3. 图像采集与相机配置

图像采集是视觉项目的第一道物理关口。相机选错、触发方式不匹配、曝光与增益没有标定，后续无论算法多精细，都会在源头丢失信息。本节围绕“选型—触发—曝光增益—格式与采集卡”四个环节，说明在 VisionPro 项目交付中如何把采集链路配置到稳定可用。

一、工业相机选型：从检测需求反推参数

选型不是先看品牌，而是先把检测需求翻译成可计算的参数。核心是三个量：视野（FOV）、最小可分辨缺陷尺寸、以及节拍要求。

以示例任务为例：检测 100 mm × 80 mm 的金属件表面，最小缺陷 0.05 mm，要求 30 件/分钟。按“缺陷至少占 3 个像素”的经验，所需分辨率约为 100/0.05×3 ≈ 6000 像素（长边），因此应选 800 万～1200 万像素级面阵相机，而非 200 万像素。若节拍要求 30 件/分钟即 2 s/件，单件曝光加传输需控制在 1.5 s 内，普通 GigE 相机在 1200 万像素下传输约 100 ms，通常可满足；若节拍提升到 300 件/分钟，则需考虑 CoaXPress 或万兆网接口。

传感器类型同样关键：黑白相机在尺寸、缺陷检测中量子效率更高、无插值，优先选用；彩色相机仅在需要颜色区分（如线序、色差）时使用。快门方式上，运动物体必须用全局快门，卷帘快门会产生果冻效应，导致定位偏移。镜头则按放大倍率 β = 传感器尺寸 / FOV 选择，并核算景深是否覆盖工件高度波动。

二、触发模式：让采集与运动同步

触发决定了“什么时候拍”。连续采集适合静态或低速场景；硬件触发适合与 PLC、编码器、光电传感器联动的产线。常见配置是：光电传感器检测到工件到位 → 输出上升沿 → 相机触发输入 → 曝光 → 输出图像。VisionPro 中通过 CogAcqFifoTool 或相机厂商的采集工具设置触发源为 Line0、触发沿为上升沿、触发延时为 0。

若工件在运动中拍摄，需用编码器触发并配合“触发分频”，使相机按固定位移间隔拍照，避免速度波动造成图像拉伸。软触发仅用于调试，产线上不推荐，因为软件延时抖动可达毫秒级，会破坏定位一致性。

三、曝光与增益：在亮度与噪声之间取平衡

曝光时间决定传感器接收光子的时长，增益是对读出信号的电子放大。两者都能提亮图像，但代价不同：延长曝光会降低运动模糊容忍度，提高增益会放大噪声。原则是“优先加光、其次加曝光、最后加增益”。

实操中先用光源把工件照到目标灰度。以 8 位图像为例，希望背景灰度在 180～220、缺陷与背景对比度大于 30 灰度级。若此时曝光为 2000 μs、增益为 0 dB，图像偏暗，可先增加光源亮度或延长曝光到 4000 μs；若仍不足再考虑增益，但一般不超过 6 dB，否则噪声会明显上升，影响边缘提取和亚像素定位。

对于运动工件，曝光时间需满足：曝光时间内位移小于 1/3 像素。例如视野 100 mm、分辨率 5000 像素，单像素对应 0.02 mm，允许位移 0.0067 mm；若产线速度 200 mm/s，则曝光时间应小于 0.0067/200 = 33 μs。此时必须用强频闪光源配合短曝光，而不是靠增益硬撑。

四、图像格式与采集卡集成

图像格式影响传输带宽与后续处理。Mono8 每像素 1 字节，适合黑白检测；Bayer 格式需在采集端做去马赛克，会引入插值误差，若用彩色相机做尺寸测量应谨慎。高位深如 Mono12 能保留更多灰度层次，但带宽翻倍，需确认采集卡和 VisionPro 是否支持。

接口方面，GigE Vision 相机通过网卡直连，需设置巨帧（Jumbo Frame）为 9 KB、关闭网卡节能、使用静态 IP，避免丢包。Camera Link 或 CoaXPress 相机必须配对应采集卡，安装驱动后在 VisionPro 中通过采集卡厂商的接口识别相机。集成时先确认采集卡固件与 VisionPro 版本兼容，再在 CogAcqFifoTool 中选择相机、设置触发与曝光，最后用“连续采集”观察帧率与丢帧计数。

采集链路配置完成后，用一张标准件连续采集 100 帧，检查帧率是否稳定、有无丢帧、图像灰度是否漂移。只有采集稳定，后续的标定、定位和检测才有可靠输入。