从最近机器视觉行业发展的新技术趋势来看，采集视觉信息的方式越来越多，比如图像传感器、雷达、LiDAR（激光雷达）等。下面我们将探讨如何将这些模拟信号源转换数字信号，其中高速模数转换（ADC）板卡在机器视觉应用中必不可少。

工作原理：将模拟信号转换为数字信号的过程

模拟（Analog)）和数字（Digital）是大家经常接触到的术语。可以说，我们现在所处的世界，既是一个模拟世界，又是一个数字世界。我们能得到的自然信号多为模拟信号，例如声音、波动、风力、光的亮度等。而我们在利用这些模拟信号时，很多时候又需要将它们转换成数字信号。例如，假设你看到天空中的美丽彩虹，你想将眼前的美景分享给其他人，一般会用相机拍照（从模拟转换成数字），向他人传送（传输数字数据）。另一个例子是用手机打电话的声音，说话人的声音（模拟信号）被手机的麦克风识别后，转换成数字信号，然后从接听者的手机扬声器中输出数字化的声音。

为什么要将模拟信号转换为数字信号呢？因为模拟信号是不间断的连续信号，尽管可以非常精密地表达，但是随着传输距离的增加，模拟信号的强度会衰减，直至最终消失。另外，复制模拟信号时，数据也容易变形。数字信号是由0和1组成的信号，数据不受外部环境变化的影响，因此数字信号的数据稳定性非常好，可以通过电脑进行各种信号处理。

图ⓛ所示是一个模拟信号。获得的模拟信号通过抽样（Sampling）→量化（Quantization）→编码（Coding）过程，转换成数字信号，图②是ADC的转换过程示意图。

采样的意义在于从任何数据中抽取数据。在连续模拟信号中，采样频率越高，越能呈现原始模拟信号的信息。采样率（Sps，sampling per second）表示每秒钟的采样次数，采样率是ADC的重要指标之一。

通常，音频文件的采样率标准为44.1kHz，即44.1kSps。从表1中可以看出，Aval Data的APX-5360G3A ADC板卡的采样率，比音频文件的标准采样率高出了40,816倍。也就是说，Aval Data的ADC板可以高速测量连续的模拟信号。

如图③所示，将通过采样获得的电压值转换为数字值的过程，称为量化（Quantization）。另外，将模拟信号转换数字信号时，数字信号范围用分辨率（bit）表达，也称为Resolution。分辨率也是ADC板卡的重要指标之一。

Aval Data可提供12~16bit的ADC板卡，这意味着从最低电压到最高电压的范围可以用12~16bit表示。12bit可以设置为0~4096值，14bit可以设置为0~16384值，16bit可以设置为0~65536。分辨率越高，意味着可以转换成更细分的数字。

如图④所示，信号经过量化（Quantization）后，将这些值表现为0和1的数字值的过程，称为编码（Encoding）。信号经过编码后，所生成的数字信号就可以用作多种用途了。

Aval Data ADC板卡特性介绍 

（1）FPGA个性化处理

Aval Data的高速ADC板卡系列，是为了应对需要400Msps~3.63Gsps这一广泛采样率的测量仪器、检查仪器、通信设备的应用而开发的，它们以PCI-E为基础，因此能够在电脑上进行轻松处理。板卡中搭载了Altera FPGA，可以提供FFT运算或FIR/IIR等过滤处理、数据平均化、加算平均、数据转换等功能，或者提供用户想要的定制功能。

（2）模拟数据记录器

在Aval Data还可提供高速及低速模拟数据Logger产品系列，如下图所示。还有不基于PC的独立处理和储存采样Logger产品。

高速ADC板卡应用案例

下面我们将介绍关于ADC板卡应用。

（1）用于人体监测设备中

下图是APX-520（200KSps、16ch、18bit）板卡的一个应用案例。在人体的各部位连接传感器，利用人体每次移动时测量模拟信号，然后通过ADC将从人体处获得的模拟信号转换成数字信号，用于监测人体的动作、健康状态等众多用途。

（2）用于医疗设备中

下图示例的是APX-5040（400Msps，2ch，14bit）ADC板卡在光学相干层析成像（OCT）检查中的应用。

普通机器视觉行业使用的相机，无法获得这类信息，因此需要使用模拟探测器进行测量。OCT影像将通过扫描光线获得的信息重新构成，表现断层影像，在不接触人眼睛的情况下，能在可以透光的范围内获得结构信息。以上是医用OCT中的应用，在工业领域，OCT可用于焊接部位检测、显示面板检测、PCB检测、动力电池检测等多个领域。

（3）用于激光雷达探测设备

下图是APX-5200B-1（1Gsps，2ch，12bit）板卡在和激光雷达（LiDAR），通过航拍进行精密地形测定的一个实例。

激光雷达（LiDAR）将光照射到对象物上，通过光传感器检测其反射回来的光来测定距离。该方法在陆地及深海地形测定、无人驾驶汽车、手机、平板电脑中广泛应用。

结论

虽然低速ADC板已经在很多领域广泛使用，但是随着行业应用的逐渐发展，市场对高速、精细处理的高速ADC板卡的需求逐渐增加。最近，业界正在研究适用于透明涂层膜厚度测量及均匀度检测的OCT等技术，ADC板卡在其中发挥重要作用。

目前，ADC板卡在很多领域的应用尚未普及，很多用户对ADC板卡的理解和使用还不是很熟悉。因此，希望通过本文的介绍，能让大家对高速ADC板卡的基础知识和应用有更深的认识，为今后更多的使用它们做好准备。

(文章来源于Aval Global)