3. 相机触发与同步机制
在机器视觉系统中，相机何时曝光、以什么节奏曝光，直接决定了图像与运动物体之间的对应关系。如果相机自由运行，采集时刻与产线位置之间没有确定关系，测量结果就会随速度波动而漂移。触发机制的本质，是把“相机自己决定何时拍”变成“由外部事件决定何时拍”，从而让图像与物理世界建立可重复的时间锚点。
硬触发与软触发：两种时间基准
软触发由上位机通过 SDK 或 GenICam 接口下发 TriggerSoftware 命令，相机收到命令后启动一次曝光。它的时间基准是主机软件，优点是灵活、无需额外接线，适合静态检测或对时序要求不高的场合；缺点是受操作系统调度、网络传输和驱动缓冲影响，触发时刻存在毫秒级甚至更大的不确定性。
硬触发则由外部电信号直接驱动相机的触发输入引脚。常见来源包括光电传感器、编码器、PLC 的 PNP/NPN 输出或专用触发卡。信号经光耦隔离后进入相机的触发电路，时间基准是硬件时钟，抖动通常在微秒级。硬触发是高速产线、运动测量和多相机同步的首选。
以 Basler ace 系列为例，触发输入通常为 3.3V~24V 的 GPIO，可配置为上升沿或下降沿有效。配置硬触发时，关键参数包括触发源（Line1）、触发沿（RisingEdge）、触发模式（On）以及去抖时间（Debouncer）。去抖时间过短会误触发，过长则会引入额外延迟，需要根据传感器信号质量权衡。
触发延迟与抖动：两个必须区分的指标
触发延迟（Trigger Latency）指从触发信号有效沿到达相机引脚，到传感器实际开始曝光之间的时间。它包含信号隔离、内部逻辑处理和曝光启动等环节，是一个相对固定的偏移量。抖动（Jitter）则是这个延迟的波动范围，反映的是重复性。
延迟可以补偿，抖动只能减小。例如某相机标称触发延迟为 20μs、抖动为 ±2μs，意味着每次曝光都比触发晚约 20μs，但波动不超过 2μs。如果产线速度是 1m/s，2μs 抖动对应 2μm 的位置误差，通常可以接受；若抖动达到 200μs，位置误差就是 200μm，对精密测量不可忽略。
多相机同步方案
多相机同步的目标是让多台相机在同一时刻或固定相位差下曝光，常见方案有三类。
- 主从硬触发：一台相机或 PLC 作为主设备输出触发信号，同时接入多台相机的触发输入。所有相机收到同一沿，曝光时刻一致。这是最常用、抖动最低的方案。
- 编码器同步：编码器 A/B 相输出接入分频器或 PLC，按固定位移间隔产生触发脉冲。相机与产线位置绑定，适合传送带上的等间距采集。
- PTP 网络同步：支持 IEEE 1588 PTP 的 GigE 相机通过交换机同步时钟，由软件在统一时间轴上安排曝光。它省去了触发线，但同步精度受网络交换机和协议栈影响，通常在亚微秒到微秒级。
选择方案时，先看同步精度要求，再看布线条件。精度要求高、相机数量少，优先主从硬触发；相机分散、布线困难，可考虑 PTP；需要与运动位置严格对应，则用编码器触发。
实战配置：以 Basler pylon 为例
下面给出一段典型的硬触发配置流程，使用 pylon 的 GenICam 参数接口。假设相机通过 Line1 接收 5V 上升沿触发，曝光时间 200μs，连续采集 100 帧。
// 1. 关闭自由运行，启用触发模式
camera.TriggerMode.SetValue("On");
camera.TriggerSelector.SetValue("FrameStart");
camera.TriggerSource.SetValue("Line1");
camera.TriggerActivation.SetValue("RisingEdge");
// 2. 配置触发输入引脚
camera.LineSelector.SetValue("Line1");
camera.LineMode.SetValue("Input");
camera.LineDebouncerTime.SetValue(10.0); // 单位 μs，抑制抖动
// 3. 设置曝光与采集
camera.ExposureTime.SetValue(200.0); // 单位 μs
camera.AcquisitionMode.SetValue("Continuous");
camera.AcquisitionFrameCount.SetValue(100);
// 4. 开始采集，等待外部触发
camera.StartGrabbing(GrabStrategy.OneByOne);
配置完成后，用示波器同时观察触发信号和相机的 Strobe 输出（曝光有效信号），可以直观看到触发延迟和抖动。若 Strobe 相对触发沿的偏移稳定，说明抖动小；若偏移忽大忽小，应检查触发线是否与电机线并行、屏蔽层是否接地、去抖时间是否合适。
同步效果的判断与常见问题
多相机同步是否成功，不能只看“都能出图”。可以用一个简单方法验证：让所有相机同时拍摄一个快速闪烁的 LED 或旋转的编码盘，比较各相机图像中光斑或标记的位置。如果位置一致，说明曝光时刻同步；如果存在固定偏移，说明触发延迟不同；如果偏移随机变化，说明抖动过大。
| 现象 | 可能原因 | 处理方向 |
|---|---|---|
| 相机完全不触发 | 触发源、触发沿或引脚模式配置错误 | 检查 TriggerSource、LineMode 和电平匹配 |
| 偶尔丢帧或多拍 | 信号抖动、去抖时间过短、线缆干扰 | 增大 Debouncer、使用屏蔽双绞线、远离动力线 |
| 多相机图像位置不一致 | 各相机触发延迟不同或走线长度差异大 | 统一线长、测量并补偿固定延迟 |
| 高速下图像模糊或错位 | 曝光时间过长或触发相位与运动不匹配 | 缩短曝光、用编码器按位移触发 |
触发与同步不是一次配置就一劳永逸的工作。产线速度、传感器更换、线缆布局变化都会影响时序。把触发延迟和抖动纳入日常点检，用示波器和同步测试板定期验证，才能保证图像与物理世界始终对齐。