《HALCON數(shù)字圖像處理》課件-第4章 HALCON圖像采集

4.1圖像采集硬件4.1.1相機(jī)4.1.2鏡頭4.1.3光源4.2圖像采集算子4.2.1工業(yè)相機(jī)連接4.2.2同步采集4.2.3異步采集4.3圖像采集助手第4章 HALCON圖像采集HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件4.1.1工業(yè)相機(jī)按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)按照輸出信號方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)按照輸出信號速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等工業(yè)相機(jī)的主要參數(shù)HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件

工業(yè)相機(jī)的主要參數(shù)分辨率（Resolution）像素深度（PixelDepth）曝光方式（Exposure）和快門速度（Shutter）像元尺寸（PixelSize）光譜響應(yīng)特性（SpectralRange）工業(yè)相機(jī)噪聲信噪比（SNR）工業(yè)相機(jī)的主要輸出接口USB接口1394a/1394b接口Gige接口CameraLink接口HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件

工業(yè)相機(jī)的選型選擇工業(yè)相機(jī)的分辨率分辨率=視野范圍/理論精度選擇工業(yè)相機(jī)的芯片CCD/CMOS選擇彩色相機(jī)還是黑白相機(jī)要處理的與圖像顏色有關(guān)，采用彩色相機(jī)，否則建議黑白相機(jī)工業(yè)相機(jī)的幀率選擇相機(jī)的幀率一定要大于或等于物體運(yùn)動速度選擇線陣相機(jī)還是面陣相機(jī)相機(jī)和圖像采集卡的匹配視頻信號的匹配；分辨率的匹配；特殊功能的匹配；接口的匹配工業(yè)相機(jī)的CCD/CMOS靶面選擇CCD/CMOS尺寸時，要結(jié)合鏡頭的焦距、視場角一起選擇HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件典型的工業(yè)相機(jī)供應(yīng)商costar工業(yè)相機(jī)Lumenera數(shù)字工業(yè)相機(jī)Sony（日本）東芝泰力（日本）Dalsa（加拿大）BASLER（德國）UNIQ（美國）Redlake（美國）Atmel（美國）Olynpus（日本）HALCON數(shù)字圖像處理?？低暀C(jī)器視覺發(fā)布1.5億超高分辨率相機(jī)等重磅新品耀世出鏡！4.1圖像采集硬件4.1.2鏡頭鏡頭的相關(guān)參數(shù)焦距（f）：鏡頭到焦點(diǎn)之間的距離，常見的工業(yè)鏡頭焦距有：5mm、8mm、12mm、25mm、35mm、50mm、75mm等，其計算公式為：光圈系數(shù)（相對孔徑）：其倒數(shù)就是光圈系數(shù)，常用的光圈系數(shù)為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個等級。對應(yīng)最大CCD尺寸：鏡頭成像直徑可覆蓋的最大CCD芯片尺寸。接口：鏡頭與相機(jī)的連接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2等。像差（比如畸變、場曲等）：畸變會影像測量結(jié)果，特別是在精密測量中，必通過軟件的方法進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償。HALCON數(shù)字圖像處理分辨率（Resolution）：指在成像平面上1毫米間距內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對數(shù)，單位是“線對/毫米”。不能和相機(jī)的分辨率混為一談。數(shù)值孔徑（NA）：數(shù)值孔徑直接決定了鏡頭的分辨率，數(shù)值孔徑越大，分辨率越高，否則反之。其計算公式為：視場（FOV）：鏡頭實(shí)際拍到的區(qū)域的范圍。其計算公式為：光學(xué)放大倍數(shù)（M）：即芯片尺寸除以視場。即：工作距離（WD）：即物距，鏡頭最下端機(jī)械面到被測物體的距離。4.1圖像采集硬件HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件后背焦(FlangeDistance)：即后焦距，指相機(jī)接口平面到芯片的距離。景深（DOF）：表示滿足圖像清晰要求的最遠(yuǎn)位置與最近位置的差值。HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件鏡頭的分類按鏡頭接口分類：C接口、CS接口、F接口等按焦距類型分類：定焦鏡頭和可變焦距鏡頭按焦距、視場角大小分類：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭長、焦距鏡頭、廣角鏡頭、魚眼鏡頭、微距鏡頭按光圈分類：固定光圈式、手動光圈式、自動光圈式等按鏡頭伸縮調(diào)整方式分類：電動伸縮鏡頭、手動伸縮鏡頭等遠(yuǎn)心鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric），主要是為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設(shè)計，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會變化。HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件遠(yuǎn)心鏡頭根據(jù)原理分為：物方遠(yuǎn)心光路：將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上，物方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于物方無限遠(yuǎn)。其作用為：可以消除物方由于調(diào)焦不準(zhǔn)確帶來的讀數(shù)誤差。像方遠(yuǎn)心光路：將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，像方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于像方無限遠(yuǎn)。其作用為：可以消除像方調(diào)焦不準(zhǔn)引入的測量誤差。兩側(cè)遠(yuǎn)心光路：綜合了物方/像方遠(yuǎn)心的雙重作用，主要用于視覺測量檢測領(lǐng)域HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件遠(yuǎn)心鏡頭技術(shù)參數(shù)：高影像分辨率近乎零失真度無透視誤差遠(yuǎn)心設(shè)計與超寬景深遠(yuǎn)心鏡頭的選擇:

其靶面的規(guī)格大于或等于相機(jī)的靶面即可，當(dāng)檢查物體遇到以下6種情況時，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭：當(dāng)需要檢測有厚度的物體時（厚度>1/10FOV直徑）；需要檢測不在同一平面的物體時；當(dāng)不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時；當(dāng)需要檢測帶孔徑、三維的物體時；當(dāng)需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時；當(dāng)缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件工業(yè)鏡頭的選擇

工業(yè)相機(jī)鏡頭的選擇過程，是將工業(yè)相機(jī)鏡頭各項參數(shù)逐步明確化的過程。作為成像器件，工業(yè)相機(jī)鏡頭通常與光源、相機(jī)一起構(gòu)成一個完整的圖像采集系統(tǒng)，因此工業(yè)相機(jī)鏡頭的選擇受到整個系統(tǒng)要求的制約。一般地可以按以下幾個方面來進(jìn)行分析考慮。波長、是否變焦特殊要求優(yōu)先考慮估算工作距離和焦距像面大小和像質(zhì)光圈和接口相機(jī)接口CMountCSMountFMount可配鏡頭接口C/F+轉(zhuǎn)接器CS/C+節(jié)圈FHALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件4.1.3光源衡量光源的好壞對比度亮度魯棒性光源的控制機(jī)器視覺應(yīng)用的光源控制的訣竅歸結(jié)到一點(diǎn)就是如何控制光源反射。影響反射效果的因素有：光源的位置物體表面的紋理物體表面的幾何形狀光源的均勻性HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件光源的種類常用的光源按發(fā)光機(jī)理分主要有：

LED光源鹵素?zé)簦ü饫w光源）高頻熒光燈常用的光源按形狀分主要有：環(huán)形光源背光源條形光源同軸光源AOI專用光源球積分光源線形光源點(diǎn)光源組合條形光源對位光源HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件光源的照明方式直接照明：光直接射向物體，得到清楚的影像。暗場照明：暗場照明是相對于物體表面提供低角度照明。背光照明：從物體背面射過來均勻視場的光。漫射照明：應(yīng)用于物體表面的反射性或者表面有復(fù)雜的角度。HALCON數(shù)字圖像處理4.1圖像采集硬件同軸照明：通過垂直墻壁出來的發(fā)散光，射到一個使光向下的分光鏡上，相機(jī)從上面通過分光鏡看物體。光源的選型了解項目需求，明確要檢測或者測量的目標(biāo)；分析目標(biāo)與背景的區(qū)別，找出兩者之間的光學(xué)現(xiàn)象；根據(jù)光源與目標(biāo)之間的配合關(guān)系以及物體的材質(zhì)，初步確定光源的發(fā)光類型和光源顏色；拿實(shí)際光源測試，以確定滿足要求的照明方式。HALCON數(shù)字圖像處理4.2圖像采集算子4.2.1工業(yè)相機(jī)連接工業(yè)相機(jī)連接

首先下載相應(yīng)的相機(jī)驅(qū)動，如果可以看到硬件識別出來，證明相機(jī)和電腦連接成功。然后打開HALCON采集助手，點(diǎn)擊“自動檢測接口”，就會顯示與電腦相連的相應(yīng)的相機(jī)接口。主要算子open_framegrabber：連接相機(jī)并設(shè)置相關(guān)參數(shù)set_framegrabber_param：設(shè)置相機(jī)額外參數(shù)close_framegrabber：關(guān)閉圖像采集設(shè)備HALCON數(shù)字圖像處理4.2圖像采集算子4.2.2同步采集

同步采集是采集到圖片之后才返回繼續(xù)執(zhí)行，簡單來說就是上一張圖像處理結(jié)束以后才會再次采集圖像，采集圖像的速率受處理速度影響。主要算子

grab_image：讀取同步采集的圖像4.2.3異步采集異步采集是一幅圖像采集完成后相機(jī)馬上采集下一幅圖像，即在上一副圖像還在處理的時候就開始下一張圖像的采集。主要算子

grab_image_start：異步采集開始grab_image_async：讀取異步采集的圖像HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手使用采集助手步驟打開采集助手：點(diǎn)擊“菜單欄”中的“助手”，選中“打開新的ImageAcquisition”。HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手檢測接口：點(diǎn)擊“自動檢測接口”，右邊下拉欄就會顯示與電腦相連的相機(jī)接口。HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手采集助手之“連接”設(shè)置：接口庫：指當(dāng)前連接中使用的HALCON圖像采集的接口庫設(shè)備(D)：指板卡、相機(jī)或邏輯設(shè)備的ID號端口(P)：輸入端口的ID相機(jī)類型：指相機(jī)配置或者信號類型觸發(fā)(r)：選中之后可外觸發(fā)控制采集分辨率：即圖像的寬高顏色空間：可以選擇獲得RGB圖或者灰度圖（gray）場(F)：隔行掃描相機(jī)圖像選擇位深度(B)：圖像單個通道的位數(shù)一般：對于每個設(shè)備都不同，可以使用HDevelop語法中的任意類型或Tuple來表示。

點(diǎn)擊“連接”按鈕可以連接圖像采集接口，再點(diǎn)擊“斷開”可以關(guān)閉圖像采集接口；點(diǎn)擊“采集”可以獲取單張圖像；點(diǎn)擊“實(shí)時”可以實(shí)時采集圖像，再點(diǎn)擊“停止”可以停止實(shí)時采集；點(diǎn)擊“檢測”可以嘗試對當(dāng)前采集接口檢測參數(shù)有效性；點(diǎn)擊“所有重置”可以將界面內(nèi)的所有參數(shù)重置為初始值。HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手采集助手之“參數(shù)”設(shè)置：grab_timeout：設(shè)置采集超時終止的時間；brightness：設(shè)置亮度值(-64到64)contrast：設(shè)置對比度值(0到95)hue：設(shè)置色調(diào)值(-2000到2000)saturation：設(shè)置飽和度(0到100)sharpness：設(shè)置銳度值(1到7)gama：設(shè)置gama值(100到300)white_balance：設(shè)置白平衡值(2800到6500)backlight_compensation：是否打開背光補(bǔ)償能力frame_rate：設(shè)置所需的幀速率(以幀每秒為單位)external_trigger：是否有外部觸發(fā)disconnect_graph：是否延遲顯示HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手采集助手之“檢測”設(shè)置：“顯示圖像”一般情況下都設(shè)置為正常，除非你要測量速度，則設(shè)置為快速；“圖像顯示窗口”設(shè)置為激活，這樣采集到的圖像將顯示在選中的窗口中。HALCON數(shù)字圖像處理4.3圖像采集助手采集助手之“代碼生成”設(shè)置：控制流(F)：插入代碼的通用結(jié)構(gòu)，有“僅初始化”、“采集單幅圖像”、“在循環(huán)中采集圖像”三種選擇，對應(yīng)的代碼都不一樣。采集模式(M)：有“異步采集”和“同步采集”兩種模式。連接句柄(H)：存儲采集連接句柄的變量。圖像對象(O)：圖像采集變量。循環(huán)計數(shù)(L)：采集循環(huán)中使用的變量。圖像文件(I)：文件名tuple數(shù)組的存儲變量。

選中“自動斷開連接”，在代碼插入時自動關(guān)閉連接并釋放設(shè)備，