2. 图像采集与相机配置

在VisionPro项目中，图像采集是整个视觉流程的入口。如果采集环节不稳定，后续的定位、测量、检测算法再强也无法得到可靠结果。本节围绕四个核心问题展开：相机通过什么接口把图像送进计算机、什么时刻曝光取像、图像以什么格式进入VisionPro、以及如何用VisionPro的采集工具把相机配置成可复用的工程对象。

一、工业相机接口：决定带宽、距离与布线方式

工业相机接口主要分为模拟接口与数字接口两大类，当前工程中几乎全部使用数字接口。常见接口的定位如下：

• GigE Vision：基于千兆以太网，单根网线可达100米，支持PoE供电，带宽约1Gbps。适合多相机、长距离、成本敏感的产线，是VisionPro中使用最广的接口之一。
• USB3 Vision：基于USB 3.0，带宽约5Gbps，即插即用、成本低，但线缆一般不超过3～5米，且对主机控制器和供电质量较敏感。
• Camera Link：并行差分传输，Base模式约2Gbps，Full模式可达6.8Gbps以上，延迟低、确定性好，但需要专用采集卡，线缆粗、距离短（约10米），多用于高速线阵或高帧率面阵。
• CoaXPress（CXP）：同轴线传输，单通道可达6.25Gbps甚至更高，可同时传图像、触发和供电，适合超高分辨率与高速应用，同样需要专用采集卡。

选择接口时先算带宽需求：带宽 ≈ 分辨率 × 位深 × 帧率。例如一台500万像素（2448×2048）、8位、30fps的相机，数据量约为 2448×2048×1×30 ≈ 150MB/s，即约1.2Gbps，已接近千兆网理论上限，实际应留出余量，此时选GigE需注意不要与其他大流量设备共享交换机，或改用USB3/CXP。若为彩色Bayer图像，位深按8位计算但需考虑Bayer转换开销；若为16位图像，带宽直接翻倍。

二、触发模式：决定“什么时候拍”

触发模式解决的是曝光时刻与运动物体、外部事件的同步问题。VisionPro中相机通常支持以下几种模式：

• 自由运行（Free Run）：相机按设定帧率连续曝光，不依赖外部信号。适合静态检测或对同步要求不高的场合。
• 软触发（Software Trigger）：由上位机软件发出触发命令，相机曝光一帧。适合节拍由程序控制的工位。
• 硬触发（Hardware Trigger）：由光电传感器、PLC或编码器输出电平/脉冲信号，经相机I/O或采集卡触发。这是产线同步的主力方式。
• 编码器触发：以编码器脉冲作为触发源，按位移等间隔取像，常用于线阵相机或运动中的面阵拼接。

硬触发配置中有几个关键参数必须与现场匹配：触发沿（上升沿或下降沿）、触发延时（从收到信号到开始曝光的延迟，用于补偿传感器到相机视场的机械距离）、曝光时间（决定运动模糊与亮度）、触发滤波/去抖（抑制传感器抖动造成的误触发）。例如传送带速度0.5m/s，传感器与相机视场中心相距200mm，则物体从传感器到视场需0.4s，若希望物体到达视场中心时曝光，触发延时约设为400ms（实际需结合相机响应再微调）。曝光时间若设为500µs，物体在曝光期间移动0.25mm，若要求定位精度优于0.1mm，则需缩短曝光时间或使用频闪光源。

三、图像格式：决定后续算法能拿到什么数据

图像格式包含像素格式与数据组织方式。VisionPro中常见的像素格式有：

• Mono8 / Mono10 / Mono12：单通道灰度，位深越高动态范围越大，但带宽和内存占用也越高。多数定位、测量算法在Mono8上即可工作。
• BayerRG8 / BayerGB8等：彩色相机原始输出，每个像素只有一个颜色分量，需经去马赛克（Demosaic）转换为RGB。VisionPro的CogImageConvert工具可完成该转换。
• RGB24 / BGR24：三通道彩色，便于颜色检测，但数据量为Mono8的三倍。
• YUV / HSV：部分工具链使用，HSV对光照变化更鲁棒，适合颜色分割。

选择格式的原则是：算法需要什么就给什么，不多给。若只做灰度定位，用Mono8即可，避免彩色转换带来的计算与带宽浪费；若需颜色区分，则用Bayer或RGB，并在采集后统一转换，保证同一项目内格式一致。此外要注意像素位深与相机增益、曝光的关系：高增益会放大噪声，12位图像在弱光下比8位更有优势，但若光源充足，8位已足够。

四、VisionPro采集工具的使用

VisionPro中采集相关的主要工具有：CogAcqFifoTool（采集FIFO工具，负责取像并缓存）、CogAcqImage（单帧采集）、以及相机厂商提供的GigE/USB3驱动接口。典型使用流程如下：

1. 在VisionPro中新建CogAcqFifoTool，选择相机或图像源（如相机、视频文件、图像序列）。
2. 设置触发模式、曝光、增益、像素格式等参数，并确认相机连接状态。
3. 运行一次采集，检查图像是否正常、亮度是否合适、有无丢帧。
4. 将采集工具的输出连接到CogToolBlock或CogBlobTool等处理工具，形成完整作业。
5. 保存作业（.vpp），使相机配置与算法一起复用。

实际调试中，建议先用连续采集观察帧率与丢帧情况，再切换到硬触发验证同步；用图像统计（如CogImageStatistics）检查灰度均值与饱和像素比例，判断曝光是否合理。若出现丢帧，优先检查网卡巨帧（Jumbo Frame）设置、交换机带宽和相机包大小（Packet Size）；若触发不响应，检查触发沿、电平标准（如24V与5V）和滤波设置。

五、配置检查清单与常见问题

为避免现场反复返工，建议在项目初期按以下清单逐项确认：

最后强调一点：采集配置不是一次性的，它需要与光源、镜头、机械结构一起联调。建议在VisionPro中把采集工具与处理工具放在同一个作业里，先保证“每次都能拿到同一质量的图像”，再进入算法调参阶段。这样后续的定位、测量和检测才有稳定的输入基础。