用于测量结构和对象大小的光电设备和校准方法技术

公开了用于测量结构和对象大小的光电设备和校准方法。一种用于测量结构或对象大小的光电设备（10），具有用于将接收光转换成图像数据的光接收元件（20），在光接收元件（20）上游设置的接收光学器件（16、18）以及估值单元（22），其被构建为用于识别图像数据中的结构或对象，该结构或对象以图像点为单位确定，并借助比例因子将尺寸转换为绝对的、特别是公制的长度单位，其中可在校准过程中确定比例因子。估值单元（22）被构建为，找出图像数据中的编码区域并从其读取编码信息，以及在校准期间通过校准码（100）的尺寸来计算比例因子，校准码（100）的编码信息包括以绝对的长度单位为单位的、校准编码（100）的大小说明。

【技术实现步骤摘要】
用于测量结构和对象大小的光电设备和校准方法
本专利技术涉及用于测量结构和对象大小的光电设备和校准方法。
技术介绍
为了对象的光学测量必须校准拍摄或相机系统。因此，应以图像点为单位来确定任何测量平面、对象或线段的尺寸，并因此能够以该校准为基础转换到比如毫米的物理单位。因为通常希望得到高的测量精度，校准也应尽可能的精确。该转换仅当检测拍摄系统能够为物理单位正确分配任意数量的图像点时是可能的。此外必须具有通过校准获得并被提供给拍摄系统的、关于真实测量环境的额外信息。关于拍摄系统的光学系统的模型通常被使用。这样的模型必然包括简化并还可能积累失效容差(Fehlertoleranz)，从而使得该模型在大多情况下不足以准确地反映现实。通常使用如棋盘图案的特定的图案用于校准。这些图案必须被准确分割，因为如果，例如没有准确的发现角点，因为没有任何关于图案拍摄准确性的反馈，已经成功的校准的程度是不清楚的。此外拍摄系统必须具有关于图案元素的实际大小的附加信息。还已知的是，在图像中容纳如方点(Streichholz)或比例尺的标准。这通常是仅作为人类观察者的视觉参考，但不能用于校准以进行自动转换。即使应使用这样的比例尺来校准，但必须以其它的方式告知拍摄系统，比例尺具有哪种绝对尺寸，以及方点有多大或者在两个比例尺刻度之间具有多大的公制距离。用于测量任务的摄像头的其他应用是读码。这种基于摄像头的读码器越来越多地代替了仍然被广泛应用的条形码扫描器。借助于图像传感器，拍摄对象和位于其上编码，确定图像中的编码区域并将其解码。除了一维的条形码之外，基于摄像头的读码器还可以毫无问题地处理其他的编码类型，这些编码类型例如构建为二维矩阵码并可提供更多的信息。由DE102005003254B4已知的是，用于保护(Absicherung)机器的光电传感器以如下方式被参数化，即拍摄具有参数信息的光学码。然而该传感器不用于进行测量，并且所述参数信息不包含任何关于物理长度的参考。在US2008/0143838A1中，根据读取校准编码实现用于手动操作的编码读取器。同样，该编码读取器不适于测量应用，以及校准编码不包含任何关于物理尺寸的信息。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是改善光学测量系统的校准。该目的是通过用于测量结构或对象大小的光电设备以及用于校准的方法来实现的。其中解决方案的根本思想的出发点在于，将关于其绝对尺寸的重要信息直接提供到校准目标中。因此将光学编码应用作为校准目标，其同时被构建为读码器以进行测量的设备读取和解码。因此，一方面，来自所拍摄的图像数据的校准码的尺寸以图像点为单位，以及另一方面通过读取在校准码中自身编码的大小说明来比较校准码的绝对尺寸。因此可计算相应的比例因子，其给出了如一毫米的长度单位对应的图像点的数量。借助于该比例因子可最终获得以图像点为单位拍摄的任意结构元素的尺寸，并将其转换为物理的，例如公制的长度单位。特定的要测量的结构是编码本身或其模块尺寸，在某些应用中希望知道以绝对单位为单位的尺寸。在校准编码中所包含的大小说明是指例如其宽度、高度、对角线、或单个模块宽度的任何尺寸。哪些尺寸被编码，将预先告知设备，或将该信息包含在校准码中。其尺寸是为校准而应用的、以图像点为单位被确定的结构，因此应该与编码的大小说明相对应，或将其适当地转换。本专利技术具有的优点是，显著地简化了校准，同时也特别的准确。其中将避免由校准不足所导致的尺寸的不准确(如在校准时借助光学模型而遇到的不准确)。由于校准编码本身包含其自己的大小说明，并且该信息在读码时被没有损失地传输，可以被告知没有由于校准目标的错误信息或错误测量所导致的不正确的比例因子。估值单元优选地构建为，在读取校准编码时检查标识符，根据这些标识符可识别这些校准码。由此可确保，仅仅是校准码而不是随机的大小信息被用于校准。在优选的实施方案中甚至有可能的是，借助可根据标识符识别的校准码来触发校准。只要被相应地设置为自动校准的设备还识别对于该设备有效的校准码，则比例因子将被检查或被重新计算。估值单元优选地构建为，在校准过程中，校准码的尺寸被从角到角地确定。相应地，包括在校准码中的大小说明参照该尺寸，否则将被相应地转换。参考角是特别有利的，因为其中最可能的结构被利用，并由此比例因子的校准或确定是特别精确的。因此，估值单元优选地构建为，用于确定比例因子，以无误差地读取校准码。如果连续图像对于多次读取是足够快的，则无差错读取被选择，但也可通过读取校准码来反复校准。无误差在这里指的不仅是可能拍摄所有的编码信息(这在任何情况下是先决条件)，而且可以是没有错误地扫描校准码。因此这时无误差地拍摄以图像点为单位的尺寸，例如定义校准码的宽度和高度的角点。作为无误差读取的标准可以参考的是，是否有例如李德-所罗门编码矫正(Reed-Solomon-Korrektur)的误差校正被用来确定所需的编码内容。以这种方式，读码给予了关于校准是否成功以及比例因子是否被准确确定的暗示性的反馈。因为如果没有必需的错误校正，必须进行图像分割和确定编码区域，由此精确确定角的位置。相反，如果在这些预处理步骤中，扫描光栅没有被最佳地放置，并因此会消耗纠错位。不需要纠错的干净的解码过程给出了关于分段的角点的准确度的信息，因此将比例因子和校准作为整体。因此，估值单元被优选地构建为，从校准码中读取绝对的几何形状的信息，并确定将图像数据中的校准码的相对的几何形状转换为绝对的几何形状的转换规则。由于透视失真，通常不拍摄校准码，以使得二维的图像数据中可以识别出其实际的几何形状。例如，矩形的校准码失真成梯形。绝对的几何形状，即矩形的形状，连同尺寸，以及同样地，从校准编码获得的部分信息是预先已知的。因此可能确定校准码的相对的几何形状的转换，例如，将梯形转换到其真实的或绝对的几何形状(例如矩形)。之后，可提供转换，以校正透视畸变，以使校准过程不依靠于读码器的定向。由此，因为变形被消除，可提高随后的测量的准确度，并且可测量任意空间角度。因此，估值单元优选地被构建用来识别误差校准，其中编码的转换规则在图像数据中被应用，并检查通过该形式转换的编码是否具有预期的绝对的几何形状。在校准过程后，可以有意或无意地改变相机的取向。随后，在校准过程中确定的转换规则不再适合。公知的是，在编码上应用所述转换规则不会实现其预期的几何形状，例如矩形。因此，估值单元被优选地构建为，将转换规则应用于图像数据的局部区域，以产生透视纠正的图像。其用于可视化和检查解码和测量结果，还可以因此支持出现在图像中的附加信息，例如标题、被解码的编码信息或被测量的长度。作为格式，可以使用结构化的覆盖格式(比如XML)。这可以不仅以明确定义的方式显示，而且还保留整体的图像信息，而不是通过附加信息重写像素。设备优选地被构建为基于相机的读码器，其光接收元件是矩阵或线状的图像传感器。该基于相机的读码器能够拍摄多个不同的编码，并同时可用于光学测量。因此，估值单元优选地构建为，通过平均化或差值来确定具有比图像传感器的像素分辨率更高分辨率的图像点。通过这样的子像素的分辨率，可实现测量精度高于图像传感器的物理分辨能力。因此，估值单元优选地构建为，用于解码一维码和二维码，特别是由条形、矩形或方形的模块单元组成的编码。一维码是典本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量结构或对象大小的光电设备（10），所述光电设备（10）具有用于将接收光转换成图像数据的光接收元件（20）、估值单元（22）以及在所述光接收元件（20）上游设置的接收光学器件（16、18），所述光电设备（10）被构建为用于识别图像数据中的结构或对象，所述结构或对象的尺寸以图像点为单位来确定，并借助比例因子将所述尺寸转换为绝对的长度单位、特别是公制的长度单位，其中可在校准过程中确定所述比例因子，其特征在于，所述估值单元（22）被构建为用于找出所述图像数据中的编码区域，并从所述编码区域读取编码信息，以及在校准过程期间通过校准码（100）的尺寸来计算所述比例因子，所述校准码（100）的编码信息包括以所述绝对的长度单位为单位的、所述校准码（100）的大小说明。

【技术特征摘要】
2012.03.29 DE 1020121027021;2012.04.20 DE 10201211.一种用于测量结构或对象大小的光电设备(10)，所述光电设备(10)具有用于将接收光转换成图像数据的光接收元件(20)、估值单元(22)以及在所述光接收元件(20)上游设置的接收光学器件(16、18)，所述光电设备(10)被构建为用于识别图像数据中的结构或对象，所述结构或对象的尺寸以图像点为单位来确定，并借助比例因子将所述尺寸转换为绝对的长度单位，其中在校准过程中能够确定所述比例因子，其特征在于，所述估值单元(22)被构建为用于找出所述图像数据中的编码区域，并从所述编码区域读取编码信息，以及在校准过程期间通过校准码(100)的尺寸来计算所述比例因子，所述校准码(100)的编码信息包括以所述绝对的长度单位为单位的、所述校准码(100)的大小说明，以及所述估值单元(22)被构建为确定一种转换规则，该转换规则修正角度均衡并由此将所述图像数据中的所述校准码(100)的角度均衡的、相对的几何形状转变为绝对的实际几何形状而无需角度均衡并且识别错误校准，其中将所述转换规则应用到所述图像数据中的编码，并检查被转换的编码是否具有所希望的绝对的几何形状。2.如权利要求1所述的设备(10)，其中所述长度单位是公制的长度单位。3.如权利要求1所述的设备(10)，其中所述估值单元(22)被构建为用于在读取所述校准码(100)时检查标识符，借助所述标识符，所述校准码(100)能够作为可识别的校准码(100)。4.如权利要求2所述的设备(10)，其中所述估值单元(22)被构建为用于在读取所述校准码(100)时检查标识符，借助所述标识符，所述校准码(100)能够作为可识别的校准码(100)。5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述估值单元(22)被构建为用于在所述校准过程期间从角到角地确定所述校准码(100)的尺寸。6.如权利要求1至4中任一项所述的设备(10)，其中所述估值单元(22)被构建为用于确定应用于无误差地读取所述校准码(100)的所述比例因子。7.如权利要求1至4中任一项所述的设备(10)，其中所述估值单元(22)被构建为用于从所述校准码(100)读取所希望的绝对的几何形状。8.如权利要求7所述的设备(10)，其中所述估值单元(22)被构建为用于在所述图像数据的部分区域上应用所述转换规则，以便产生角度均衡的图像。9.如权利要求1至4中任一项所述的设备(10)，其中所述设备(10)被构建为基于相机的读码器，所述读码器的光接收元件(20)是矩阵型图...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·舒勒，迪特拉姆·林克灵，萨沙·伯格哈特，
申请(专利权)人：西克股份公司，
类型：发明
国别省市：