[發明專利]用于確定和控制視覺系統攝影機中的焦距的系統和方法

有效

• 申請號: 201310327177.8
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103576280A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: L·努恩寧克
• 申請（專利權）人: 康耐視公司
• 主分類號: G02B7/09
• 分類號: G02B7/09;G03B13/36
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

技術領域

本發明涉及攝影機鏡頭的自動對焦系統，且更特別地是涉及采用液體透鏡組件的視覺系統攝影機中的自動對焦鏡頭系統。

背景技術

執行測量、檢查、物體對齊和/或符號（例如條形碼）解碼的視覺系統廣泛用于各種應用領域和行業中。這些系統是基于影像傳感器的使用，所述影像傳感器采集對象或物體的影像（一般為灰度圖或彩圖，且為一維、二維或三維），并利用一裝載或連接的視覺系統處理器處理所采集的影像。所述處理器通常包括處理硬件和根據圖像已處理的信息執行一個或多個視覺系統處理以產生所需的輸出的非易失性的計算機可讀的程序指令。該影像信息通常提供于一系列的影像像素內，每一像素都具有不同的顏色和/或亮度。在符號（條形碼）讀取器示例中，用戶或自動程序采集其認為包含一個或多個條形碼的對象的影像。影像被處理以識別條形碼特征，然后通過一解碼程序和/或處理器解碼，獲取由編碼所表示的內在的字母數字數據。

一般來說，視覺系統攝影機包括一內部處理器和其他允許其作為一獨立單元的組件，所述處理器或組件提供所需的輸出數據（例如已解碼的符號信息）至下游程序（例如庫存跟蹤計算機系統）?？扇〉氖菙z影機組件包含一透鏡支架，如常用的可接納多種透鏡結構的C型鏡座，以便使其可適用于特定的視覺系統任務。透鏡結構的選擇可能受到各種不同因素的影響，例如由照度、視場、焦距、攝影軸和成像表面的相對角度，和成像表面上細節的精細度等因素所影響。此外，鏡頭的成本和/或用于安裝視覺系統的可用空間也會影響透鏡的選擇。

在某些視覺系統應用中所需的一典型的透鏡結構為自動對焦組件。例如，所謂的液體鏡頭組件可構建為自動對焦透鏡。一種液體鏡頭使用了兩種感光密度的液體——油為絕緣體而水為導體。通過周圍的電路穿過透鏡的電壓的改變導致液-液界面的曲率的改變，這反過來又導致透鏡焦距的改變。在使用液體透鏡中的一些顯著的優勢為透鏡的強度（其沒有機械活動部件）、其快速響應時間、其相對較好的光學性能，及其低功耗和小尺寸。液體透鏡的使用能夠通過消除手動觸摸透鏡的需要而合意地簡化視覺系統的安裝、設置和維護。相對于其它自動對焦機構，液體透鏡的響應時間非?？焖?。對于具有讀取距離從物體到物體（表面到表面）改變或者在從一個對象的讀取到另一個對象的轉換期間的應用來說同樣是非常理想的。

液體透鏡技術中的最新的發展可從瑞士的Optotune?AG獲得。該透鏡利用可移動的覆蓋貯液器的膜片來改變其焦距。該透鏡與同類設計相比有利地提供一較大的光圈，且運行速度更快。但是，由于熱漂移和其他因素，隨著時間的推移液體透鏡可能會失去校準和聚焦。

失去校準/聚焦后對透鏡重新聚焦的一種方法是遞增地驅動透鏡至各種不同的焦點位置并測量物體例如運行時的物體或校準目標的清晰度。但是，這需要時間和精力從運行時的操作消除，且可能并不可靠（部分取決于照明的質量和成像場景的對比度）。

因此，可取的是提供一種用于穩定液體（或其他自動聚焦）透鏡類型的聚焦的系統和方法，其能夠迅速地且在攝影機操作期間的任意時間點采用。該系統和方法應允許安裝在常規攝影機基座的鏡頭組件安裝，且在進行視覺系統任務時應避免明顯的性能損失。所述系統和方法應允許在一相對較寬的讀取距離的范圍內（例如20厘米至2米）聚焦。

發明內容

本發明通過提供一種利用一體式校準組件確定和控制視覺系統攝影機的鏡頭組件中的焦距的系統和方法克服了現有技術的缺點，所述一體式校準組件向攝影機的成像傳感器提供與焦距有關的光學信息，同時允許沿影像軸采集一場景的運行時的影像。在一個說明性的實施例中，用于確定鏡頭組件的焦距的系統和方法包括位于沿鏡頭組件的光軸的可調透鏡，其提供一可調的焦距設置。該可調透鏡可與一固定成像透鏡相連接，所述固定成像透鏡沿光軸定位于可調透鏡和攝影機傳感器之間。設置有與鏡頭組件一體的新型校準組件。校準組件產生光的投影圖案，所述圖案基于可調透鏡的對焦設置可調地投影在攝影機傳感器上。也就是說，圖案的外觀和/或位置基于可調透鏡的對焦設置而變化。這使得一聚焦程序能夠根據預定的校準信息來確定鏡頭組件的當前焦距，該校準信息與運行該聚焦程序的視覺系統處理器關聯而儲存。校準組件可位于沿透鏡的一側，以便穿過一反射表面從大致垂直于光軸的正交軸投影光的圖案至光軸上。該反射表面可包括一棱鏡、反光鏡和/或分光鏡，其相對于光軸上的一物體覆蓋鏡頭組件的全部或一部分視場。該圖案可位于沿正交軸且遠離反射表面的校準目標上。