视频采集系统的组成与关键技术：从摄像头到数据流的完整链路
从安防监控的摄像头到直播的手机，从自动驾驶的车载相机到机器视觉的工业相机，视频采集技术无处不在。你可能每天都在看视频，但背后从光信号变成 0101 数据流的过程，知道的人其实不多。
视频采集系统的核心链路可以拆成四步：光学成像、光电转换、信号处理和编码传输。光学成像是镜头把场景的光聚焦到图像传感器上；光电转换是图像传感器（CCD 或 CMOS）把光信号变成电信号；信号处理模块把电信号放大、AD 转换、去马赛克、降噪、校正；最后编码模块把原始视频压缩成 H.264/H.265/MJPEG 等格式，方便存储或传输。
图像传感器是整个采集系统的核心，CCD 和 CMOS 两种技术路线各有优劣。CCD 感光灵敏、动态范围大、噪声低，专业相机和工业视觉常用，但功耗高、成本高、难以集成。CMOS 成本低、功耗小、集成度高，手机摄像头、安防监控基本都是 CMOS，但画质在弱光下不如 CCD。现在 CMOS 通过背照式（BSI）、堆栈式、计算摄影等技术不断追赶，差距在缩小。
视频编码是压缩的关键，不压缩的话一路 1080p 60fps 的原始视频每秒就要 3GB 数据，根本存不下也传不动。H.264 是目前应用最广的编码标准，压缩比高、兼容性好。H.265（HEVC）比 H.264 压缩率还高 50%，4K 视频基本都会用，但编码复杂度高，需要专用硬件加速。MJPEG 编码简单但压缩率低，工业相机常用因为延迟低。
采集接口也是选型时要考虑的。USB 最简单，插上就能用，UVC 标准协议让跨平台兼容变得容易。GigE Vision 走千兆网，传输距离远（可加中继器到几十米），适合工业视觉。Camera Link 和 CoaXPress 适合高速高分辨率应用，比如线扫相机。HDMI/SDI 用于广播级设备的采集卡。
视频采集的常见问题有几个。第一是帧率和分辨率的权衡，同样带宽下 4K 30fps 和 1080p 60fps 只能二选一。第二是曝光和白平衡，自动模式省事但可能不符合特定场景的需求，专业场合要手动调。第三是延迟，工业检测和直播场景对延迟敏感，要选硬件编码的采集设备，软件编码延迟大。第四是存储，24 小时录的话 1080p 每天大概 12GB，4K 要 40~60GB，要提前算好硬盘容量。
上一篇：主流电路设计软件对比：Altium、KiCad、EasyEDA 各有千秋
下一篇：没有了