在生命科学中的应用图像卡

在传统的机器视觉应用中，摄像机需要一个帧捕捉器来与它的控制计算机进行接口。当相机没有内置的处理能力，需要尽可能快地从数据中得到结果时，帧捕捉器让系统设计师能够根据客户的需要处理数据。它们提供了更多的控制或实时查看或分析结果的能力。

帧抓取器从模拟到PCMCIA类型I到PCMCIA类型II，再到可以进入台式和笔记本电脑的卡总线类型，随着对微小形式因素的推动一直在继续。现在，有成千上万的模拟、高清和HD- sdi帧抓取器，每一块板都有不同的用途。

即时结果使用X射线，其中，图像采集卡是没有中断的唯一解决方案，并在眼科的医生办公室的扫描眼睛的图像32-64鼓励生命科学的应用，如基因组测序。

成像板的特性使其适合于生命科学应用

这使得成像板适合于在任何工业应用的第一因素是从将与所使用的摄像机输出的类型。相机输出可以是模拟的或两种类型的数字中的一个，和不同类型的板与每个类型使用。

模拟输出来自具有单一RCA或SVIDEO电缆的摄像机，使用NTSC或PAL，并且仍用于一些超声波和检查摄像机。然而，模拟信号提供交错视频的分辨率有限，所以大多数相机都是在数字领域，以提供更高分辨率的图像和视频。

两种数码相机提供更高密度的输出，相机连接和高清晰度，串行数字接口(高清-SDI.)，这是一个与电影及电视工程师协会(Society of Motion Picture and Television Engineers)制定的预设分辨率标准的界面。HD-SDI摄像机提供标准的720p或1080p视频。在高分辨率的生命科学应用中，高清晰度摄像机比模拟摄像机更常用，如外科摄像机或检查，无论是标准可见摄像机、红外技术还是专门的超光谱摄像机。

对于生命科学应用领域的客户来说，该委员会的任期长短至关重要，因为他们必须处理冗长的FDA审批程序，可能需要数年时间。设计电路板使用寿命至少10年或更长时间的制造商选择的组件和软件将存在很长一段时间。在生命科学领域，相对于Windows, Linux操作软件是客户的机器视觉选择。

在应用程序中，如基因组测序，通过大型传感器或1200万至2000万像素摄像头以180fps的速度生成大量数据，像NVIDIA的GPUDirect这样的功能可以帮助处理高达每秒2gb或更多的数据。有益的,CoaXPress和一些Camera Link硬件，这个选项直接在GPU中处理数据，使CPU运行在最小的负载，增加吞吐量和减少延迟。

接下来要考虑的是系统是否将进入一个笔记本电脑或台式基于PC的系统或其他一些平台。一个肿瘤学应用提供具有高分辨率摄像机和PCI图像采集卡，像的Matrox流星-II MC / 4的癌症治疗用途桌面基于PC的系统的辐射。

PCI Express (PCIe)板也用于许多笔记本电脑或其他空间受限的应用，例如机器人手术中，每个机器人将使用多个摄像头，在外科医生工作时需要精确触发和定时，以提供实时视频。对于那些想要小型便携系统的客户来说，笔记本电脑仍然是首选平台，但随着摄像头进入许多其他小型系统和嵌入式个人电脑(它们有几个PCIe插槽可用于主板)，情况已经发生了变化。有更多可用的USB 3.0图像采集卡了，但他们在生命科学领域，其中需要在同一时间精确的触发或实时处理和分析很少使用。

一些应用程序需要帧捕捉器，而许多应用程序则不需要。中高端应用程序通常使用它们，主要是分辨率、帧率和高位颜色信息决定是否需要它们。SEM应用程序确实使用帧抓取器。插在笔记本电脑上的GigE摄像头是一个用于帧捕捉的低端应用程序的例子。

使用区域摄像头拍摄静态或静态图像的应用程序对成像板、查看幻灯片中的荧光或基因突变，或检查药片大小的制药应用程序的自动化没有任何独特的要求。如果使用plc，通常是桌面或嵌入式系统中基于pci的成像板。有了以太网接口的封装测试中使用的GigE摄像头，电路板也进入了计算机。智能相机在实验室自动化应用中非常常见，当使用智能相机时，相机已经内置了pc机，因此不需要帧捕捉器。

它还取决于用户是否需要压缩。硬件压缩通常比软件压缩快。任何需要长时间记录的人，无论是几分钟还是几小时，都可能需要执行压缩任务的板。

独特的行业需求

在生命科学应用中所使用的成像板类似于那些在其他行业中使用。当有大量的数据采集卡的使用，因为他们可以得到高分辨率和高传输速率。每一个生命科学中的应用提供了自己的挑战，董事会需要是进入，将有质量等标准，以获得认证的设备组件的严格的质量链的可靠的一部分。

传统的产品倾向于使用PC平台。新产品正朝着使用SDI板，但也并不需要图像采集卡，如果只需要显示图像，而不是执行分析，就像一个外科医生谁手表显示器不是病人。

与其他行业相比，生命科学应用更有可能需要可移植性。笔记本电脑可以帮助医院里的几个手术室或推车上的桌面系统同时运转。用户不需要在每个医生办公室的每个房间都配备一台超声波仪，而且为了节省时间和金钱，他们经常被推来推去。当更好的系统出现时，可移植系统更容易更新和交换。

对于希望在系统中使用帧抓取器的用户来说，可用驱动程序的数量和类型是一个重要的考虑因素。正确编写的软件可以与许多不同类型的板进行通信。使用通用驱动程序而不是sdk，并作为帧捕捉器和计算机之间的通信层，如DirectShow捕获支持，可以很容易地在不同类型的系统上重用该技术，如笔记本电脑和桌面电脑。对于开发者来说，最重要的是董事会是否有许多驱动程序和一个非常大的最新sdk库，能够增长并响应客户当前的需求和未来的更新。此外，sdk应该具有易于编写的功能，一个非常成熟的sdk库也可以帮助实现这一点。

最大的进步

作为业界认为更小，更快的相机和摄像机传感器的分辨率的进步，需要卡更高的帧速率，能够处理更高分辨率发展。该趋势是使用CoaXPress帧捕捉器，其高速的速度允许新的应用程序打开，传统上没有机器视觉解决方案。

CoaXPress技术于2009年推出，并在标准的2011进行了介绍。CoaXPress对于GigE或USB 3.0来说，帧捕捉器可以处理太快或太大的数据，并允许长达60米的电缆长度。在生物医学应用中，计算机可以放置在干净的手术室外，或者远离危险的化学物质，这使得人类可以安全地控制大量的3D系统摄像机。

他们经营像单向栓，而无需使用单独的电缆提供视频输出以及双向控制。它类似于SDI或千兆以太网，它具有功率通过电缆，和上/下行链路和视频输出，并且用于高速应用每秒以上100帧，这是在医疗装置前进。

成像板成本

大多数使用成像板的生命科学应用不需要大量的内存，也不需要大量的处理。他们通过图像来测量，胸部动脉中有多少斑块，或者测量一个癌细胞的视觉图像的大小。

在低量板范围内，从400美元左右的帧抓取器，用于标准模拟单输入的笔记本电脑，到2500美元的最高端板，用于桌面系统CoaXPress和多个高清频道。这个行业的电路板成本与其他行业相同，因为为生命科学应用服务的电路板真的没有什么独特之处。如果董事会能做到这一点，定价是次要的。

主要挑战

对于电路板制造商来说，生命科学应用带来的主要挑战是兼容性问题。用户必须知道相机的技术，因为帧捕捉器的技术必须匹配。哪个版本的Camera Link和多少电缆是出来的相机是重要的。当需要6GB 1080p摄像头和3GB SDI的客户走近并询问是否有一个能够处理他们需要的数据速率的帧捕捉器时，挑战是确定是否有可用的电路板，以及是否需要编写摄像头文件或驱动程序。

有一个完整的转化器子行业，但并不是每个人都想把它们添加到他们的系统中，因为它们增加了成本和复杂性。通常，转换器会将旧技术更新为新技术，但通常情况下，如果一个新系统正在构建，它会使用最新的技术。

制造商不希望他们的电路板成为与电脑和相机相比速度最慢的产品。所有行业面临的挑战是如何足够快地移动数据。一般来说，电路板的速度总是比相机快。

增长最快的应用程序

20年前，成像板的新兴市场是生产线上的瓶盖检查和车牌读数。文档处理和邮件分类的规模仍然很大，但今天，生命科学应用是增长最快和更强大的市场。在这个市场中，任何与研究相关的东西都在起飞，因为越来越多的传感器问世，用户希望更快、更详细，而电路板能够满足这些标准。

机器人手术和诊断是另一个强大的领域，3D活检和远程摄像机位于一个大陆，由医生控制，这是一个正在腾飞的全新市场。在肾脏手术中，两个摄像头引导探头，这样外科医生就可以看到3D的情况。这一增长是由这样一个事实推动的，即在需要医生的地方没有足够的医生提供服务，无论是在偏远地区还是国外，在随着婴儿潮一代的年龄增长而有巨大需求的美国。

需要考虑的关键因素

考虑为生命科学应用的成像板时，它是否提供所需要的功能，最重要的考虑因素。一个常见的问题板卡厂商遭遇是指定板上的设计师不是机器视觉专家，不明白它的局限性。大生命科学OEM可能有一个设想的工程型部门，但规模较小的公司，设计任务通常由电气工程师谁可以理解电路，但不知道这个不同工程领域完成。

为了达到在许多生命科学应用所需的高速，董事会的延迟是另一个需要考虑的因素。拍摄图像后，如果一帧被取，然后加工成存储器，它可能需要几帧的计算机来呈现图像。在30fps的图像可能是背后40帧。4-5帧很快可以变成10-15帧如果有的话是缓冲，这是半秒的过程缓慢。这种延迟可能看起来很糟糕在要求实时反馈做出决定的应用。

在医疗领域，在身体扫描、观察流体流动、测试化疗药物是否进入了身体正确的部位，或者在摄像机移动的过程中知道在哪里做手术切口等应用中，都需要具有良好延迟的电路板。在生物应用中，缓冲和丢弃帧可能意味着反应的一部分缺失。

一些电路板制造商提供了不同的策略来避免类似的问题，比如双触发模式在非常接近的时间内拍摄两帧。

另一个需要考虑的因素是供应商支持，因为随着时间的推移，平台会发生变化。计算机将变得更小，能够做更多的事情，速度更快，相机也将更小，更快，更便宜。董事会也是如此。如今，员工在跳槽前平均在一份工作上工作两年半。生命科学领域的大多数公司都无法聘请到他们需要的专业技术人员，而且他们也在不断地转型。他们越来越依赖供应商的支持，可能得到，也可能得不到。这发生在所有行业，但这是一个独特的考虑生命科学行业比其他行业更重要的时间(和寿命)。了解供应商的历史、他们明天是否还在，以及如果在开发或产品的生命周期中出现问题，是否可以提供支持，这些都很重要。