CN102160063A

CN102160063A - 用于物体识别的系统和设备

Info

Publication number: CN102160063A
Application number: CN2009801325544A
Authority: CN
Inventors: P·R·佩奥; D·A·詹姆斯; M·约翰逊; G·洛奇; R·门奇斯
Original assignee: Waterloo Industries Inc
Current assignee: Waterloo Industries Inc
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-08-17
Also published as: CA2732314A1; ZA201100972B; EP2327041A4; US20100039682A1; AU2009282654A1; EP2327041A1; WO2010022026A1; MX2011001831A

Abstract

一种物体识别系统包括配置成在第一与第二位置之间移动支承表面时记录支承表面的连续部分的一系列线性图像的光学扫描装置。与光学扫描装置电通信的处理器配置成汇集与支承表面的连续部分的该系列线性图像对应的数据以构建支承表面的数字图像。处理器配置成当物体布置在支承表面上时，比较支承表面的数字图像和已知物体的至少一个存储的数字图像以识别该物体。

Description

用于物体识别的系统和设备

对相关申请的交叉引用

本申请要求2008年8月18日提出的名称为“SYSTEMS AND ARRANGEMENTS FOR OBJECT IDENTIFICATION”的美国临时专利申请61/089602的权益，该申请的完整公开在与本申请不冲突的程度内通过引用结合于本文中。

背景技术

由于例如盗窃或误放等原因造成的库存损失是许多环境中关注的一个问题，包括例如维护必需工具和装置的完全库存可能至关重要(例如用于车辆或制造设备的维护工具)的零售机构或工作环境。在一些应用中，未返回库存(例如储物柜)的物体可能另外造成伤害(例如意外留在飞机上的航空工具)。电子库存跟踪系统已用于提供总体库存量或特定各个物品的存在或位置变化的可见性。在一个此类常规系统中，射频标识(RFID)应答器或“标签”可附于物品以接收和传送读取器输送的无线电信号，读取器通过处理RFID标签返回的信号，识别标记物品的存在。此类系统可要求RFID标签附于许多物品，这些物品可能是昂贵的，并且可能容易遭受对标签的损坏或标签意外或未经授权脱离物品。

发明内容

本申请描述了电子物体识别设备，这些设备可用于识别放置在封装(例如，柜、盘或存储箱)中的物体以便例如确认物体的适当存储，提示用户物体丢失或者识别不正确物体的存储或不正确位置中存储的物体。根据本申请的一个发明方面，一个或多个光扫描器可用于扫描已放置有一个或多个物体的存储空间或支承表面。与扫描的图像对应的捕获数据随后可与存储的数据或模板进行比较以识别支承表面上存储的物体或存储物体的不存在。可提供用户接口或其它输出以提供物体已适当存储的确认或物体丢失或存储不当的提示。

相应地，在一个实施例中，一种物体识别系统包括封装和包括用于保持至少一个物体的支承表面的抽屉，抽屉与封装组装在一起并且在其中支承表面由封装包围的缩回位置与其中支承表面从封装的前开口伸出并可接触以便放置或移开所述至少一个物体的伸出位置之间可移动。光学扫描装置布置在封装内在封装的后壁附近，并且反射镜固定到封装，在前开口附近和抽屉的支承表面上方，反射镜定向为将从反射镜下支承表面的部分反射的光重新引导向光学扫描装置。光学扫描装置配置成当抽屉在缩回位置与伸出位置之间移动时，记录反射镜下支承表面的连续部分的一系列线性图像。与光学扫描装置电通信的处理器配置成汇集与支承表面的连续部分的系列线性图像对应的数据以构建支承表面的数字图像，处理器还配置成当物体布置在支承表面上时，比较支承表面的数字图像和已知物体的至少一个存储的数字图像以识别该物体。

附图说明

从下面参照附图进行的详细描述，本发明的特征和优点将变得明白，其中：

图1A是电子物体识别设备的示意框图；

图1B是具有用于物体识别的光学扫描设备的柜的侧示意图；

图2A是具有用于物体识别的光学扫描设备的储物柜的底部透视图，抽屉已示为移开以示出柜的另外特征；

图2B是图2A的柜的部分透视图，示出柜的发光单元；

图2C是图2A的柜的侧截面图，示出柜的发光单元和反射镜元件；

图2D是图2A的柜的另一个部分透视图，示出柜的发光单元和反射镜元件；

图3A是光扫描器装配件的透视图；

图3B是图3A的光扫描器装配件的侧截面图；

图3C是示为安装到支承面板的图3A的光扫描器装配件的顶视图；

图3D是图3C的光扫描器和支承面板装配件的侧视图；

图3E是图3C的光扫描器和支承面板装配件的透视图；

图4A是与多个光扫描器装配件组装在一起的左右支承面板的前视图；

图4B是示为安装在柜封装中的图4A的左右支承面板装配件的部分顶视图；

图5A是光扫描器装配件和抽屉设备的顶部示意图，抽屉配置成有利于光学扫描；

图5B是与图5A的抽屉一起使用的编码的校准条带的放大视图；

图5C是使用多个扫描器的光扫描器装配件和抽屉设备的顶部示意图；以及

图6是光学扫描柜的外壳和电气子系统的透视图，外壳以虚影示出以显示柜的另外特征。

具体实施方式

此具体实施方式部分只描述本发明的实施例，无意于以任何方式限制权利要求的范围。实际上，如权利要求所述的本发明比优选实施例范围更广且不受其限制，并且权利要求中使用的术语具有其完全普通含意。

本申请设想了一种物体识别系统，其中，(例如，通过光扫描器或摄影机)获得了存储封装(如柜、箱或棚)内的物体的一个或多个视觉特性以识别和/或跟踪这些物体。许多不同类型的视觉特性可被记录或测量，例如包括部分或总体形状、定向、颜色、对比度、标记的图案(例如包括字符串、标志和条形码)及反射率。在一个此类实施例中，与一个或多个视觉特性相关联的数据信号由光扫描器或摄影机产生并供应到处理器(可以但无需保留在封装内)以便分析。这些视觉特性的电子分析例如可提供所有物体已返回容器的确认(或者一个或多个物体丢失的提示)，识别容器中存储的新的或不同的物体，识别容器内不正确位置中物体的存放或者认识到物体的状况的变化(例如损耗或损坏)。根据本申请的一个方面，系统可配置成通过比较存在的一个或多个物体的获得的图像和与所述一个或多个物体的存储对应的现有图像而识别一个或多个物品。

图1A示意示出根据本申请的发明方面的电子物体识别设备1。示范设备1包括扫描模块2a、2b、2c，这些模块利用光学器件(例如，透镜、反射镜)3a、3b、3c来记录光源4a、4b、4c照明的存储空间(例如，抽屉、托盘或其它封装)的图像。每个扫描模块可连接到用户指示器LED或其它接口显示器5a、5b、5c以指示扫描模块2a、2b、2c的状况(例如，成功或不成功扫描)。扫描模块2a、2b、2c通过网络交换器或集线器7与中央数字信号处理器(DSP)6进行电通信，而网络交换器或集线器7在扫描模块2a、2b、2c与DSP 6之间路由串行数据。从扫描模块2a、2b、2c输送到DSP 6的图像数据可由DSP评估并与存储的模板和现有图像数据进行比较，例如以识别存储空间中保留的物体，识别存储空间丢失的物体，或者识别存储空间中外观改变的物体(例如，由于损耗或损坏)。附加或备选的是，与新物体或物体的新布局相关联的图像数据可存储为可通过用户输入来识别的新图像或模板，以便在将来图像扫描评估中使用。这可允许设备1用作独立系统，而不要求外部软件来识别要分析的模板的部分或工具。设备1了解新物体或物体布局的能力允许识别交换抽屉、替换物体、重新布置的物体及不同位置和定向中放置的物体(例如，翻转的物体)方面的更大的适应性。

每个扫描模块2a、2b、2c可独特地被编码以便由DSP 6识别。另外的数据或指示可由用户使用小键盘或其它此类接口8提供到DSP 6，并且信息可通过文本显示、视频屏幕或其它此类显示9传递到用户。系统电源11可配置成将外部AC功率转换为用于扫描模块2a、2b、2c(例如，24VDC)、光源4a、4b、4c(例如，24VDC)、DSP 6(例如，5VDC)及网络集线器7(例如，12VDC)的适当DC功率。

许多不同设备可用于获得封装的内容的图像。作为一个示例，一个或多个摄影机或扫描器可在封装内提供以记录要存储一个或多个物体的存储区的静态图像。作为另一示例，一个或多个光扫描器可配置成跨存储区移动(例如，滑动移动，像文档扫描器，或绕枢轴旋转移动，像安全摄影机)以获得存储区及其内容的二维图像。作为仍有的另一示例，存储区可相对于一个或多个固定光学传感器移动以获得存储区及其内容的二维图像。在一个此类实施例中，储物柜包括配置成在抽屉打开或闭合时扫描抽屉的内部表面(或内容)的一个或多个光扫描器或传感器，由此获得存储区及其内容的二维图像。

柜可提供有多个位置和定向中的一个或多个光扫描器以在抽屉打开或闭合时扫描抽屉的内容。作为一个示例，一个或多个光扫描器可附连到柜的外表面以扫描从柜封装伸出的抽屉的部分。在给定时间只有一个抽屉从柜伸出的条件下，附连到(或邻近于)柜的上前缘的扫描器可用于在抽屉打开或闭合时扫描柜内多个抽屉的内容。在另一个实施例中，一个或多个光扫描器可固定在柜封装内，这可防止扫描器由于暴露而损坏或受污染。虽然扫描器可固定在一个或多个抽屉的上方以当抽屉直接在扫描器下通过时扫描抽屉的内表面，但空间限制可使得此类定位困难或昂贵(因为可能要求更长或另外的扫描器以扫描位置如此靠近扫描器的物体)。在一个实施例中，一个或多个扫描器可配置成光学扫描与扫描器纵向间隔的抽屉的部分，这通过利用反射镜将抽屉的该部分的光学图像纵向引导回扫描器来实现。此技术可允许扫描器定位在柜中更多空间可用的区域(例如，接近柜的后壁)中，并且也可允许更小或更少的扫描器获得更宽部分的抽屉的图像。

图1B示出配置用于光学扫描一个或多个抽屉30的内容以识别和/或跟踪抽屉的内容的示范储物柜10的侧示意图。示范柜10包括外部外壳或封装20和由外壳20滑动支持以便在闭合和打开位置之间移动的抽屉30(例如，使用常规抽屉滑轨)。光扫描器装配件40安装到外壳20的后壁21，并且大小调整为当抽屉在闭合位置时与抽屉30的后端提供有间隙。光扫描器装配件40可在大小上是小巧的(例如，大约50毫米x100毫米)以适合柜10内的可用空间。

为了获得对应抽屉30的图像，发光单元50和反射镜元件60固定到要扫描的抽屉30上方的柜外壳20，并朝向外壳20的前方。发光单元50照亮抽屉30的内部，而反射镜元件60放置在某一角度以将在反射镜元件60正下方的抽屉部分的线性图像(由线条T示意表示)引导向光扫描器装配件40。在另一个实施例(未示出)中，光学扫描系统可包括向上定向的扫描器和扫描器上方的第二反射镜以将从第一反射镜反射的线性图像向下重新引导向第二反射镜。

当抽屉30在打开与闭合位置之间移动时，扫描器装配件40接收和记录抽屉30的一系列连续的数字线性图像。这些数字信号从光扫描器装配件40(例如，经网络集线器99)传递到外壳内存储的数字信号处理器(DSP)70。DSP 70使用收到的数据来构建抽屉30的至少一部分的二维图像。DSP 70随后可比较所有或部分此图像与对应于一个或多个物体的已知图像以识别抽屉30内这些物体的存在、不存在、位置或状况。与此比较的结果相关联的信号随后可发送到用户接口80以向用户提供有关抽屉30的内容的视觉、可听或其它此类指示。系统电源90可在外壳20内提供以将外部AC功率转换为DC功率以操作扫描器装配件40、发光单元50、DSP 70、用户接口80及与柜相关联的任何其它电子设备。电源90、网络集线器99、扫描器装配件40、发光单元50、DSP 70及用户接口80之间的电接线或电缆(未示出)可布置成使得不妨碍抽屉30的操作。

许多不同的设备和配置可用于提供带有光学扫描系统的存储容器以实现容器的内容的自动化识别，方便地存储和安装光学扫描系统的各种组件。在一个实施例中，例如通过利用柜的常见尺寸特性，储物柜的光学扫描系统的组件和装配件可配置成与现有柜一起使用。通过此类实施例，现在储物柜可容易修改或改装以包括用于识别和跟踪柜中一个或多个抽屉的内容的光学扫描系统。图2A-6示出具有用于识别和跟踪柜100内存储的工具的光扫描器系统的示范工具柜100的各种视图，该柜可以(但不需要)通过改装现有工具柜而制成。

发光单元和反射镜元件可通过使用许多不同配置和设备而固定到柜外壳以便将抽屉的内容的线性图像反射回光扫描器。在一个实施例中，发光单元和反射镜元件固定到要扫描的抽屉上方跨柜延伸的导轨构件。图2A-2D示出具有支承发光单元150(图2B、2C)和反射镜元件160(图2C、2D)的水平支撑导轨110的柜100的一示范实施例。虽然支撑导轨110可通过使用任何合适的设备固定到外壳120，但在所示实施例中，支撑导轨支架或固定器111可提供有大小适合接纳导轨110的末端的保持槽112。固定器111可例如固定到外壳120的侧壁，固定到抽屉滑轨122(例如，使用夹持部113)或两者。支撑导轨110经定位可与对应抽屉之间提供有足够的间隙，这可能要求另外的间隙以考虑到在支撑导轨的横向中心部分支撑导轨110的轻微弯曲或下垂。

虽然导轨110可在多个角度固定反射镜元件160，但在一示范实施例中，反射镜元件160固定在相对于抽屉表面大约45°的角度。反射镜元件160可使用高性能胶带(例如，3M 468带)或任何其它适合的设备来固定到支撑导轨110。反射镜元件160可包括固定到支撑导轨110的多个反射镜，例如以便适应更宽的抽屉而不要求更长的反射镜。反射镜元件160可以在任何合适的材料中提供，例如包括涂膜塑料。

许多不同类型的光源可用于照亮抽屉的内容。在所示实施例中，发光单元150包括安装到印刷电路板(PCB)152以便与电源进行电通信的发光二极管(LED)151的条带。LED 151可以极低的功耗来提供较长的服务寿命，例如以有利于电池操作。可选择LED 151以在多个颜色的任何颜色中提供照明，颜色可选择为匹配图像传感器的峰值敏感度或改进与环境光源的对比度。在一个实施例中，利用了高强度红橙色LED。LED设备可配置成使得安装间距和驱动电流与抽屉宽度无关以便在任何宽度的抽屉上以充分的强度来提供适度统一的照明。在一个实施例中，每个LED具有大约7.5毫米的安装间距(或120个LED用于36英寸宽抽屉)、45毫安(+/-10毫安)的驱动电流及大约110毫瓦的功率耗散。LED可布置在链(例如，8-10个LED的链)中，使用串联电阻器设置驱动电流。此外，为补偿在横向远离扫描器140的位置反射强度和透镜性能的降低，可例如通过增大到这些LED的驱动电流，在这些横向远端位置增大(例如，加倍)强度。在扫描器与远端位置之间的横向距离上可逐渐增大强度。在另一实施例中，LED源可在软件控制下更迅速地打开和关闭，并且能够进行差别测量以改善环境光源的抑制或排斥。

如图2C中所示，通过将PC板152固定到导轨110，可将LED 151固定到柜外壳120。如图所示，PC板152可安装到导轨110的凹面以例如防止LED 151受损。发光单元150可使用高性能胶带(例如，3M 468带)或任何其它适合的设备来固定到支撑导轨110。在一示范实施例中，LED PC板152大约是8毫米宽和200毫米长，并且提供用于最多10个LED的两个链的空间。数量不定的LED的链可组合以适应不定长度的抽屉。

为限制能耗，LED 151的照明和扫描器140的扫描可限于其期间柜100在使用中的预定时期，例如在柜100解锁时，或者对于柜100已解锁后设置的时期。为进一步限制LED 151和扫描器140的能耗，光学扫描设备可提供有“待机”操作模式，在该模式中，定期使发光单元150发光，并且用信号通知扫描器140捕捉一张线性图像以便与前一待机扫描的线进行比较。如果连续的扫描指示无大的变化，则系统在下一待机扫描前“睡眠”。如果在下一待机扫描期间(与抽屉的运动一致)识别到线性扫描中的大变化，则系统进入扫描操作模式，其中，发光单元150保持发光，并且扫描器140迅速发送线性扫描到数字信号处理器以构建二维扫描抽屉图像。在一个此类实施例中，在此待机模式期间，LED的工作循环可按照大约30∶1的比率来降低(例如，每20毫秒脉冲一次以符合待机扫描频率)。

在柜包括带有光学扫描设备的多个抽屉的情况下，每个抽屉可自发跟踪其自己的运动状态，并且自发从待机转变到扫描模式和回到待机。移动的抽屉可在串行总线上被赋予优先权，并且所有其它抽屉扫描器可暂时停止发送状态更新到中央数字信号处理器，而这些其它抽屉继续自发监视它们是否在移动以便提示DSP系统中任何地方的任何抽屉移动(虽然DPS忙于处理来自第一个移动抽屉的数据)。因此，DSP能够在扫描第一个移动抽屉的同时提示操作员重新扫描移动的任何抽屉。在单个抽屉使用多个扫描器的情况下(如下面更详细所述)，扫描器可以在主/从配置中布置，“主”扫描器跟踪运动和在待机与扫描模式之间进行转变，而“从”扫描器在主扫描器的操作状态转变后跟踪运动。虽然可使用多个间隔，但在一个实施例中，在待机模式中每隔20毫秒激活发光单元150和扫描器140，而在扫描模式中扫描器140每1.6毫秒获得一个线性图像。

许多不同类型的摄影机和扫描器可在扫描器装配件中用于捕捉一部分抽屉的线性图像。在一个实施例中，电荷耦合器件(CCD)传感器(例如，2048像素线传感器)可与图像传感器PCB组装在一起以捕捉线性图像。一个此类图像传感器是Sony ILX551。图像传感器PCB可包括CPU，其配置成生成用于CCD传感器的必需时序信息，并且提供到高速模数转换器(ADC)和以太网控制器的单独串行接口以处理到中央DSP的通信。示范ADC是National Semiconductor ADC10321，并且示范以太网控制器是SMSC LAN9210。图像获取时间可通常受ADC采样率和CPU切换速度之一或两者的限制。在一示范实施例中，图像获取时间大约是每行700微秒。

在配置用于线性图像的最佳焦点的位置(例如，对应于传感器与将线性图像反射回传感器的反射镜元件之间的距离)，例如诸如宽角透镜等透镜可安装到CCD传感器。透镜可调整以改变焦点，并且可能可锁定(例如，通过锁定螺丝)。另外，透镜可配置成被优化以用于发光单元产生的光的类型(例如，被优化用于红光以便与红色或红橙色LED一起使用)，并且可包括滤色镜以获得改进的环境光抑制或排斥。此外，透镜设计可通过提供单色LED照明而简化，由此允许为此设计的目的而忽略一些波长相关类别的光学畸变。

图3A和3B示出具有例如使用螺丝和防震垫圈安装到传感器支承板143的图像传感器PCB 142和CCD传感器141的示范扫描器装配件140。保持宽角透镜145的透镜固定器144可调整地安装到传感器支承板143(例如，使用紧固件，未示出)以便获得最佳焦点。可提供任何合适大小的透镜145(例如，12毫米直径和12.5毫米长)。图像传感器PCB 142与扫描模块PCB 146电连接，扫描模块PCB 146包括用于控制CCD传感器141和发光单元的电子电路。传感器支承板143适合安装(直接或间接)到柜外壳120的后侧内表面，使得CCD传感器141被引导朝向外壳120的前方。

虽然扫描器装配件可居中在柜的后壁上，并垂直柜壁而定向，但在一些实施例中，非居中位置可能是扫描器所希望或要求的。例如，柜抽屉可能太宽而无法使用单个扫描器装配件来捕捉整个抽屉的图像(例如，具有长宽比大于1.6∶1(对应于示范宽角透镜的限制)的抽屉)。在一个此类实施例中，多个扫描器装配件可用于扫描抽屉的整个宽度(数字信号处理器配置成在构建抽屉的二维图像时考虑对应图像之间的任何重叠)。

在其它实施例中，柜的中心部分可能用于抽屉锁定机件，光扫描器在柜内居中时，该机件可干扰光扫描器。因此，在一个实施例中，扫描器装配件固定到柜后壁与中心线偏移的位置中。为了补偿此偏移的中心位置，扫描器可定向在偏离垂直的某个角度，以便仍可获得整个柜抽屉宽度的线性图像。在所示实施例中，如图3C-3E中所示，传感器支承板143附于扫描器支承面板148，该支承面板紧固到柜外壳120的后壁(例如，使用安装螺丝)，支承面板148具有配置成在偏离垂直的期望角度来定位CCD传感器141的带角度的支承表面。虽然许多不同的角度可利用(并且可选择用于获得最佳扫描)，但在一个实施例中，扫描器141定位在偏离垂直大约5°的角度。另外，如图所示，扫描器装配件140可提供有调整螺丝147、149(或其它此类机件)，以允许手动调整CCD传感器141绕水平和垂直轴的角度(与支承板143共面)，例如以调整或优化扫描器获得的抽屉图像，如图3C和3D中所示。此外，图像传感器绕与支承板143垂直的轴的旋转位置可以是可调整的，以将透镜145的视场对准到与反射镜元件160平行。

在一些实施例中，根据抽屉的大小和间隔，扫描器装配件与要扫描的多个抽屉的使用可要求扫描器装配件的位置在外壳的后壁上交错以便为每个扫描器装配件提供充分的间隙。图4A示出以交错布置来支承多个光扫描器装配件140的左右支承面板148a、148b，从而允许扫描器装配件140在柜10内垂直重叠，例如，通过允许透镜145之间极小的垂直间隔(例如，2英寸)，适应要扫描的相邻窄抽屉。如图4B中所示，支承面板148a、148b的相对的带角度的安装表面允许光扫描器装配件140安装到柜中心线的任一侧来获得抽屉封装的完全宽度的线性图像(如在F_a和F_b标识的视场所示)。

虽然物体可在任何数量的位置或布置中放置在抽屉中，但在一个实施例中，抽屉可包括单独的隔间或凹槽以安排存储的物体和防止物体的重叠，这使得处理器难以识别物体。在一个此类实施例中，抽屉中的隔间或凹槽可专门被定形、定大小或以其它方式编码(例如，通过物体的名称或部件号来标记或颜色编码)以接纳特定的物体。这可通过允许处理器检查在预定位置的特定已知物体而简化数字信号处理器识别存储的物体的软件、算法或其它过程。

图5A示出配置成接纳用于扫描、识别和存储的多个物体的示范柜130的顶部示意图。抽屉130包括定义多个凹槽133a-133c的插入物(insert)131，每个凹槽被定大小和定形以接纳要存放的物体。如图所示，凹槽133a-c可以(但无需)被定形成匹配要存储和扫描的物体的外周边，例如以确保适当存储的物体的期望定向以有利于扫描。此外，凹槽133a-c可被定大小以紧密地接纳预期物体，例如将适当存储物体的位置中的差异降到最低(例如，横向和纵向水平方向中在2毫米内)以有利于扫描的图像与存储的模板的比较。虽然插入物131可在多种材料中提供，但在一个实施例中，插入物131在泡沫材料中提供，这可易于裁切以形成凹槽133a-133c。

当扫描器140扫描抽屉130的图像时，相关联的数字信号处理器可分析抽屉130的整个二维图像。备选的是，处理器可只分析诸如凹陷部分133a-133c等抽屉130的特定区域，例如，以简化执行分析所要求的软件、过程和算法。例如，这些凹陷部分的分析可识别凹槽133a中适当存储的物体T_a，某个物体从凹槽133b缺失，或凹槽133c中存储的物体T_c不正确。作为另一个备选，处理器可配置成更全面地分析更感兴趣的区域(例如，凹槽133a-133c)，同时只检查抽屉表面的剩余部分上意外的视觉特性(例如，与在其凹槽133b外存储的物体T_b一致)(如果是必需或希望的，则带有随后更详细的分析)。在一个实施例中，抽屉表面的非凹陷部分可以在纯色中提供，使得这些部分上的对比度的处理器识别可用于识别异物或不在适当位置的物体。

物体的总体形状的确定可用于验证柜抽屉中正确物体的存在。在另一个实施例中，处理器可附加或备选地配置成分析物体上的标记以有利于物体识别(例如，通过比较标记的图像和对应于已知物体的标记)。这些标记可例如包括条形码、字符串、部件号或标志，它们可标记在物体上的一个或多个位置上。如图所示，物体T_a在其预期凹槽133a中存储和定向时，标记M可定位在该物体上以便可扫描。

许多物体可基于其颜色、形状或其它标识性视觉特性而易于由光扫描器来识别。然而，高反射物体(例如，诸如铬工具)的光学扫描可能难以进行，因为从物体反射的光可在物体的表面上产生不可预测的对比度。在一个实施例中，其上放置物体的背景表面可进行图案化以提供规则的、可预测的对比图案，针对该对比图案可比较物体。数字信号处理器可编程为识别背景图案，并且分析扫描的图像以了解在此已知背景图案中是否有与存储物体占用位置一致的间隔、破裂或中断。作为一个示例，在抽屉的背景表面上可利用小的重复棋盘形图案(例如，具有大约5毫米的间距)。如图5A中所示，抽屉凹槽133a-133c可包括有图案的背景表面134，针对该表面，可更容易识别存储的物体T_a、T_c的形状(例如，通过比较已知高分辨率对比度的背景部分和展示更渐变对比度的物体部分)。

为了从一系列连续的线性图像产生二维图像，处理器可如在常规文档扫描器中所做的一样，基于扫描表面相对于扫描器的移动的恒定速率，确定给定线性图像的位置。在一个实施例中，例如通过使用电动机件，要扫描的抽屉可以速度的恒定速率打开和/或闭合，由此有利于抽屉的对应二维图像的构建。然而，在扫描表面相对于扫描器的移动的速率变化的情况下(如手动打开和闭合要扫描的柜抽屉的情况一样)，可能要求其它设备以识别每个线性图像对应的抽屉的部分，以便可构建抽屉的二维图像。

在一个实施例中，增量或绝对编码器(例如，机械、光学或磁阻编码器)可用于将信号提供到处理器，从而基于抽屉的位置，识别每个记录的线性图像在抽屉上的位置。在另一个实施例中，正在扫描的抽屉的表面可提供有标记部分，该部分配置成有利于处理器识别一部分抽屉的线性图像的位置。作为一个示例，可沿抽屉表面的长度提供一个或多个编码或有图案的校准条带(相对于支承表面固定，例如，在已知位置的0.5毫米内)，使得每个线性图像捕捉一部分编码条带，这可由数字信号处理器用于识别在抽屉上线性图像对应的位置，以便构建抽屉的二维图像。在图5A的所示实施例中，编码条带135在抽屉130的两侧上提供以便独立识别在抽屉130的两侧扫描部分的位置，从而考虑到抽屉相对于扫描器140的任何歪斜，或允许在编码条带之一损坏或被遮挡的情况下继续扫描。

虽然编码条带135可包括许多类型的校准标记以便由光扫描器识别，但在一个实施例中，编码条带包括重复灰度编码的多步黑白图案，由此扫描器根据扫描器140生成的线性图像中包括的多步图案的部分，识别多步范围内明确的绝对位置。在所示示例中，图案136的4比特、14步码136a、136b允许识别该14步范围内线性图像的位置。在一个此类实施例中，每步是大约1毫米，使得仅使用线性图像中码的部分，线性图像便可定位在14毫米范围内。可利用编码图案的其它大小和步范围。

为了确定线性图像对应于图案136的哪部分136a、136b，处理器可利用增大或降低重复码的软件计数器，使得通过使用计数的码和线性图像中码的部分的组合，能够确定线性图像的确切抽屉位置。另外，与图案的重复码136a、136b可区分开的单独参考码136r可用于例如在到柜的功率循环时(即，码136a、136b的有意义的处理器计数不可用)识别抽屉130的初始闭合参考位置。与参考码136r纵向对齐的抽屉130的部分可故意配置成排斥物体的放置(例如，不让凹槽133a-c延伸到此部分中)以允许一致的参考线性图像。参考码136r之后可紧跟着完全或部分码136p以识别抽屉130向打开或延伸位置移动时捕捉的线性图像的对应位置。为适应不同长度的抽屉，在第一末端具有参考码136r的码条带135可在条带长度等于抽屉的长度的第二末端切断。

为了扫描更宽抽屉的内容，可使用多个扫描器，每个扫描器捕捉抽屉的横向相邻部分。图5C示出具有配置成接纳用于扫描、识别和存储的多个物体的第一和第二横向相邻区域230a、230b的示范抽屉230的示意图。抽屉230可包括带有凹槽的插入物，与图5A的抽屉130一致，凹槽具有带图案的支承表面(未示出)。扫描器240a、240b在横向定位以捕捉对应区域230a、230b的图像，并且来自每个扫描器的对应记录数据可单独处理(即，如同扫描两个单独的更窄抽屉的内容)。为了识别每个记录的线性图像的每个区域230a、230b内的位置，抽屉230可提供有三个编码的校准条带235a、235b、235c(例如，上面更详细描述的编码条带)，每侧一个编码条带，并且一个条带分隔两个抽屉区域230a、230b。在此类布置中，中心码条带235c也可识别分隔抽屉区域230a、230b的横向边界。

柜中用于为光学扫描系统供电和控制光学扫描系统的电气子系统组件可以在多种配置中提供，并且可保持在柜封装之内或之外的多个位置中。在一个实施例中，电气子系统可适合于包括在现有工具柜中(例如，通过利用普通可用空间、面板和尺寸)，使得现有柜可容易改装为包括一个或多个光学扫描系统。图6示出示范柜100的外壳120和电气子系统的透视图，外壳120在虚影中示出以更好地显示电气子系统组件。如图所示，例如通过将支架177固定到外壳120，数字信号处理器170可安装到柜封装的前端上部。支架177也可支承用户接口180，该接口例如可包括显示屏182(例如，LCD显示器)和小键盘184。可提供其它用户接口组件，例如，诸如扬声器或生物计量传感器。抽屉指示器186可在每个抽屉旁(或任何其它适合的位置)提供，以提供与光学扫描系统的使用有关的指示(例如，成功或不成功扫描)。如图所示，抽屉指示器186可包括安装到PC板的LED，PC板固定到柜外壳120(例如，使用支架或其它安装硬件)。电源190例如可在柜封装的底部存放以便将源AC功率转换为适当的DC功率(例如，24VDC)以用于操作扫描器装配件、发光单元和其它电气组件。如图所示，可提供单独的电源单元191以操作数字信号处理器170，例如以便将不同电压输送到DSP(例如，5VDC)。备选的是，电源单元可配置成提供不同的DC电压以操作各种电气组件。连网集线器199(例如，以太网集线器)可被包括以连接DSP 170和每个光学扫描装配件，并且还可包括端口(例如，USB端口)以用于连接到外部计算机或其它此类装置，例如以便进行数据分析或系统调试。另外，诸如SD存储卡等存储卡可与DSP 170一起使用，为存储的模板和调试操作提供增大的存储容量。

与光学扫描存储封装相关联的电子系统可配置成提供多种安全和跟踪特征。例如，为了确定可对具有光学扫描系统的柜的丢失物品负责的个体，容器(如工具柜)可配置成在打开容器和取出内容时和/或内容返回容器及容器闭合后要求容器的用户的电子标识。因此，容器可包括配置成在打开容器前要求在用户接口上提供某一类型的用户特定电子输入(例如，录入访问码、插或刷电子钥匙卡、或生物计量扫描独特特性，例如指纹)的电子锁，由此允许库存管理系统识别使用容器和任何其内容的个体。在物品返回抽屉并且抽屉从打开位置移到闭合位置时，抽屉的光学扫描产生二维图像以便与抽屉的前一图像或预期在柜中存储的一个或多个物品的图像进行比较，以识别任何物品是否丢失或存储不当，或者替换为错误的物品。电子系统可配置成提供此类差异的即时和自动提示(例如，通过在用户接口提供有声或视觉输出，或者通过将对应的提示信号输送到外部计算机或电子安全系统)。电子系统还可配置成提供与抽屉内容的扫描和/或用户标识一起的时间戳。

虽然本发明的各种发明方面、概念和特征可能在本文中描述和示为在示范实施例中组合实施，但这些各种方面、概念和特征可在许多备选实施例中单独使用，或者在各种组合及其子组合中使用。除非本文中明确排斥，否则，所有此类组合和子组合要视为在本发明的范围内。还有，虽然在本文中可描述有关本发明的各种方面、概念和特征的各种备选实施例-如备选材料、结构、配置、方法、电路、装置及组件、软件、硬件、控制逻辑、与形式、适合性及功能有关的备选，但此类描述并非旨在作为可用备选实施例(无论是当前已知的还是以后形成的)的完整或详尽列表。本领域技术人员也可轻松地将一个或多个发明方面、概念或特征用于本发明范围内的另外的实施例和使用中(即使此类实施例在本文中未明确公开)。另外，即使本发明的一些特征、概念或方面可能在本文中描述为优选设备或方法，但除非明确说明，否则，此类描述无意于暗示此类特征是要求或必需的。仍然还有的是，示范或表示值和范围可被包括以帮助理解本公开；然而，此类值和范围不要在限制意义中解释，并且仅在明确如此陈述时才旨在作为重要的值或范围。另外，虽然各种方面、特征和概念可能在本文中明确识别为发明的发明性或形成部分，但此类识别并非旨在是排它性的，相反，可能有在本文中全面描述而未明确识别为此类特定发明或特定发明一部分的发明性方面、概念和特征。示范方法或过程的描述不限于包括如在所有情况下要求的所有步骤，呈现步骤的顺序也不得解释为是要求或必需的，除非明确如此陈述。

Claims

1.一种用于识别物体的方法，包括：

将物体放置在容器的支承表面上，所述支承表面包括重复的对比图案；

光学扫描所述支承表面以产生所述支承表面的数字图像；

分析所述数字图像以识别所述物体中断的所述重复的对比图案的部分；

从所述重复的对比图案的所中断的部分来确定所述物体的形状；以及

比较所述物体的所确定的形状和与已知物体的预定形状对应的存储数据以识别所述物体。

2.如权利要求1所述的方法，其中光学扫描所述支承表面以产生所述支承表面的数字图像包括相对于光学扫描装置移动所述支承表面以产生一系列的线性图像以及汇集所述线性图像以产生所述数字图像。

3.如权利要求2所述的方法，其中光学扫描所述支承表面还包括光学扫描所述支承表面附近的校准图案，使得所述系列的线性图像的每个图像包括足以识别所述系列的线性图像的每个图像的对应位置的所述校准图案的部分。

4.如权利要求1所述的方法，还包括将光源引导向所述支承表面，其中光学扫描所述支承表面包括记录从所述支承表面和所述物体反射离开的来自所述光源的光。

5.如权利要求4所述的方法，还包括使用反射镜将从所述支承表面和所述物体反射离开的光重新引导向光学扫描装置。

6.一种物体识别系统，包括：

封装，包括后壁、第一和第二横向间隔的侧壁、顶壁以及与所述后壁相对的前开口；

抽屉，包括用于保持至少一个物体的支承表面，所述支承表面的至少一部分包括重复的对比图案，所述抽屉和所述封装组装在一起，并且在其中所述支承表面由所述封装包围的缩回位置与其中所述支承表面从所述前开口伸出并可接触以便放置或移开所述至少一个物体的伸出位置之间可移动；

光学扫描装置，布置在所述封装内所述后壁附近；

反射镜，固定到所述封装，在所述前开口附近和所述抽屉的所述支承表面上方，所述反射镜定向为将从所述反射镜下所述支承表面的部分反射的光重新引导向所述光学扫描装置；以及

处理器，与所述光学扫描装置电通信；

其中所述光学扫描装置配置成当所述抽屉在所述缩回位置与所述伸出位置之间移动时，记录所述反射镜下所述支承表面的连续部分的一系列线性图像；

其中还有，所述处理器配置成汇集与所述支承表面的所述连续部分的所述系列线性图像对应的数据以构建所述支承表面的数字图像，所述处理器还配置成当物体布置在所述支承表面上时，比较所述支承表面的所述数字图像和已知物体的至少一个存储的数字图像以识别所述物体。

7.如权利要求6所述的物体识别系统，还包括在所述封装的所述第一和第二侧之间延伸的支撑导轨，所述反射镜由所述导轨支撑。

8.如权利要求7所述的物体识别系统，还包括固定到所述支撑导轨的光源，所述光源定向为将光引导向正好在所述反射镜下所述支承表面的部分。

9.如权利要求8所述的物体识别系统，其中所述光源包括与所述处理器电通信的多个发光二极管。

10.如权利要求9所述的物体识别系统，其中所述多个发光二极管配置成在所述抽屉固定时以第一工作循环和在所述处理器检测到所述抽屉的移动时以大于所述第一工作循环的第二工作循环来产生脉冲。

11.如权利要求9所述的物体识别系统，其中所述多个发光二极管配置成与所述光学扫描装置的操作同步地产生脉冲。

12.如权利要求8所述的物体识别系统，其中所述光源布置成在横向远离所述光学扫描装置的位置提供更大的照明强度，并且在与所述光学扫描装置横向对齐的位置提供更小的照明强度。

13.如权利要求6所述的物体识别系统，其中所述光学扫描装置包括固定到支承板的透镜和光学传感器，所述支承板安装到所述封装的所述后壁的内表面。

14.如权利要求13所述的物体识别系统，其中所述光学扫描装置还包括至少一个调整螺丝，所述调整螺丝可操作以调整所述透镜相对于与所述支承表面平行的水平轴和与所述后壁平行的垂直轴的至少一个的定向。

15.如权利要求13所述的物体识别系统，其中所述光学扫描装置布置在与所述支承表面的横向中心线有偏移的位置，所述光学扫描装置定向在相对于所述横向中心线的某个角度以补偿所述偏移位置。

16.如权利要求6所述的物体识别系统，包括第一和第二抽屉和用于扫描所述第一和第二抽屉的对应一个抽屉的第一和第二光学扫描装置。

17.如权利要求6所述的物体识别系统，包括所述抽屉上的第一和第二支承表面和用于扫描所述第一和第二支承表面的对应一个支承表面的第一和第二光学扫描装置。

18.如权利要求6所述的物体识别系统，其中所述支承表面包括所述抽屉中的凹槽，所述凹槽被定形为在期望定向中接纳所述至少一个物体。

19.如权利要求6所述的物体识别系统，其中所述处理器配置成通过分析所述至少一个物体中断的所述重复的对比图案的部分，确定所述支承表面上放置的所述至少一个物体的形状。

20.一种物体识别系统，包括：

第一抽屉，与所述封装组装在一起并包括用于保持至少第一物体的第一支承表面，所述第一支承表面的至少一部分包括重复的对比图案，所述第一抽屉在其中所述第一支承表面由所述封装包围的缩回位置与其中所述第一支承表面从所述前开口伸出并可接触以便放置或移开所述第一物体的伸出位置之间可移动；

第二抽屉，与所述封装组装在一起并包括用于保持至少第二物体的第二支承表面，所述第二支承表面的至少一部分包括重复的对比图案，所述第二抽屉在其中所述第二支承表面由所述封装包围的缩回位置与其中所述第二支承表面从所述前开口伸出并可接触以便放置或移开所述第二物体的伸出位置之间可移动；

第一光学扫描设备，布置在所述封装内并配置成当所述第一抽屉在所述缩回位置与所述伸出位置之间移动时，记录所述第一支承表面的连续部分的一系列线性图像；

第二光学扫描设备，布置在所述封装内并配置成当所述第二抽屉在所述缩回位置与所述伸出位置之间移动时，记录所述第二支承表面的连续部分的一系列线性图像；以及

处理器，与所述第一和第二光学扫描装置电通信，其中所述处理器配置成汇集与所述第一和第二支承表面的所述连续部分的所述系列线性图像对应的数据以构建所述第一和第二支承表面的数字图像，所述处理器还配置成当物体布置在所述第一和第二支承表面的任一个之上时，比较所述第一和第二支承表面的所述数字图像和已知物体的至少一个存储的数字图像以识别所述物体。

21.一种物体识别系统，包括：

抽屉，与所述封装组装在一起并包括用于保持至少对应的第一和第二物体的第一和第二横向相邻的支承表面，所述第一和第二支承表面的每个的至少一部分包括重复的对比图案，所述抽屉在其中所述第一和第二支承表面由所述封装包围的缩回位置与其中所述第一和第二支承表面从所述前开口伸出并可接触以便放置或移开所述第一和第二物体的伸出位置之间可移动；

第一和第二光学扫描装置，布置在所述封装内所述后壁附近；

反射镜，固定到所述封装，在所述前开口附近和所述抽屉的所述第一和第二支承表面上方，所述反射镜定向为将从所述反射镜下所述第一和第二支承表面的部分反射的光重新引导向所述第一和第二光学扫描装置的对应一个装置；以及

处理器，与所述光学扫描装置电通信；

其中所述第一和第二光扫描装置各自配置成当所述抽屉在所述缩回位置与所述伸出位置之间移动时，记录所述反射镜下所述第一和第二支承表面的对应一个表面的连续部分的一系列线性图像；以及

其中还有，所述处理器配置成汇集与所述第一和第二支承表面的所述连续部分的所述系列线性图像对应的数据以构建所述第一和第二支承表面的数字图像，所述处理器还配置成当物体布置在所述支承表面上时，比较所述第一和第二支承表面的所述数字图像和已知物体的至少一个存储的数字图像以识别所述物体。