4. 图像采集参数调试与曝光优化
运动工件成像的核心矛盾
工件在传送带上以速度 v 运动，相机曝光时间为 t_exp，则曝光期间工件在像面上的位移为 d = v · t_exp · M（M 为光学放大倍率）。当 d 超过允许弥散圆直径（通常取 1~2 像素）时，图像出现运动模糊，边缘变钝，后续缺陷分割与尺寸测量都会失稳。因此曝光优化的本质是：在"足够亮"与"足够短"之间找到平衡点，并用增益和触发方式补足亮度缺口。
曝光时间与运动模糊的定量关系
设像素当量为 k（mm/px），工件运动速度 v（mm/s），则曝光期间工件在像面上的位移像素数为：
d_px = (v · t_exp) / k
以本案例为例：传送带速度 v = 500 mm/s，像素当量 k = 0.05 mm/px（由前序标定得到）。若要求 d_px ≤ 1.5 px，则：
t_exp ≤ (1.5 × 0.05) / 500 = 150 μs
这意味着曝光时间必须控制在 150 μs 以内。若当前光源亮度下 150 μs 曝光得到的灰度均值仅 60（目标 120~180），则需要通过增益补偿。增益 G（dB）与灰度提升的关系近似为：
Gray_out ≈ Gray_in × 10^(G/20)
从 60 提升到 140，需要 10^(G/20) ≈ 2.33，即 G ≈ 7.4 dB。但增益超过 6 dB 后噪声明显增大，此时应优先考虑增加光源亮度或改用频闪光源，而非继续拉高增益。
触发方式的选择与验证
运动工件必须使用硬触发（光电传感器或编码器信号），软触发因软件延迟抖动（通常 1~10 ms）会导致曝光窗口与工件位置错位。硬触发接线要点：
- 光电传感器输出接相机 Trigger In（光耦隔离），触发极性设为上升沿。
- 触发延迟
t_delay需补偿传感器到相机视野中心的距离：t_delay = L / v。 - 曝光时间
t_exp必须小于触发间隔，否则相机忙导致丢帧。
验证方法：连续采集 100 帧，检查每帧中工件边缘位置的标准差。若标准差 > 2 px，说明触发同步或曝光参数仍不稳定。
参数调试记录表（示例）
| 轮次 | 曝光 t_exp (μs) | 增益 (dB) | 灰度均值 | 边缘梯度 | 饱和像素比 | 判定 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 300 | 0 | 145 | 28 | 0.02% | 模糊，d_px=3.0 |
| 2 | 150 | 0 | 72 | 52 | 0% | 偏暗 |
| 3 | 150 | 6 | 128 | 50 | 0.01% | 合格 |
| 4 | 120 | 8 | 135 | 55 | 0.03% | 合格，噪声略高 |
最终选择第 3 轮参数：t_exp = 150 μs，Gain = 6 dB，硬触发上升沿，触发延迟按 L/v 设置。该组合下 d_px = 1.5 px，灰度均值 128，边缘梯度 50，满足后续缺陷检测的输入要求。