高速圖像存儲系統(tǒng)及應(yīng)用

1、高速圖像存儲系統(tǒng)及應(yīng)用,AOS攝像存儲系統(tǒng)及StreamPix存儲軟件介紹,為什么需要高速數(shù)字圖像,運(yùn)動分析需要更多的過程圖像傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)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(jī)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?dāng)_影響圖像的品質(zhì),需要更高的圖像分辨率,早期的高速采集產(chǎn)品僅提供100x100大小的圖像模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)只能提供640×

2、480或768×576的分辨率圖像分析需要更多包含細(xì)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(jī)可以支持4080、8160甚至更高的行分辨率,高速圖像方案的應(yīng)用領(lǐng)域,科學(xué)研究粒子運(yùn)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(yùn)動員的訓(xùn)練輔助軍事領(lǐng)域武器運(yùn)行和使用時的可靠性分析新武器或裝甲材料的評估關(guān)鍵過程分析車輛撞擊過程及相應(yīng)安全保護(hù)措施的

3、分析發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)到崩潰時的過程分析火箭發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的瞬間過程分析,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(jī)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(jìn)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,如何存儲？,灰度圖像8、10

4、、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(xì)節(jié)信息更豐富壓縮算法需要時間，可能造成丟幀,系統(tǒng)構(gòu)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，2458×2

5、054@15FPS，每秒數(shù)據(jù)量2458×2054×15=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20MBytes/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,幾種典型系統(tǒng)的架構(gòu),獨(dú)立攝像機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)單個攝像機(jī)既完成整個采集存儲功能，無需PC支持?jǐn)?shù)字高速攝像機(jī)和大容量幀存圖像卡攝像機(jī)將采

6、集到的圖像直接保存到圖像卡的大容量幀存上數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和普通圖像卡，使用PC機(jī)內(nèi)存保存圖像攝像機(jī)通過圖像卡將采集到的圖像直接保存到主機(jī)內(nèi)存中使用PC的硬盤或RAID（磁盤陣列）數(shù)字?jǐn)z像機(jī)將采集到的圖像直接寫入到主機(jī)的硬盤或磁盤陣列上,獨(dú)立攝像機(jī)的方案,優(yōu)點(diǎn)體積小，重量輕安裝方便使用簡單運(yùn)行可靠，可工作在惡劣環(huán)境下（100G下）可脫離PC獨(dú)立工作缺點(diǎn)可選擇的產(chǎn)品型號較少存儲空間有限典型系統(tǒng)瑞士的AOS公司的X-Pl

7、atform系列攝像機(jī),PC機(jī)內(nèi)存和圖像采集卡的方案,優(yōu)點(diǎn)可選擇多種型號的攝像機(jī)（需圖像卡支持）系統(tǒng)造價低，安裝操作簡單缺點(diǎn)受系統(tǒng)帶寬限制受主機(jī)性能限制，某些主機(jī)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(jī) + EPIX PIXCI EL1圖像卡 + EPIX XCAP軟件,硬盤和磁盤陣列的方案,優(yōu)點(diǎn)可選擇多種型號的攝像機(jī)，包括線陣（需圖像卡支持）存儲空間大，可進(jìn)行

8、延時記錄（小時級）缺點(diǎn)系統(tǒng)成本較高，需另購RAID卡需高性能主機(jī)，有時需要64 bit PCI的主板和圖像卡安裝復(fù)雜，維護(hù)成本高系統(tǒng)可靠性較差，在惡劣環(huán)境下使用需另做防護(hù)典型系統(tǒng)PIKE F-505B/C攝像機(jī) + PCIE IEEE 1394B圖像卡 + SATA RAID + StreamPix軟件,AOS高速攝像機(jī),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

9、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(fèi)購買數(shù)量更多的硬盤組成RAID來提高性能,StreamPix 軟件簡介,StreamPix是加拿大Norpix公司的軟件產(chǎn)品StreamPi

10、x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(jī)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(jī)上同時控制多臺攝像機(jī)采集保存圖像,StreamPix 軟件簡介,StreamPix3提供1394及Digital版本StreamPix

11、4是一款支持多攝像機(jī)采集存儲的軟件系統(tǒng)StreamPix另有服務(wù)器版本，可以通過網(wǎng)絡(luò)控制多臺客戶計算機(jī)上的StreamPix進(jìn)行同時采集和存儲,XCAP 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(jī)）XCAP-LTD版可在主機(jī)物理內(nèi)存中開辟多達(dá)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(dǎo)出成任意常見的圖像格

12、式保存XCAP-STD版還可以提供圖像分析的功能,針對IEEE1394數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的最佳存儲方案,本方案適用于所有IEEE 1394數(shù)字機(jī)攝像機(jī)AVT F033 656x494@74 FPSAVT F046 780x582@53 FPS其它符合DCAM規(guī)范的攝像機(jī)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(jī)攝像機(jī)本方案可以進(jìn)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

13、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?jǐn)z像機(jī)3臺,筆記本上的200FPS圖像實時記錄方案,,AVT PIKE F032640×480@202FPSIEEE 1394bStreamPix-IEEE軟件系統(tǒng)可以在 200 f

14、ps 640×480×8 bits 黑白或Bayer彩色模式下穩(wěn)定工作系統(tǒng)最高可達(dá) 512 fps×240×160×8 bits黑白或Bayer彩色. 不是所有筆記本都適用于建立本系統(tǒng),應(yīng)用案例—汽車碰撞試驗（1）,應(yīng)用案例—汽車碰撞試驗（2）,應(yīng)用案例—汽車碰撞試驗（3）,應(yīng)用案例—發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)分析（1）,分析發(fā)動機(jī)的振動情況以找到減輕振動和噪聲的方法,應(yīng)用案例—發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)分析（2

15、）,安裝兩只 2 AOS X-MOTION高速攝像機(jī)，成45度角，以500FPS速度記錄試驗過程中安放在發(fā)動機(jī)上的“測量板” 運(yùn)動情況，然后使用MotionTrack 3D 分析軟件分析試驗過程中的發(fā)動機(jī)運(yùn)動,應(yīng)用案例—運(yùn)動員動作分析,分析運(yùn)動員的動作特點(diǎn)，跟蹤運(yùn)動軌跡等,應(yīng)用案例—軍用武器系統(tǒng)測試,安裝在戰(zhàn)斗機(jī)上檢測最新的機(jī)載武器的試運(yùn)行情況發(fā)射過程分析可靠性測試安裝在靶機(jī)，靶艦附近，記錄武器擊中目標(biāo)時的過程,應(yīng)用案例—導(dǎo)彈釋