CN107661862B - 快递自动分拣阵列式照相机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快递自动分拣阵列式照相机系统，包括运输快递邮包的流水线、邮包几何尺寸测量装置、低分辨率一维CCD扫描器、一维照相机阵列和光源，其中，一维照相机阵列用于拍摄流水线上的邮包并产生子区域图像组，一维照相机阵列包括两中可切换的工作模式：分别为将所述子区域图像组拼接成预定大小的邮包高分辨率扫描图像；以及将所述子区域图像组拼接成预定大小的包含快递邮包标签的图像，通过用廉价的照相机模组来替代传统价格昂贵的高分辨率照相机，用一维照相机阵列来产生类似照相机矩阵原理获得高分辨率图像，大幅度降低系统成本。二种模式可智能化自动切换，这二种方法相互补充，相互协调以适应快递自动分拣过程的各种状况。

Description

快递自动分拣阵列式照相机系统
技术领域
本发明涉及一种快递自动分拣阵列式照相机系统。
背景技术
目前快递业以前所未有的速度迅猛发展，促进了美国、欧洲和日本等发达国家快递自动分拣系统发展很快。快递自动分拣系统是一个国家快递自动化水平的标志性系统，但中国和一些发展中国家快递分拣自动化发展缓慢，其中主要瓶颈是在高分辩率的照相机系统上。快递自动分拣系统关键部件是照相机隧道(Camera Tunnel)，在照相机隧道中由一个或多个高分辩率的照相机对通过隧道的快递邮包进行一面或全方位的扫描，获得快递邮包一面或多面视图，然后对这些视图进行图像处理，主要寻找邮包上的邮包标签，再对标签上的条形码或文字进行识别从而实现自动分拣。由于高分辩率的照相机价格非常昂贵，严重阻碍了快递自动分拣系统的发展。
因为快递邮包的有效信息只在快递邮包的标签中，在快递分拣系统的图像处理过程中第一步就是图像分割，从而把快递邮包标签从一幅大的完整的邮包高分辨率扫描图像中分割出来，然后再对分割出来的快递邮包标签上的条形码和文字进行识别。如果系统只拍含有快递邮包标签的图像，这样可以大幅度地简化图像处理的复杂度，减少所占硬件资源，降低成本，加快运行速度，提高工作可靠性。
发明内容
本发明的目的之一是用廉价高性能的照相机模组阵列来替代传统快递自动分拣系统中昂贵的高分辩率的照相机。
本发明的目的之二是只拍含有快递邮包标签的图像，以便直接对快递邮包标签上的条形码和文字进行识别。
在讨论实现上述目的的技术方案以前首先定义一维照相机阵列和二维照相机矩阵。
一维照相机阵列是由一系列照相机模组按一定距离固定在一排位置，一维照相机阵列可以通过融合算法获得覆盖一条狭长区域的图像扫描。
二维照相机矩阵是由一系列一维照相机阵列按相隔一定距离固定在一个平面的位置，二维照相机矩阵可以通过融合算法获得覆盖一个面的区域图像扫描。
但对于快递邮包这类在流水线上按一定速度均匀平移的物体也可以用与流水线移动方向垂直的一维照相机阵列按一定时间顺序连续拍照，也可以获得如二维照相机矩阵可以覆盖一个面的区域图像扫描的结果。这个方法的优点是不需要一系列一维照相机阵列按相隔一定距离固定在一个平面的位置，即不需要二维照相机矩阵，只需要一个一维照相机阵列，成几何级数水平节约了设备成本。
传统的快递分拣照相机系统，它是由运输快递邮包的流水线，邮包几何尺寸测量装置，光源和高分辩率照相机组成。邮包几何尺寸测量装置不仅测量邮包的长、宽、高和体积，同时用测量邮包的高度来调节高分辩率照相机的焦距和产生触发高分辩率照相机拍照的信号。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种快递自动分拣阵列式照相机系统，包括运输快递邮包的流水线、邮包几何尺寸测量装置、低分辨率一维CCD扫描器、一维照相机阵列和光源，其中，
所述光源用于向所述邮包照射可见光；
所述邮包几何尺寸测量装置用于测量所述流水线上的邮包的几何尺寸，长、宽、高及体积；
所述低分辨率一维CCD扫描器包括低分辨率一维CCD模组、发光LED阵列和柱面透镜；
所述低分辨率一维CCD扫描器用于对所述流水线整个宽度方向扫描并对所述邮包在流水线上的运动以生产低分辨率二维扫描图像；
所述一维照相机阵列包括照相机阵列座和设置在所述照相机阵列座上的照相机模组；
所述一维照相机阵列包括两个工作模式：
第一工作模式为：所述一维照相机阵列将所述子区域图像组拼接成预定大小的邮包高分辨率扫描图像；
第二工作模式为：所述一维照相机阵列将所述子区域图像组拼接成预定大小的包含快递邮包标签的图像。。
进一步的，所述一维照相机阵列的两个工作模式切换依据为，根据所述所述一维照相机阵列拍摄的所述邮包上标签的显现程度决定。
进一步的，所述邮包高分辨率扫描图像为，利用图像融合算法把覆盖整个邮包扫描区域的所有所述照相机模组得到的子区域图像拼结而成；和/或，
所述包含快递邮包标签的图像为，在所述低分辨率二维扫描图像中用图像处理方法快速匹配寻找邮包标签所在位置，然后根据快递邮包标签所在位置来控制正对所述邮包标签所在位置的照相机模组拍照，通过预定处理得到只包含有邮包标签的子图像。
进一步的，所述柱面透镜用于将所述发光LED阵列的照明区域形成条狭长线状并与所述低分辨率一维CCD模组的扫描区域相匹配对应。
进一步的，所述一维照相机阵列通过连续延时控制时间拍照的时间序列获取所述子区域图像组；
所述延时控制时间为：
Tdelay＝(Lmove－Lfrant)/Sbelt；
其中，Tdelay为延时控制时间；
Lmove为由邮包几何尺寸测量装置测得所述邮包的前部到所述一维照相机阵列的距离；
Lfront：所述邮包前方余量；
Sbelt：运输快递邮包的流水线的速度。
进一步的，所述一维照相机阵列的连续拍照次数通过所述邮包几何尺寸测量装置测得所述邮包的长度计算得出：
Nscan＝(Lfront+Lparcel+Lback)/Lcover；
或，
Nscan＝Lscan/Lcover；
Nscan：连续拍照次数；
Lfront：前方余量；
Lparcel：测量邮包长度(邮包顺流水线运动方向的尺寸)；
Lback：后方余量；
Lcover：照相机模组在邮包上的覆盖区域；
Lscan：邮包实际扫描长度，其中，Lscan＝Lfront+Lparcel+Lback。
进一步的，所述一维照相机阵列拍照的时间序列的间隔由所述运输快递邮包的流水线的速度和照相机模组在所述邮包上的覆盖区域来确定：
Tgap＝Lcover/Sbelt；
Tgap：时间序列间隔；
Lcover：照相机模组在邮包上的覆盖区域；
Sbelt：流水线速度。
进一步的，通过测量所述邮包高度信息用于调节位于流水线上方的一维照相机阵列里各个照相机模组的焦距。
进一步的，通过测量所述邮包高度信息用于调节位于流水线上方的低分辨率一维CCD扫描器中的低分辨率一维CCD模组的焦距。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种快递自动分拣阵列式照相机系统，包括运输快递邮包的流水线、邮包几何尺寸测量装置、低分辨率一维CCD扫描器、一维照相机阵列和光源，其中，邮包几何尺寸测量装置用于测量所述流水线上的邮包的几何尺寸，长、宽、高及体积；低分辨率一维CCD扫描器用于对流水线整个宽度方向扫描并对所述邮包在流水线上的运动以生产低分辨率二维扫描图像；一维照相机阵列包括照相机阵列座和设置在照相机阵列座上的照相机模组；一维照相机阵列包括两个工作模式：第一工作模式为：所述一维照相机阵列将所述子区域图像组拼接成预定大小的邮包高分辨率扫描图像；第二工作模式为：所述一维照相机阵列将所述子区域图像组拼接成预定大小的包含快递邮包标签的图像。二种模式可智能化自动切换，这二种方法相互补充，相互协调以适应快递自动分拣过程的各种状况。
两个工作模式切换的依据为根据邮包上标签的显现情况确定，在通常应用中不容易发现邮包上的标签情况和很容易发现邮包上的标签情况会经常交替出现。在容易发现邮包上的标签情况下(即标签在包裹的邮包一面的中心部分区域或边缘部分区域)用只拍标签方法即第二工作模式，在不容易发现邮包上的标签情况下(即标签在包裹的邮包一面的全部区域或邮包多面区域)必须拍整个邮包即第一工作模式。这是二种不同的工作模式可以实现不同的技术效果。
在传统的快递分拣系统中使用价格很贵的高分辨率一维CCD扫描器，它的扫描图像必须要能清楚地识别邮包标签上的一维，二维条形码和文字。选择低分辨率一维CCD扫描器不要求识别一维、二维条形码和文字但必须要能识别邮包标签。为了与传统的快递分拣系统中使用价格很贵的高分辨率一维CCD扫描器相区别，本发明中使用的扫描器为低分辨率一维CCD扫描器，该低分辨率一维CCD扫描器的低分辨率要求为能够清楚地识别快递邮包上的邮包标签即可，不需要识别一维、二维条形码和文字，解决了现有快递邮包识别过程中必须使用成本高的高分辨率一维CCD扫描器的问题。
本发明的有益效果是：本发明之一是快递自动分拣阵列式照相机系统可以用廉价的照相机模组来替代传统价格昂贵的高分辨率照相机，用类似照相机矩阵原理获得高分辨率图像，大幅度降低系统成本。本发明之二是只拍小范围局部含有快递邮包标签图像，节省硬件资源，简化图像处理，有效提高系统工作的稳定性和可靠性。这二种方法相互补充，相互协调。在快递邮包的颜色与标签颜色相近，或其他原因导致图像处理不容易在快递邮包上分割邮包标签时使用第一种方案，即用照相机矩阵原理获得高分辨率图像。在快递邮包的颜色与标签颜色不一样，图像处理能够在快递邮包上分割邮包标签时使用第二种方案，只拍小范围局部含有快递邮包标签图像，以适应快递分拣时出现的不同状况。
当快递邮包在流水线上首先通过设置在流水线上的邮包几何尺寸测量装置，几何尺寸测量装置马上测量出该邮包的几何尺寸，长、宽、高和体积，把这些数据输入数据库的同时，把测量出的邮包高度信息用于调节位于流水线上方的一维照相机阵列里各个照相机模组的焦距。同时由邮包几何尺寸测量装置测得该邮包的前部到一维照相机阵列的距离。根据流水线速度可以精确地计算出邮包的前部到一维照相机阵列的延时时间，也就是说可以精确控制当邮包前端刚到达一维照相机阵列时马上按时间序列开始连续拍照。时间序列间隔由流水线速度和照相机模组在邮包上的覆盖区域来决定，连续拍照次数由邮包几何尺寸测量装置测得该邮包长度计算出来，从而产生类似二维照相机矩阵效果可以覆盖整个邮包的扫描区域。我们再用图像融合算法把覆盖整个邮包的扫描区域的所有照相机模组得到的子区域图像拼结成一幅大的完整的邮包高分辨率扫描图像。图像融合算法是图像处理技术中的一种基础技术，在航拍中应用最多。这样就可以用廉价的一维照相机阵列来获得类似昂贵的高分辩率照相机获得的那样一幅大的完整的邮包高分辨率扫描图像。
本发明之二是上叙只对快递邮包标签进行拍照。
在上叙技术方案中的邮包几何尺寸测量装置和一维照相机阵列之间插入一个低分辨率一维CCD扫描器，选择低分辨率一维CCD扫描器要保证在扫描整个运输快递邮包的流水线宽度时，在由于流水线均匀移动所得到的低分辨率二维图像中必须能清楚地识别快递邮包上的邮包标签。
当快递邮包在流水线上，首先要通过设置在流水线上的邮包几何尺寸测量装置，几何尺寸测量装置马上测量出该邮包的长、宽、高和体积，把这些数据输入数据库的同时，把测量出的邮包高度信息用于调节位于流水线上方的一维照相机阵列里各个照相机模组的焦距和低分辨率一维CCD扫描器的焦距。在获得的由低分辨率一维CCD在快递邮包运动过程中产生的二维低分辨率扫描图像，在二维低分辨率扫描图像中用图像处理方法快速匹配寻找快递邮包标签所在位置，用这个快递邮包标签所在位置来控制什么时候快递邮包标签通过一维照相机阵列及一维照相机阵列上那些照相机模组对着这个快递邮包标签，然后只控制对着这个快递邮包标签上方那些照相机模组拍照，通过适当处理就可以得到只含有快递邮包标签的图像。
处理得到只包含快递邮包标签图像的处理方法为：分析邮包标签是在一个照相机模组得到的子区域图像内，还是在相邻的几个照相机模组得到的子区域图像内，如在相邻的几个照相机模组得到的子区域图像内需要拼结；如在在一个照相机模组得到的子区域图像内，只需要抓取即可。
近年来由于手机及手机照相机的广泛应用，使得照相机模组的性能越来越完善，价格越来越低廉，用廉价高性能的照相机模组阵列来产生高分辩率扫描图像将会引起人们的高度兴趣。本发明的想法就是用廉价高性能的照相机模组阵列来替代快递自动分拣系统中昂贵的高分辩率的照相机。超越发展瓶颈，使我国的快递业迎来一个新的自动化发展高潮。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例中快递自动分拣阵列式照相机系统的示意框图；
图2示意性示出了本发明实施例中一维照相机阵列的示意图；
图3示意性示出了本发明实施例中低分辨率一维CCD扫描器的示意图；
图4示意性示出了本发明实施例中扫描图像的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参阅图1，本发明实施例提供一种快递自动分拣阵列式照相机系统是由运输快递邮包的流水线1、邮包几何尺寸测量装置5、低分辨率一维CCD扫描器4、一维照相机阵列2和它的光源3组成。快递邮包6在流水线1上传送。
请参阅图2，一维照相机阵列2是由一组照相机模组2a按一定的距离固定在照相机阵列座2b上。这一定距离是要保证相邻二照相机模组在快递邮包上的覆盖没有死角。
请参阅图3，低分辨率一维CCD扫描器4中间是低分辨率一维CCD模组4c，低分辨率一维CCD扫描器4的低分辨率一维CCD模组4c旁边是对应的照明系统，照明系统是由发光LED阵列4a和柱面透镜4b组成。柱面透镜4b使得照明系统的照明区域是条狭长线状与一维CCD扫描区域相匹配。
请参阅图4，扫描的图像7中的一个快递邮包6顶部边缘至扫描图像的顶部边缘距离为快递邮包6的前方余量Lfront，快递邮包6底部边缘至扫描图像的底部边缘距离为快递邮包6的后方余量Lback，快递邮包6在扫描图像中顶部边缘至底部边缘的距离为测量得到邮包长度Lparcel：(邮包顺流水线运动方向的尺寸)；扫描图像的顶部边缘至底部边缘的距离为照相机模组2a在邮包6上的邮包实际扫描长度Lscan。快递邮包标签6a贴在快递邮包6上。
当快递邮包6在流水线1上移动首先通过设置在流水线1上的邮包几何尺寸测量装置5，几何尺寸测量装置5马上测量出该邮包的几何尺寸，长、宽、高和体积，把这些数据输入数据库的同时，把测量出的邮包高度信息用于调节位于流水线上方的一维照相机阵列2上各个照相机模组2a和低分辨率一维CCD扫描器4内低分辨率一维CCD模组4c的焦距。同时由邮包几何尺寸测量装置5测得该邮包6的前部到一维照相机阵列2的距离。根据流水线速度可以精确地计算出邮包6的前部到一维照相机阵列2的延时控制时间。为了保证能充分覆盖实际距离要减去前方提前余量
Tdelay＝(Lmove－Lfrant)/Sbelt；
Tdelay：延时控制时间；
Lmove：由邮包几何尺寸测量装置5测得该邮包6的前部到一维照相机阵列2的距离；
Lfront：前方余量；
Sbelt：流水线速度。
在通过对低分辨率一维CCD扫描器4获得的低分辨率二维图像7中用图像处理方法快速匹配寻找快递邮包标签6a所在位置，用这个快递邮包标签6a所在位置来控制什么时候快递邮包标签6a通过一维照相机阵列2及一维照相机阵列上那些照相机模组2a对着这个快递邮包标签6a，然后只控制对着这个快递邮包标签6a上方的那些照相机模组2a拍照，通过相应处理就可以得到一幅只含有快递邮包标签6a的图像。
如果图像处理没有发现快递邮包标签6a，也就是说可能快递邮包6和快递邮包标签6a颜色接近或其他原因，就需要获得完整的高分辨率图像。那么可以用上叙由邮包几何尺寸测量装置5通过计算获得的延时控制时间Tdelay精确控制当邮包6前端刚到达一维照相机阵列2前时马上按时间序列开始用一维照相机阵列2连续拍照。时间序列间隔由流水线1的速度和照相机模组2a在邮包6上的覆盖区域来决定。
Tgap＝Lcover/Sbelt；
Tgap：时间序列间隔；
Lcover：照相机模组2a在邮包6上的覆盖区域；
Sbelt：流水线速度；
连续拍照次数由邮包几何尺寸测量装置5测得该邮包6的长度计算出来，要保证产生可以覆盖整个邮包6的扫描区域，所以邮包6的长度要加前后余量。
Nscan＝(Lfront+Lparcel+Lback)/Lcover；
或，
Nscan＝Lscan/Lcover；
Nscan：连续拍照次数；
Lfront：前方余量；
Lparcel：测量邮包长度(邮包顺流水线运动方向的尺寸)；
Lback：后方余量；
Lcover：照相机模组2a在邮包6上的覆盖区域Lscan：邮包实际扫描长度(Lscan＝Lfront+Lparcel+Lback)；
我们再用图像融合算法把覆盖整个邮包的扫描区域的所有照相机模组2a得到的子区域图像拼结接成一幅大的完整的邮包高分辨率扫描图像。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，包括运输快递邮包(6)的流水线(1)、邮包几何尺寸测量装置(5)、低分辨率一维CCD扫描器(4)、一维照相机阵列(2)和光源(3)，其中，
所述光源(3)用于向所述邮包照射可见光；
所述邮包几何尺寸测量装置(5)用于测量所述流水线(1)上的邮包的几何尺寸，长、宽、高及体积；
所述低分辨率一维CCD扫描器(4)包括低分辨率一维CCD模组(4c)、发光LED阵列(4a)和柱面透镜(4b)；
所述低分辨率一维CCD扫描器(4)用于对所述流水线(1)整个宽度方向扫描并对所述邮包在流水线上的运动以生产低分辨率二维扫描图像；
所述一维照相机阵列(2)包括照相机阵列座(2b)和设置在所述照相机阵列座(2b)上的照相机模组(2a)；
所述一维照相机阵列(2)用于拍摄所述流水线(1)上的邮包并产生子区域图像组，所述一维照相机阵列(2)包括两个工作模式：
第一工作模式为：所述一维照相机阵列(2)将所述子区域图像组拼接成预定大小的邮包高分辨率扫描图像；
第二工作模式为：所述一维照相机阵列(2)将所述子区域图像组拼接成预定大小的包含快递邮包标签的图像。
2.根据权利要求1所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，所述一维照相机阵列(2)的两个工作模式切换依据为，根据所述一维照相机阵列(2)拍摄的所述邮包上标签的显现程度决定。
3.根据权利要求2所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，
所述邮包高分辨率扫描图像为，利用图像融合算法把覆盖整个邮包扫描区域的所有所述照相机模组(2a)得到的子区域图像拼结而成；和/或，
所述包含快递邮包标签的图像为，在所述低分辨率二维扫描图像中用图像处理方法快速匹配寻找邮包标签所在位置，然后根据快递邮包标签所在位置来控制正对所述邮包标签所在位置的照相机模组(2a)拍照，通过预定处理得到只包含有邮包标签的子图像。
4.根据权利要求1所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，
所述柱面透镜(4b)用于将所述发光LED阵列(4a)的照明区域形成条狭长线状并与所述低分辨率一维CCD模组(4c)的扫描区域相匹配对应。
5.根据权利要求1所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，所述一维照相机阵列(2)通过连续延时控制时间拍照的时间序列获取所述子区域图像组；
所述延时控制时间为：
Tdelay＝(Lmove－Lfrant)/Sbelt；
其中，Tdelay为延时控制时间；
Lmove为由邮包几何尺寸测量装置(5)测得所述邮包(6)的前部到所述一维照相机阵列(2)的距离；
Lfront：所述邮包前方余量；
Sbelt：运输快递邮包的流水线(1)的速度。
6.根据权利要求5所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，
所述一维照相机阵列(2)的连续拍照次数通过所述邮包几何尺寸测量装置(5)测得所述邮包(6)的长度计算得出：
Nscan＝(Lfront+Lparcel+Lback)/Lcover；
或
Nscan＝Lscan/Lcover；
Nscan：连续拍照次数；
Lfront：前方余量；
Lparcel：测量邮包长度；
Lback：后方余量；
Lcover：照相机模组(2a)在邮包(6)上的覆盖区域；
Lscan：邮包实际扫描长度，其中Lscan＝Lfront+Lparcel+Lback。
7.根据权利要求5所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，
所述一维照相机阵列(2)拍照的时间序列的间隔由所述运输快递邮包的流水线(1)的速度和照相机模组(2a)在所述邮包(6)上的覆盖区域来确定：
Tgap＝Lcover/Sbelt；
Tgap：时间序列间隔；
Lcover：照相机模组(2a)在邮包(6)上的覆盖区域；
Sbelt：流水线速度。
8.根据权利要求1所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，通过测量所述邮包(6)高度信息用于调节位于流水线上方的一维照相机阵列(2)里各个照相机模组(2a)的焦距。
9.根据权利要求1所述的快递自动分拣阵列式照相机系统，其特征在于，通过测量所述邮包(6)高度信息用于调节位于流水线上方的低分辨率一维CCD扫描器(4)中的低分辨率一维CCD模组(4c)的焦距。
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