用于范围检测的测量设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于使用范围数据获取和分析测量物体（１）的三维特征的成像设备和方法。所述成像设备包括：用于在开始测量前配置所述范围数据获取和分析的装置；用于使用至少一个包括像素的传感器（５）通过检测所述物体（１）的反射光来产生所述物体（１）的图像的装置；用于从以传感器像素单位（ｕ，ｖ）测量的所述产生的图像获取所述物体（１）的范围数据的装置；用于将来自传感器像素值的所述获取的范围数据校准为世界坐标的装置；用于通过将所述范围数据重新采样到均匀分隔的网格来修正所述已校准的范围数据的装置；以及用于分析所述已校准的和已修正的范围数据，以得到所述物体（１）的所述三维特征的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及测量设备领域，尤其涉及允许通过使用范围数据获取和分析测量物体的三维特征的测量设备，以及用于这种测量的方法。
技术介绍
二维(2D)智能照相机将2D图像获取、处理、以及分析组合到单个设备中，其中所有的功能都是高度可配置的。可以以任意顺序使用几个处理步骤。由一个步骤产生的输出可以用于配置后续步骤。在后面阶段可以存储和使用中间值。接着这些值可以控制诸如数据流向、输出格式、以及处理和分析中的参数的各个方面。这种高度可配置的分析被称为动态分析。这是与静态分析相对的，在静态分析中，在每个图像上执行相同的分析步骤顺序，而不考虑中间结果。一般的检测任务是首先确定已被告知系统的物体形状。一旦确定下来，就可以确定如物体的面积、边缘、或拐角的特征。接着分析这些特征的性质，其结果一般是一些分类形式的结果(例如接受/拒绝)、测量结果(例如，物体面积)、或这些值的组合。通过将PC或其它控制硬件连接到设备，来执行这种配置。一般使用一些图形用户界面的形式来进行这种配置，这里获取的图像被表示为配置中的辅助工具。在完成配置后，该设备能够作为独立的产品运行，而不需要连接任何PC或其它控制硬件。然而，在这些类型的单元中，获取并处理范围数据，也被称为三维(3D)数据，是不可能的。范围成像(range imaging)被用于获得一组范围值，并且与普通的2D成像法相比，范围图像的像素值不代表光强度，而是代表照相机和被测物体之间的距离。存在许多用于测量范围数据的已知技术。这些技术包括激光三角测量、结构光成像、飞行时间(time-of-flight)测量以及立体成像。许多商业上可得到的设备将范围数据作为输出产生。这些设备一般适用于处理单元，例如用于范围数据的处理、分析和/或存储的PC。这些设备输出范围数据值的流。可以以不同的方式组织这些值。沿穿过物体的直线测量的一维范围值组被称为特征图(profile)。许多连续的特征图形成范围图像。正如普通的二维图像，范围图像包括二维像素组。其区别在于范围图像的像素值描述形状而不是光强度。许多商业上可得到的范围成像产品在产生输出前处理数据。接着输出就是该处理的结果。所有这些产品在一个特征图一个特征图(profile per profile)的基础上处理范围值。处理限于产生单个测量结果，例如特征图面积或边缘的位置。在上面讨论的方面中，分析是静态的。这种范围成像产品的例子是来自德国SICK AG公司的sheetof light传感器DMH。现有范围成像设备中可得到的配置水平和一个特征图一个特征图的分析对于许多检测任务是不足够的。用户一般需要在处理范围数据的设备之外开发客户软件功能，以获得扫描物体的有用特性。正如在2D智能照相机中，一般的检测任务包括确定图像中的一个或多个物体的位置，接着对找到的物体执行不同的测量。应该根据一些用户可配置的协议向其它设备报告结果。在现有的范围成像设备中不能得到这种动态分析。在美国专利号为6 542 245的专利中示出了一种现有技术的方法，所述方法公开了一种用于检测环形部件的三维检测系统。该系统包括一到四个照相机，所述照相机产生将被检测的部件的特征图信号。该特征图信号被传递到分析信号并生成被检测的部件的2D高度图像的计算机。通过将被检测的部件的高度图像与已知的良好部件数据相比较来对其进行分析，以确定被检测的部件是否令人满意或有不可接受的缺陷。该系统在某种程度上是用户-可配置的，例如，操作者选择的将被检测的部件之间的距离、操作者选择的用于检测的部件数量、操作者启动的检测过程，等等。此外，可以从一般的“像素”到真实世界单位校准该系统，例如关于面积的平方英寸或平方毫米和用于线性测量的英寸或毫米。然而，根据上述文献的系统在上述的2D智能照相机方面不是高度用户-可配置的。而且，上述系统用于检测环形部件，即，对称的部件(物体)。当物体具有非对称形状时，如输入到2D图像分析系统中的校准的高度图像(从像素单位到真实世界单位)的使用将导致显示的物体根据相对于照相机的位置而改变尺寸和形状。通常在现有分析系统中得到的校准功能，并没有适当地处理这些失真。因此就需要用于测量物体的三维特征的改进的成像设备和方法，其将2D智能照相机的灵活的配置能力与范围照相机的数据获取结合为单个单元，并且克服了上述的失真问题。
技术实现思路
考虑上述问题，本专利技术的一个目的在于避免上述系统的失真的缺点并提供一种使用范围数据获取和分析来测量物体的三维特征的改进的成像设备。该目的是通过提供一种成像设备实现的，所述成像设备包括用于在开始测量前配置所述范围数据获取和分析的装置；用于使用至少一个包括像素的传感器通过检测所述物体的反射光来产生所述物体的图像的装置；用于从以传感器像素单位测量的所述产生的图像获取所述物体的范围数据的装置；用于将来自传感器像素值的所述获取的范围数据校准为世界坐标的装置，用于通过将所述范围数据重新采样到均匀分隔的网格来修正所述已校准的范围数据的装置；以及用于分析所述已校准的和已修正的范围数据，以得到所述物体的所述三维特征的装置。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于使用范围数据获取和分析来测量物体的三维特征的改进的方法。该另一个目的是通过提供一种方法实现的，所述方法包括以下步骤在开始测量前，提供用于配置所述范围数据获取和分析的装置；通过使用至少一个包括像素的传感器检测所述物体的反射光，来产生所述物体的图像；从以传感器像素单位测量的所述产生的图像，获取所述物体的范围数据；将所述获取的范围数据从传感器像素值校准为世界坐标；通过将所述范围数据重新采样到均匀分隔的网格来修正所述校准的范围数据；以及分析所述已校准的和已修正的范围数据，以得到所述物体的所述三维特征。结合附图进行考虑，从下面的详细描述中，本专利技术的其它目的和性质将变得明显。然而，应该理解附图仅是用于示例性的，而不是作为对本专利技术进行限制的定义，对于本专利技术应该参考随附的权利要求。还应该理解除非以其它方式指出，附图不必按比例绘制，附图仅为了概念性地示出这里描述的结构和步骤。附图说明在附图中，其中在所有几个视图中，相同的附图标记表示相同的元件图1示意性地表示用于测量物体的三维特征的成像设备；图2示意性地表示成像设备的不同组件；图3示意性地表示成像设备的视觉前端的组件；图4a表示现有技术方法中的获取设置，其中沿每条拉出的光线得到一个范围位置；图4b表示修正后的获取设置，其中沿每条假想的光线得到一个范围位置；图5a表示在单个特征图的校准和修正中使用的坐标系统；图5b表示在一序列特征图的校准和修正中使用的坐标系统；以及图5c表示在被视为图像的一序列特征图的校准和修正中使用的坐标系统。具体实施例方式在下文中，将描述用于使用用户-可配置的智能范围照相机获取范围图像的成像设备的优选实施例。图1示意性地表示用于测量物体1的三维特征的成像设备。该成像设备包括至少一个光源3，光源3被配置为以入射光照明物体1。光源3产生结构光，例如点光、线光或由多个实际的点或线段组成的光，光源3可以是适用于应用的任何类型，例如激光、发光二极管(LED)、普通光源(照明灯泡)等，这是所属领域技术人员所熟悉的，这里将不会进一步地描述。在本专利技术的实施例中优选地使用激光，激光光源3产生通过物体1的光线2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于采用范围数据获取和分析测量物体（１）的三维特征的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用至少一个包括像素的传感器（５）检测所述物体的反射光，来产生所述物体的图像；从以传感器像素单位（ｕ，ｖ）测量的所述产生的图像，获取所述 物体（１）的范围数据；将所述获取的范围数据从传感器像素值（ｕ，ｖ）校准为世界坐标（ｘ，ｚ）；其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在开始所述测量前，提供用于配置所述范围数据获取和分析的装置；通过将所述范围数据重 新采样到均匀分隔的网格来修正所述校准的范围数据；分析所述校准的和修正的范围数据，以得到所述物体（１）的三维特征。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：翰里克特贝尔，玛特斯格卡斯托普，
申请(专利权)人：西克IVP股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]