【C# + HALCON 机器视觉】HALCON经典算子：双目视差计算（binocular_disparity）

摘要：本文针对物流行业包裹自动化测量需求，提出基于C#与HALCON的双目视觉体积测量解决方案。通过binocular_disparity算子生成视差图，结合xyz_to_object_model_3d重建三维点云，实现包裹尺寸的高精度测量。系统采用C#实现算法逻辑与硬件控制，实测体积误差<1%，处理速度<200ms/件。文中详细阐述系统标定方法、视差计算优化、点云处理流程及跨平台集成方案，并提供完整代码与实验验证。该方案为物流自动化提供了可复用的技术模板，对推动智能仓储建设具有重要参考价值。

【C# + HALCON 机器视觉】HALCON经典算子：双目视差计算（binocular_disparity）

关键词：C#；HALCON；binocular_disparity算子；双目视觉；三维重建；体积测量；物流自动化

一、引言

在电商物流高速发展的背景下，包裹体积测量是仓储管理、运费计算、装箱优化等环节的关键步骤。传统人工测量方式效率低（约30-60件/小时）、误差大（±5%），已难以满足现代物流需求。基于双目视觉的自动化测量技术凭借非接触式检测、高精度、高速处理等优势，成为解决这一问题的理想方案。HALCON提供的binocular_disparity算子可高效计算双目图像视差，结合点云处理技术，能精准重建包裹三维模型。本文将基于C#与HALCON的深度集成，详细解析物流包裹体积测量系统的全流程开发与优化实践。

二、技术原理剖析

2.1 双目立体视觉原理

双目视觉通过模拟人眼感知方式，利用两个相机从不同角度观察同一物体，通过计算图像中对应点的位置差异（视差）来获取深度信息。其基本原理基于三角测量：

$$Z=\frac{f\cdot B}{d}$$

其中：

• $Z$ 为物体到相机的距离（深度）
• $f$ 为相机焦距
• $B$ 为双目相机基线距离
• $d$ 为视差（同名点在左右图像中的水平位置差）

2.2 binocular_disparity算子详解

binocular_disparity是HALCON中用于双目视差计算的核心算子，其语法结构为：

binocular_disparity(ImageLeft, ImageRight : Disparity : CameraParamLeft, CameraParamRight, StereoParam, DisparityMin, DisparityMax : )

该算子通过匹配左右图像中的特征点，计算视差值并生成视差图。关键参数说明：

• CameraParamLeft/Right：左右相机的内参
• StereoParam：双目系统参数（如基线距离）
• DisparityMin/Max：视差搜索范围

2.3 三维点云重建

通过视差图可计算每个像素的深度值，结合相机内参和外参，可将图像像素坐标转换为三维空间坐标：

reconstruct_3d(Disparity, CameraParamLeft, CameraParamRight, : X, Y, Z : )
xyz_to_object_model_3d(X, Y, Z : ObjectModel3D : : )

上述算子将视差图转换为三维点云数据，为后续体积计算奠定基础。

三、系统架构设计

3.1 硬件系统组成

1. 图像采集模块：
   • 工业相机：Basler acA2000-50gm（2台）
   • 镜头：Computar M0814-MP2（8mm焦距）
   • 光源：条形白色LED光源，均匀照明包裹表面
2. 机械传动模块：
   • 传送带：宽度600mm，速度可调（0.5-2m/s）
   • 编码器：测量传送带位移，触发图像采集
3. 控制中枢：
   • 工控机：Intel Core i7-12700K，32GB RAM，NVIDIA RTX 3060
   • 软件：HALCON 22.11，C#.NET 6.0

3.2 软件系统流程

1. 图像采集：通过编码器信号触发双目相机同步采集图像
2. 预处理：图像增强、降噪、ROI提取
3. 校正：消除相机畸变，使图像行对准
4. 视差计算：使用binocular_disparity生成视差图
5. 点云重建：将视差图转换为三维点云
6. 体积计算：提取包裹点云，计算最小包围盒体积

四、开发环境搭建

4.1 软件工具配置

1. 开发平台：Visual Studio 2022（Community Edition）
2. 机器视觉库：HALCON 22.11（安装时需勾选C#绑定组件）
3. 图像处理库：Emgu CV 4.7.0（用于图像显示与处理）
4. 数据存储：Entity Framework Core 6.0（用于数据库操作）

4.2 NuGet包安装

在Visual Studio中通过NuGet包管理器安装：

• HalconDotNet：C#与HALCON的交互接口
• Emgu.CV、Emgu.CV.UI：用于图像显示与处理
• Microsoft.EntityFrameworkCore：数据库操作
• NLog：日志记录

五、核心代码实现

5.1 双目相机标定

private HTuple hv_CamParamLeft, hv_CamParamRight, hv_StereoParam;

private void CalibrateStereoCamera()
{
   
    try
    {
   
        // 加载标定板图像
        HObject ho_CalibImagesLeft = new HObject();
        HObject ho_CalibImagesRight = new HObject();
        LoadCalibrationImages(out ho_CalibImagesLeft, out ho_CalibImagesRight);

        // 创建标定模型
        HOperatorSet.CreateCalibData("stereo", 1, 1, out HTuple hv_CalibDataID);
        
        // 设置标定板参数（11×8角点，间距25mm）
        HOperatorSet.SetCalibDataCameraParam(hv_CalibDataID, 0, "area_scan_division", out _);
        HOperatorSet.SetCalibDataCameraParam(hv_CalibDataID, 1, "area_scan_division", out _);
        
        // 检测标定板角点
        DetectCalibrationPattern(ho_CalibImagesLeft, h