4. 图像采集链路优化

在MERLIC应用里，处理节拍（Cycle Time）并不只由算子执行速度决定。图像采集链路是整条流水线的第一段，它决定了MERLIC每个周期能拿到什么质量的图像、什么时候能拿到、以及拿到图像后是否还要额外等待。很多现场“MERLIC跑得慢”的问题，根源其实在相机侧：曝光时间过长、增益过高引入噪声导致后续算子反复调参、触发模式与PLC节拍不匹配、带宽不足造成丢帧重传。本节把采集链路拆成五个可独立调节又相互制约的环节：相机参数、曝光、增益、触发模式、传输带宽，并说明它们如何共同影响MERLIC的处理节拍。

一、采集链路的时间构成

MERLIC一个完整处理周期的时间可以近似拆解为：

T_cycle ≈ T_exposure + T_readout + T_transfer + T_merlic + T_actuator

其中 T_exposure 是曝光时间，T_readout 是传感器读出时间，T_transfer 是图像从相机传到主机的时间，T_merlic 是MERLIC内部算子链执行时间，T_actuator 是结果输出到执行机构的时间。曝光、读出、传输属于采集链路，MERLIC本身无法压缩它们，只能通过参数配置让它们不成为瓶颈。优化采集链路的目标不是让每一段都最短，而是让 T_exposure + T_readout + T_transfer 稳定地小于 T_merlic 可接受的上限，并且不产生抖动。

二、相机参数：分辨率、像素格式与ROI

相机参数中影响节拍最直接的是分辨率和像素格式。分辨率越高，单帧数据量越大，读出和传输时间越长，MERLIC需要处理的像素也越多。现场常见误区是“用最高分辨率最保险”，但MERLIC的多数定位、测量、Blob分析任务在满足精度前提下并不需要满幅。例如一个200万像素相机（1600×1200）在满幅Mono8下每帧约1.92MB，若实际只关心工件中心区域，设置ROI为800×600后数据量降到0.48MB，读出和传输时间可显著下降，MERLIC的预处理和特征提取范围也随之缩小。

像素格式方面，Mono8每像素1字节，BayerRG8也是1字节但需MERLIC做去马赛克，RGB8每像素3字节。若MERLIC算子链不需要彩色信息，优先使用Mono8，可减少约三分之二的传输量和后续转换开销。相机参数应在MERLIC的Image Source配置中与相机实际能力对齐，避免MERLIC做不必要的格式转换。

三、曝光与增益：图像质量与节拍的平衡

曝光时间直接叠加在周期上。若曝光设为20ms，则仅曝光一项就占20ms，MERLIC再快也无法把周期压到20ms以下。因此曝光应遵循“够用即止”：在光源亮度、镜头光圈确定后，把曝光调到使目标区域灰度落在合理区间（例如128±30）即可，不要为了“更亮”而盲目加长。

增益是对信号的电子放大，它不增加曝光时间，但会同步放大噪声。高增益下图像噪声大，MERLIC的阈值分割、边缘提取容易产生毛刺，导致算子需要更复杂的滤波或更大的搜索范围，反而拉长T_merlic。现场建议：优先增加光源亮度或开大光圈，其次才动增益；增益一般控制在0～6dB以内，超过12dB要警惕噪声对MERLIC稳定性的影响。

四、触发模式：自由运行、软触发与硬触发

触发模式决定相机何时曝光，也决定MERLIC何时能拿到图像。自由运行模式下相机按自身帧率连续出图，MERLIC取最新帧处理，节拍由相机帧率主导，适合连续检测但可能取到运动模糊帧。软触发由MERLIC或上位机发命令，灵活性高但受操作系统调度影响，抖动可达数毫秒。硬触发由PLC或光电传感器直接给相机触发信号，抖动最小，是产线节拍要求严格时的首选。

硬触发还要注意触发延迟和曝光开始时刻。若传感器安装位置与相机视野有距离，工件从触发点到进入视野需要时间，这个时间必须小于触发延迟加曝光时间，否则会拍到工件未完全进入的画面。MERLIC侧应把触发超时设置得略大于最坏情况下的采集时间，避免误报“采集失败”。

五、传输带宽：接口、包大小与流控制

带宽不足的典型表现是丢帧、图像撕裂或MERLIC报采集超时。以GigE Vision为例，千兆网理论带宽约125MB/s，实际有效约110MB/s。一台1600×1200 Mono8相机在30fps下数据率约57.6MB/s，单台尚可，但若同一网卡接两台或与其它设备共享，就会紧张。此时可采取：降低帧率、缩小ROI、启用相机的包间隔（Inter-Packet Delay）避免突发、或改用万兆网/CoaXPress/USB3.0。USB3.0理论5Gbps，实际约400MB/s，适合中高分辨率单相机。

带宽优化的关键是让传输时间可预测。启用相机的流通道（Stream Channel）和主机侧的大容量接收缓冲，可以减少因主机忙导致的丢包。MERLIC的采集接口应设置合理的超时和重试次数，但重试本身会增加周期，所以根本仍是保证带宽余量。

六、把采集链路与MERLIC节拍对齐

优化时不要孤立地调相机，而要以MERLIC的T_merlic为基准反推采集链路预算。假设MERLIC算子链实测T_merlic约18ms，产线要求总周期不超过40ms，则采集链路（曝光+读出+传输）必须控制在18ms以内，留出约4ms给输出和抖动。若当前曝光8ms、读出5ms、传输6ms，合计19ms，已经超预算，应优先缩小ROI把读出和传输各降2～3ms，或把曝光降到6ms并适当补光。

现场调试建议按以下顺序推进：先用MERLIC的采集诊断或相机厂商工具确认实际帧率、丢帧计数和传输耗时；再固定触发模式，确保触发源与产线节拍同源；然后调整ROI和像素格式，观察T_transfer变化；最后在保证图像质量的前提下微调曝光和增益。每一步只改一个变量，记录MERLIC的周期统计，避免多个参数同时变动导致无法归因。

七、采集链路参数检查表（示例）

采集链路优化的本质是让图像“按时、按质、按量”到达MERLIC。按时靠触发与带宽，按质靠曝光与增益，按量靠分辨率与ROI。三者都稳定后，MERLIC的处理节拍才具备可预测性，后续的算子优化和并行化才有意义。