2. 多相机成像系统搭建
多相机大视野拼接系统的搭建，本质上不是把几台相机简单并排，而是围绕“拼接后能否稳定测量”这一目标，对相机、镜头、重叠区、支架和光源做一次协同设计。任何一环选择不当，都会在拼接缝、尺度一致性或边缘测量精度上暴露出来。本节按“先定测量需求，再反推硬件与布局”的顺序展开。
一、从测量需求反推相机与镜头
搭建前必须先明确三个量：总视野尺寸、最小可测特征（或测量公差）、工作距离。它们共同决定分辨率与镜头焦距。以示例需求为例：总视野约 1200 mm × 400 mm，要求能分辨 0.1 mm 的缺陷，测量公差 ±0.05 mm。按“测量精度约为像素当量的 1/3～1/5”的经验，单像素对应实际尺寸应控制在 0.02～0.03 mm 左右。
若选用 500 万像素相机（约 2448 × 2048），单相机横向覆盖 300 mm 时，像素当量约为 300/2448 ≈ 0.123 mm，明显不足。改用 2000 万像素（约 5472 × 3648）后，像素当量约 300/5472 ≈ 0.055 mm，仍偏大。因此需要缩短单相机覆盖宽度或提高像素。假设最终选定 2000 万像素、像元 2.4 μm 的相机，配 35 mm 焦距镜头，工作距离约 500 mm，则横向视野约为：
视野宽度 ≈ 传感器宽度 × 工作距离 / 焦距
= (5472 × 0.0024 mm) × 500 / 35
≈ 13.13 mm × 14.29
≈ 187.6 mm即单相机约覆盖 188 mm。要覆盖 1200 mm，至少需要 1200/188 ≈ 6.4 台，考虑重叠后取 8 台更稳妥。这说明相机选型与镜头匹配必须联立计算，不能先买相机再凑镜头。
二、镜头匹配的关键约束
镜头匹配要同时满足靶面覆盖、分辨率匹配和畸变控制。镜头像圈必须大于或等于相机传感器对角线，否则四角会出现暗角或黑边。分辨率上，镜头 MTF 应能支撑相机像元密度，否则高像素相机也发挥不出细节。对于尺寸测量，优先选择低畸变定焦镜头，并在标定阶段用畸变模型校正；若使用远心镜头，可显著降低透视误差，但视野通常较小，适合高精度小范围测量，不适合直接做大视野拼接的主力。
此外，光圈不宜开得过大。大光圈虽提升亮度，但景深变浅、边缘分辨率下降，拼接缝两侧容易因清晰度不一致而出现“错位感”。示例中可将光圈设在 F5.6～F8，配合足够光源，兼顾景深与锐度。
三、视场重叠设计
重叠区是拼接的“粘合剂”，也是标定和融合的依据。重叠不足会导致特征匹配失败，重叠过大则浪费相机数量、降低有效分辨率。工程上常取单相机视野的 15%～30% 作为重叠。以前述 188 mm 视野为例，取 20% 重叠，则相邻相机中心间距约为：
中心间距 = 单相机视野 × (1 − 重叠率)
= 188 × (1 − 0.20)
≈ 150 mm8 台相机按 150 mm 间距排布，总覆盖约 150 × 7 + 188 = 1238 mm，满足 1200 mm 需求。重叠区还必须包含足够多、分布均匀的纹理或标记点，否则拼接算法难以找到稳定对应关系。对于表面光滑、重复纹理的工件，应在重叠区布置随机编码标记或利用结构光投影增加特征。
四、安装支架与光源布置
支架的首要要求是刚性。相机在拼接标定后若发生微小位移，整个拼接模型就会失效。横梁应采用铝型材或钢件，避免悬臂过长；每台相机用独立微调云台固定，便于调整俯仰、偏航和滚转。相机光轴应尽量垂直于工件表面，倾斜安装会引入透视畸变，使拼接后的尺度在视野边缘不一致。
光源布置直接影响拼接缝两侧的灰度一致性。若各相机照明不均，重叠区会出现亮度跳变，融合后形成可见接缝，也会影响边缘提取的亚像素精度。推荐使用条形光源从两侧对称照射，或对高反光表面使用同轴光源。示例中可在横梁下方布置两条可调角度条形光源，使工件表面照度差异控制在 10% 以内。若条件允许，用同一控制器同步触发所有相机与光源，避免运动工件在曝光时刻不一致。
五、对拼接与测量的综合影响
相机与镜头决定单相机像素当量和畸变水平；重叠率决定拼接是否有足够约束；支架决定标定参数能否长期保持；光源决定重叠区灰度一致性和边缘质量。四者共同作用，最终体现在拼接缝是否可见、全视野尺度是否统一、边缘测量是否稳定。搭建完成后，应先用标准尺或棋盘格覆盖全视野，检查各区域像素当量偏差；再在重叠区放置标准件，验证拼接后尺寸与单相机测量结果的一致性。若偏差超过公差，应优先排查支架松动、光轴倾斜和照明不均，而不是直接修改拼接算法。