视觉系统中的视野扩展系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了可拆除地附加到视觉系统摄像机上的视野扩展器（FOVE），其中所述视觉系统摄像机上具有界定图像平面的图像传感器。在一个实施例中，FOVE包括从分别位于第一和第二部分视野中的场景中沿第一和第二光轴传送光线的第一和第二反光镜。第三和第四反光镜分别接收反射自第一和第二反光镜的光线。所述第三和第四反光镜在第一条带和与第一条带毗邻的第二条带中反射接收的光线到图像平面上。第一和第二光轴近似平行，而场景和图像平面之间的第一聚焦光路以及图像平面和场景之间的第二聚焦光路在长度上近似相等。在实施例中光路被旋转一个直角。

【技术实现步骤摘要】
视觉系统中的视野扩展系统和方法相关申请此专利为共同待决的于2012年2月6日由LaurensNunnink等人申请的名为“视觉系统中的视野扩展系统和方法”的美国专利申请13/367,141的部分连续案，以上申请在此通过引用全文并入。
本专利技术涉及视觉系统，尤其是涉及用于扩展视觉系统摄像机镜头的视野的系统和方法。
技术介绍
执行对象测量、检查、校准和/或符号解码（例如，条形码-也被称为“ID”）的视觉系统在不同领域和行业中得到广泛应用。这些系统基于对获取物体或者对象的图像（通常是单维、二维或者三维上的灰度或者彩色图像）的图像传感器的使用，并且使用板上或者互连的视觉系统处理器对获取的图像进行处理。所述处理器通常包括处理硬件以及执行一个或者多个视觉系统处理的非暂时性计算机可读程序指令以基于处理后的图像信息生成期望输出值。此类图像信息通常可在图像像素阵列中得到，其中每一图像像素均具有多变的颜色和/或饱和度。以ID阅读器为例（在此也被称为摄像机），用户或者自动处理程序获取对象的被认为具有一个或者多个条形码的图像。对此图像进行处理以识别条形码的特征，然后通过解码程序和/或处理器进行解码以获取所述条形码所代表的内在的字母数字数据。ID阅读器的一个常见应用是对沿着生产和物流作业中的路线（比如输送带）移动的目标进行追踪并分类。可将所述ID阅读器定位在整个路线上，在对象在其视野下移动时以合适的视角获取需要的所有对象各自的ID。依赖于阅读器相对于路线的位置和对象的大小，阅读器对于对象的焦距可以是多变的。这样，较大的对象可能导致其距其上方的阅读器较为接近，而较小/较平的对象可能会具有离阅读器较远的条形码。在每一案例中，ID应该在足够的分辨率下出现，这样才能被正确的成像和解码。因此，单个阅读器的视野，尤其是在横向的方向中（垂直于路线的移动方向），通常会受到限制。在对象和/或路线相对较宽的情况下，单个ID阅读器的镜头或者传感器可能会在横向的方向上不具有足够的视野在保持对ID进行精确成像和解码所需要的分辨率的同时覆盖路线的整个宽度。无法对全宽度进行成像会导致阅读器错过其视野之外的ID。数个技术能够克服单个ID阅读器视野上的缺陷，并能够扩展系统在宽度方向上的总视野。举例来说，人们能够采用并排对焦的多个ID阅读器/摄像机以完全覆盖路线的整个宽度。但这通常会导致成本的上升，因为此方案需要额外的硬件和光学器件。可选地，可以采用先天具有更宽视野（FOV）的线扫描系统。然而，此结构也增加了成本，因为其也需要更多的专业硬件并且通常会增加系统的复杂性。举例来说，使用线扫描结构通常需要编码器以检测路线的相对运动。另一方法是在单个ID阅读器中采用较大的传感器，以提供在宽度方向上对线路进行适当成像所需要的分辨率。然而，所述方法也需要额外的成本，因其使用了较少见的硬件。另外，在市场上可以买到的大部分传感器（比如CMOS传感器，但其它类型的传感器，比如CCD，仍然在计划之内）是标准制式的，比如4×3或者16×9，这样，提供较大的横向分辨率也需要同时提高纵向（即路线移动的方向）分辨率。增加的纵向方向可能会导致传感器在多个捕获的图像帧上捕获同一个ID，因为对象穿过了放大了的视野。这反而导致了无关的、对同一ID的处理和/或解码并带来将单个对象误解为多个在阅读器下方通过的对象的风险。因此业界需要一种扩展ID阅读器在移动的路线的宽度方向上的视野的系统和方法，同时不会降低所需的分辨率。业界还需要允许使用传统传感器和摄像光学设备的方法和系统。所述系统和方法应该能够直接安装并使用，并且能够避免在高度/路线移动方向上的分辨率的增加。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种扩展具有界定图像平面的图像传感器的视觉系统摄像机总成所摄取场景的视野的系统和方法，克服了现有技术的缺点。所述系统能够用于作为ID阅读器，因此视野通常可以摆脱摄像机总成传感器的常用分辨率的损失，并保证了有用的特征，比如ID，在扩展了的视野中能被完全捕抓到。在视野控扩展器（FOVE）的一个具体实施方案包括了可拆除的、提供给摄像机总成的附件，其具有专注于接收来自场景的不同横向部分的光线的反光镜，所述场景可以是对象的移动路线。在多个不同的可选实施例中，所述系统被构造和设置于搜索和分析场景中的有用特征（比如符号或者ID），并包括至少一个第一反光镜和一个第二反光镜，在一个场景中至少在一个第一部分视野中沿着第一光轴并在一个第二部分视野中沿着第二光轴从整个视野中传递光线。还至少有一个第三反光镜接收反射自第一反光镜的光线，以及一个第四反光镜接收反射自第二反光镜的光线。所述第三反光镜和第四反光镜被构造和设置为反射其接收的光线，通过图像器透镜（透镜总成），并在第一条带和与所述第一条带毗邻的第二条带中到达所述图像平面上。说明地，第一光轴和第二光轴近似地平行，在场景和图像平面之间的第一聚焦光路长度以及在图像和场景之间的第二聚焦光路长度在长度上近似相等。通过这种方式，根据不同实施方案的结构实现了对相对较宽、较平对象的最优成像，比如对相对视觉系统移动的盒子和纸箱的成像。另外，这个结构还实现了具有附加的FOVE的多视觉系统摄像机的并排设置。在布置中，这些摄像机可被设置为使在相邻摄像机中部分视野的重叠的区域（或者非重叠边界）与摄像机内部生成的部分视野中的内部重叠和/或边界相同。这使得相邻视野之间的待处理数据在一个或者两个相邻摄像机中的重叠图像处理间的区别得以去除。为帮助处理，这样的摄像机可以通过同步的设置在运行时互相连接（比如主-从设置），以便该视觉系统进行处理，并在摄像机之间共享数据。在一个可选的实施例中，移动的反光镜改变其在获取的图像帧之间的位置，因此全场景宽度得以在连续的帧内成像。在一个说明性的实施例中，图像传感器能够定义一个大概的正方形，并且能够（举例来说）定义748×480像素、1024×768像素、2048×1088像素以及1280×1024像素的M×N像素的分辨率，以及其它尺寸。图像平面上的第一条带和第二条带能被设置为垂直堆叠的关系，每一条带均具有共用的水平重叠区域。所述重叠区域可被定义为至少在水平上与被视觉系统摄像机所搜索的最大的有用特征一般大。所搜索的有用特征可以是符号学上的代码，并且所述视觉系统进一步包括符号代码解码系统，从视觉系统摄像机中接收与定位的符号代码相关的信息，并输出代码数据至连接的进一步处理系统中。所述符号代码能被定位于在输送带上移动并穿过所述场景的对象上。在所述FOVE的一个说明性实施例中，第一反光镜包括朝向第一部分视野的第一外侧反光镜，而第二反光镜包括朝向第二部分视野的第二外侧反光镜。第一外侧反光镜和第二外侧反光镜均相对于水平面构成一个锐角。第三反光镜包括第一内侧反光镜，而第四反光镜包括第二内侧反光镜。第一内侧反光镜和第二内侧反光镜分别位于第一垂直面和第二垂直面上上，每一垂直面大体上垂直于水平面。用作说明地，第一内侧反光镜和第二内侧反光镜被构造和设置为将光线从场景中从垂直光路上成直角导向朝向图像传感器的水平光路。在此实施例中，摄像机传感器被旋转因此使宽度方向变成垂直朝向。第一外侧反光镜以及第二外侧反光镜与水平面成相对的45度角布置。第一内侧反光镜和第二内侧反光镜分别与第一垂直面和第二垂直面成相对的45度本文档来自技高网...

【技术保护点】
扩展视觉系统摄像机成像的场景视野的系统，具有镜头总成以及界定图像平面的图像传感器，所述系统被构造和设置为搜索并分析场景中有用特征，所述系统包括：至少第一反光镜和第二反光镜，在至少第一部分视野中沿着第一光轴以及在第二部分视野中沿着第二光轴，从其中的场景中的视野中传送光线，以及至少一接收反射自第一反光镜的光线的第三反光镜和一接收反射自第二反光镜的光线的第四反光镜，所述第三反光镜和第四反光镜在第一条带和邻近所述第一条带的第二条带中反射光线穿过镜头总成到达所述图像平面上，其中第一光轴和第二光轴近似平行，并且位于场景和图像平面之间的第一聚焦光路长度以及位于图像平面和场景之间的第二聚焦光路在长度上大约相等。

【技术特征摘要】
2012.02.06 US 13/367,141;2012.10.04 US 13/645,2411.扩展视觉系统摄像机成像的场景视野的系统，具有镜头总成以及界定图像平面的图像传感器，所述系统被构造和设置为搜索并分析场景中有用特征，所述系统包括：至少第一反光镜和第二反光镜，在至少第一部分视野中沿着第一光轴以及在第二部分视野中沿着第二光轴，从其中的场景中的视野中传送光线，以及至少一接收反射自第一反光镜的光线的第三反光镜和一接收反射自第二反光镜的光线的第四反光镜，所述第三反光镜和第四反光镜在第一条带和邻近所述第一条带的第二条带中反射光线穿过镜头总成到达所述图像平面上，其中第一条带和第二条带被设置为具有水平堆叠的关系，其中第一光轴和第二光轴近似平行，并且位于场景和图像平面之间的第一聚焦光路长度以及位于图像平面和场景之间的第二聚焦光路在长度上大约相等。2.如权利要求1所述的系统，其中第一条带和第二条带均具有共用的垂直重叠区域。3.如权利要求2所述的系统，其中所述重叠区域至少与视觉系统摄像机搜索的最大的有用特征在垂直方向上一样大。4.如权利要求3所述的系统，其中所述搜索的有用特征为符号代码，所述系统进一步包括符号代码解码系统，从视觉系统摄像机处接收与定位的符号代码相关的信息并输出代码数据至互连的进一步处理中。5.如权利要求4所述的系统，其中所述符号代码位于在输送带上移动的穿过场景的对象上。6.如权利要求1所述的系统，其中第一反光镜包括朝向第一部分视野的第一外侧反光镜，而第二反光镜包括朝向第二部分视野的第二外侧反光镜，所述第一外侧反光镜和第二外侧反光镜中的每一个均相对水平面成锐角布置，第三反光镜包括第一内侧反光镜，而第四反光镜包括第二内侧反光镜，所述第一内侧反光镜位于大体上垂直于所述水平面的第一垂直面，并且所述第二内侧反光镜位于大体上垂直于所述水平面的第二垂直面上，其中第一内侧反光镜和第二内侧反光镜被构造和设置为从场景中将来自垂直光路的光线成直角导向朝向图像传感器的水平光路。7.如权利要求6所述的系统，其中传感器被旋转，因此宽度维朝向垂直方向。8.如权利要求6所述的系统，其中第一外侧反光镜和第二外侧反光镜各自相对于水平面成相对的45度角布置。9.如权利要求8所述的系统，其中第一内侧反光镜和第二内侧反光镜各自相对于第一垂直面和第二垂直面中的每一个成相对的45度角布置，这样第一内侧反光镜和第二内侧反光镜中的每一个均(a)垂直于水平面，以及(b)驻留在视觉系统摄像机的光轴上。10.如权利要求6所述的系统，其中第一外侧反光镜、第二外侧反光镜、第一内侧反光镜以及第二内侧反光镜安装在反光镜外壳中，所述反光镜外壳具有统一的管状结构以及至少一个可拆除的端盖。11.如权利要求10所述的系统，其中所述反光镜外壳包括键槽插槽，以啮合安装结构和附件。12.如权利要求11所述的系统，其中所述附件包括发光器。13.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·努恩宁克，C·格斯特，W·埃奎特兹，
申请(专利权)人：康耐视公司，
类型：发明
国别省市：