HALCON编程及工程应用 第4章 HALCON图像采集
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• 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
工业相机的主要输出接口
USB接口 1394a/1394b接口 Gige接口 Camera Link接口
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业相机的选型
• 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
➢ 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
4.1图像采集硬件
远心镜头技术参数：
M CCD FOV
➢ 工作距离（WD）：即物距，镜头最下端机械面到被测物体的距离。
HALCON编程基础与工程应用
4.1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。
L1
f
FL2 2 FL
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业相机的主要参数
分辨率（Resolution） 像素深度（Pixel Depth） 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter） 像元尺寸（Pixel Size） 光谱响应特性（Spectral Range） 工业相机噪声 信噪比（SNR）
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业镜头的选择
4.1图像采集硬件
典型的工业相机供应商
➢ 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
➢ 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： ➢ 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。
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。
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
➢ 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。其计算公式为： NA n sin a 2
➢ 视场（FOV）：镜头实际拍到的区域的范围。其计算公式为：
FOV WD CCD尺寸 f
➢ 光学放大倍数（M）：即芯片尺寸除以视场。即：
第4章 HALCON图像采集
4.1图像采集硬件
4.1.1相机 4.1.2镜头 4.1.3光源
4.2图像采集算子
4.2.1工业相机连接 4.2.2同步采集 4.2.3异步采集
4.3图像采集助手
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
4.1.1工业相机 工业相机的主要参数
➢ 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
4.1图像采集硬件
4.1.2镜头
镜头的相关参数
➢ 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：
f
CCD宽WD 物宽
CCD高 WD 物高
➢
光圈系数（相对孔径）相：对孔径
光圈直径 焦距f
D
其倒数就是光圈系
数，常用的光圈系数为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等
；L2
f
FL2 2 FL
；L
L1 来自百度文库
L2
f
2f 2FL2 4 F 2 2 L2
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
镜头的分类
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
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
4.1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，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。
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
工业相机的主要输出接口
USB接口 1394a/1394b接口 Gige接口 Camera Link接口
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业相机的选型
• 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
➢ 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
4.1图像采集硬件
远心镜头技术参数：
M CCD FOV
➢ 工作距离（WD）：即物距，镜头最下端机械面到被测物体的距离。
HALCON编程基础与工程应用
4.1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。
L1
f
FL2 2 FL
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业相机的主要参数
分辨率（Resolution） 像素深度（Pixel Depth） 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter） 像元尺寸（Pixel Size） 光谱响应特性（Spectral Range） 工业相机噪声 信噪比（SNR）
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
工业镜头的选择
4.1图像采集硬件
典型的工业相机供应商
➢ 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
➢ 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： ➢ 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。
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。
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
➢ 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。其计算公式为： NA n sin a 2
➢ 视场（FOV）：镜头实际拍到的区域的范围。其计算公式为：
FOV WD CCD尺寸 f
➢ 光学放大倍数（M）：即芯片尺寸除以视场。即：
第4章 HALCON图像采集
4.1图像采集硬件
4.1.1相机 4.1.2镜头 4.1.3光源
4.2图像采集算子
4.2.1工业相机连接 4.2.2同步采集 4.2.3异步采集
4.3图像采集助手
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
4.1.1工业相机 工业相机的主要参数
➢ 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
4.1图像采集硬件
4.1.2镜头
镜头的相关参数
➢ 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：
f
CCD宽WD 物宽
CCD高 WD 物高
➢
光圈系数（相对孔径）相：对孔径
光圈直径 焦距f
D
其倒数就是光圈系
数，常用的光圈系数为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等
；L2
f
FL2 2 FL
；L
L1 来自百度文库
L2
f
2f 2FL2 4 F 2 2 L2
HALCON编程基础与工程应用
4.1图像采集硬件
镜头的分类
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
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
4.1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，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。