CN100405939C - 确定卷烟制品物理性质的机器视觉设备和组织机器视觉设备的方法 - Google Patents
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Abstract
披露一种组织机器视觉设备的方法，该设备包括成像装置，它包括限定视域并适合于在所述视域内形成试验物体的图像的摄影机，和用于处理所述图像以便确定所述试验物体的一个或多个物理性质的处理装置，和用于在所述视域内在离开所述摄影机预定距离上支承试验物体的第一支承装置；所述方法包括：提供用于支承至少一个参考物体的第二支承装置；放置具有至少一个已知精确尺寸的参考物体在所述第二支承装置上；有选择地移动所述摄影机、所述第一支承装置和所述第二支承装置中的一个或多个，使所述参考物体在离开所述摄影机预定距离上进入摄影机的视域；使所述参考物体成像以便获得至少一个图像，并且处理所述至少一个图像而确定成像装置的最佳配置；此后调节所述成像装置的配置到所述最佳配置。也披露一种在尺寸上稳定并具有至少一个已知精确尺寸的参考物体，该物体从具有低反射比或反照率的陶瓷材料制成。较佳地，参考物体包括具有精确直径的圆柱形棒。所述陶瓷材料可包括陶瓷氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及提供在机器视觉设备内部的或有关其的改进，并且特别涉及自动组织这样机器视觉设备的方法和器械。
背景技术
共同待批的国际专利申请No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)，对应于早期联合王国申请No.0306468.0，其国际申请内容完整地综合在此作为参考，披露一种确定卷烟或过滤嘴一个或多个物理性质的方法或器械，包括卷烟或过滤嘴在视域中的定位、视域的照明、对于在视域中的卷烟过滤嘴形成图像，并且分析该图像以便确定卷烟或过滤嘴的一个或多个物理性质。典型地，图像是用数码摄影机(较佳地为数码视频摄影机)获得的数字图像。该图像可以用任何波长或波长范围获得，例如红外线。如此，图像包括数字阵列的像素，它可以用适当处理设施分析而确定卷烟或过滤嘴的一个多个物理性质，诸如其长度、直径、椭圆度等等。
如待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)所描述，数字图像的分析可以用众所周知的算法实施而探测到图像的边缘。
这样的算法可以采用对比水平定义边缘是否存在的一点，沿探测到的边缘(像素)长度用来确定毗邻和真实的边缘，而实施统计概率计算的算法用来确定所探测到的边缘是否为真实的边缘。在图像中探测边缘的技术包括在图像感兴趣的区域内产生水平和垂直区域突起部分。和然后分析突起部分以便探测任何显著的边缘。这样的图像处理技术在此不再深入描述，而在一些标准参考书籍中描述，其中包括Songka等于1999年所著“图像处理、分析和机器视觉”，第二版，356页(6.35)，Pacific Grove：PWS出版社，图书编号ISBN0-534-95393-X，其内容综合在此作为参考。
用以上描述类型的图像处理技术精确探测数字图像内的边缘依赖于在图像内焦点中边缘是否尖锐，以便边缘被探测而不致过分暴露图像，否则将导致诸如“起花”的不良效果，这在许多数字成像器件存在，特别那些包括CCD型(charge-coupled device电荷偶合器件)传感器。
机器视觉设备也需要校正以便提供把图像中测量到像素距离精确地转换为实际距离，例如为毫米或英寸。
机器视觉设备的校正典型地利用精确地已知尺寸的参考物体进行。已知的参考物体包括经过机械加工并且具有已知尺寸的实体钢柱。钢质参考物体由于其良好的尺寸稳定性而被采用。不过，金属参考物体由于其金属高度反射比而不适合于待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)中描述的机器视觉设备的校正。
此外，对于间歇性的校正或再校正一般不便于用手工把参考物体放置在机器视觉设备的视域中。
因此需要一种在尺寸上稳定的参考物体，适合于在待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)中披露的机器视觉设备的校正。
也需要一种自动设置这样机器视觉设备的方法。
发明内容
按照本发明一方面提供一种尺寸稳定的参考物体，它具有至少一个已知精确尺寸，并且从具有低反射比或反照率的陶瓷材料制成。较佳地，参考物体包括具有已知精确直径的圆柱棒。
所述陶瓷材料可以包括陶瓷氧化铝。较佳地，陶瓷材料具有氧化铝含量按重量大于70％，而更佳地按重量大于90％或95％。陶瓷材料应该基本上不渗透并且应该具有良好耐火性质，例如，耐火度达到约1700℃。除去氧化铝，陶瓷材料可包括各种其它陶瓷成份，特别是氧化镁。在某些实施例中，陶瓷材料包括约99.7％重量的氧化铝，其余基本上为氧化镁。商业上可从德国Haldenwanger Technishe Keramik GmgH&Co KH在商标“Alsint 99，7”名称下供应合适的陶瓷材料。
在本发明另一方面，提供一种综合自动组织装置的机器视觉设备；所述设备包括：成像装置，包括限定视域并适合于在所述视域内形成试验物体的图像的摄影机，和用于处理所述图像以便确定所述试验物体的一个或更多物理性质的处理装置；第一支承装置，用于在所述视域内在离开所述摄影机预定距离上支承试验物体；还包括：第二支承装置，用于支承具有至少一个已知精确尺寸的参考物体；移动装置，用于有选择地移动摄影机、第一支承装装置和第二支承装置中的一个或多个，使放置在第二支承装置上的参考物体设置在摄影机视域内离开所述摄影机预定距离上；调节装置，用于自动调节成像装置的配置；最佳配置确定装置，用于通过处理放置在第二支承装置上的参考物体的一个或多个图像确定成像装置的最佳配置；和控制装置，用于控制所述移动装置、成像装置、调节装置和最佳配置确定装置的操作，以便使所述第二支承装置所支承的参考物体进入摄影机的视域，使所述参考物体成像，确定成像装置的最佳配置，和调节成像装置到所述最佳配置。
在本发明还有另一方面，提供一种组织机器视觉设备的方法，该设备包括具有限定视域并且适合于在所述视域内形成试验物体的图像的摄影机的成像装置，和用于处理所述图像以便确定所述试验物体的一个或多个物理性质的处理装置，和用于在所述视域内在离开所述摄影机预定距离支承试验物体的第一支承装置；所述方法包括：提供用于支承至少一个参考物体的第二支承装置；放置具有至少一个已知精确尺寸的参考物体在所述第二支承装置上；有选择地移动所述摄影机、所述第一支承装置和所述第二支承装置中的一个或多个，使所述参考物体在离开所述摄影机预定距离上进入摄影机的视域；使所述参考物体成像以便获得至少一个图像，并且处理所述至少一个图像而确定成像装置的最佳配置；此后调节所述成像装置的配置到所述最佳配置。
因此按照本发明具有至少一个已知精确尺寸的参考物体可以放置在第二支承装置上，并且当要求建立机器视觉设备时，或者机器视觉设备的建立要求校验时，控制装置促使在第二支承装置上的参考物体在离开摄影机同样预定距离上进入摄影机视域，如同在机器视觉设备正常操作中试验物体在第一支承装置上。参考物体然后成像，并且对图像处理以便确定成像装置的最佳建立；成像装置然后调节到所述最佳建立状态。参考物体然后可从摄影机视域中移去并用所述第一支承装置更换使用，或继续使用机器视觉设备确定试验物体的一个或更多物理性质。
在某些实施例中，所述最佳配置确定装置可通过处理所述参考物体用在各种不同配置下的成像装置获得的多个图像而适应确定成像装置的最佳配置，并且所述控制装置可以适应控制所述成像装置、调节装置、和最佳配置确定装置以便获得和处理所述参考物体的系列图像，而同时逐渐地调节成像装置的配置，并且在所述系列图像基础上确定最佳配置。
如此，如待批的PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)所披露，摄影机可包括自动调节摄影机焦距的装置。例如，摄影机可包括容纳透镜的镜筒部分，所述镜筒部分可设置由所述控制装置控制的直流马达的齿形皮带驱动的齿轮。如以上描述，当利用分析试验物体的数字图像探测显著边缘的存在而测量试验物体尺寸时，其要点在于保证该试验物体正确地处于焦点中。如此，按照本发明，最佳配置确定装置可包括最佳焦距确定装置，并且所述控制装置可适应于控制调节装置、成像装置和最佳焦距确定装置以便获得和处理在各自不同焦距下的参考物体系列图像，并且确定参考物体对准焦点最佳时的最佳焦距，并且用于此后控制调节装置以便调节摄影机的焦距到所述最佳焦距。
第二支承装置较佳地配置为支承具有基本上如试验物体同样的视域基本上同样的方位中同样形状和尺寸的参考物体。其中试验物体包括卷烟制品或过滤器棍，参考物体适当地包括具有基本上如卷烟制品或过滤器棍同样直径的圆柱形棒。为测量卷烟制品或过滤器棍的直径，对卷烟制品或过滤器棍的数字图像进行分析以便探测在图像中卷烟制品或过滤器棍轮廓的对面而互相基本上平行的边缘，其中轮廓对应于通过卷烟制品或过滤器棍中心轴线的截面。如此，为保证所述对面边缘正确地聚焦在图像上，摄影机应该聚焦在卷烟制品或过滤器棍的中心轴线上。较佳地，因此第二支承装置的配置如此支承圆柱形参考棒，其方位基本上正交于摄影机的光学轴线。
较佳地，摄影机为适合于把图像形成为规则像素阵列的数字摄影机。
在某些实施例中，所述配置确定装置可包括校正确定装置，该装置适合于使所述参考物体的所述至少一个实际测量尺寸与所述精确已知数值相比；所述调节装置可适合于调节所述成像装置的校正；所述控制装置可配置为控制所述成像装置、校正确定装置、和调节装置，以便测量所述参考物体的至少一个尺寸而获得测量值，与精确已知值比较所述测量值，并相应地调节成像装置的校正，使测量值等于已知值。这样，控制装置可以产生一个校正转换因子以便转换试验物体图像中以像素计算的距离到实际距离，例如以毫米或英寸计算。
本行业熟练人士将知道利用机器视觉设备的直径测量对于摄影机相关联的光学效果是敏感的。相应地实际长度对于像素的校正曲线可能是非线性的。相应地，一般要求至少在机器视觉设备上校正两个不同已知直径，并且然后在这些已知直径之间内插以便建立校正刻度关系。
如此按照本发明特定方面，第二支承装置可适应于支承多个参考物体，各具有基本上与试验物体相同的形状，但各具有至少一个尺寸的不同的各自已知精确值；所述移动装置有选择地移动所述摄影机、第一支承装置和第二支承装置中之一或更多，轮流地使各参考物体在离开摄影机预定距离上进入摄影机视域；所述校正确定装置可适合于使各参考物体的所述至少一个尺寸的测量值与各自精确已知值比较，并且在所述比较基础上对于所述成像装置产生校正曲线。
在某些实施例中，所述第二支承装置可适合于支承三个参考物体。如以上所描述，各参考物体可包括一个已知精确直径的圆柱形棒。
参考物体可以互换以便在不同范围内对于尺寸测量校正机器视觉系统。通过支承三个参考物体，第二支承装置可适合于，在任何给定测量范围内，支承各自在测量范围的终端或趋向终端和在所述终端之间的任意中间尺寸上具有精确已知尺寸的参考物体，例如基本上趋向测量范围的中间。
如此，设置五个参考物体使按照本发明机器视觉设备可以在三种不同而重叠的测量范围使用中用三点校正法校正。
方便地，所述第二支承装置可至少包括一个夹持各参考物体的夹持器，各夹持器限定一个可以配置横向地接纳圆柱形参考棒的V-型空穴，不论棒的直径如何进入空穴的深度均相同。在一些实施例中，所述第二支承装置可包括两个用于夹持各自参考物体的夹持器，在各自棒的端部或接近端部各具有一个夹持器。这样，各参考物体容易地定位在离开摄影机的所述预定距离，不论参考物体的直径如何。应该理解通过在第二支承装置上在离开摄影机同样预定距离上放置参考物体，参考物体的中心轴线将定位在离开摄影机各自不同距离上。不过参考物体不同直径之间实际差别将是微小的，并且在摄影机焦点容许误差之内。相应地，实际上不需要为对各参考物体成像和校正而重新调节摄影机的焦距。
本发明因此对机器视觉设备本身或相关部分提供改进，具体为在待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/41823)中描述的类型的设备，通过提供自动组织机器视觉设备的方法和器械；具体是自动建立机器视觉设备的焦距和校正。本发明也提供一种在本发明自动组织方法中使用的适当陶瓷参考物体。
附图的简要说明
以下为参照本发明实施例附图中例子的描述：
图1为按照本发明机器视觉设备的示意侧视图。
图2为按照本发明机器视觉设备的示意端视图。
图3为显示像素和离开摄影机实际距离之间的说明性、非线性关系曲线图。
具体的实施方式
共同待批的国际专利申请No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)披露一种测量卷烟或过滤嘴(例如烟卷10)一个或多个物理性质的机器视觉设备，如以上描述，本发明涉及这样机器视觉设备本身或相关的改进，并且相应地，机器视觉设备构造和操作的完整细节不在此重复；以下对于机器视觉设备的描述只达到这样程度，使其仅描述本发明提供的改进。
如此，如在PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/414823)中所描述，机器视觉设备包括视觉系统200，该系统200含有数字近红外线摄影机222和具有可容纳限定第一光学轴线230的透镜(未示)的镜筒部分224。视觉系统200连接在适当的计算机控制系统(未示)，该系统包括适宜于接受和捕捉从摄影机222来的视频信号帧抓取装置。镜筒部分224与齿轮(未示)一起形成，而齿轮可被直流马达驱动以便自动调节摄影机222的焦距。
按照本发明，所述摄影机222安装在包括两个基本上平行悬垂滑块402、403的托架400上，而滑块适合于接合各自平行隔开的棍404、405上，以便使托架400在基本上正交于所述光学轴线230的方向水平地直线移动。
隔开摄影机222，托架400携带大体为三角形截面并具有斜面212的直立件211。所述斜面212与第一光学轴线230对准，并且与垂直平面夹一个大约45°的角；所述斜面212携带一个平面镜214，用于反射在所述第一光学轴线230上的光线转过90°到基本上垂直的第二光学轴线260。
托架400包括牢固地固定在驱动皮带412上(如最好在图2中所示)的与所述直立件211并列放置的安装块410，以便驱动托架400直线地沿所述棍404、405移动。
驱动皮带412包括延伸在两个隔开的滚筒415、416周围的环形带413。所述驱动皮带412连接到在所述计算机控制系统控制下可选择地操作的伺服马达(未示)上。
参照图2，所述托架400还包括长形C-型形式的支架230，该支架具有基本上水平的上部234并限定一个凹进处231，其开口一端233基本与所述第二光学轴线260符合一致。在其底面，上部234携带红外线后光252，可有选择地操作产生3mm宽的平行光束。所述后光252基本上对准第二光学轴线260。
在所述凹进处231中，在所述开口端233，支架230支承基本水平的、大体为平面的夹具板240，该板具有与第二光学轴线260对准的小孔242。夹具板240一方面牢固地固定在支架230上，从而可与托架400一起移动，并且携带两个横向隔开的漫射红外线侧光254，它们各自定位在小孔242对面两侧，倾斜于第二光学轴线260。红外线后光252和红外线侧光254连接于适合于接收从所述帧抓取器来控制信号的电源控制盒(未示)。所述侧光254可独立于所述后光252而单独作用，并且用漫射红外线光照亮由支架230上部234和夹具板240限定的物体空间。
在后光周围，所述上部234的下面形成物体空间250的底面，并且是均匀地黑暗的，以便在所述物体空间250内对要求成像的物体作良好的对比。
两对对面的滚筒310、311；312牢固地固定在托架400上，并形成利用视觉系统200要求成像的卷烟或过滤嘴运输系统的一部分。各对滚筒310，311；312包括两个并列的滚筒，它们在基本上与夹具板24相同水平上限定各自向上的、大体为V-型凹槽314。滚筒310，311；312的方位基本上平行于第一光学轴线，基本上正交于托架400的移动方向，并且定位在夹具板240的对面两侧，而与其各自V-型凹槽314对准。
滚筒310，311；312配置为可滑动地支承卷烟或过滤嘴，诸如图1和2中所示纸烟10。运输系统包括推动器(未示)，用于推动纸烟沿由各对滚筒310，311；312限定的V-型凹槽314轴向地移动，而滚筒和夹具板240如此定位，使纸烟能够平滑地通过夹具板240从一对滚筒310，311转移到另一对滚筒312。滚筒310-312连接在计算机控制系统上并且如图1所示适合于围绕各自轴线旋转，以便围绕其纵向轴线16转动纸烟10，其理由在待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/41823)中描述。
滚筒310-312还如此配置和布置，使其在各对滚筒310，311；312和夹具板240的各侧之间限定间隙，以便当驱动皮带412运行时，夹具板240能够从两对对面的滚筒310，311；312之间空间抽出而没有干涉，并且当驱动皮带412反转时，重新插入该空间。
固定板420在平面视图中一般为U-型并且安装在所述凹进处231中。所述U-型板420包括两个臂部，其中一个422显示在图2中。各臂部422在其上表面携带多个大体为V-型的夹持器423。在一个臂部422上的各夹持器与在U-型板420的另一臂部上对应的夹持器对准。在图2中显示的实施例中，各臂部422支承三个夹持器423。
U-型板420如此定位，当驱动皮带412操作而移动托架400时，摄影机222的第二光学轴线260横过U-型板420两臂422之间的空间。
成对的夹持器423适合于可释放地支承各自不同尺寸的参考物体430。
各参考物体430由在尺寸上高度稳定的氧化铝陶瓷材料制成，并具有精确地机械加工圆柱形状，其直径各自精确地已知。在图2中，三个参考物体430有三种不同尺寸，即相对较小、相对较大和中间的。为说明起见，各参考物体430直径的差别在图2中已经极大地夸大。实际上，参考物体430的直径选择为提供三个校正点以便校正如以下所描述的视觉系统200。所选择的直径在纸烟10所测量直径预期范围的上、下极限和中间提供校正点。可以提供具有下列直径的五个不同参考物体430：
4.9mm+/-0.0025mm
5.75mm+/-0.00025mm
6.6mm+/-0.00025mm
7.45mm+/-0.00025mm
8.3mm+/-0.00025mm
通过从以上选出任何三个相继物体，五个物体可以如以下所描述地用来提供跨越三种不同测量范围的三点校正。
用于制造圆柱形参考物体430的较佳材料为德国，“W Haldenwanger技术陶瓷公司”在商业上供应“Alsint 99.7”，它含有约99.7％重量的氧化铝，其余主要为氧化镁。
最好如图2所示，由并列滚筒310-312支承的纸烟10将在镜子214以上预定高度上坐落在各自的凹槽314中并且处于离开摄影机222预定的光学距离。摄影机222到纸烟10中心轴线16的距离将随纸烟10的直径而变化。为精确地校正视觉系统200，参考物体430最好精确地定位在离开摄影机222同样的距离。相应地，V-型夹持器423的形状应复制各对滚筒310，311；312的V-型凹槽424形状，使具有任何上述直径的参考物体430将在镜子214上面同样高度上，坐落在由夹持器423限定的V-型凹进处424中。
现在将描述按照本发明的机器视觉设备的运行。
该设备的视觉系统200适合于形成诸如纸烟的卷烟或过滤嘴轮廓的数字图像，而纸烟由滚筒310-312和夹具板240支承。当纸烟10可滑动地沿凹槽314推动时，纸烟10成像的部分为通过形成在夹具240中小孔342可见的部分。来自摄影机222的视频输出被帧抓取器所采样并且按照标准视觉阻塞技术由计算机控制系统处理。在形成在支架230上部234底面上形成均匀黑暗背景下，侧光254按需要用漫射光照亮纸烟10。摄影机222的快门速度调节为可提供在纸烟10和黑暗背景之间良好的对比，而不致导致有害的“毛边”现象的不适当曝光。摄影机按照现场模式操作，其主轴线基本定向为正交于纸烟10的短轴线以便充分利用摄影机的分辨率。
例如为测量纸烟10的直径(d)，纸烟10的轮廓图像由计算机控制系统探测在图像中轮廓的两条平行相对边线。如以上所述，应该使计算机控制系统运行适当的图像软件，以便利用已知的算法探测边缘。这样的算法典型地包括测量确定限定边缘是否存在点的对比水平，用来确定毗邻和真实边缘沿限定边缘的像素长度，和牵涉到确定所探测边缘是否真实边缘的概率的统计考虑。边缘可以通过图像的水平和垂直区域的投影进行分析，例如在Sonka等所著“图像处理，分析和机器视觉”中所描述，第二版，256页(6.35节)，1999年，Pacific Grove：PWS出版社，书号ISBN 0-534-95393-X，其内容综合在此作为参考。
为提供距离的精确测量，例如直径(d)，摄影机必须在物体空间中正确地聚焦在试验物体上，并且视觉系统200正确地校正而把像素距离转换为实际距离。
如此为按照本发明组织机器视觉设备，计算机控制系统作用在驱动皮带412上并且移动托架400平移，使第二光学轴线260直接定位对准由V-型夹持器423支承的参考物体430之一。所选择的参考物体的一部分通过U-型板420的两个臂部422和小孔242之间的空间对于摄影机是可见的。对于自动聚焦摄影机222，较佳地采用中间参考物体430。在计算机控制系统控制下，摄影机222的焦距然后逐渐地利用直流马达调节驱动形成在摄影机222镜筒部分224的齿轮机构，参考物体430的图像系列地进行取样而形成图像样本系列。图像样本然后由计算机控制系统利用以上提及确定图像样本的图像分析算法进行分析确定，并如此确定摄影机222的镜筒224位置，使在该位置上图像中参考物体430轮廓的边缘为最佳聚焦状态。在建立摄影机222的正确焦距以后直流马达重新操作使镜筒224回到正确焦点对准位置。
所有三个参考物体430然后通过轮流对于三个参考物体430成像用来校正视觉系统。如此，皮带驱动系统412被操作移动托架400，使外端参考物体430之一对于摄影机222可见。随着如以上所述摄影机222聚焦，通过U-型板420和小孔242可见的参考物体430轮廓的图像被帧抓取器采样，而图像样本则被处理以便探测轮廓的两条直线而互相面对的边缘。两直线边缘之间的距离等于参考物体430的直径。
应该理解各参考物体的轮廓对应于通过参考物体430中心轴线16的截面。视觉系统200也如以上所述地在中间参考物体430的中心轴线上聚焦，并且由于以上所述的理由，两个参考物体430的中心轴线16设置在离开摄影机222的距离少许不同于离开中间参考物体430中心轴线的距离。不过，这些距离的差别在摄影机焦点的容许误差以内，因此不需要重新使摄影机在各不同参考物体430上聚焦。
在测量一个外端参考物体430直径以后，驱动皮带412然后操作使摄影机222与中间参考物体430对准，并测量其直径。最后，如以上所述地测定另外一个最外端参考物体430的直径。由于三个参考物体430的各自直径均精确地已知，所测量的直径可用来产生如图3所示的三点校正曲线，由于相关数字摄影机众所周知的效果，该曲线为非线性的。如以上描述，组合从不同参考物体中选出的三个顺序参考物体430可以用来提供跨越三个不同测量范围的三点校正。在图3中这三个范围分别用符号·、○和+表示。
计算机控制系统产生的校正曲线储存在计算机存储器中，而驱动皮带412然后返回到其起始位置，使夹具板240设置在插入如上所述的各对滚筒310，311；312相对两端之间的空间中。按照本发明的机器视觉设备然后组织并且测量在由滚筒310，311；312携带的物体空间250中的试验物体的一个或更多物理性质，特别是尺寸，包括直径，按照共同待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/41823)。
如果视觉系统200的聚焦或校正在使用中飘移，控制系统的程序可以编制成为间歇地中断试验物体的试验，并如以上所述地重新聚焦和重新校正视觉系统。
这样本发明提供一种对于在共同待批的No.PCT/GB2004/xxxxxx(代理人参考编号JRJC/41823)中所描述的机器视觉设备内部或有关的改进，其中通过利用精确制造陶瓷圆柱形棒形式的多个参考物体提供自动组织视觉系统中摄影机222的聚焦和校正。
Claims (24)
1.一种用于确定卷烟制品或过滤嘴的一个或多个物理性质的机器视觉设备；所述设备采用自动组织装置并包括：
成像装置，包括限定视域并适合于在所述视域内形成所述卷烟制品或过滤嘴的图像的摄影机，和用于处理所述图像以便确定所述卷烟制品或过滤嘴的一个或更多物理性质的处理装置；
第一支承装置，用于在所述视域内在离开所述摄影机预定距离上支承所述卷烟制品或过滤嘴；
第二支承装置，用于支承具有至少一个已知精确尺寸的参考物体；
移动装置，用于有选择地移动摄影机、第一支承装装置和第二支承装置中的一个或多个，使放置在第二支承装置上的参考物体设置在摄影机视域内离开所述摄影机预定距离上；
调节装置，用于自动调节成像装置的配置；
最佳配置确定装置，用于通过处理放置在第二支承装置上的参考物体的一个或多个图像确定成像装置的最佳配置；和
控制装置，用于控制所述移动装置、成像装置、调节装置和最佳配置确定装置的操作，以便使所述第二支承装置所支承的参考物体进入摄影机的视域，使所述参考物体成像，确定成像装置的最佳配置，和调节成像装置到所述最佳配置。
2.如权利要求1所述的机器视觉设备，其特征在于，所述最佳配置确定装置适合于通过处理用所述成像装置在各自不同配置获得的所述参考物体的多个图像，确定成像装置的最佳配置，并且所述控制装置适合于控制所述成像装置、调节装置、和最佳配置确定装置，以获得并处理所述参考物体的系列图像，同时逐渐地调节成像装置的配置，并且在所述系列图像的基础上确定最佳配置
3.如权利要求2所述的机器视觉设备，其特征在于，所述调节装置适合于调节摄影机的焦距，所述最佳配置确定装置包括最佳焦距确定装置，而所述控制装置适合于控制调节装置、成像装置和最佳焦距确定装置，以便获得和处理参考物体在各自不同焦距下的系列图像，并确定参考物体在最佳对准焦点下的最佳焦距，和在此后控制调节装置以便调节摄影机的焦距到所述最佳焦距。
4.如权利要求1、2或3所述的机器视觉设备，其特征在于，所述第二支承装置配置为支承参考物体，该参考物体在所述视域中在与所述卷烟制品或过滤嘴基本上同样方位上具有基本上同样的形状和尺寸。
5.如权利要求1至3之一所述的机器视觉设备，其特征在于，所述摄影机包括数字摄影机，适合于使所述图像形成规则的像素阵列。
6.如权利要求5所述的机器视觉设备，其特征在于，所述最佳配置确定装置包括校正确定装置，适合于把所述参考物体的所述至少一个尺寸的实际测量数值与所述已知精确数值比较，所述调节装置适合于调节所述成像装置的校正，和所述控制装置配置为控制所述成像装置、校正确定装置和调节装置，以便测量所述参考物体的至少一个尺寸而获得测量数值，把所述测量数值与已知精确数值比较，并相应地调节成像装置的校正，使测量数值等于已知数值。
7.如权利要求6所述的机器视觉设备，其特征在于，所述第二支承装置适合于支承多个参考物体，各具有基本上如同所述卷烟制品或过滤嘴的同样形状，但各具有所述至少一个尺寸的不同的各自已知精确数值，所述移动装置适合于有选择地移动摄影机、第一支承装置和第二支承装置中之一或更多，轮流地使各参考物体在离开摄影机的所述预定距离上进入摄影机视域；并且所述校正确定装置适合于把各参考物体的所述至少一个尺寸测量数值与各自已知精确数值比较，而在所述比较基础上产生对于所述成像装置的校正曲线。
8.如权利要求7所述的机器视觉设备，其特征在于，所述第二支承装置适合于支承三个或更多参考物体。
9.如权利要求8所述的机器视觉设备，其特征在于，各参考物体包括已知精确直径的圆柱形棒。
10.如权利要求9所述的机器视觉设备，其特征在于，所述第二支承装置包括至少一个用于夹持各参考物体的夹持器，各夹持器限定V-型空穴，该空穴配置为横向地接受圆柱形参考棒，而且不管棒的直径如何均处于同样深度。
11.如权利要求10所述的机器视觉设备，其特征在于，所述第二支承装置包括两个用于夹持各参考物体的夹持器，在或朝向棒的各端具有一个夹持器。
12.如权利要求4所述的机器视觉设备，其特征在于，所述摄影机包括数字摄影机，适合于使所述图像形成规则的像素阵列。
13.一种组织机器视觉设备的方法，该设备用于确定卷烟制品或过滤嘴的一个或多个物理性质，该设备包括具有限定视域并且适合于在所述视域内形成所述卷烟制品或过滤嘴的图像的摄影机的成像装置，和用于处理所述图像以便确定所述卷烟制品或过滤嘴的一个或多个物理性质的处理装置，和用于在所述视域内在离开所述摄影机预定距离支承所述卷烟制品或过滤嘴的第一支承装置；所述方法的特征为：
提供用于支承至少一个参考物体的第二支承装置；
放置具有至少一个已知精确尺寸的参考物体在所述第二支承装置上；
有选择地移动所述摄影机、所述第一支承装置和所述第二支承装置中的一个或多个，使所述参考物体在离开所述摄影机预定距离上进入摄影机的视域；
使所述参考物体成像以便获得至少一个图像，并且处理所述至少一个图像而确定成像装置的最佳配置；
此后调节所述成像装置的配置到所述最佳配置。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，获得并处理所述参考物体的一系列图像，并同时逐渐地调节成像装置的配置，和在所述一系列图像基础上确定最佳配置。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过调节摄影机的焦距并同时获得并处理参考物体的一系列图像，以确定参考物体最佳对焦时的最佳焦距；并且此后调节摄影机的焦距到最佳焦距。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述第二支承装置放置参考物体，该参考物体在所述视域中在与试验物体基本上同样方位上具有基本上同样形状和尺寸。
17.如权利要求13-16之一所述的方法，其特征在于，所述摄影机包括适合于把所述图像形成规则像素阵列的数字摄影机。
18.如权利要求13-16之一所述的方法，其特征在于，通过获得所述参考物体的图像和测量所述至少一个尺寸，使所述尺寸的测量数值与已知精确尺寸比较，并且此后调节成像装置的校正，使测量数值基本上等于已知数值。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述第二支承装置上支承多个参考物体，各参考物体具有基本上与所述卷烟制品或过滤嘴同样的形状，但各具有所述至少一个尺寸的不同的各自已知精确尺寸，有选择地移动摄影机、第一支承装置和第二支承装置中一个或多个，使各参考物体轮流地在离开摄影机预定距离上进入摄影机视域，使各参考物体的所述至少一个尺寸的测量数值与各自已知精确数值比较，并在所述比较基础上对所述成像装置产生校正曲线。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在第二支承装置上支承三个参考物体，并对这些参考物体成像而在三点基础上产生校正曲线。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，各参考物体包括已知精确尺寸的圆柱形棒。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在至少一个各自夹持器上支承各参考物体，所述夹持器限定V-型空穴，该空穴配置为可横向地接受圆柱形参考棒，而且不管棒的直径如何均处于同样深度。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第二支承装置包括两个用于夹持各参考物体的夹持器，在或朝向各自棒的各端具有一个夹持器。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，通过获得所述参考物体的图像和测量所述至少一个尺寸，使所述尺寸的测量数值与已知精确尺寸比较，并且此后调节成像装置的校正，使测量数值基本上等于已知数值。
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