用于測量物體的高度或高度分布的方法和光圖案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測量物體高度或高度分布的方法，包括：借助光源朝橫軸方向將相繼編碼像素形式的光圖案投影到物體上，像素中的每個像素具有至少一個編碼特征并且像素一起定義碼字，由預定數(shù)目的相繼像素的序列構成的像素組定義在碼字內僅存在一次的個體部分碼字，緊鄰的像素組包括部分相同的像素，每個像素組被指派在橫軸方向上關于參考平面的特定參考位置；借助布置成與光源偏置的圖像傳感器來捕捉光圖案；確定像素組的橫軸方向上的位置和借助所確定的像素組的位置與相應參考位置的比較來確定物體高度，像素是個體光點并且編碼特征是光點在個體像素序列方向上位于橫向于光圖案延伸方向上的位置，光點沿光圖案的延伸方向布置在多條線中。
【專利說明】用于測量物體的高度或高度分布的方法和光圖案
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量物體的高度或高度分布(height profile)的方法,其中該方法包括以下步驟:借助光源朝橫軸延伸方向將相繼編碼的像素形式的光圖案(lightpattern)投影到該物體上，其中這些像素中的每一個像素具有至少一個編碼特征并且這些像素一起定義碼字，其中由預定數(shù)目的相繼像素的序列構成的像素組各自定義在碼字內僅存在一次的個體部分碼字，其中緊鄰的像素組包括部分相同的像素并且其中每個像素組被指派在橫軸方向上關于參考平面的特定參考位置；借助圖像傳感器來捕捉光圖案，該圖像傳感器被布置成與光源偏置；確定像素組的橫軸方向上的位置并且借助像素組的所確定的位置與相應參考位置的比較來確定物體的高度。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種供在用于測量物體的高度或高度分布的方法中使用的光圖案，其中該光圖案在橫軸延伸方向上具有相繼編碼的像素，這些像素各自具有至少一個編碼特征并且一起定義碼字，其中由預定數(shù)目的相繼像素的序列構成的像素組各自定義個體部分碼字，其中每個像素組被指派在橫軸方向上關于參考平面的特定參考位置并且其中兩個緊鄰的像素組包括部分相同的像素。
【背景技術】
[0003]從WO 2004/083778 Al已知以上所描述的方法和以上所描述的光圖案。該方法在那里被用于掃描物體的表面概況。從DE 10 2007 057 771 Al已知一種方法和設備，其主要被用于在包裹分類站中確定包裹的體積，其中這些包裹是在傳送系統(tǒng)上運輸?shù)?。該傳送系統(tǒng)可包括一個或多個傳送帶或多個相繼驅動的傳送輪，要被測量的包裹在這些傳送帶或傳送輪上傳送。在此情形中，用于測量物體或包裹的高度或高度分布的設備被布置成是固定的并且可以例如包括跨傳送帶或傳送輪的橋，該橋被布置成橫向于傳送方向并且在該橋上安裝該設備的各個組件。該設備還包括線性圖像傳感器，該線性圖像傳感器被布置成橫向于傳送系統(tǒng)的傳送方向。此外，提供至少一個光源，該至少一個光源與線性圖像傳感器共線并且被布置成與線性圖像傳感器橫向偏置。光源跨傳送系統(tǒng)的寬度和移動表面產生明確圖案化的光序列。該光序列被反射并且被線性圖像傳感器記錄。因此，該光序列最初被橫向于傳送方向地投影到傳送帶上。線性圖像傳感器從關于光源橫向偏置的位置捕捉此光序列。包裹通過傳送帶移動通過該光序列。這里，由于線性圖像傳感器的偏置布置，因而在光序列的縱向延伸方向上(即，橫向于傳送方向)產生被包裹反射的光序列部分的偏置。此被包裹反射的光序列部分的偏置或位移與包裹的高度成比例，從而可以借助光序列的被移位部分的寬度、傳送速度和偏置的大小來推導包裹的體積。
[0004]該光序列是由激光照明設備產生的空間明確的線條布置，該激光照明設備包括衍射透鏡(D0E,衍射光學元件)。該空間明確的線條布置包括一行被照明的長線條和被照明的短線條。這些線條通過短空隙和長空隙彼此分開。因此，該線條布置可以與條形碼作比較。該線條布置包含199個碼字，其中一個碼字由六個元素確定。元素是被照明的線條或者是(未被照明的)空隙。這些碼字是相繼順序布置的。明確的圖案是由78個碼字確定的并且跨傳送帶的寬度重復三次。因此，在這三個明確的圖案中的一個圖案內，可確定和標識每個個體碼字，其中還跨傳送帶的寬度知道碼字的位置。因此，當碼字偏置時，可以確定偏置的大小并且由此確定包裹的高度。
[0005]問題在于，不得不在被照明的長線條與短線條之間以及在(未被照明的)長空隙和短空隙之間進行區(qū)分。在分類具有不同表面(例如，明亮表面和黑暗表面)的包裹時，這可能在實踐中導致問題。明亮表面要比黑暗表面更強地反射光圖案，從而產生過多照射。過多照射的特征在于，被相應過多地照明的線條在被線性圖像傳感器捕捉的圖像上看上去要比例如由黑暗表面反射的正常照明的線條更長。此外，當兩個被過多照明的線條布置成彼此相鄰時，空隙可能看上去較窄。這種現(xiàn)象可能導致錯誤地確定或者不能確定碼字。
[0006]此外，圖像傳感器具有焦深，該焦深可能在銳度深度區(qū)域的邊緣處導致焦點沒對準。焦點沒對準也會導致以下現(xiàn)象:被照明的線條要比實際上更寬地再現(xiàn)，并且相應地，兩個焦點沒對準地表示或再現(xiàn)的被照明的線條之間未被照明的空隙看上去更窄。
[0007]此外，在原則上，必須讀取或確定完整的碼字。在相繼順序布置并且分別由6個元素構成的碼字中，必須讀取大量個體元素。例如，當讀取是在碼字的第二元素處才開始時，必須讀取第一碼字的其余元素以及識別下一碼字的全部元素直至完整的碼字(在此情形中為第二碼字)。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是減小差錯率。
[0009]這是通過用于測量物體的高度或高度分布的方法來達成的，其中該方法包括以下方法步驟:借助光源朝橫軸延伸方向將相繼編碼的像素形式的光圖案投影到該物體上，其中這些像素中的每一個像素具有至少一個編碼特征并且這些像素一起定義碼字，其中由預定數(shù)目的相繼像素的序列構成的像素組各自定義在碼字內僅存在一次的個體部分碼字，其中緊鄰的像素組包括部分相同的像素并且其中每個像素組被指派在橫軸方向上關于參考平面的特定參考位置；借助圖像傳感器來捕捉光圖案，該圖像傳感器被布置成與光源偏置；確定像素組的橫軸方向上的位置并且借助像素組的所確定的位置與相應參考位置的比較來確定物體的高度，其中這些像素是個體光點并且其中編碼特征是光點在個體像素序列的方向上位于橫向于光圖案的延伸的方向上的位置，其中這些光點沿光圖案的延伸方向布置在多條線中，優(yōu)選4條線中。
[0010]因此，整個光圖案跨其全部延伸形成碼字，其中任何相繼的像素形成分別定義個體部分碼字的像素組。在這種情形中，緊鄰的像素組包括部分相同的像素。部分碼字據(jù)此重疊并且不是相繼順序布置的。一個像素組可以例如由彼此緊鄰布置的5個像素構成。這5個像素可以例如包括光圖案的第一至第五位置處的像素。緊鄰的像素組隨后包括例如位置2到6上的5個像素。這意味著，在此示例中，為了確定部分碼字，始終僅須讀取該數(shù)目的定義該部分碼字的像素，這是因為在光圖案的每個任意位置處，可以讀取隨后產生部分碼字的5個任意像素。僅當在以上提及的示例中像素組不是直接彼此緊隨而是例如跨2個像素偏置布置(即，第二像素組包括第三到第七位置的像素)的情形中，才相應地必須讀取更多的像素以便能夠標識部分碼字。
[0011]每個像素組被指派特定的參考位置。當該方法被用于確定傳送帶上的包裹的體積時，該參考位置確定相應的像素組在橫向于傳送方向的傳送帶上的位置。如果現(xiàn)在包裹移動通過光圖案，則被包裹表面反射的像素組在由圖像傳感器捕捉的再現(xiàn)中朝傳送方向橫向移位，其中由于參考位置是已知的，因而可以借助位移的大小來推導包裹的高度。在這種情形中，傳送帶形成與空間參考位置有關的參考表面。
[0012]像素的編碼特征可以是不同的。例如，編碼特征可以是像素橫向于光圖案的延伸方向的位置，在確定包裹體積的情形中，這將是像素在傳送方向上的位置。因此，像素可以在傳送方向上的不同位置中相對于橫向于傳送方向的軸對齊。那么，優(yōu)選地，像素是點。
[0013]然而，編碼特征也可以是像素在與光圖案的延伸橫向的方向上的長度或者是像素的光波長。
[0014]優(yōu)選地，如以上已提及的，像素是彼此相隔一定距離地布置的光點，這些光點因此不具有重疊并且全部具有相同的大小和形狀。
[0015]在橫向于光圖案的延伸方向上(B卩，例如在傳送帶的傳送方向上)的不同位置中的光點布置中，光點可以沿光圖案的延伸方向布置在多條線中，優(yōu)選4條線中。光圖案還在光圖案的延伸方向上形成彼此相鄰布置且在傳送方向上對齊的列。對于每一列，僅提供一個光點。
[0016]此外，本發(fā)明的目的是通過一種供在用于測量物體的高度或高度分布的方法中使用的光圖案來達成，其中該光圖案在橫軸延伸方向上具有相繼編碼的像素，這些像素各自具有至少一個編碼特征并且一起定義碼字，其中由預定數(shù)目的相繼像素的序列構成的像素組各自定義個體部分碼字，其中每個像素組被指派在橫軸方向上關于參考平面的特定參考位置并且其中兩個緊鄰的像素組包括部分相同的像素。這些像素是個體光點并且編碼特征是光點在個體像素序列的方向上位于橫向于光圖案的延伸的方向上的位置，其中這些光點沿光圖案的延伸方向布置在多條線中，優(yōu)選4條線中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]以下參照附圖詳細地描述本發(fā)明。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的設備在傳送帶的傳送方向上的示意圖；
[0019]圖2是光圖案的細節(jié)；以及
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的設備的透視圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1示意性地示出了用于包裹分類站中的傳送帶的測量設備。提供了傳送帶1，其在垂直于圖像平面的傳送方向T上移動。該圖像平面在此情形中對應于設備的測量平面。傳送帶I具有表面10，包裹2被放到該表面10上。示例性地示出了具有矩形橫截面的包裹
2。取代傳送帶1，還可以提供用于傳送包裹的其他元件，例如被驅動的傳送輪。相機3形式的圖像傳感器被垂直地布置在傳送帶I上方并且大致位于傳送帶I的中心。相機3具有由虛線指示的視野范圍4。相機3的視野范圍被布置在與傳送方向垂直對齊的測量平面上。
[0022]在與橫軸X平行的方向上橫向布置激光器5形式的光源,該橫軸X橫向于傳送方向地與傳送帶I相交。激光器5在投影平面6中將光圖案投影到傳送帶I的表面10上。投影平面6也由虛線指示。投影平面6被布置成與視野范圍4共面。一般而言，也可提供除了激光器5以外的其他光源。術語“平面”包括在其中例如在傳送方向上或者垂直于圖像平面加寬視野范圍4的解決方案。這對于投影平面6也是有效的。尤其在如以下進一步描述的那樣光圖案不僅在橫軸X的方向上具有延伸而且在傳送方向也具有延伸的情況下，可以發(fā)生激光射線的加寬并且由此發(fā)生投影平面6在傳送方向T上的加寬。在此情形中必須注意以下事實:相機3的視野范圍覆蓋傳送帶I上的至少與光圖案的投影部分一樣大或者大于光圖案的投影部分的部分。當傳送帶I上的視野范圍在傳送方向T上大于所投影的光圖案時，達成以下優(yōu)點:不必借助調整相機3和激光器5來實現(xiàn)視野范圍4和投影平面6的精確共面的對齊，這是因為同樣在圍繞視野范圍4的豎軸Z朝投影平面6的小角度布置處，光圖案完全布置在視野范圍4內。為此，相機3為矩陣相機是必需的。
[0023]此外，示意性地示出了傳送帶I上所投影的光圖案是從個體像素11構造的，其中像素11在圖1的示例中是二進制編碼的。每個像素11因此導致二進制數(shù)O或I。所有像素11 一起跨傳送帶I的寬度形成碼字7。在此情形中，碼字7是從具有4個像素11的部分碼字形成的，該4個像素11形成像素組8。這里示例性地標出了定義二進制字0011的部分碼字8。在碼字7內能清楚地且個體地標識部分碼字8。部分碼字8在碼字7內僅存在一次。沿橫軸X的確切位置被指派部分碼字8，其中橫軸X是指由傳送帶I的表面10表示的參考平面。因此，如果碼字8被檢測到，則可以知道該碼字8布置在參考平面上的哪個位置處。
[0024]如果包裹2現(xiàn)在移動通過投影平面6，則光圖案的個體像素11被包裹2的表面9反射并且被相機3記錄。由于激光器5被布置成與相機3橫向偏置，因而在這種情形中，在由相機3獲取的圖像中部分碼字8沿橫軸X向右橫向移位。即使部分碼字8僅部分地布置在與包裹2垂直重疊的區(qū)域中，整個部分碼字8也被包裹2的表面9反射。在這種情形中，在此發(fā)生兩個像素11的橫向移位。隨后，借助常用的三角測量方法，可以借助部分碼字8的位移大小來計算包裹2的表面9的高度。例如計算機形式的圖像處理單元21執(zhí)行此計算，該圖像處理單元21經(jīng)由數(shù)據(jù)線22連接至相機3并且在必要時還連接至激光器5。
[0025]圖2示出了定義碼字16的光圖案12的優(yōu)選實施例的細節(jié)。光圖案12由光點形式的個體像素17構成，這些光點例如可以借助激光器和/或DOE (衍射光學元件)來形成。個體像素17被布置成在橫軸X的方向上彼此相鄰并且因此橫向于傳送方向T，即在4條線中。這些線是在與傳送方向T平行對齊的縱向Y上一個接一個地布置的。像點17還被布置在跨橫向X彼此相鄰地布置的列中，其中在每一列中僅提供一個像素17。相應像素17在縱向Y上或這些線之一中的位置表示編碼特征，借助該編碼特征來編碼每個個體像素17。因此，數(shù)字可被指派給每個像素10，其中對圖2中所示的最下面的線中的所有像素17指派數(shù)字0，對布置在其上方的第二條線中的所有像素17指派數(shù)字1，對第三條線中的所有像素17指派數(shù)字2，并且對第四條線中的所有像素17指派數(shù)字3。因此，導致圖2中在光圖案12下面示出的碼字16。碼字16與彼此相鄰布置的5個任意像素17 —起形成像素組或部分碼字。布置在最左邊的第一部分碼字13具有編碼“11120”。進一步朝右移動一個像素，得到具有編碼“11201”的第二部分碼字14。緊隨其后的另一第三部分碼字15具有編碼“12011”。在這種情形中，所有提及的像素組或部分碼字13、14、15相互重疊，即具有部分相同的像素17。第一部分碼字13因此與第二部分碼字14具有四個共同的像素。在這種情形中，有利地，為了標識部分碼字，僅須確定5個像素7就能夠在碼字16內清楚地指派該部分碼字。
[0026]圖3示出了用于測量物體的高度或高度分布的設備的示例。在功能上與根據(jù)圖1的布置的組件相對應的組件被提供相同的附圖標記，即使該布置不同于圖1的布置。
[0027]該設備包括在其中布置相機3的外殼18。相機3具有在本圖中透視地示出的視野范圍4。這里，還可以看到，相機3的視野范圍4不僅在橫軸X的方向上加寬，而且在縱軸Y的方向上(即，與傳送方向平行的方向上)也加寬(即使程度較小)。在外殼18內還布置有激光器5，該激光器5在投影平面6中投影光圖案。必須注意，投影平面不應被認為是純數(shù)學的，此投影平面也在橫軸X的方向上以及縱軸Y的方向上被加寬且成扇形打開。然而，投影平面6在縱軸Y的方向上的加寬要小于視野范圍4的加寬。如果相機3是矩陣相機并且傳送方向上的光圖案小于視野范圍4，則可單純地通過計算機來補償誤差調整，即光圖案相對于相機3的視野范圍4的角度布置。
[0028]激光器5最初大致垂直向下地將光圖案投影到第一鏡子19上，光圖案從該第一鏡子19朝橫軸X的方向橫向投影到第二鏡子20上，第二鏡子20隨后向下將光圖案反射到傳送帶上。在這種情形中，光圖案從激光器5開始朝橫軸X的方向連續(xù)地進一步加寬，其中在已從外殼18離開的情況下提供了經(jīng)加寬的光圖案。如果經(jīng)由鏡子19、20的偏轉不是在外殼18內執(zhí)行的，則激光器5必須顯著更高地布置在傳送帶上方。因此，借助所示的布置，節(jié)省了相當大的結構空間。
[0029]附圖標記列表
[0030]I 傳送帶
[0031]2 包裹
[0032]3 相機
[0033]4 視野范圍
[0034]5 激光器
[0035]6 投影平面
[0036]7 碼字
[0037]8 部分碼字
[0038]9 表面
[0039]10 表面
[0040]11 像素
[0041]12光圖案
[0042]13第一部分碼字
[0043]14第二部分碼字
[0044]15第三部分碼字
[0045]16 碼字
[0046]17 像素
[0047]18 外殼
[0048]19第一鏡子
[0049]20第二鏡子
[0050]21圖像處理單元[0051]22數(shù)據(jù)線
[0052]X橫軸
[0053]Y縱軸
[0054]Z豎軸
[0055]T傳送方向。`
【權利要求】
1.一種用于測量物體(2)的高度或高度分布的方法，其中所述方法包括以下方法步驟: 借助光源(5)朝橫軸(X)延伸方向將相繼編碼的像素(11，17)形式的光圖案(12)投影到所述物體(2)上， 其中所述像素(11，17)中的每一個像素具有至少一個編碼特征并且所述像素(11，17)一起定義碼字(7，16)， 其中由預定數(shù)目的相繼像素(11)的序列構成的像素組各自定義在所述碼字(7，16)內僅存在一次的個體部分碼字(8，13，14，15)， 其中緊鄰的像素組包括部分相同的像素(11，17)，并且 其中每個像素組被指派在所述橫軸(X)方向上關于參考平面的特定參考位置； 借助圖像傳感器(3)來捕捉所述光圖案(12)，所述圖像傳感器(3)被布置成與所述光源(5)偏置； 確定所述像素組的所述橫軸(X)方向上的位置并且 借助所述像素組的所確定的位置與相應參考位置的比較來確定所述物體(2)的高度， 其特征在于， 所述像素(11，17)是個體光點并且 所述編碼特征是所述光點在所述個體像素(11，17)序列的方向上位于橫向于所述光圖案(12)的延伸的方向上的位置，其中所述光點沿所述光圖案(12)的延伸方向布置在多條線中。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于， 所述兩個相鄰的像素組除了一個像素(11，17)以外包括相同的像素(11，17)。
3.如上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于， 每個像素組被指派關于參考表面(10)的一個特定空間參考位置。
4.如上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于， 所述像素(11，17 )被布置成彼此相隔一定距離。
5.如上述權利要求中的任一項所述的方法,其特征在于， 所述物體(2)朝傳送方向(T)移動通過測量平面(4)。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于， 所述光源(5)將所述光圖案(12)投影在所述測量平面中。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于， 所述圖像傳感器(3)被布置在所述測量平面內。
8.一種供在用于測量物體(2)的高度或高度分布的方法中使用的光圖案， 其中所述光圖案(12)在橫軸(X)延伸方向上具有相繼編碼的像素(11，17)，所述像素各自具有至少一個編碼特征并且一起定義碼字， 其中由預定數(shù)目的相繼像素(11，17)的序列構成的像素組各自定義個體部分碼字(8，13,14,15), 其中每個像素組被指派在所述橫軸(X)方向上關于參考平面的特定參考位置并且其中兩個緊鄰的像素組包括部分相同的像素(11，17 )， 其特征在于，所述像素(11，17)是個體光點并且 所述編碼特征是所述光點在所述個體像素(11，17)序列的方向上位于橫向于所述光圖案(12)的延伸的方向上的位置，其中所述光點沿所述光圖案(12)的延伸方向布置在多條線中，優(yōu)選在4條線 中。
【文檔編號】G01B11/02GK103791842SQ201310532623
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2012年10月31日
【發(fā)明者】B·霍夫曼, I·逖?；魻柎? 申請人:銳多視覺系統(tǒng)工程有限公司