2. 图像采集与相机标定

在 MERLIC 中，测量结果的可靠性首先取决于图像采集链路的稳定性与标定的准确性。本节围绕三个相互衔接的任务展开：把工业相机接入 MERLIC、把曝光与增益调到适合测量的工作点、用标定把像素坐标转换为毫米等物理单位，并同时修正镜头畸变。只有这三步都成立，后续的卡尺、圆拟合、模板匹配等工具输出的数值才具有可追溯的物理意义。

一、连接工业相机：先确定接口与采集模式

MERLIC 通过图像采集接口访问相机，常见路径包括 GigE Vision、USB3 Vision、GenICam 兼容的工业相机，以及 DirectShow 类设备。工程上优先选择 GigE Vision 或 USB3 Vision 工业相机，因为它们支持 GenICam 参数树，MERLIC 可以直接读写曝光时间、增益、触发模式等节点，而不依赖厂商私有 SDK。

连接时的关键动作是：在 MERLIC 的 Image Acquisition 步骤中选择接口类型，扫描设备，确认相机型号与序列号后建立连接。若使用 GigE 相机，需要保证网卡与相机处于同一子网，并启用巨帧（Jumbo Frame，通常 9000 字节）以减少丢包；多相机场景下建议为每台相机分配固定 IP，避免 DHCP 重新分配导致连接失效。

采集模式上，连续自由运行适合调试与对焦；一旦进入测量流程，应切换到硬件触发或软件触发，让图像采集与工件到位信号同步。触发模式下还要设置触发延时与去抖时间，避免机械振动尚未稳定就曝光。若相机支持，建议把曝光与增益的自动模式关闭，改为手动固定值，否则同一批次图像的灰度会随环境光漂移，直接影响阈值分割与边缘提取的重复性。

二、曝光与增益：把灰度落在可用区间

曝光时间决定传感器积分时长，增益是对读出信号的电子放大。两者都会提高图像亮度，但代价不同：延长曝光会增加运动模糊风险，提高增益会放大噪声并降低信噪比。因此调节顺序应是“先曝光、后增益”，并且优先用光源亮度而不是增益来补光。

一个可复用的调节方法是观察目标区域的灰度直方图。以 8 位图像为例，希望被测特征（如金属边缘、字符、孔洞）的灰度落在 40～220 之间，背景与前景有明显分离，且最亮区域不出现 255 饱和。若直方图右侧堆积在 255，说明过曝，边缘会“糊”掉；若整体集中在 20 以下，则噪声占比过高，边缘位置抖动明显。

实际操作中，可以先固定增益为 0 dB，逐步增加曝光时间，直到目标区域峰值灰度接近 200；若此时仍偏暗，再以 1～3 dB 步进增加增益，并重新检查直方图与噪声。对于高速产线，曝光时间通常被运动模糊限制，例如传送带速度 0.5 m/s、允许模糊 0.1 mm 时，曝光时间应不超过 0.2 ms，此时只能依靠提高光源亮度或增大光圈来补光。

三、像素标定与镜头畸变校正

像素标定的目标是求出“一个像素对应多少毫米”，即标定比例 s（mm/pixel）。最直接的方法是在视场中放置已知尺寸的标准件，例如 50 mm 量块或棋盘格标定板，在 MERLIC 中标定工具里指定两个特征点，输入它们之间的真实距离，软件即可计算比例。若使用远心镜头，比例在整个视场内基本恒定；若使用普通工业镜头，视场边缘的比例会与中心不同，必须做畸变校正。

镜头畸变主要分为径向畸变与切向畸变，其中径向畸变最显著：桶形畸变使边缘向外扩张，枕形畸变使边缘向内收缩。校正的数学形式通常用多项式描述：

r_u = r_d (1 + k1·r_d² + k2·r_d⁴ + k3·r_d⁶)
x_u = x_d + [2·p1·x_d·y_d + p2·(r_d² + 2·x_d²)]
y_u = y_d + [p1·(r_d² + 2·y_d²) + 2·p2·x_d·y_d]

其中 (x_d, y_d) 是畸变图像坐标，(x_u, y_u) 是校正后坐标，k1、k2、k3 为径向系数，p1、p2 为切向系数。MERLIC 的标定流程会采集多张不同位姿的标定板图像，自动求解这些系数并生成校正映射。标定完成后，建议用一张未参与标定的标定板图像做验证：测量棋盘格相邻角点间距，若各区域偏差在 ±0.02 mm 以内，说明校正有效。

需要特别注意的是，标定板必须与工件处于同一工作平面。如果标定板放在台面上而工件有 5 mm 高度差，透视关系会引入比例误差。对于有高度变化的场景，应使用远心镜头或做多平面标定。

四、建立物理单位测量基准并验证

标定完成后，MERLIC 会把像素坐标乘以比例 s 并应用畸变校正，输出以毫米为单位的测量值。此时应做一次端到端验证：用卡尺工具测量标准件的已知尺寸，例如 20.000 mm 量块，重复测量 10 次，观察平均值与标准偏差。若平均值与真值偏差超过 0.05 mm，应检查标定板是否与工件共面、比例是否输入正确；若标准偏差偏大，则回到曝光与光源，检查边缘稳定性。

对于需要多相机或多工位的产线，每个相机应独立标定并保存各自的标定文件，在 MERLIC 配方中按工位绑定。换镜头、调整工作距离或改变光圈后，必须重新标定，不能沿用旧参数。把“相机连接参数、曝光增益、标定文件、验证记录”整理成一份采集与标定配置表，可以让换型与故障排查有据可依。

完成上述工作后，MERLIC 中的测量工具输出的就不再是“像素”，而是带有物理单位、经过畸变修正的毫米值。这个基准一旦建立，后续的尺寸判定、公差比较和统计过程控制才有统一、可复现的参照。