4. 相机模型：针孔、远心与线扫，以及 HALCON 中的对应参数
相机模型这东西，说白了就是一套数学规则。它告诉我们，三维世界里的一个点，是怎么跑到二维图像上的。你想想看，如果连这个映射关系都搞不清楚，标定就无从谈起。
HALCON 支持三种主流模型：针孔、远心和线扫。我刚开始接触机器视觉时，总觉得远心相机很神秘，后来才发现，选对模型比调参重要一百倍。
核心观点：标定的本质，就是求解相机模型的内部参数（内参）和外部姿态（外参）。模型选错，标定结果再漂亮也是错的。
4.1 针孔相机模型（Pinhole）
这是最经典的模型。光线通过一个小孔，在成像平面上形成倒像。HALCON 用 CalTab 标定板来处理这个模型。
针孔模型有 5 个内参，外加畸变参数。我列个表，你一看就明白：
| 参数 | HALCON 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| 焦距 | Focus |
镜头光心到成像面的距离，单位米 |
| 主点 x | CenterRow |
光轴与成像面交点的行坐标 |
| 主点 y | CenterCol |
光轴与成像面交点的列坐标 |
| 像元宽 | PixelSize |
单个像素的物理宽度 |
| 像元高 | PixelSize |
通常与宽相等，但可以不同 |
畸变参数也很关键。HALCON 使用 Kappa（径向畸变）和 CamParam 中的多项式系数。我记得有一次，客户说他们的测量总是偏大，我检查后发现是径向畸变没校正。嗯，从那以后，我每次标定都会看一眼畸变图。
我的习惯：针孔模型标定后，一定用 gen_radial_distortion_map 生成畸变校正图。肉眼看一下边缘直线是否变直，比看数值更直观。
4.2 远心相机模型（Telecentric）
远心镜头很特别。它的光线是平行入射的，所以没有透视效果。说白了，物体离镜头远一点近一点，成像大小不变。这在精密测量中非常有用。
远心模型的参数比针孔少一个——它没有焦距概念，取而代之的是 放大倍率。HALCON 中对应的参数是 Magnification。
我列个对比表，帮你快速区分：
| 特性 | 针孔模型 | 远心模型 |
|---|---|---|
| 光线路径 | 发散 | 平行 |
| 物距影响 | 有（近大远小） | 无 |
| 内参数量 | 5 + 畸变 | 4 + 畸变 |
| 典型应用 | 大视野、定位 | 高精度测量 |
远心模型在 HALCON 中的标定流程和针孔几乎一样。但有一个坑：标定板必须与镜头光轴垂直。我曾经在一个项目中，因为标定板倾斜了 5 度，导致测量误差直接翻倍。后来我加了一个机械定位工装，问题才解决。
避坑指南：远心镜头对光照非常敏感。如果光源不均匀，标定板上的圆点边缘会模糊，导致提取精度下降。我建议用背光源或同轴光源。
4.3 线扫相机模型（Line Scan）
线扫相机一次只拍一行像素。它需要物体运动，或者相机运动，才能拼出一张完整的图像。这个模型最复杂，因为它多了一个维度——运动速度。
线扫模型的内参包括：
- 像元尺寸（
PixelSize） - 扫描方向（
ScanDirection） - 行间距（
LineSpacing）——由运动速度决定 - 镜头参数（针孔或远心）
HALCON 中，线扫标定使用 calibrate_cameras 算子，但需要额外指定 LineScan 类型。我记得第一次做线扫标定时，折腾了两天，最后发现是编码器脉冲没接对。你想想看，运动速度不准，标定结果怎么可能对？
下面这张图，帮你理清三种模型的核心区别：
4.4 HALCON 中的参数设置
在 HALCON 中，相机参数通过 CamParam 元组传递。我直接给你看代码，比说一百句都管用：
* 针孔相机参数
* [Focus, CenterRow, CenterCol, PixelSize, Kappa]
CamParamPinhole := [0.008, 512, 512, 0.0000055, 0.0]
* 远心相机参数
* [Magnification, CenterRow, CenterCol, PixelSize, Kappa]
CamParamTele := [0.5, 512, 512, 0.0000055, 0.0]
* 线扫相机参数（基于针孔）
* [Focus, CenterRow, CenterCol, PixelSize, Kappa, LineSpacing, ScanDirection]
CamParamLine := [0.008, 512, 512, 0.0000055, 0.0, 0.0001, 'forward']注意，线扫模型的 LineSpacing 必须与运动速度匹配。如果编码器每脉冲对应 0.1mm，那么 LineSpacing 就设为 0.0001 米。我见过有人把这个参数设反了，结果图像被拉长了一倍。
调试技巧：标定完成后，用 get_calib_data 查看标定误差。如果误差大于 0.5 像素，我建议重新采集标定板图像。别偷懒，多拍 10 张图比事后找 bug 省时间。
4.5 模型选择实战建议
说了这么多，到底怎么选？我总结了一个简单的决策流程：
- 看镜头：如果是普通镜头，选针孔；如果是远心镜头，选远心。
- 看传感器：如果是面阵相机，选针孔或远心；如果是线阵相机，选线扫。
- 看精度要求：如果测量精度要求低于 0.1mm，针孔就够了；如果要求更高，考虑远心。
- 看运动：如果物体必须运动才能成像，线扫是唯一选择。
我个人习惯是，在项目开始前先画一个相机模型选择矩阵。把需求列出来，再对照矩阵选型。这样不容易出错。
重要提醒：不要试图用针孔模型去标定远心镜头。HALCON 虽然能跑出结果，但内参是错的。我曾经接手过一个项目，前任工程师用错了模型，导致所有测量数据都偏了 0.3mm。嗯，后来我重新标定了一遍，问题才解决。
好了，这一章的内容就到这里。三种模型各有各的脾气，但只要你理解了它们的物理本质，HALCON 中的参数设置其实很简单。记住一句话：模型选对，标定事半功倍；模型选错，一切白费。