CN112055155B - 基于自学习式的工业相机自动调焦方法、装置及系统 - Google Patents
基于自学习式的工业相机自动调焦方法、装置及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及物流系统技术领域，具体公开了一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其中，包括：根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；获取当前包裹的高度等级，根据当前包裹的高度等级以及工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；根据工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号。本发明还公开了一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置及系统。本发明提供的基于自学习式的工业相机自动调焦装置方法中调焦档位的校准过程无需人工参与，且校准精度高。
Description
技术领域
本发明涉及物流系统技术领域，尤其涉及一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法、一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置及基于自学习式的工业相机自动调焦系统。
背景技术
工业线阵相机受到相机镜头的景深的限制，在包裹的高度超出相机的有效景深范围时就会出现所扫描的图像不清楚，进而影响条码的识别。通常采用的调焦档位校准方案往往需要人工参与，且往往误差大。
发明内容
本发明提供了一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法、一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置及基于自学习式的工业相机自动调焦系统，解决相关技术中存在的调焦档位误差较大的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，包括：
根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置。
进一步地，所述根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，包括：
根据工业相机镜头的景深和工业相机所支持的包裹高度的变化范围划分工业相机所支持的调焦档位数；
确定每个调焦档位对应的标准包裹的高度等级；
获取包裹分拣装置上每个标准包裹所对应的高度等级，其中在所述包裹分拣装置上设置个数与所述调焦档位数相同，且高度为其所在的调焦档位的中间值的标准包裹，并将所述标准包裹按照高度由低到高的顺序依次排列；
根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置。
进一步地，所述根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像；
根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置。
进一步地，所述获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像，包括：
从工业相机内的图像传感器转接板最小角度开始且包括最小角度，每旋转一个最小单位旋转角度，对所述包裹分拣装置上的所有标准包裹进行一次扫描，获得每个标准包裹的一次扫描图像，待判定完每个标准包裹在该次扫描图像中对应的工业相机内的图像传感器转接板的旋转角度是否为有效旋转角度后，进行下一次扫描，直到所述包裹分拣装置上的每个标准包裹对应的调焦档位均确定对应的工业相机内的图像传感器转接板的有效旋转角度的范围，停止扫描。
进一步地，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
针对每次扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下能够识别出条码的标准包裹，并将该旋转角度作为能够识别出条码的标准包裹的一个有效旋转角度；
重复上述过程，得到每个标准包裹的有效旋转角度的范围；
将每个标准包裹的有效旋转角度的范围中的中间旋转角度值作为该标准包裹的最佳有效旋转角度；
根据每个标准包裹的最佳有效旋转角度确定每个包裹的工业相机内的电机最佳停靠位置。
进一步地，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度作为标准包裹的一个有效旋转角度。
进一步地，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下未能够被识别出条码，重复上述判断过程；
当重复上述判断过程的次数达到预设次数或当重复上述判断过程达到工业相机内的图像传感器转接板的最大旋转角度时，均未能能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度的前一个旋转角度作为标准包裹的最后一个有效旋转角度。
进一步地，所述获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，包括：
获取当前包裹的高度等级；
根据包裹的高度等级与工业相机的调焦档位的对应关系确定当前包裹对应的工业相机的调焦档位；
根据工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置。
作为本发明的另一个方面，提供一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置，其中，包括：
自学习校准模块，用于根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
确定模块，用于获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
调焦模块，用于根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置。
作为本发明的另一个方面，提供一种基于自学习式的工业相机自动调焦系统，其中，包括：光幕、工业相机、电机和前文的基于自学习式的工业相机自动调焦装置，所述光幕和所述工业相机均与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置通信连接，所述电机与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置电连接，所述电机与所述工业相机内的图像传感器转接板电连接。
本发明提供的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，通过对不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，根据该映射关系可以确定在包裹分拣装置上的当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，根据该电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，从而可以实现工业相机的自动调焦功能。这种基于自学习式的工业相机自动调焦方法在调焦档位校准时通过自学习实现，无需人工参与，从而使得校准精度高，调焦效率高。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的基于自学习式的工业相机自动调焦方法的流程图。
图2为本发明提供的包裹分拣装置的结构示意图。
图3为本发明提供的工业相机的变焦原理示意图。
图4为本发明提供的图像传感器的转接板的旋转角度示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法，图1是根据本发明实施例提供的基于自学习式的工业相机自动调焦方法的流程图，如图1所示，包括：
S110、根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
应当理解的是，通过工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准，可以得到一个映射关系表，该映射关系表为工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，即，工业相机的调焦档位对应着工业相机内的电机最佳停靠位置，而工业相机的调焦档位还对应着包裹分拣装置上光幕的高度等级，这样在获得包裹的高度等级后，可以通过转换得到工业相机内的电机最佳停靠位置，根据该电机最佳停靠位置可以实现自动调焦。
S120、获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
需要说明的是，在包裹分拣装置上设置的光幕上划分有高度等级，光幕可以得到在包裹分拣装置上的包裹所对应的高度等级。还需要说明的是，光幕是按照等级划分的，例如0-3公分划分为第一高度等级，3-6公分划分为第二高度等级，……，依次类推，而一个调焦档位可以同时对应两个高度等级，即第一高度等级和第二高度等级均可以对应第一调焦档位，当然也可以一个高度等级对应一个调焦档位，或者三个高度等级对应一个调焦档位，具体此处并不做限定，可以根据需要进行设定。
S130、根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置。
针对在包裹分拣装置上运行的当前包裹，通过上述映射关系可以得到该当前包裹的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，根据该电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，以驱动电机停靠在该电机最佳停靠目标位置，从而实现调焦。
本发明实施例提供的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，通过对不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，根据该映射关系可以确定在包裹分拣装置上的当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，根据该电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，从而可以实现工业相机的自动调焦功能。这种基于自学习式的工业相机自动调焦方法在调焦档位校准时通过自学习实现，无需人工参与，从而使得校准精度高，调焦效率高。
具体地，所述根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，包括：
根据工业相机镜头的景深和工业相机所支持的包裹高度的变化范围划分工业相机所支持的调焦档位数；
确定每个调焦档位对应的标准包裹的高度等级；
获取包裹分拣装置上每个标准包裹所对应的高度等级，其中在所述包裹分拣装置上设置个数与所述调焦档位数相同，且高度为其所在的调焦档位的中间值的标准包裹，并将所述标准包裹按照高度由小到大的顺序依次排列；
根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置。
在一些实施方式中，需要先划分工业相机所支持的调焦档位数。每个调焦档位均对应着标准包裹的高度等级，如前文所述，每个调焦档位可以对应着两个高度等级，也可以对应着一个高度等级，还可以对应着三个高度等级，具体可以根据需要进行确定，此处不做限定。
在本发明实施例中，以每个调焦档位对应着两个高度等级为例进行说明，例如，标准包裹的高度等级包括：第一高度等级0~3公分，第二高度等级4~6公分，第三高度等级7~9公分，第四高度等级10~12公分，第五高度等级13~15公分，第六高度等级16~18公分，第七高度等级19~21公分，第八高度等级对应22~24公分，则第一调焦档位对应第一高度等级和第二高度等级，第二调焦档位对应第三高度等级和第四高度等级，第三调焦档位对应第五高度等级和第六高度等级，第四调焦档位对应第七高度等级和第八高度等级。
如图2所示，首先根据所使用的相机镜头的景深D和标准包裹高度的变化范围[Hmin,Hmax]，划分工业扫相机支持的调焦档位数N。每个调焦档位代表的高度为h，则要求h<D，调焦档位数N为(Hmax-Hmin+h/2)/h的四舍五入值。根据相机支持的调焦档位数和每个调焦档位对应的高度等级选择适当的光幕。需要说明的是，一般要求光幕安装在线扫相机安装位置的前一个小车（按照小车运行方向）的风琴板所在位置。
在包裹分拣装置上设置N个标准包裹，每个标准包裹推荐采用长方体，且在其上表面贴上码单。其中标准包裹的个数N与调焦档位数N相同。这N个标准包裹的高度采用分别对应其所在调焦档位的中间值的方式确定，例如，标准包裹1所在的调焦档位为第一调焦档位，按照前文所述的调焦档位与高度等级的对应关系，则标准包裹1的高度为0~6公分的中间值，即3公分，同理，标准包裹2的高度为7~12公分的中间值，依次类推得到每个标准包裹的高度。将这N个标准包裹在包裹分拣装置上安装从低到高的顺序依次排列。最后根据每个标准包裹对应的高度等级进行自学习校准来确定每个标准包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠位置。
进一步具体地，所述根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像；
根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置。
在一些实施方式中，通过对包裹分拣装置上的每个标准包裹进行扫描，得到扫描图像，在得到每次的扫描图像后，均根据该次扫描图像中的每个标准包裹的条码识别结果来确定每个标准包裹对应的工业相机内的图像传感器的有效旋转角度，即每扫描一次包裹分拣装置上的每个标准包裹均进行一次有效旋转角度的确定，最终根据每个标准包裹对应的有效旋转角度的范围确定一个最佳有效旋转角度，该最佳有效旋转角度即为一个标准包裹对应的电机最佳停靠位置。
具体地， 所述获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像，包括：
从工业相机内的图像传感器转接板最小角度开始且包括最小角度，每旋转一个最小单位旋转角度，对所述包裹分拣装置上的所有标准包裹进行一次扫描，获得每个标准包裹的一次扫描图像，待判定完每个标准包裹在该次扫描图像中对应的工业相机内的图像传感器转接板的旋转角度是否为有效旋转角度后，进行下一次扫描，直到所述包裹分拣装置上的每个标准包裹对应的调焦档位均确定对应的工业相机内的图像传感器转接板的有效旋转角度的范围，停止扫描。
进一步具体地，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
针对每次扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下能够识别出条码的标准包裹，并将该旋转角度作为能够识别出条码的标准包裹的一个有效旋转角度；
重复上述过程，得到每个标准包裹的有效旋转角度的范围；
将每个标准包裹的有效旋转角度的范围中的中间旋转角度值作为该标准包裹的最佳有效旋转角度；
根据每个标准包裹的最佳有效旋转角度确定每个包裹的工业相机内的电机最佳停靠位置。
应当理解的是，在某一个调焦档位下，对应的图像传感器转接板的某个旋转角度（即工业相机内的电机某个停靠位置）是否有效完全取决于该旋转角度下的扫描图像是否能够被相机条码或二维码识别算法成功识别出条形码或二维码。
在一些实施方式中，为了能够确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，通过在每个旋转角度下对该旋转角度下得到的扫描图像中的标准包裹的条码是否能够被识别来确定。即，从工业相机内的图像传感器转接板最小角度开始，例如，工业相机内的图像传感器转接板的最小角度为0°，则从0°开始，首先将工业相机内的图像传感器转接板旋转至0°，然后等待包裹分拣装置上的标准包裹到达工业相机（应当理解的是，工业相机位置不变）下面时，触发光电开关，工业相机接收到光电开关的触发信号后开始拍照采集位于工业相机下的当前标准包裹的图像，然后根据条码识别算法对该扫描图像中的标准包裹的条码进行识别，例如当前位于工业相机下的标准包裹为标准包裹1，如标准包裹1的条码能够被识别，则0°为标准包裹1的一个有效旋转角度，同理对后续到达工业相机下的标准包裹2、标准包裹3、……、标准包裹N均按照上述方式进行图像采集和条码识别的判断，来确定0°是否为其有效旋转角度。
在对0°判断完成后，工业相机自动旋转一个最小单位旋转角度，例如，该最小单位旋转角度为1°，则由0°旋转到1°，获取1°下的包裹分拣装置上的每个标准包裹的扫描图像，在每获取一个标准包裹的扫描图像后，均根据条码识别算法对该扫描图像中的标准包裹的条码进行识别，如标准包裹1的条码能够被识别，则1°为标准包裹1的第二个有效旋转角度，同理对1°下下的每个标准包裹进行条码识别的判断，来确定1°是否为其有效旋转角度。
在对1°判断完成后，旋转一个最小单位旋转角度，则由1°旋转到2°，同样根据前文所述的判断方式来确定2°是否为标准包裹的有效旋转角度。
依次类推，每旋转一个最小单位旋转角度，均对包裹分拣装置上的每个标准包裹进行图像采集，然后再根据条码识别算法对标准包裹上的条码进行识别。直到所述包裹分拣装置上的每个标准包裹对应的调焦档位均确定了对应的工业相机内的图像传感器转接板的有效旋转角度的范围时停止。
如图3所示，工业相机的调焦档位校准是通过控制器控制电机带动图像传感器的转接板旋转一定角度实现的。假设电机每次能够调整的图像传感器的转接板的最小步长为s，按此步长电机能够调整的最大次数为K次，相机每个档位对应于其图像传感器的转接板的唯一的旋转角度（此时在该档位相机的图像最清晰，条码的识别率最高）。
具体地， 所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度作为标准包裹的一个有效旋转角度。
在一些实施方式中，在各个档位的有效旋转角度范围内越靠近两端，其对应的图像中的条形码或二维码越难被成功识别，此时为了避免一些由于外部环境的变化（如光线突然变亮或变暗）等影响导致本应能成功识别的上述旋转角度而未被识别而造成误判，，在某一旋转角度下，某一标准包裹的条码未被识别，则此时需要继续判断下一旋转角度下盖标准包裹的条码是否能够被识别。
例如，在旋转角度4°下获得的所有标准包裹的扫描图像中，标准包裹3（已确定的有效旋转角度为1°、2°和3°）的条码未被识别，则需要判断一些旋转角度5°下标准包裹3的条码是否能够被识别，如果在旋转角度5°下标准包裹3的条码被识别成功，旋转角度5°为标准包裹3 一个有效旋转角度，且旋转角度4°也为标准包裹3的一个有效旋转角度。这种方式能够有效排除一些由于光线等外界环境的影响导致的识别误判等情况的出现。
具体地，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下未能够被识别出条码，重复上述判断过程；
当重复上述判断过程的次数达到预设次数或当重复上述判断过程达到工业相机内的图像传感器转接板的最大旋转角度时，均未能能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度的前一个旋转角度作为标准包裹的最后一个有效旋转角度。
需要说明的是，在每次旋转一个最小单位旋转角度时均是沿着同一个方向，例如均是沿着角度由小到大的方向来旋转。
在一些实施方式中，如设置的最大尝试次数（即预设次数）为3次，如前文所述的标准包裹3在5°下的条码仍然未被识别，则继续判断6°下是否能够被识别，若6°下的条码仍然未被识别（已达到预先设置的最大尝试次数3次），即在4°未被识别的情况下，又继续判断了5°和6°下的条码均未能被识别，因此，确定标准包裹3对应的有效旋转角度的范围为1°、2°和3°。
在一些实施方式中，如前文所述的标准包裹3在5°下的条码仍然未被识别，此时虽未达到预先设置的最大尝试次数3次，而5°为工业相机内的图像传感器转接板的最大旋转角度，则此时标准包裹3在4°和5°下的条码均未能够被识别，因此，确定标准包裹3对应的有效旋转角度的范围为1°、2°和3°。
在本发明实施例中，当某一旋转角度下的某一个标准包裹的条码为能够被识别时，继续旋转预设次数的旋转角度进行判断，即不能通过一次不能识别就判断该旋转角度是否为无效的旋转角度，而是通过多旋转几个角度进行判断，这样可以有效避免一些由于外界光照因素等导致的识别失误的影响。
通过上述方式确定的标准包裹3的有效旋转角度的范围为1°、2°和3°，将2°作为标准包裹3的最佳旋转角度，且2°对应的电机停靠位置为标准包裹3的最佳停靠位置。
综上，在确定每个标准包裹的有效旋转角度的范围时, 同时满足以下几个条件：
a）截止到当前旋转角度为止，工业相机的条码识别算法在该调焦档位下曾经成功识别过条码；
b）截止到当前旋转角度为止，从最后一次成功识别到条码对应的旋转角度开始到旋转到当前角度为止，期间按照每次最小单位旋转角度尝试旋转的次数小于预先设定的最大次数；
c）当前旋转角度尚未达到上述转接板所能够旋转到的最大角度时；
d）若从当前旋转角度开始的后续再按照最小单位旋转角度继续向同一方向旋转多次（在同时满足上述b）和c）所述条件下进行，否则从当前旋转角度开始停止尝试）的过程中，工业相机条码识别算法又再次成功识别了条码；
若同时满足上述4个条件时，确定为图像传感器对应的当前旋转角度为所述标准包裹对应的有效旋转角度，否则视为无效旋转角度。
如图4所示，以标准包裹m（m = 1,2, …,N-1，N）为例）对每个标准包裹的有效旋转角度的范围的确定进行详细描述。
（1）调焦档位m下当前旋转角度下条码识别结果标识记作Hm_success_flg；
a）Hm_success_flg = 1，表示当前旋转角度下，条码识别成功；
b）Hm_success_flg = 0，表示当前旋转角度下，条码识别未成功；
（2）调焦档位m下已完成首次成功识别的标记信号记作Hm_fined_min_flg；
（3）当前扫描所使用控制器控制电机调整图像传感器的转接板角度记作H_rotated_angle；
（4）调焦档位m下能够识别的最小旋转角度记作Hm_min_effect_angle；
（5）调焦档位m下能够识别的最大旋转角度记作Hm_max_effect_angle；
（6）调焦档位m下能够识别的最佳旋转角度记作Hm_best_angle；
（7）调焦档位m下，在Hm_fined_min_flg=1后，记录连续出现条码未识别的次数记作Hm_unsucess_cnt。注意：该寄存器变量在以下情况下自动清零：
a）在Hm_fined_min_flg=0时；
b）在Hm_fined_min_flg=1后，又出现Hm_success_flg=1时；
当图像传感器的转接板从最初的相机停靠位置O沿图4所示方向旋转到位置A（旋转角度为Hm_min_effect_angle）时，开始能够识别出条码，紧接着继续沿图4所示方向旋转到C开始无法识别条码，最佳条码识别位置为A和C的中间位置B。但由于外部光照的变化或标准包裹在小车上可能出现抖动造成相机在此角度下本应能正常识别条码而无法识别的情况，这时才引入计数器Hm_unsucess_cnt，以过滤掉这种情况，同时也作为两种结束继续调整图像传感器的转接板其中一种情况，另外一种情况就是图像传感器的转接板已旋转到了最大的旋转角度，也会结束进一步的调整角度。
具体实现步骤如下：
（1）系统复位后，图像传感器的转接板停止在旋转角度为0的位置，同时初始化Hm_fined_min=0，H_rotated_angle=0，Hm_min_effect_angle =0，Hm_max_effect_angle=0；
（2）第1次扫描：通过控制器控制电机将图像传感器的转接板的旋转角度调整到0（即H_rotated_angle=0），扫描包裹，查看条码识别结果Hm_success_flg；
a）如果Hm_success_flg=1，并且Hm_fined_min_flg=0，则Hm_min_effect_angle =H_rotated_angle，Hm_max_effect_angle保持初始值不变；随后将Hm_fined_min_flg=1；
b）如果Hm_success_flg=0，则保持Hm_fined_min_flg=0不变，Hm_min_effect_angle和Hm_max_effect_angle均保持初始值不变；
（3）第2次扫描：通过控制器控制电机将图像传感器的转接板的旋转角度调整到s（即H_rotated_angle=s），扫描包裹，查看条码识别结果Hm_result_flg；
a）如果Hm_success_flg=1，则
i.如果Hm_fined_min_flg=0，则Hm_min_effect_angle = H_rotated_angle；随后将Hm_fined_min_flg=1，保持Hm_max_effect_angle的初始值不变
ii.如果Hm_fined_min_flg=1，则Hm_max_effect_angle = H_rotated_angle，保持Hm_min_effect_angle的原值不变；
b）如果Hm_success_flg=0，则Hm_fined_min_flg，Hm_fined_min_flg和 Hm_min_effect_angle均保持原值不变；
（4）第3次扫描：通过控制器控制电机将图像传感器的转接板的旋转角度调整到2*s（即H_rotated_angle=2*s），扫描包裹，查看条码识别结果Hm_result_flg；
a）如果Hm_success_flg=1，则
i.如果Hm_fined_min_flg=0，则Hm_min_effect_angle = H_rotated_angle；随后将Hm_fined_min_flg=1，保持Hm_max_effect_angle的初始值不变
ii.如果Hm_fined_min_flg=1，则Hm_max_effect_angle = H_rotated_angle，保持Hm_min_effect_angle的原值不变；
b）如果Hm_success_flg=0，则Hm_fined_min_flg，Hm_fined_min_flg和 Hm_min_effect_angle均保持原值不变；
（5）以此类推，
（6）当出现以下任一情况时，控制器控制电机停止继续尝试调整图像传感器的转接板旋转角度：
a）Hm_fined_min_flg=1，且Hm_unsucess_cnt>MAX_MISS_CNT（其中MAX_MISS_CNT为常量，表示在Hm_fined_min_flg=1后连续出现MAX_MISS_CN次扫描图像未能被识别到条码）时；
b）图像传感器的转接板旋转角度已达最大值K*s时；
（7）计算高度档位m下能够识别的最佳旋转角度Hm_best_angle=Hm_min_effect_angle+(Hm_max_effect_angle- Hm_min_effect_angle)/2，即
Hm_best_angle= （Hm_max_effect_angle+ Hm_min_effect_angle)/2
换言之，相机在调焦档位m下对应于其图像传感器的转接板的唯一个旋转角度Hm_best_angle时，相机的图像最清晰，条码的识别率最高。
具体地，所述获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，包括：
获取当前包裹的高度等级；
根据包裹的高度等级与工业相机的调焦档位的对应关系确定当前包裹对应的工业相机的调焦档位；
根据工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置。
作为本发明的另一实施例，提供一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置，其中，包括：
自学习校准模块，用于根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
确定模块，用于获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
调焦模块，用于根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置。
本发明实施例提供的基于自学习式的工业相机自动调焦装置，通过对不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，根据该映射关系可以确定在包裹分拣装置上的当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，根据该电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，从而可以实现工业相机的自动调焦功能。这种基于自学习式的工业相机自动调焦装置在调焦档位校准时通过自学习实现，无需人工参与，从而使得校准精度高，调焦效率高。
作为本发明的另一实施例，提供一种基于自学习式的工业相机自动调焦系统，其中，包括：光幕、工业相机、电机和前文所述的基于自学习式的工业相机自动调焦装置，所述光幕和所述工业相机均与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置通信连接，所述电机与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置电连接，所述电机与所述工业相机内的图像传感器转接板电连接。
本发明实施例提供的基于自学习式的工业相机自动调焦系统，采用了前文的基于自学习式的工业相机自动调焦装置，通过对不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，根据该映射关系可以确定在包裹分拣装置上的当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，根据该电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，从而可以实现工业相机的自动调焦功能。这种基于自学习式的工业相机自动调焦系统在调焦档位校准时通过自学习实现，无需人工参与，从而使得校准精度高，调焦效率高。
在一些实施方式中，所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置包括FPGA控制器。
在一些实施方式中，所述电机包括步进电机。
应当理解的是，所述步进电机连接图像传感器的转接板，所述步进电机通过驱动图像传感器的转接板的角度旋转来实现图像传感器的调焦。
关于本发明实施例提供的基于自学习式的工业相机自动调焦系统的具体实施方式可以参照前文的基于自学习式的工业相机自动调焦方法的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，包括：
根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置；
其中，所述根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系，包括：
根据工业相机镜头的景深和工业相机所支持的包裹高度的变化范围划分工业相机所支持的调焦档位数；
确定每个调焦档位对应的标准包裹的高度等级；
获取包裹分拣装置上每个标准包裹所对应的高度等级，其中在所述包裹分拣装置上设置个数与所述调焦档位数相同，且高度为其所在的调焦档位的中间值的标准包裹，并将所述标准包裹按照高度由低到高的顺序依次排列；
根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置；
所述根据每个标准包裹对应的高度等级确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像；
根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置；
其中，根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
在得到每次的扫描图像后，均根据该次扫描图像中的每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的图像传感器的有效旋转角度，重复确定每个标准包裹的有效旋转角度的过程，得到每个标准包裹的有效旋转角度的范围，根据每个标准包裹对应的有效旋转角度的范围确定一个最佳有效旋转角度，并将所述最佳有效旋转角度作为标准包裹对应的电机最佳停靠位置。
2.根据权利要求1所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，所述获取工业相机对包裹分拣装置上每个标准包裹的扫描图像，包括：
从工业相机内的图像传感器转接板最小角度开始且包括最小角度，每旋转一个最小单位旋转角度，对所述包裹分拣装置上的所有标准包裹进行一次扫描，获得每个标准包裹的一次扫描图像，待判定完每个标准包裹在该次扫描图像中对应的工业相机内的图像传感器转接板的旋转角度是否为有效旋转角度后，进行下一次扫描，直到所述包裹分拣装置上的每个标准包裹对应的调焦档位均确定对应的工业相机内的图像传感器转接板的有效旋转角度的范围，停止扫描。
3.根据权利要求2所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，包括：
针对每次扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下能够识别出条码的标准包裹，并将该旋转角度作为能够识别出条码的标准包裹的一个有效旋转角度；
重复上述过程，得到每个标准包裹的有效旋转角度的范围；
将每个标准包裹的有效旋转角度的范围中的中间旋转角度值作为该标准包裹的最佳有效旋转角度；
根据每个标准包裹的最佳有效旋转角度确定每个包裹的工业相机内的电机最佳停靠位置。
4.根据权利要求3所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度作为标准包裹的一个有效旋转角度。
5.根据权利要求3所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，所述根据工业相机对扫描图像中每个标准包裹的条码识别结果确定每个标准包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠位置，还包括：
针对当前扫描图像对应的旋转角度，工业相机根据条码识别算法确定在该旋转角度下未能识别出条码的标准包裹；
判断该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下是否能够被识别出条码；
若该未能识别出条码的标准包裹在旋转一个最小单位旋转角度后的旋转角度下未能够被识别出条码，重复上述判断过程；
当重复上述判断过程的次数达到预设次数或当重复上述判断过程达到工业相机内的图像传感器转接板的最大旋转角度时，均未能能够被识别出条码，则将所述当前扫描图像对应的旋转角度的前一个旋转角度作为标准包裹的最后一个有效旋转角度。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，所述获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置，包括：
获取当前包裹的高度等级；
根据包裹的高度等级与工业相机的调焦档位的对应关系确定当前包裹对应的工业相机的调焦档位；
根据工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置。
7.一种基于自学习式的工业相机自动调焦装置，用于实现权利要求1至6中任意一项所述的基于自学习式的工业相机自动调焦方法，其特征在于，包括：
自学习校准模块，用于根据工业相机镜头的景深与多个不同高度的标准包裹进行自学习校准得到工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系；
确定模块，用于获取当前包裹的高度等级，根据所述当前包裹的高度等级以及所述工业相机的调焦档位与工业相机内的电机最佳停靠位置的映射关系确定当前包裹所对应的工业相机内的电机最佳停靠目标位置；
调焦模块，用于根据所述工业相机内的电机最佳停靠目标位置生成电机驱动信号，所述电机驱动信号用于驱动工业相机内的电机停靠在所述电机最佳停靠目标位置。
8.一种基于自学习式的工业相机自动调焦系统，其特征在于，包括：光幕、工业相机、电机和权利要求7所述的基于自学习式的工业相机自动调焦装置，所述光幕和所述工业相机均与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置通信连接，所述电机与所述基于自学习式的工业相机自动调焦装置电连接，所述电机与所述工业相机内的图像传感器转接板电连接。
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