用于形成低信息内容场景的一维数字表示的机器视觉系统技术方案

一种机器视觉系统用以形成低信息内容场景的一维数字表示，所述低信息内容场景例如由光照平面稀疏照射的场景，且所述一维数字表示是相对于所述机器视觉系统的矩形像素阵列的列形成的投影。

Machine Vision System for Forming One-Dimensional Digital Representation of Low Information Content Scene

A machine vision system is used to form a one-dimensional digital representation of a low-information content scene, such as a scene sparsely illuminated by a light plane, and the one-dimensional digital representation is a projection formed relative to a column of rectangular pixel arrays of the machine vision system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成低信息内容场景的一维数字表示的机器视觉系统
技术介绍
本专利技术大体上涉及机器视觉，且更具体地说，涉及用于形成例如由光照平面稀疏照射的场景的低信息内容场景的一维数字表示的机器视觉系统，且所述一维数字表示是相对于矩形像素阵列的列形成的投影。用于获取3D距离图像(3Drangeimage)的众所周知的方法包含以下步骤：提供具有产生光线的光学件的光源以照射场景的单个平面；定位数码相机以检视光平面，使得光源照射的对象出现在由相机透镜形成的光学图像中；捕捉场景的数字图像；处理数字图像以提取光源照射的场景中的点的图像坐标；以及根据光学系统的三角几何法处理图像坐标以形成适合于测量场景中的对象的一组物理坐标。与此类常规机器视觉方法相关联的主要限制是，对于系统所形成的每一行物理坐标，数码相机必须捕捉可观大小的2维强度图像。这可能使得捕捉场景的3D图像的时间长达获取相同大小场景的强度图像所需的时间的100倍之多，由此使基于激光线的3D图像形成方法在许多工业机器视觉应用中显得过于缓慢。
技术实现思路
本专利技术的方面提供机器视觉系统和方法，其适用于定位光照平面与场景中的对象的相交区以及确定关于所述场景中的各种表面的经照射部分的相对反射率的信息。本专利技术的各方面介绍使得有可能切实实现具有优于所述应用领域中的常规视觉系统的显著优势的视觉系统的方法和设备。在一些方面，本专利技术执行与图1A和图1B的常规视觉系统基本上相同的功能，即，提取与由光照平面与物理场景中的受关注对象的相交区所形成的曲线的图像特征相关联的参数，但在实际实施方案中以实现处理量优势的方式执行所述功能，包含计算。在一个方面，本专利技术提供一种适用于确定图像信息的方法，其包括：基于像素阵列中的多个像素元素中的每一者的入射光能量，累积第一像素信号，所述像素元素各自包含光传感器，所述第一像素信号指示场景的图像；以及通过以下方式获得指示所述场景的所述图像的测量值的信息：将控制信号组应用于所述像素元素的行，每行的像素元素共享共同控制信号，所述控制信号组中的每一组大体上彼此不相关，所述控制信号组中的每一组表示矩阵的不同向量，所述矩阵包括随机基函数与滤波函数的乘积，所述滤波函数具有调谐到预期图像信号中的所要受关注空间频率的频率响应；对于每一控制信号组，根据所述控制信号，聚合基于像素元素列的所述第一像素信号的输出信号；以及数字化所述像素元素的所述列的所述聚合输出信号中的每一者。根据一些此类方面，所述第一像素信号的累积在所述控制信号组的应用之前开始，且在整个控制信号组应用中继续。根据一些此类方面，所述第一像素信号的累积在所述控制信号组的应用之前开始，且临时中断所述控制信号组的应用，且在所述中断期间发生所述第一像素信号的累积的复位和重新开始。根据一些此类方面，根据控制信号，聚合基于像素元素列的所述第一像素信号的输出信号包括：对于每列像素元素，将所述第一像素信号中的第一所选者耦合到此列的第一列输出线，且将所述第一像素信号中的第二所选者耦合到此列的第二列输出线，所述第一像素信号中的第一所选者和所述第一像素信号中的第二所选者由所述控制信号确定。根据一些此类方面，数字化像素元素列的聚合输出信号中的每一者包括：对于每列像素元素，比较第一列输出线和第二列输出线的信号。根据一些此类方面，所述第一像素信号包括电压信号，且其中所述输出信号包括电流信号。根据一些此类方面，像素阵列包含N1行像素元素、N2列像素元素，且M组控制信号应用于像素元素行以形成指示场景的图像的测量值，M比N1小得多。根据一些此类方面，所述滤波函数基于中心差分近似法。根据一些此类方面，经数字化聚合输出信号写入到缓冲器，所述缓冲器存储指示场景的图像的测量值。根据一些此类方面，通过形成随机基函数的转置矩阵和所述测量值的乘积来确定估计值，优化所述估计值，且线的边缘位于所述估计值中。在另一方面，本专利技术提供一种适用于确定图像的信息的方法，其包括：基于像素阵列中的多个像素元素中的每一者的入射光能量，累积第一像素信号，所述像素元素各自包含光传感器；以及通过以下方式获得指示场景的图像的测量值的信息：将控制信号组应用于所述像素元素的行，每行的像素元素分组为各自包含此行的多个像素的像素子组，每行中的像素元素属于共享共同控制信号的每一像素子组，所述控制信号组中的每一组大体上彼此不相关；对于每一控制信号组，根据所述控制信号，聚合像素元素列的输出信号，所述输出信号基于所述第一像素信号；以及数字化所述像素元素的所述列的所述聚合输出信号中的每一者。根据一些此类方面，对于每一行，第一像素子组中的像素元素由至少一个其它像素子组中的像素元素分隔开。根据一些此类方面，每列像素元素仅包含属于相同像素子组的像素元素。根据一些此类方面，控制信号组包括控制信号组的群组，控制信号组的每一群组基于不同取样函数。根据一些此类方面，每一取样函数大体上与其它取样函数不相关。根据一些此类方面，每一子组中的像素元素接收基于不同取样函数的控制信号。根据一些此类方面，所述控制信号基于至少九个不同取样函数，其中在第一时间段中应用基于至少三个不同取样函数的控制信号，在第二时间段中应用基于至少三个其它不同取样函数的控制信号，且在第三时间段中应用基于至少另外三个其它不同取样函数的控制信号。根据一些此类方面，每一取样函数包括随机基函数与滤波函数的乘积，所述滤波函数具有调谐到预期图像信号中的所要受关注空间频率的频率响应。根据一些此类方面，第一像素信号的累积相对于控制信号组的应用异步发生。根据一些此类方面，第一像素信号的累积相对于控制信号组的应用同步发生。根据一些此类方面，根据控制信号，聚合基于像素元素列的所述第一像素信号的输出信号包括：对于每列像素元素，将所述第一像素信号中的第一所选者耦合到此列的第一列输出线，且将所述第一像素信号中的第二所选者耦合到此列的第二列输出线，所述第一像素信号中的第一所选者和所述第一像素信号中的第二所选者由所述控制信号确定。根据一些此类方面，数字化像素元素列的聚合输出信号中的每一者包括：对于每列像素元素，比较第一列输出线和第二列输出线的信号。根据一些此类方面，所述第一像素信号包括电压信号，且其中所述输出信号包括电流信号。根据一些此类方面，所述像素阵列包含N1行像素元素、N2列像素元素，且M组控制信号基于每一取样函数，M比N1小得多。在另一方面，本专利技术提供一种适用于确定图像的信息的方法，其包括：提供图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含分成行和列的多个像素元素，所述像素元素中的每一者包括光传感器，每一行中的像素元素属于多个不同组中的一个组，属于每一组的每一行中的像素元素具有用于接收此行的所述组中的像素元素的控制信号的共同耦合件，每一列像素元素中的像素元素具有用于向此列提供列输出信号的共同耦合件，所述像素元素对所述列输出信号的贡献取决于所述控制信号和所述像素元素所累积的光能量；和数字转换器阵列，其以一对一的对应性与所述像素阵列的列耦合，所述数字转换器经耦合以便从其对应的像素阵列的列接收所述列输出信号；通过以下方式获得所述像素元素上的图像强度信号的测量值：将行输入信号向量应用于所述像素阵列的控制线，针对每一组应用不同行输入信号向量，每一行输入信号向量是一组所有可能的行输入信号向量的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于形成低信息内容场景的一维数字表示的机器视觉系统，所述系统包括：a)图像传感器，其经配置以接收图像信号且处理所述图像信号以输出二进制测量信号，所述图像信号指示从场景收集的光能量，所述图像传感器包括i)以行和列布置的光敏像素和暗像素的像素阵列，所述像素阵列包括A)与所述像素阵列的所述行一对一对应的像素输出控制总线阵列，所述像素输出控制总线中的每一者经配置且布置以将像素输出控制信号提供到所述像素阵列的相应行上的像素，以及B)与所述像素阵列的所述列一对一对应的像素列电路阵列，每一像素列电路包括I)像素输出总线，其经配置且布置以对像素输出信号求和，以及II)像素线性阵列，其以一对一的对应性与所述像素控制总线阵列耦合，所述像素线性阵列包括(a)接收所述图像信号的一部分的所述光敏像素的线性阵列，每一光敏像素包括(i)光信号源，其响应于所述光敏像素接收到的光能量，以及(ii)输出选择电路，其与像素输出控制总线耦合以控制所述光信号源到所述像素输出总线的耦合，所述光敏像素通过所述耦合将像素输出信号提供到所述像素输出总线，(b)所述暗像素的线性阵列，每一暗像素包括(i)暗信号源，其响应于所述暗像素接收到的参考信号，以及(ii)输出选择电路，其与另一像素输出控制总线耦合以控制所述暗信号源到所述像素输出总线的耦合，所述暗像素通过所述耦合将像素输出信号提供到所述像素输出总线，ii)与所述像素阵列耦合的取样模式产生器，所述取样模式产生器经配置以将所述像素输出控制信号的序列提供到所述像素输出控制总线阵列，且还经配置以将所述参考信号提供到所述暗像素，其中A)所述像素输出控制信号的所述序列中的每一元素对应于取样模式矩阵的一行，其经预定以通过所述输出总线阵列上的所述像素输出信号的选择性求和来形成对应于所述像素阵列的列的测量系数阵列，测量系数包括以非规范基底表示的所述图像信号的信息，B)向所述像素输出控制总线阵列提供所述序列中的所述元素使得在所述像素输出总线上形成测量信号，所述测量信号包括用于所述取样模式矩阵的每一行的测量系数阵列，以及C)向所述像素阵列的所述暗像素提供所述参考信号会控制暗像素对所述测量信号的贡献，iii)数字转换器，其与所述像素输出总线阵列耦合以用于二进制化所述测量信号，从而形成所述二进制测量信号，以及b)数字处理器，其与所述图像传感器耦合以接收所述二进制测量信号，所述数字处理器配置有i)用于从所述图像传感器在所述图像传感器已处理所述图像传感器接收到的背景信号时输出的背景二进制测量信号中存取列背景二进制测量向量的指令，所述列背景二进制测量向量对应于与所述像素阵列的列相关联的所述背景信号的一部分，所述背景信号包括所述暗像素在所述光敏像素被防止接收从所述场景收集的所述光能量时接收到的所述参考信号，ii)用于从所述二进制测量信号中存取列二进制测量向量的指令，所述列二进制测量向量对应于所述像素阵列的所述列的所述光敏像素接收到的所述图像信号的所述部分，以及iii)用于形成数字值的指令，所述数字值指示所述像素阵列的所述列的所述光敏像素接收到的所述图像信号的所述部分的量值，用于形成所述数字值的所述指令包含用于计算所述列背景二进制测量向量与所述列二进制测量向量之间的距离的指令。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 14/997,4691.一种适用于形成低信息内容场景的一维数字表示的机器视觉系统，所述系统包括：a)图像传感器，其经配置以接收图像信号且处理所述图像信号以输出二进制测量信号，所述图像信号指示从场景收集的光能量，所述图像传感器包括i)以行和列布置的光敏像素和暗像素的像素阵列，所述像素阵列包括A)与所述像素阵列的所述行一对一对应的像素输出控制总线阵列，所述像素输出控制总线中的每一者经配置且布置以将像素输出控制信号提供到所述像素阵列的相应行上的像素，以及B)与所述像素阵列的所述列一对一对应的像素列电路阵列，每一像素列电路包括I)像素输出总线，其经配置且布置以对像素输出信号求和，以及II)像素线性阵列，其以一对一的对应性与所述像素控制总线阵列耦合，所述像素线性阵列包括(a)接收所述图像信号的一部分的所述光敏像素的线性阵列，每一光敏像素包括(i)光信号源，其响应于所述光敏像素接收到的光能量，以及(ii)输出选择电路，其与像素输出控制总线耦合以控制所述光信号源到所述像素输出总线的耦合，所述光敏像素通过所述耦合将像素输出信号提供到所述像素输出总线，(b)所述暗像素的线性阵列，每一暗像素包括(i)暗信号源，其响应于所述暗像素接收到的参考信号，以及(ii)输出选择电路，其与另一像素输出控制总线耦合以控制所述暗信号源到所述像素输出总线的耦合，所述暗像素通过所述耦合将像素输出信号提供到所述像素输出总线，ii)与所述像素阵列耦合的取样模式产生器，所述取样模式产生器经配置以将所述像素输出控制信号的序列提供到所述像素输出控制总线阵列，且还经配置以将所述参考信号提供到所述暗像素，其中A)所述像素输出控制信号的所述序列中的每一元素对应于取样模式矩阵的一行，其经预定以通过所述输出总线阵列上的所述像素输出信号的选择性求和来形成对应于所述像素阵列的列的测量系数阵列，测量系数包括以非规范基底表示的所述图像信号的信息，B)向所述像素输出控制总线阵列提供所述序列中的所述元素使得在所述像素输出总线上形成测量信号，所述测量信号包括用于所述取样模式矩阵的每一行的测量系数阵列，以及C)向所述像素阵列的所述暗像素提供所述参考信号会控制暗像素对所述测量信号的贡献，iii)数字转换器，其与所述像素输出总线阵列耦合以用于二进制化所述测量信号，从而形成所述二进制测量信号，以及b)数字处理器，其与所述图像传感器耦合以接收所述二进制测量信号，所述数字处理器配置有i)用于从所述图像传感器在所述图像传感器已处理所述图像传感器接收到的背景信号时输出的背景二进制测量信号中存取列背景二进制测量向量的指令，所述列背景二进制测量向量对应于与所述像素阵列的列相关联的所述背景信号的一部分，所述背景信号包括所述暗像素在所述光敏像素被防止接收从所述场景收集的所述光能量时接收到的所述参考信号，ii)用于从所述二进制测量信号中存取列二进制测量向量的指令，所述列二进制测量向量对应于所述像素阵列的所述列的所述光敏像素接收到的所述图像信号的所述部分，以及iii)用于形成数字值的指令，所述数字值指示所述像素阵列的所述列的所述光敏像素接收到的所述图像信号的所述部分的量值，用于形成所述数字值的所述指令包含用于计算所述列背景二进制测量向量与所述列二进制测量向量之间的距离的指令。2.根据权利要求1所述的机器视觉系统，其中所述背景信号进一步包括所述像素阵列上存在的固定模式噪声，所述固定模式噪声使所述像素输出总线上通过所述测量信号的不依赖光能量的变化确定的像素输出信号与所述参考信号不相关。3.根据权利要求1所述的机器视觉系统，其中所述数字处理器用以形成所述数字值的所述列背景二进制测量向量与所述列二进制测量向量之间的所述距离是归一化的汉明距离。4.根据权利要求1所述的机器视觉系统，其中所述数字处理器进一步配置有用于以下操作的指令：(i)存取与所述像素阵列的所述列相关联的所述背景信号的列的量值；以及(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·麦加里，
申请(专利权)人：康耐视股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US