CN104025116B - 图像采集方法 - Google Patents

Abstract

采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法包括：提供物体(3)的具有光轴(V；V)的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正图像的可能透视失真，且从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征。该方法进一步包括：使已知参考平面与物体(3)相关联且在所述工作步骤之前的所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得参考平面与光轴(V)之间的对应倾斜度；处理所采集的图像实际上包括识别根据对应倾斜度确定的处理模式并且应用该预设的处理模式来校正可能透视失真。

Description

图像采集方法

技术领域

本发明涉及一种由包括至少一个光学设备的图像采集系统实现的采集物体的图像的方法，所述至少一个光学设备能够处理所采集的图像以便从所述物体提取至少一个特征。

具体地，本发明涉及包括如下光学设备的采集系统，所述光学设备能够采集静止的和/或在可移动传送装置上处于运输的物体的图像。

本发明进一步还涉及包括如下可移动光学设备的采集系统，即所述可移动光学设备连接到支撑底座，可随时间在多个不同位置之间连续移动，并且能够采集静止物体的图像。所述光学设备特别地连续改变空间中的取向以采集物体的图像。

背景技术

在本说明书中以及随后的权利要求书中，表述“用于采集图像的光学设备”是指如下一种设备，其能够采集布置在支撑表面中的物体的图像，特别地，其能够采集所述物体的几何特征和/或形状特征，或者与所述物体相关联的光学信息。

表述“光学信息”是指构成信息(不论经编码还是未经编码)的任何图形表示。

经编码信息的一个示例是线性或二维光学代码，在其中对识别与光学代码相关联的物体的数据进行编码。通过由光元件(通常是白色空间)分离的暗(通常是黑)色的预设形状(例如，正方形、矩形或六边形)的元素的适当组合对信息进行编码，条形码、堆栈码和二维码(一般来说，彩色码等)是已知的。

术语“光学信息”进一步包括(更一般来说)其它图形形状，其包括印刷或手写字符(字母、数字等)和特定形状(所谓的“图案”)，比如戳记、标志、签名、指纹等，以及任何可检测的图形表示，不仅在可见光区域而且沿着包含在红外线与紫外线之间的整个波长。

在现有技术中，在图像采集系统中，所谓的“无人看管扫描系统”是已知的，其包括数码相机，用于采集通常是静止的和/或在传送带上或在其它支撑装置和/或处理和运输装置上处于运输的包装或物体的图像，且通过数码相机解码其上印刷或施加的光学信息。此类数码相机(其包括光电传感器)可以包括光电传感器的一维或二维阵列。表述“图像处理”是指对所采集的图像执行初始二维分析以便能够随后更详细处理该图像。

这个随后处理的目标是“正确提取该物体的感兴趣特征”。换句话说，前一表述是指使光学信息能够被正确读取和解码(不论如何取向，与物体关联和/或与待识别的物体相关联的轮廓或字符相关联)的图像识别算法。

已知的图像采集系统通常包括光学设备、与此设备相关联的至少一个发光装置、用于配置采集系统的用户接口图形装置以及用于管理发光装置和光学设备本身的控制装置。

此采集系统的一个典型问题在于以下事实：由于物体与光学设备之间的对应定位，光学设备采集的物体的图像通常透视失真。实际上，并非始终可能或推荐将设备的光轴布置成与待检查的物体相对，垂直于物体的设置有经编码信息的表面，或更一般来说，有必要采集图像的表面。如果发光装置并入到光学设备中且围绕光学设备，则(例如)有必要使待分析的表面倾斜，以避免光学设备上的直接反射。

在具有固定光学设备的图像采集系统的情况下，缺少适于固定到静止底座的空间或点约束了光学设备相对于待采集的物体的定位，使得此定位从所采集的图像的视点来看通常并非最佳(其可能透视失真)。

另一方面，在具有可移动光学设备(例如，安装在用于“拾放”应用的机械臂上)的图像采集系统的情况下，光学设备持续改变空间中的取向，从而与机械臂一体移动。在这些系统中，光学设备相对于物体的布置不由针对图像的最佳采集的需要决定，而是由机械臂的需要决定。因此，所采集的图像会透视失真。

所采集的图像中的物体的透视失真使图像识别和解码算法更加复杂且低效，因此用于解码图像的处理时间较长。此外，图像的失真可以引入解码错误，因为图像中的光学信息被不正确解释。

举例来说，再现文本中的字符的图形符号可能被光学字符识别(OCR)算法不正确地解释。类似地，如果第一特性必须从定位在第一感兴趣区域中的可由开始于第二感兴趣区域的几何参数识别的图像提取，则可能发生解码错误。由于透视失真而导致的该几何参数(例如，第一感兴趣区域和/或第二感兴趣区域之间的距离和/或取向)的改变可能在解码步骤期间引起错误，因为第一感兴趣区域可能在待解码特征不存在的区域中被识别。

为克服此问题，已知有执行图像处理步骤，由能够将图像返回到其实际非失真比例的算法对所采集的图像进行几何变换，从而例如提取由所采集的图像变换和未变换的图像的物体的感兴趣特征。

这种几何变换提供了例如基于如下假设使用算法：失真图像的每一点可以被引用到实际图像的对应点。几何变换算法需要能够定义失真图像中以及变换后的图像中识别的某些适当选定的点的坐标。因此，在光学设备配置步骤期间，操作者必须进行干预，使得光学设备能够定义几何变换算法。操作者实际上自行处置(at his disposal)图像，其中对光学校准图像(也称为测试图案(test pattern))进行编码并且通过多次采集提供有测试图案的这类图像来定义几何变换算法。

在光学设备的这个配置步骤中识别的该算法随后被用在工作步骤中以处理图像(该图像可以在这个配置步骤之后、同时或之前进行采集)，从而将图像变换为不同图像，随后提取物体的特征并且因此解码图像。

因此，图像采集系统要求光学设备的配置步骤先于工作步骤，在配置步骤期间进行测试图案的多次采集，和/或例如借助用户接口图形装置针对图像采集系统的操作设定其它操作参数(例如，还已知有使用测试图案来确定用于将像素转换为mm的因子)。

由于测试图案的多次采集，这个配置程序对于操作者来说较费力，并且还需要不少时间，在这些时间内，图像采集系统不能自动使用，因为其处于配置步骤中。

在可移动光学设备的情况下，如果有必要识别设备本身的所有可能的工作位置并且针对每个位置定义对应的几何变换，则这个配置时间变得关键。在每个可能的工作位置中，不得不通过测试图案重复测试图案的多次采集，因此，配置步骤更加复杂且时间长。

此外，为了正确定义几何变换算法且因此为了有效解决透视失真，有必要以较大准确性识别光学图案之间的相关性。图像透视失真越多，则这越有必要。

在仅存在几个测试图案的情况下，只有光学信息在具有平坦表面的物体上(例如，布置在盒状主体的表面上的标签)，才能正确定义几何变换。在此特定情况下，特定是限制条件下，仅一个测试图案可足以定义几何变换。

然而，如果物体具有弯曲外部表面，则定义这个几何变换的执行时间变得更长且难以解决。实际上，在物体具有弯曲乃至不规则外部表面的情况下，不仅必须利用测试图案对校准图像进行多次采集，而且还有必要从空间中的若干位置采集此类图像。所采集的第一校准图像用于识别参考表面上的校准图像，且另一方面通过感兴趣工作体积内的不同空间位置采集随后测试图案，直到此时，通过随后采集的测试图案的校准图像(其可能在采集期间透视变形)与所采集的第一校准图像的测试图案之间的比较，由此可以定义几何变换。操作者配置光学设备以及因此配置图像采集系统所必需的时间更进一步增加。

发明内容

本发明的一个目标是克服用于采集已知类型的图像的方法的缺点。

另一目标是提供一种采集图像的方法，所述方法使得能够采集图像且通过对所采集的图像的几何变换校正可能的透视失真，但简化了几何变换本身的定义和识别。

又一目标是提供一种采集图像的方法，所述方法使得能够采集图像且通过对所采集的图像的几何变换校正可能的透视失真，且确保在不需要较长时间配置的情况下较大精确度的几何变换。

再一目标是提供一种采集图像的方法，所述方法使得能够采集图像且通过对所采集的图像的几何变换校正可能的透视失真，这不需要在配置步骤中操作者的任何干预。

这些目标和其它目标全部由如根据下面提出的权利要求中的一个或多个定义的采集图像的方法实现。

附图说明

参看附图可以更好地理解和实施本发明，附图借助非限制性示例说明其实施例，其中：

图1是根据本发明的使用采集图像的方法的图像采集系统1的示意图，其具备连接到固定支撑底座的光学设备2；

图2示意说明形成图1的图像采集系统1的一部分的用户接口图形装置的显示屏；

图3是根据本发明的使用采集图像的方法的图像采集系统的另一实施例的示意图，其具备连接到与其一体的可移动支撑底座的光学设备。

具体实施方式

参看图1，示意示出图像采集系统1，其具备至少一个光学设备2，例如包括光电传感器(尤其是CCD或C-MOS类型)的一维或二维阵列的数码相机。所述光学设备2能够采集布置在可移动支撑表面4(其示意说明)上方的静止和/或处于运输中的物体3的图像。可移动支撑表面的一个示例由传送带给出。这类物体3沿着图1中用箭头指示的前进方向A前进。在图1中，示出具有盒状主体的单个物体3，尽管如此，在可移动支撑表面4上，多个物体3可以沿着前进方向A连续前进，多个物体3可以具有任何形状。

图1的光学设备2是以其连接到支撑底座(未示出，其随时间保持在同一位置)的方式固定的。光学设备2进一步以如下方式倾斜布置，使得其光轴V(其被假定为以如下方式与相机的纵轴重合，使得光轴V的倾斜与光学设备2的倾斜重合)能够读取印记或施加到物体3的表面上的一条编码信息(例如，条形码)。

物体3具有上表面3a、面向光学设备2的前表面3b以及侧表面3c。

注意，在图1中，光学设备2被示为相对于笛卡尔参考系的垂直轴Z倾斜，但相对于其余轴X和Y不倾斜。光轴的倾斜在此情况下仅由光学设备2的光轴V与轴Z之间的角α给出。然而，在未表示的方式中，光学设备2也可以沿着轴X和Y呈现非零倾斜。

物体3的可移动支撑表面4在图1中被示为水平布置。仍应理解，此支撑表面还可以倾斜布置，从而例如将物体从底部移动到顶部，从而将此类物体转移到沿着较大Z轴的位置。

图像采集系统1进一步包括未示出的控制装置，例如集成到光学设备2中的微处理器，用于管理光学设备2和待采集的物体的发光装置(未示出)的图像的采集。

此控制装置可以命令以预设频率激活光学设备2和照明器两者，由此连续地采集图像，或者替代地，其可以命令仅当通过分析图像的内容识别物体时激活照明器。

或者且优选地，存在传感器5和前进传感器6(例如，编码器)与可移动支撑表面4相关联，用于通信且命令连接到这些传感器(直接或经由控制装置)的光学设备2，以采集处于运输中的物体3的图像和/或仅在存在物体3的情况下激活照明器。这些传感器识别物体2何时进入光学设备2的采集场/区域(field)或读取场内部以及其何时退出此场，以此方式，传感器检测物体在沿着可移动支撑表面4的预设位置中的存在。应注意，此预设位置以如下方式建立，即在该位置处，物体3处于光学设备的聚焦范围和视场内。

如下文更详细阐释地，光学设备2可以实际上具备距离检测装置，其可以是高度传感器，例如光帘或激光器或超声距离测量装置，或特别是自动聚焦装置。聚焦区间因此对应于采集场或读取场，而视场是光学设备2的传感器经由设备2的光学接收构件(即，透镜系统)在聚焦距离处的投影。

可以在采集图像的同时测量该距离，或在采集图像之前测量该距离。

光学设备2可以进一步包括倾斜检测构件(未示出)，例如加速度计或倾斜计，其能够供应光学设备2以及因此该设备2的光轴相对于笛卡尔参考系X、Y和Z的倾斜度。在图1中，相对于轴Z的倾斜度等效于相对于重力的倾斜度；在更一般情况下，相对于重力的倾斜度将是相对于X、Y和Z的倾斜度的组合。

应注意，倾斜检测构件可以被集成到光学设备2中或与之一体地关联，因为其被布置在单独的但直接或通过控制装置连接到光学设备2的装置中。光学设备2可以进一步包括存储构件(未图示)，用于存储从倾斜检测构件接收的倾斜度。

图像采集系统1进一步包括直接地或经由控制装置连接到光学设备2的用户接口图形装置7，借助于用户接口图形装置7，操作者能够在工作步骤之前执行采集系统的配置步骤，以便验证设备2的光轴与同物体3相关联的已知参考平面之间的对应倾斜度。在工作步骤中，所采集的图像实际上根据此对应倾斜度进行处理，以便校正所采集的图像的可能透视失真，并且从处理后的图像提取物体的特征。因此，可以校正所采集的图像的透视失真。

在物体具有盒状主体情况下，参考平面是物体的具有待解码的编码信息的表面。在物体具有弯曲主体(即，具有具备至少弯曲外部表面的主体)的情况下，参考平面对应于接触弯曲表面的平面。该参考平面相对于物体的支撑表面可以是垂直或倾斜的。

对应的倾斜度在这个配置步骤期间确定，并且操作者能够以简单且直观的方式并以高精确度获得和验证对应的倾斜度。

可以根据参考平面相对于重力的倾斜度并且根据设备2的光轴V相对于重力的倾斜度计算对应的倾斜度，如下文将更详细阐释的。

如图2中所示，在配置步骤中，用户接口图形装置7示出“倾斜度配置”屏幕8，其包括在其中显示所采集的图像的部分9和在其中显示另一图像的另一部分10，所述另一图像从这个所采集的图像导出且以如下方式处理，即显示由于对应模拟的倾斜度(其由操作者设定)而得到的透视校正图像。

屏幕8进一步包括交互构件11，其包括第一光标12、第二光标13以及选择按钮14、15、16和17，用于管理配置屏幕8本身。

第一光标12直接连接到对应模拟倾斜度值，并且修改其光标会直接影响从此对应模拟倾斜度导出的透视校正图像。

应指出，表述“模拟”意味着透视校正图像根据操作者选择的对应倾斜度通过处理模式在所述另一部分中显示。

第二光标13直接连接到所述光学设备2与所述物体3之间的模拟距离值，并且修改光标13会直接影响近摄显示或借助变焦效应在一距离处显示的透视校正图像。

OK按钮使用户能够验证对应模拟倾斜度和/或模拟距离，作为相应的倾斜度和/或距离。

按钮14具有含义“复位”并且将对应模拟倾斜度和模拟距离返回到预设值。

按钮15具有含义“图像采集”，因为其命令光学设备2采集新图像。

按钮16具有含义“退出”，并且通过返回到不同显示屏而取消配置期间所做的任何操作。

按钮17具有含义“高级设置”，并且命令显示用于手动设置的另一屏幕(未示出)，且其可以是具备用于输入文本和/或数值的字段的其自身的额外窗口或额外手动建立的屏幕，借此允许操作者例如通过插入参考平面和光学设备2的光轴V的倾斜度的模拟倾斜度值而手动插入对应模拟倾斜度或模拟距离的值。

如果物体为盒状主体，如图1所示，其上表面3a垂直于彼此垂直的侧表面3b和3c，并且平行于安置在支撑表面4上的下表面，则在获得支撑表面4相对于重力的倾斜度的情况下可以容易计算参考平面的倾斜度。

如果光学设备2包括倾斜检测构件，例如加速度计或倾斜计，则光学设备2相对于重力的倾斜度由倾斜检测构件接收并且可以存储在光学设备2中。这使得光学设备2能够用在配置步骤中，并且在明确固定到静止底座之前测量参考平面和/或物体3的支撑表面4相对于重力的倾斜度。实际上，通过将光学设备2搁置在物体的参考平面中(如果主体为盒状，则为物体的表面；或如果物体的外部表面是弯曲的，则在外部并接触物体)和/或支撑表面4上(并且接着从该支撑表面4计算垂直或平行于支撑表面4的参考平面的倾斜度)，存储倾斜检测构件测量的倾斜度作为参考平面或支撑表面的倾斜度。

替换地，参考平面和/或支撑表面4的倾斜度可由用于手动设置的另一屏幕设定。

类似地，替代地或另外地，光学设备2的倾斜度可从倾斜配置屏幕8或从用于手动设置的屏幕获得，或者如先前所述，其从倾斜检测构件接收。

如果倾斜检测构件存在，则在配置步骤的初始步骤中，当向操作者提议“倾斜配置”屏幕8时，可以在另一部分10中显示已通过如下透视校正处理的另一图像，所述透视校正取决于通过从倾斜检测构件接收的倾斜度计算的对应倾斜度。

类似地，还可以在基于该计算的对应倾斜度的配置中查看交互构件11。

这对于必须在配置步骤的得出配置的最终步骤中必须验证模拟倾斜度作为对应倾斜度的操作者来说是有利的，因为经提议用于校正另一部分10中的透视失真的模拟倾斜度已经是基于实际倾斜度值计算的值。

同样，如果倾斜检测构件存在，则控制装置能够检查在上文说明的系统的配置步骤中配置的光学设备2是否已在其工作步骤期间意外地移动。

实际上，控制装置和/或光学设备2可以接收并存储配置步骤中接收的倾斜度，以将该倾斜度与工作步骤中接收的相同倾斜度进行比较。换句话说，可以监视光学设备2的倾斜度以在光学设备2的倾斜改变(也许由于不想要的撞击)的情况下产生针对操作者的警报信号。

如先前所述，操作者能够通过OK按钮验证对应倾斜度和光学设备2距物体的距离两者，以校正由于对应倾斜度和该距离而产生的所采集的图像的可能失真。

另一部分10中显示的另一图像通过透视校正处理，透视校正考虑交互构件11的第二光标13设定的模拟距离。如果光学设备2包括距离检测装置，如上文公开的且特别是能够检测距离的自动聚焦装置，则当向操作者提议“倾斜配置”屏幕8时，在配置步骤的初始步骤中使用自动聚焦装置检测到的距离，以透视地校正另一部分10中显示的另一图像且同时适当配置交互构件11的光标13。

在使用中，图像采集系统执行光学设备2的初始配置步骤且向操作者示出倾斜配置屏幕8。

在其图像待采集的物体的情况下，关联以取决于待实现的生产应用的已知方式建立参考平面。不限于此，我们考虑将采集盒状主体的布置在水平传送带上的表面的图像。如果光学设备2与倾斜检测构件且与距离检测装置相关联，则操作者必须事先指示物体的支撑表面的倾斜度，以便能够随后从它并且从倾斜检测构件获得的倾斜度计算参考平面与设备2的光轴V之间的对应倾斜度。

操作者通过查看用户接口图形装置7的初始配置屏幕8可以决定是否按压OK按钮以立即验证初始配置步骤中提议的对应模拟倾斜度和/或模拟距离作为相应的对应倾斜度和/或距离，或者是否继续修改对应模拟倾斜度和/或模拟距离，因为所显示的另一图像尚未通过可接受的透视校正处理。

应注意，即使光学设备2不包括倾斜检测构件，“配置”屏幕8也是有利的。操作者可以使用倾斜光标12和/或距离光标13来模拟若干不同透视校正，从而立即在另一部分10中评估透视校正的结果，并且在令人满意时校正倾斜度和/或距离。

操作者使用“OK”按钮来执行配置步骤的最终步骤，并且接着验证对应倾斜度和距离两者。结果是，当图像采集系统开始在工作步骤中操作时，处理光学设备2采集的图像以校正可能的透视失真，并且根据操作者在配置步骤中验证的对应倾斜度和/或距离执行处理。由此，从处理后的图像提取物体3的至少一个特征，例如印在物体3的表面上或施加到物体3的表面的条形码。

以此方式，可以获得用于图像采集系统的采集物体的图像的方法，其实现所采集的图像的准确处理以及校正所存在的透视失真，并且同时使操作者能够非常简单地配置采集系统。

为了校正透视失真，采集图像且通过处理模式处理图像，处理模式取决于采集系统的光学设备2的光轴V与同物体相关联的平面之间的对应倾斜度。操作者可自行处置用户接口图形装置7的屏幕8，用于不仅显示所采集的图像而且还显示处理后的透视校正图像，并且因此能够仅当从该对应倾斜度导出的透视校正由操作者判断为令人满意时验证该对应倾斜度。

因此确保较大处理精确度。因为不使用校准图案测试来处理图像，所以配置图像采集光学设备系统的过程加速且变得便利。

用于配置显示装置的屏幕8进一步从具有与光学设备2相关联的倾斜检测构件获得特定优点，因为在初始配置步骤中已用实际且非模拟透视校正处理另一图像。

然而，应指出，倾斜检测构件的存在不是必要的，因为光学设备2在无倾斜检测构件的情况下也是可配置的。实际上，通过向操作者提议同时显示透视失真的所采集的图像和从所采集的图像导出并借助模拟倾斜度值处理的另一图像来实现对应倾斜度的验证。以此方式，操作者具有所实施的透视校正的有效性的即时图形视图，且可容易地通过修改用户接口图形装置7的屏幕8的交互构件11而使透视校正更精确。

在另一实施例中，图像采集系统101的实施例包括倾斜检测构件或与倾斜检测构件相关联，但用户接口图形装置7不必存在。具体地，光学设备102的一个实施例包含倾斜检测构件，例如加速度计或倾斜计(未示出)，且具有光轴V'，光轴V'可以例如以如下方式与光学设备102的纵轴重合或平行，即光轴V'的倾斜与光学设备102的倾斜重合。光学设备的实施例102在实践中不同于光学设备2，因为其以可选选方式包含倾斜检测构件。先前已关于光学设备2说明的内容适用于光学设备102的其它特征，比如用于管理图像采集的控制装置。类似地，之前关于定义光轴V'和定义相对于物体3的参考平面所述的内容仍然有效。

在光学设备102的一个配置步骤中，因此可以获得同物体3相关联的参考平面与设备102的光轴V'之间的对应倾斜度，其可从倾斜检测构件接收的光学设备102相对于重力的倾斜度以及所存储的参考平面相对于重力的倾斜度计算。如下文将指示的，图像采集系统101的该实施例有利地适用于固定的光学设备102，即一体地连接到随时间保持在相同位置的支撑底座，但尤其适宜于光学设备102可移动的情况，即一体地连接到随时间可通过连续移动在多个不同位置之间移动的支撑底座。

如图3中所示，光学设备102可以例如与安装在底座104上的“拾放”型机械臂103(其可以旋转360°)相关联。机械臂103固定到底座104，机械臂103包括定义关节臂的第一末端主体105、第二末端主体107和第三末端主体108，其中第一主体105通过第一关节(articulation)106a的插入连接到底座104且其中第二主体107和第三主体108通过第二关节106b和第三关节106c连接到第一主体105和连接在一起。每一关节106a、106b和106c具有相应平行旋转轴。

第三末端主体108携载物体3的抓握构件109，且光学设备102的静止底座(未示出)也固定到抓握构件109。

因此，所述光学设备102可随时间移动，因为其与在空间中移动且特别是持续改变取向的机械臂103的第三主体108成一体。不限于此，可以看出，机械臂103可以具有与所示不同的类型(例如，每一关节可具有彼此不平行和/或并联的旋转轴)，和/或光学设备102连接到的支撑底座可以固定在机械臂103中的不同位置中。

如已关于先前实施例所述的，同物体相关联的参考平面与光学设备102的光轴V'之间的对应倾斜度通过参考平面相对于重力的倾斜度以及通过光学设备102相对于重力的倾斜度计算。然而，使用已存储在图像采集系统101中的参考平面相对于重力的倾斜度，且因此对应倾斜度可直接通过光学设备102的倾斜度计算。

可以看出，合并在光学设备102的实施例中的倾斜检测构件还能够检测机械臂的两个连续位置之间的移动，因为其能够检测倾斜检测构件的加速度的变化，而不仅仅是静止倾斜度值。

在使用中，如果光学设备102是可移动的，则在两个后续位置之间的移动结束时执行光学设备102的配置步骤，并且存储与光学设备102到达的位置相关联的对应倾斜度，接着存储光轴V'的倾斜度。另一方面，如果光学设备102是固定的，则在工作步骤之前至少运行一次配置步骤，以存储对应倾斜度。

接着配置步骤之后是工作步骤，在其中根据配置步骤中获得的对应倾斜度处理所采集的图像，并且校正通过光学设备102采集的图像的可能失真(由于物体与光学设备102之间的非最佳定位)。应指出，在可移动支撑底座的情况下，一个或多个图像的采集可以在配置步骤之前或之后，其意思是，其也可以在当可移动支撑底座例如正在减速时在其最终步骤中在两个连续位置之间的移动期间执行，或者在移动结束时以及在配置步骤之前执行，或者在配置步骤之后且在工作步骤期间执行。一个或多个图像必须仅在处理步骤之前采集。同样在此情况下，可以将配置步骤中接收并存储的倾斜检测构件的倾斜度与周期性监视的工作步骤期间的倾斜检测构件接收的倾斜度进行比较。以此方式，如果光学设备102的实施例接收的倾斜度以明显不期望的方式相对于配置步骤期间接收并存储的倾斜度改变，则产生针对操作者的警报信号。在以高加速度移动的情况下，机械臂的移动可能随时间引起光学设备102到支撑底座的固定的变化。

以此方式，通过以如下方式布置光学设备102的实施例，即其包括倾斜检测构件，且由于图像处理取决于设备102的光轴V'与同物体相关联的参考平面之间的对应倾斜度(其可从倾斜检测构件接收的倾斜度计算)，所以可以获得一种采集图像的方法，该方法虽然不需要操作者配置系统，但也校正所采集的图像的透视失真。

因此，光学设备102的实施例的图像采集和配置方法总体上为自动的且对于不存在用户图形接口装置7的图像采集系统101的实施例是有利的。如果具备倾斜检测构件的光学设备102的实施例一体地连接到固定支撑底座，则该方法是有利的，因为不需要操作者进行系统配置。

如果光学设备102的实施例一体地连接到可移动支撑底座，则该方法更加有利。在此情况下，配置特别是大致在可移动光学设备102的实施例的每次移动结束时发生，以存储光学设备102的对应倾斜度。通过在支撑底座的每次移动之后使可由支撑底座到达的每一位置与相应的对应倾斜度值相关联，可在工作步骤中在光学设备102到达的每一位置中实施透视失真的校正。

我们已陈述，以如下方式处理光学设备2或102采集的图像以校正所采集的图像的可能透视失真，即可以以正确方式且没有由于透视失真而导致的误差的情况下从处理后的图像提取物体的至少一个特征。

如先前所述，在使用中，图像处理取决于同物体相关联的已知参考平面与光学设备2或102的光轴之间的对应倾斜度。

这个对应倾斜度在笛卡尔参考系X、Y和Z中清楚地给出，即所述倾斜在三个笛卡尔轴的一个或多个中具有角分量，且透视失真取决于三个笛卡尔轴X、Y或Z中的对应倾斜度。

尽管如此，假设透视校正在三个笛卡尔轴的至少一者中实施。

已陈述的内容对于包括连接到固定支撑底座的光学设备2和使该对应倾斜度能够被精确配置的用户接口图形装置7的图像采集系统1，以及对于图像采集系统101的另一实施例均是有效的，在其中光学设备102的另一实施例包括倾斜检测构件并且配置和识别对应倾斜度的步骤总体上为自动的且可由从该倾斜构件接收的倾斜度获得。实际上，由光学设备2或102采集和处理所采集的图像。

处理图像取决于对应倾斜度，因为其包括根据对应倾斜度识别预设处理模式，并且应用该预设处理模式来校正可能的透视失真。尽管如此，应注意，可以设定对应倾斜度的最小阈值，使得对于该处理模式，仅确定对应倾斜度是否大于该最小阈值或与该最小阈值相同。这是因为如果对应倾斜度具有非常小的值，则不需要对所采集的图像进行透视校正，并且可以从所采集的图像提取物体的特征且不进行处理而无失真或误差的风险(对处理速度有利)。

另一方面，如果对应倾斜度大于该最小阈值或与该最小阈值相同，则从多个不同处理模式之间选择设定的处理模式，且不同几何变换与每一处理模式相关联。

实际上，若干几何变换是可能的，例如投影单应性、仿射单应性、类似性或欧几里得变换，它们考虑变化程度的2D透视失真且分别可与具有相应较大或较小值的对应倾斜度相关联。

举例来说，投影单应性考虑由于上升的对应倾斜度而造成的失真，其能够在存在透视失真的情况下将例如正方形(如果从前方看)等几何图形修改为伸长梯形或不对称四边形。

另一方面，欧几里得变换仅考虑由于旋转而造成的失真，其可适用于当光学设备相对于待采集的物体几乎垂直但旋转时发生的具有低值的对应倾斜度。

与处理模式相关联的每一几何变换被给定为先验存储在光学设备2或102中的算法，且因此为透视变换或另一者之间的选择并且取决于设备2或102的光轴与物体3的参考平面之间的对应倾斜度。

确切来说，为了选择预设处理模式，相应处理阈值与每一处理模式相关联。因此定义多个阈值区间，其彼此连续且具有与处理阈值相同的低端值，每一值与相应处理模式相关联。通过对应倾斜度与此多个处理阈值的比较，可以选择预设处理模式。

换句话说，如果对应倾斜度落在设定的阈值区间内，则识别设定的处理模式所对应的该区间。

在具有若干笛卡尔轴X、Y、Z上的分量的倾斜度的情况下，使处理模式与相应阈值分量(每一者与相应笛卡尔轴相关联)或阈值转变所表达的阈值相关联，这通常是个问题，尽管如此，仍考虑笛卡尔轴X、Y或Z中的倾斜度。

应注意，该几何变换完全适用于所采集的图像以完全校正该图像，以便从该整个图像提取物体的感兴趣特征。

在该方法的不同实施例中，所采集的图像的感兴趣区域所位于的地区(zone)被初步辨识，并且几何变换仅应用于该地区，因为在该校正后的地区中透视地发现待提取的物体的特征。这加速了处理，因为几何变换仅在必需时才应用。

同样，在该方法的另一实施例中，辨识所采集的图像的感兴趣第一区域所位于的第一部分。根据适当处理后的感兴趣第一区域导出定位参考，其通过所识别的处理模式以几何方式进行变换，以便校正该定位参考中存在的可能的透视失真。以此方式，定位参考能够无误差地定位所采集的图像的感兴趣第二区域所位于的第二部分。

因此，几何变换可以应用于该第二部分以仅执行该第二部分的透视校正，因为物体的特征在该第二部分中。替换地，还可以从该第二部分提取变形特征，并且基于所述对应倾斜度将透视校正应用于该变形特征，以获得透视校正特征。

如先前所述，有必要分别获得参考平面和设备2或102的光轴V相对于重力的倾斜度，以便能够计算该对应倾斜度。

如果我们考虑例如图1所示的盒状主体3，则对应倾斜度被计算为设备2或102的光轴V相对于重力的倾斜度与参考平面相对于重力的倾斜度(通常0°或90°)之间的差。

如下文揭示，根据光轴V相对于相应阈值(例如，45°)的倾斜度而选择0°或90°。

在此方面，前文的陈述适用于由连接到固定支撑底座的光学设备2和用户接口图形装置7组成的图像采集系统1以及图像采集系统101的另一实施例两者，在光学设备102的另一实施例中，其连接到可移动支撑底座且具有用以总体上自动识别对应倾斜度的倾斜检测构件。

具体来说，如果物体3为盒状主体，则参考平面的倾斜度可以从感兴趣表面的倾斜度和/或支撑表面4的倾斜度获得，这归因于操作者在用户接口图形装置7的屏幕8中手动设定的值，或者归因于与光学设备2相关联或并入在其中并由操作者搁置在该参考平面和/或该支撑表面4上的该倾斜检测构件的接收。

光学设备2的光轴V的倾斜度可获得，这归因于由操作者在用户接口图形装置7的屏幕8中手动设置的值，或者归因于从与光学设备2或102相关联或并入在其中的倾斜检测构件接收的值。

图1的光学设备2具有仅由光学设备2的光轴V与轴Z之间的角α给出的光轴V的倾斜度。因为物体3是具有彼此垂直的表面的盒状主体且支撑表面4为水平的，所以如果角α小于对应预设阈值(例如，45°)，则可以激活角α识别的几何变换以采集物体的前表面3b的图像。光学设备2不是非常倾斜的，因为待提取的编码信息附加到物体3的前表面3b。例如，几何变换可以是特定针对前表面3b开发的单应性算法，其具有角α作为激活参数。

另一方面，如果角α大于对应设定阈值(例如，45°)或与之相同，则光学设备2被定位以采集物体3的上表面3a的图像。类似于已针对可适用于前表面3b的图像的几何变换所陈述的，可以通过激活特定针对上表面3a开发的单应性算法识别与角α相关联的几何变换，其具有与角α互补的角β作为激活参数。

如已陈述，通过在工作步骤中进一步监视光学设备2或102的光轴的倾斜度并且将所接收的倾斜度与配置步骤期间存储的对应倾斜度进行比较，可以识别光学设备2或102的异常定位状况(由于例如不想要的撞击)。

应看到，由于对应倾斜度而造成的所采集的图像的可能透视失真也会受光学设备与物体的距离影响。

根据本发明的方法的另一实施例，处理模式和对应的几何变换根据倾斜度识别，但根据对应倾斜度和距离两者应用于所采集的图像。这使得能够通过还校正可能的变焦误差而进一步改进处理后的图像的透视校正。

如先前已陈述，可以通过距离检测装置以及通过操作者的手动设定两者获得该距离。

可以看到，从图像提取特征也可以取决于该对应倾斜度。实际上，关于从图像提取特征，通常使用参考模型，将图像与之进行比较，该模型可以根据该对应倾斜度变化，从而使例如相应参考模型与每一透视变换相关联。

此外，如果必须应用图像识别算法来从图像提取该特征，则根据此对应倾斜度从多个不同可能的图像识别算法选择预设的图像识别算法。

例如，每一算法可以与相应阈值相关联，并且可以与已陈述用于根据倾斜度识别几何变换类似的方式从多个算法选择预设算法。

例如，如果对应倾斜度具有低值，光学设备布置成与物体几乎相对且我们因此处于存在轻微失真的条件下，则可以选择非常快但对于透视失真不是非常宽容的第一图像识别算法从物体提取特征。

另一方面，当对应倾斜度较大时可以选择比前者复杂且因此较慢但对透视失真更宽容的第二图像识别算法，因为即使在极其失真的图像的情况下其也能够识别经编码信息。

例如，第一图像识别算法可以使用不失真的单个参考模型，以使作为图像识别算法的所采集的图像和/或透视校正图像与该参考模型之间的单个比较在处理时非常快速同时不宽容参考模型的失真。另一方面，第二图像识别算法可以使用多个参考模型，其相对于不失真的参考模型或多或少失真，且作为图像识别算法执行将所采集的图像和/或透视校正图像与该参考模型比较的若干尝试，从而以较大精确度从所采集的图像提取感兴趣特征。

以此方式，可以获得一种采集图像的方法，其通过使得能够根据来自光学设备和与物体相关联的平面的对应倾斜度选择设定的图像处理模式，从而实现以最适宜方式校正所采集的图像的透视失真。

此外，根据本发明的方法使相应几何变换算法和相应阈值与每一处理模式相关联，并且使得能够选择最适宜的设定的几何变换。

尽管如此，几何变换并非始终进行识别和选择，而是仅当对应倾斜度具有大于最小阈值或与最小阈值相同的值的情况下进行识别和选择。实际上，如果设备的光轴布置成与物体几乎相对，则所采集的图像中不存在透视失真且图像处理无法加速。

此外，因为图像识别算法也取决于该对应倾斜度，所以从物体3提取特征特定针对经识别的透视失真，并且该方法的执行速度得以改进且同时解码误差被最小化。

Claims (20)

1.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真；

将所述相对倾斜度与最小阈值水平进行比较，并且其中如果所述相对倾斜度大于所述最小阈值水平或与所述最小阈值水平相同，则执行识别所述处理模式，其中识别预设的处理模式包括从多个不同处理模式中选择处理模式，并且使不同几何变换与每一处理模式相关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括使相应处理阈值与每一处理模式相关联，并且将所述相对倾斜度与所述多个处理阈值进行比较以识别所述预设的处理模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其包括将所述几何变换完全应用于所述所采集的图像，以校正所述所采集的图像并从透视校正后的整个图像提取所述特征。

4.根据权利要求1所述的方法，其包括识别所述所采集的图像的感兴趣区域所位于的地区，将所述几何变换应用于所述地区用于透视校正所述地区，并且其中所述方法包括从透视校正后的所述地区提取所述特征。

5.根据权利要求1所述的方法，其包括识别所述所采集的图像的感兴趣第一区域所位于的第一部分，从所述感兴趣注第一区域导出定位参考，将所述几何变换应用于所述定位参考，用于通过所述定位参考定位所述所采集的图像的感兴趣第二区域所位于的第二部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其包括将所述几何变换应用于所述第二部分以透视校正所述第二部分，并且其中所述方法包括从透视校正后的所述第二部分提取所述特征。

7.根据权利要求5所述的方法，其包括从所述第二部分提取变形特征，并且基于所述相对倾斜度校正所述变形特征以获得透视校正后的特征。

8.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其中获得相对倾斜度包括获得所述参考平面相对于重力以及所述光轴(V)相对于重力的相应倾斜度，并且从所述相应倾斜度计算所述相对倾斜度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述物体(3)为盒状主体，其具备彼此垂直的上表面(3a)和侧表面(3b、3c)，所述参考平面与所述盒状主体的表面(3a、3b、3c)有关。

10.根据权利要求9所述的方法，其中获得所述参考平面的所述倾斜度包括通过在图形用户接口装置(7)的屏幕(8)中进行手动设置来获得感兴趣的所述表面(3a、3b、3c)和/或所述支撑表面(4)的倾斜度值，或者当所述光学设备(2)由操作者搁置在这种参考平面和/或这种支撑表面(4)上时，获得从以一体或合并方式与所述光学设备(2)相关联的倾斜检测构件接收的值。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述支撑表面(4)是水平的，所述相对倾斜度对应于所述光轴(V)相对于重力的所述倾斜度，并且在笛卡尔参考系中，所述倾斜度仅由所述光轴与垂直轴Z之间的预设角(α)定义，且所述方法包括如果所述预设角(α)小于相应阈值，特别是45°，则应用与所述预设角(α)有关的几何变换，以采集所述物体的横向前表面(3b)的图像。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述支撑表面(4)是水平的，所述相对倾斜度从所述光轴(V)相对于重力的所述倾斜度获得，且在笛卡尔参考系中，所述倾斜度专门由所述光轴(V)与垂直轴Z之间的预设角(α)定义，并且所述方法包括如果所述预设角(α)大于相应阈值，特别是45°，或与之相同，则考虑所述预设角(α)的互补角(β)并应用与所述互补角(β)有关的几何变换，以采集所述上表面(3a)的图像。

13.根据权利要求8所述的方法，其中接收所述光轴(V)的所述倾斜度包括获得在图形用户接口装置(7)的屏幕(8)中手动设置的值，或获得由以一体或合并方式与所述光学设备(2；102)相关联的倾斜检测构件接收的值。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述物体是具备至少一个弯曲外部表面的弯曲形主体，并且其中所述参考平面对应于与所述弯曲表面相切的平面。

15.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其中所述光学设备(2；102)包括或关联有倾斜检测构件，并且其中所述方法包括在所述工作步骤中监视从所述倾斜检测构件接收的所述光轴(V)的所述倾斜度，并在所述光学设备(2；102)的所述倾斜度相对于所述配置步骤期间接收和存储的所述倾斜度改变的情况下产生针对操作者的警报信号。

16.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其包括获得所述光学设备与所述物体的距离，以校正由于所述相对倾斜度且由于所述距离而产生的所述所采集的图像的可能失真。

17.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其包括根据所述相对倾斜度识别所述处理模式，且根据所述相对倾斜度和距离两者应用所述相对几何变换。

18.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其中从所述图像提取所述特征包括将所述图像和/或所述图像的一部分与参考模型进行比较，并且根据所述相对倾斜度改变所述参考模型。

19.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，并且其中从所述图像提取所述特征包括根据所述相对倾斜度从多个图像识别模式选择预设的图像识别模式，并且使预设的相应阈值与每一图像识别算法相关联，将所述相对倾斜度与所述多个阈值进行比较，以选择所述预设的图像识别模式。

20.一种采集布置在支撑表面(4)上的物体(3)的图像的方法，其包括：提供所述物体(3)的具有光轴(V；V')的至少一个光学图像采集设备(2；102)；在所述光学设备(2；102)的工作步骤中，处理所采集的图像以校正所述图像的可能的透视失真；从处理后的图像提取所述物体(3)的至少一个特征；其特征在于，所述方法包括：

使已知参考平面与所述物体(3)相关联，并且在所述工作步骤之前所述光学设备(2；102)的配置步骤中，获得所述参考平面与所述光轴(V)之间的相对倾斜度；所述处理包括根据所述相对倾斜度识别预设的处理模式以及应用所述预设的处理模式来校正所述可能的透视失真，其中所述相对倾斜度在笛卡尔参考系X、Y和Z中给出，并且所述校正包括在三个笛卡尔轴的至少一个中校正所述可能的透视失真。