用于基于三角测量的距离测量的鲁棒的光学瞄准器制造技术

本发明专利技术涉及用于基于三角测量的距离测量的鲁棒的光学瞄准器。一种光学扫描器设备包括至少一个图像拍摄设备和至少一个瞄准器光束的发送器。扫描器设备使用被投射以从对象的表面反射的至少一个瞄准器光束来确定到对象的测距，并且检测瞄准器光束反射在由图像拍摄设备拍摄的图像帧内的位置，该位置是从光学扫描器设备到对象的距离的主要指标。与第一指标结合的图像帧内的到对象的距离的辅助指标被用于帮助抵抗噪声地检测瞄准器光束反射，并且检测光学失准的发生，在这种失准之后可能进行校准的自校正。准的自校正。准的自校正。

【技术实现步骤摘要】
用于基于三角测量的距离测量的鲁棒的光学瞄准器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请公开了与2020年12月10日提交的第17/118,374号美国申请相关的主题，其内容通过引用并入本公开。


[0003]本公开一般涉及自动视觉，并且更特别地涉及拍摄和处理包含诸如机器可读符号或图案之类的感兴趣的主题的图像。

技术介绍

[0004]基于图像的光学扫描包括各种各样的应用，诸如机器可读符号(例如，一维符号、2维符号)的读取、光学字符识别、物体检测或识别等。通常，这种系统通过使用具有图像传感器的相机来拍摄对象的数字图像，并且计算地处理所拍摄的图像以自主地检测、识别或读取对象来工作。输出一般包括由对象表示或描述对象的数据。例如，在读取1
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D或2
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D符号的情况下，输出可以是由该符号表示的数字或字母数字串。同样，在识别打印或手写字符或字符集的情况下，输出可以是该字符或字符集的文本表示；在物体识别的情况下，输出可以是描述物体的分类结果(例如，标签)。
[0005]光学扫描器提供了能够拍摄许多不同类型的符号并且在距读取器的不同距离处的多功能性。现有技术的光学扫描器可以使用具有不同视场的多个相机来拍摄对象的多个图像，并且使用图像处理技术来确定用于符号读取的最佳图像。这种扫描器可以采用将相机的光学器件聚焦在正确距离处的自动聚焦系统。
[0006]自动聚焦技术可以是被动的或主动的。被动自动聚焦进行完整的焦点扫描，同时评估图像对比度并决定哪个焦点设置产生最大对比度并因此是要使用的最佳焦点设置。这种方法是一种可靠但缓慢的闭环系统，导致显著的延迟，这不利地影响扫描器设备的响应性。
[0007]主动自动聚焦技术可显著快于被动自动聚焦技术。主动自动聚焦使用辅助测量系统，该辅助测量系统发射不是要拍摄的图像的一部分的信号，并且感测所发射的信号从目标表面的反射。这些包括诸如飞行时间传感器、三角测量、相移测量和超声测量等之类的技术。主动自动聚焦技术提供了一些可以指示从扫描器到目标的距离的度量(例如，回转延迟、相移或在所接收的图像内的斑点(spot)位移等)。进而，所测量的距离被用于设置正确的聚焦位置。主动自动聚焦系统是可以快速的开环系统，但是它们的精度取决于辅助测量系统的性能。同样，最佳焦距和对应的最佳聚焦系统特性(例如，透镜致动器的聚焦位置、与液体透镜或压电致动透镜的比屈光度(specific dioptric power)相对应的电压)之间的开环关系可以被建模得越准确，系统的聚焦速度就可以越快。
[0008]在光发射主动自动聚焦系统(例如使用激斑点投射的那些系统)中，当在可能使图像传感器和斑点分析混淆的非最佳条件(例如，具有外部光的复杂场景、多个反射表面)中操作时，可能存在挑战。为了使这种主动自动聚焦系统更鲁棒，已经提出了三角测量技术，
其依赖于系统的固定机械属性(例如，彼此相距固定距离的多个图像传感器)来区分正确和错误的斑点。
[0009]这些三角测量系统提供了实际的优点，但是可能遭受可能随着时间发生的失准误差和校准损失的可能性。例如，热应力或机械应力可能导致扫描器设备的框架或外壳的翘曲或其他变形，或者光学部件的对准。因此，自动聚焦系统可能无法实现适当的聚焦设置，或者可能需要更多的时间来实现适当的聚焦设置，这两者都是不期望的。需要一种切实可行的解决方案来解决自动聚焦系统中的这些和其它挑战。

技术实现思路

[0010]根据本公开的一些方面，自动系统可操作以检测(一个或多个)图像传感器和(一个或多个)瞄准器发送器中的可能在生产的初始校准之后发生的任何机械失准。这些失准可能与扫描器设备的使用寿命期间的强烈机械冲击或极端温度变化有关，导致扫描器的框架或壳体或光学部件的变形。这种机械事件或热事件可使系统稳定在瞄准器斑点或图案不同于原始制造的位置的状态，这继而可劣化计算距投射的瞄准器斑点或图案的距离的三角测量操作的性能。用于透镜聚焦的这些距离测量结果可能受到三角测量精度劣化的不利影响。此外，即使当那些图像用于不基于距离估计的应用(例如挑选列表解码)时，图像内的瞄准器定位的误差也可能使性能劣化。
[0011]根据一些实施例的自动补偿或重新校准系统可以校正这种检测到的问题。作为在一些实施例中可以利用的一个原理，可以依赖系统的更可靠固定的第一组机械或光学特性作为参考，该参考可用于实现对较不可靠固定的第二组机械或光学特性的失准的校正或重新校准。如下面更详细描述的，在各种实施例中，更可靠固定的第一组机械或光学特性可以包括：
[0012]‑
在使用多个图像拍摄设备102的实现方式中，图像拍摄设备102中的一个和瞄准发送器中的一个可以与扫描器设备的底盘或中心轴集成或固定到扫描器设备的底盘或中心轴，并且使得当扫描器设备经受机械或热应力时更可靠地保持其位置；或
[0013]‑
在利用多个瞄准器光束的实现方式中，来自多个光束的投射的瞄准器斑点或图案之间的相对距离。
[0014]更一般地，根据一些实施例的用于扫描对象的光学扫描器的装置包括接口电路，其包括从所述光学扫描器的至少一个图像拍摄设备接收至少一个图像的输入端，以及控制器电路，控制器电路耦接到接口电路和输入端。控制器电路可操作以处理所述至少一个图像，以基于(a)由光学扫描器的瞄准器发送器为了产生离开所述对象的表面的对应的至少一个反射而投射的至少一个瞄准器光束，以及(b)对所述至少一个瞄准器光束反射在所述至少一个图像内的位置的检测，来确定光学扫描器与所述对象之间的测距。
[0015]所述至少一个瞄准器光束反射在图像内的位置是所述对象的表面与所述光学扫描器的所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的主要指标。此外，所述至少一个图像包含物体表面和所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的辅助指标。将所述辅助指标与第一指标结合使用，以检测光学扫描器的光学失准的发生。
[0016]在另一类型的实施例中，扫描器设备可以被固有地设计和构造，使得在初始制造或校准之后可能发生的任何失准是可检测的。一种这样的方法利用以一定角度发散的两个
或更多个发散的瞄准器光束，该角度使得光束在所拍摄的图像帧内以相同的相对距离产生瞄准器斑点或图案，而不管到瞄准器斑点或图案被投射到其上的对象表面的距离如何。
[0017]根据该类型实施例的光学扫描器的装置包括接口电路，该接口电路包括用于从光学扫描器的至少一个图像拍摄设备接收至少一个图像的输入端，以及耦接到接口电路和输入端的控制器电路。控制器电路可操作以处理至少一个图像，以基于(a)由光学扫描器的瞄准器发送器系统投射的一对发散瞄准器光束的投射以产生离开对象的表面的相应的一对反射，以及(b)在至少一个图像内的一对瞄准器光束反射中的至少一个瞄准器光束反射的位置的检测，来确定光学扫描器和对象之间的测距。
[0018]该对发散的瞄准器光束是发散的，使得由所述至少一个图像传感器在至少一个图像中拍摄的所述一对反射在每个拍摄的图像内彼此分开相同的分开距离，而不管测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于扫描对象的光学扫描器的装置，所述装置包括：接口电路，包括从所述光学扫描器的至少一个图像拍摄设备接收至少一个图像的输入端；以及控制器电路，耦接到接口电路和输入端，控制器电路可操作以处理所述至少一个图像，以基于(a)由光学扫描器的瞄准器发送器系统对至少两个瞄准器光束的投射以产生离开所述对象的表面的对应的至少两个反射，以及(b)对所述至少两个瞄准器光束反射在所述至少一个图像内的位置的检测，来确定光学扫描器与所述对象之间的测距，其中：所述至少两个瞄准器光束反射中的至少一个在图像内的位置是所述对象的表面与所述光学扫描器的所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的主要指标；并且所述至少一个图像包含物体的表面和所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的辅助指标，并且其中将所述辅助指标与第一指标结合使用，以检测光学扫描器的光学失准的发生。2.根据权利要求1所述的装置，其中，光学扫描器包括壳体，并且其中，接口电路和控制器电路、瞄准器发送器系统以及所述至少一个图像拍摄设备全部被容纳在所述壳体内。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个图像拍摄设备至少包括第一图像拍摄设备和第二图像拍摄设备；以及其中，由第一图像拍摄设备拍摄的第一图像包括所述距离的所述主要指标；其中，由第二图像拍摄设备拍摄的第二图像包括所述距离的所述辅助指标；以及其中，所述控制器电路还可操作以执行由所述距离的所述主要指标表示的所述对象的表面与第一图像拍摄设备之间的第一距离与由所述距离的所述辅助指标表示的所述对象的所述表面与第二图像拍摄设备之间的第二距离的第一比较，以产生所述光学失准的指示。4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制器电路进一步可操作以计算与所述光学失准的量相对应的值并且基于计算的值来确定所述辅助指标的补偿值。5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述至少两个瞄准器光束包括n个光束，并且其中，控制器电路还可操作以：确定所述至少一个图像中的每一个是否包含具有恰好n个光束反射的容易场景；以及仅响应于至少一个图像包含所述容易场景的肯定确定来执行对任何光学失准的发生的检测。6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，离开所述对象的表面的所述至少两个反射包括瞄准器图案。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述对象的表面与光学扫描器的所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的所述主要指标包括所述至少一个图像的中心线与所述瞄准器图案的中点位置之间的距离。8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述至少两个瞄准器光束包括两个平行光束，并且其中，物体的表面与所述至少一个图像拍摄设备之间的距离的所述辅助指标包括所述两个平行光束的对应反射的相对距离。9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制器电路适于：
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使用所述主要指标来确定所述对象的表面与所述光学扫描器的所述至少一个图像拍
摄设备之间的第一距离，
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使用所述辅助指标来确定所述对象的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：得利捷IP科技有限公司，
类型：发明
国别省市：