快速了解工业相机中的连续采集、软触发、硬触发和同步触发以及PTP同步触发

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📦 1. 工业相机触发模式总览

大类	子类	触发来源	典型信号形式	适用场景	关键参数
连续采集	Free Run	内部时钟	无	静态检测、监控	帧率 = 1 / 曝光时间
软件触发	Soft Trigger	主机/程序	TCP、UDP、SDK API	动态抽检、单张拍照	延迟 1-5 ms
硬件触发	边沿触发	传感器/PLC	TTL 5 V、RS-485、LVDS、光耦	高速产线、运动抓拍	最小脉冲 1 µs，可设延迟
	电平触发	同上	高/低电平保持	连续跟拍	需防抖 5-50 µs
同步触发	多机硬触发	FPGA/同步板	FSYNC 脉冲	3D 重建、全景拼接	同步误差 < 100 ns
授时触发	PTP 触发	网络主时钟	IEEE-1588 报文	多相机微秒级同步	同步误差 < 1 µs

💥 1.1 连续采集模式

✅1.什么是「连续采集模式」

在连续采集（Continuous/Free-Run/Video-Stream）模式下，相机内部时钟（或外部同步信号）不间断地输出图像帧，无需任何触发或主机干预，相当于一台永不关机的工业摄像机

✅2. 工作原理时间轴

像素阵列 → 行/列读出 → ADC → 帧缓冲 → 主机内存
↑（内部时钟循环）

帧周期 = 曝光时间 + 读出时间

主时钟每触发一次，即产生 1 帧；帧与帧之间无空闲间隔（除非设置帧间延时）。

✅3. 关键性能指标

参数	连续采集典型值	影响因素
最高帧率	面阵：< 200 fps（CMOS） 线阵：< 1 MHz（TDI）	传感器读出速度、带宽
延迟	1–3 ms（USB3） 低至 100 μs（Camera Link）	接口协议、驱动
CPU 占用	高（需持续 DMA）	主机处理能力
图像一致性	高	光源/运动同步

✅ 4.连续采集 vs 触发采集 速查表

维度	连续采集	触发采集
触发源	内部时钟	软件/硬件/PTP
帧间隔	固定	任意
CPU 负载	高	低
适用场景	监控、实时流、线阵扫描	高速抓拍、缺陷检测
功耗	高	低（仅在触发时工作）

✅ 5.常见坑 & 解决

问题	原因	对策
画面撕裂	帧率过高，主机带宽不足	降低帧率或改用 10GigE
CPU 100%	未使用 DMA 或缓冲区过小	打开零拷贝、增大环形缓冲
运动拖影	曝光时间过长	提高光源亮度 + 缩短曝光

✅ 6.一句话总结
连续采集是「工业视觉的录像机」：不停拍、不停传，把运动场景变成可回溯的高帧率电影；选对接口、调对曝光，就能让每一帧都精准可靠。

💥 1.2 软件触发模式

✅ 定义与工作原理
软件触发（Software Trigger / Soft Trigger） 是指 主机通过指令（SDK API、TCP/UDP 报文、脚本命令）向相机发送触发信号，相机收到后完成一次曝光-读取-传输的完整流程。

触发路径：软件 → 驱动 → 相机固件 → 传感器 → 图像缓冲 → 主机内存
延迟链路：主机指令解析 + 总线传输 + 相机内部处理 ≈ 1–5 ms（USB3）或 50–200 µs（Camera Link）。

✅ 三种软件触发子模式

子模式	信号形式	典型命令	适用场景	延时量级
单帧软件触发	一次 API 调用 → 一帧	TriggerSoftware()	实验室单张拍照、调试	1–5 ms
周期性软件触发	SDK 定时器	setTriggerDelay() + 循环	产线节拍固定、无需外部设备	2–10 ms
非周期软件触发	上层事件	PLC/机器人 TCP 报文	动态抓取、外部逻辑复杂	3–10 ms

✅参数与配置（通用 GenICam 节点）

节点	取值	说明
TriggerMode	On	关闭自由采集，进入触发
TriggerSource	Software	软件触发源
TriggerActivation	RisingEdge / LevelHigh	触发沿或电平
TriggerDelay	0–999999 µs	指令到达后延迟曝光
AcquisitionStart	Execute	使相机进入“待触发”状态

✅ 与硬件触发、连续采集的对比

维度	软件触发	硬件触发	连续采集
精度	1–5 ms	100 ns–1 ms	无触发精度
布线	无额外线缆	需 I/O 线	无
灵活性	高（可编程）	中（固定沿/电平）	低
适用节拍	中低速	高速/同步	无节拍要求

✅软触发的优势在于灵活性：

1.程序复杂时更方便管理；
2.模板切换频繁时更显优势；
3.可以按需发送不同的拍照任务指令。

✅适用于那些视觉系统与程序逻辑关系复杂、需要较高交互性的场景

软件触发 = “用代码当快门”，在 1–5 ms 的延迟窗口内，让相机按你的逻辑精确地只拍一帧；当节拍可控且布线受限时，它是成本最低、开发最快的方案。

💥 1.3 硬件触发模式

✅ 定义与工作原理

硬件触发（Hardware Trigger） 指相机通过 物理 I/O 引脚（GPIO、光耦、RS-485 等）直接接收外部信号，在微秒级完成曝光-读图-传输，无需主机软件干预。

延迟低：典型 1-100 µs，远快于软件触发（1-5 ms）
精度高：边沿/电平可编程，抖动 < 50 ns（Camera Link）
抗干扰：光耦隔离 2 kV，适合强电、噪声工业现场

✅ 四种硬件触发子模式

模式	触发条件		关键参数	适用场景
边沿触发	上升沿或下降沿跳变		脉冲宽度 ≥ 1 µs	高速产线、运动抓拍
电平触发	高/低电平保持		电平保持时间 ≥ 曝光时间	持续跟拍、线阵扫描
双边沿触发	先上升后下降		双边沿间隔可调	同步双光源采集
脉冲序列触发	定宽脉冲串		脉冲数 1–255，周期可调	一次触发多帧

✅ 触发信号接口与接线

接口类型	电平	速率	隔离		备注
TTL	5 V	1 MHz	无		最常见，易接线
RS-485	±5 V 差分	10 MHz	有		远距离抗干扰
光耦输入	3–24 V	100 kHz	2 kV		工业现场首选
LVDS	±350 mV	100 MHz	无		高速、低 EMI

✅参数与配置（通用 GenICam 节点）

节点	取值	效果
TriggerMode	On	关闭自由采集，进入触发
TriggerSource	Line0/Line1	选择物理输入口
TriggerActivation	RisingEdge / FallingEdge / LevelHigh / LevelLow	触发沿或电平
TriggerDelay	0–999 999 µs	延迟曝光，补偿机械延迟
TriggerDebouncer	1–100 µs	去除信号毛刺
StrobeEnable	True	同步点亮外部光源

✅ 常见故障与排查

现象	根因	解决
无触发	电平极性反、未使能 Line	检查 TriggerActivation 和 LineSelector
误触发	信号毛刺	增大 TriggerDebouncer
延迟抖动	主机调度	使用实时内核或提高进程优先级

✅硬触发是一种“被动响应型”拍照方式。通常是由一个光电传感器或者某个伺服电机的位置信号来触发相机——比如，一个产品传送到指定位置，传感器检测到了，就会发出一个电平信号（高电平或低电平），这个信号就像是按下了相机的“快门”

✅ 相机收到外部的触发命令后，开始按照约定时长进行曝光，曝光结束后输出一帧图像。

✅工业相机通常都预留有触发接口，可以支持多种电平类型，并且支持灵活的触发模式设置，比如：

上升沿触发（信号从低变高）、
下降沿触发（信号从高变低）、

大多数实际应用中，我们都会优先选择硬触发方式。为什么？因为接线简单、稳定可靠，尤其适用于产线节拍清晰、检测位置固定的场景，属于“来了就拍，一拍一个准”的节奏。

✅ 一句话总结
硬件触发 = “用外部电信号当快门”，在 微秒级时间窗口 内精准采图；选对接口、设好沿/电平、调试防抖，就能把 PLC、编码器、机器人统统变成相机的“快门按钮”。

💥 1.4 同步触发模式

✅ 为什么要同步触发

同步触发 = 多台相机在同一绝对时刻完成曝光-读出-传输，误差 < 1 µs（GigE Vision）到 < 100 ns（Camera Link）。
核心价值：避免图像错位、提高 3D/运动分析精度、降低系统复杂度。

✅五种主流实现拓扑

拓扑	示意图	时间基准	精度	最大规模	接线复杂度	典型应用
集中硬触发	PLC→分配器→N相机	外部脉冲	100 ns-1 µs	≤16	低	高速瓶检、机器人手眼
主从链式	主相机 Strobe→从相机	相机 Strobe 输出	200 ns	≤8	低	立体视觉
PTP 网络授时	PTP Grand-Master→交换机→相机	IEEE-1588	0.2-1 µs	≥32	最低	分布式产线、3D 扫描
FPGA 时序板	FPGA→多路 LVDS	10 MHz 晶振	10 ns	无上限	中	激光三角、高速冲击
GPS/1 PPS	GPS→BNC→相机	UTC 秒脉冲	50-100 ns	任意	中	室外无人机阵列

✅选型与接线速查

需求	拓扑	精度	备注
立体视觉	集中硬触发	≤ 1 µs	TTL/RS-485
分布式产线	PTP 网络	≤ 1 µs	普通网线
高速冲击	FPGA 时序板	≤ 50 ns	多路 LVDS
室外长距	GPS/1 PPS	≤ 100 ns	BNC 同轴

✅故障排查速查表

现象	根因	解决
同步误差大	信号线长度不等	等长线或延迟补偿
无触发	极性/电平错误	检查 TriggerActivation
随机漏帧	抖动 > 脉宽	增大脉宽或加防抖

✅一句话总结

同步触发把「多台相机」变成「一台超级相机」——无论用脉冲、网络还是绝对时钟，只要误差 < 1 µs，就能让 3D、运动、全景分析精准如一。

💥 1.5 授时触发模式

✅ PTP概念与原理一句话

授时触发 = 硬件触发 + 绝对时间戳——相机在「某年某月某日某时某分某秒某微秒」的时刻曝光，而非传统“收到脉冲就拍”。

时间基准：IEEE-1588（PTP）或 GPS 1 PPS
精度：≤ 1 µs（GigE Vision）、≤ 100 ns（Camera Link + FPGA）

✅ 三种实现方式

方式	时间源	同步误差	最大规模	典型接线
PTP 网络授时	交换机/PC	0.2–1 µs	128 台 GigE	普通网线
GPS 1 PPS	GPS 接收机	50 ns	无上限	BNC 同轴
FPGA 时序板	10 MHz 晶振	10 ns	256 路	多路 LVDS

✅ 关键参数（GenICam 通用）

节点	取值	说明
TimeSynchronizationEnable	True	打开授时模式
PTPEnable	True	启用 PTP
PTPMode	Slave	相机作为从钟
ActionCommandKey	0x12345678	统一触发键
ScheduledActionTime	20250615 14:30:00.250000	绝对曝光时刻

✅ 选型与布线速查

需求	推荐方案	精度	备注
立体视觉	PTP + GigE	≤ 1 µs	普通网线即可
高速 3D	GPS 1 PPS + FPGA	≤ 50 ns	需同轴 + 时序板
教学实验	PC PTP	≤ 1 µs	成本最低

✅ 一句话总结

授时触发把「脉冲」升级为「绝对时刻」，让几十甚至上百台相机像一台一样同步曝光，误差从毫秒级降到纳秒级，真正实现了工业视觉的“时间统一”。

🎯除非选型速查表

需求	推荐模式	接口	备注
静态检测	连续采集	无	成本低
实验室抽检	软件触发	USB/GigE	开发快
高速产线	硬件边沿触发	TTL/RS-485	微秒级
3D 立体	同步触发	集中分发或 PTP	< 1 µs
跨厂房	授时同步	GigE + PTP	绝对时间戳

🚀连续跑静态，软件做调试，硬件追高速，同步玩微秒，授时定乾坤。