本發(fā)明涉及視覺系統(tǒng)相機(jī)，更具體地涉及視覺系統(tǒng)相機(jī)的照明系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
用于測(cè)量、檢測(cè)、校正對(duì)象和/或符號(hào)解碼（例如條形碼）的視覺系統(tǒng)在應(yīng)用和工業(yè)中被廣泛地使用。這種系統(tǒng)基于使用一種圖像傳感器，該圖像傳感器獲得物體或目標(biāo)的圖像（典型地灰度或彩色圖像，及一維、二維或三維圖像），使用板載的或互聯(lián)的視覺系統(tǒng)處理器處理這些獲得的圖像。處理器通常既包括處理硬件又包括非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀程序指令，它們基于圖像處理的信息執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)視覺系統(tǒng)處理以產(chǎn)生期望輸出。該圖像信息通常被提供在圖像像素的陣列中，每一個(gè)圖像像素都具有不同顏色和/或強(qiáng)度。在符號(hào)（條形碼）閱讀器的示例中，用戶或自動(dòng)處理過程獲得被認(rèn)為包含一個(gè)或多個(gè)條形碼的目標(biāo)的圖像。該圖像被處理以識(shí)別條形碼的特征，然后通過解碼程序和/或處理器來解碼該特征以獲得代碼所代表的內(nèi)在的文字?jǐn)?shù)據(jù)。越來越需要提供一種可用于多種不同目的的視覺系統(tǒng)和相關(guān)的視覺系統(tǒng)組件。例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?2/184187、名稱為“視覺傳感器、系統(tǒng)和方法”、由E.JohnMcGarry等發(fā)明的美國(guó)專利中示出和描述了一種集成傳感器和單指令、多數(shù)據(jù)(SIMD)處理器，其可被稱為片上視覺系統(tǒng)（VSoC），其示教的內(nèi)容作為有用的

背景技術(shù)：
信息通過引用并入本文中。這種架構(gòu)提供了一種用于不同視覺系統(tǒng)任務(wù)的高度通用和廣泛使用的視覺系統(tǒng)平臺(tái)。通用系統(tǒng)能夠通過消除設(shè)置一系列為特定目的建立的、用于特定應(yīng)用的視覺系統(tǒng)裝置的需要降低了成本。因而需要提供這種視覺系統(tǒng)平臺(tái)。還可使用其它現(xiàn)有的傳感器和處理器裝置（例如數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs））以提供一種相對(duì)緊湊和耐用的視覺系統(tǒng)。許多相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要部件是照明部件。為了充分地獲得物體表面的圖像，需要有適當(dāng)?shù)恼彰?。依?jù)所拍攝物體的特點(diǎn)和攝影軸與物體的相對(duì)角度，使用的照明類型也可以變化。例如，一些物體（例如，平坦（peened）物體）可以通過低角度照明取到最佳成像，然而，其他物體（如印刷的，高對(duì)比度的物體）通常通過直接，高角度照明取得最佳成像。同樣地，照明的波長(zhǎng)根據(jù)物體的性質(zhì)發(fā)生變化一也就是說，一些物體適合可見范圍內(nèi)的照明，而其它物體可以通過使用紅外線（IR）或紫外線（UV）燈來照亮。而且，在一些應(yīng)用中，希望使用偏振光和/或利用偏光器或其他合適的濾光器來過濾進(jìn)入相機(jī)的光。許多相機(jī)系統(tǒng)包括環(huán)形照明組件，該裝置由一行或多行圍繞相機(jī)鏡頭的照明組件組成。這些照明器經(jīng)常被固定在一個(gè)地方，構(gòu)建在電路板上，包含預(yù)定數(shù)量和排列的發(fā)光元件，例如LED。照明器根據(jù)其預(yù)期的應(yīng)用提供給系統(tǒng)，且在系統(tǒng)交付后其不能容易地被替換。而且，為了提供需要的庫(kù)存以滿足潛在客戶的需求，制造商可能為系統(tǒng)提供多種照明器。一些系統(tǒng)可能在它們賣給（如果其確實(shí)能賣出）客戶/用戶之前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保留在庫(kù)存中。這樣會(huì)增加制造商的成本并使可利用照明器的選擇種類受到限制。為了滿足特定用戶的需求，制造商需要生產(chǎn)定做的照明器，這使其需承擔(dān)進(jìn)一步的費(fèi)用并拖延向用戶交付完成的視覺系統(tǒng)的時(shí)間。此外，當(dāng)交付系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其照明部件有不足之處，或者希望將系統(tǒng)重新分配給不同的應(yīng)用時(shí)，用更適合這項(xiàng)任務(wù)的照明器來替換原來附帶的照明器是具有挑戰(zhàn)性且不切實(shí)際的。因此，希望為視覺系統(tǒng)提供高通用性，適合于各種應(yīng)用的照明組件，而無需保留大量的完成的視覺系統(tǒng)的存貨。這樣的照明組件應(yīng)該能夠和各種相機(jī)鏡頭系統(tǒng)交互操作，并且可更換以避免需要高成本地改變底層的視覺系統(tǒng)的物理外殼或包裝。此外，該照明組件應(yīng)能夠在各種角度和大范圍的功率輸出級(jí)別投射各種類型（波長(zhǎng)）的光。另外，該照明組件應(yīng)允許使用各種濾波器，以調(diào)節(jié)投射照明和/或光學(xué)過濾由相機(jī)從被照明場(chǎng)景接收的光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明通過提供有可更換照明組件的視覺系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足?？筛鼡Q照明組件的視覺系統(tǒng)在不改變基本的光學(xué)器件，傳感器或視覺處理器以及與其相關(guān)的外殼的情況下，可增強(qiáng)用于系統(tǒng)的照明在類型和配置方面的通用性。視覺系統(tǒng)外殼包括前板，其可選地包括多個(gè)用于接受不同類型鏡頭的多個(gè)安裝底座。前板上設(shè)有可選的連接器用于為液體鏡頭部件接收電氣連接。前板包括可與說明性的照明組件可拆卸地互連的連接器。照明組件包括至少正面透光的蓋子。該蓋子封閉可包括多個(gè)發(fā)光元件（示例性地，若干組分立的LED）的照明組件，發(fā)光元件圍繞著光圈，從被拍攝場(chǎng)景接收的光線通過該光圈進(jìn)入鏡頭。該蓋子包含與鏡頭/光學(xué)器件的光軸大致對(duì)齊的窗口。窗口可以是透明的或者被構(gòu)造和設(shè)置為選擇性地過濾接收到的光。在窗口可提供非透明的光學(xué)特性的情況下，其可以阻止或允許離散波長(zhǎng)范圍的光通過，或阻止/允許離散方向的光通過，如偏光器。窗口還可以提供其它的光調(diào)節(jié)作用，例如全息漫射器。發(fā)光元件/LED還可以包括鏡頭，蓋子或者介于發(fā)光元件和透光蓋面之間的插片形式的光調(diào)節(jié)部件。該插片可以漫射或者過濾透射光，相對(duì)于整個(gè)照明部件上的不同發(fā)光元件可包括多個(gè)不同效果。照明部件可包括位于由蓋子形成的井之內(nèi)的電路板。電路板的后面與蓋的后邊緣隔開，與前板可拆卸地和密封地接合在一起。該隔開的空間為向前突出于前板面的鏡頭部件提供空隙。電路板的后部還包括與前板連接器可拆卸地接合在一起的連接器。在一個(gè)實(shí)施例中，前板的照明連接器是一個(gè)多針插座，且當(dāng)照明組件與前板接合時(shí)，照明組件的連接器是和插座的插孔對(duì)齊且大致平行于鏡頭軸線的多個(gè)插針。該照明組件的后邊緣設(shè)有墊片，且其通過多個(gè)穿過蓋子上的底座并進(jìn)入前板的緊固件被固定于前板。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光元件（如LED）布置為至少離散的四個(gè)燈組（Bank），該至少離散的四個(gè)燈組圍繞光圈。說明性地，所述燈組的每一個(gè)包含一串LED，且可以在其四邊上的每一個(gè)邊上設(shè)置一個(gè)內(nèi)側(cè)燈組和一個(gè)外側(cè)燈組。也可以將一對(duì)瞄準(zhǔn)發(fā)光元件（例如激光二極管或LED）設(shè)置在光圈附近。LED（或其它發(fā)光元件）的排列是高度可變的?？梢栽诓煌臅r(shí)間對(duì)不同的LED進(jìn)行操作以獲得不同的照明效果。例如，不同的LED燈組可以透射不同的可見或不可見波長(zhǎng)的光。板上的LED/發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)可以改變，可為用戶提供最適合其需求的照明組件而無需改變視覺系統(tǒng)處理器、傳感器或外殼。當(dāng)需要不同的照明配置時(shí)，可以很容易地移去當(dāng)前的照明組件，并將不同的照明組件連接到外殼上。同樣地，各種照明組件可以設(shè)置有不同光學(xué)特征的窗口以便鏡頭接收的光可提供所需的條件（如，濾過光，偏振光等）。照明包括電路，其基于，例如由視覺系統(tǒng)處理器通過互聯(lián)提供的控制信號(hào)（例如，可啟用，禁用和激活不同的LED燈組的離散的選通信號(hào)）選擇性地操控LED/發(fā)光元件。附圖說明下面的發(fā)明描述涉及附圖，其中：圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的視覺系統(tǒng)的透視圖，該視覺系統(tǒng)包括允許多個(gè)不同的鏡頭和照明組件結(jié)構(gòu)可拆卸地連接的外殼；圖2是沿圖1中的線2-2所剖解的外殼的側(cè)面剖面圖；圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1中的視覺系統(tǒng)的透視圖，其中，外殼包括連接至其上的示例性M12型鏡頭；圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1中的視覺系統(tǒng)的透視圖，其中，外殼包括連接至其上的液體型鏡頭；圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1中所示的視覺系統(tǒng)的透視圖，其中，外殼包括連接至其上的示例性C-底座型鏡頭，該鏡頭由可選的保護(hù)罩組件覆蓋；圖6是圖1中示出安裝至外殼前板的可更換照明組件的實(shí)施例的視覺系統(tǒng)的透視圖；圖7是圖6中的照明組件的側(cè)視圖，其所示為與外殼分離；圖8是圖6中的照明組件的側(cè)面剖面圖；圖9是圖6中的照明組件的側(cè)面剖面圖，其省略了半透明蓋子；圖10是圖6中的照明組件的后透視圖，其示出外殼接線盒的相對(duì)位置；圖11是圖6中的照明組件安裝到外殼上的視覺系統(tǒng)的前視圖；圖12是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖6中的照明組件安裝到外殼上并具有不同照明配置的視覺系統(tǒng)的前視圖；圖13是根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的圖6中的照明設(shè)備安裝到外殼上并具有另一個(gè)不同照明配置的視覺系統(tǒng)的前視圖。具體實(shí)施方式根據(jù)圖1和2，詳細(xì)示出了包括外部包裝或“外殼”的視覺系統(tǒng)。外殼100可由聚合物、金屬、復(fù)合物或根據(jù)普通技術(shù)的不同材料制成。在實(shí)施例中，視覺系統(tǒng)包括前板部分110、主體部分112和后端部分114。使用四個(gè)位于前板110的井內(nèi)且與后端部分的螺紋孔接合的螺栓116，將前板部分（或“前板”）110連接至主體112和后端部分114，從而抵著墊圈118將三部分壓在一起，墊圈可密封外殼防止?jié)駳饣蚱渌饨绛h(huán)境介質(zhì)的滲入。外殼的結(jié)構(gòu)在改變的實(shí)施例中有很大的不同。例如，外殼可被構(gòu)造為具有成為整體的或一體的后端和主體部分或一體的前板和主體。同樣地，可以使用其它的固定技術(shù)，例如在兩部分之間使用夾鉗或夾子。在此實(shí)施例中，螺栓116位于臨近近似矩形截面外殼的四個(gè)角中的每個(gè)角的位置處。每個(gè)螺栓116的前端部包含各自的螺紋井，其可允許使用螺紋固定裝置連接附件，或者將外殼本身連接至底安裝面。外殼100的內(nèi)部支撐著圖像傳感器212（圖2），圖像傳感器被設(shè)置為，作為每個(gè)圖像像素的陣列，獲得每個(gè)圖像幀。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器陣列是CMO傳感器212（也稱為“成像器”），其獲得像素?cái)?shù)據(jù)形式的圖像數(shù)據(jù)。設(shè)置玻璃蓋210保護(hù)傳感器陣列212。傳感器212安裝在印刷電路板250上，如所描繪的，該印刷電路板固定在接近外殼的前端。傳感器電路板250還示例性地包括處理電路（如數(shù)字信號(hào)處理機(jī)DSP），其從傳感器陣列212接收像素?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)非易失性計(jì)算機(jī)可讀程序指令和/或固件指令對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行不同的視覺系統(tǒng)處理。傳感器電路板250連接各種的電源、控制和位于外殼后端114內(nèi)的電路板220上的其它相關(guān)的電路組件。在此實(shí)施例中兩個(gè)板部件220、250示例性地通過多芯電纜連接。其它電路裝置和連接是可明顯預(yù)期的。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，VSoC裝置（前面已描述）可用于執(zhí)行圖像獲取和處理。后端部分114（和/或外殼體的其它部分110、112）由鋁制成，從而可作為散熱器來幫助外殼內(nèi)的電路產(chǎn)生的熱量的散失（下面進(jìn)一步描述）。外部連接器130（或者多個(gè)連接器）設(shè)置于外殼100的后側(cè)用于提供電源、數(shù)據(jù)和/或其它接口功能。連接器可操作地連接至電路板220。后端還設(shè)有外部狀態(tài)和控制面板140，用于為用戶提供狀態(tài)顯示和視覺系統(tǒng)操作的反饋（例如，指示符號(hào)是否被正確地識(shí)別和解碼）。在外殼100的此位置處或其它合適的位置處還設(shè)置有適合的通斷開關(guān)和其它的接口按鈕。傳感器212的平面垂直于外殼100的縱向軸線230（也就是相機(jī)軸線）。它位于通向前板110中央?yún)^(qū)域內(nèi)的光圈150的空間240內(nèi)?？臻g240由封閉壁242（具有能限定矩形截面管筒的相對(duì)平坦的側(cè)面）限定，并提供有用于傳感器212的間隙。壁242從臺(tái)階面244延伸至傳感器電路板250的表面。從臺(tái)階面244到傳感器平面的距離DS大約為6毫米。光圈150由外臺(tái)階152和更窄的內(nèi)臺(tái)階154限定。每個(gè)臺(tái)階如下面所述設(shè)置螺紋。特別地，外臺(tái)階152限制了大約25.4毫米(1英寸)的直徑DOS和大約5毫米的深度LOS(沿著軸向)。同樣地，內(nèi)臺(tái)階154限定的直徑DIS大約為12mm。外臺(tái)階152是每英寸32螺距的內(nèi)螺紋（TPI），內(nèi)臺(tái)階154的內(nèi)螺紋螺距是0.5mm?？傊_(tái)階的位置和空間的尺寸被構(gòu)造和設(shè)置為適合于此處使用的每種類型鏡頭的焦距。在一個(gè)實(shí)施例中，前板部件110由金屬制成（例如模鑄鋁合金），其使用合適的機(jī)加工工藝完成。鑄件包括前述的凹口152、154以及其它的用于鏡頭和其它內(nèi)部組件的支撐結(jié)構(gòu)（也就是壁242、251、252）。特別地，支撐壁242（等），其接觸和/或圍繞傳感器電路板250，用于幫助從電路板250和它的相關(guān)組件排出熱量并進(jìn)入外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)，從外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)熱量散失到周圍的空氣中。在改型的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)的布置和構(gòu)造可以改變?？傊?，相對(duì)于制造前板110使用的材料，在這種支撐結(jié)構(gòu)中使用的壁的厚度選擇為可提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。沿著其前面164，前板部件110包括多個(gè)可被內(nèi)螺紋至任何適合尺寸的螺紋孔160，從而接收相應(yīng)螺紋的螺釘（下面描述）?？墒褂眠@種螺釘將多個(gè)配件和附件連接至前板。應(yīng)注意的是，方向性術(shù)語(yǔ)例如“前、后、上、下、頂、底、右、左”，以及它們的變化或同義詞，僅應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是相對(duì)習(xí)慣，不作為結(jié)構(gòu)相對(duì)于重力方向的絕對(duì)的方向指示。特別地根據(jù)圖1，前板部件110的面164設(shè)有一對(duì)連接插座170和172，各自朝向光圈150的右方和左方（從前面觀察）。兩個(gè)插座包括各自的連接器，它們與系統(tǒng)的處理器電路（即250和220）連接。右邊的插座170用于操作液體鏡頭的光學(xué)件（以下進(jìn)一步描述）。左邊的插座172用于連接和操作通過螺紋孔160直接連接至前板或可被單獨(dú)安裝的照明組件。在下文中將詳細(xì)描述該照明組件。光圈150的周邊180設(shè)置有環(huán)形彈簧部件182，彈簧部件具有一對(duì)直徑地對(duì)立、徑向地朝向內(nèi)的定位肩184。彈簧部件182通過螺接入孔（圖5中的502）的相對(duì)的螺釘186（在此實(shí)施例中為M2螺紋）被可拆卸地固定至正面164。在一個(gè)實(shí)施例中，螺釘186之間分開的距離（中心距）大約28毫米，通過相機(jī)軸線（230）。如下面進(jìn)一步地描述，可拆卸地彈簧部件被構(gòu)造和設(shè)置為保持液體鏡頭部件?？梢灶A(yù)期使用者接受具有用于保護(hù)光圈和傳感器的端蓋（未顯示）的外殼100，且使用的鏡頭及照明組件是單獨(dú)購(gòu)買的，如下面進(jìn)一步描述的那樣，使用者以簡(jiǎn)單直接的方式連接鏡頭?？蛇x地，制造者可將鏡頭和/或照明組件設(shè)置在外殼上。兩種情況下，都有很大的鏡頭選擇范圍。已經(jīng)根據(jù)示例性實(shí)施例描述了外殼100和前板部件110的基本結(jié)構(gòu)和功能，現(xiàn)在對(duì)與外殼連接的不同類型鏡頭的使用做進(jìn)一步地描述。參考圖3，根據(jù)實(shí)施例，外殼110設(shè)有附加的M12鏡頭310。作為非限制性的示例，鏡頭是市場(chǎng)上可買到的具有傳統(tǒng)的M12螺紋基座的M12鏡頭。鏡頭的外螺紋固定至更窄、更內(nèi)部的臺(tái)階154的內(nèi)螺紋，并阻止其進(jìn)一步地向內(nèi)旋入，通常使用埋頭螺母320將其鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?，在連接至前板部件110前埋頭螺母首先被螺接到鏡頭310上。使用的埋頭螺母320可由制造者（或其它人員）使用粘結(jié)劑或其它固定技術(shù)沿著鏡頭粘貼在適當(dāng)?shù)奈恢?。這可確保當(dāng)鏡頭被緊固至位置（例如由使用者）以與臺(tái)階154的正面430形成所示的緊密接合，它還被固定在與傳感器的圖像平面相距合適、預(yù)定的距離處。因而鏡頭310被鎖定在與傳感器212的平面相距預(yù)定的偏移距離處（以提供合適的焦距）。可選地，使用者設(shè)法改變鏡頭的安裝位置時(shí)，埋頭螺母可不固定至鏡頭螺紋，并由使用者（或其它人員）反向旋轉(zhuǎn)以固定鏡頭至期望的位置。鏡頭的前端設(shè)置有徑向朝外的環(huán)330，其與任選的、截頭圓錐體形狀的塞子（未顯示）的內(nèi)周接合。塞子保護(hù)鏡頭前端和外臺(tái)階152之間的光圈150的區(qū)域，并避免無意地松動(dòng)或重新調(diào)整緊固的鏡頭/鎖緊環(huán)310/320，并防止污物和濕氣滲入。塞子可由彈性材料構(gòu)造，且可拆卸地壓入到C型底座的內(nèi)螺紋與其配合。在一個(gè)可替代的實(shí)施例中，塞子相對(duì)于外殼前板部件110可使用不同的固定系統(tǒng)，例如夾子或接合螺紋。顯然連接和分離示例性的M12鏡頭310相對(duì)地簡(jiǎn)單，并且對(duì)于內(nèi)臺(tái)階154和（可選地）外臺(tái)階152僅需螺紋旋轉(zhuǎn)很少的組件。因而，使用者或制造者可由一些現(xiàn)有的組件按意愿組裝M12鏡頭視覺系統(tǒng)。同樣地，如果使用者需要基于C型底座鏡頭的視覺系統(tǒng)，外殼可如圖5所示組裝（詳情如下）。根據(jù)示例性實(shí)施例，前板裝置110也被構(gòu)造和設(shè)置為安裝液體鏡頭組件410，如圖4以示例的方式所示。示例性液體鏡頭810可基于市場(chǎng)上能夠買到的液體鏡頭組件420，購(gòu)于法國(guó)VariopticSA。液體鏡頭組件420安裝在外殼層/外殼430內(nèi)，通過前面所述的彈簧肩184固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。可以明確可為液體鏡頭使用不同的壓持裝置。例如，外殼可設(shè)置有接合外臺(tái)階152的螺紋的C型底座。彈簧保持鏡頭部件的優(yōu)點(diǎn)是允許把連接器電纜450定位在恰當(dāng)?shù)赝ㄏ虿遄?70的位置（其中電纜的連接器450在圖4中顯示是連接的）。應(yīng)注意的是插座和連接器可以是任何可接受的提供足夠連接以控制鏡頭的多針裝置。在圖5所示的另一個(gè)示例中，示例性C型底座鏡頭510的外螺紋底座被螺紋連接至外臺(tái)階152的內(nèi)螺紋上（見圖1）。該鏡頭的底座已被緊固，這樣其后肩（未示出）便與光圈150的周邊180接合（仍見于圖1）。在圖5中展示的C-鏡頭可選擇地被保護(hù)罩（或蓋子）組件512覆蓋，主要地保護(hù)其免于遭受灰塵/污染物和濕氣的進(jìn)入，還能防止在鏡頭設(shè)置被無意地改變。保護(hù)罩組件包括覆蓋正面（圖1中的164）的墊片板520和上覆的保護(hù)罩底座530。墊片板520和保護(hù)罩底座530設(shè)有通孔，該通孔露出每一個(gè)裝配螺栓116的中心螺紋孔（圖1中的120）。這就允許系統(tǒng)可按上面所描述的那樣安裝或者接收保護(hù)罩基座530之上的附加附件。因而在這種配置下，墊片板520和保護(hù)罩基座530覆蓋和密封插座（170，172）。在可替代的實(shí)施例中，插座170和172或其中之一能夠通過墊片板520和保護(hù)罩基座530外露。保護(hù)罩基座530和墊片板520被固定在前板組件110上，前板組件110通過四個(gè)螺釘（未示出）受壓固定，所述螺釘螺紋接入在前板部件110上形成的螺釘孔160內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)罩基座530在每個(gè)螺紋孔160附近埋頭以接納相應(yīng)形狀的機(jī)器螺釘。固定保護(hù)罩基座530和（可選的）墊片板520的不同的螺絲釘或者其它任何固定裝置可用于可替代的實(shí)施例中。保護(hù)罩基座530的前環(huán)532接收覆蓋在鏡頭51...