具有校准目标对象的成像系统技术方案

本申请涉及具有校准目标对象的成像系统。基于光三角测量的成像系统(200)，用于借助一个或多个相机(230)来捕获关于对象的三维特性的信息。校准目标对象(2000)在所述相机(230)的相应视场(231)内，使得相机(230)能够检测从校准目标对象(2000)的表面结构反射的光，表面结构包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点(412，422a

【技术实现步骤摘要】
具有校准目标对象的成像系统


[0001]本文中的实施例涉及基于光三角测量的成像系统，该系统包括用于校准该成像系统的校准目标对象。

技术介绍

[0002]用于工厂和物流自动化的工业视觉相机和系统可以基于三维(3D)机器视觉，其中捕获场景和/或对象的3D图像。3D图像是指还包括“高度”或“深度”信息，而不包括或至少不仅仅包括关于如常规图像中的仅二维(2D)中的像素的信息(例如，强度和/或颜色)的图像。即，图像的每个像素可以包括与图像中的像素的位置相关联并映射到已经被成像的例如，对象的位置的这种信息。然后可以应用处理以从3D图像提取关于对象的特性(即，对象的3D特性)的信息，并且例如将其转换成各种3D图像格式。关于高度的这种信息可以被称为范围数据，其中范围数据因此可以对应于来自正成像的对象的高度测量的数据，或者换句话说来自对象的范围或距离测量的数据。替代地或附加地，像素可以包括关于例如材料属性的信息，诸如与成像区域中的光的散射或特定波长的光的反射相关的信息。
[0003]因此，像素值可以例如与像素的强度和/或范围数据和/或材料属性相关。
[0004]当图像的图像数据例如由具有被配置为一次一行像素地感测并提供图像数据的传感器的相机一次一行地扫描或提供时，产生线扫描图像数据。线扫描图像的特殊情况是由所谓的“片光”(例如，激光线、3D三角测量)提供的图像数据。激光通常是优选，但也可以使用能够提供“片光”的其它光源，例如，能够提供保持聚焦且不会散开太多的光(诸如由发光二极管(LED)提供的光)的光源。
[0005]3D机器视觉系统通常是基于这种片光三角测量。在这种系统中，存在以特定光图案(诸如作为特定光图案的片光)照亮对象的光源，例如，导致对象上的光或激光线，并且沿着该线可以捕获与对象的轮廓对应的对象的3D特性。所使用的光有时被称为结构光。通过用这种线来扫描对象(即，执行线扫描)，可以捕获与多个轮廓对应的整个对象的3D特性。
[0006]使用片光进行三角测量的3D机器视觉系统或设备可以被称为基于光(或片光)三角测量的，或者简单地当使用激光时的激光三角测量来进行3D成像的系统或设备。
[0007]通常，为了基于光三角测量产生3D图像，来自要成像的对象的反射光被相机的图像传感器捕获，并在图像数据中检测强度峰。峰出现在与被成像的对象上入射光(例如，对应于激光线)从对象被反射的地点对应的位置处。在图像中检测到的峰的位置将映射到对象上反射了导致该峰的光的位置。
[0008]激光三角测量相机系统(即，基于光三角测量的成像系统)将激光线投射到目标对象上，以创建来自目标对象的表面的高度曲线。通过相对于所涉及的相机和光源移动目标对象，关于来自目标对象的不同部分的高度曲线的信息可以通过图像被捕获，并且然后被组合和使用以产生目标对象的三维表示。
[0009]常规上，执行校正激光平面内包括例如透镜失真和透视效应的测量误差的图像传感器校准。当已经校正了这些误差时，也可以校正由(一个或多个)光源的放置引起的例如，
偏斜失真。在校准期间，坐标系通常也与一些参考对准。
[0010]例如，基于光三角测量的成像系统的校准涉及找到能够将图像传感器坐标中的图像传感器数据变换到真实世界坐标的关系。换句话说，例如，校准努力提供传感器度量和坐标与真实世界度量(例如，标准度量单位)和真实世界坐标之间的关系。
[0011]每次设置或变化(例如，彼此相对的位置的变化、视场的变化等)(一个或多个)相机和(一个或多个)光源时，通常都需要建立来自校准的关系。换句话说，在成像系统的设置之后或连同成像系统的设置一起并且在其用于正常操作之前，完成校准。
[0012]在校准期间，对具有预定和已知属性(例如，几何形状)和维度的校准目标对象进行成像，并利用该校准目标对象来建立所述关系。然后使用建立的关系，例如，将其用来配置成像系统，使得当目标对象在正常操作期间由成像系统进行成像时，实现并可以提供更好且更准确的对象的3D表示，并且其与对象的实际和真实维度一致。
[0013]校准的第一部分是例如，对象识别，其中在扫描中(即，在校准目标对象的图像数据中)找到出现平坦的表面的地方。估计这些表面的平面方程，并将平面与具有已知维度和几何形状的校准目标对象的模型进行匹配。
[0014]优选的是，对于可以与成像系统一起使用的全部或许多校准动作和情况，能够使用单个校准对象。例如，对于尽可能多的不同设置(例如，相机和光源配置及关系)以及对于每个设置，能够例如解决偏斜失真和/或完成对准到参考坐标系。
[0015]出于以上目的或与以上类似的目的，现有技术中已经提出了不同种类的校准对象。
[0016]US2018012052A1公开了一种方法和校准对象，其可以被用于相对的相机对准(即，具有彼此相对的两个相机并从两个相对的方向对对象进行成像的设置)。

技术实现思路

[0017]鉴于以上内容，目的是为现有技术提供一个或多个改进或替代，诸如提供基于光三角测量的成像系统，用于在具有促进和/或支持成像系统的校准的改进或替代的校准对象的情况下捕获关于目标对象的3D特性的信息。
[0018]该目的是通过基于光三角测量的成像系统来实现的，该成像系统用于借助被布置在一个或多个第一位置处以检测从所述目标对象反射的光的一个或多个相机来捕获关于所述目标对象的三维特性的信息。该成像系统包括在所述第一位置处的所述一个或多个相机以及在所述相机的相应视场内的校准目标对象，使得相机能够检测从校准目标对象的一个或多个表面结构反射的光。所述一个或多个表面结构具有第一表面结构，该第一表面结构包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点在距该同一平面相同的正交距离处的一个或多个直立正棱锥形凹槽和一个或多个直立正棱锥。各个直立正棱锥的侧面对应于直立正棱锥形凹槽的侧面。存在至少三个直立正棱锥或至少三个直立正棱锥形凹槽，其中所述直立正棱锥形凹槽中至少一个的基部与所述直立正棱锥中至少一个的基部共享至少一边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。
[0019]因此，共享一边的每对侧面将显示为共同平面中的单个表面，并且该表面在一端中会聚到直立正棱锥形凹槽的顶点中并在另一相对端中会聚到直立正棱锥的顶点中。因此，将有相对较大的、易于检测并且可以被用来寻找两个顶点的单个表面。成像系统的校准
从而被促进并使其能够进行有效的校准。因此，已经提供了具有促进和/或支持成像系统的校准的校准目标对象的基于光三角测量的成像系统。
附图说明
[0020]参考所附示意图来更详细地描述本文中的实施例的示例，下面对附图进行简要地描述。
[0021]图1示意性地图示了现有技术的成像系统的示例。
[0022]图2示意性地图示了根据本文中的一些实施例的示例性成像系统。
[0023]图3A至3D分别示意性地例示了根据本文中的一些进一步的实施例的成像系统。
[0024]图4A至4D示出了在本文中的一些实施例中所包括的校准目标对象及其第一表面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光三角测量的成像系统(200)，用于借助被布置在一个或多个第一位置处以检测从目标对象反射的光的一个或多个相机(230)来捕获关于所述目标对象的三维特性的信息，所述系统(200)包括在所述第一位置处的所述一个或多个相机(230)以及校准目标对象(2000)，所述校准目标对象(2000)在所述相机(230)的相应视场(231)内，以使得相机(230)能够检测从校准目标对象(2000)的一个或多个表面结构反射的光，所述一个或多个表面结构具有第一表面结构，第一表面结构包括一个或多个直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)和一个或多个直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)，所述直立正棱锥形凹槽和所述直立正棱锥各自的基部在同一平面中并且各自的顶点(412，422a
‑
c；512a
‑
b，522a
‑
c；612，622a
‑
c)在距所述同一平面相同的正交距离处，其中各个直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)的侧面(423；523；623)对应于直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)的侧面(413；513；613)，存在至少三个直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)或至少三个直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)，其中所述直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)中至少一个的基部共享至少一边，使得共享边的每对侧面(413
‑
1，423a
‑
3；513b
‑
2，523c
‑
2；613
‑
1，623a
‑
2)位于共同平面中。2.如权利要求1所述的成像系统，其中所述直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)中至少两个的基部共享至少两边，或者所述直立正棱锥(420a
‑
c；520a
‑
c；620a
‑
c)中至少一个的基部与所述直立正棱锥形凹槽(410；510a
‑
b；610)中至少两个的基部共享至少两边，使得共享边的每对侧面(413
‑
1，423a
‑
3；51...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：西克IVP股份公司，
类型：发明
国别省市：