4. 图像采集与相机设置
在 CV-X 系统中，定位与尺寸检测的精度上限并不取决于算法本身，而是首先取决于相机能否稳定输出“灰度一致、边缘锐利、无运动拖影”的图像。同一工件在两次拍摄中若灰度差异超过约 15~20 个灰阶，边缘检测的亚像素结果就可能漂移 0.1~0.3 像素；在 0.05 mm/pixel 的视野下，这相当于 5~15 μm 的测量波动。因此本节把曝光、增益、白平衡、触发、帧率与分辨率视为一组相互制约的采集参数，而不是彼此独立的设置项。
曝光与增益：先定亮度，再定噪声
曝光时间决定传感器积分光量的多少，是控制图像亮度的首选手段。CV-X 的相机设置界面中，曝光时间通常以 μs 或 ms 为单位，可调范围随相机型号不同，常见为 10 μs~100 ms。调整时应遵循“先加曝光、后加增益”的原则：曝光增加的是真实信号，增益放大的是信号与噪声。以某次示例调试为例，目标是把白色陶瓷件表面灰度稳定在 180±10（8 bit，0~255）。初始曝光 500 μs 时灰度约 120，逐步提高到 900 μs 后灰度达到 182，此时图像噪声低、边缘干净；若改用 500 μs 曝光加 6 dB 增益，虽然灰度也能到 180 左右，但暗部噪声明显增大，边缘出现毛刺，测量重复性变差。
增益一般以 dB 表示，0 dB 为基准，每增加 6 dB 约等于信号放大 2 倍。工程上建议增益不超过 6~9 dB，超过后信噪比下降很快。若曝光已接近上限仍偏暗，应优先检查光源亮度、镜头光圈和工件反射率，而不是继续加增益。反之，若图像过亮出现饱和（灰度贴顶 255），必须降低曝光，因为饱和区域的边缘信息已经丢失，任何算法都无法恢复。
白平衡：彩色相机的一致性前提
若使用彩色相机做尺寸检测，白平衡直接影响 R、G、B 三通道的灰度比例，进而影响灰度转换后的边缘位置。CV-X 通常提供一键白平衡（AWB）和手动 R/B 增益微调。操作时把一张白纸或标准白板放在与工件相同的光照位置，执行一键白平衡，使白区三通道灰度接近相等；随后再放回工件确认。若光源色温变化（如更换 LED 或环境光渗入），需重新执行。对于纯黑白检测，可优先考虑黑白相机，从根源上规避白平衡问题。
触发模式：让拍摄与工件运动同步
触发模式决定相机“何时拍”。CV-X 常见模式包括内部自由运行、外部触发（硬触发）和软件触发。产线连续送料时，必须使用外部触发，由光电传感器或编码器在工件到达视野中心时给出信号，才能保证每次拍摄位置一致。触发极性（上升沿/下降沿）、触发延时和触发滤波都需要与实际传感器匹配。若触发信号抖动或延时设置不当，工件在画面中的位置会前后漂移，定位算法即使正确也会输出偏移量。
帧率与分辨率：速度与精度的权衡
帧率受曝光时间、读出时间和传输带宽共同限制。曝光时间必须小于帧周期的可用窗口，否则会出现拖影或丢帧。例如帧率设为 60 fps，帧周期约 16.7 ms，若曝光设为 10 ms，留给读出与传输的时间仅约 6.7 ms，接近极限；此时若再提高帧率到 120 fps，帧周期降到 8.3 ms，10 ms 曝光已无法容纳，必须降低曝光或降低帧率。分辨率则决定单像素对应的实际尺寸：视野宽度除以像素数即为 mm/pixel。以 200 mm 视野、500 万像素（约 2448×2048）为例，水平方向约 0.082 mm/pixel；若换成 200 万像素，则约 0.13 mm/pixel，边缘定位的绝对精度随之下降。因此高精度尺寸检测应优先保证分辨率，再在满足节拍的前提下选择帧率。
一套可复用的采集参数设定流程
把上述参数按顺序落地，可以显著减少反复试错。以下流程适用于大多数 CV-X 定位与尺寸检测场景，具体数值需按现场光源、镜头和工件调整。
- 固定机械与光照：先锁紧相机、镜头和光源，确认视场覆盖所有待测特征，避免后续因位置变化重新标定。
- 设定分辨率与帧率：根据精度要求计算所需 mm/pixel，选择相机分辨率；再根据产线节拍确定最低帧率，留出 20%~30% 余量。
- 设定触发：接入光电或编码器信号，选择外部触发，确认触发极性、延时和滤波，使工件稳定出现在视野中心。
- 调曝光：从较低曝光开始逐步增加，观察关键边缘灰度进入 160~210 区间，且无饱和削顶。
- 调增益：仅在曝光不足时小幅增加，控制在 6 dB 以内，观察暗部噪声是否可接受。
- 白平衡：彩色相机执行一键白平衡，必要时手动微调 R/B 增益，确认白区三通道均衡。
- 验证重复性：连续采集 20~30 帧，观察同一特征边缘位置波动，重复性应稳定在 0.2 像素以内；若超差，回到曝光或触发环节排查。
参数记录与快速复查
调试完成后，建议把关键参数记录成一张简表，便于换型或故障时快速恢复。下表为示例格式，数值为教学示例，实际应以现场调试结果为准。
| 参数项 | 示例值 | 观察指标 | 异常判断 |
|---|---|---|---|
| 曝光时间 | 900 μs | 关键边缘灰度 160~210 | 灰度贴顶 255 或低于 100 |
| 增益 | 0 dB | 暗部噪声低、边缘干净 | 边缘毛刺、重复性变差 |
| 白平衡 | 一键 AWB | 白区 R≈G≈B | 白区偏色、灰度转换偏移 |
| 触发模式 | 外部上升沿 | 工件稳定在视野中心 | 位置前后漂移、丢触发 |
| 帧率 | 60 fps | 无丢帧、无拖影 | 运动方向边缘模糊 |
| 分辨率 | 500 万像素 | mm/pixel ≈ 0.082 | 精度不足、边缘台阶明显 |
需要强调的是，曝光、增益、白平衡、触发、帧率和分辨率并不是六个独立旋钮，而是一条从光源到检测结果的传递链。任何一个环节设置不当，都会在最终定位或尺寸结果上被放大。稳定的图像采集，本质上是在“亮度、噪声、速度、精度”之间找到与当前产线和工件匹配的平衡点，并用重复性数据验证这个平衡点是否真正成立。