[發(fā)明專利]具有校準(zhǔn)目標(biāo)對象的成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110042831.5
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN113124771B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·瑞德斯特羅姆
• 申請（專利權(quán)）人: 西克IVP股份公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 曹瑾

本申請涉及具有校準(zhǔn)目標(biāo)對象的成像系統(tǒng)。基于光三角測量的成像系統(tǒng)(200)，用于借助一個或多個相機(230)來捕獲關(guān)于對象的三維特性的信息。校準(zhǔn)目標(biāo)對象(2000)在所述相機(230)的相應(yīng)視場(231)內(nèi)，使得相機(230)能夠檢測從校準(zhǔn)目標(biāo)對象(2000)的表面結(jié)構(gòu)反射的光，表面結(jié)構(gòu)包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的頂點(412，422a?c；512a?b，522a?c；612，622a?c)在距該同一平面相同的正交距離處的一個或多個直立正棱錐形凹槽(410；510a?b；610)和一個或多個直立正棱錐(420a?c；520a?c；620a?c)。所述直立正棱錐形凹槽(410；510a?b；610)中至少一個的基部與所述直立正棱錐(420a?c；520a?c；620a?c)中至少一個的基部共享至少一邊，使得共享邊的每對側(cè)面(413?1，423a?3；513b?2，523c?2；613?1，623a?2)位于共同平面中。

技術(shù)領(lǐng)域

本文中的實施例涉及基于光三角測量的成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于校準(zhǔn)該成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)目標(biāo)對象。

背景技術(shù)

用于工廠和物流自動化的工業(yè)視覺相機和系統(tǒng)可以基于三維(3D)機器視覺，其中捕獲場景和/或?qū)ο蟮?D圖像。3D圖像是指還包括“高度”或“深度”信息，而不包括或至少不僅僅包括關(guān)于如常規(guī)圖像中的僅二維(2D)中的像素的信息(例如，強度和/或顏色)的圖像。即，圖像的每個像素可以包括與圖像中的像素的位置相關(guān)聯(lián)并映射到已經(jīng)被成像的例如，對象的位置的這種信息。然后可以應(yīng)用處理以從3D圖像提取關(guān)于對象的特性(即，對象的3D特性)的信息，并且例如將其轉(zhuǎn)換成各種3D圖像格式。關(guān)于高度的這種信息可以被稱為范圍數(shù)據(jù)，其中范圍數(shù)據(jù)因此可以對應(yīng)于來自正成像的對象的高度測量的數(shù)據(jù)，或者換句話說來自對象的范圍或距離測量的數(shù)據(jù)。替代地或附加地，像素可以包括關(guān)于例如材料屬性的信息，諸如與成像區(qū)域中的光的散射或特定波長的光的反射相關(guān)的信息。

因此，像素值可以例如與像素的強度和/或范圍數(shù)據(jù)和/或材料屬性相關(guān)。

當(dāng)圖像的圖像數(shù)據(jù)例如由具有被配置為一次一行像素地感測并提供圖像數(shù)據(jù)的傳感器的相機一次一行地掃描或提供時，產(chǎn)生線掃描圖像數(shù)據(jù)。線掃描圖像的特殊情況是由所謂的“片光”(例如，激光線、3D三角測量)提供的圖像數(shù)據(jù)。激光通常是優(yōu)選，但也可以使用能夠提供“片光”的其它光源，例如，能夠提供保持聚焦且不會散開太多的光(諸如由發(fā)光二極管(LED)提供的光)的光源。

3D機器視覺系統(tǒng)通常是基于這種片光三角測量。在這種系統(tǒng)中，存在以特定光圖案(諸如作為特定光圖案的片光)照亮對象的光源，例如，導(dǎo)致對象上的光或激光線，并且沿著該線可以捕獲與對象的輪廓對應(yīng)的對象的3D特性。所使用的光有時被稱為結(jié)構(gòu)光。通過用這種線來掃描對象(即，執(zhí)行線掃描)，可以捕獲與多個輪廓對應(yīng)的整個對象的3D特性。

使用片光進(jìn)行三角測量的3D機器視覺系統(tǒng)或設(shè)備可以被稱為基于光(或片光)三角測量的，或者簡單地當(dāng)使用激光時的激光三角測量來進(jìn)行3D成像的系統(tǒng)或設(shè)備。

通常，為了基于光三角測量產(chǎn)生3D圖像，來自要成像的對象的反射光被相機的圖像傳感器捕獲，并在圖像數(shù)據(jù)中檢測強度峰。峰出現(xiàn)在與被成像的對象上入射光(例如，對應(yīng)于激光線)從對象被反射的地點對應(yīng)的位置處。在圖像中檢測到的峰的位置將映射到對象上反射了導(dǎo)致該峰的光的位置。

激光三角測量相機系統(tǒng)(即，基于光三角測量的成像系統(tǒng))將激光線投射到目標(biāo)對象上，以創(chuàng)建來自目標(biāo)對象的表面的高度曲線。通過相對于所涉及的相機和光源移動目標(biāo)對象，關(guān)于來自目標(biāo)對象的不同部分的高度曲線的信息可以通過圖像被捕獲，并且然后被組合和使用以產(chǎn)生目標(biāo)對象的三維表示。

常規(guī)上，執(zhí)行校正激光平面內(nèi)包括例如透鏡失真和透視效應(yīng)的測量誤差的圖像傳感器校準(zhǔn)。當(dāng)已經(jīng)校正了這些誤差時，也可以校正由(一個或多個)光源的放置引起的例如，偏斜失真。在校準(zhǔn)期間，坐標(biāo)系通常也與一些參考對準(zhǔn)。