影像测量仪的光学成像系统实质上是图像的采集过程，即将被测工件的可视化图像转换成能被计算机处理的一系列数据。作为测量的开始和数据的源头，工件图像的好坏直接关系到后续图像处理和测量的质量高低。因此，天准影像测量仪在图像照明、图像聚焦、图像输出三个环节进行了严格的质量把关，以确保采集到的图像清晰、轮廓分明，便于后期处理和测量。
图像照明
照明是影响获取图像质量的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。由于测量对象的差异性，针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。在测量工件的不同部位时，也需要选择不同的照明方式。比如测量工件的表面特征时，需要利用不同角度的表面光照明；测量工件的边缘轮廓尺寸，就需要利用轮廓光源照明。
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天准影像测量仪光学成像系统方案天准影像测量仪独有的六环八区照明光源摒弃了机器视觉中单光源单用途的设计特点，将环形表面光源划分为48个弧形单元，可以针对不同的被测工件实现灵活的照明方案。这样的设计方式可以避免更换测量对象后需要重新设计照明光源的成本。
图像聚焦
合理选择镜头、设计成像光路是测量系统的关键技术之一。被测工件在光源的照明下，通过光学透镜将成像光线聚焦到CCD相机的光敏面阵上。测量系统处理的所有图像信息均通过镜头得到，镜头的质量直接影响到测量系统的整体性能。
天准影像测量仪采用的专业镜头具有极高的对比度及分辨率，它不仅能够适应不同倍率的变焦，也可以提供自动或手动对焦，同时还支持模块化选型。镜头性能非常稳定，畸变极小。
图像输出
CCD相机是一个光电转换器件，它将光学成像系统所形成的光学图像转变成电子信号。对CCD相机除了考察其核心的光电转换器件外，还应考虑成像速度、检测的视野范围、点距精度等因素。天准影像测量仪配置的CCD相机，主要从分辨率、点距间隔和信噪比等方面进行考察，使得图像清晰，出图快捷，噪声少，利于后续的图像处理。