第4章 HALCON图像采集

1、u 4.14.1图像采集硬件图像采集硬件l 4.1.1相机相机l 4.1.2镜头镜头l 4.1.3光源光源u 4.24.2图像采集算子图像采集算子l 4.2.1工业相机连接工业相机连接l 4.2.2同步采集同步采集l 4.2.3异步采集异步采集u 4.34.3图像采集助手图像采集助手第第4章章HALCON图图像采集像采集HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件4.1.14.1.1工业相机工业相机 按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机 按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机 按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机 按照分辨率大小

2、可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机 按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机 按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机 按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机 按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件u分辨率（Resolution）u像素深度（Pixel Depth）u曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）u像元尺寸（Pixel Size）u光谱响应特性（Spectral Range）u工业相机噪声u信噪比（SNR）uUSB接口u1394a/1394b

3、接口uGige接口uCamera Link接口HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件 选择工业相机的分辨率分辨率=视野范围/理论精度 选择工业相机的芯片CCD/CMOS 选择彩色相机还是黑白相机要处理的与图像颜色有关，采用彩色相机，否则建议黑白相机 工业相机的帧率选择相机的帧率一定要大于或等于物体运动速度 选择线阵相机还是面阵相机 相机和图像采集卡的匹配包括：视频信号的匹配；分辨率的匹配；特殊功能的匹配；接口的匹配 工业相机的CCD/CMOS靶面选择CCD/CMOS尺寸时，要结合镜头的焦距、视场角一起选择HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程

4、应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件 costar工业相机 Lumenera数字工业相机 Sony（日本） 东芝泰力（日本） Dalsa（加拿大） BASLER（德国） UNIQ（美国） Redlake（美国） Atmel（美国） Olynpus（日本）HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件4.1.24.1.2镜头镜头 焦距（f）：镜头到焦点之间的距离，常见的工业镜头焦距有：5mm、8mm、12mm、25mm、35mm、50mm、75mm等，其计算公式为： 光圈系数（相对孔径）： 其倒数就是光圈系数，常用的光圈系数为1.4、2、2.8、4、5.

5、6、8、11、16、22等几个等级。 对应最大CCD尺寸：镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。 接口：镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2等。 像差（比如畸变、场曲等）：畸变会影像测量结果，特别是在精密测量中，必通过软件的方法进行标定和补偿。物高高物宽宽WDCCDWDCCDff焦距光圈直径相对孔径DHALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用 分辨率（Resolution）：指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米”。不能和相机的分辨率混为一谈。 数值孔径（NA）：数值孔径直接决定了镜头的分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。其

6、计算公式为： 视场（FOV）：镜头实际拍到的区域的范围。其计算公式为： 光学放大倍数（M）：即芯片尺寸除以视场。即： 工作距离（WD）：即物距，镜头最下端机械面到被测物体的距离。2asinnNAfFOV尺寸CCDWDFOVCCDM 4.14.1图像采集硬件图像采集硬件HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件 后背焦(Flange Distance)：即后焦距，指相机接口平面到芯片的距离。 景深（DOF）：表示满足图像清晰要求的最远位置与最近位置的差值。2224222222f2f21f2f1LFLFLLL

7、LFLFLLFLFL；4.14.1图像采集硬件图像采集硬件按镜头接口分类：C接口、CS接口、F接口等按焦距类型分类：定焦镜头和可变焦距镜头按焦距、视场角大小分类：标准镜头长、焦距镜头、广角镜头、鱼眼镜头、微距镜头按光圈分类：固定光圈式、手动光圈式、自动光圈式等按镜头伸缩调整方式分类：电动伸缩镜头、手动伸缩镜头等远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件远心镜头根据原理分为： 物方远心光路：将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上

8、，物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远。其作用为：可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差。 像方远心光路：将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上，像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远。其作用为：可以消除像方调焦不准引入的测量误差。 两侧远心光路：综合了物方/像方远心的双重作用，主要用于视觉测量检测领域HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件远心镜头技术参数： 高影像分辨率 近乎零失真度 无透视误差 远心设计与超宽景深远心镜头的选择: 其靶面的规格大于或等于相机的靶面即可，当检查物体遇到以下6中情况时，最好选用远心镜头：

9、当需要检测有厚度的物体时（厚度1/10 FOV直径）； 需要检测不在同一平面的物体时； 当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时； 当需要检测带孔径、三维的物体时； 当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时； 当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件 工业相机镜头的选择过程，是将工业相机镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。 波长、是否变焦 特殊要求优先考虑 估算

10、工作距离和焦距 像面大小和像质 光圈和接口相机接口C MountCS MountF Mount可配镜头接口C/F+转接器CS/C+节圈FHALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件4.1.34.1.3光源光源 对比度 亮度 鲁棒性机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。影响反射效果的因素有：光源的位置物体表面的纹理物体表面的几何形状光源的均匀性HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件常用的光源按发光机理分主要有： LED 光源 卤素灯（光纤光源） 高频荧光灯常用的光源按形状分主要有： 环形光

11、源 背光源 条形光源 同轴光源 AOI专用光源 球积分光源 线形光源 点光源 组合条形光源 对位光源HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件直接照明：光直接射向物体，得到清楚的影像。暗场照明：暗场照明是相对于物体表面提供低角度照明。背光照明：从物体背面射过来均匀视场的光。漫射照明：应用于物体表面的反射性或者表面有复杂的角度。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.14.1图像采集硬件图像采集硬件同轴照明：通过垂直墙壁出来的发散光，射到一个使光向下的分光镜上，相机从上面通过分光镜看物体。 了解项目需求，明确要检测或者测量的目标； 分析目标与

12、背景的区别，找出两者之间的光学现象； 根据光源与目标之间的配合关系以及物体的材质，初步确定光源的发光类型和光源颜色； 拿实际光源测试，以确定满足要求的照明方式。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.24.2图像采集算子图像采集算子4.2.1工业相机连接 首先下载相应的相机驱动，如果可以看到硬件识别出来，证明相机和电脑连接成功。然后打开HALCON采集助手，点击“自动检测接口”，就会显示与电脑相连的相应的相机接口。open_framegrabber：连接相机并设置相关参数set_framegrabber_param：设置相机额外参数close_framegrabber：关闭图像采集

13、设备HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.24.2图像采集算子图像采集算子 同步采集是采集到图片之后才返回继续执行，简单来说就是上一张图像处理结束以后才会再次采集图像，采集图像的速率受处理速度影响。主要算子主要算子 grab_image：读取同步采集的图像异步采集是一幅图像采集完成后相机马上采集下一幅图像，即在上一副图像还在处理的时候就开始下一张图像的采集。主要算子主要算子 grab_image_start：异步采集开始 grab_image_async：读取异步采集的图像HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 打开采集助手：点击“菜

14、单栏”中的“助手”，选中“打开新的Image Acquisition”。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 检测接口：点击“自动检测接口”，右边下拉栏就会显示与电脑相连的相机接口。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 采集助手之“连接”设置：接口库接口库：指当前连接中使用的HALCON图像采集的接口库设备设备(D)：指板卡、相机或逻辑设备的ID号端口端口(P)：输入端口的ID相机类型：指相机配置或者信号类型触发触发(r)：选中之后可外触发控制采集分辨率分辨率：即图像的宽高颜色空间颜色空间：可以选择

15、获得RGB图或者灰度图（gray）场场(F)：隔行扫描相机图像选择位深度位深度(B)：图像单个通道的位数一般一般：对于每个设备都不同，可以使用HDevelop语法中的任意类型或Tuple来表示。 点击“连接”按钮可以连接图像采集接口，再点击“断开”可以关闭图像采集接口；点击“采集”可以获取单张图像；点击“实时”可以实时采集图像，再点击“停止”可以停止实时采集；点击“检测”可以尝试对当前采集接口检测参数有效性；点击“所有重置”可以将界面内的所有参数重置为初始值。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 采集助手之“参数”设置：grab_timeout：

16、设置采集超时终止的时间；brightness：设置亮度值(-64到64)contrast：设置对比度值(0到95)hue：设置色调值(-2000到2000)saturation：设置饱和度(0到100)sharpness：设置锐度值(1到7)gama：设置gama值(100到300)white_balance：设置白平衡值(2800到6500)backlight_compensation：是否打开背光补偿能力frame_rate：设置所需的帧速率(以帧每秒为单位)external_trigger：是否有外部触发disconnect_graph：是否延迟显示HALCON编程基础与工程应用编程基础

17、与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 采集助手之“检测”设置：“显示图像显示图像”一般情况下都设置为正常，除非你要测量速度，则设置为快速；“图像显示窗口图像显示窗口”设置为激活，这样采集到的图像将显示在选中的窗口中。HALCON编程基础与工程应用编程基础与工程应用4.34.3图像采集助手图像采集助手 采集助手之“代码生成”设置：控制流控制流(F)：插入代码的通用结构，有“仅初始化”、“采集单幅图像”、“在循环中采集图像”三种选择，对应的代码都不一样。采集模式采集模式(M)：有“异步采集”和“同步采集”两种模式。连接句柄连接句柄(H)：存储采集连接句柄的变量。图像对象图像对象(O)：图像采集变量。循环计数循环计数(L)：采集循环中使用的变量。图像文件图像文件(I)：文件名tuple数组的存储变量。 选中“自动断开连接”，在代码插入时自动关闭连接并释放设