CN116508316A - 具有多孔径光学组件的机器视觉系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的装置包括具有内部区域和外部区域的双孔径组件。第一光源可以被用于生成与内部区域相关联的光束，并且第二光源可以被用于生成与外部区域相关联的光束。读取器的景深可以通过选择第一光源和第二光源中的一个光源以用于对物体照明以采集物体的图像来控制。第一光源或第二光源的选择可以基于视觉系统的至少一个参数。

Description

具有多孔径光学组件的机器视觉系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2020年9月2日提交的、并且标题为“具有多孔径光学组件的机器视觉系统和方法”的美国序列号17/010332，要求该专利的优先权，并且通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及机器视觉系统，并且更具体地，涉及用于控制视觉系统的景深的、具有多孔径的光学组件。
背景技术
机器视觉系统(也简称为“视觉系统”)使用包括图像传感器的图像采集设备来递送关于所观察的对象的信息。然后，系统可以根据各种算法解释此信息，以执行经编程的决策或标识功能。例如，包含系统感兴趣的特征的物体的图像可以由板载图像传感器(也称为“成像器”或“传感器”)在适当的照明下在可见光或近可见光范围内采集，该适当的照明可以基于环境光或由内部照明器或外部照明器提供的光。
视觉系统的常见的任务在于符号(例如，一维码和二维码——也称为“ID”)的读取和解码，符号在广泛的应用和行业中被使用，并且可以采用ID条形码、2D数据矩阵码、QR码和点码等的形式。图像传感器采集对象或物体的图像(典型地是灰度图或彩色图，以及一维、二维或三维图)，并使用板载或互连视觉系统处理器处理这些采集的图像。处理器经常包括处理硬件和非瞬态计算机可读程序指令(软件)两者，这些处理器基于图像的经处理的信息来执行一个或多个视觉系统过程以生成期望的输出。该图像信息典型地在图像像素阵列内被提供，每个图像像素具有各种颜色或强度。在ID读取器(本文中也称为“读取器”)的示例中，用户或自动化的过程采集被认为包含一个或多个条形码、2D码或其他ID类型的物体的图像。图像被处理以标识经编码的特征，然后这些经编码的特征通过一个或多个解码过程被解码以获得由码表示的固有的字母数字数据。
发明内容
根据一个实施例，机器视觉系统可以包括光学组件、传感器组件以及照明组件，光学组件具有固定的多孔径组件和至少一个透镜，传感器组件包括图像传感器和处理器设备。照明组件可以被配置成用于使用第一类型的光或第二类型的光选择性地对物体照明以用于图像采集。固定的多孔径组件可具有第一区域和第二区域，该第一区域被配置成用于使第一类型的光和第二类型的光通过，以及该第二区域被配置成用于对第一类型的光进行滤波并使第二类型的光通过，使得用该第二类型的光的照明比用该第一类型的光的照明提供更大光孔径。处理器设备可以被配置成用于：基于分析由传感器组件采集的第一图像或第一图像的第一图像采集过程中的至少一个来选择第一类型的光或第二类型的光中的至少一个；控制机器视觉系统使用所选择的第一类型的光或第二类型的光中的至少一个来采集第二图像；以及分析第二图像以解码第二图像中的符号。
根据另一个实施例，一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的装置可以包括光学组件、图像传感器、第一光源、第二光源和处理器设备。光学组件可包括具有内部区域和外部区域的双孔径组件和至少一个透镜。第一光源被配置成用于生成与双孔径组件的内部区域相关联的第一光束。第二光源被配置成用于生成与双孔径组件的外部区域相关联的第二光束。处理器设备与光学组件、第一光源和第二光源处于通信。处理器设备被配置成用于通过选择第一光源或第二光源中的一个光源以用于对物体照明以采集物体的图像来控制读取器的景深。选择基于视觉系统的至少一个参数。
根据另一个实施例，一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的方法可以包括使用第一类型的光的第一光束以及与该第一类型的光相关联的、多孔径组件的第一区域来采集物体的第一图像。与第一图像相关联的至少一个参数可以被确定。基于该至少一个参数，物体的第二图像可以使用第二类型的光的第二光束以及与该第二类型的光相关联的、多孔径组件的第二区域来采集。第二图像可以具有与第一图像的景深不同的景深。
根据另一个实施例，一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的装置可以包括光学组件、图像传感器、第一光源、第二光源和处理器设备。光学组件可包括具有内部区域和外部区域的双孔径组件和至少一个透镜。第一光源可以被配置成用于生成第一光束，该第一光束可以由双孔径组件的内部区域透射，并且该第一光源可以被配置成用于将该第一光束投射到具有大于预定的高度阈值的高度的第一物体上。第二光源可以被配置成用于生成第二光束，该第二光束可以由双孔径组件的内部区域和外部区域透射，并且该第二光源可以被配置成用于将该第二光束投射到具有小于预定的高度阈值的高度的第二物体上。
附图说明
下面将参照所附附图对本公开进行描述，其中类同的附图标记表示类同的要素。
图l是根据本技术的实施例的具有双孔径的视觉系统的示意性框图；
图2A是根据本技术的实施例的双孔径组件的前视图；
图2B是根据本技术的实施例的四孔径组件的前视图；
图2C是根据本技术的实施例的三孔径组件的前视图；
图3是根据本技术的实施例的照明装置和具有双孔径的光学组件的示意图；
图4图示出根据本技术的实施例的使用多孔径组件控制视觉系统的景深的方法；
图5图示出根据本技术的实施例的诸如用于在采集物体上的符号的图像时避免过度曝光图像和运动模糊之类的、使用多孔径组件的方法；
图6图示出根据本技术的实施例的诸如用于在直接零件标示(direct partmarking)应用中成像之类的、使用采用偏振光的多孔径组件的方法；
图7图示出根据本技术的实施例的诸如用于在采集物体上的符号的图像时最大化亮度并减少热点之类的、使用双孔径组件的方法；
图8图示出根据本技术的实施例的诸如用于最大化用于对在物体上的小码进行成像的景深之类的、使用多孔径组件的方法；
图9图示出根据本技术的实施例的诸如用于最大化物流应用中的景深和光量之类的、使用多孔径组件的方法；
图10是根据本技术的实施例的具有双孔径的机器视觉系统的图；
图11是根据本技术的实施例的具有双孔径的机器视觉系统的图；以及
图12是根据本技术的实施例的具有双孔径的手持式机器视觉系统的图。
具体实施方式
ID(例如，条形码)读取器的常见使用是在制造和物流操作中沿着线(例如，传送带)跟踪和分类物体。ID读取器，或者更典型地，多个(星座)读取器可以以(一个或多个)适当的视角被定位在线上，以在各自的物体各个移动通过视场时采集它们的面上的任何预期的ID码。ID读取器也可以以手持式配置被提供，该手持式配置允许用户例如在检验现场(inspection floor)上从物体移动到物体，并随意改变读取器与物体表面之间的距离或相对角度。更总体上，ID读取器相对于物体的焦距可以变化，这取决于读取器相对于线的放置以及物体的大小。
在操作中，一些ID读取器用于对包含一个或多个ID(例如，条形码)的场景照明。这种照明可以包括将彩色点投射到成像场景中的感兴趣区域上的瞄准器，由此用户可以使读取器的图像轴线居中于成像场景内的条形码上。照明还可以包括一般照明以允许适当详细的图像的采集。然后，所照明的场景由成像系统内的图像传感器通过光学器件采集。传感器的像素阵列被曝光，通过曝光对于每个像素生成的(一个或多个)电子值被存储在存储器单元阵列中，该存储器单元阵列可以被称为场景的“图像”。在ID读取应用的上下文中，场景可以包括感兴趣的物体，该感兴趣的物体具有适当尺寸和类型的一个或多个ID。(一个或多个)ID是存储的图像的一部分。
视觉系统应用的一个重要考虑在于用系统采集的图像的景深(DOF)。例如，在到目标的工作距离可变的应用中，DOF可以是关键的设计考虑。DOF确定距读取器的距离的范围，在该范围内物体在采集的图像中处于焦点(例如，清晰度)。DOF可以通过确定进入图像传感器的光量的孔径的大小(例如，直径)来控制，并且与孔径大小(常见地表示为F数)成反比。因此，较小的孔径(较大的F数)会产生较大的DOF，而较大的孔径(较小的F数)会产生较小的DOF。较大的DOF允许在距读取器更远范围的距离处的物体同时处于焦点。
最佳DOF可以针对不同的视觉系统应用(包括在由特定视觉系统采集的不同图像之间)进行变化。如果DOF不正确或未被适当优化，则采集的物体的图像可能会模糊。相关地，因为DOF与孔径大小成逆相关，DOF的优化也可以与被准予进入成像系统的光量相关，并且相对应地，与用于获得可读图像的要求的曝光时间相关。虽然大DOF在许多应用中是有优势的，但较小的孔径会导致衍射模糊，这可能会限制小特征的成像和检查。此外，较小的孔径允许较少的光通过透镜，而这会导致较长的曝光时间。在移动物体的应用中，这可以导致运动模糊。
在许多常规的视觉系统中，单个固定的孔径被使用。视觉系统的孔径典型地基于视觉系统的特定应用的预期的工作距离范围来选择。例如，成像设备可以被配置有在最大工作距离处提供最大DOF的固定的孔径。此外，孔径典型地位于各种玻璃元件之间的透镜组件中，这使得难以接近孔径。在许多常规的系统中，孔径(和DOF)只能通过更换系统的透镜来改变，这可能是昂贵且复杂的，特别是对于已经在现场部署的视觉系统来说。在其他常规的系统中，孔径可以被机械地改变，然而，这典型地较慢并且由于移动零件而具有可靠性问题。
在其他方面中，本公开描述了具有可以被用于控制DOF的多孔径组件的视觉系统(和相关的方法)。在一些实施例中，多孔径组件可以是双孔径组件，其包括两个区域并且每个区域可以被采样以提供不同的孔径值和DOF。因此，孔径平面上的两个不同的区域可以允许视觉系统(例如，针对不同的工作距离)提供小孔径或大孔径。例如，双孔径可以包括被配置成用于提供小孔径(和大DOF)的内部区域以及被配置成用于提供大孔径(和小DOF)的外部区域。由此，取决于双孔径系统(或其他多孔径系统)的哪个区域被使用，利用不同DOF的图像可以被容易地获得。
在一些实施例中，多孔径组件可以是固定的孔径组件，即，可以不是机械地或以其他方式可致动的以改变特定孔径的物理大小。相反，例如，不同的孔径区域可以被配置成用于使某些类型的光(例如，某些波长、偏振取向等)通过或对某些类型的光进行滤波，使得有效的总孔径大小可以取决于使用的光的类型而变化。例如，在各种实施例中，多孔径组件可以包括被配置成用于使不同波长或偏振的光通过的内部区域和外部区域。由此，被用于对物体照明以用于图像采集的光束的波长(或波长的范围)或偏振可以被改变，以利用或者孔径的内部区域或者孔径的外部区域(或其组合)。例如，在一些实施例中，固定的多孔径组件可以包括内部区域和外部区域，该内部区域被配置成用于使第一类型的光(例如，基于波长或偏振)和第二类型的光(例如，基于波长或偏振)通过，该外部区域被配置成用于对该第一类型的光进行滤波并且使该第二类型的光通过，使得用该第二类型的光的照明比用该第一类型的光的照明提供更大的孔径。因此，该布置可以选择性地提供不同的DOF和曝光时间，用于使用它们来采集例如物体上的符号的图像。
在一些实施例中，多孔径组件的多个区域可以是同心的或以其他方式类似地被设置，并且区域中的内部(或外部)区域可以被配置成用于使与区域中的外部(或内部)区域相同的(一种或多种)类型的光通过，而区域中的外部(或内部)区域可以被配置成用于对由区域中的内部(或外部)区域通过的至少一种类型的光进行滤波。由此，例如，一些类型的光可能导致用于图像采集的孔径包括内部区域和外部区域两者，而其他类型的光可能导致用于图像采集的孔径仅包括内部区域。
在一些实施例中，多孔径组件的特定区域的大小可以是固定的，使得对于特定图像采集在多孔径组件处的有效孔径大小的变化可以不要求通过组件的孔径的大小的任何物理变化。例如，也如下文所讨论的，一些多孔径组件可以被配置成用于基于在其不同区域对不同的光类型的滤波或通过来提供不同的有效孔径大小，并且由此利用不同DOF的图像可以通过改变被用于对图像的目标照明的光的类型来采集，而不是通过机械地(或以其他方式)改变通过其图像采集被实现的任何特定开口的大小来采集。
在一些实施例中，视觉系统可以被配置成用于基于对先前采集的图像、图像采集过程或其他系统参数的分析来选择(例如，自动地选择)用于图像采集的特定类型的光。例如，第一图像可以使用双孔径组件的一个区域来采集，并且与第一图像相关联的系统的一个或多个参数(例如，系统的一个或多个部件的参数、由系统生成的图像的参数、或被成像的物体的参数)可以被用于确定用于后续图像采集的最佳孔径。适当时，第二图像然后可以使用双孔径组件的另一区域来采集，这可以有效地提供与被用于第一图像的孔径大小不同的孔径大小。
有利地，多孔径组件的一些实施例可以允许孔径针对特定应用或图像采集被优化。例如，在不要求更换孔径(或透镜)元件或机械地调整孔径的情况下，较大的孔径可以被用于高分辨率图像，或较小的孔径可以被用于在较长的工作距离内读取ID(例如，条形码)。进一步地，特定ID的多个图像可以利用不同景深采集以改进对特定ID的分析。由此，在一些实施例中，多孔径组件(例如，双孔径组件)可以允许读取器具有针对大ID和小ID的扩展的读取范围。
图l是根据本技术的实施例的具有双孔径的视觉系统100的示意性框图。虽然视觉系统100被图示为具有双孔径布置，但是其他示例可以包括多于两个的孔径，如根据本文中公开的一般原理进行配置和操作的。
具体而言，视觉系统100包括光学组件102、图像传感器112、处理器114、第一光源116和第二光源118，并且可以被用于采集物体120上的ID(例如，条形码)122的图像。在所图示的实施例中，光学组件102包括透镜布置104和双孔径组件106。本文描述的各种实施例可以在不同类型的视觉系统上被实现，包括但不限于手持式、其他移动式或固定的安装式ID读取器。应当注意的是，所描绘的部件的布置是对范围广泛的布局和部件类型的说明。由此，虽然其他实施例可以展示其他配置，但所图示的实施例被提供以教导提供说明性实施例的功能的部件的可能的布置。例如，孔径组件可以是多孔径组件(诸如下文进一步讨论的四孔径组件)。
如所提及的，视觉系统100可以被用于采集物体120上的示例性(例如，以条形码的形式)ID 122的图像。由此，光学组件102被放置在图像传感器112的前面。光学组件102的透镜布置104包括将图像光投射到传感器112的区域上的一系列透镜。在一些实施例中，透镜布置104包括至少一个液体透镜，它可以允许针对不同工作距离处的图像的焦点进行快速且自动化的调整。
总体上，多孔径组件可以被配置有多个区域，通过选择性地使用具有与不同区域(或其组合)相对应的不同光类型的照明，该多个区域可以被选择性地采用以利用不同DOF采集图像。在所图示的实施例中，双孔径组件106包括内部区域(或小孔径)108和外部区域(或较大孔径)110。双孔径组件106可以被形成为具有圆形形状(例如，盘形或环形)，如下文关于图2进一步所讨论的。在一些实施例中，双孔径组件106可以被定位在透镜布置104的前面。虽然光学组件102和双孔径组件130的图示的布置可以是有利的，但是其他配置也是可能的。例如，双孔径组件106可以被定位在透镜布置104的后面，如虚线所图示的。在另一个实施例中，双孔径组件106可以被定位或被嵌入在透镜组件102中。
在不同的实施例中，不同的照明组件可以被用于选择性地提供具有不同类型的光的照明(例如，以可见光谱的特定颜色为中心的波长带的光、不同偏振取向的光等)。在所图示的示例中，第一光源116和第二光源118可各自包括用于提供特定类型的照明光的LED或激光二极管。例如，由第一光源116发射的光可以限定与由第二光源118提供的光不同的波长(或波长的范围)。因此，由第二光源118发射的光可以限定与由第一光源116提供的光不同的波长(或波长范围)。例如，第一光源116可以投射在可有利于高质量图像采集的蓝色波长范围(例如，450-490nm)内，而第二光源118可以投射在可有利于高质量图像采集的红色波长范围(例如，610-640nm)内。在其他示例中，以绿色、黄色或白色或其他波长范围投射的光源可以被使用。在其他示例中，第一光源116或第二光源118可以投射在近IR或UV范围内的光。在其他示例中，从第一光源116发射的光可以限定与由第二光源118提供的光不同的偏振(例如，在偏振取向上具有45度或90度的差)。因此，由第二光源118发射的光可以限定与由第一光源116提供的光不同的偏振。
第一光源116被配置成用于将光束投射到物体120和条形码122上以采集图像。第二光源118被配置成用于将光束投射到物体120和条形码122上以采集图像，并且可以独立于第一光源116由处理器114控制。在包括下文所描述的实施例的各种实施例中，第一光源116和第二光源118被用于在不同时间投射光束以获得不同的各个图像。
在一些实施例中，双孔径组件106的内部区域108被配置成用于允许由物体120反射的来自第一光源116的光通过，并且双孔径组件106的外部区域110被配置成用于防止(或阻塞)由物体120反射的来自第一光源116的光通过(例如，对来自第一光源116的光中的85％或更多的光进行滤波)。双孔径组件106的外部区域110可以被配置成用于允许由物体120反射的来自第二光源118的光通过，并且内部区域108可以被配置成用于允许由物体120反射的来自第二光源118的光通过。因此，由物体120反射的来自第二光源118的光通过孔径组件106的整个直径(即，内部区域108和外部区域110的组合的直径)，而由物体120反射的来自第一光源116的光通过仅内部区域108的直径。因此，第一光源116以及双孔径组件106的内部区域108可以被用于使用小孔径、大DOF和更长的曝光时间采集图像。相反，第二光源118以及双孔径组件106的内部区域108和外部区域110可以被用于使用大孔径、小DOF和更短的曝光时间采集图像。
由此，如下文进一步讨论的，被用于采集图像的DOF可以通过选择第一光源116(与内部区域108相关联)或第二光源118(与外部区域110相关联)中的一个光源来控制以对物体照明。在一些实施例中，第一图像使用双孔径组件106的区域108、110中的一个区域被采集，以及系统的一个或多个参数(例如，系统的一个或多个部件的参数，由系统生成的图像的参数或被成像的物体的参数)可以被用于确定最佳孔径，该最佳孔径然后可以被用于采集第二图像。例如，作为默认设置，第一图像可以仅使用第一光源116被采集，这可以导致相对大的DOF。取决于图像采集的结果(或其他因素)，第二图像然后可以仅使用第一光源116或使用第二光源118来再次采集，这可以导致相对较小的DOF(但也导致，例如，期望的图像强度的较短的曝光时间)。
在一些实施例中，系统100还可以包括瞄准器124。为了确保条形码122被恰当地成像，条形码122可以被要求相对于系统100被恰当地取向(例如，居中并且完全在系统100的视场内)。瞄准器124可以被用于将可以由系统100的用户引导的瞄准器图案投射到条形码122上。这可以帮助确保条形码122完全驻留在用于图像采集的视场内。在一些实施例中，由瞄准器124投射以生成瞄准器图案的光束可以与读取器光轴线基本上是同轴的(轴上的)。在一些实施例中，其他部件也可以被使用。例如，一些实施例可以包括测距仪或尺寸测量仪，它们可以是瞄准器124的一部分或者可以是单独的子组件的一部分。在一些情况下，如可以通知光源116、118中的一个光源的选择，期望的DOF的选择可以基于对到特定物体的距离或特定物体的尺寸的分析，包括如下文所讨论的。
如上文所提及的，系统100还包括图像传感器112和相关联的处理器114。从对象(例如，物体120上的条形码122)反射回视觉系统100的、来自第一光源116或第二光源118的光沿着读取器光轴被引导通过双孔径组件106和透镜布置104的相对应区域(108、110)到达图像传感器112。图像传感器112可以被配置成用于检测不同波长的光或者也可以被配置成用于检测不同偏振的光。反射光由图像传感器112接收以(例如，由处理器114)进行处理，以用于例如生成对象的图像并执行所生成的图像的分析，如下面进一步描述的。已知的方法可以被用于生成场景的图像并解码其中的数据。
在一些实施例中，处理器114可以包括一个或多个处理器设备，一个或多个处理器设备可以被提供在一个或多个电路板上，并且通过(一个或多个)适当的带状电缆或其他通信通道(未被示出)可操作地互连。处理器114可以被配置成用于控制视觉系统分析过程(例如，ID读取和解码)以及其他功能(诸如，瞄准器光束的投射、用于图像采集的照明(例如，照明的定时)、自动焦点调整、用于照明的光源(以及相对应的孔径区域)的选择等)。系统100还可以被配置成用于(经由无线链路，未被示出)将经解码的数据无线传输到数据处置设备(诸如，库存跟踪计算机或物流应用)。替代地，系统100可以有线连接到数据处置设备/网络或者可以在它被连接到基本单元时存储并随后传递所收集的信息。处理器114可以与图像传感器112、第一光源116、第二光源118以及在某些实施例中的瞄准器124以及诸如用于调整系统取向的电机或各种其他致动器之类的各种其他部件(未被示出)处于通信。
在不同的实施例中，多孔径组件的不同区域可以以不同的方式被形成。在一些实施例中，也如上所述，区域可以重叠或可以被同心地定位。进一步地，特定光类型的选择性阻塞(例如，滤波)或通过可以以各种方式被实现。作为一个示例，图2A是根据本技术的实施例的双孔径组件的前视图。在所图示的实施例中，双孔径组件206具有圆形形状(例如，盘形或环形)并且包括内部区域208(或小孔径)和外部区域210(或大孔径)。在一些实施例中，双孔径组件206可以由滤波材料来形成。孔或圆形区域可以在滤波材料的中心被钻孔以形成内部区域或小孔径208，以及外部区域(或大孔径)210可以是滤波材料的环形形状。在其他实施例中，双孔径组件206可以是盘形的并且由透明材料形成。外部区域(或更大的孔径)208可以通过在透明盘的外缘上施加滤波材料(例如，膜)来形成。在双孔径组件206的各种实施例中，滤波材料可以是例如被配置成用于允许特定波长(或波长的范围)的光通过而阻塞其他波长的材料。在另一示例中，滤波材料可以是被配置成用于允许特定偏振的光波通过而阻塞其他偏振的光波的材料(例如，偏振器)。如上文所讨论的，第一类型的光(波长或偏振)将穿过双孔径组件206的完整直径(即，内部区域208和外部区域210的组合的直径)，第二类型的光(波长或偏振)将仅穿过内部区域208(或小孔径)。尽管图2中所图示的示例性实施例对于内部区域208和外部区域210具有圆形形状，但应当理解，双孔径组件206可以以其他形状来实现。同样地，具有多于两个区域的其他多孔径组件可以根据类似原理来形成。
作为另一示例，图2B是根据本技术的实施例的四孔径组件的前视图。在所图示的实施例中，四孔径组件212具有圆形形状(例如，盘形或环形)并且包括多个同心区域，具体而言：第一(或内部)区域214(组件212中的最小孔径)、第二区域216、第三区域218和第四(或外部)区域220(或组件212中的最大孔径)。如上文所提及的，在一些实施例中，四孔径组件212可以由(一种或多种)滤波材料形成。孔或圆形区域可以在滤波材料的中心被钻孔以形成内部区域或小孔径214，以及外部区域216、218、220(其可以提供较大孔径)可以是(一种或多种)滤波材料的环形形状。在一些情况下，穿过滤波材料的不同层的连续更小的孔可以提供类似于图2B中所示的几何形状。在一些实施例中，四孔径组件212可以是盘形的并且由透明材料形成。外部区域216、218和220可以通过在从内部区域的外边缘到透明盘的外边缘的同心区域中施加滤波材料(例如，膜)来形成。在四孔径组件212的各种实施例中，被用于外部区域216、218和220中的每一个外部区域的滤波材料可以是例如被配置成用于允许特定波长(或波长的范围)的光通过而阻塞其他波长的光的材料。
在示例中，四孔径组件212的内部区域214可以被配置成用于允许具有不同波长的四种不同类型的光(例如，红色、黄色、绿色、蓝色)通过由内部区域214限定的孔径。在此示例中，第二区域216可以被配置成用于对来自四种不同类型的光的第一类型的光(例如，红色)进行滤波，第三区域218可以被配置成用于对来自四种不同类型的光的第一类型的光和第二类型的光(例如，红色和黄色)进行滤波，并且第四区域220可以被配置成用于对来自四种不同类型的光的第一类型的光、第二类型的光和第三类型的光(例如，红色、黄色和绿色)进行滤波。因此，第一区域214和第二区域216限定的孔径大于由第一区域214限定的孔径。第一区域214、第二区域216和第三区域218限定的孔径大于由第一区域214限定的孔径以及由第一区域214和第二区域216限定的孔径两者。第一区域214、第二区域216、第三区域218和第四区域220限定的孔径大于由第一区域214限定的孔径、由第一区域214和第二区域216限定的孔径以及由第一区域214、第二区域216和第三区域218限定的孔径。如上文所讨论的，从四孔径组件212使用的孔径的大小可以基于被用于照明的光的类型来选择。
作为又一示例，图2C是根据本技术的实施例的三孔径组件的前视图。在所图示的实施例中，三孔径组件230具有圆形形状(例如，盘形或环形)并且包括多个同心区域，具体而言：第一(或内部)区域232(组件230中的最小孔径)、第二区域234和第三区域236(或组件230中的最大孔径)。如上文所提及的，在一些实施例中，三孔径组件230可以由(一种或多种)滤波材料形成。孔或圆形区域可以在滤波材料的中心被钻孔以形成内部区域或小孔径232，以及外部区域234、236(其可以提供较大孔径)可以是(一种或多种)滤波材料的环形形状。在一些情况下，穿过滤波材料的不同层的连续更小的孔可以提供类似于图2C中所示的几何形状。在一些实施例中，三孔径组件230可以是盘形的并且由透明材料形成。外部区域234、236可以通过在从内部区域的外边缘到透明盘的外边缘的同心区域中施加滤波材料(例如，膜)来形成。在三孔径组件230的各种实施例中，被用于外部区域234、236中的每一个外部区域的滤波材料可以是例如被配置成用于允许特定偏振(或多个偏振)的光通过而阻塞其他偏振的光的材料。
在示例中，三孔径组件230的内部区域232可以被配置成用于允许多个偏振方向的光通过由内部区域232限定的孔径(例如，内部区域232可以是透明材料或孔)。在此示例中，第二区域234可以被配置成用于对光的第一偏振方向238和光的第二偏振方向240进行滤波，并且第三区域236可以被配置成用于对光的第二偏振方向240进行滤波。因此，第一区域232和第二区域234限定的孔径大于由第一区域232限定的孔径。第一区域232、第二区域234和第三区域236限定的孔径大于由第一区域232限定的孔径以及由第一区域232和第二区域234限定的孔径两者。如上文所讨论的，从三孔径组件230使用的孔径的大小可以基于被用于照明的光的类型来选择。
如所提及的，双孔径组件的不同区域可以与相对应的光源一起使用以利用不同DOF采集图像。图3是根据本技术的实施例的在视觉系统300中包括的照明装置和具有双孔径的光学组件的示意图。在一些情况下，视觉系统300可以是视觉系统200的特定实现方式，但是其他配置也是可能的。为了使用双孔径组件306的内部区域308(小孔径)和更大的DOF334采集图像，第一光源316在目标322(例如，条形码)上投射具有特定波长(或波长的范围)或偏振的光束330。第一光束的反射光338通过双孔径组件306的内部区域308并被外部区域310阻塞。然后，反射光338被透镜布置304中的一个或多个透镜引导至图像传感器312。为了使用双孔径组件306的外部区域310(大孔径)和更小的DOF 336采集图像，第二光源318在目标322(例如，条形码)上投射具有特定波长(或波长的范围)或偏振的光束332。第二光束的反射光340通过双孔径组件306的整个直径(即，内部区域308和外部区域310的组合的直径)并且被透镜布置304中的一个或多个透镜引导至图像传感器312。在所图示的实施例中，双孔径组件306的第一区域308和第二区域310对于第一光束330和第二光束332具有相同的焦点。图像传感器312可以包括形成像素阵列的感光点(像素)的行和列。当反射光(338或340)被透镜布置304投射到图像传感器312上时，每个像素产生与在该像素上入射的光成比例的信号。在一些实施例中，传感器312是单色传感器。双孔径组件可以被用于例如使用不同区域和相对应的光源在不同时间采集单个图像。因此，取决于被用于对目标322照明的波长或偏振，读取器将具有不同的孔径值，并且由此具有用于采集图像的不同的DOF和曝光时间。
如上文所提及的，在一些实施例中，第一图像使用双孔径组件的一个区域被采集，以及系统的一个或多个参数(例如，系统的一个或多个部件的参数、由系统生成的图像的参数、或被成像的物体的参数)可以被用于确定然后可以被用于采集第二图像的最佳孔径。图4图示出根据本技术的实施例的使用多孔径组件控制视觉系统的景深的方法。在框402处，第一照明光束从第一光源被投射到物体上的符号(例如，条形码)上。在框404处，反射光由视觉系统基于第一照明光束从物体接收，并且通过双孔径组件的第一区域。在一些实施例中，第一区域是提供小孔径的内部区域，而在其他实施例中，第一区域是提供较大孔径的外部区域。在框406处，物体上的符号的第一图像使用视觉系统来生成。例如，如上文所讨论的，通过双孔径的第一区域的反射光然后可由透镜组件引导至图像传感器。然后，处理器可以被用于生成符号的第一图像并对生成的图像执行分析。已知的方法可以被用于生成符号的图像并解码其中的数据。
在框408处，系统的至少一个参数被确定。至少一个参数可以是系统的一个或多个部件的参数(例如，曝光时间、DOF等)。至少一个参数也可以是由系统生成的第一图像的参数(例如，与饱和区域、热点、杂散光等相关的像素值)。用于处理光信号的本领域中的已知方法可以被用于分析第一图像。此外，至少一个参数可以是被成像的物体的参数(例如，物体的高度或其他尺寸、或从物体到成像设备的距离)。
总体上，至少一个参数可以被分析以便针对第二图像确定合适的(例如，优化的)DOF，然后针对第二图像的照明可以被相对应地控制。在一些实施例中，对至少一个参数的分析可以包括将至少一个参数与阈值(例如，最大曝光时间阈值)进行比较。例如，在框410处，至少一个参数被与阈值进行比较以确定是否应当使用与被用于第一图像的采集的区域不同的双孔径组件的区域来采集第二图像。因此，孔径值和DOF可以被改变以用于第二图像的采集。基于比较或其他相关分析，在框412处，第二照明光束从第二光源被投射到物体上的符号(例如，条形码)上。在框414处，反射光由视觉系统基于第二照明光束从物体接收，并且通过双孔径组件的第二区域。在一些实施例中，第二区域是提供小孔径的内部区域，而在其他实施例中，第二区域是提供较大孔径的外部区域。在框416处，物体上的符号的第二图像使用视觉系统来生成。例如，如上文所讨论的，通过双孔径的第二区域的反射光然后可由透镜组件引导至图像传感器。然后，处理器可以被用于生成符号的第二图像并对生成的图像执行分析。已知的方法可以被用于生成符号的图像并解码其中的数据。
在一些实施例中，在框416处生成的第二图像可以被单个地分析，以便标识相关信息(例如，解码图像中的ID)。例如，在用于第二图像的DOF已经被确定比用于第一图像的DOF对于特定应用更佳的情况下，第二图像可以在不将第二图像与第一图像组合的情况下被分析，以便从第二图像中提取相关的信息。
在实施例中，多孔径组件可以在视觉系统中被利用，以避免在采集物体上的符号(例如，条形码)的图像时过度曝光图像和运动模糊，如图5中所图示。在该应用中，在框502处，条形码可以被放置在读取器(例如，手持式读取器或固定的安装式读取器)的前面。在框504处，读取器然后可以被操作以用于使用第一光源和双孔径(或其他多孔径)组件的相对应的内部区域(或小孔径)来采集条形码的第一图像以最大化用于采集的图像的DOF。例如，内部区域可以被用于基于自动亮度功能来采集第一图像，该自动亮度功能并入自动地选择内部区域以用于图像采集的读取器中。
一旦第一图像被采集，在框506处与第一图像相关的一个或多个参数然后可以被分析，以便确定不同的DOF是否适合于第二(后续)图像。例如，视觉系统可以具有预定的最大曝光时间阈值。最大曝光时间阈值可以基于不同的参数(诸如例如，视觉系统的不同部件的电气占空比、应用的定时或运动模糊)被预定。用于第一图像的内部区域(小孔径)的曝光时间可以与预定的最大曝光时间阈值进行比较。在框508处如果内部区域的曝光时间达到(或超过)最大曝光时间阈值，则系统可以在框510处切换到与双孔径组件的外部区域(大孔径)相对应的第二光源以采集利用较小的DOF而且较短的曝光时间采集物体上的符号的第二图像。在框508处如果内部区域的最大曝光时间阈值没有被达到，则系统可以在框512处继续利用第一区域(小孔径)采集图像。只要小孔径的最大曝光阈值没有被达到，小孔径就可以提供足够的光，优化DOF，并将运动模糊风险最小化。
在实施例中，采用偏振光的多孔径组件可以在视觉系统中被利用，以用于在直接零件标示(DPM)应用中成像，如图6中所图示。直接零件标示读取器能够读取直接蚀刻或压印到诸如塑料和金属之类的材料的表面上的条形码。典型地，DPM零件会在各种几何形状和表面上呈现码。然而，被标记在例如要被成像的闪亮或圆形零件上的二维(2D)码可将挑战呈现给读取器。为了解决这个(或其他)问题，读取器(例如，手持式读取器或固定的安装式读取器)可以包括具有基于偏振滤波器的内部区域和外部区域的双孔径(或其他多孔径)组件，以及是偏光传感器的图像传感器。在一些实施例中，偏振传感器针对四个不同的偏振光方向(例如，0°、45°、90°和135°)可以具有标称分辨率的四分之一(1/4)。然而，在DPM应用中，典型地工作距离足够小，使得即使具有降低的标称分辨率，图像也可以通过足够的放大来采集。进一步地，放大还可以被用于解决偏振传感器上可访问像素的量的减少，该减少是偏振传感器上使用的偏振滤波器的结果。
在示例应用中，在框602处，具有2D DPM码的零件可以被放置在读取器的前面。在框604处，读取器然后可以被操作以使用具有第一偏振的第一光源以及双孔径组件的相对应的区域来采集条形码的第一图像。该区域可以是例如内部区域或小孔径、或者外部区域或大孔径。在该实施例中，被用于采集第一图像的双孔径组件的区域可以基于被并入到读取器中的自动亮度功能来选择，使得例如第一图像以第一图像上的最佳对比度来采集。然后，在框606处第一图像可以被分析，以确定图像是否包括任何饱和区域。用于处理光信号的本领域中的已知方法可以被用于分析第一图像的像素值，以标识任何饱和区域。如果第一图像包括饱和区域，则在框608处，具有与第一光源不同的偏振的第二光源然后可以被用于对2D码照明以及采集第二图像。第二光源与双孔径组件的与第一光源不同的区域相关联。因此，双孔径组件的不同区域可以被用于采集2D码的第二图像。
在一些实施例中，读取器可以被配置成用于进一步利用成像传感器的像素体系结构。例如，孔径可以基于偏振光的四个不同方向来进行最多四次采样。
在实施例中，双孔径组件可以在视觉系统中被利用，以在采集物体上的符号(例如，条形码)的图像时最大化亮度并减少热点，如图7中所图示。如上文所提及的，视觉系统的双孔径(或其他多孔径)组件、图像传感器和光源可以被配置成用于偏振光。同样地，偏振图像传感器可以针对四个不同的偏振光方向(例如，0°、45°、90°和135°)被配置为具有标称分辨率的四分之一(1/4)。在一些实施例中，偏振图像传感器还可以包括被放置在图像传感器的一组(例如，四个)像素之上的典型拜尔图案(即，RGB拜尔滤波器)，这些像素被配置成用于感测偏振光的不同的(例如，四个)方向。由RGB拜尔滤波器提供的颜色信息可以由视觉系统使用。
在示例应用中，在框702处，条形码可以被放置在读取器(例如，手持式读取器或固定的安装式读取器)的前面。在框704处，读取器然后可以被操作以使用具有第一波长和偏振的第一光源以及双孔径组件的相对应的区域来采集条形码的第一图像。在一个实施例中，区域是外部区域或大孔径，使得利用最大孔径来采集第一图像，用于以最小曝光时间来最大化亮度。第一光源可以被配置成用于投射例如具有0°偏振方向的红色波长。然后，在框706处第一图像可以被分析，以确定图像是否包括热点或杂散光。用于处理光信号的本领域中的已知方法可以被用于分析第一图像的像素值，以标识任何热点或杂散光。如果第一图像包括热点或杂散光，则在框708处，与第一光源具有不同波长和偏振的第二光源被用于对条形码照明以及采集第二图像。第二光源与双孔径组件的与第一光源不同的区域相关联。因此，双孔径组件的不同区域可以被用于采集条形码的第二图像。第二光源也可以被选择以提供导致更多对比度的更短的波长。例如，第二光源可以被配置成用于投射蓝色波长和90°的偏振方向。在该情况中，模传递函数(MTF)截止值更大。因此，第二图像可以被分析以确定除杂散光问题之外的频率和其他细节。
在另一个示例中，第二光源可以被配置成用于投射绿色波长和0°与90°之间的偏振方向。在该情况中，与第二光源相关联的、并被用于采集第二图像的双孔径组件的区域可以是与偏振的45°和135°方向相关联的区域。
在另一个实施例中，双孔径(或其他多孔径)组件可以在视觉系统中被利用，以最大化手持式应用中的DOF，其中要被成像的条形码是如图8中所图示的小码。在该应用中，在框802处，条形码可以被放置在手持式读取器的前面。在框804处，视觉系统可包括可以被用于聚焦条形码的液体透镜。然后，读取器可以被操作以使用第一光源以及双孔径组件的相对应的区域来采集条形码的第一图像。在一个实施例中，区域是外部区域或大孔径，使得利用最大可能的孔径来采集第一图像，以用于最大化光的量的使用。然后，在框806处第一图像可以被分析，以确定DOF是否足够大以用于产生足够的图像。如果DOF不够大，则在框808处，与双孔径组件的与第一光源不同的区域相关联的第二光源被用于对条形码照明以及采集第二图像。例如，与第二光源相关联的双孔径组件的区域是用于增加DOF的内部区域(或小孔径)。
在又另一个实施例中，双孔径(或其他多孔径)组件可以在视觉系统中被利用，以最大化物流应用中的DOF和光的量，如图9中所图示。在物流应用中，由于涉及高速(例如，在物体通过传送带被移动经过视觉系统时)，因此最大化的DOF和最大化的光的量两者都很重要。在该实施例中，通过平衡DOF和用于图像采集的光的量，视觉系统可以提供不具有运动模糊的清晰图像。例如，视觉系统可以是固定的安装式系统，其聚焦在允许视觉系统的读取器覆盖预期的(例如，预定的)最大工作距离的距离处。此外，系统可以被配置成使得分辨率限制(即，针对最小预期码大小)与双孔径系统的外部区域或大孔径相关联。在该应用中，在框902处，条形码可以被放置在手持式读取器的前面。在框904处，读取器然后可以被操作以使用第一光源以及双孔径组件的相对应的区域来采集条形码的第一图像。在一个实施例中，该区域是外部区域或大孔径，由于模传递函数(MTF)截止值增加，因此该外部区域或大孔径允许读取器采集在对比度方面更清晰的图像。因此，附加的细节可以由光学组件和图像传感器两者来确定。
然而，在许多情况下，单个孔径大小可能不足以用于在可能用于成像系统的整个DOF上进行最佳成像。为了确保整个DOF被覆盖，多孔径组件的不同区域可以取决于目标与成像设备之间的距离来使用，而只有在距离足够小、使得由多孔径组件准予进入的光的量不太关键时，较小的孔径区域才可以被选择性地使用。就此而言，在一些实施例中，被成像的物体的尺寸可以在运行时间期间被确定。例如，在框906处物体的高度可以使用例如被定位在物体附近并与读取器处于通信的飞行时间(TOF)相机来确定。然后，物体的测得的高度可以与预定的高度阈值进行比较。如果高度高于阈值，则在框908处，与双孔径组件的与第一光源不同的区域相关联的第二光源可以被用于对条形码照明以及采集第二图像。例如，与第二光源相关联的双孔径组件的区域可以是内部区域(或小孔径)。当物体高度高于高度阈值时，视觉系统可以改变用于照明的光源以从较大的孔径变为较小的孔径，以覆盖近距离处的DOF，其中光的量不太重要，因为条形码正在向读取器靠近。换句话说，物体的高度阈值可以被用于控制光源和双孔径组件以使用外部区域或大孔径在大工作距离处采集条形码的图像以及使用内部区域或小孔径在近工作距离处采集条形码的图像。
如上文所讨论的，在一些实施例中，ID(例如，条形码)读取器可以被用于在制造和物流操作中沿着线(例如，传送带)跟踪和分类物体。图10是根据本技术的实施例的具有双孔径的机器视觉系统的图。在所图示的实施例中，机器视觉系统1000(例如，固定的安装式ID读取器)被定位在线(例如，传送带)1005上，以在物体1006如箭头1007所指示地移动通过视场时采集物体1006的(一个或多个)面上的任何预期的ID码(例如，条形码)。物体1006与机器视觉系统1000之间的距离可以取决于物体1006的大小(例如，高度)而变化。例如，具有较大的高度的物体可以导致光学组件(例如，一个或多个透镜)与物体之间的较小的工作距离，而具有较小的高度的物体可以导致光学组件(例如，一个或多个透镜)与物体之间的较大的工作距离。
在一些实施例中，机器视觉系统1000可以包括相机1002和被定位在相机1002前面的光学组件1004。如上文关于图1和图3所描述的，相机1002可以包括各种元件，这些元件包括例如图像传感器和处理器，并且光学组件1004可以包括透镜布置和双孔径组件(例如，如上文所描述的)。在一些实施例中，双孔径组件可以被配置成用于控制机器视觉系统1000(例如，ID读取器)的DOF。在一些实施例中，双孔径组件可以包括两个区域并且每个区域可以被采样以提供不同的孔径值和DOF。例如，双孔径组件可以包括被配置成用于提供小孔径(和大DOF)的内部区域以及被配置成用于提供较大孔径(和小DOF)的外部区域。由此，取决于孔径系统的哪个区域被使用，利用不同DOF的图像可以被容易地获得。应当注意的是，所描绘的部件的布置是对范围广泛的布局和部件类型的说明。由此，虽然其他实施例可以展示其他配置，但所图示的实施例被提供以教导提供说明性实施例的功能的部件的可能的布置。例如，孔径组件可以是多孔径组件(诸如例如，上文所讨论的四孔径组件)。
在所图示的实施例中，双孔径组件的第一区域可以被用于采集具有大于或等于预定的高度阈值H的高度的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)，并且第一区域和第二区域可以一起被用于采集具有小于预定的高度阈值H的高度的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)。在一些实施例中，第一照明光1008和第二照明光1010两者都在由机器视觉系统1000的曝光期间被开启，而无论物体相对于高度阈值的高度如何。因此，在所图示的实施例中，机器视觉系统1000被配置成用于在物体通过传送带1005上的视场时采集具有不同高度的物体的图像，而无需切换第一照明光1008和/或第二照明光1010打开和关闭。在一些实施例中，第一照明光1008以及双孔径组件的内部区域可以被用于使用小孔径和大DOF采集图像。在一些实施例中，第二照明光1010以及双孔径组件的内部区域和外部区域可以被用于使用大孔径和小DOF采集图像。
在一些实施例中，第一照明光1008具有第一波长(或波长的范围)或偏振，并且可以使用光源以适当的角度被投射以采集具有大于或等于预定的高度阈值H的高度的物体的图像(例如，物体的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第一照明光1008的光源可以被定位成以期望的角度投射第一照明光1008。在一些实施例中，第一照明灯1008以一角度被定位，使得其对例如具有大于或等于预定的阈值H的高度的物体的顶表面和侧表面照明。第一照明光1008可以与双孔径组件的内部区域(小孔径)相关联。双孔径组件的内部区域可以被配置成用于允许由具有高于预定的高度阈值的高度的物体反射的第一照明光1008通过，并且双孔径组件的外部区域可以被配置成用于阻塞由具有高于预定的高度阈值的高度的物体反射的第一照明光1008不通过。尽管第一照明光1008可以以也可以对具有低于预定的高度阈值H的高度的物体照明的角度被投射，但如所提及的，外部区域可以被配置成用于阻塞第一照明光1008。如上文所提及的，具有高于预定的高度阈值的高度的物体的工作距离更小，以及因此，在物体上的条形码正在向机器视觉系统1000靠近时，由双孔径组件准予进入的光的量是不太关键的。
在一些实施例中，第二照明光1010具有不同于第一照明光1008的第一波长(或波长的范围)或偏振的第二波长(或波长的范围)或偏振，并且可以使用光源以适当的角度被投射以采集具有小于预定的高度阈值H的高度的物体的图像(例如，物体的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第二照明光1010的光源可以被定位成用于以期望的角度投射第二照明光1010。在一些实施例中，第二照明光1010以一角度被定位，使得它对例如具有小于预定的阈值H的高度的物体的顶表面和侧表面照明，并且不对具有大于预定的高度阈值H的高度的物体照明。第二照明光1010可以与双孔径组件的外部区域(大孔径)相关联。双孔径组件的外部区域可以被配置成用于允许由具有小于预定的高度阈值H的高度的物体反射的来自第二照明光1010的光通过。此外，内部区域可以被配置成用于允许由具有小于预定的高度阈值H的高度的物体反射的来自第二照明光1010的光通过。因此，第二照明光1010通过双孔径组件的整个直径(内部区域和外部区域)。如上文所提及的，具有低于预定的高度阈值H的高度的物体的工作距离更大。外部区域的较大孔径允许例如更大量的光被双孔径组件准予进入。
在一些实施例中，被用于投射第一照明光1008和第二照明光1010的光源可以各自包括用于提供特定类型(波长或偏振)的照明光的LED或激光二极管。在一些实施例中，多光谱光源可以被用于提供第一照明光1008和第二照明光1010两者。如本文中所使用，多光谱光源是可以单独地生成多个不同波长的光的光源(例如，包括多个不同的光子组件的光源组件，其中的每个子组件可以生成不同的相应的波长峰或带)。在一些实施例中，多光谱光源可以在单个封装中包括各种颜色的LED管芯。例如，多光谱光源可以是RGB LED、RGBWLED、RGB(IR)LED、RGBY LED或其他RGB或多波长LED类型。
如上文进一步讨论的，在一些实施例中，机器视觉系统可以被配置成用于基于系统参数来选择第一照明光和第二照明光中的一个照明光，以选择性地采用双孔径组件的一个或多个区域来采集利用不同DOF的图像。图11是根据本技术的实施例的具有双孔径的机器视觉系统的图。在所图示的实施例中，机器视觉系统1100(例如，固定的安装式ID读取器)被定位在线(例如，传送带)1105上，以在物体1106如箭头1107所指示地移动通过视场时采集物体1106的(一个或多个)面上的任何预期的ID码(例如，条形码)。如上文所提及的，物体1106与机器视觉系统1100之间的距离可以取决于物体1106的大小(例如，高度)而变化。例如，具有较大的高度的物体可以导致光学组件(例如，一个或多个透镜)与物体之间的较小的工作距离，而具有较小的高度的物体可以导致光学组件(例如，一个或多个透镜)与物体之间的较大的工作距离。
在一些实施例中，机器视觉系统1100可以包括相机1102、被定位在相机1102前面的光学组件1104、以及被定位在传送带1105和(例如，在传送带1105上方的)物体1106附近的距离传感器1112。如上文关于图1和图3所描述的，相机1102可以包括各种元件，这些元件包括例如图像传感器和处理器，并且光学组件1104可以包括透镜布置和双孔径组件(例如，如上文所描述的)。在一些实施例中，双孔径组件可以被配置成用于控制机器视觉系统1100(例如，ID读取器)的DOF。在一些实施例中，双孔径组件可以包括两个区域并且每个区域可以被采样以提供不同的孔径值和DOF。例如，双孔径组件可以包括被配置成用于提供小孔径(和大DOF)的内部区域以及被配置成用于提供较大孔径(和小DOF)的外部区域。由此，取决于双孔径系统的哪个(哪些)区域被使用，利用不同DOF的图像可以被容易地获得。应当注意的是，所描绘的部件的布置是对范围广泛的布局和部件类型的说明。由此，虽然其他实施例可以展示其他配置，但所图示的实施例被提供以教导提供说明性实施例的功能的部件的可能的布置。例如，孔径组件可以是多孔径组件(诸如例如，上文所讨论的四孔径组件)。
在所图示的实施例中，双孔径组件的第一区域可以被用于采集具有大于或等于预定的高度阈值H的高度的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)，并且第一区域和第二区域可以一起被用于采集具有小于预定的高度阈值H的高度的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)。在一些实施例中，第一照明光1108和第二照明光1110可以(例如，使用相机1102的处理器)被选择性地激活，以选择用于图像采集的双孔径组件的(一个或多个)区域和孔径大小。因此，第一照明光1108和第二照明光1110可以被用于在不同时间投射光束。在所图示的实施例中，机器视觉系统110可以被配置成用于基于物体1106的高度来选择第一照明光1108和第二照明光中的一个照明光，该高度如由距离传感器1112测量的、物体与距离传感器1112(并且因此，机器视觉系统1100)之间的距离1114所指示的。因此，机器视觉系统1100被配置成用于通过选择性地提供第一照明光1108或第二照明光1110来在具有不同高度的物体通过传送带1105上的视场时采集它们的图像。在一些实施例中，距离传感器1112可以是例如飞行时间(TOF)相机、测距仪或尺寸测量仪。在一些实施例中，第一照明光1108以及双孔径组件的内部区域可以被用于使用小孔径和大DOF采集图像。在一些实施例中，第二照明光1110以及双孔径组件的内部区域和外部区域可以被用于使用大孔径和小DOF采集图像。
由距离传感器1112测得的距离可以与预定的高度阈值H进行比较(例如，使用相机1102的处理器)。如果物体1106的高度大于或等于预定的高度阈值H，则第一照明光1108可以使用光源以适当的角度被投射，以采集物体的图像(例如，传送带1105上的物体的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第一照明光1108的光源可以被定位成用于以期望的角度投射第一照明光1108。在一些实施例中，第一照明光1008以一角度被定位，使得其对例如传送带1005上的物体的顶表面和侧表面照明。如所提及的，第一照明光1108可以与双孔径组件的内部区域(小孔径)相关联。在一些实施例中，第一照明光1108具有第一波长(或波长的范围)或偏振。双孔径组件的内部区域可以被配置成用于允许由具有高于预定的高度阈值的高度的物体反射的第一照明光1108通过，并且双孔径组件的外部区域可以被配置成用于阻塞由具有高于预定的高度阈值的高度的物体反射的第一照明光1108不通过。如上文所提及的，具有高于预定的高度阈值的高度的物体的工作距离更小，以及因此，在物体上的条形码正在向机器视觉系统1100靠近时，由双孔径组件准予进入的光的量是不太关键的。
如果物体1106的高度低于预定的高度阈值H，则第二照明光1110可以使用光源以适当的角度被投射，以采集物体的图像(例如，传送带1105上的物体的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第二照明光1110的光源可以被定位成用于以期望的角度投射第二照明光1110。在一些实施例中，第二照明光1010以一角度被定位，使得其对例如传送带1105上的物体的顶表面和侧表面照明。第二照明光1110可以与双孔径组件的外部区域(大孔径)相关联。在一些实施例中，第二照明光1110可具有与第一照明光1108的第一波长(或波长的范围)或偏振不同的第二波长(或波长的范围)或偏振。双孔径组件的外部区域可以被配置成用于允许由具有小于预定的高度阈值H的高度的物体反射的来自第二照明光1110的光通过。此外，内部区域可以被配置成用于允许由具有小于预定的高度阈值H的高度的物体反射的来自第二照明光1110的光通过。因此，第二照明光1110通过双孔径组件的整个直径(内部区域和外部区域)。如上文所提及的，具有低于预定的高度阈值H的高度的物体的工作距离更大。外部区域的较大孔径允许例如更大量的光被双孔径组件准予进入。
在一些实施例中，被用于投射第一照明光1108和第二照明光1110的光源可以各自包括用于提供特定类型(波长或偏振)的照明光的LED或激光二极管。在一些实施例中，多光谱光源可以被用于提供第一照明光1108和第二照明光1110两者。如本文中所使用，多光谱光源是可以单独地生成多个不同波长的光的光源(例如，包括多个不同的光子组件的光源组件，其中的每个子组件可以生成不同的相应的波长峰或带)。在一些实施例中，多光谱光源可以在单个封装中包括各种颜色的LED管芯。例如，多光谱光源可以是RGB LED、RGBWLED、RGB(IR)LED、RGBY LED或其他RGB或多波长LED类型。
如上文所讨论的，在一些实施例中，ID(例如，条形码)读取器也可以以手持式配置被提供，该手持式配置允许用户例如在检验现场上从物体移动到物体，并随意改变读取器与物体表面之间的距离或相对角度。图12是根据本技术的实施例的具有双孔径的手持式机器视觉系统的图。在所图示的实施例中，机器视觉系统1200被配置成具有外壳1222的手持式系统1220。如上文所提及的，物体1206与手持式系统1200之间的距离可以取决于用户定位手持式系统1220的位置而变化。
在一些实施例中，手持式系统1220可以包括被定位在外壳1222中的相机1202、光学组件1204以及轴上瞄准器和距离测量组件1216。在所图示的实施例中，光学组件1204被定位在相机1202的前面。如上文关于图1和图3所描述的，相机1202可以包括各种元件，这些元件包括例如图像传感器和处理器，并且光学组件1204可以包括透镜布置和双孔径组件(例如，如上文所描述的)。在一些实施例中，双孔径组件可以被配置成用于控制手持式系统1220(例如，ID读取器)的DOF。在一些实施例中，双孔径组件可以包括两个区域并且每个区域可以被采样以提供不同的孔径值和DOF。例如，双孔径组件可以包括被配置成用于提供小孔径(和大DOF)的内部区域以及被配置成用于提供较大孔径(和小DOF)的外部区域。由此，取决于孔径系统的哪个(哪些)区域被使用，利用不同DOF的图像可以被容易地获得。应当注意的是，所描绘的部件的布置是对范围广泛的布局和部件类型的说明。由此，虽然其他实施例可以展示其他配置，但所图示的实施例被提供以教导提供说明性实施例的功能的部件的可能的布置。例如，孔径组件可以是多孔径组件(诸如例如，上文所讨论的四孔径组件)。
在所图示的实施例中，双孔径组件的第一区域可以被用于采集具有距手持式系统1220小于预定的距离阈值的距离的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)，并且第一区域和第二区域可以一起被用于采集具有距手持式系统1220大于预定的距离阈值的距离的物体上的图像(例如，ID(诸如例如，条形码)的图像)。在一些实施例中，第一照明光1208和第二照明光1210可以(例如，使用相机1202的处理器)被选择性地激活，以选择用于图像采集的双孔径组件的(一个或多个)区域和孔径大小。因此，第一照明光1208和第二照明光1210可以被用于在不同时间投射光束。在所图示的实施例中，手持式系统1220可以被配置成用于基于如由轴上瞄准器和距离测量系统1216测得的、物体1206与手持式系统1220(例如，光学组件1204的一个或多个透镜)之间的距离来选择第一照明光1208和第二照明光中的一个照明光。因此，手持式系统1220被配置成用于通过选择性地提供第一照明光1208或第二照明光1210来采集距手持式系统1220不同距离处的物体的图像。在一些实施例中，第一照明光1208以及双孔径组件的内部区域可以被用于使用小孔径和大DOF采集图像。在一些实施例中，第二照明光1210以及双孔径组件的内部区域和外部区域可以被用于使用大孔径和小DOF采集图像。
在一些实施例中，轴上瞄准器和距离测量组件1216可以被配置成用于投射瞄准器图案，该瞄准器图案可以由手持式系统1220的用户引导到物体1206(例如，物体1206上的条形码)上(例如，相对于手持式系统1220恰当地取向在物体1206上的条形码)。在一些实施例中，由轴上瞄准器和距离测量系统1216投射的用于生成瞄准器图案的光束可以与读取器光轴线OA基本上是同轴的(轴上的)。例如，反射组件1218可以被用于将来自轴上瞄准器和距离测量组件1216的光源的光引导至与读取器光轴线OA同轴的路径。在一些实施例中，由轴上瞄准器和距离测量组件1216投射的光束被配置成既被用作瞄准器光束又被用于确定手持式系统1220(例如，光学组件1204的一个或多个透镜)与物体1206之间的距离。例如，手持式系统1220与物体1206之间的距离可以基于来自投射的瞄准图案的反射光来确定。在一些实施例中，手持式系统1220可以包括分开的瞄准器和距离传感器。
由轴上瞄准器和距离测量组件1216测得的距离可以与预定的距离阈值进行比较(例如，使用相机1202的处理器)。如果物体1206与手持式系统1220之间的距离低于预定的距离阈值，则第一照明光1208可以使用光源以适当的角度被投射，以采集物体1206的图像(例如，物体1206的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第一照明光1208的光源可以被定位成用于以期望的角度投射第一照明光1208。如所提及的，第一照明光1208可以与双孔径组件的内部区域(小孔径)相关联。在一些实施例中，第一照明光1208具有第一波长(或波长的范围)或偏振。双孔径组件的内部区域可以被配置成用于允许由具有低于预定的距离阈值的距离的物体反射的第一照明光1208通过，并且双孔径组件的外部区域可以被配置成用于阻塞由具有低于预定的距离阈值的距离的物体反射的第一照明光1208不通过。如上文所提及的，当物体上的条形码更靠近手持式系统1220时，由双孔径组件准予进入的光的量是不太关键的。
如果物体1206与手持式系统1220之间的距离高于预定的距离阈值，则第二照明光1210可以使用光源以适当的角度被投射，以采集物体1206的图像(例如，物体1206的表面上的任何预期的ID的图像)。例如，被用于投射第二照明光1210的光源可以被定位成用于以期望的角度投射第二照明光1210。第二照明光1210可以与双孔径组件的外部区域(大孔径)相关联。在一些实施例中，第二照明光1210可具有与第一照明光1208的第一波长(或波长的范围)或偏振不同的第二波长(或波长的范围)或偏振。双孔径组件的外部区域可以被配置成用于允许具有超过预定的距离阈值的高度的由物体反射的来自第二照明光1210的光通过。此外，内部区域可以被配置成用于允许具有超过预定的距离阈值的距离的由物体反射的来自第二照明光1210的光通过。因此，第二照明光1210通过双孔径组件的整个直径(内部区域和外部区域)。如上文所提及的，外部区域的较大孔径允许例如更大量的光被双孔径组件准予进入。
在一些实施例中，被用于投射第一照明光1208和第二照明光1210的光源可以各自包括用于提供特定类型(波长或偏振)的照明光的LED或激光二极管。在一些实施例中，多光谱光源可以被用于提供第一照明光1208和第二照明光1210两者。如本文中所使用，多光谱光源是可以单独地生成多个不同波长的光的光源(例如，包括多个不同的光子组件的光源组件，其中的每个子组件可以生成不同的相应的波长峰或带)。在一些实施例中，多光谱光源可以在单个封装中包括各种颜色的LED管芯。例如，多光谱光源可以是RGB LED、RGBWLED、RGB(IR)LED、RGBY LED或其他RGB或多波长LED类型。
前述内容已经是本技术的说明性实施例的详细描述。可作出各种修改和附加而不脱离本发明的精神和范围。上文所描述的各种实施例中的每一个实施例的特征可以适当地与其他描述的实施例的特征组合，以便在相关联的新的实施例中提供多种特征组合。此外，尽管前述内容描述了本公开的装置和方法的多个单独的实施例，但是本文中已经描述的仅仅是本公开的原理的应用的说明。此外，如本文中所使用，各种方向和取向术语，诸如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“前部”、“后部”、“左”、“右”等仅用作相对约定，而不用作相对于固定坐标系(诸如重力)的绝对取向。因此，本说明书意在以示例方式给出，并且不意在以其他方式限制本发明的范围。
在一些实施例中，可使用标准编程或工程技术来将本技术的各方面(包括根据本技术的方法的计算机化实现方式)实现为系统、方法、装置或制品，以生产软件、固件、硬件或其任何组合从而控制处理器设备(例如，串行或并行通用或专用处理器芯片，单核心或多核心芯片，微处理器，现场可编程门阵列，控制单元、算术逻辑单元与处理器寄存器的任何各种组合等等)、计算机(例如，可操作地耦合到存储器的处理器设备)或另一个电子操作的控制器来实现本文中详述的各方面。相应地，例如，本技术的实施例可以被实现为在非瞬态计算机可读介质上有形地实现的指令集，使得处理器设备能够基于从计算机可读介质读取指令来实现指令。本技术的一些实施例可包括(或利用)控制设备，诸如自动设备、包括各种计算机硬件、软件、固件等等的专用或通用计算机，与下文的讨论一致。作为具体示例，控制设备可包括处理器、微控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器、逻辑门等、以及本领域中已知的用于实现适当功能(例如，存储器、通信系统、功率源、用户接口和其他输入等)的其他典型部件。
如本文中所使用，术语“制品”旨在包含可从任何计算机可读设备、载体(例如，非瞬态信号)或介质(例如，非瞬态介质)访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可包括但不限于：磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带等)、光盘(例如，致密盘(CD)、数字多用盘(DVD)等)、智能卡以及闪存存储器设备(例如，卡、棒等)。附加地，将要领会的是，可以采用载波来承载计算机可读电子数据，诸如，用于发送和接收电子邮件或用于访问诸如互联网或局域网(LAN)之类的网络的那些计算机可读电子数据。本领域技术人员将认识到，可以对这些配置作出许多修改，而不脱离所要求保护的主题的范围和精神。
根据本技术的方法的某些操作或执行那些方法的系统的某些操作可在附图中示意性地表示或在本文中另行讨论。除非另有指定或限制，特定操作在附图中以特定空间次序的表示不一定要求那些操作要以与该特定空间次序相对应的特定的顺序来执行。相应地，附图中所表示或本文中另行公开的某些操作可以按照适于本技术的特定实施例的方式、以与明确说明或描述的次序不同的次序来执行。进一步地，在一些实施例中，某些操作可被并行地执行，包括由专用并行处理设备执行，或由被配置成用于作为大系统的一部分进行交互操作的单独的计算设备来执行。
如本文在计算机实现方式的上下文中使用的，除非另外指定或限制，否则术语“部件”、“系统”、“模块”及类似者旨在涵盖包括硬件、软件、硬件和软件的组合、或执行中的软件的计算机相关系统的部分或全部。例如，部件可以是但不限于是处理器设备、正由处理器设备执行(或可由处理器设备执行)的过程、对象、可执行件、执行的线程、计算机程序，或计算机。通过图示的方式，在计算机上运行的应用和该计算机两者均可以是部件。一个或多个部件(或系统、模块等)可以驻留在执行的进程或线程内、可以被定位于一个计算机上、可以被分布在两个或更多个计算机或其他处理器设备之间、或可以被包括在另一个部件(或系统、模块等)内。

Claims (23)

1.一种机器视觉系统，包括：
光学组件，所述光学组件具有固定的多孔径组件和至少一个透镜；
传感器组件，所述传感器组件包括图像传感器和处理器设备；以及
照明组件；
所述照明组件被配置成用于使用第一类型的光或第二类型的光选择性地对物体照明以用于图像采集；
所述固定的多孔径组件具有第一区域和第二区域，所述第一区域被配置成用于使所述第一类型的光和所述第二类型的光通过，并且所述第二区域被配置成用于对所述第一类型的光进行滤波并使所述第二类型的光通过，使得用所述第二类型的光进行的照明比用所述第一类型的光进行的照明提供更大的光孔径；以及
所述处理器设备被配置成用于：
基于分析由所述传感器组件采集的第一图像或针对所述第一图像的第一图像采集过程中的至少一者来选择所述第一类型的光或所述第二类型的光中的至少一者；
控制所述机器视觉系统使用所述第一类型的光或所述第二类型的光中的所选择的至少一者来采集第二图像；以及
分析所述第二图像以解码所述第二图像中的符号。
2.根据权利要求1所述的机器视觉系统，其中，所述处理器设备被配置成用于基于以下各项中的一项或多项来选择所述第一类型的光或所述第二类型的光中的至少一者：
确定针对所述第一图像采集过程的曝光时间超过阈值曝光时间；
标识所述第一图像的饱和区域；
标识所述第一图像中的热点或杂散光区域中的至少一者；
确定至所述第一图像中包括的目标物体的距离；或者
确定所述第一图像中包括的物体的尺寸。
3.一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的装置，所述装置包括：
光学组件，所述光学组件包括：
双孔径组件，所述双孔径组件具有内部区域和外部区域；以及
至少一个透镜；
图像传感器；
第一光源，所述第一光源被配置成用于生成与所述双孔径组件的所述内部区域相关联的第一光束；
第二光源，所述第二光源被配置成用于生成与所述双孔径组件的所述外部区域相关联的第二光束；以及
处理器设备，所述处理器设备与所述光学组件、所述第一光源和所述第二光源处于通信，所述处理器设备被配置成用于通过选择所述第一光源或所述第二光源中的一个光源用于对物体照明以采集所述物体的图像来控制所述读取器的景深，所述选择基于所述视觉系统的至少一个参数。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述内部区域限定第一孔径来提供第一景深；以及
其中所述外部区域和所述内部区域限定大于所述第一孔径的第二孔径来提供小于所述第一景深的第二景深。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个透镜包括液体透镜。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述处理器设备进一步被配置成用于使用所述双孔径组件的所述内部区域或所述外部区域中的至少一者、基于用所述读取器采集的第一图像来确定所述至少一个参数，其中所述至少一个参数与所述视觉系统的元件中的一个或多个元件或与所述物体相关联。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一光束具有第一波长，并且所述第二光束具有不同于所述第一波长的第二波长；并且
其中所述双孔径组件的所述外部区域被配置成用于使所述第二波长通过但不使所述第一波长通过。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一光束具有第一偏振，并且所述第二光束具有不同于所述第一偏振的第二偏振；并且
其中所述双孔径组件的所述外部区域被配置成用于使具有所述第二偏振的光通过但不使具有所述第一偏振的光通过。
9.根据权利要求3所述的装置，进一步包括被配置成用于确定所述物体的高度的距离传感器，并且其中所述视觉系统的所述至少一个参数是所述物体的所述高度。
10.根据权利要求3所述的装置，进一步包括被配置成用于确定所述光学组件与所述物体之间的距离的距离传感器，并且其中所述视觉系统的所述至少一个参数是所述光学组件与所述物体之间的所述距离。
11.一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的方法，所述方法包括：
使用第一类型的光的第一光束以及与所述第一类型的光相关联的、多孔径组件的第一区域来采集物体的第一图像；
确定与所述第一图像相关联的至少一个参数；
基于所述至少一个参数，使用第二类型的光的第二光束以及与所述第二类型的光相关联的、所述多孔径组件的第二区域来采集所述物体的第二图像，所述第二图像具有与所述第一图像的景深不同的景深。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个参数是用于采集所述第一图像的曝光时间，并且所述第二图像基于将所述曝光时间与最大曝光时间阈值进行比较来采集。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一光束具有第一波长，并且所述多孔径组件的所述第一区域是内部区域，并且其中所述第二光束具有不同于所述第一波长的第二波长，并且所述多孔径组件的所述第二区域是外部区域。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个参数包括所述第一图像中的至少一个饱和区域的饱和度值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一光束具有第一偏振，并且所述第二光束具有不同于所述第一偏振的第二偏振。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个参数包括所述第一图像中的至少一个热点或杂散光区域的像素值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一光束具有第一偏振或第一颜色值中的一个或多个，并且所述多孔径组件的所述第一区域是外部区域，并且其中所述第二光束具有不同于所述第一偏振的第二偏振或不同于所述第一颜色值的第二颜色值中的一个或多个，并且所述多孔径组件的所述第二区域是内部区域。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，符号为直接零件标示符号。
19.根据权利要求11所述的方法，进一步包括
在不组合所述第一图像和所述第二图像的情况下，分析所述第二图像内的所述物体。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多孔径组件的所述第一区域是外部区域，并且被配置成用于使所述第二类型的光通过但不使所述第一类型的光通过；并且
其中所述多孔径组件的所述第二区域是内部区域，并且被配置成用于使所述第一类型的光和所述第二类型的光通过。
21.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个参数是所述物体的尺寸。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一光束具有第一波长，并且所述多孔径组件的所述第一区域是外部区域，并且其中所述第二光束具有不同于所述第一波长的第二波长，并且所述多孔径组件的所述第二区域是内部区域。
23.一种用于控制视觉系统中的读取器的景深的装置，所述装置包括：
光学组件，所述光学组件包括：
双孔径组件，所述双孔径组件具有内部区域和外部区域；以及
至少一个透镜；
图像传感器；
第一光源，所述第一光源被配置成用于生成第一光束，所述第一光束被配置成用于由所述双孔径组件的所述内部区域透射，并且所述第一光源被配置成用于将所述第一光束投射到具有大于预定的高度阈值的高度的第一物体上；
第二光源，所述第二光源被配置成用于生成第二光束，所述第二光束被配置成用于由所述双孔径组件的所述内部区域和所述外部区域透射，并且所述第二光源被配置成用于将所述第二光束投射到具有小于所述预定的高度阈值的高度的第二物体上；以及
处理器设备，所述处理器设备与所述光学组件、所述第一光源和所述第二光源处于通信。
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