4. 图像采集与相机设置

在 In-Sight 视觉任务中，图像采集是所有后续处理的前提。如果输入图像本身不稳定——亮度忽高忽低、目标位置漂移、运动模糊或对比度不足——那么无论定位、测量还是检测算法配置得多么精细，结果都会出现波动。因此，本章的重点不是“把相机连上”，而是围绕触发模式、曝光、增益、光源控制四个核心参数，建立一套可复现、可判断、可调整的图像采集配置流程。

一、触发模式：决定“什么时候拍”

In-Sight 相机支持多种触发方式，常见包括内部触发（连续采集）、外部硬件触发、软件触发和编码器触发。选择哪种触发，取决于被测对象是静止、间歇运动还是连续运动。

• 连续采集（内部触发）：相机按设定周期自由运行，适合静态或低速场景的初步调试，但无法保证每帧都对应同一位置的目标。
• 外部硬件触发：由光电传感器、PLC 或接近开关给出脉冲信号，相机在信号边沿采集一帧。这是工业现场最常用的方式，能保证“目标到位才拍照”。
• 编码器触发：配合输送线编码器，按固定位移间隔采集，适合连续运动且需要等间距采样的场景。
• 软件触发：由上位机或 In-Sight 电子表格中的事件触发，适合与外部逻辑联动的柔性工位。

配置外部触发时，需要关注三个关键参数：触发边沿（上升沿或下降沿）、触发延时（从收到信号到实际曝光的延迟，单位通常为微秒或毫秒）、触发超时（等待触发的最长时间，超时后报错或跳过）。例如，某工位使用上升沿触发，传感器安装位置到相机视野中心距离为 80 mm，输送线速度为 200 mm/s，则理论延时约为 400 ms；实际配置时需在此基础上微调，确保目标进入视野中心时曝光。

二、曝光与增益：决定“拍得亮不亮、清不清楚”

曝光时间（Exposure）和增益（Gain）共同决定图像亮度，但二者对图像质量的影响不同。曝光时间越长，传感器接收的光子越多，图像越亮，但运动目标容易产生拖影；增益是对信号的电子放大，能提亮图像，但会同时放大噪声，降低信噪比。

配置顺序建议为：先固定光源，再调曝光，最后用增益微调。具体做法是：

1. 将增益设为最低（如 0 dB 或 1×），避免噪声被提前放大。
2. 逐步增加曝光时间，观察图像直方图或亮度值，直到目标区域灰度落在 120～180 之间（8 位图像，0～255）。
3. 如果曝光已接近运动模糊上限仍不够亮，再小幅增加增益，通常不超过 6～10 dB。
4. 检查图像中暗部是否有明显噪点，亮部是否过曝（灰度达到 255 的区域丢失细节）。

以某金属零件表面字符识别为例：目标运动速度 150 mm/s，允许模糊量不超过 0.05 mm，则曝光时间上限约为 0.05/150 = 0.33 ms。若在此曝光下图像偏暗，应优先增强光源亮度或调整光源角度，而不是继续延长曝光或大幅提高增益。

三、光源控制：决定“能不能稳定看到特征”

光源不是“照亮就行”，而是要通过光照方式把目标特征与背景的对比度做出来。In-Sight 常见光源控制包括：常亮/频闪、亮度调节、多通道切换（如环形光、条形光、同轴光、背光）。

• 频闪模式：光源与曝光同步，只在曝光瞬间点亮，适合高速运动场景，能提高有效亮度并减少发热。
• 常亮模式：适合静态或低速场景，调试方便，但长时间高亮可能影响 LED 寿命。
• 亮度调节：通过 PWM 或电流调节，通常以百分比表示。建议从 50% 起步，根据图像灰度逐步增减。
• 多通道切换：不同工位或不同产品型号可切换不同光源通道，In-Sight 可通过电子表格或外部 IO 控制。

以背光检测为例：目标为透明瓶盖内的液位高度，使用背光时液面边缘形成明暗分界，对比度远高于前光。此时曝光可适当降低，避免背光过曝导致边缘饱和。若使用环形光，则需调整入射角度，使字符或划痕产生阴影对比。

四、参数联动与稳定图像判断

触发、曝光、增益、光源四者不是孤立的。触发决定采集时刻，曝光和增益决定亮度与噪声，光源决定对比度。实际调试时，建议按以下顺序联动调整：

1. 确认触发信号稳定，连续采集 20 帧，观察目标是否每帧都出现在同一位置。
2. 固定光源亮度和角度，调整曝光使目标区域灰度适中。
3. 若亮度不足，先增加光源亮度或改用频闪，再考虑增益。
4. 连续采集 50～100 帧，统计目标区域灰度均值与标准差。若均值波动超过 ±10 灰度级，或标准差大于 15，说明图像稳定性不足，需要检查光源均匀性、触发抖动或环境光干扰。

稳定图像的基本判断依据可以归纳为：位置一致、亮度适中、对比度足够、无运动模糊、无过曝或欠曝。只有满足这些条件，后续的定位、测量和检测工具才能在可预期的图像质量下工作。

五、配置检查清单（示例）

以下清单可作为现场调试时的快速核对工具，字段和阈值根据实际任务调整：

完成上述配置后，In-Sight 任务就有了一个稳定的图像输入基础。后续的定位、测量、检测工具才能在同一图像质量条件下反复运行，减少因采集波动导致的误判和重复调试。实际项目中，建议将最终确认的触发、曝光、增益、光源参数记录到任务配置文档中，便于版本管理和换线复现。