CN113124771A - 具有校准目标对象的成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有校准目标对象的成像系统。基于光三角测量的成像系统(200)，用于借助一个或多个相机(230)来捕获关于对象的三维特性的信息。校准目标对象(2000)在所述相机(230)的相应视场(231)内，使得相机(230)能够检测从校准目标对象(2000)的表面结构反射的光，表面结构包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点(412，422a‑c；512a‑b，522a‑c；612，622a‑c)在距该同一平面相同的正交距离处的一个或多个直立正棱锥形凹槽(410；510a‑b；610)和一个或多个直立正棱锥(420a‑c；520a‑c；620a‑c)。所述直立正棱锥形凹槽(410；510a‑b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a‑c；520a‑c；620a‑c)中至少一个的基部共享至少一边，使得共享边的每对侧面(413‑1，423a‑3；513b‑2，523c‑2；613‑1，623a‑2)位于共同平面中。

Description

具有校准目标对象的成像系统

技术领域

本文中的实施例涉及基于光三角测量的成像系统，该系统包括用于校准该成像系统的校准目标对象。

背景技术

用于工厂和物流自动化的工业视觉相机和系统可以基于三维(3D)机器视觉，其中捕获场景和/或对象的3D图像。3D图像是指还包括“高度”或“深度”信息，而不包括或至少不仅仅包括关于如常规图像中的仅二维(2D)中的像素的信息(例如，强度和/或颜色)的图像。即，图像的每个像素可以包括与图像中的像素的位置相关联并映射到已经被成像的例如，对象的位置的这种信息。然后可以应用处理以从3D图像提取关于对象的特性(即，对象的3D特性)的信息，并且例如将其转换成各种3D图像格式。关于高度的这种信息可以被称为范围数据，其中范围数据因此可以对应于来自正成像的对象的高度测量的数据，或者换句话说来自对象的范围或距离测量的数据。替代地或附加地，像素可以包括关于例如材料属性的信息，诸如与成像区域中的光的散射或特定波长的光的反射相关的信息。

因此，像素值可以例如与像素的强度和/或范围数据和/或材料属性相关。

当图像的图像数据例如由具有被配置为一次一行像素地感测并提供图像数据的传感器的相机一次一行地扫描或提供时，产生线扫描图像数据。线扫描图像的特殊情况是由所谓的“片光”(例如，激光线、3D三角测量)提供的图像数据。激光通常是优选，但也可以使用能够提供“片光”的其它光源，例如，能够提供保持聚焦且不会散开太多的光(诸如由发光二极管(LED)提供的光)的光源。

3D机器视觉系统通常是基于这种片光三角测量。在这种系统中，存在以特定光图案(诸如作为特定光图案的片光)照亮对象的光源，例如，导致对象上的光或激光线，并且沿着该线可以捕获与对象的轮廓对应的对象的3D特性。所使用的光有时被称为结构光。通过用这种线来扫描对象(即，执行线扫描)，可以捕获与多个轮廓对应的整个对象的3D特性。

使用片光进行三角测量的3D机器视觉系统或设备可以被称为基于光(或片光)三角测量的，或者简单地当使用激光时的激光三角测量来进行3D成像的系统或设备。

通常，为了基于光三角测量产生3D图像，来自要成像的对象的反射光被相机的图像传感器捕获，并在图像数据中检测强度峰。峰出现在与被成像的对象上入射光(例如，对应于激光线)从对象被反射的地点对应的位置处。在图像中检测到的峰的位置将映射到对象上反射了导致该峰的光的位置。

激光三角测量相机系统(即，基于光三角测量的成像系统)将激光线投射到目标对象上，以创建来自目标对象的表面的高度曲线。通过相对于所涉及的相机和光源移动目标对象，关于来自目标对象的不同部分的高度曲线的信息可以通过图像被捕获，并且然后被组合和使用以产生目标对象的三维表示。

常规上，执行校正激光平面内包括例如透镜失真和透视效应的测量误差的图像传感器校准。当已经校正了这些误差时，也可以校正由(一个或多个)光源的放置引起的例如，偏斜失真。在校准期间，坐标系通常也与一些参考对准。

例如，基于光三角测量的成像系统的校准涉及找到能够将图像传感器坐标中的图像传感器数据变换到真实世界坐标的关系。换句话说，例如，校准努力提供传感器度量和坐标与真实世界度量(例如，标准度量单位)和真实世界坐标之间的关系。

每次设置或变化(例如，彼此相对的位置的变化、视场的变化等)(一个或多个)相机和(一个或多个)光源时，通常都需要建立来自校准的关系。换句话说，在成像系统的设置之后或连同成像系统的设置一起并且在其用于正常操作之前，完成校准。

在校准期间，对具有预定和已知属性(例如，几何形状)和维度的校准目标对象进行成像，并利用该校准目标对象来建立所述关系。然后使用建立的关系，例如，将其用来配置成像系统，使得当目标对象在正常操作期间由成像系统进行成像时，实现并可以提供更好且更准确的对象的3D表示，并且其与对象的实际和真实维度一致。

校准的第一部分是例如，对象识别，其中在扫描中(即，在校准目标对象的图像数据中)找到出现平坦的表面的地方。估计这些表面的平面方程，并将平面与具有已知维度和几何形状的校准目标对象的模型进行匹配。

优选的是，对于可以与成像系统一起使用的全部或许多校准动作和情况，能够使用单个校准对象。例如，对于尽可能多的不同设置(例如，相机和光源配置及关系)以及对于每个设置，能够例如解决偏斜失真和/或完成对准到参考坐标系。

出于以上目的或与以上类似的目的，现有技术中已经提出了不同种类的校准对象。

US2018012052A1公开了一种方法和校准对象，其可以被用于相对的相机对准(即，具有彼此相对的两个相机并从两个相对的方向对对象进行成像的设置)。

发明内容

鉴于以上内容，目的是为现有技术提供一个或多个改进或替代，诸如提供基于光三角测量的成像系统，用于在具有促进和/或支持成像系统的校准的改进或替代的校准对象的情况下捕获关于目标对象的3D特性的信息。

该目的是通过基于光三角测量的成像系统来实现的，该成像系统用于借助被布置在一个或多个第一位置处以检测从所述目标对象反射的光的一个或多个相机来捕获关于所述目标对象的三维特性的信息。该成像系统包括在所述第一位置处的所述一个或多个相机以及在所述相机的相应视场内的校准目标对象，使得相机能够检测从校准目标对象的一个或多个表面结构反射的光。所述一个或多个表面结构具有第一表面结构，该第一表面结构包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点在距该同一平面相同的正交距离处的一个或多个直立正棱锥形凹槽和一个或多个直立正棱锥。各个直立正棱锥的侧面对应于直立正棱锥形凹槽的侧面。存在至少三个直立正棱锥或至少三个直立正棱锥形凹槽，其中所述直立正棱锥形凹槽中至少一个的基部与所述直立正棱锥中至少一个的基部共享至少一边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。

因此，共享一边的每对侧面将显示为共同平面中的单个表面，并且该表面在一端中会聚到直立正棱锥形凹槽的顶点中并在另一相对端中会聚到直立正棱锥的顶点中。因此，将有相对较大的、易于检测并且可以被用来寻找两个顶点的单个表面。成像系统的校准从而被促进并使其能够进行有效的校准。因此，已经提供了具有促进和/或支持成像系统的校准的校准目标对象的基于光三角测量的成像系统。

附图说明

参考所附示意图来更详细地描述本文中的实施例的示例，下面对附图进行简要地描述。

图1示意性地图示了现有技术的成像系统的示例。

图2示意性地图示了根据本文中的一些实施例的示例性成像系统。

图3A至3D分别示意性地例示了根据本文中的一些进一步的实施例的成像系统。

图4A至4D示出了在本文中的一些实施例中所包括的校准目标对象及其第一表面结构的不同视图。

图4E至4F示出了在本文中的一些实施例中所包括的具有不同的附加第二表面结构的两个不同的校准目标对象的视图。

图5A至5B示出了在本文中的一些实施例中所包括的另一校准目标对象及其表面结构的不同视图。

图6A至6C示出了在本文中的一些实施例中所包括的又一校准目标对象及其第一表面结构的不同视图。

具体实施方式

本文中的实施例是示例性实施例。应当注意的是，这些实施例不必相互排斥。可以默认地假定来自一个实施例的成分存在于另一实施例中，并且对于本领域技术人员而言，那些成分可以如何被用于其它示例性实施例中是显而易见的。

图1示意性地图示了如在背景技术中提到的这种类型的成像系统的示例，也就是用于3D机器视觉的基于光三角测量的成像系统100，其用于捕获关于目标对象的3D特性的信息。图中所示的系统100处于正常操作的情形(即，通常在已经执行了校准且系统因此被校准了之后)。系统100被配置为执行光三角测量，这里是以如背景技术中提到的片光三角测量的形式。系统100进一步包括用于以特定光图案111(在该图中被例示并图示为片光)照亮要成像的对象的光源110(例如，激光器)。光可以但不必是激光。在所示示例中，目标对象由以汽车的形式的第一目标对象120和以齿轮构造的形式的第二目标对象121例示。当特定光图案111入射到对象上时，这对应于特定光图案111到对象上的投射，其在特定光图案111与对象相交时可以被观察到。例如，在所示示例中，被例示为片光的特定光图案111导致第一对象120上的光线112。特定光图案111被对象反射，更具体而言，被相交处(即，在所示示例中的光线112处)的对象的部分反射。测量系统100进一步包括含图像传感器(图1中未示出)的相机130。相机和图像传感器相对于光源110和要成像的对象布置，使得特定光图案在被对象反射时变成图像传感器上的入射光。图像传感器是通常被实施为芯片的用于将入射光转换成图像数据的布置。通过反射引起图像传感器上的所述入射光的对象的所述部分可以从而被相机130和图像传感器捕获，并且可以产生并提供对应的图像数据以供进一步使用。例如，在所示示例中，特定光图案111将在第一对象120的汽车顶部的部分上的光线112处朝相机130和图像传感器反射，从而可以产生并提供具有关于汽车顶部的所述部分的信息的图像数据。利用测量系统100的几何形状的知识(例如，图像传感器坐标如何与跟要成像的对象及其上下文相关的世界坐标(诸如坐标系123(例如，笛卡尔坐标系)的坐标)相关)，图像数据可以以适当的格式被转换成关于正被成像的对象的3D特性(例如，3D形状或轮廓)的信息。如背景技术中所讨论的，通常从校准中获得该知识。关于所述3D特性(例如，所述(一个或多个)3D形状或(一个或多个)轮廓)的信息可以包括以任何适当的格式的描述3D特性的数据。

通过移动例如光源110以及/或者诸如第一对象120或第二对象121的要成像的对象，使得对象的多个部分被照亮并引起图像传感器上的反射光，实际上，通常通过扫描对象可以产生描述对象的更完整3D形状的图像数据，例如，对应于对象的多个连续的轮廓(诸如所示的第一对象120的轮廓图像140-1至140-N，其中每个轮廓图像示出了当相机单元130的图像传感器感测到导致该轮廓图像的光时第一对象120上反射特定光图案111的地方的外形)的图像数据。如图中所指示的，可以使用传送带122或类似物来使对象在光源110和相机单元130通常是固定的情况下移动通过特定光图案112，或者可以使特定光图案111和/或相机130相对于对象移动，使得对象的所有部分或至少面对光源110的所有部分被照亮，并且相机单元接收从期望成像的对象的所有部分反射的光。

如从以上理解的，由相机单元130和图像传感器提供的例如第一对象120的图像可以对应于轮廓图像140-1至140-N中的任何一个。通常，基于由图像传感器捕获的图像数据中的强度峰的识别并基于找到这些强度峰的位置来确定轮廓图像140-1至140-N中的任何一个中所示的第一对象的外形的每个位置。

图2示意性地图示了根据本文中的一些实施例的基于光三角测量的示例性成像系统200，用于捕获关于一个或多个目标对象的3D特性的信息。所示系统对应于具有分别被布置在某位置处的一个光源210和一个相机230的基本配置。系统200可以对应于图1中的系统100，但是处于用于校准而不是用于正常操作的状态。代替系统在正常操作期间正瞄准(即，成像)的目标对象(诸如图1中的对象120、121)，在图2中存在用于系统200的校准的校准目标对象2000。因此，在校准期间，校准目标对象2000替代地被成像系统200瞄准(即，成像)。校准目标对象2000的优选属性及变型将在下面进一步详细地被描述。校准目标对象至少部分地位于相机230的视场231内。光源210利用以特定光图案的形式的光211(例如，片光和/或激光线)来照亮该校准对象，光211由校准目标对象反射并由相机230捕获反射光。通常，应该照亮校准目标对象，并且以与在正常操作期间将被照亮的目标对象相似或相同的方式捕获图像，例如，在如图1中的情况下，校准目标对象2000可以借助于传送带移动从而被来自光源的光完全照亮。光源210和相机230应如其在正常操作期间将被布置那样被布置，诸如被布置在相同的位置处。如所理解的，校准目标对象2000至少关于在校准中使用和与校准相关的某些特征而言具有预定义的和/或预定的维度和属性。所述维度和属性例如在某世界或真实的坐标系中，并且例如具有度量单位。

图3A至3D分别示意性地例示了根据本文中的一些进一步的实施例的成像系统200a-d。可以认为所示的系统表示用于捕获关于目标对象的3D特性的信息的基于光三角测量的成像系统的不同的进一步配置和/或设置，并因此也表示用于捕获关于用于校准这些成像系统的校准目标对象的3D特性的信息的不同的进一步配置和/或设置。如应当意识到的并且如在图中所示的，期望同一个校准目标对象可以支持并用于校准用于成像系统的操作的不同配置和/或设置。

图中的成像系统示出了不同的进一步配置和/或设置，其包括相机230(或者在一些图中包括两个相机，分别具有视场231a、231b的第一和第二相机230a、230b)，并且包括光源210(或者在一些图中包括两个光源，第一光源210a和第二光源210b)。

图3A是具有相机的“并排”设置的配置的示例，这里两个相机230a、230b被并排地布置以捕获从对象(例如，从校准对象2000)反射的光。对象正被单个光源照亮，这里光源210在被相机观察的一侧。

图3B是具有相机的“顶部/底部”设置的配置的示例，这里两个相机230a、230b被布置为观察对象(这里是校准对象2000)的相对侧，并捕获从该对象的相应侧反射的光。该对象的所述相对侧中的每一侧都正被相应的光源(这里是210a、210b)照亮。

图3C是具有相机的“后/前”设置的配置的示例，这里两个相机230a、230b被布置为观察对象的同一侧，但是是从对象(这里是校准对象2000)的相对方向(例如，从前方向和后方向)观察。该对象的所述侧正被单个光源(这里是光源210)照亮。

图3D是具有“盒子内部”设置的配置的示例，其中相机被布置为观察到对象所在的盒子225或容纳物内。两个光源(这里是210a、210b)被布置为从不同的(例如，相对的)方向照亮盒子225的内部和对象。

图2、3A至3D示出了处于用于成像系统的校准的状态的成像系统(例如，200，200a-d)的示例，其校准是基于校准目标对象2000或仅校准对象(例如，如下面讨论的图4至6中所示的2000a-e中的任一个)。因此，每个成像系统都是一个基于光三角测量的用于借助被布置在一个或多个第一位置处以检测从一个或多个目标对象反射的光的一个或多个相机(例如，230、230a-b)来捕获关于所述一个或多个目标对象的3D特性的信息的成像系统。如应意识到的，暗示是这种成像系统也包括分别被布置在一个或多个某第二位置处的一个或多个光源(例如，210、210a-b)，利用所述光(即，然后由(一个或多个)相机反射并检测的光)来照亮所述一个或多个目标对象。在正常操作期间的成像系统旨在瞄准(即，成像)所述(一个或多个)目标对象，并且因此已经出于此目的被设置了。

校准目标对象2000至少部分地位于所述(一个或多个)相机(例如，230)的相应视场(例如，231)内，使得(一个或多个)相机能够检测从校准目标对象2000的一个或多个表面结构反射的光。因此，校准目标对象2000被定位成使得可以使用如正常操作期间的成像系统所预期使用的相同设置(例如，所述(一个或多个)相机和/或(一个或多个)光源在相同位置处和/或被配置为与在对所述(一个或多个)目标对象进行成像时的正常操作期间相同的方式进行操作)来对它成像。如以上所解释的，校准基于光三角测量的3D成像系统的常规且典型要求的方式是使用如正常操作期间的相同设置来进行校准，不同之处在于对校准目标对象而不是意图在正常操作期间被成像的目标对象进行成像。

图4A至4D示出了在本文中的一些实施例中所包括的校准目标对象2000a及其第一表面结构的不同视图。校准目标对象2000a可以是上面提到的校准目标对象2000。图4A至4B示出了校准目标对象2000a的同一透视图。图4C示出了校准目标对象2000a的顶视图，并且图4D示出了其从图4C中的大箭头所指示的视角来看的侧视图。

校准目标对象2000a的第一表面结构包括一个直立正棱锥形凹槽410和三个直立正棱锥420a-c。棱锥形凹槽410和棱锥420a-c的其各自的基部在同一平面中(该平面可以被称为基部平面430)，并且其各自的顶点412、422a-c在距该同一平面相同的正交距离处。这可以在图4D中最佳地示出，图中可以看到棱锥420a-c的顶点422a-c在第一顶点平面431中，并且棱锥形凹槽410的顶点412在第二顶点平面432中，两者都在距基部平面430相同的距离处。

在所示示例中，棱锥形凹槽410和棱锥420a-c具有方形的基部，因此每个基部具有四边，从而每个棱锥形凹槽和棱锥也具有四个侧面。在图中指示了一些侧面，例如，棱锥420a、420b的侧面423a-3、423b-1、423b-2以及棱锥形凹槽410的侧面413-1、413-2、413-3、413-4。如图中所见，各个直立正棱锥420a-c的侧面对应于直立正棱锥形凹槽410的侧面。

校准目标对象2000a和第一表面结构具有三个直立正棱锥和一个直立正棱锥形凹槽。然而，通常对于本文中的实施例而言，应有一个或多个直立正棱锥和一个或多个直立正棱锥形凹槽，并且是至少三个直立正棱锥或至少三个直立正棱锥形凹槽。换句话说，应该有至少三个棱锥或棱锥形凹槽。此外，通常对于本文中的实施例而言，所述直立正棱锥形凹槽中至少一个的基部应与所述直立正棱锥中至少一个的基部共享至少一边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。因此，共享一边的每对侧面将显示为共同平面中的单个表面，并且该表面在一端会聚到直立正棱锥形凹槽的顶点中，并且在另一相对端会聚到直立正棱锥的顶点中。例如，侧面413-1和423a-3在共同平面中并形成在顶点422a和412中会聚的表面。因此，将有相对大的、易于检测并且可以被用来找到两个顶点的单个表面。成像系统的校准从而被促进并使其能够进行有效的校准。例如，与在类似成像系统的校准中所使用的一些现有技术中的校准目标对象相比，存在更多对于找到顶点的位置有效且有用的表面。实现了有效和紧凑的校准目标对象，并且该校准目标对象可以与成像系统的许多不同设置一起使用。

在图4A中，棱锥形凹槽410将其基部的边与所有三个棱锥420a-c共享。注意，在图4A和4C中由点划线线来指示基部的边。例如，棱锥形凹槽410的基部的边411-1与棱锥420a共享，即，此处棱锥420的基部的边421a-3与棱锥形凹槽410的基部的边411-1相同。

在图中分别指示了棱锥和棱锥形凹槽的基部的一些进一步的边，例如，棱锥420a的基部的边421a-1、421a-2和421a-4，以及棱锥420b与棱锥形凹槽410的基部共享的边421b-2和411-4。

如以上所解释的，在校准期间，利用了校准目标对象的已知(诸如预定的)属性、特征和维度。因此，期望促进对来自校准目标对象的图像数据中(即，当成像系统被用来对校准目标对象进行成像时该成像系统导致的图像数据中)的特征的识别。如由侧面形成的，平坦的表面相对容易检测和识别，并且如果它具有已知属性，例如，已知它是平坦的并由棱锥和棱锥形凹槽的侧面形成并且在两个顶点中会聚，那么可以确定顶点的位置。此外，由于存在至少三个棱锥或棱锥形凹槽，因此可以确定在同一平面中的三个顶点的位置，从而也可以确定顶点平面(例如，第一顶点平面431)。即使在另一顶点平面(例如，第二顶点平面432)中仅存在一个顶点，也可以确定该平面，因为已知该平面平行于第一顶点平面431。意识到的是，例如当在图像数据中和图像传感器坐标中已识别出了所述顶点和平面时，可以利用已知属性、特征和维度的校准目标对象以及真实世界坐标中的对应位置来进行校准。

注意，实际上不需要如此直接地在来自校准目标对象的图像数据中识别顶点。当已经识别出了已知的在顶点中会聚的表面及其边缘时，可以通过计算来以更高的准确度确定顶点的位置。换句话说，棱锥和棱锥形凹槽不需要具有物理的顶点，因此，物理的校准目标对象的顶点是否被破坏可能并不重要。事实上，在本文中的一些实施例中所包括的校准目标对象可能有一个或多个棱锥和棱锥形凹槽被“切除”，即，可以是以(一个或多个)直立截锥和/或(一个或多个)直立截锥形凹槽的形式。然而，侧面当然仍应如上所述地共享基部边等。也就是说，尽管如此，优选的是形成根据本文中的实施例的具有物理顶点的校准目标对象的棱锥和棱锥形凹槽，因为这意味着存在可用于检测的更多表面。

虽然如上所述具有共享一边的一对侧面(即，显示为在共同平面中的单个表面并且在该表面的相对端在顶点中会聚)已经是有益的，但如果有更多这样的表面(例如，如校准目标对象2000a的情况)，那么效果会得到改进。优选地，在同一平面中应该有至少三个顶点，相应的单个表面的每个部分也在该表面的相对端中的顶点中会聚。

因此，在一些实施例中，直立正棱锥形凹槽中至少一个(例如，410)的基部与直立正棱锥中至少两个(例如，420a-c中的两个)的基部共享至少两边，使得共享一边的每对侧面(例如，413-1和423a-3)位于共同平面中。在一些实施例(例如，可以对应于与图4A至4D中所示的表面结构倒置的表面结构)中，直立正棱锥中至少一个的基部与直立正棱锥形凹槽中至少两个的基部共享至少两边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。

此外，在一些实施例中，所述直立正棱锥形凹槽中至少一个(例如，410)的基部与所述直立正棱锥中至少三个(例如，420a-c)的基部共享至少三边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。在一些实施例(这里也可以对应于与图4A至4D中所示的表面结构倒置的表面结构)中，直立正棱锥中至少一个的基部与直立正棱锥形凹槽中至少三个的基部共享至少三边，使得共享一边的每对侧面位于共同平面中。

上面讨论的校准目标对象2000a-c的直立正棱锥和直立正棱锥形凹槽具有方形(quadratic)基部，这出于几个理由是有利的。例如，这种校准目标对象可以易于生产，它实现了具有许多有用的表面的密集和有效的校准目标对象、实现并促进了许多不同成像系统设置的校准，它提供了相对大的表面以供识别、提供了边之间的简单90度关系，并且甚至在没有棱锥或棱锥形凹槽的一个侧表面的情况(例如，没有被图像数据充分捕获)下，仍然有可以用于找到相交点的其它三个表面并因此找到顶点。因此，这里的方形基部通常促进了校准。

然而，其它基部也是可能的，例如三角形基部，它是棱锥可能的最小的基部几何形状并且可以导致顶点。这种棱锥和棱锥形凹槽也实现了具有相对大但很少的供检测的表面的密集校准对象。此外，可能的最小的校准对象可以基于具有三角形基部的棱锥和棱锥形凹槽。

因此，在一些实施例中，校准目标对象具有带三角形基部或方形基部的一个或多个直立正棱锥形凹槽和一个或多个直立正棱锥。

为了能够保持简单的关系和提供具有尽可能多的有用表面的密集的校准对象，单个校准对象的每个表面结构以及例如所有表面结构都应基于相同类型的棱锥形基部，并且优选地具有例如所示示例中的相同尺寸。然而，尽管通常与一些缺点相关联，本文中的实施例通常不排除混合的表面结构。

此外，除方形和三角形之外的其它基部几何形状也是可能的，例如，六边形，它也能够实现其中例如棱锥形凹槽的基部的每边都可以与棱锥共享的密集的表面结构。一些其它几何形状无法实现这一点。然而，具有多于四边的棱锥基部通常可能导致具有不必要的许多侧面的非期望的复杂的校准对象，并且其中每个侧面的表面随着边的数量而变得越来越小。此外，相同的棱锥或棱锥形凹槽的侧面之间的角度差越小，在图像数据中将它们识别为单独的侧面就变得越困难，并且角度差随棱锥形基部的数量而减小。

在一些实施例中，可能优选的是棱锥和棱锥形凹槽是钝角的(例如，在方形基部并且参考图4A至4D的情况下)，从而(一个或多个)直立正棱锥形凹槽(例如，410)和(一个或多个)直立正棱锥(例如，420a-c)的相应顶点(例如，412、422a-c)具有至少90度的顶角。如本文中所使用的，对于具有方形基部的棱锥，顶角是在相对的侧面的平面之间的相交的角度。对于一些情形和成像系统设置，钝角的棱锥和棱锥形凹槽降低了闭塞(occlusion)(即，要成像和检测的表面被遮挡或隐藏，或者光被反射到非期望的方向上)的风险。然而，例如，对于某些图像系统设置，可能存在其中期望锐角的棱锥和棱锥形凹槽的一些情形。更小的顶角具有有时期望的一些益处，诸如棱锥顶点和棱锥形凹槽顶点之间的更高分辨率，并且可以实现更小的校准目标对象。

在一些实施例中，例如，除图4A至4D中所示的表面结构之外，存在诸如在对象的相对边上的一个或多个附加表面结构，使得该对象可以与甚至更多不同的成像系统设置一起使用。

因此，在一些实施例中，存在具有除如上所讨论的第一表面结构之外的与第一表面结构的地点相比位于校准目标对象的相对侧上的附加的第二表面结构的校准目标对象。所述第二表面结构也包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点在距该同一平面相同的正交距离处的一个或多个直立正棱锥形凹槽和/或一个或多个直立正棱锥。应有至少三个直立正棱锥或至少三个直立正棱锥形凹槽。如下面所解释的，与利用单侧表面结构可能校准的相比，这实现了更多成像系统设置的校准，并且实现了校准目标对象的更灵活的使用。

图4E至4F示出了在本文中的一些实施例中所包括的具有不同的附加的第二表面结构的两个不同的校准目标对象的视图。所示第二表面结构中的每一个可以位于校准目标对象的另一侧，优选为相对的一侧，该校准目标对象具有第一侧以及可能如图4A至4D中所示的校准目标对象2000a的表面结构。

图4E示出了校准目标对象2000b及其第二表面结构的透视图。在未示出的另一侧上可以具有如图4A至4D中所示的校准目标对象2000a的这种表面结构。可以注意到的是，图4E中所示的第二表面结构是图4A至4D中所示的第一表面结构的倒置形式，例如，其中每个棱锥对应于棱锥形凹槽，并且反之亦然。或者换句话说，第一表面结构和第二表面结构彼此呈镜像。例如，第一表面结构的具有顶点412的棱锥形凹槽410对应于图4E中的第二表面结构的具有顶点472的直立正棱锥472。也存在分别具有顶点462a-c的正棱锥形凹槽460a-c。这种倒置的表面结构使得能够提供材料有效的校准目标对象以及其制造中的通用性。因此，在一些实施例中，所述第二表面结构呈所述第一表面结构的镜像，并且反之亦然，使得每个直立正棱锥形凹槽(例如，460a-c)与相应的直立正棱锥(例如，420a-c)相对，并且反之亦然。

图4F示出了校准目标对象2000c及其第二表面结构的透视图。在未示出的另一侧上可以具有如图4A至4D所示的用于校准目标对象2000a的第一表面结构。可以注意到的是，图4F中所示的第二表面结构仅具有直立正棱锥形凹槽480a-c，而没有棱锥。除了凹槽之外，所示的表面结构具有在棱锥形凹槽的基部平面中的平整或平坦的表面490a-c。虽然因此这里没有在两个顶点中会聚的侧面表面，但如果另一侧具有如图4A至4D中所示的这种第一表面结构，那么具有更平坦的第二表面结构仍然可能是优选的且在某些程度上是折衷选择。这是因为，例如，当仅要使用诸如图4D中所示的第一表面结构时(大多数情况是这样)，图4E中所示的更平坦的表面结构允许更稳定地放置校准目标对象。校准目标对象2000c提供了多功能性，这是因为存在具有平坦的表面的第二表面结构，并且如果在另一情形(诸如，对于具有多个相机的一些设置)下期望或需要的话，可以将其用于校准。在这种情况下，可以将校准目标对象沿边缘放置，使得两个表面结构都在视场(FOV)内并且可以被成像。

图5A至5B示出了在本文中的一些实施例中所包括的校准目标对象2000d及其第一表面结构的不同视图。在图5A中示出了顶视图，并且在图5B中示出了从图5A中的大箭头所指示的视角来看的侧视图。第一表面结构在图5A中被示出，并且可以类似于在图4A至4D中示出并结合图被讨论的校准目标对象2000a的第一表面结构，但是这里表面结构有所扩展，并且校准目标对象200d的形状呈方形，具有3×3交替的棱锥和棱锥形凹槽。例如，存在直立正棱锥520a-c和直立正棱锥形凹槽510a-b。所示直立正棱锥具有顶点522a-e，并且直立正棱锥形凹槽具有顶点512a-d。在图中还指示了一些侧面，例如，共享基部边使得边511b-2与边521c-4相同的棱锥形凹槽510b的侧面513-2和棱锥520c的侧面523c-2。如图5B中所见，校准目标对象还具有在相对侧上的第二表面结构，该第二表面结构在这里是将如上所述的所述第一表面结构镜像的表面结构。

与校准目标对象2000a相比的另一不同之处在于，存在在校准目标对象2000d的边缘中并穿过该校准目标对象2000d的三角形形状的凹槽590。凹槽是不对称形状特征的示例，并且从校准目标对象2000d的相对侧可见。

在一些实施例中，并且特别是校准目标对象的其余部分是对称的这种实施例中，校准目标对象设有不对称特征(例如，三角形凹槽590)，使得可以基于校准目标对象(例如，2000d)的图像数据来识别该校准目标对象的朝向以及该校准目标对象的图像是否被镜像。不对称特征可以是在校准目标对象的边缘中并穿过该校准目标对象的不对称形状的凹槽，使得不对称形状的凹槽从校准目标对象的相对侧可见。不对称特征例如是诸如图中所示的直角三角形形状的通孔。这种特征是易于实现和识别的，并且可能提供，使得它不会对表面结构的余下部分(例如，用于检测的侧面和表面)造成干扰或干扰很小。

然而，虽然凹槽也是简单、鲁棒且容易实现的，但实现的其它不对称特征也是可能的。在任何情况下，至少当第一表面结构由(一个或多个)相机成像时，不对称特征应该是可见的，并且因此通常应位于校准目标对象的至少与第一表面结构相同的一侧上，优选地当存在这种不对称特征时，它在第二表面结构的一侧上也可见。即使使得校准目标对象和所述表面结构对称，所述特征也使得能够识别校准目标对象的朝向以及校准目标对象的图像是否是镜像的。除了不对称特征之外，可能有利的是校准目标对象的其余部分是对称的，这可能有助于将校准目标对象适当地布置在相机的FOV内。

图6A至6C示出了作为校准目标对象示例的校准目标对象2000e，以及与以上针对图4A至4D所描述的类似但具有三角形基部而不是方形基部的表面结构。

图6A示出了校准目标对象2000e的顶视图，并且图6B示出了其从图6A中的大箭头所指示的视角来看的侧视图。图6C示出了校准目标对象2000e如图4A中所示但是具有更少和其它的附图标记的视图。

所示的校准目标对象2000e的表面结构包括一个直立正棱锥形凹槽610和三个直立正棱锥620a-c。棱锥形凹槽610和棱锥620a-c的其各自的基部在同一平面(基部平面630)中，并且其各自的顶点612、622a-c在距该平面相同的正交距离处。

在所示示例中，棱锥形凹槽610和棱锥620a-c具有三角形基部，因此各自具有三边，从而每个棱锥形凹槽和棱锥也具有三个侧面。在图中指示了一些侧面，例如，棱锥620a的侧面623a-1、623a-2、623a-3，棱锥形凹槽610的侧面613-1、613-2、613-3，以及此外棱锥620c的侧面623c-1。如图中所见，各个直立正棱锥620a-c的侧面对应于直立正棱锥形凹槽610的侧面。

校准目标对象2000e(具体来说是其表面结构)具有三个直立正棱锥和一个直立正棱锥形凹槽。直立正棱锥形凹槽610的基部与直立正棱锥620a-c的基部共享各个边，使得共享边的每对侧面位于共同平面中。例如，凹槽610将其基部边611-1与棱锥620a的基部边621a-2共享，并且侧面613-1和623a-2在共同平面中。因此，这些侧面显示为在共同平面中的单个表面，并且该表面在一端中会聚到顶点612中且在另一相对端中会聚到顶点622a中。

制成本文中的实施例中的校准目标对象的材料可以是例如用于相似或相同用途的，带或不带不同材料的单独表面层(例如，涂层)的校准目标对象的任何常规材料。因此，材料和/或表面层通常应该是产生漫反射的材料，并且通常优选是使用浅色表面而非深色表面。优选使用耐用以及不容易损坏(例如，在对象掉落的情况下)的材料。例如，除了其它许多材料之外，还可以使用塑料材料和/或诸如铝的金属。制造方法可以包括例如铸造、模制、铣削(milling)、3D打印。

应该注意的是，本文中所使用的任何枚举术语，诸如第一、第二等，都应因此被认为是非限制性的，并且像这样的术语并不暗示某种层次关系。相反，在没有任何明确信息的情况下，应将枚举式命名仅视为完成不同名称的方式。

如本文中所使用的，表述“被配置为”可以表示某物被配置为或适于(例如，借助软件或硬件配置)执行一个或多个动作。

如本文中所使用的，术语“数”或“值”可以指任何类型的数字，诸如二进制、实数、虚数或有理数等。此外，“数”或“值”可以是一个或多个字符，诸如字母或字母串。另外，“数”或“值”可以由位串来表示。

如本文中所使用的，表述“可以”和“在一些实施例中”通常已被用来指示所描述的特征可以与本文中所公开的任何其它实施例组合。

当使用词“包括”或“包含”时，应将其解释为非限制性的，即，意味着“至少由……组成”。

本文中的实施例不限于上述实施例。可以使用各种替代、修改和等效形式。因此，以上实施例不应被视为限制由所附权利要求限定的本公开的范围。

Claims (8)

1.一种基于光三角测量的成像系统(200)，用于借助被布置在一个或多个第一位置处以检测从目标对象反射的光的一个或多个相机(230)来捕获关于所述目标对象的三维特性的信息，所述系统(200)包括在所述第一位置处的所述一个或多个相机(230)以及校准目标对象(2000)，所述校准目标对象(2000)在所述相机(230)的相应视场(231)内，以使得相机(230)能够检测从校准目标对象(2000)的一个或多个表面结构反射的光，所述一个或多个表面结构具有第一表面结构，第一表面结构包括一个或多个直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)和一个或多个直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)，所述直立正棱锥形凹槽和所述直立正棱锥各自的基部在同一平面中并且各自的顶点(412，422a-c；512a-b，522a-c；612，622a-c)在距所述同一平面相同的正交距离处，其中各个直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)的侧面(423；523；623)对应于直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)的侧面(413；513；613)，存在至少三个直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)或至少三个直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)，其中所述直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)中至少一个的基部共享至少一边，使得共享边的每对侧面(413-1，423a-3；513b-2，523c-2；613-1，623a-2)位于共同平面中。

2.如权利要求1所述的成像系统，其中所述直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)中至少两个的基部共享至少两边，或者所述直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)中至少一个的基部与所述直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)中至少两个的基部共享至少两边，使得共享边的每对侧面(413-1，423a-3；513b-2，523c-2；613-1，623a-2)位于共同平面中。

3.如权利要求1所述的成像系统，其中所述直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)中至少三个的基部共享至少三边，或者所述直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)中至少一个的基部与所述直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)中至少三个的基部共享至少三边，使得共享边的每对侧面(413-1，423a-3；513b-2，523c-2；613-1，623a-2)位于共同平面中。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的成像系统，其中所述一个或多个直立正棱锥形凹槽(410；510a-b；610)和所述一个或多个直立正棱锥(420a-c；520a-c；620a-c)具有三角形基部或方形基部。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的成像系统，其中所述一个或多个表面结构具有与第一表面结构的位置相比位于校准目标对象(2000)的相对侧上的附加的第二表面结构，所述第二表面结构也包括一个或多个直立正棱锥形凹槽(460a-c；482a-c)和/或一个或多个直立正棱锥(470)，所述直立正棱锥型凹槽和/或所述直立正棱锥各自的基部在同一平面中并且各自的顶点在距所述同一平面相同的正交距离处，存在至少三个直立正棱锥(470)或至少三个直立正棱锥形凹槽(460a-c；482a-c)。

6.如权利要求5所述的成像系统，其中所述第二表面结构呈所述第一表面结构的镜像，并且反之亦然，使得每个直立正棱锥形凹槽(460a-c)与相应的直立正棱锥(420a-c)相对，并且反之亦然。

7.如权利要求1-6中的任一项所述的成像系统，其中校准目标对象(2000)设有不对称特征(590)，使得能够基于由任何一个所述相机(230)捕获的校准目标对象(2000)的图像数据来识别校准目标对象(2000)的朝向以及校准目标对象(2000)的图像是否是镜像的。

8.如权利要求7所述的成像系统，其中所述不对称特征(590)是在校准目标对象(2000)的边缘中并穿过所述校准目标对象(2000)的不对称形状的凹槽，使得不对称形状的凹槽(590)从校准目标对象(2000)的相对侧可见。

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