4. 硬件触发模式详解

在 Basler 相机的同步与触发工程中，触发模式决定了“曝光何时开始”这一根本问题。同一台相机，选择不同的触发源和触发参数，会得到完全不同的时序行为。本节围绕四种最常用的触发模式展开：外触发（硬件触发）、软触发（软件触发）、重叠触发（Overlapped Trigger）以及触发延迟与去抖参数配置。理解它们的差异，是搭建稳定多相机系统的前提。

一、外触发：由外部信号决定曝光起点

外触发是工业视觉中最常见的模式。相机通过 I/O 接口（如 opto-isolated 输入、GPIO、或 GigE Vision 的 Line 信号）接收外部电信号，在信号有效边沿到来时启动一次曝光。Basler 相机通常将触发源配置为 Line1 或 Line2，触发沿可选上升沿或下降沿。

外触发的核心优势是确定性：曝光起点由物理信号决定，不受主机操作系统调度延迟影响。在多相机系统中，只要所有相机共享同一个触发源（例如同一台 PLC 输出的同一路信号，或同一块采集卡的同一路触发输出），各相机的曝光起点就能被对齐到同一个物理时刻。这正是多相机时间同步的基础。

配置外触发时，需要关注几个关键参数：触发源（Trigger Source）、触发沿（Trigger Activation）、触发模式（Trigger Mode = On）。此外，还要注意输入信号的电气特性——Basler 相机的光耦输入通常要求 5～24V 的电压范围，信号上升时间过快或过慢都可能影响触发稳定性。

二、软触发：由主机命令决定曝光起点

软触发通过软件命令（如 pylon API 中的 ExecuteSoftwareTrigger 或 GigE Vision 的 TriggerSoftware 命令）启动曝光。它不需要外部信号线，配置简单，适合单相机调试或对时间精度要求不高的场景。

但软触发的致命弱点是延迟不确定。从主机发出命令，到命令经网络或 USB 传输到相机，再到相机内部解析并启动曝光，这一链路存在毫秒级甚至更大的抖动。在多相机系统中，如果每台相机各自接收软触发命令，曝光起点之间的偏差可能达到数毫秒，无法满足高精度同步需求。因此，软触发通常只用于单相机场景，或作为外触发系统的调试替代方案。

三、重叠触发：让曝光与读出并行

在标准触发模式下，相机完成一次曝光后，需要将图像数据从传感器读出并传输，然后才能接受下一次触发。这个“曝光—读出—传输”的串行过程限制了帧率。重叠触发（Overlapped Trigger）允许相机在上一次曝光的数据仍在读出或传输时，就接受并响应下一次触发，从而让曝光与读出并行进行。

重叠触发的实现依赖于相机的内部缓冲和流水线设计。Basler 的 ace、dart 等系列相机在开启重叠触发后，帧率可以显著提升。但需要注意：重叠触发并不改变曝光时间本身，它只是隐藏了读出时间。如果曝光时间远大于读出时间，重叠触发的收益有限；如果读出时间占主导，收益则非常明显。

配置重叠触发时，通常需要将 TriggerMode 设为 On，并确保 AcquisitionFrameRateEnable 处于合理状态。部分型号还需要设置 OverlapMode 或类似的参数。实际使用中，建议先测量单次“曝光+读出”的总时间，再对比开启重叠后的帧率变化，以判断是否达到预期。

四、触发延迟与去抖：让触发更干净、更可控

触发延迟（Trigger Delay）是指从触发信号有效边沿到曝光实际开始之间的可编程延时。它的作用有两个：一是补偿信号传输路径上的固定延迟，使多相机系统的曝光起点在时间上对齐；二是避开机械振动或电气噪声的敏感窗口。Basler 相机通常以微秒为单位设置触发延迟，例如 TriggerDelay = 100.0 µs。

去抖（Debounce）则是针对触发信号本身的滤波。工业现场中，机械开关、继电器或长线缆可能引入毛刺，导致相机误触发。去抖参数通过设定一个时间窗口，只有信号在该窗口内保持稳定，才被认定为有效触发。Basler 相机的去抖时间通常可配置为几微秒到几毫秒。去抖时间过短，毛刺仍可能通过；过长，则可能漏掉快速连续的触发信号。

五、四种模式的对比与选型

下表从触发源、时间精度、适用场景三个维度对四种模式进行对比，便于快速选型。

六、配置示例与结果判断

以下是一个典型的外触发配置片段（以 pylon API 为例），用于两台 Basler ace 相机共享同一触发源，并设置 50 µs 触发延迟和 10 µs 去抖：

// 相机1 和 相机2 均执行以下配置
camera.TriggerMode.SetValue("On");
camera.TriggerSource.SetValue("Line1");
camera.TriggerActivation.SetValue("RisingEdge");
camera.TriggerDelay.SetValue(50.0);      // 单位：微秒
camera.LineDebouncerTime.SetValue(10.0); // 单位：微秒
camera.ExposureTime.SetValue(2000.0);    // 曝光 2 ms
camera.AcquisitionStart.Execute();

配置完成后，如何判断是否达到预期？可以从三个层面观察：第一，用示波器同时探测两台相机的 Strobe 输出（曝光有效信号），观察两个脉冲的上升沿是否对齐；第二，在主机端记录每帧图像的时间戳，计算两台相机时间戳的差值分布，若差值稳定在几十微秒以内，说明同步良好；第三，检查是否有丢帧或误触发，若去抖时间设置不当，可能表现为帧数异常或触发频率不稳定。

如果发现两台相机曝光起点仍有固定偏差，可以微调其中一台的 TriggerDelay 来补偿。例如，若相机2比相机1早 30 µs，可将相机2的触发延迟增加 30 µs。这种“延迟补偿”是多相机同步调试中最常用的手段。

从图中可以直观看到：去抖作用于触发信号进入相机之前，延迟作用于有效触发之后、曝光之前，而重叠触发改变的是曝光与读出之间的串行关系。这四个参数各司其职，共同决定了相机在时间轴上的行为。实际调试时，建议先用示波器确认触发信号质量，再逐步调整延迟和去抖，最后验证多相机之间的曝光对齐情况。