CN108509816A - 一种扫码设备的自动调焦方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焦距调节技术领域，具体涉及一种扫码设备的自动调焦方法，包括以下步骤：预设传送带的运行速度值，将扫码设备的镜头调整至默认焦距；按照固定时间间隔获取图像，判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；根据固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值；计算被测物与镜头的垂直距离；根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。对应于自动调焦方法，本发明还提供了自动调焦系统。本发明的自动调焦方法及系统，无需额外设置距离传感器等测距装置，能快速确定被测物与扫描镜头的距离，继而快速调整焦距。

Description

一种扫码设备的自动调焦方法及系统
技术领域
本发明属于焦距调节技术领域，具体涉及一种扫码设备的自动调焦方法及系统。
背景技术
条码在产品制造过程中应用已非常普遍，而新兴的二维码由于可存储更多的信息，故其在产品制造过程中的应用更为深入。比如，在汽车制造中，DPM二维码，即直接零部件标刻二维码，可用针式打标机、激光打标机、喷码机甚至化学蚀刻技术对汽车零部件进行标刻，现已在汽车行业得到广泛的应用。美国汽车制造业协会(AIAG)还专门制订了相关标准，从发动机的钢体、钢盖、曲轴、连杆、凸轮轴到变速箱的阀体、阀座、阀盖，再到离合器的关键零部件及电子点火器和安全气囊均需设置DPM二维码；从而使得汽车生产加工质量得以全程跟踪，同时由于跟踪了生产过程中的加工设备，使得其原生产线变成了柔性生产线，可生产多品种产品，并为MES(制造执行系统)管理的实现提供了完备的数据平台。
扫码的效率很大程度上取决于镜头与被测二维码或条码之间的焦距是否处于合适位置。目前，自动对焦分为被动式和主动式；被动式即直接接收分析来自景物自身的反光，利用相位差原理进行自动对焦的方式；这种自动对焦方式的优点是自身不要发射系统，因而耗能少，有利于小型化；对具有一定亮度和反差的被摄体能理想的自动对焦，在逆光下也能良好的对焦，且能透过玻璃等透明障碍物对焦。主动式即扫码设备上有红外线或超声波甚至激光发生器，发出红外光或超声波到被摄体，扫码设备上的接受器接受反射回来的红外光或超声波进行对焦，其光学原理类似三角测距对焦法；主动式对焦由于是相机主动发出光或波，所以可以在低反差、弱光线下对焦，而且对细线条的被摄体和动体都能自动对焦。但上述两种方式都需要在设备内部或外部增加额外的附件，造成额外的资源开销和成本上升，同时也增加了结构的复杂性。
如图1所示，当前自动对焦广泛采用的方法为采用一个距离传感器测量镜头与被测物之间的距离，接着主处理器根据镜头与被测物之间的距离对镜头进行调焦，而后通过传感器对被测物进行图像采集。该方法虽然能够实现自动对焦的功能，但是存在以下不足：1、系统整体的成本提高；2、系统整体的复杂度提高；3、距离传感器位置固定，无法实现待测物运动轨迹的预测；4、无法实现多目标同时测量。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种无需额外设置相应附件的扫码设备的自动调焦方法及系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种扫码设备的自动调焦方法，包括以下步骤：
预设传送带的运行速度值，将扫码设备的镜头调整至默认焦距；
按照固定时间间隔获取图像，判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
根据固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值；
计算被测物与镜头的垂直距离；
根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。
本发明的自动调焦方法无需额外设置距离传感器等测距装置，能快速确定被测物与扫描镜头的距离，继而快速调整焦距。
作为优选方案，所述被测物与镜头的垂直距离的计算公式为：其中，v为传送带的运行速度值，t为固定时间间隔，L为镜头的固定焦距，S为被测物的偏移像素值。
作为优选方案，所述自动调焦方法还包括建立被测物与镜头的垂直距离、被测物的偏移像素值之间的查询表单，根据偏移像素值检索查询表单以获取被测物与镜头的垂直距离。通过查询表单能快速获得被测物与镜头的垂直距离信息，而不需要每次都进行计算，从而提高调焦效率。
作为优选方案，每个被测物的特征位置设有一个或多个，若特征位置有多个，则对各个特征位置的偏移像素值取平均数以获取被测物的偏移像素值。通过平均的方法使计算更加准确，同时降低由于被测物在传送带上因为碰撞或其它原因导致的旋转或形变引起的计算误差。
作为优选方案，所述被测物的特征位置为被测物表面的标签位置。标签位置比较显眼，易于识别。
作为优选方案，在自动调整镜头焦距后，对被测物进行拍摄和解码；而后转至下一个被测物的焦距调节。自动循环不断地对传送带上的被测物进行焦距调节。
作为优选方案，在计算得到被测物与镜头的垂直距离之后，还能获知所述被测物于传送带上的运动轨迹。若获知所述被测物于传送带上的运动轨迹，可执行对被测物的后续相关操作，如对被测物进行提取、标记等操作。
本发明还提供了一种扫码设备的自动调焦系统，包括：
设置模块，用于设置传送带的运行速度值，以及将扫码设备的镜头调整至默认焦距；
图像获取模块，用于按照固定时间间隔获取图像；
标记模块，用于判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
计算模块，用于计算固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值，还用于计算被测物与镜头的垂直距离；
控制模块，根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。
本发明的自动调焦系统无需额外设置距离传感器等测距装置，不需要增加系统成本和复杂性，能快速确定被测物与扫描镜头的距离，继而快速调整焦距。
作为优选方案，所述扫码设备的镜头为电机控制的变焦镜头或电压控制的液态镜头。
作为优选方案，所述自动调焦系统还包括预测模块，用于根据被测物与镜头的垂直距离获知所述被测物于传送带上的运动轨迹。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1、无需外设距离传感器等测距设备，即可得到被测物与镜头的垂直距离；
2、能实现多个被测物与镜头距离的同时测试；
3、通过检索查询表的方式能快速获得被测物与镜头的距离，效率高。
附图说明
图1是本发明实施例一扫码设备的自动调焦方法中的固定时间间隔t获取的图像对照图；
图2是本发明实施例一传送带上的被测物在固定时间间隔t的结构示意图；
图3是本发明实施例一扫码镜头的固定焦距、物品A和B在t时间内成像的变化轨迹、物品A和B在t时间内的移动轨迹的几何关系图；
图4是本实施例一扫码设备的自动调焦方法的具体流程图；
图5是本实施例一扫码设备的自动调焦系统的模块图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例扫码设备的自动调焦方法，包括以下步骤：
设置传送带的运行速度值v，当传送带的运行速度值v变化时及时告知自动调焦系统；将扫码设备的镜头调整至默认焦距L以采集图像；
按照固定时间间隔t获取图像，判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
根据固定时间间隔t内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值S；优选地，所述被测物的特征位置为被测物表面的标签位置，标签位置比较显眼，易于识别；例如箱子的角，也可以是外观上的特点，例如表面条码标签的位置；另外，每个被测物的特征位置设有一个或多个，若特征位置有多个，则对各个特征位置的偏移像素值取平均数以获取被测物的偏移像素值；通过平均的方法使计算更加准确，同时降低由于被测物在传送带上因为碰撞或其它原因导致的旋转或形变引起的计算误差；
计算被测物与镜头的垂直距离H；其中，被测物与镜头的垂直距离的计算公式为：其中，v为传送带的运行速度值，t为固定时间间隔，L为镜头的固定焦距，S为被测物的偏移像素值；另外，为了后续能快捷得到被测物与镜头的垂直距离，由于默认焦距和传送带速度已知，还可预先建立被测物与镜头的垂直距离、被测物的偏移像素值之间的查询表单，根据偏移像素值检索查询表单以获取被测物与镜头的垂直距离；通过查询表单能快速获得被测物与镜头的垂直距离信息，而不需要每次都进行计算，从而提高调焦效率；
根据被测物与镜头的垂直距离H自动调整镜头焦距；
在自动调整镜头焦距后，对被测物进行拍摄和解码；而后转至下一个被测物的焦距调节；自动循环不断地对传送带上的被测物进行焦距调节。
具体地，如图2和3所示，本实施例扫码设备的自动调焦方法，应用于具有扫码模组C和传送带的场景下，传送带具有固定的运行速度，或者运行速度值变化但及时告知扫码模组C；
扫码模组C使用默认的焦距以间隔时间t采集两幅图像；在T＝0、T＝t时，扫码模组C分别采集图片I和I’；
T＝0时，物品A和B在传送带上的位置以A，B表示；T＝t时，物品A和B在传送带上的位置以A’，B’表示；
扫码模组C从图片I中寻找被测物上的标志点P，标志点P为被测物形状上的特征点；扫码模组C计算图片I和I’中被测物上的标志点P的偏移像素值Δ；如PB的位置由(Bx，By)偏移为(B’x，B’y)，偏移像素值为ΔB；PA的位置由(Ax，Ay)偏移为(A’x，A’y)，偏移像素值为ΔA；
标志点P移动的距离S可以认为等于vt；即LB＝vt；LA＝vt；
由于采用默认焦距L，因此Δ和vt以及被测物与镜头的垂直距离H有一个明确的数学关系；具体地，如图4所示，采用0折光的小孔成像的方式：
1、A，B分别表示物品A和B在t时间内的移动轨迹；
2、IA，IB分别表示物品A和B在t时间内成像的变化轨迹；
3、明显可见IA，IB和A，B有明确的几何关系，如图中三角形(a1，a2，o)和三角形(a’1，a’2，o)是相似三角形；
4、此时可以通过相似三角形的几何比例关系由IA，IB，固定焦距h计算出HA，HB；
5、通过计算可以得到H的值，并以此为依据调整镜头焦距；
另外，标记点可以是不同被测物上的标记点，可以同时计算多个被测物表面到镜头的距离，设备可以很简单地分辨到每一个被测物应该采用的焦距。因此，扫码模组C可以同时计算和测量I和I’中同时存在的所有被测物与镜头的距离。
而且，在计算得到被测物与镜头的垂直距离之后，获得每个被测物的高度信息以及已知传送带速度的情况下，可以很容易地预测每一个被测物在传送带上的运动轨迹；若获知被测物于传送带上的运动轨迹，可执行对被测物的后续相关操作，如对被测物进行提取、标记等操作。
因此，本实施例自动调焦方法的具体流程如图5所示，具体为：
S1：开始，各部件准备就绪；
S2：获取图片1；
S3：固定时间后获取图片2；
S4：标定图片1和图片2中的标记点；
S5：计算标记点移动的距离；
S6：计算/查表获得标记点到镜头的距离；
S7：调整镜头焦距；
S8：实际拍摄和解码；
S9：结束。
本实施例的自动调焦方法无需额外设置距离传感器等测距装置，能快速确定被测物与扫描镜头的距离，继而快速调整焦距。
另外，对应于自动调焦方法，本实施例还提供了一种扫码设备的自动调焦系统，包括：设置模块、图像获取模块、标记模块、计算模块和控制模块，设置模块、图像获取模块、标记模块、计算模块均与控制模块连接；
设置模块，用于设置传送带的运行速度值，以及将扫码设备的镜头调整至默认焦距，其中，扫码设备的镜头为电机控制的变焦镜头或电压控制的液态镜头；
图像获取模块，用于按照固定时间间隔获取图像，优选为扫码设备的镜头；标记模块，用于判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
计算模块，用于计算固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值，还用于计算被测物与镜头的垂直距离；其中，被测物与镜头的垂直距离的计算公式为：其中，v为传送带的运行速度值，t为固定时间间隔，L为镜头的固定焦距，S为被测物的偏移像素值；另外，为了后续能快捷得到被测物与镜头的垂直距离，自动调焦系统还包括存储模块，与控制模块连接，用于存储预先建立被测物与镜头的垂直距离、被测物的偏移像素值之间的查询表单，根据偏移像素值检索查询表单以获取被测物与镜头的垂直距离；通过查询表单能快速获得被测物与镜头的垂直距离信息，而不需要每次都进行计算，从而提高调焦效率；
控制模块，根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。
本发明的自动调焦系统无需额外设置距离传感器等测距装置，不需要增加系统成本和复杂性，能快速确定被测物与扫描镜头的距离，继而快速调整焦距。
作为优选实施例，在实施例一的基础之上，自动调焦系统还包括预测模块，用于根据被测物与镜头的垂直距离获知被测物于传送带上的运动轨迹；获知被测物于传送带上的运动轨迹，可执行对被测物的后续相关操作，如对被测物进行提取、标记等操作。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
预设传送带的运行速度值，将扫码设备的镜头调整至默认焦距；
按照固定时间间隔获取图像，判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
根据固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值；
计算被测物与镜头的垂直距离；
根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。
2.根据权利要求1所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，所述被测物与镜头的垂直距离的计算公式为：其中，v为传送带的运行速度值，t为固定时间间隔，L为镜头的固定焦距，S为被测物的偏移像素值。
3.根据权利要求1所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，所述自动调焦方法还包括建立被测物与镜头的垂直距离、被测物的偏移像素值之间的查询表单，根据偏移像素值检索查询表单以获取被测物与镜头的垂直距离。
4.根据权利要求1所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，每个被测物的特征位置设有一个或多个，若特征位置有多个，则对各个特征位置的偏移像素值取平均数以获取被测物的偏移像素值。
5.根据权利要求4所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，所述被测物的特征位置为被测物表面的标签位置。
6.根据权利要求1所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，在自动调整镜头焦距后，对被测物进行拍摄和解码；而后转至下一个被测物的焦距调节。
7.根据权利要求6所述的一种扫码设备的自动调焦方法，其特征在于，在计算得到被测物与镜头的垂直距离之后，还能获知所述被测物于传送带上的运动轨迹。
8.一种扫码设备的自动调焦系统，其特征在于，包括：
设置模块，用于设置传送带的运行速度值，以及将扫码设备的镜头调整至默认焦距；
图像获取模块，用于按照固定时间间隔获取图像；
标记模块，用于判断图像中传送带上的被测物并标定每个被测物的特征位置；
计算模块，用于计算固定时间间隔内被测物的特征位置的偏移以得到被测物的偏移像素值，还用于计算被测物与镜头的垂直距离；
控制模块，根据被测物与镜头的垂直距离自动调整镜头焦距。
9.根据权利要求8所述的一种扫码设备的自动调焦系统，其特征在于，所述扫码设备的镜头为电机控制的变焦镜头或电压控制的液态镜头。
10.根据权利要求8所述的一种扫码设备的自动调焦系统，其特征在于，所述自动调焦系统还包括预测模块，用于根据被测物与镜头的垂直距离获知所述被测物于传送带上的运动轨迹。
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