CN110231749A - 相机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种相机。提出了一种相机(10)，包括：图像传感器(18)，其用于从来自检测区域(14)的接收光(12)产生图像数据；具有至少一个光源(20)的照明单元，其用于通过发射光(22)照亮检测区域(14)；以及偏振滤波器(24)，该偏振滤波器使发射光(22)和接收光(12)偏振。在此，偏振滤波器(24)被构造成随后可从外部更换的附加模块(26、24)。

Description

相机
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的具有用于从来自检测区域的接收光产生图像数据的图像传感器的相机，特别是读码器。
相机以各种方式应用于工业应用，以自动检测对象属性，例如用于检查或测量对象。在这种情况下，捕获对象的图像并根据任务通过图像处理方法进行评估。相机的另一种应用是读取代码。借助图像传感器捕获具有位于其上的代码的对象，在这些图像中识别代码区域，然后进行解码。基于相机的读码器可以轻松地应对一维条形码以外的其他代码类型，这些代码类型与矩阵码一样，也被构造成二维的并提供更多信息。打印地址的自动文本捕获(OCR，光学字符识别)或手稿的自动文本捕获原则上是代码的读取。读码器的典型应用领域是超市收银台、自动包裹识别、邮件分拣、机场行李处理和其他物流应用。
常见的检测情况是将相机安装在传送带上方。当对象流在传送带上相对移动期间，相机捕获图像并根据所获得的对象特征引入其他处理步骤。这些处理步骤例如是在作用于所输送的对象机器上进行的适合具体对象的进一步处理，或者是通过在质量控制的范围内将某些对象从对象流中排除或将对象流分类成多个子对象流来改变对象流。如果相机是基于相机的读码器，则根据所安置的代码来识别对象以便进行正确的分类或类似的处理步骤。
为了独立于可变的光条件，许多的工业相机系统使用自身的照明装置。为了更好地处理有光泽的或反射的对象，使用偏振光。在此，发射路径和接收路径分别设置有线性偏振滤波器。两个偏振滤波器的取向旋转90°。在工业相机中，偏振滤波器永久性安装在相机系统中。只在拆卸设备并且将保护相机的前侧的罩拧下时才可能进行随后的安装或更换。
从DE 10 2010 014 783 A1中已知一种条形码扫描器，在该条形码扫描器的用于发射光束和接收光束的光路中布置了薄膜偏振滤波器。
US 9 033 237 B1公开了一种用于读取压印代码(DPM，直接部件打标)的手持设备。这种代码以非常平的照明入射角来读取，因此该照明与图像传感器保持一定的间距和倾斜取向。在发射和接收光路中分别布置了偏振滤波器。
在US 9 542 583 B2中提供了一种读码器，该读码器包括偏振的和非偏振的光源，从而可以根据需要选择合适的照明。
WO 2015/019370 A1涉及具有偏振滤波器的另一种条形码扫描器，其中光发射器的偏振滤波器使激光束的一部分偏振并且对激光束的另一部分是透明的。
在所有这些传统的装置中，没有设置对偏振滤波器的更换。
此外，还已知用于相机的偏振滤波器，这些偏振滤波器被放置在物镜上。但是此后只涉及接收光路。
因此，本发明的任务在于改进使用相机进行的检测。
该任务通过根据权利要求1的相机得以实现。相机利用图像传感器从接收光生成图像数据。为此，具有至少一个光源的照明单元照明相机的检测范围。偏振滤波器使发射光和接收光偏振。优选地，偏振滤波器被构造用于产生线性偏振，更确切地说用于使接收光和发射光彼此偏移90°。
现在，本发明基于随后更换偏振滤波器的基本思想。在此，术语更换应包括添加或移除，即从偏振光到非偏振光的转换，反之亦然，以及变换到另一偏振滤波器或先前置入的偏振滤波器的另一种安装，以获得不同的偏振光。为了大大简化更换或使其成为可能，偏振滤波器被构造成随后可从外部更换的附加模块。
本发明的优点在于，通过更换可以快速、灵活地适应新的要求或新的应用。这种变换进行得非常快，无需工具，并且为此也不需要任何特殊的资格。
优选地，偏振滤波器被构造成具有卡扣连接件的插入式模块。为此，例如卡扣钩设置在插入式模块上。相机或相机的壳体可在其正面上具有匹配的凹槽、凸起或槽以用于钩住。然而，优选地，没有附加模块的相机的设计不被认为可以附接附加模块。然后，通过附加模块对偏振光的改造可以是完全后续的并且完全可选的。
优选地，偏振滤波器被构造成具有磁性连接件的插入式模块。为此，磁体可以设置在附加模块上和相机上，或者磁体仅在一侧上，而另一侧具有磁性材料。特别优选地，磁体在附加模块的侧面上，因为随后相机仅在其壳体的正面上需要相应的金属区域，即使没有针对附加模块的特别设计通常也是如此。
优选地，偏振滤波器布置在相机的前板的前面。因此，完全不需要改变或打开相机来附接附加模块。可替代地，附加模块本身具有前板。在此，可以设想在内部具有偏振滤波器且在外部具有前板或反过来的两个顺序。此外，还可以设想将偏振滤波器集成在前板中。为了安装这种附加模块，前板由附加模块替换。如果前板已经可以在没有工具的情况下固定，例如通过卡扣机构或磁性机构，则这可以非常快速地且没有任何问题地进行。
优选地，附加模块具有可更换框架，该可更换框架朝向相机的前侧封闭相机的壳体。可更换框架朝向相机安置在相机的壳体和/或电路板上。可移动框架上的前板在外部封闭相机，保留用于接收物镜的开口。根据实施方式，偏振滤波器在内部或外部位于可更换框架上，其中对偏振滤波器来说，位置可以在前板的内部和外部以及集成在其中。优选地，可更换框架包围照明单元的光源。
优选地，附加模块是矩形的。因此，特别适于基本上为方形的相机，该相机总体而言或在很大程度上使用其前面的矩形侧面用于具有来自照明单元或其他照明装置的光出射的前板，诸如用于目标设备或照明显示器或投影的用户反馈。然后，具有可更换框架的附加模块构成矩形的前侧。
优选地，照明单元具有可单独控制的多组光源。优选同样大的组中的每个组包括至少一个光源。通过对组进行有针对性地激活或强度调节产生不同的照明场景，该照明场景可以通过参数预先确定或者也可以通过图像数据的评估的反馈来设置或示教。优选地，按照被构造成矩形框架的偏转元件的每个边或角设置四组。由此，随后可以通过对组进行单独控制改变来自所有四个方向的照明。
优选地，一组光源具有与另一组光源不同的颜色。因此，存在至少两组光源和至少两种颜色。但是，更多的组和更多的颜色也是可能的，其中并非所有组都必须具有不同的颜色。某些结构，特别是某些地面上某些颜色的编码，可以在合适的照明光谱中被更好地读取。这可以通过调整光源的颜色来实现，也可以通过混合颜色来实现。根据实施方式，设置不同颜色的光源或颜色可切换的光源，诸如多色LED。
优选地，附加模块被构造成具有用于使发射光偏振的第一表面和用于使接收光偏振的第二表面。优选地，两个表面的偏振方向彼此旋转90°。这确保了在没有偏振旋转的情况下实际上没有检测到光泽反射。特别优选地，两个表面在同一平面内。由此，可以实现非常紧凑的结构。
优选地，附加模块具有用于在无偏振的情况下使发射光穿透的表面。一方面，如果可以单独控制多个光源或光源组，这样是有用的。通过相应地激活在附加模块的偏振的或非偏振的表面上布置的光源，有针对性地产生相应的发射光。在多色光源的情况下，还可以选择颜色或颜色和偏振的组合。还可以设想其他表面，该表面使发射光偏振，但具有与第一表面不同的偏振方向。然后，可以选择在发射侧的偏振方向与接收侧的偏振方向一致时是否仅使光泽反射通过，或者当偏移90°时是否有针对性地过滤掉光泽反射。另一方面，发射光的选择不能通过控制某些光源来完成，而是通过附加模块相对于光源的某种布置来完成。
优选地，附加模块可以不同的定向安装在相机上。特别地，根据相机和附加模块的形状，可以考虑旋转180°，也可以考虑旋转90°或其他角度。然后，优选地，偏振滤波器不以旋转对称的方式布置在附加模块中。通过附加模块安装时的定向，可以选择哪些光源是偏振的，哪些不是，或者以这种方式确定特定的偏振方向。
优选地，相机具有存在传感器，以便识别附加模块是否布置在相机的光路中。存在传感器还可以提供插入了哪个附加模块或者附加模块产生了什么偏振和偏振方向的信息。存在传感器例如基于至少一个霍尔传感器或电感式传感器构成，该传感器识别偏振滤波器的框架。通过多种布置和材料或材料厚度可以指定一种简单的编码类型用于区分不同的附加模块和/或定向。存在传感器完成了使对诸如光发射器的功率、图像传感器的曝光时间或灵敏度的控制有针对性地且自动地适配于附加模块的可行方案。因此，此外还可以从上级的系统中查询相机的哪个配置与其当前检测到的附加模块一起存在。
优选地，相机具有控制和评估单元，该控制和评估单元被设计用于在图像数据中识别代码区域，并读取这些代码区域的代码内容。因此，相机变成根据各种标准的用于条形码和/或2D代码的，必要时也用于文本识别(OCR，光学字符读取)的，基于相机的读码器。优选地，控制和评估单元还设置成没有代码读取功能，其控制和执行相机中的各种任务，诸如图像拍摄、照明、实际的和所需焦点位置的测量及其显示。
附图说明
下面将示例性地根据实施方式并参考附图对本发明的其他特征和优点进行更详细的阐述。在附图中：
图1示出了具有照明装置的相机的示意性剖视图；
图2示出了具有附加模块的相机的三维视图，该附加模块通过卡扣机构进行安装；
图3示出了具有附加模块的相机的三维视图，该附加模块通过磁性机构进行安装；
图4a示出了没有插入式附加模块的相机的前视图；
图4b示出了具有插入式附加模块的相机的前视图；
图4c示出了具有相对于图4b旋转180°的插入式附加模块的相机的前视图；
图5示出了具有用于附加模块的存在传感器的相机的示意性剖视图；以及
图6示出了相机在安装在传送带上方的示例性应用的三维视图。
图1示出了相机10的示意性剖视图。来自检测区域14的接收光12入射到接收光学器件16上，该接收光学器件16将接收光12引导到图像传感器18上。优选地，接收光学器件16的光学元件被设计成由多个透镜和其他光学元件(诸如，光阑、棱镜等)构成的物镜，但是这里为了简单起见仅通过透镜表示。
为了在相机10的拍摄期间照亮检测区域14，相机10包括照明单元，该照明单元在图1中以两个光源20的形式(例如，LED或激光二极管)示出。照明单元产生发射光22，该发射光被发射到检测区域14中。光源20可以与未示出的发射光学器件相关联，以便以期望的方式影响发射光22。
在相机10中，偏振滤波器24布置在发射光22的出射区域和接收光的入射区域中。偏振滤波器24具有用于使发射光22偏振的第一表面24a和用于使接收光12偏振的第二表面24b。优选地，这两个表面24a-24b被构造用于彼此90°的偏移的线性偏振。
偏振滤波器24布置在插入式框架26中，该插入式框架26还保持相机10的前板28。通过这种方式，使相机的壳体30的前侧闭合。具有偏振滤波器24和前板28的插入式框架26构成插入式模块或附加模块，随后通过该模块改变相机10的偏振特性。为此，有几种可行方案：通过使用如图所示的附加模块或仅具有前板28的插入式框架26来实现带偏振的操作和无偏振的操作之间的变换；通过与具有另一偏振滤波器24的附加模块更换或以另一布置，特别是围绕接收光学器件16的光轴旋转180°，插入附加模块来实现偏振特性的变换。
在图1中，偏振滤波器24在内部布置在前板28后面。可替代地，偏振滤波器24在外部的互换的顺序也是可以的。在另一种实施方式中，偏振滤波器24集成到前板28中，与前板直接连接或充当前板28。
控制和评估单元32与照明单元和图像传感器连接，并且负责相机10中的控制、评估和其他协调任务。因此，该控制和评估单元读取图像传感器18的图像数据，以便处理这些图像数据并在接口34输出。也可以设想对图像数据进行单独的评估，特别是解码图像数据中的代码部分，由此，相机10成为基于相机的读码器。
图2示出了具有附加模块的相机10的三维视图，该附加模块通过卡扣机构插在相机10上。相机10具有矩形的前部，其中诸如倒圆的角的变型仍有可能。插入式框架26和前板28适配于矩形的形状。如图所示，用于照明单元和偏振滤波器24的非常平的前部区域是可能的，并且根据接收光学器件16和电子器件(诸如，控制和评估单元32)的复杂性，总体而言如图所示非常平的器件结构是可能的，或者具有更低的结构深度。
在根据图2的实施方式中，附加模块或插入式框架26具有多个卡扣钩36，在这里例如具有四个卡扣钩，这些卡扣钩卡扣在壳体30上。在那里可以设置凹槽、凸起等，以使卡扣钩36更好地保持。卡扣钩36确保了附加模块的位置稳定，并且在任何时候都可以在没有工具的情况下进行拆卸，以便移除附加模块或附接其他附加模块。
图3示出了具有附加模块的相机10的三维视图，该附加模块通过磁性支撑件附接在相机10上。在该磁性的固定概念中，硬磁材料位于相机10上或插入式框架26上。对面采用软磁材料或硬磁材料。优选地，仅在插入式框架上设置有源磁体，而壳体在设置的接触区域中仅具有磁性材料。因此，只要相机10的壳体30包含足够的磁性金属，就不需要进一步修改相机。
图2和图3示出了附加模块的无工具的、非常简单的更换机构的两个示例。为此，还存在其他可行方案，诸如接合插入式框架26的内部开口或周向边缘的钩子卡扣在壳体30的前侧上。因此，所示的示例并不详尽。原则上，插入式框架26也可以用一个或更多个螺钉固定。这仍然比传统的结构更简单，因为偏振滤波器24即使在使用螺钉时也可以非常容易从外部进入，而无需移除其他部件。但螺钉主要在由于摇动或振动所引起的特殊的机械应力的情况下使用，并且无论如何，对于相机10而言这种情况通常是要避免的。附加模块的更换的优选原理是无工具的，因此特别地没有螺钉。
图4a-4c示出了相机10的前视图。在此，在图4a中没有插入附加模块，在图4b中插入了具有三个表面24a-24c的偏振滤波器24的附加模块，以及在图4c中插入了根据图4b的旋转180°的附加模块。因此，有利地，插入式框架26被构造成使得旋转180°的固定也是可能的。
在所示的实施方式中，使用如阴影所示的不同颜色的光源20a-20b，例如红色和蓝色。可替代地，也可以设想在相应的光源20a-20b内实现多种颜色，诸如在多色的LED中，或彼此相邻使用不同颜色的光源20a-20b，这些光源选择性地针对某些颜色而被激活。由于颜色变换，可以更好地识别一些结构，诸如根据打印颜色和背景更好地以红色光或蓝色光读取代码。
优选地，光源20a-20b可单独控制，从而实现可变的照明区域。为了降低电路复杂性，仅共同控制光源20a-20b的组就足够了。在所示的实施方式中，具有相同颜色的光源20a-20b各自构成两组中的一组。也可以设想更多的组或其他组，诸如对应于区段的四组、一个内部组和一个外部组等。通过这种方式，特别是与控制和评估单元32中的图像传感器18的图像数据的图像处理协作，可以有针对性地产生来自某些方向的照明，以便以这种方式找到对于相应的应用最可行的照明设置。
在根据图4a的配置中，没有安装具有偏振滤波器24的附加模块，例如，安装了仅具有前板28的插入式框架。因此，相机10通过非偏振的发射光22和接收光12工作。不同颜色和/或照明区域仍然是可能的。
在根据图4b的配置中，插入了具有偏振滤波器的附加模块，该附加模块具有第一表面24a、第二表面24b和第三表面24c，该第一表面对于光源20a的发射光22具有在第一方向上(在此例如向上)的线性偏振，该第二表面对于接收光12具有转动90°(在此例如向下)的线性偏振，该第三表面对于光源20b的发射光22没有偏振。然后，通过激活上部光源20a或下部光源20b可以在有偏振或没有偏振的发射光的情况下拍摄图片。在这种情况下，光源20a-20b的颜色当然可以不同地分布或者仅使用一种颜色的光源20a-20b，以便偏振的选择不依赖于颜色的选择。在任何情况下，偏振滤波器24的设计仅是有利的示例。还可以设置多个表面，特别是分别具有不同的偏振方向的多个表面，以便可以选择多个表面，反之亦然，仅设置单个偏振表面用于所有光源20a-20b，用于接收光12的第二表面24b居中地位于该偏振表面中。
通过偏振滤波器24在具有不同偏振特性的表面24a-24c中的分布和特定组的光源20a-20b的控制，可以在没有进一步变换的情况下使用其他附加模块来选择照明区域和偏振特性。结合多种颜色的光源20a-20b，可以在操作期间调整偏振特性和/或照明光谱。
如果通过同一个附加模块实现的可变性不足够，则可以用另一附加模块来更换它，该另一附加模块提供所需的属性。为此，特别有利的实施方式图示了根据图4c的配置。在这种情况下，没有插入新的附加模块，而是使图4b的附加模块旋转180°。然后，通过交换角色，上部光源20a的发射光22被表面24c非偏振地传输，并且下部光源20b的发射光22被表面20a线性偏振。在这种情况下出现的偏振方向180°的改变不起作用，一方面是因为接收光12的偏振方向相应地旋转，另一方面是因为在发射光22和接收光12之间偏振方向相对旋转了90°。
图5示出了相机10的另一实施方式的示意性剖视图。不同于图1，在这里设置了附加的存在传感器38，该存在传感器识别出是否插入了具有偏振滤波器24的插入式框架26。存在传感器38纯粹示意性地示出，并且例如由一个或更多个霍尔传感器或电感传感器构成，这些传感器识别出相应被磁化的或金属的插入式框架26。通过在多个点处进行检测并且通过在相应的位置处设计插入式框架26的材料和几何形状，可以由变化的存在信号提供一种简单的代码，通过该代码区分不同的插入式框架26并从而区分偏振滤波器24。这种可区分的存在检测也可以区分如参考图4所阐述的那些不同的定向。
对各个偏振滤波器24的识别，或者对没有插入偏振滤波器24的识别能够实现对相机参数的自动的、有针对性的调整。相机10的这种设置的示例是光源20的亮度或图像传感器18的灵敏度(增益)。此外，当相机被整合到上级的系统中时，这样是有益的。对于通过网络进行维护或从远处(特别在云中或其他网络中)进行数据传输和评估，识别出相机10的当前配置并为此询问存在传感器38可能是重要的。
图6示出了相机10安装在传送带40上方的可能的应用，该传送带将对象42如箭头44所示输送通过相机10的检测区域14。对象42可以在其外表面上携带代码区域46。相机10的任务是检测对象42的特性，并且在优选的用途中作为读码器识别出代码区域46，读取安置在那里的代码，对其进行解码，并使其分别与相关的对象42相关联。为了也识别出安置在侧面的代码区域48，优选从不同的视角使用附加的未示出的相机10。

Claims (13)

1.一种相机(10)，特别是读码器，包括：图像传感器(18)，其用于从来自检测区域(14)的接收光(12)产生图像数据；具有至少一个光源(20)的照明单元，所述照明单元用于通过发射光(22)照亮所述检测区域(14)；以及偏振滤波器(24)，所述偏振滤波器使所述发射光(22)和所述接收光(12)偏振，
其特征在于，
所述偏振滤波器(24)被构造成随后能够从外部更换的附加模块(26、24)。
2.根据权利要求1所述的相机(10)，其中，所述偏振滤波器(24)被构造成具有卡扣连接件(36)的插入式模块。
3.根据权利要求1所述的相机(10)，其中，所述偏振滤波器(24)被构造成具有磁性连接件的插入式模块。
4.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中所述偏振滤波器(24)布置在所述相机(10)的前板(28)前面，或者其中所述附加模块(26、24、28)具有所述前板(28)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述附加模块(26、24)具有可更换框架(26)，所述可更换框架朝向所述相机(10)的壳体(30)的前侧封闭所述壳体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述附加模块(26、24)是矩形的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述照明单元具有可单独控制的多组光源(20a-20b)。
8.根据权利要求7所述的相机(10)，其中，一组光源(20a)具有与另一组光源(20b)不同的颜色。
9.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述附加模块(26、24)被构造成具有用于使所述发射光(22)偏振的第一表面(24a)和用于使所述接收光(12)偏振的第二表面(24b)。
10.根据权利要求9所述的相机(10)，其中，所述附加模块(26、24)具有用于在无偏振的情况下使发射光(22)穿透的表面(24c)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，其中，所述附加模块(26、24)能够以不同的定向安装在所述相机(10)上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，具有存在传感器(38)，所述存在传感器用于识别附加模块(26、24)是否布置在所述相机(10)的光路中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的相机(10)，所述相机具有控制和评估单元(32)，所述控制和评估单元被构造用于在所述图像数据中识别代码区域并读取所述代码区域的代码内容。
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