù)，細節(jié)信息更豐富壓縮算法需要時間，可能造成丟幀6系統(tǒng)構造的困難傳輸?shù)膸捪拗破胀≒CI理論帶寬只有133MBytes/Sec高分高速數(shù)據(jù)量都很大，如 PIKE F-505B/C，2458205415FPS，每秒數(shù)據(jù)量2458205415=75MBytes/Sec保存空間的限制不壓縮的圖像數(shù)據(jù)量很大保存介質(zhì)的速度限制通常IDE硬盤的平均寫入速度只有2

4、0MBytes/Sec通常SCSI 160硬盤的平均寫入速度是38MBytes/Sec海量數(shù)據(jù)的檢索和分析7幾種典型系統(tǒng)的架構獨立攝像機構成系統(tǒng)單個攝像機既完成整個采集存儲功能，無需PC支持數(shù)字高速攝像機和大容量幀存圖像卡攝像機將采集到的圖像直接保存到圖像卡的大容量幀存上數(shù)字攝像機和普通圖像卡，使用PC機內(nèi)存保存圖像攝像機通過圖像卡將采集到的圖像直接保存到主機內(nèi)存中使用PC的硬盤或RAID（磁盤陣列）數(shù)字攝像機將采集到的圖像直接寫入到主機的硬盤或磁盤陣列上8獨立攝像機的方案優(yōu)點體積小，重量輕安裝方便使用簡單運行可靠，可工作在惡劣環(huán)境下（100G下）可脫離PC獨立工作缺點可選擇的產(chǎn)品型號較少存儲

5、空間有限典型系統(tǒng)瑞士的AOS公司的X-Platform系列攝像機9PC機內(nèi)存和圖像采集卡的方案優(yōu)點可選擇多種型號的攝像機（需圖像卡支持）系統(tǒng)造價低，安裝操作簡單缺點受系統(tǒng)帶寬限制受主機性能限制，某些主機板芯片組性能太差會造成數(shù)據(jù)丟失存儲空間相對有限典型系統(tǒng)PerkinElmer SB2040攝像機 + EPIX PIXCI EL1圖像卡 + EPIX XCAP軟件10硬盤和磁盤陣列的方案優(yōu)點可選擇多種型號的攝像機，包括線陣（需圖像卡支持）存儲空間大，可進行延時記錄（小時級）缺點系統(tǒng)成本較高，需另購RAID卡需高性能主機，有時需要64 bit PCI的主板和圖像卡安裝復雜，維護成本高系統(tǒng)可靠性較

6、差，在惡劣環(huán)境下使用需另做防護典型系統(tǒng)PIKE F-505B/C攝像機 + PCIE IEEE 1394B圖像卡 + SATA RAID + StreamPix軟件11AOS高速攝像機12選用何種RAID - SCSI vs. SATA無論選用何種RAID，都需要工作在RAID 0模式下，在該模式下硬盤盤數(shù)越多RAID提供的寫入速度越快RAID 0 模式下硬盤的壽命較短（一年左右），需要考慮更換硬件的成本從性能和可靠性上講，SCSI硬盤較SATA硬盤的提升有限，但價格要昂貴許多SCSI RAID卡也較SATA RAID卡昂貴建議采用SATA硬盤，可以同樣（或更低）的花費購買數(shù)量更多的硬盤組成R

7、AID來提高性能13StreamPix 軟件簡介StreamPix是加拿大Norpix公司的軟件產(chǎn)品StreamPix是專業(yè)的視頻存儲軟件，支持超過30種模擬圖像卡，IEEE1394攝像機和CameraLink 數(shù)字圖像卡，可直接將實時幀圖像不丟失的記錄到硬盤或硬盤陣列中，最高存儲數(shù)據(jù)量650Mbytes/S StreamPix可將存儲的圖像序列文件另存成AVI或其它通用圖像格式文件StreamPix可在一臺主機上同時控制多臺攝像機采集保存圖像14StreamPix 軟件簡介StreamPix3提供1394及Digital版本StreamPix4是一款支持多攝像機采集存儲的軟件系統(tǒng)Stream

8、Pix另有服務器版本，可以通過網(wǎng)絡控制多臺客戶計算機上的StreamPix進行同時采集和存儲15XCAP 軟件簡介XCAP是美國EPIX公司開發(fā)的圖像分析軟件XCAP必須配合EPIX公司的PIXCI圖像卡一起使用（不支持1394攝像機）XCAP-LTD版可在主機物理內(nèi)存中開辟多達3.5G的存儲空間用來保存圖像數(shù)據(jù)除連續(xù)采集存儲圖像外，XCAP還支持將序列圖像導出成任意常見的圖像格式保存XCAP-STD版還可以提供圖像分析的功能16針對IEEE1394數(shù)字攝像機的最佳存儲方案本方案適用于所有IEEE 1394數(shù)字機攝像機AVT F033 656x49474 FPSAVT F046 780 x58

9、253 FPS其它符合DCAM規(guī)范的攝像機本方案可以在一臺PC上同時記錄3臺同步的IEEE 1394a數(shù)字機攝像機本方案可以進行長時間高速圖像存儲160G硬盤可以記錄80分鐘的高速圖像數(shù)據(jù)本方案是目前性價比最好的高速存儲方案IDE接口硬盤1片SATA(7200rpm 16MB)硬盤3片Rocket RAID 2310 適配卡StreamPix-IEEE軟件1套Windows2000或WindowsXPIEEE 1394a接口數(shù)字攝像機3臺17筆記本上的200FPS圖像實時記錄方案AVT PIKE F032640480202FPSIEEE 1394bStreamPix-IEEE軟件系統(tǒng)可以在 200 fps 6404808 bits 黑白或Bayer彩色模式下穩(wěn)定工作系統(tǒng)最高可達 512 fps2401608 bits黑白或Bayer彩色. 不是所有筆記本都適用于建立本系統(tǒng) 18應用案例汽車碰撞試驗（1）19應用案例汽車碰撞試驗（2）20應用案例汽車碰撞試驗（3）21應用案例發(fā)動機運轉(zhuǎn)分析（1）分析發(fā)動機的振動情況以找到減輕振動和噪聲的方法22應用案例發(fā)動機運轉(zhuǎn)分析（2）安裝兩只 2 AOS X-MOTION高速攝像機，成45度角，以500FPS速度記錄試驗過程中安放在發(fā)動機上的“測量板” 運動情況，然