午后阳光斜照进实验室，李工盯着屏幕上再次模糊的零件图像，叹了口气，这已经是他这周第八次调整相机参数了。
车间里的传送带以每秒1.5米的速度运转，而李工手中的工业相机就是抓不住那关键瞬间。图像要么一片模糊，要么暗得看不清细节。
他似乎陷入了速度与清晰度的永恒矛盾中——为了追上流水线的节奏，他不得不缩短曝光时间，但时间一短，照片就暗得像深夜；增加时间，图像倒是亮了，零件却拖出了一条长长的“尾巴”。
工业相机上的曝光时间，本质上就是感光元件（CMOS或CCD）“开门迎客”的时长。开门时间越长，进入的光线就越多，图像自然就越亮。
在工业相机中，曝光时间通常以毫秒为单位-6。这个时间短则几微秒，长则几百毫秒，全看具体的应用场景。
相机快门主要有两种类型：全局快门和卷帘快门。全局快门像是同时敞开的门，所有像素在同一时间开始和结束曝光，适合拍摄高速运动的物体。
而卷帘快门则像是按顺序开关的窗户，从第一行到最后一行依次曝光，对于快速移动的物体可能会产生“果冻效应”-1。
想象一下，你用手机拍摄一个移动中的人，如果快门速度太慢，拍出来的照片中这个人就会糊成一片。在工业检测中，这种模糊是致命的。
当被拍摄物体在曝光时间内移动超过两个像素时，模糊就产生了-6。举个通俗的例子，假如相机横向分辨率为2448像素，视野内物体占据1000像素，如果曝光期间物体移动1个像素，那么整个图像就整体偏移了1个像素-6。
要计算合适的曝光时间，可以参考这个公式：B = Vp Te Np / FOV-6。这里B是以像素为单位的模糊量，Vp是物体速度，FOV是视野范围，Te就是我们需要确定的曝光时间，Np则是视野方向的像素数。
在大多数精密测量中，即使只有1个像素的模糊也可能造成问题-6。如果您的应用对清晰度要求极高，这个公式能帮助您找到工业相机最佳曝光时间的数学依据。
帧率（FPS）和曝光时间就像跷跷板的两端——一边高了，另一边就得降低-7。这个关系可以近似用公式“曝光时间（微秒）≤ 1，000，000 ÷ 帧率（fps）”表示-7。
举个简单例子，如果你想要50fps的帧率，那么曝光时间就不能超过20，000微秒（20毫秒）。如果你设定曝光时间为50，000微秒，那帧率最多只能达到20fps-7。
值得注意的是，这里的公式只是一个理想化模型。实际上，相机的帧率还受到图像传输接口带宽、图像尺寸、数据读出时间等多重因素影响-7。
在确定工业相机最佳曝光时间时，这些因素都需要被考虑进来，而不是简单地依靠公式计算。
自动曝光是许多工业相机提供的重要功能。这项技术通过调整增益和曝光时间来优化图像亮度-3。它的工作流程通常包括：先以默认参数获取图像，然后创建直方图并分析统计信息-3。
直方图是判断曝光是否得当的得力工具。一张曝光不足的图像，其直方图大部分集中在左侧；而曝光过度的图像，直方图则主要集中在右侧-3。
最理想的曝光，是使直方图峰值位于中间位置-3。
自动曝光通常有一个“目标灰度值”参数，对于8位像素格式而言，目标灰度值设置为50%时，相机就会自动调整增益和曝光时间，使得直方图的均值落在128左右-3。
当图像中的光照不均匀时，还可以启用背光补偿或前光补偿模式-3。这些智能功能大大简化了参数调整的过程。
增益就像图像亮度的“放大器”，当曝光时间达到上限但仍需提升亮度时，它就派上用场了-2。不过，调整增益就像开音响——音量可以调大，但噪音也会随之增加-2。
增益分为模拟增益和数字增益两种类型。模拟增益在传感器内部放大模拟信号，信号和噪声会被同时放大；而数字增益则是对已数字化的图像数据进行乘法放大，这往往会导致图像颗粒感增强-1。
核心原则是：优先调整曝光时间，增益只是补充手段-1。当曝光时间受限于运动模糊或帧率要求时，才考虑逐步提升增益。
值得一提的是，在某些精密检测场景中，比如半导体晶圆检测，工程师往往会选择完全禁用增益（设置为0dB），仅通过调整曝光时间来获得高质量图像-1。
对于高动态范围场景，比如同时存在强光和阴影的区域，单次曝光往往难以兼顾。这时，HDR技术应运而生。
HDR允许设置多个曝光时间，并将所拍摄的图像融合为一张保留更多明暗细节的2D图-2。
这种技术特别适用于颜色或材质多样的物体检测-2。
在实际应用中，还可以设置“自动曝光感兴趣区域”，让相机仅针对特定区域进行曝光优化-2。
在一些高端系统中，甚至可以使用曝光助手工具，快速获得推荐的曝光参数组合-2。
这些高级功能大大扩展了工业相机的适用场景，使其能够在更复杂的光照条件下稳定工作。
工业视觉系统的设计中，参数的调整从来没有“标准答案”，只有“情境最优解”。高速流水线上的零件检测，可能需要缩短曝光时间至几毫秒，同时提高增益补偿亮度-1。
曾经有个食品分拣流水线的案例，检测需求是在高速移动中找出包装缺陷。工程师最终将曝光时间设为2ms以冻结运动，同时使用18dB的增益补偿亮度-1。
结果图像虽然有轻微噪声，但通过后续的图像处理算法，仍能准确识别出缺陷-1。
而在完全不同的半导体晶圆检测场景中，需求是高精度识别微米级划痕，要求极低噪声。这里的解决方案是采用50ms的长曝光时间，同时完全禁用增益（0dB）-1。
这样获得的图像信噪比高，缺陷对比度清晰-1。这两个案例充分展示了不同场景下曝光时间与增益的差异化配置策略。
随着产线速度越来越快，工业相机的曝光时间需要缩短到1毫秒以内；而检测精度要求越来越高，相机的动态范围已从60dB提升至68dB以上-4。
李工终于找到了平衡点，在传送带旁，相机以精确的曝光时间捕捉每一个零件，图像清晰明亮。车间顶部的LED光源稳定照亮检测区域，系统屏幕上滚动的“PASS”标识，像是为这精密的时间游戏画上了完美的句号。
