CN114675289A - 多传感器扫描仪中的瞄准定位与三角测量 - Google Patents

多传感器扫描仪中的瞄准定位与三角测量 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多传感器扫描仪中的瞄准定位与三角测量。光学扫描仪使用定位阶段来确定对被摄体的测距，在该定位阶段中，接收图像帧系列，该图像帧系列共同包含作为被摄体表面的反射而捕获的瞄准光斑。根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制，并且基于调制图案处理该图像帧系列以辨别瞄准光斑，从而确定瞄准光斑在该序列的至少一个图像帧内的可能位置。随后是三角测量阶段，其中处理瞄准光斑的可能位置以产生测距确定。在可选实现方式中，基于由多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同特定于设备的位置偏移来评估瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内。

Description

多传感器扫描仪中的瞄准定位与三角测量
技术领域
本公开总体涉及自动视觉，更具体地，涉及包含诸如机器可读符号或图案之类的感兴趣主题的图像的捕获和处理。
背景技术
基于图像的光学扫描包括各种各样的应用，诸如机器可读符号 (例如，一维符号、二维符号)的读取、光学字符识别、物体检测或识别等。一般而言，这样的系统通过使用具有图像传感器的相机捕获被摄体的数字图像并对捕获的图像进行计算处理以自主地检测、识别或读取被摄体来工作。输出一般包括由被摄体表示或描述被摄体的数据。例如，在读取一维或二维符号的情况下，输出可以是由该符号表示的数字或字母数字串。类似地，在识别打印或手写字符或字符集合的情况下，输出可以是该字符或集合的文本表示；并且在物体识别的情况下，输出可以是描述物体的分类结果(例如，标签)。
光学扫描仪提供了能够在距读取器不同距离处捕获许多不同类型的符号的多功能性。最先进的光学扫描仪使用具有不同视野的多个相机来捕获被摄体的多个图像，并使用图像处理技术来确定用于符号读取的最佳图像。这样的扫描仪可以采用将相机的光学器件聚焦在正确的距离上的自动聚焦系统。
自动聚焦技术可以是被动的或主动的。被动自动聚焦进行完全聚焦扫描，同时评估图像对比度和确定哪种聚焦设置产生最大对比度并因此是最适合使用。该方法是一种类型的闭环系统，其可靠但缓慢，导致不可接受的延时，这对扫描仪设备的可用性产生不利影响。
主动自动聚焦技术可能比被动自动聚焦技术快得多。主动自动聚焦使用辅助测量系统，该辅助测量系统发射不是要捕获的图像的一部分的信号，并感测发射信号从目标表面的反射。这些技术包括诸如飞行时间传感器、激光三角测量、相移测量和超声波测量等技术。主动自动聚焦技术提供可指示从扫描仪到目标的距离的某个量度(诸如，周转延迟、相移或所接收的图像内部的点位移等)。进而，所测量的距离被用来设置正确的聚焦位置。主动自动调焦系统是开环系统，其可能很快，但其精度可靠性取决于辅助测量系统的性能。
主动自动聚焦系统面临的一种类型的挑战是干扰的存在，该干扰会影响其辅助测量系统的性能。例如，在使用基于光的信号发射(诸如激光斑)的辅助测量系统中，出现在扫描仪设备的一个或多个相机的视野内的其他光源或反射可能误导辅助测量系统将这种干扰解释为发射信号的反射，或者它们可能阻止从目标表面可靠地接收期望的发射信号的反射。这样的挑战在长距离扫描应用中可能特别成问题，在长距离扫描应用中，目标表面和要读取的符号构成所捕获的图像的一小部分，并且所捕获的图像包含更多的背景景物，该背景景物是扫描操作不感兴趣的并且向扫描设备呈现光学干扰的可能性更大。
发明内容
根据本公开的一些方面，提供了一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置。该装置可以包括多个相机系统和基于激光三角测量的主动自动聚焦系统，该主动自动聚焦系统可操作为定位图像中的瞄准 (aimer)、转换瞄准位置以确定到目标的距离、以及使用距离信息来聚焦图像捕获系统。有利地，本公开中提出的技术使用激光信号的时间调制和相机中的位置匹配以消除假阳性瞄准光斑检测，从而有助于自动聚焦系统的准确性和可靠性。
根据一种类型的实施例，一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，包括：接口电路，具有用于从至少一个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及耦合到接口电路和所述输入的控制器电路。控制器电路可操作为执行测距确定，测距确定包括定位阶段和三角测量阶段。在定位阶段，经由所述输入接收图像帧系列。图像帧系列共同包含作为被摄体的表面的反射而捕获的瞄准光斑。根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制。基于调制图案处理图像帧系列以辨别瞄准光斑，从而确定瞄准光斑在该系列的至少一个图像帧内的可能位置。在三角测量阶段，处理瞄准光斑的可能位置以产生测距确定，其中测距确定表示至少一个图像捕获设备与被摄体的表面之间的距离。
在另一实施例中，一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，包括：接口电路，包括用于从多个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及耦合到接口电路和所述输入的控制器电路，控制器电路可操作为执行测距确定，测距确定包括定位阶段和三角测量阶段。来自多个图像捕获设备中的每一个的多个图像中的每个图像具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，该位置偏移基于相应图像捕获设备和被摄体的表面之间的距离并且还基于相应图像捕获设备和瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化。定位阶段识别所捕获的图像帧内的瞄准光斑的可能位置。在三角测量阶段，基于由多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理瞄准光斑的可能位置，以评定瞄准光斑的可能位置是否在合理 (plausible)位置内。测距确定可以表示光学扫描仪和被摄体的表面之间的距离。
附图说明
图1是示出根据至少一个示例实施例的扫描系统的实现方式的简化框图。
图2是示出作为扫描系统的一个示例实现方式的手持读取器的图。
图3是示出根据一些实施例的扫描系统100的示例系统架构的高级别框图。
图4A-4B是示出可用作一个或多个图像捕获设备的示例的布置的简化示意图。
图5是示出根据一个示例的控制器120的处理硬件的一部分的简化框图。
图6是示出根据示例实施例的扫描系统的控制器的简化操作制度的高级别状态图。
图7是示出根据一些实施例的自动聚焦操作的状态图。
图8是示出根据一些实施例的与自动聚焦操作的定位阶段相对应的示例操作序列的过程流程图。
图9A是示出根据一些实施例的瞄准光斑的强度变化技术的图。
图9B是示出作为另一类型实施例的示例的图像曝光和瞄准光斑定时的图，在该另一类型实施例中，在帧曝光时间可以改变的同时，可以通过在图像帧捕获定时期间控制瞄准发射的脉冲持续时间来调制所捕获的瞄准光斑。
图10是示出根据一些实施例的三角测量阶段的一些操作的流程图。
图11是示出示例扫描系统的近场图像捕获设备和远场图像捕获设备的瞄准光斑的位置偏移的示例的曲线图。
图12是示出根据示例的分别由近场图像捕获设备和远场图像捕获设备捕获的其中示出了瞄准光斑的一对捕获图像部分的图。
图13是示出根据特定示例的定位阶段和三角测量阶段的实现方式的功能的图。
具体实施方式
此处包括的说明并不意味着是任何特定系统、存储设备、架构或过程的实际视图，而仅仅是用于描述本文实施例的理想化表示。附图之间共有的元素和特征可以保留相同的数字名称，除了为了便于描述，在大多数情况下，附图标记以在其上引入或最全面描述这些元素的附图的编号开始。此外，附图中所示的元素本质上是示意性的，并且关于存储器阵列的物理布局和构造的许多细节和/或访问数据所需的所有步骤可能不像本领域普通技术人员所理解的那样进行描述。
如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。
如本文所使用的，“或”包括一个或多个相关联的列表项在合取意义和析取意义两者中的任何一个和所有组合。对“互斥或”关系的任何有意描述都将被特别指出。
如本文所使用的，术语“被配置为”是指结构布置，诸如尺寸、形状、材料组成、物理构造、逻辑构造(例如，编程、操作参数设置) 或以限定的方式(例如，以执行特定的功能或功能集)有助于其操作的至少一个结构和至少一个装置的其他操作布置。
如本文所使用的，短语“耦合到”或“与…耦合”指的是在操作上彼此连接的结构，诸如通过直接连接或通过间接连接(例如，经由另一结构或组件)连接。
本公开的一些方面提供了一种具有多个图像捕获设备的基于图像的光学扫描系统。图1是示出根据至少一个示例的扫描系统100的实现方式的简化框图。如下面进一步讨论的，扫描系统100可用于捕获被摄体104的多个图像，诸如机器可读符号或符号集合108(例如，条形码、2D条形码、诸如数字水印之类的图像编码信息、打印字符或文本)，或机器可检测或可识别物体106。扫描系统100可以读取、识别、检测或执行被摄体的其他自动分析处理。为简洁起见，在本上下文中将诸如此类的操作称为“读取”。
本发明的各方面同样可以用于自动视觉的其他领域，诸如自动导引车辆(AGV)、机器人、自动驾驶和机器视觉(MV)系统。下面描述的实施例在视觉符号读取的上下文中，但是与定位或测距相关的本技术的原理同样适用于许多其他领域。
扫描系统100包括多个图像捕获设备102A-102B(统称为图像捕获设备102)。在该示例中，为了清楚起见，示出了两个图像捕获设备102A、102B；然而，将理解，可以采用附加的图像捕获设备。每个图像捕获设备102可以包括图像传感器，该图像传感器被构造并可操作为产生表示图像或视频帧的信号。在本上下文中，术语“图像”和“视频帧”可以互换地用来指代固定图像或其部分，如果相关，两种数据类型之间的任何区别都会特别指出。
每个图像捕获设备102可以与光学组件(例如，物镜、微透镜阵列等)组装在一起。在其他示例中，多于一个单独的图像捕获设备可以共享共同的光学系统。图像捕获设备102A-102B可以使用任何适合的技术来构造，无论是已知的还是将来出现的。在非限制的情况下，一些示例包括基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的传感器、基于电荷耦合器件(CCD)的传感器、针对可见光谱优化的传感器、针对红外或近红外频率优化的传感器、高动态范围(HDR)传感器、单色传感器、彩色传感器、Quanta图像传感器、超光谱传感器、偏振传感器、嵌入AI能力的图像传感器等。在相关实现方式中，扫描系统100中采用的图像捕获设备102的集合包括各种类型的传感器，诸如包括常规图像传感器和HDR图像传感器的分组。
如图1的示例中所示，图像捕获设备102A-102B具有各自的视野 110A-110B。在相关示例中，各个图像捕获设备102具有不同的光学特性。例如，图像捕获设备102A可以是近场相机，而图像捕获设备 102B可以是远场相机。在其他示例中，图像捕获设备102具有相同的光学特性。作为一些实施例中的另一个有用特征，图像捕获设备 102彼此之间处于特定间隔关系中。
扫描系统100还包括瞄准投影仪112，其可以是如图所示的激光发射器。瞄准投影仪112位于相对于图像捕获设备102A-102B的固定位置。如下面将更详细讨论的，在一些实施例中，每个图像捕获设备 102和瞄准投影仪112之间的位置偏移有助于使用三角测量技术确定到目标表面的距离。
图像捕获设备102和瞄准投影仪112与控制器120通过接口连接，控制器120包括辅助测量控制系统电路122和图像处理系统电路124。在一些实施例中，每个图像捕获设备102和瞄准投影仪112可以通过有线或无线介质通信地耦合到控制器120。在相关实施例中，网络 (例如，LAN、WAN、PAN、因特网)可以有助于通信耦合。在一些实施例中，图像捕获设备102可以通过适合的本地接口(例如， I2C、USB、SPI、UART、I3C)直接连接到控制器120，或者可以与控制器120集成并且使用内部互连(诸如外围组件互连(PCI)、串行AT附接(SATA)、移动工业处理器接口(MIPI)或本领域技术人员公知的其他互连的适合变体)进行互连。
辅助测量控制系统122与图像处理系统124协同操作，以协调瞄准投影仪112和图像捕获设备102A-102B的操作，以便测量到被摄体 104的目标表面的距离。图像捕获设备102通信地耦合到图像处理系统124，图像处理系统124被配置为接收所捕获的图像并执行用于确定测距、基于测距设置操作参数以便于被摄体104的图像捕获、以及捕获被摄体104的图像以执行被摄体104的读取的处理操作。
为了确定测距，图像处理系统124耦合到辅助测量控制系统122，使得两者可以交换相关数据和命令。例如，图像传感器帧捕获信令可以由图像处理系统124提供给辅助测量控制系统122，使得后者可以调整所捕获的图像的帧内的激光光斑的激活。
图2是示出作为扫描系统100的一个示例实现方式的手持读取器 200的图。手持读取器200包括外壳202、显示器204以及按钮控件 206A和206B。如图所示，手持读取器200还包括前置相机208A和 208B，它们以间隔开的关系定位，从而具有部分重叠的视野。设置前置激光发射器212以便于对被摄体进行测距。激光发射器212可以根据三角测量技术与相机208A、208B中的一个或所有协同工作，在三角测量技术中，激光光斑在一个或两个相机的视野内的位置指示到被摄体的距离。测距测量可以用作输入(以及其他输入)以确定操作参数，诸如选择用于后续信息处理的图像传感器、聚焦设置、照明功率和其他设置。
根据其他实施例，读取器可以安装到固定或移动结构。用于各种扫描应用的安装位置的示例包括车辆、门廊、坡道、传送带、建筑物、机器人等。在安装的实现方式中，相机可以具有其各自的外壳，该外壳可以与图像处理系统硬件分开。
图3是示出扫描系统100的示例系统架构的高级别框图，其中示出了控制器120的各种组件。控制器120包括在操作上耦合到图像捕获接口304、输入设备308、显示器或指示器310、通信电路314和瞄准投影仪接口316的处理硬件302。处理硬件302包括执行软件或固件指令303的一个或多个处理器电路，软件或固件指令303存储在诸如只读存储器、闪存、随机存取存储器之类的非瞬态机器可读介质中。
控制器120包括各种引擎，每个引擎被配置为执行功能或功能集合，如下所述。本文使用的术语“引擎”指的是使用硬件(诸如通过专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD))或者作为硬件和软件(诸如通过基于处理器的计算平台和将计算平台转换为专用设备以实现特定功能的程序指令集) 的组合实现的有形设备、组件或组件布置。引擎也可以被实现为这两者的组合，其中某些功能由硬件本身实现，而其他功能则由硬件和软件的组合实现。
在示例中，软件可以以可执行或不可执行的形式驻留在有形的机器可读存储介质上。以不可执行的形式驻留的软件可以在运行之前或期间被编译、翻译或以其他方式转换为可执行的形式。在示例中，软件在由引擎的底层硬件执行时使硬件执行所指定的操作。因此，引擎被专门配置(例如，硬连线)或临时配置(例如，编程)为以指定方式操作或执行本文结合该引擎描述的任何操作的部分或全部。
在引擎被临时配置的示例中，可以在不同的时刻实例化每个引擎。例如，在引擎包括使用软件配置的通用硬件处理器核的情况下；通用硬件处理器核可以在不同时间被配置为相应的不同引擎。软件可以相应地配置硬件处理器核心，例如以在一个时刻构成特定引擎，而在另一时刻构成另一引擎。
在某些实现方式中，引擎的至少一部分，并且在某些情况下，引擎的全部，可以在一个或多个计算机的(多个)处理器上执行，这一个或多个计算机在使用多任务、多线程、必要时还有分布式(例如，集群、对等、云等)处理或其他此类技术实现引擎的同时执行操作系统、系统程序和应用程序。因此，每个引擎可以以各种适合的配置来实现，并且一般不应局限于在此例示的任何特定实现方式，除非明确指出这样的限制。
此外，引擎本身可以由多于一个子引擎组成，每个子引擎本身都可以被认为是引擎。此外，在本文描述的实施例中，各个引擎均对应于所定义的功能；然而，应当理解，在其他想到的实施例中，每个功能可以分布到多于一个引擎。类似地，在其他想到的实施例中，多个所定义的功能可以由执行这些多个功能(可能还有其他功能)的单个引擎来实现，或者与本文的示例中具体说明相比，不同地分布在引擎集合中。
图像捕获接口304包括有助于处理硬件302和图像传感器305之间的数据交换的电路。在一些示例中，图像捕获接口304包括数据缓冲器、视频解码器、视频编码器、地址和数据总线接口、串行数据接收器/发送器电路、模数(A/D)转换器电路等。图像捕获接口304的数据通信部分可以有助于有线或无线通信。图像捕获接口304可操作为以适当的数据格式将视频帧从每个图像传感器305输出的其原始格式传递到处理硬件302，以便由处理硬件302读取。图像捕获接口304 和处理硬件302可以协同工作以实现图像处理系统124(图1)。
在相关示例中，图像捕获接口304还可以被配置为将信息从处理硬件302传递到一个或多个图像传感器305。该上游信息可以包括配置命令，诸如传感器增益设置、帧速率、曝光控制、激活/去激活命令等。
在一些实施例中，图像捕获接口304可以被集成为数字信号处理器(DSP)设备或微控制器设备的一部分。在其他实施例中，图像捕获接口304可以被集成为一个或多个图像传感器305的一部分。
瞄准投影仪接口306包括用于控制瞄准投影仪312的操作的电路。瞄准接口306可以包括电流调节器电路、开关电路等。瞄准投影仪 312可以包括具有在图像传感器305的光检测范围内的波长的固态激光发射器。瞄准投影仪接口306和处理硬件302可以协同工作以实现辅助测量控制系统122(图1)。
输入设备308包括用户可操作的控件，诸如按钮、小键盘、触摸屏等，以及附加的传感器，诸如测距传感器、运动传感器、加速度计等。显示器或指示器310包括诸如液晶显示器(LCD)、LED指示器、扬声器或蜂鸣器之类的设备，以及其他适合的输出设备。
通信电路314包括提供去往和来自处理硬件302的输入和输出的有线或无线通信设施。通信电路可以包括以下类型的通信电路中的一个或多个：通用串行总线(USB)、CAN、I2C、SPI、UART、I3C、以太网、诸如根据IEEE 802.15标准的蓝牙的个人区域网络、根据 IEEE802.11标准的Wi-Fi等。
图4A-4B是示出可用作一个或多个图像捕获设备(诸如图像捕获设备102)的示例的布置的简化示意图。图4A示出了与上面参考图2 描述的手持读取器200一致的示例布置。单个外壳402容纳图像传感器305A和305B，每个图像传感器布置有相应的物镜406A和406B。还示出了激光发射器212。如上所述，激光发射器212可以用于在包含被摄体412的表面上放置光斑，并且由图像传感器305A和305B捕获的视频帧可以被评估以确定对被摄体412的测距。图4B示出了具有分开的外壳402A和402B的示例，每个外壳都具有相应的图像传感器305A、305B和物镜406A、406B。激光发射器212可以独立于外壳402A或402B放置，或者其可以放置在外壳402A或402B之一中。
图5是示出根据一个示例的控制器120的处理硬件302的一部分的简化框图。处理硬件302包括指令处理器510、视频处理器512和输入/输出(I/O)控制器514。指令处理器510被构造为执行软件或固件指令303，软件或固件指令303的执行使指令处理器510实现引擎以结合图3中所示的控制器120的其他组件、图像传感器305和瞄准投影仪312来执行扫描系统100的整体功能。例如，指令处理器 510可以读取输入设备308并响应于这些输入而采取动作；指令处理器510可以将输出写入显示器或指示器310；并且指令处理器510可以与通信电路314交换数据以发送和接收去往或来自其他设备的数据。此外，根据一些实施例，指令303在由指令处理器510执行时，可以使指令处理器510执行定位和三角测量操作以确定对被摄体的测距，如下面更详细地描述的。
指令处理器510可以具有任何适合的架构。作为示例，指令处理器510可以包括中央处理单元(CPU)核、RAM、非易失性存储器、存储器控制器、地址和数据(或共享)总线、诸如通用同步接收器/ 发送器(UART)之类的串行通信端口、以及诸如定时器、事件计数器、A/D或D/A转换器、脉宽调制(PWM)发生器等之类的外围电路。
视频处理器512与指令处理器510通过接口连接，并实现引擎以从图像捕获设备102接收所捕获的图像，并对图像的各部分进行重采样、裁剪、压缩或组合，过滤，评估所捕获的图像的视觉特性，确定所捕获的视觉元素在图像帧内的位置(诸如由激光发射器212产生的激光光斑的位置)，以及执行符号读取或物体检测算法。在一些实施例中，视频处理器512包括数字信号处理器(DSP)核，其具有针对视频处理优化的计算架构，并且包括附加或专用的算术逻辑单元 (ALU)、直接存储器存取、定点算术等、ASIC、FPGA、CPLD或其组合。
I/O控制器514包括有助于指令处理器510、视频处理器512和控制器120的其他组件之间的寻址、数据传输、存储器访问和其他交互的电路。作为示例，I/O控制器514可以包括总线或系统互连控制器、串行通信集线器控制器等。
在相关实施例中，指令处理器510和视频处理器512集成为单个处理设备，诸如被配置为执行上述指令处理器510和视频处理器512 的相应功能的数字信号控制器(DSC)。类似地，I/O控制器514也可以集成为DSC实现的一部分。在其他相关实施例中，处理硬件302的某些部分可以利用逻辑电路516实现，诸如专用集成电路 (ASIC)、FPGA、CPLD、硬件协处理器等。逻辑电路516可以用来以比传统上使用指令处理器可实现的更高的速度或功率效率来执行某些操作，诸如图像过滤、图像帧组合、定位等。
图6是示出根据示例性实施例的控制器120的简化操作制度的高级别状态图。这些状态包括空闲602、评估阶段612、操作参数设置 614、图像获取616和图像处理618。响应于激活事件620，开始评估阶段612。在诸如手持读取器200的手触发读取器的示例中，激活事件可以是按钮的激活。
评估阶段612涉及快速执行一个或多个初始测量，诸如距离测量、照明条件测量或其他此类测量，以便确定图像获取的操作模式。在距离测量的情况下，可以使用瞄准投影仪112和辅助测量控制系统122 来确定对被摄体的测距，以产生测距测量作为初始评估数据622的一部分。在一些实施例中，最大化评估阶段612的速度以提供最小的操作延迟。作为示例，可以使用图像帧的子集来执行评估阶段612，以便降低实现初始评估622所需的图像处理的程度。
操作参数设置614使用初始评估数据622来设置操作参数，诸如相机或图像传感器的选择、聚焦设置、曝光设置、图像传感器增益设置、活动照明(例如，闪光灯或光)设置、活动照明源选择(在利用多个活动照明源的实施例中)等。操作参数设置614产生获取配置数据624，其可以包括设置焦点、激活闪光灯或灯、选择感兴趣区域 (ROI)或这些和其他可用设置的任意组合的命令。图像获取616涉及根据适用的操作参数激活所选择的图像传感器以捕获一个图像或一系列图像626。例如，可以选择最好的图像传感器以及针对该图像传感器的各种设置，诸如增益、曝光等。
图像处理618一般在由获取阶段616的操作产生的一个或多个捕获的图像626上执行。图像处理操作618包括读取被摄体(例如，符号读取、文本识别、物体检测、物体识别等)。图像处理618是比作为评估阶段612的一部分执行的初始评估操作在计算上更昂贵的过程。图像处理618的结果是输出628，其可以是指示机器可读符号、所识别的文本或物体等的数据的数据对象的形式。
图7是示出自动聚焦操作700的状态图，根据一些实施例，自动聚焦操作700可以被认为是评估阶段612的一部分。自动聚焦操作700包括定位阶段712和三角测量阶段714。定位阶段712和三角测量阶段714均由辅助测量控制系统122执行，辅助测量控制系统122 使用瞄准投影仪112(诸如激光发射器212)和图像处理系统124。具体地，瞄准投影仪112可以在被摄体的目标表面上放置激光光斑。每个图像捕获设备102A、102B的图像传感器感测瞄准光斑，并且快速处理所得到的图像以确定测距。定位阶段712确定出现在由每个图像捕获设备102A、102B捕获的图像中的瞄准光斑的可能坐标的定位集合722。使用定位集合722，三角测量阶段714进行测距确定。如下文更详细描述的，定位阶段712的一个方面包括对瞄准光斑的调制，这帮助控制器120将瞄准光斑与所捕获的图像中可能存在的干扰(诸如其他光源)区分开来。三角测量阶段714的一个方面是交叉检查操作，考虑到预先知道每种类型的图像捕获设备到目标表面的各种距离的位置偏移，该交叉检查操作确定由不同图像捕获设备102A、102B 捕获的图像内的瞄准光斑的位置是否合理。因此，交叉检查操作可以通过丢弃错误的瞄准光斑位置来进一步帮助提高测距确定的准确性和计算性能。
图8是示出根据一些实施例的对应于定位阶段712的示例操作序列的过程流程图。在802，在辅助测量控制系统122的控制下操作瞄准投影仪112，使得由图像捕获设备102A和102B看到的瞄准光斑被时间调制。在本上下文中，瞄准光斑的时间调制是指瞄准光斑随时间变化，使得瞄准光斑的外观在所捕获的图像帧中不同。可以使用各种类型的时间调制中的一种或多种，无论是单独地还是组合地。本文描述了时间调制类型的一些示例，但是这些示例并不构成可以在各种实施例中使用的完整或穷举的时间调制类型集合。
在804，图像捕获设备102A和102B由与图像处理系统124协同工作的辅助测量控制系统122操作，以各自捕获具有瞄准光斑的图像帧系列。当按顺序查看或分析时，每个图像传感器捕获的图像帧系列具有所捕获的瞄准光斑的调制图案。在相关实施例中，相对于可捕获瞄准光斑的调制速率，每个图像捕获设备102的帧速率使得调制图案可从随机可见噪声或可能出现在该图像帧系列中的其他变化模式(诸如闪烁的光或反射)中辨别出来。在806，辅助测量控制系统基于所捕获的瞄准光斑的调制图案来处理每个传感器的图像帧系列，以将瞄准光斑的位置与也可能被捕获在该图像帧序列中的其他光源或反射辨别开。
根据各种实施例，可以通过多种方式实现对操作802的瞄准光斑的调制。在一种类型的实施例中，可以根据特定模式打开和关闭瞄准投影仪。开关模式可以按照特定频率。此外，开关模式可以具有特定的占空比(即，在特定的第一持续时间内开启，在特定的第二持续时间内关闭)。可以使用开启-关闭键控、频移键控、脉冲位置调制、相移键控或便于通过调制载波光斑携带信息的其他数字编码技术来编码开关模式。例如，可以编码的信息包括数值。
在相关实施例中，瞄准投影仪的强度可以变化。因此，在连续的图像中，瞄准光斑可能看起来更亮或更暗，并且强度的变化可以利用某一模式来实现。同样，幅移键控、相移技术、频移键控或其他编码技术可以与可变强度调制一起使用。
在相关实施例中，可以通过控制相对于图像帧捕获定时的瞄准发送的定时来调制所捕获的瞄准光斑的强度。图9A是示出这种类型的实施例的示例的图。图像捕获定时表示为图像曝光902，并且在904- 906指示出各种瞄准激活。瞄准激活904在图像曝光902的整个持续时间内开启，以产生全强度的所捕获瞄准光斑。瞄准激活906在图像曝光902持续时间的一半时间内开启，以产生50％的捕获强度，如图所示。瞄准激活908在图像曝光902的四分之一内开启，以产生25％的所捕获的瞄准光斑的强度，如图所示。本示例中给出的百分比仅是说明性的。在各种实施例中可以使用瞄准投影仪的激活持续时间的各种其他比率。这种瞄准光斑强度变化的方法同样可以用于对所捕获的瞄准光斑上的信息进行编码。
在相关实施例中，在帧曝光时间可以改变的同时，可以通过在图像帧捕获定时期间控制瞄准发送的脉冲持续时间来调制所捕获的瞄准光斑的强度。该方法在所获取的图像中提供不同的总体亮度级别，这可以有助于将瞄准光斑与视野中的其他光源区分开来的过程。图9B 是示出作为这种实现方式的示例的图像曝光和瞄准光斑定时的图。这三个图像的捕获定时被表示为图像曝光定时912、913和914。在915- 917指示出不同的瞄准激活定时。
在第一帧中，图像曝光912具有相对较长的持续时间，而瞄准激活915是落入图像曝光912的持续时间内的中等持续时间的脉冲。这会产生所捕获的中等强度的瞄准光斑。在第二帧中，图像曝光913具有相对较长的持续时间，而瞄准激活916是落入图像曝光913内的短持续时间的脉冲。这在具有与第一帧的情况相同的环境光曝光的情况下产生所捕获的较低强度的瞄准光斑。在第三帧中，图像曝光914相对于图像曝光912和913被降低，而瞄准激活917在图像曝光914期间具有较长的脉冲持续时间。这种组合产生所捕获的高瞄准光斑强度，而传感器获取的不期望的环境光较少。
如图9B所示的技术允许瞄准光斑更容易与任何反射光源隔离开，因为环境光遵循相对于瞄准而言部分相反的亮度调制：即，在曝光 912和913之间，瞄准亮度变得更弱，而总亮度相同，从而检测应仅来自瞄准光斑的调制。然后，从图像曝光913至914，当捕获的环境图像较暗时，瞄准光斑较亮，从而增强瞄准光斑检测。因此，更容易将瞄准光斑与来自环境光的任何噪声区分开。这种瞄准光斑强度变化的技术同样可以用于对所捕获的瞄准光斑上的信息进行编码。
上述调制技术可以以任何适当的组合使用。例如，可以使用图像捕获帧定时将开启-关闭键控与瞄准接收的强度变化相结合，使得可以在一个强度级别捕获开启-关闭切换的瞄准光斑的特定模式，并且可以在另一强度级别捕获开启-关闭切换的瞄准光斑的另一模式。除了上述调制技术之外，还可以同样使用其他调制技术(单独地，或者与其他调制技术以某种组合)。
在另一类型的实施例中，可以改变曝光时间或传感器增益，以相应地改变所捕获的瞄准光斑(即，信号)与出现在所捕获的图像帧系列中的其他光源(即，噪声)的信噪比。该技术可以与上面讨论的任何调制技术组合使用。
根据各种实施例，可以以各种方式执行操作806中用于辨别瞄准光斑位置的图像帧系列的处理。在一个示例中，可以处理其中瞄准光斑在帧与帧之间变化的连续图像帧，使得一帧的像素值从下一帧减去，从而产生表示所比较的图像帧之间的相应像素值之间的差的差分帧。在差分帧中，调制后的瞄准光斑可能表现为最大差值。
根据一些实施例，当使用如以上参考图9B描述的曝光和瞄准调制时的更先进的方法包括比较第一图像和第二图像，以查看像素值的差是否对应于瞄准光斑调制。例如，如果第一图像中的像素强度高于第二图像中的相应像素值乘以例如1.5，则该像素可以在第一处理步骤期间生成的“非瞄准像素”合成图像中以值0存储；然后，类似地，如果第三图像具有高于相应第二图像像素值乘以例如2的像素值，则在该第二处理步骤中该像素也可以在“非瞄准像素”合成图像中以值 0存储。如果第三图像具有低于“非瞄准像素”图像的像素值，则可以将该像素在该处理步骤中生成的“增强对比度瞄准像素”参考图像中存储为零；否则，可以将其存储为第三图像的像素和“非瞄准像素”合成图像之间的差。
在该示例中，由于第三帧是具有最低曝光的帧(因此，理想情况下，除了投影瞄准光斑的像素之外具有最低的总体像素值)，因此“增强对比度瞄准像素”图像将具有值为0的不期望的像素(假设没有瞄准光斑)和具有第三图像的像素值的期望像素(假设存在瞄准光斑)。在这一点上，可能更容易检测到最可能的瞄准光斑像素，因为它们将是在该“增强对比度瞄准像素”图像中具有最大像素值的像素，并且可以将它们与基于该后一图像的最大像素值的阈值进行比较。利用该示例中描述的处理类型，在理想和现实的操作情况之间存在平衡的方法，并且尽管在大多数操作情况中可能影响检测的所有非理想情况(例如，照明噪声、激光散斑、视野中的目标运动)，但是在瞄准光斑检测方面可以实现良好的性能(具有很少的假阳性和很少的假阴性)。
在相关实施例中，可以应用更先进技术，其将连续差分帧中的候选瞄准光斑位置(其中实际瞄准光斑预期根据已知调制图案或编码值而变化)与表示编码值的已知调制图案的参考信号进行比较，并丢弃与已知调制图案不对应的候选瞄准光斑位置。
在其他相关实施例中，可以执行过滤操作，诸如对差分帧进行阈值化，以便产生候选瞄准光斑位置集合，在该集合中存在超过阈值的帧与帧之间的差，并且从该候选瞄准光斑位置集合中排除不满足差分阈值的所有其他差值。阈值可以是预定义的，或者它可以基于所定义的一组标准来动态设置。例如，阈值设置标准可以基于所捕获的图像帧中的平均动态范围(例如，动态范围的70％)。其他阈值化可以包括窗口化(即，设置上边界和下边界)，并排除落入定义范围之外的差值。窗口化边界可以基于动态范围并且还基于瞄准光斑调制图案而变化。
在其他实施例中，可以结合图像处理806的图像处理操作使用诸如降噪或运动效果过滤(例如，侵蚀、膨胀、模糊)等附加过滤。
在一种类型的实施例中，图像处理操作806可以包括组合来自多个图像传感器的每个捕获点处的捕获图像帧以产生单个帧系列以供处理。
定位阶段712的输出(定位集合722)可以包括候选瞄准光斑位置的坐标集合。在相关实施例中，定位集合722还可以包括每个候选瞄准光斑位置的光斑大小。例如，每个候选瞄准光斑可以由其(x，y) 位置和光斑大小(例如，以像素为单位的光斑宽度)来定义。
图10是示出根据一些实施例的三角测量阶段714的一些操作的流程图。该操作包括在每个候选瞄准光斑处的交叉检查，以确定该候选瞄准光斑是否合理。因此，在1002，在从定位阶段712的输出读取的候选集合中选择下一个候选瞄准光斑。在1004，读取从每个图像捕获设备102捕获的所选择的候选瞄准光斑的瞄准光斑坐标。每个图像捕获设备102位于与瞄准投影仪112不同的机械偏移处；此外，在一些实施例中，不同的图像捕获设备具有不同的视野。因此，由不同的图像捕获设备捕获的瞄准光斑的位置是不同的。
图11是示出示例扫描系统100的近场图像捕获设备和远场图像捕获设备的瞄准光斑的位置偏移(以像素为单位)的示例的曲线图。如图所示，曲线1102对应于由近场图像捕获设备102A捕获的瞄准光斑的位置偏移值，而曲线1104对应于由远场图像捕获设备102B捕获的瞄准光斑的位置偏移值。因此，在任意给定距离处，两种类型的图像捕获设备之间的位置偏移是不同的。
图12是示出根据示例的分别由近场图像捕获设备102A和远场图像捕获设备102B捕获的一对捕获图像部分1204和1206的图，其中示出了瞄准光斑1202A、1202B。每个捕获图像部分1204、1206可以被划分为区域，如针对近场图像捕获设备图像部分1204的1212A、1214A和1216A以及针对远场图像捕获设备图像部分1206的区域 1212B和1214B所示。在该示例中，区域1212A和1212B对应于大于1m的测距距离。在该示例中，区域1214A和1214B对应于25cm 和1米之间的测距距离。在该示例中，区域1216A对应于小于25cm 的测距距离，因此仅在近场图像捕获设备图像1204中可见。根据与目标表面的不同距离，每个区域对应于合理的瞄准光斑偏移量。基于与瞄准投影仪1212的相应机械偏移和相应视野，出现在近场图像传感器图像部分1204的区域1212A中的瞄准光斑预计将出现在远场图像传感器图像部分1206的区域1212B中，反之亦然。同样地，出现在近场图像传感器图像部分1204的区域1214A中的瞄准光斑预计将出现在远场图像传感器图像部分1206的区域1214B中，反之亦然。
再次参考图10，在1006，将对应于第一图像捕获设备的第一瞄准光斑位置和对应于第二图像捕获设备的第二瞄准光斑位置与诸如图 11所示的预定义的合理值集合(其可以存储在控制器120中)或与诸如图12所示的预定义区域(其可以存储在控制器120中)进行比较。如果偏移值对应于预定义的值集合或落入预期区域内，则认为瞄准光斑位置是合理的，并且在1012基于候选瞄准光斑位置的坐标计算到目标表面的距离。否则，如果偏移值落在适用的值或区域之外，则在1010丢弃候选瞄准光斑位置。在接受为可行或丢弃候选瞄准光斑位置之后，如果存在要考虑的一个或多个候选瞄准光斑，则对下一个候选瞄准光斑重复该过程。
1012的距离计算可以基于公式D[mm]＝a/(b*X[像素]+c)+d 来执行，其中a、b、c和d是作为制造过程的一部分针对扫描系统 100在经验上确定的校准常数。每个相机基于相对于瞄准的机械偏移及其视野具有不同的常数。将位置与预定义的值集合(例如，如图 11所示)进行匹配的方法的示例是使用基于用于捕获该瞄准光斑的相机的校准常数的公式来计算距该瞄准光斑位置的距离。预期来自不同相机的瞄准光斑只有在不同相机计算出的距离差低于预定阈值的情况下才会匹配。
图13是示出根据特定示例的定位阶段712和三角测量阶段714 的实现方式的功能的图。在该示例中，图像捕获设备的数量被概括为 M个图像捕获设备。如图所示，在定位阶段712，每个图像捕获设备在调制接收到的瞄准光斑的同时获取图像帧。可以通过改变瞄准光斑的曝光时间ET、瞄准强度(AI)或这些的某种组合来实现调制。捕获并处理N个图像帧，其中，在适用的情况下，它们可以进行比较并利用阈值化、窗口化和解码进行过滤，并应用可选的附加过滤操作以减少噪声、运动伪影等。该处理的结果是辨别后的图像帧，其中候选瞄准光斑位置与干扰源辨别开。这些候选瞄准光斑位置中的每一个的位置坐标被放置在可由三角测量阶段714读取的集群列表中。
在三角测量阶段714中，处理每个集群列表以通过三角测量来计算距离，其产生潜在距离D1-DN的列表，可以从该列表中选择最适合的距离作为测距确定R。最适合的测距确定的选择可以涉及如上所述的交叉检查或其他选择标准。
虽然本公开容易进行各种修改和替换形式，但是在附图中已经以示例的方式示出了具体实施例，并且本文对其进行了详细描述。然而，本公开不限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖落入所附权利要求及其法律等同形式范围内的所有修改、等同形式和备选方案。例如，在一些实施例中，根据本公开的各方面，可以使用单个图像捕获设备来完成定位和三角测量。
在一些实施例中，可以并行进行不同的曝光以提高系统的环境光级别工作范围和速度(例如，当环境光级别非常高时可以捕获较少的帧来找到瞄准光斑)。在另一种类型的变型中，可以使用专用于三角测量的传感器，例如使用颜色传感器以更容易地找到瞄准光斑，或者使用过滤传感器以仅选择瞄准光斑波长并过滤作为环境噪声的所有其他颜色。
在其他各种实施例中，控制器120可以结合机器学习系统，诸如深度神经网络——诸如卷积神经网络(CNN)，例如以执行至少一些定位操作。例如，可以使用经训练的CNN以从流传输自系统中的相机的图像帧系列中有效地识别候选瞄准光斑位置。
在各种实现方式中，CNN可以从所有相机接收组合信息，或者多个CNN可以各自特定于并专用于每个相机。神经网络可以接受来自多个相机(2个或更多个)的图像帧系列作为其输入，其包含瞄准光斑和瞄准光斑的调制图案信息，并且产生包括候选瞄准光斑位置的特征向量作为其输出。在一些实现方式中，输出可以包括被确定为最正确的定位结果的单个瞄准光斑位置。
在相关实施例中，可以向神经网络馈送从所获取的图像预处理的优化数据集，以便减少要处理的数据量，并且使神经网络的大小和复杂度得到优化，使得可以容易地将其集成或实现在适合的嵌入式系统中。例如，预处理后的数据集可以仅具有图像的选定部分，以便限制要处理的像素数。作为另一示例，可以仅将关于区域的像素特征的压缩或简化信息而不是像素值发送到神经网络，从而限制要处理的整体数据，使得可以使用不那么复杂且不那么深度训练的卷积神经网络来有效地从图像帧系列中识别候选瞄准光斑位置。
在相关示例中，神经网络的输出可以包括最可能的检测距离以及检测到的最可能的瞄准光斑在图像内的位置，后者仅丢弃噪声。该输出可以针对如上所述计算目标距离的三角测量引擎提供必要的输入。
在另一示例中，神经网络可以仅专用于光斑定位阶段，完全将三角测量和选择集群列表中的所有检测光斑的任务留给其他算法和引擎。该系统还可以包括若干神经网络，每个神经网络利用不同的数据集进行训练。例如，每个神经网络可以单独专用于系统中的每个相机(如果使用多个相机)，并且相应地被训练。类似的方法实现了在计算能力有限的计算平台(诸如基于高级RISC机器(ARM)处理器(例如，配备NEON或类似设备的Cortex A7)的标准嵌入式平台)上运行的相对简单的CNN。
其他注释和示例
示例1是一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，所述装置包括：接口电路，包括用于从至少一个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及耦合到所述接口电路和所述输入的控制器电路，所述控制器电路可操作为执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：在所述定位阶段，经由所述输入接收图像帧系列，所述图像帧系列共同包含作为所述被摄体的表面的反射而捕获的瞄准光斑，根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制，并且基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑，从而确定所述瞄准光斑在所述系列的至少一个图像帧内的可能位置；以及在所述三角测量阶段，处理所述瞄准光斑的可能位置以产生所述测距确定，其中所述测距确定表示所述至少一个图像捕获设备与所述被摄体的表面之间的距离。
在示例2中，示例1的主题包括，其中，所述接口电路还包括用于接收激活信号的输入，并且其中所述控制器可操作为响应于所述激活信号而执行所述测距确定。
在示例3中，示例1-2的主题包括，其中，所述接口电路用于从多个图像捕获设备中的每一个接收多个图像。
在示例4中，示例3的主题包括，其中，所述多个图像捕获设备包括近场相机和远场相机，其中所述远场相机具有比所述近场相机更窄的视野。
在示例5中，示例3-4的主题包括，其中，在来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；以及其中，在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述可能位置是否在合理位置内。
在示例6中，示例1-5的主题包括，其中，所述接口电路包括瞄准输出以控制瞄准光斑投影仪，所述瞄准光斑投影仪可操作为产生导致所述瞄准光斑的瞄准发射。
在示例7中，示例1-6的主题包括，其中，所述控制器电路可操作为基于所述调制图案产生调制控制信号，并且所述瞄准输出可操作为将所述调制控制信号耦合到所述瞄准光斑投影仪。
在示例8中，示例1-7的主题包括，其中，所述控制器电路可操作为基于所述测距确定来确定自动聚焦设置，并且其中所述接口电路包括耦合到所述控制器电路和所述至少一个图像捕获设备的光学系统的聚焦控制输出，以将所述自动聚焦设置从所述控制器电路传输到所述光学系统。
在示例9中，示例1-8的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过开启-关闭切换而被时间调制。
在示例10中，示例9的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过占空比变化而被时间调制。
在示例11中，示例9-10的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过脉冲位置变化而被时间调制。
在示例12中，示例1-11的主题包括，其中，所述调制图案包括编码的信息。
在示例13中，示例1-12的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过所述瞄准光斑的强度变化而被时间调制。
在示例14中，示例1-13的主题包括，其中，在所述定位阶段，所述控制器可操作为导致图像捕获参数的变化，以改变所述至少一个图像捕获设备的灵敏度。
在示例15中，示例1-14的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过瞄准光斑发射与所述至少一个图像捕获设备的图像帧捕获的对准的变化来进行时间调制。
在示例16中，示例1-15的主题包括，其中，在所述定位阶段，通过计算所述图像帧系列的连续图像帧之间的像素级差异以揭示在所述图像帧内对应于所述瞄准光斑的位置处所述瞄准光斑的所述时间调制所导致的差异，基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑。
在示例17中，示例16的主题包括，其中，在所述图像帧系列上确定所述差异，并且其中所述差异根据所述调制图案而变化。
在示例18中，示例16-17的主题包括，其中，将过滤操作应用于所述差异，以将所述图像帧系列中未能满足差异阈值的部分过滤掉。
示例19是一种用于操作用于扫描被摄体的光学扫描仪的方法，所述方法包括：从至少一个图像捕获设备自主地接收多个图像；以及自主地执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：在所述定位阶段，接收图像帧系列，所述图像帧系列共同包含作为所述被摄体的表面的反射而捕获的瞄准光斑，根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制，并且基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑，从而确定所述瞄准光斑在所述系列的至少一个图像帧内的可能位置；以及在所述三角测量阶段，处理所述瞄准光斑的可能位置以产生所述测距确定，其中所述测距确定表示所述至少一个图像捕获设备与所述被摄体的表面之间的距离。
在示例20中，示例19的主题包括，接收激活信号，并响应于所述激活信号执行所述测距确定。
在示例21中，示例19-20的主题包括，从多个图像捕获设备中的每一个接收多个图像。
在示例22中，示例21的主题包括，其中，所述多个图像捕获设备包括近场相机和远场相机，其中所述远场相机具有比所述近场相机更窄的视野。
在示例23中，示例21-22的主题包括，其中，在来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；以及其中，在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述可能位置是否在合理位置内。
在示例24中，示例19-23的主题包括，控制可操作为产生导致所述瞄准光斑的瞄准发射的瞄准光斑投影仪。
在示例25中，示例19-24的主题包括，基于所述调制图案产生调制控制信号，并将所述调制控制信号馈送到所述瞄准光斑投影仪。
在示例26中，示例19-25的主题包括，基于所述测距确定来自主确定自动聚焦设置，并将所述自动聚焦设置传输到所述至少一个图像捕获设备的光学系统。
在示例27中，示例19-26的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过开启-关闭切换而被时间调制。
在示例28中，示例27的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过占空比变化而被时间调制。
在示例29中，示例27-28的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过脉冲位置变化而被时间调制。
在示例30中，示例19-29的主题包括，其中，所述调制图案包括编码的信息。
在示例31中，示例19-30的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过所述瞄准光斑的强度变化而被时间调制。
在示例32中，示例19-31的主题包括，改变图像捕获参数，以改变所述至少一个图像捕获设备的灵敏度。
在示例33中，示例19-32的主题包括，其中，所捕获的瞄准光斑通过瞄准光斑发射与所述至少一个图像捕获设备的图像帧捕获的对准的变化来进行时间调制。
在示例34中，示例19-33的主题包括，其中，在所述定位阶段，通过计算所述图像帧系列的连续图像帧之间的像素级差异以揭示在所述图像帧内对应于所述瞄准光斑的位置处所述瞄准光斑的所述时间调制所导致的差异，基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑。
在示例35中，示例34的主题包括，其中，在所述图像帧系列上确定所述差异，并且其中所述差异根据所述调制图案而变化。
在示例36中，示例34-35的主题包括，对所述差异执行过滤操作，以将所述图像帧系列中未能满足差异阈值的部分过滤掉。
示例37是一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，所述装置包括：接口电路，包括用于从多个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及耦合到所述接口电路和所述输入的控制器电路，所述控制器电路可操作为执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中的每个图像具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；所述定位阶段识别所捕获的图像帧内的所述瞄准光斑的可能位置；以及在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内；其中，所述测距确定表示所述光学扫描仪和所述被摄体的表面之间的距离。
在示例38中，示例37的主题包括，其中，第一图像捕获设备与所捕获的瞄准光斑的第一位置偏移集合相关联，所述第一位置偏移集合是所述第一图像捕获设备和所述被摄体的表面的距离的函数，并且其中，第二图像捕获设备与所捕获的瞄准光斑的第二位置偏移集合相关联，所述第二位置偏移集合是所述光学扫描仪和所述被摄体的表面的距离的函数。
在示例39中，示例38的主题包括，其中，所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，并且其中，所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中；以及其中，所述控制器电路可操作为基于以下操作来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：基于由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移、根据所述第一位置偏移集合确定第一距离；以及比较(a)根据所述第二位置偏移集合预期的与所述第一距离的第二位置偏移值和(b)由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移。
在示例40中，示例38-39的主题包括，其中，所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，并且其中，所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中；以及其中，所述控制器电路可操作为基于以下操作来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：基于由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移、根据所述第一位置偏移集合确定第一距离；以及基于由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移、根据所述第二位置偏移集合确定第二距离；以及所述第一距离和所述第二距离的比较。
在示例41中，示例38-40的主题包括，其中，所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，第一偏移区域集合对应于所述第一图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的不同距离范围，并且其中，所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中，第二偏移区域集合对应于所述第二图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的不同距离范围，其中，根据对应标准，第一集合中的某些偏移区域对应于第二集合中的某些偏移区域。
在示例42中，示例41的主题包括，其中，所述控制器电路可操作为基于以下操作来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：确定第一集合中与由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移相对应的第一偏移区域；确定第二集合中与由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移相对应的第二偏移区域；以及基于所述对应标准评定所述第一偏移区域和所述第二偏移区域是否为对应的偏移区域。
在示例43中，示例38-42的主题包括，其中，第一图像捕获设备具有第一视野，并且第二图像捕获设备具有与所述第一视野不同的第二视野。
示例44是包括指令的至少一个机器可读介质，所述指令当由处理电路执行时使所述处理电路执行操作以实现示例1-43中的任一个。
示例45是包括用于实现示例1-43中的任一个的部件的装置。
示例46是用于实现示例1-43中的任一个的系统。
示例47是用于实现示例1-43中的任一个的方法。
相关领域的普通技术人员将认识到，本发明可以包括比上述任何单独实施例中所示的更少的特征。本文描述的实施例并不意味着详尽地呈现可以组合本发明的各种特征的方式。因此，实施例不是特征的相互排斥的组合；相反，本发明可以包括从不同的单独实施例中选择的不同的单独特征的组合，如本领域的普通技术人员将理解的那样。
任何通过引用并入上述文献都受到限制，使得没有与本文明确公开相反的主题被并入。任何通过引用并入上述文献还受到限制，使得包括在这些文献中的权利要求不通过引用并入本申请的权利要求中。然而，除非特别排除，否则任何文献的权利要求都作为本文公开的一部分并入。任何通过引用并入上述文献还受到限制，使得除非明确包括在本文，否则在这些文献中提供的任何定义都不会通过引用并入本文。
为了解释本发明的权利要求，明确意图，除非在权利要求书中记载了具体术语“用于…装置”或“用于…步骤”，否则不得援引第 35号美国法典第112节第六段的规定。

Claims (20)

1.一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，所述装置包括：
接口电路，包括用于从至少一个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及
耦合到所述接口电路和所述输入的控制器电路，所述控制器电路可操作为执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：
在所述定位阶段，经由所述输入接收图像帧系列，所述图像帧系列共同包含作为所述被摄体的表面的反射而捕获的瞄准光斑，根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制，并且基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑，从而确定所述瞄准光斑在所述系列的至少一个图像帧内的可能位置；以及
在所述三角测量阶段，处理所述瞄准光斑的可能位置以产生所述测距确定，其中所述测距确定表示所述至少一个图像捕获设备与所述被摄体的表面之间的距离。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述接口电路还包括用于接收激活信号的输入，并且其中所述控制器可操作为响应于所述激活信号来执行所述测距确定。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述接口电路可操作为从多个图像捕获设备中的每一个接收多个图像。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述多个图像捕获设备包括近场相机和远场相机，其中所述远场相机具有比所述近场相机更窄的视野。
5.如权利要求3所述的装置，其中在来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；以及
其中在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述可能位置是否在合理位置内。
6.如权利要求1所述的装置，其中：
所述接口电路包括瞄准输出，以控制瞄准光斑投影仪，所述瞄准光斑投影仪可操作为产生导致所述瞄准光斑的瞄准发射；以及
所述控制器电路可操作为基于所述调制图案产生调制控制信号，并且所述瞄准输出可操作为将所述调制控制信号耦合到所述瞄准光斑投影仪。
7.如权利要求1所述的装置，其中通过所述瞄准光斑的强度变化来对所捕获的瞄准光斑进行时间调制。
8.如权利要求1所述的装置，其中在所述定位阶段，所述控制器可操作为导致所述至少一个图像捕获设备的图像捕获参数的变化。
9.如权利要求1所述的装置，其中通过瞄准光斑投影的持续时间相对于用于图像帧捕获的所述至少一个图像捕获设备的曝光持续时间的变化来对所捕获的瞄准光斑进行时间调制。
10.如权利要求1所述的装置，其中在所述定位阶段，通过计算所述图像帧系列的连续图像帧之间的像素级比较操作以揭示在所述图像帧内与所述瞄准光斑对应的位置处由所述瞄准光斑的时间调制导致的差异，基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑。
11.如权利要求10所述的装置，其中：
在所述图像帧系列上确定所述比较操作，并且其中所述比较操作根据所述调制图案而变化；以及
将过滤操作应用于所述比较操作，以将所述图像帧系列中未能满足定义阈值的部分过滤掉。
12.一种用于扫描被摄体的光学扫描仪的装置，所述装置包括：
接口电路，包括用于从多个图像捕获设备接收多个图像的输入；以及
耦合到所述接口电路和所述输入的控制器电路，所述控制器电路可操作为执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：
来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中的每个图像具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；
所述定位阶段识别所捕获的图像帧内的所述瞄准光斑的可能位置；以及
在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内；
其中，所述测距确定表示所述光学扫描仪和所述被摄体的表面之间的距离。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述多个图像捕获设备中的第一图像捕获设备与所捕获的瞄准光斑的第一位置偏移集合相关联，所述第一位置偏移集合是所述第一图像捕获设备和所述被摄体的表面的距离的函数，并且其中所述多个图像捕获设备中的第二图像捕获设备与所捕获的瞄准光斑的第二位置偏移集合相关联，所述第二位置偏移集合是所述光学扫描仪和所述被摄体的表面的距离的函数。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，并且其中所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中；并且
其中所述控制器电路可操作为基于以下来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：
基于由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移、根据所述第一位置偏移集合的第一距离的确定；以及
(a)根据所述第二位置偏移集合预期的与所述第一距离对应的第二位置偏移值和(b)由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移的比较。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，并且其中所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中；以及
其中所述控制器电路可操作为基于以下来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：
基于由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移、根据所述第一位置偏移集合的第一距离的确定；以及
基于由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移、根据所述第二位置偏移集合的第二距离的确定；以及
所述第一距离和所述第二距离的比较。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述第一位置偏移集合存储在所述控制器电路中，第一偏移区域集合对应于所述第一图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的不同距离范围，并且其中所述第二位置偏移集合存储在所述控制器电路中，第二偏移区域集合对应于所述第二图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的不同距离范围，其中根据对应标准，第一集合中的某些偏移区域对应于第二集合中的某些偏移区域。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述控制器电路可操作为基于以下来计算对所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内的评定：
第一集合中与由所述第一图像捕获设备捕获的第一图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第一位置偏移对应的第一偏移区域的确定；
第二集合中与由所述第二图像捕获设备捕获的第二图像中的所述瞄准光斑的可能位置的第二位置偏移对应的第二偏移区域的确定；以及
基于所述对应标准、对所述第一偏移区域和所述第二偏移区域是否为对应的偏移区域的评定。
18.一种操作用于扫描被摄体的光学扫描仪的方法，所述方法包括：
从至少一个图像捕获设备自主地接收多个图像；以及
自主地执行测距确定，所述测距确定包括定位阶段和三角测量阶段，其中：
在所述定位阶段，接收图像帧系列，所述图像帧系列共同包含作为所述被摄体的表面的反射而捕获的瞄准光斑，根据调制图案对所捕获的瞄准光斑进行时间调制，并且基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑，从而确定所述瞄准光斑在所述系列的至少一个图像帧内的可能位置；以及
在所述三角测量阶段，处理所述瞄准光斑的可能位置以产生所述测距确定，其中所述测距确定表示所述至少一个图像捕获设备与所述被摄体的表面之间的距离。
19.如权利要求18所述的方法，还包括：
从多个图像捕获设备中的每一个接收多个图像，
其中，在来自所述多个图像捕获设备中的每一个的所述多个图像中具有所捕获的瞄准光斑的特定于设备的位置偏移，所述位置偏移基于相应图像捕获设备和所述被摄体的表面之间的距离并且还基于所述相应图像捕获设备和所述瞄准光斑的投影仪的相对位置而变化；以及
其中，在所述三角测量阶段，基于由所述多个图像捕获设备中的不同图像捕获设备捕获的图像帧中的不同的特定于设备的位置偏移，处理所述瞄准光斑的可能位置，以评定所述瞄准光斑的可能位置是否在合理位置内。
20.如权利要求18所述的方法，其中，在所述定位阶段，通过计算所述图像帧系列的连续图像帧之间的像素级比较操作以揭示在所述图像帧内对应于所述瞄准光斑的位置处所述瞄准光斑的所述时间调制所导致的差异，来基于所述调制图案处理所述图像帧系列以辨别所述瞄准光斑。
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