[發明專利]確定物體上3D表面特征和不平度的系統和方法

有效

• 申請號: 202010778813.9
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN112097696B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: M·阿科皮揚;L·D·雅各布森;R·A·沃爾夫
• 申請（專利權）人: 康耐視公司
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G01B11/06
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 李招祺

本發明提供了一種確定物體上3D表面特征和不平度的系統和方法，用于確定含有相對于物體上光滑周圍表面而言的上升或凹陷區域的某些表面特征的位置和特性的系統和方法。濾波器對場景的距離圖像起作用。濾波器在每個像素周圍限定環形或其他周長形狀，在所述像素內建立最佳擬合表面。所述像素的法線允許導出局部位移高度。所述位移高度用于建立所述物體的高度偏差，通過所述高度偏差，可以確定凸塊、凹部或者其他高度位移特征。所述凸塊濾波器用于通過將最小不平度映射到網格中并隨后將所述網格閾值化以在具有這種不平度的表面上定位區域。具有最小成本的區域是應用標簽和其他物品的可接受的候選區域，在所述區域內，一平滑表面滿足需要。

分案申請

本申請為申請號為201510041524X、申請日為2015年1月27日、題為“確定物體上3D表面特征和不平度的系統和方法”的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于在三維(3D)空間中確定成像的物體表面位移的機器視覺系統。

背景技術

在制造和組裝工藝中，通常可取地分析物體表面，以確定特征和/或不平度的性質。可以使用具有激光位移傳感器(在本文中也稱為激光束“斷面儀”)的形式的機器視覺系統(在本文中也稱為“視覺系統”)，來確定物體表面的位移(或“輪廓”)。激光位移傳感器在與光束傳播路徑垂直的特定平面中使用激光束的平面幕狀物或“風扇”來捕捉并且確定掃描的物體表面的(三維)輪廓。在傳統的設置中，視覺系統相機組件定向為從平面的外面觀看光束的平面。這種設置捕捉在物體表面上的投影線(例如，沿著物理x軸延伸)的輪廓，由于在光束(風扇)平面與相機之間的基線(即，沿著y軸的相對間隔)，所以這促使成像線表現為根據成像點的物理z軸高度(沿著圖像x軸)在y軸方向變化。這種偏差表示表面的輪廓。激光位移傳感器可用于廣泛的檢查和制造操作中，其中，用戶期望通過三角測量法來測量和表征掃描的物體的表面細節。激光位移傳感器的一種形式使用具有可以基于CCD或CMOS設計的透鏡組件和圖像傳感器(或“成像器”)的視覺系統相機。成像器在通過透鏡從成像場景中接收聚焦光的圖像平面上限定預定的灰度場或顏色傳感像素。

在典型的設置中，位移傳感器和/或物體進行相對運動(通常在物理y坐標方向)，以便由相機掃描物體表面，并且通過期望的空間間隔(通常與編碼器或其他運動測量裝置相關聯)(或者替換地，通過基于時間的間隔)，獲得激光線的一系列圖像。通常從單個獲取的圖像中取得這些單輪廓線中的每個。這些線路共同描述成像物體和周圍成像場景的表面，并且限定“距離圖像”或“深度圖像”。

其他相機組件還可以用于在場景中捕捉物體的3D圖像(距離圖像)。例如，可以使用結構光系統、立體視覺系統、DLP計量以及其他設置。這些系統均生成將高度值(即，z坐標)提供給像素的圖像。

由各種類型的相機組件(或其組合)生成的3D(距離)圖像可以用于定位和確定在物體表面上的特定特征的存在和/或特性。對于視覺系統，識別和定位這種特征是一種挑戰，尤其是在該表面本身限定一個不同的表面輪廓的情況下。進一步的挑戰是定位適合于放置某些物品以及應用某些工藝(例如，標簽和/或印刷品)的物體的區域，其中，3D表面不平度可以危害令人滿意的放置。

發明內容

通過提供一種用于相對于在總體物體上的光滑的周圍表面確定通常包括上升或凹陷區域的某些3D表面特征的位置和相對特性的系統和方法，本發明克服了現有技術的缺點。該系統和方法使用對場景的距離(深度)圖像起作用的濾波器。濾波器可以在每個像素周圍限定環形或其他合適的周長形狀，從所述像素中建立最佳擬合表面(例如，最佳擬合平面)。最佳擬合表面用于在像素中生成法線。該法線用于相對于最佳擬合平面的平均高度導出局部位移高度。位移高度用于建立物體的總體“凸塊”或高度偏差圖像，通過該圖像，可以使用合適的視覺系統工具(例如，blob工具、邊緣工具、卡尺工具等)，來定位和分析凸塊、凹部或者其他高度位移/偏差特征。