3. 工业相机与图像采集基础

在 MERLIC 中做视觉应用，第一步不是拖算子，而是让相机稳定地“看见”工件。相机选型与采集参数决定了图像的上限：如果分辨率不足、帧率不匹配、触发方式错误，后续的匹配、测量、OCR 都会在错误的输入上工作。本节围绕面阵/线阵相机、分辨率、帧率、接口与触发方式五个要素，说明它们如何影响 MERLIC 的图像获取，并给出可执行的配置与验证方法。

面阵相机与线阵相机：先看工件形态

面阵相机的传感器是二维像素阵列，一次曝光得到一幅完整图像，适合绝大多数静止或间歇运动的工件，例如装配件定位、字符识别、表面缺陷检测。线阵相机只有一行（或少数几行）像素，必须配合工件与相机之间的相对运动，逐行扫描并拼接成二维图像，适合连续运动的卷材、带材、圆柱面展开检测，例如薄膜、纸张、金属带、线缆外皮。

选择依据很直接：工件在采集瞬间是否整体可见。若工件静止或可被触发定格，优先面阵；若工件连续运动且幅面很长，线阵能以较低成本获得高横向分辨率。线阵相机的行频（line rate）与运动速度必须匹配，否则图像会被拉伸或压缩。设运动速度为 v（mm/s），横向像素尺寸为 p（mm/pixel），则所需行频 f = v / p。例如 v = 500 mm/s、p = 0.1 mm/pixel，则 f = 5000 行/s。若相机行频不足，图像纵向分辨率下降；若行频过高而运动不足，图像被压缩。

分辨率：从视野与精度反推

分辨率不是越高越好，而是由视野（FOV）和最小可检测特征决定。若要求检测 0.2 mm 的缺陷，通常需要该特征至少覆盖 2～3 个像素，取 3 像素，则像素尺寸 p ≤ 0.2 / 3 ≈ 0.067 mm/pixel。若视野宽度为 200 mm，则横向像素数 N ≥ 200 / 0.067 ≈ 2985，应选择 4096 像素或 500 万像素级别的相机。反过来，若已知相机分辨率，也可估算实际精度：p = FOV / N。

在 MERLIC 中，分辨率直接影响 ROI 与模板匹配的稳定性。像素不足时，边缘模糊、亚像素精度下降；像素过多则增加传输与处理负担，帧率下降。建议先按“特征像素数 ≥ 3”确定最低分辨率，再结合接口带宽和帧率需求做取舍。

帧率与曝光：稳定图像的时间条件

帧率决定单位时间内可采集的图像数量。对于运动工件，帧率必须与生产节拍匹配。若节拍为 0.5 s/件，则帧率至少 2 fps；若需多角度拍摄，则按角度数倍增。但帧率受曝光时间、读出时间和接口带宽共同限制。曝光时间过长会导致运动模糊：模糊量 = v × t_exp。若允许模糊不超过 1 个像素，则 t_exp ≤ p / v。例如 p = 0.067 mm/pixel、v = 500 mm/s，则 t_exp ≤ 0.134 ms，此时需要强照明或高灵敏度传感器。

MERLIC 的图像采集接口会显示实际帧率与丢帧情况。若发现帧率低于设定值，应检查曝光时间是否过长、接口带宽是否饱和、是否启用了硬件触发但触发信号频率不足。

接口：带宽与距离的权衡

常见接口包括 USB3 Vision、GigE Vision、Camera Link 和 CoaXPress。USB3 带宽约 350 MB/s，适合中低分辨率、短距离；GigE 带宽约 100 MB/s，线缆可达 100 m，适合多相机分布式；Camera Link 与 CoaXPress 带宽更高，适合高分辨率高帧率，但线缆短、成本高。选择时先算数据率：数据率 ≈ 宽 × 高 × 位深 × 帧率。例如 4096 × 3000 × 8 bit × 10 fps ≈ 983 MB/s，已超过 USB3 和 GigE，需要 Camera Link 或 CoaXPress，或降低帧率、使用压缩、缩小 ROI。

触发方式：让采集与工件同步

触发方式分为连续采集（free run）和触发采集。触发又分软触发（软件命令）和硬触发（外部传感器信号）。硬触发通过光电传感器、编码器或 PLC 信号直接控制曝光时刻，抖动小、同步精度高，是运动工件定位的首选。MERLIC 支持通过 GenICam 接口配置触发源、触发沿和去抖时间。配置时应确认：触发信号极性、触发延迟、曝光开始与信号沿的关系，以及是否需要在 MERLIC 中启用“等待触发”状态。

下面这张图把相机选型与采集配置的关键关系集中呈现，便于在 MERLIC 中逐项核对。

在 MERLIC 中配置相机并获取稳定图像

MERLIC 通过 GenICam 标准发现并连接相机。打开“图像采集”配置，选择相机后，先设置像素格式（Mono8 或 BayerRG8），再设置曝光时间与增益。曝光优先，增益尽量低，因为增益会放大噪声。若使用硬触发，在“触发”页选择触发源为 Line0 或外部信号，设置触发沿为上升沿，去抖时间根据传感器抖动设为 0.1～1 ms。随后在 MERLIC 的采集循环中启用“等待触发”，确保每次处理对应一次真实触发。

验证稳定性的方法：连续采集 100 帧，观察帧率是否稳定、丢帧计数是否为零；用直方图检查亮度是否落在 40%～80% 动态范围；对运动工件检查边缘是否有拖影。若出现丢帧，优先降低分辨率或 ROI，或改用更高带宽接口；若图像偏暗，先增加照明或曝光，再考虑增益。

一个可复用的配置检查清单

把上述参数在 MERLIC 中逐项落实后，图像采集就从“能出图”变成“可重复、可判断”的稳定输入。后续的匹配、测量与检测算子才有可靠的基础。