4. 图像采集与相机配置

在 MERLIC 产线缺陷检测系统中，图像采集是整条视觉链路的起点。相机接口、连接方式、曝光增益、触发模式以及采集稳定性，任何一环配置不当，都会让后续的检测算子、标定和判定逻辑失去意义。本节围绕工业相机接口类型、GigE/USB3 连接、曝光与增益调节、触发与连续采集、以及产线节拍下的采集稳定性验证展开，目标是让读者能够独立完成一套可复现的采集配置。

一、工业相机接口类型与选型依据

工业相机常见接口包括 GigE Vision、USB3 Vision、Camera Link、CoaXPress 等。MERLIC 通过 GenICam 标准接口访问相机，因此只要相机厂商提供符合 GenICam 的传输层，就能在 MERLIC 的 Image Acquisition 步骤中被识别。选型时主要看三个维度：带宽、线缆长度和供电方式。

GigE Vision 基于千兆以太网，单口理论带宽 1 Gbps，实际有效载荷约 100～120 MB/s，线缆最长可达 100 m（配合交换机可更长），支持 PoE 供电。USB3 Vision 理论带宽 5 Gbps，实际有效载荷约 350～400 MB/s，但线缆通常限制在 3～5 m，且供电能力有限。Camera Link 和 CoaXPress 带宽更高，但需要专用采集卡，成本和布线复杂度也更高。

以一条典型产线为例：若相机分辨率为 500 万像素（2448×2048）、8 bit 灰度、帧率 20 fps，则单帧数据量约 5 MB，数据率约 100 MB/s。此时 GigE 已接近上限，建议使用 USB3 或双 GigE 链路；若分辨率提升到 1200 万像素、帧率 30 fps，则必须使用 USB3、Camera Link 或 CoaXPress。选型时先算数据率，再匹配接口带宽，是避免丢帧最直接的方法。

二、GigE 与 USB3 相机的连接配置

GigE 相机连接时，建议将相机与工控机网卡直连，或接入同一台支持巨帧（Jumbo Frame）的交换机。网卡需设置固定 IP，且与相机处于同一网段。例如相机 IP 为 192.168.1.10，网卡可设为 192.168.1.100，子网掩码 255.255.255.0。巨帧建议设为 9000 字节，可显著降低协议开销。若使用 PoE，需确认交换机或 PoE 注入器功率满足相机需求。

USB3 相机连接时，应使用原厂或认证的 USB3 线缆，并直接插入工控机后置 USB3 端口，避免使用前置面板或 USB Hub。若必须使用延长线，应选择带信号中继的主动式线缆。连接后可在 MERLIC 的 Image Acquisition 步骤中点击“刷新”，相机应出现在设备列表中；若未出现，先检查设备管理器中的驱动状态和端口协商速率。

# 示例：GigE 相机网络配置（Windows）
相机 IP:      192.168.1.10
工控机网卡 IP: 192.168.1.100
子网掩码:      255.255.255.0
巨帧:          9000

三、曝光与增益调节

曝光时间决定传感器感光时长，增益决定信号放大倍数。两者都会影响图像亮度，但代价不同：增加曝光会延长单帧采集时间，可能拖慢节拍；增加增益会放大噪声，降低信噪比。因此调节顺序应为：先固定增益在较低值（如 0 dB 或 1×），再调节曝光使图像灰度落在合理区间，最后若亮度仍不足，才小幅增加增益。

判断曝光是否合适，可观察图像直方图：理想情况下，背景灰度集中在 30～50，目标特征灰度在 150～220，且不出现大量 255 饱和像素。若直方图右侧堆积，说明过曝，需缩短曝光；若整体偏左且噪声明显，说明欠曝，可先延长曝光，再考虑增益。MERLIC 的 Image Acquisition 步骤中可直接调整 ExposureTime 和 Gain 参数，并实时预览。

四、触发模式与连续采集

连续采集（Free Run）下，相机按设定帧率自由出图，适合调试和静态检测。触发采集下，相机等待外部信号后才曝光一帧，适合与产线位置同步。MERLIC 支持软件触发和硬件触发；硬件触发通常由光电传感器或 PLC 给出，接入相机的 Trigger 输入口。

触发模式的关键参数包括触发源、触发沿、触发延时和触发分频。以光电传感器检测工件到位为例：触发源选 Line0，触发沿选 Rising Edge，触发延时设为 0，分频设为 1。若产线速度较快，可设置分频为 2，即每两个触发信号采集一帧，以匹配处理能力。触发模式下还需注意曝光时间不能超过触发周期，否则会出现触发丢失。

五、产线节拍下的采集稳定性验证

采集稳定性验证的目标是确认在连续运行中不丢帧、不超时、图像质量一致。验证时先让产线以目标节拍运行，采集至少 500～1000 帧，记录每帧的时间戳和帧号。若帧号连续且时间间隔稳定，说明采集正常；若出现跳号或间隔突增，则需排查带宽、线缆、触发信号或主机负载。

以下是一份可直接使用的采集稳定性检查表，字段和判断依据均针对本节任务设计：

若验证中发现丢帧，可按以下顺序排查：先降低帧率或分辨率，确认是否为带宽瓶颈；再检查线缆和接口是否松动或协商速率下降；然后检查触发信号是否稳定；最后检查工控机 CPU 和内存占用是否过高。MERLIC 的日志和相机自身的统计信息（如丢帧计数）可作为判断依据。

完成上述配置与验证后，采集链路即可进入稳定运行状态。实际项目中，建议将曝光、增益、触发参数和验证结果记录在配置文档中，便于换型或故障复现时快速恢复。采集稳定是 MERLIC 检测结果可信的前提，也是后续标定、检测和通信环节的基础。