用于检测对象的相机和方法技术

本申请涉及用于检测对象的相机和方法。给出了一种用于检测在检测区域(14)中的对象(36)的相机(10)，具有：具有多个光接收元件的图像传感器(18)，用于从来自检测区域(14)的接收光(12)产生图像数据；接收光学器件(16)，其具有用于设定焦点位置的焦点调节单元(20)，其中接收光(12)在图像传感器(18)上的入射角随着焦点位置的改变而改变；以及控制和评估单元(26)，其被设计用于设定焦点位置以清晰地记录对象(36)的图像数据。在此，补偿由接收光(12)的相应入射角引起的图像数据的检测的灵敏度改变。改变。改变。

【技术实现步骤摘要】
用于检测对象的相机和方法
[0001]本专利技术涉及根据权利要求1和15的前序部分的用于检测在检测区域中的对象的相机和方法。
[0002]在工业应用中，相机以多种方式用于自动检测对象特性，例如用于检查或测量对象。在此，记录对象的图像并且根据任务通过图像处理方法来评估对象的图像。相机的另外的应用是读取代码。在图像传感器的帮助下，记录其上带有代码的对象，在图像中识别代码区域，然后对代码区域进行解码。基于相机的读码器还可以轻松地处理一维条形码以外的代码类型，这些代码类型也像矩阵码一样是二维的，并且提供更多的信息。即使是对打印地址或手迹的自动文本检测(Optical Character Recognition(OCR)——光学字符识别)原则上也是对代码的读取。读码器的典型应用领域是超市收银台、包裹自动识别、邮件分拣、机场行李处理以及其他的物流应用。
[0003]一种常见的检测情况是将相机安装在传送带上方。相机在对象流在传送带上的相对运动过程中记录图像，并根据获得的对象特性启动进一步的处理步骤。例如，这样的处理步骤包括，在对输送的对象发挥作用的机器上对特定的对象进行适应性的进一步处理，或者作为质量控制的一部分通过从对象流中排除某些对象或将对象流分类为多个子对象流来改变对象流。如果相机是基于相机的读码器，则基于所附着的代码识别对象，以便进行正确的排序或类似的处理步骤。
[0004]通常，相机是复杂传感器系统的一部分。例如，在传送带上的读取通道中，通常一方面将多个基于相机的读码器彼此并排地安装以覆盖较大的传送带宽度，另一方面从不同的视角安装多个基于相机的读码器以从多侧记录对象。此外，通常事先用单独的传感器(例如，激光扫描仪)测量被输送的对象的几何形状，以便由此确定焦点信息、触发时间点、具有对象的图像区域等。
[0005]众所周知，使用行扫描相机来检测高分辨率图像，其图像行在相对运动过程中被组合成一个整体图像。通常，这种行扫描相机记录单色图像，也称为灰度值图像或黑白图像。EP 3 822 844 B1公开了一种基于相机的读码器，该读码器具有多个行排列，这些行排列形成至少一个白色行和至少一个彩色行。用白色行记录灰度值图像，而用彩色行同时记录彩色图像。EP 3 822 844B1的特殊性在于，彩色行仅具有两种原色的像素，例如红色和蓝色，而第三原色(在本例中为绿色)则借助白色行来重建。
[0006]图像传感器的特定噪声模式是由各个像素的不同行为产生的，称为固定模式噪声。该固定噪声模式分为光入射时的分量(Photo Response Non
‑
Uniformity(PRNU)——光响应非均匀性)和暗分量(Dark Signal Non
‑
Uniformity(DSNU)——暗信号非均匀性)。不同的像素行为发生在CCD和CMOS图像传感器中，并且是重要的干扰源，特别是对于CMOS图像传感器是重要的干扰源。
[0007]可以测量像素的不同灵敏度，然后对其进行补偿。对于光入射(PRNU)时的分量，图像传感器被均匀的光照射并对形成的图像进行评估。为了补偿，可以使用初始测量的相应归一化的倒数值进行放大。也可以提前进行偏移补偿。
[0008]然而，传统的PRNU补偿仅考虑在垂直定向时的光入射。在光从侧向入射时，像素的
灵敏度可能会发生改变，其中另外，图像传感器的几何效应和半导体的量子效率也在光倾斜入射时起着一定的作用。然而，到目前为止，这种效应还没有得到足够的重视，尤其是当入射角在操作过程中动态改变时。这又特别是基于几何改变的接收光路(例如，通过可枢转的偏转反射镜的)的特定焦点调节的情况。例如，从EP 1 698 995 B1或EP 1 698996B1中已知这类焦点调节，它们都不关注对亮度分布或甚至一般的PRNU的影响。
[0009]US 3 949 162 A阐述了固定模式噪声补偿，但没有讨论倾斜的光入射。在US 8 622 302 B2中，在操作过程中检查初始的固定模式噪声补偿是否仍然合适，并在必要时记录新的暗图像以调整补偿。
[0010]US 9 007 490 B1生成亮度补偿图，并将其作为超分辨率方法的预处理步骤应用于检测的图像。在此，讨论了垂直和倾斜的光入射时的PRNU、渐晕以及强度差异。WO 2010/131210 A1同时补偿其图像数据中的不均匀性和色差。提到的不均匀性的原因还有固定模式噪声、渐晕和垂直光入射时相对于倾斜光入射时的更强信号。然而，这里并不是光整体上以倾斜角度入射的问题，因为相机的构造通常不会发生这种情况。更重要的是，没有考虑到倾斜光入射的角度在操作过程中会动态改变的情况，如根据已经提到的文献EP 1 698 995 B1或EP 1 698 996 B1，通过偏转反射镜的偏转来聚焦的情况。
[0011]因此，本专利技术的任务在于，进一步改进使用相机的图像记录。
[0012]该任务通过根据权利要求1和15的用于检测在检测区域中的对象的相机和方法得以实现。来自检测区域的接收光撞击到具有多个光接收元件或像素的图像传感器上，并且因此，图像传感器记录检测区域和位于那里的对象的图像或者图像数据。为了生成清晰的图像，设置了具有焦点调节单元的接收光学器件，即根据质量要求具有一个或更多个透镜和其它光学元件的接收物镜。焦点调节单元被使用，其被构造成使得随着焦点位置的改变，接收光在图像传感器上的入射角也发生改变。控制和评估单元借助焦点调节单元来设置相应合适的焦点位置，以便记录对象的清晰照片。特别地，控制和评估单元与焦点调节单元一起形成自动对焦。为此，例如可以借助内部距离传感器或外部距离传感器来测量与对象的距离，并根据测量的距离设定焦点位置。优选地，控制和评估单元还与图像传感器连接，以对图像数据进行读出、预处理、评估等类似操作。可替代地，存在相应单独的模块，这些模块一方面负责聚焦，另一方面负责相机中的其他任务，例如处理图像数据。
[0013]本专利技术基于以下基本思想：动态补偿焦点调节对接收光入射角的影响。由图像传感器的光接收元件记录的强度与入射角有关，存在由相应的入射角引起的灵敏度改变，可称为与角度相关的PRNU。控制和评估单元被设计成根据相应的入射角来补偿与角度相关的PRNU。
[0014]本专利技术的优点在于实现了改进的亮度再现，优选是精确的亮度再现。由此提高了图像质量，并且在彩色相机的情况下，也提高了色彩再现。下游的图像处理取得了更好的结果，例如在特征提取方面取得了更好的结果。对于动态改变的入射角，标准PRNU补偿将不再足够了。这又排除了一些特别有效的聚焦方法，这些方法通过焦点调节产生不同的入射角，如根据EP 1 698 995B1或EP 1 698 996B1中的那些方法。即使在入射角改变的情况下本专利技术也能够实现PRNU补偿，因此也开辟了这种聚焦方法。
[0015]优选地，控制和评估单元被设计成通过对放大系数的计算和/或物理调整来补偿图像数据的检测。调整后的放大系数抵消了由于当前入射角而引起的相应的强度改变。为
此，可以物理地控制放大器元件并调整其放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测在检测区域(14)中的对象(36)的相机(10)，所述相机具有：具有多个光接收元件的图像传感器(18)，用于从来自所述检测区域(14)的接收光(12)产生图像数据；接收光学器件(16)，其具有用于设定焦点位置的焦点调节单元(20)，其中所述接收光(12)在所述图像传感器(18)上的入射角随着所述焦点位置的改变而改变；以及控制和评估单元(26)，其被设计用于设定所述焦点位置，以清晰地记录所述对象(36)的图像数据，其特征在于，所述控制和评估单元(26)还被设计用于补偿由所述接收光(12)的相应入射角引起的图像数据的检测的灵敏度改变。2.根据权利要求1所述的相机(10)，其中，所述控制和评估单元(26)被设计用于通过对放大系数的计算和/或物理调整来补偿所述图像数据的检测。3.根据权利要求1或2所述的相机(10)，其中，所述接收光学器件(16)具有可枢转的光学元件(44)，特别是偏转反射镜，并且其中，所述光学元件(44)的偏转使所述焦点位置发生改变，并且从而使所述接收光(12)的入射角发生改变。4.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述控制和评估单元(26)具有存储器，在所述存储器中存储有校正表或校正规则，所述校正表或所述校正规则将亮度调整与所述接收光(12)的相应入射角相关联。5.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述控制和评估单元(26)具有存储器，在所述存储器中存储有校正表或校正规则，所述校正表或所述校正规则将亮度调整与相应焦点位置相关联。6.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述焦点调节单元(20)具有驱动器，并且其中，所述控制和评估单元(26)具有存储器，在所述存储器中存储有校正表或校正规则，所述校正表或所述校正规则将亮度调整与所述驱动器的相应位置相关联。7.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述校正表或所述校正规则是在学习过程中确定的，其中，所述图像传感器(18)被均匀地照射，并且针对所述接收光(12)的不同入射角，测量所述光接收元件上...

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