CN1332840A - 物流信息读取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明毋需等待到物体通过就能即时处理有关所检测之物体的尺寸与姿势以及两物体间距离的信息。所用到的信息读取设备包括:设于流道(2)上方用于能在预定范围内俯瞰此流道的摄像装置(3);设于摄像装置(3)附近且位于流道(2)上方,用于探测主流道(2)距离的传感器(4);响应通过流道(2)的物体的探测结果接收摄像装置(3)所拍摄的数字图像数据的处理装置(5),此处理装置(5)于是能根据上述传感器探测值的变化来计算此物体的高度,并在表观图像尺寸对应于摄像机距离的校正值的基础上,根据对应于轮廓数据的像素阵列,对此物体的实际长度与宽度进行校正运算;以及用于产生处理结果的输出装置(6)。

Description

物流信息读取设备
本发明涉及在物流设备的自动控制领域等需要认识于流道上移动的物体的领域之中，适用于读取沿流道上移动的被测物的大小(长、宽、直径、体积等)、被测物相对于流道方向的倾度、前后被测物之间的距离等的物流信息读取设备。
在控制带式传送带等的物流机器方面，通过了解成为控制对象的货物的形状、体积、姿势与货物间隔，能够大幅度地改进物流的能力与成本。
在先有的物流机器中，有关货物的形状、体积、姿势、间隔等，分别是用不同的探测装置进行测定，货物的实际尺寸是通过直接测量或是用通过速度与通过时间来算出距离与长度等。
例如在把传送带上流动的货物通过位于下游的分流控制装置分流时，为了避免分流的货物与其前后的货物冲突作有效的分流时，分流控制装置必须预先知道进行分流的货物与其前后货物的间隔和分流货物本身的长度。
在先有的物流机器中，当需要测量货物的形状、容积、姿势与间隔时，必须将对应于各种目的的测定装置分别设置到各相应的目的地，而且这样一些有关的传感器也需要是规模大的同时数量也多。
具体地说，例如为了测量货物与货物的间隔，多采用利用光电管的面传感器，这是与流道平行地将多个光电管并列构造成的面传感器两个以相向组合的形式设置，当货物进到面传感器内，由于光被遮断而可通过光电管的通、断的个数来测量货物的间隔，此外，为了测量货物的长度，多采用除面传感器外还设有激光扫描器等来读取激光器的反射的方法。这样，为了测量货物的间隔与长度，需要分别设置多个传感器。因此，这各个测量结果多数情形下也不得不由I/O通信、串行通信、并行通信等各个不同的方式传送给分流控制装置。
为了同这种不同的测量装置与收授程序相对应，必须在利用测定结果的分流控制装置中准备与此各个程序相对应的硬件与软件，而且到分流装置利用这些测量结果的处理时间也各不相同。
在上述情形下，分流控制装置由于必须决定与最晚测量对象的处理时间相配合的处理时间，就难以在输送线以充分速度行驶的同时求得数据。因此，为了测量货物，相对于货物的延迟时间部分，通常须使输送线减速或是停止。
据此，在上述方法下，为了实现在短时间内高效地分流许多货物的装置，为了使测量装置(传感器)的设置场所与传送带的速度等最佳化，就需对整个物流系统作精细与复杂的调节。
于是希望能有可同时和高速地获得货物的形状、体积、姿势与间隔等许多信息的设备。
由此，迄今已考虑过从全方向测量货物，在货物通过测量装置的测量区域后对此测量结果进行计算处理的方法。具体地说，例如为了六面体的货物，已有过沿三个方向设置超声波传感器，测量这些传感器交替地通、断、通状态的方法。在这种方法下，不仅需用货物通过测量装置的时间以上的处理时间，而对于一个方向来说，为使其成为不妨碍行进方向的方向，就不能同时测量其他两个方向，为了沿此方向进行测量，就必需于输送线上设置直角拐弯部，在货物转过90°后再对其测量。于是，需要将货物与货物的间隔拓宽到对应于使上述处理全部结束所需时间以上的距离，这就难以实现高效的物流系统。
为了解决上述问题，本发明提供了这样的物流信息读取设备。它能对通过流道内的被测物进行摄像，通过处理此所摄图像就可获得被测物的尺寸与姿势以及被测物之间的距离信息。
具体地说，作为信息收集装置采用了CCD摄像机等的摄像装置与应用超声波等的距离传感器，把由摄像装置获得的数字图像应用距离传感器求得的数据在进行图像处理同时，收集与分析物流控制中必要的数据。
由此，不必等待被测物的通过时间就能瞬时地取得被测物的尺寸与姿势以及被测物之间的距离信息，而且能同时地将此结果输向外部。
本发明的物流信息读取设备由以下装置构成。
(1)为俯瞰流道而设置成能对流道的规定范围进行摄像的摄像装置；
(2)设于上述摄像装置附近，探测流道或到流道上被测物的距离的距离传感器；
(3)根据上述摄像装置摄取的流道上被测物的数字图像数据，析出被测物形状的形状析出装置。
(4)根据上述距离传感器探测值的变化来对被测物的高度数据进行运算，同时对上述形状析出装置析出的形状数据的表观大小应用与摄像距离相对应的校正值进行校正，而对被测物的实际大小进行运算的运算处理装置。
(5)将此运算处理装置的运算结果输出到外部的输出装置。
于是本发明的设备通过接收被测物的探测信号，能由图像处理迅即获得被测物的高度、长度、宽度或直径等尺寸信息，将这些信息与相应被测物的识别数据同时输出到外部，就能把它们有效地用作此流道下游侧中控制用或监视用的数据。
本发明的运算处理装置具有这样的功能，它可根据前一被测物的通过、因后一被测物通过致上述距离传感器的探测值的变化，以及上述摄像装置所摄取的数字图像数据，对流道内被测物相互间的距离进行计算，由于具有这样的功能，就能在本次被测物数据之后连续地将与下次被测物之间的距离输向外部。
上述运算处理装置具有这样的功能，它可通过对上述形状数据中的像素排列相对于纵横方向的斜度进行运算，在以之作为被测物相对于流道方向的倾角输出的同时，根据与此倾角相对应的校正值能对前述长度与宽度数据进行校正运算，由于具有这样的功能，除能将被测物相对于流道输送角度的姿势作为信息送给外部外，还能防止按倾斜状态输送时的尺寸误差。
上述运算处理程序具有这样的功能，它可根据前述形状数据中纵横方向的变形，认识沿各轴测量方向的收缩率，根据对应于各收缩率的校正值，来校正上述摄像装置的摄像视差，由于具有这样的功能，对于摄相装置的视差以及摄相装置倾斜设置时，也能获得正确的数据。
本发明对于被测物的长度超出前述摄像装置的摄像范围的情形，具有能判定预先决定此长度的测定最大值的装置，在判定无误差时将结果输出。
本发明可在上述摄像装置与运算处理装置上连接监视器，通过在监视器画面上显示由上述摄像装置摄取的图像数据与被测物的大小数据等，可以由操作人员目视确认测量位置。
本发明中，流道为传送带，被测物是沿传送带上输运的货物，因此能适用于传送带中控制系统的检测装置。
本发明中，上述流道是道路、线路等交通道，而被测物是汽车、电车等交通机构，因而能有效地用于交通状况的掌握与识别。这就是说，本发明中的流道不仅是带式传送带那样的流道本身是运动着的情形，而且也包括固定式的于其上的物体可自行行走的流道。
再有，本发明中的前述运算处理装置通过配备能对被测物上贴附或记载的标志进行读取的功能，就不需先前所用的图像传感方式的条形码或字符的读取功能等。上面所谓的标志则包括除条形码以外的数字、文字、图形等。即能广泛对应于可由图像处理认识的内容。
从以上所述可知，本发明对通过流道的被测物进行摄像并对此种图像进行处理，能不用等待被测物的通过时间而由图像处理即时地获得被测物的尺寸与姿势以及被测物之间的距离信息，因此与先有的各种测量装置在测量被测物时的情形相比，能缩短数据的处理时间，不妨碍流道的整体流通性，而将测量结果传送到外部。此外，由于能取得作为数字数据的信息，故能实现应用计算机的灵活处理。还由于必需的传感器等的部件数大大少于先有技术的情形，故能具有良好的耐用性与保养性，而且可以降低成本。
图1说明本发明第一实施形式的物流信息读取设备的硬件结构。
图2是示明上述设备处理程序的流程图。
图3例示处理过程中监视器的输出画面。
图4是将本发明的读取设备多台连接使用时的说明图。
下面参照附图说明本发明的实施例。
图1示明将本发明的物流信息读取设备用于沿传送带上运送货物的探测的第一实施形式中的硬件结构。
此读取设备1固定安装于带式传送带200上方，包括：从带式传送带2上俯瞰摄像的CCD摄像机3；与CCD摄像机3相邻固定配置且垂直地朝向带式传送带2的超声波距离传感器4；与CCD摄像机3和距离传感器4的输出端连接用作图像识别装置与运算处理工具的运算处理装置5，以及与处理装置5连接的输出部。
带式传送带2上有由高度H、宽度W、长度L分别不同的多种捆包用波纹纸箱捆包的长方体形的货物A、B、…，它们分隔可适当的间距d沿箭头方向输送，取决于上游侧的供给方式，各个货物A、B、…的间隔、种类与输送姿势多种多样。
CCD摄像机3能对传送带2的所定范围作固定式的摄像，它的视场角度α固定为常值，且取固定焦点，能省略自动聚焦功能等。由于采用了通过处理摄取的图像来处理货物的信息的方式，故与先有的方式不同，即使只有未通过严密地对焦所获得的信息，也能经过对其进行图像处理而可用作物流控制中的充分信息。
本实施采用由此CCD摄像机3拍摄的NTSC方式的模拟图像，此图像作为实图像输出到设备1附近所设的监控电视屏上，同时经A/D变换器8进行数字变换，将此数字图像数据输出给运算处理装置5。
超声波距离传感器4时刻地监控相对于传送带2的距离及沿传送带2上传送的货物的实际高度变化，与计数脉冲数相对应的数字信号除时刻送到运算处理装置5一方外，在本实施形式下还用作根据货物始端与终端通过时检测值的变化进行图像运算处理的触发信号。
但是作为触发信号，不仅可以选择距离传感器4的检测值的变化，还可以选择外部的输入以及由运算处理装置5中内设的软件所产生的结果。
此外，作为距离传感器，在本实施例中为了与CCD摄像机3的摄像区域和传送带2的振摆等造成的误差等相对应，采用了检测范围较广而不要求严格的检测精度的超声波距离传感器4，但是除了以超声波为媒体外，还可以采用红外距离传感器、激光距离传感器等。
运算处理装置5由微机也即由CPU、ROM、RAM等构成，其中的CPU通过I/O口从上述距离传感器4与CCD摄像机3输入数据，按照ROM中存储的程序，运算沿传送带2上输送的货物的高度、纵横尺寸与货物间的距离，在将此运算结果顺次输送给设备1所在位置附近的监控电视机7和一同处于该处的监视器用个人计算机9，并在同时经输出部6传送到外部。
传送来的数据通过设于设备1下游的个人计算机10进入，并存储于此有效地用作与流通有关的数据资源。
作为这种数据的用途，例如将此数据转送到位于传送带2下游侧的分流控制装置等，有效地用作此分流控制装置分流处理时各货物A、B区分用的数据，此外也能作为合流、分流、拾取及检查物品等用途的数据资源。
运算处理装置5上设有用于连接多台设备1的连接终端部5a，通过此连接终端部5a将多台设备1经由数字链等连接使用，就能读取处理更广范围的图像，还因此能内设用于控制各设备1的优先顺序的功能。
图2示明上述运算处理装置5的处理程序。首先使传送带2接通电源而设备1的整体进入工作状态，在初始阶段，通过距离传感器4的探测求得基准高度(Hb)，即货物还没有从上游侧流下状态时与此传送带表面间的距离。再算出用于将基准高度的在画面上的一个点换算为实际长度的点比率D＝(Lo/Lvo)。这里的Lo是预先明确了长度的基准物的长度而Lvo是将该基准物于画面上显示时的点数。
于上述作业同时，取得由CCD摄像机3拍摄的基准图像(Sb)(步骤1、2)。
然后时刻监视传感器4输出的高度(Hn)，判断此值是否与基准高度(Hb)一致(步骤3、4)，具体地说，当判断出货物通过此位置时，取现在的高度(Hn)与基准高度(Hb)的差，算出相应货物的高度(步骤5)。
与此同时，取上述传感器4的信号变化作为触发信号，作为附属于该货物的ID号等的数据，设计数1为正，输入由CCD摄像机3拍摄得的现在的图像数据(Sn)。
在上述图像数据中由于写入了成为背景色的传送带以及货物的整体图像，于是对现在的图像数据(Sn)、基准图像数据(Sb)一起进行颜色不匀的校正(Se1)(步骤8)。
这就是说，传送带2的颜色是成为底色的暗色，在没有货物的状态下所拍摄到的只是背景色，而在有货物的状态下，货物一般是波纹形的黄褐色，由于以外的部分是背景色，通过对此背景色作同一灰度的校正，对比度变得明显。
然后据此数据析出货物的轮廓，进行二值化数据化(Se2)，根据此析出轮廓的数据再进行除去不成为轮廓的若干点的像素处理，获得了除去了噪声成份的校正图像(Se3)(步骤9)。
再据此校正图像(Se3)计算表观的货物宽度(Wv)与长度(Lv)(步骤10)。这是作为前述校正图像(Se3)的轮廓宽度与长度点数计算的。
要是被测物是长方体形的货物，可对纵横的点抽样，将连接这些点的线段的交点作为该货物轮廓算出，由此可减轻处理装置5的负荷，缩短处理时间。
这时，当出现有长度未能完全进入CCD摄像机3的画面的货物时，未能检测出轮廓的终端，但此时为了输出作为预先决定的最大值，可以设定程序。例如对于沿此输送线输送的各种货物之中，可设定与其中具有最大长度的货物相对应的数值。
再有，于传送带2上输送的货物并不限于在传送带2上平行地设置，有时是取斜置方式输送的。为了应付这种情形，在相应程序内设有坐标变换式，应用此坐标变换式对数据进行正交变换，计算基于此种值的宽度与长度，在后述的输出时，将货物相对于传送带2输送方向的倾角也作为数据输出，能够作为在下游侧用于姿势控制等的数据资源。
为了校正摄像中设置角度所产生的视差，也可弄清形状数据中由于纵横方向的变形而在各个轴的测定方向中产生的收缩率，根据对应于各收缩率的校正值进行校正。
经上述处理后，对前述表观的宽度(Wv)与长度(Lv)乘以高度校正值(C)和点比率(D)二者。高度校正值C由C＝(Hb/Hn)给定，点比率如前所述由D＝(Lo/Lvo)给出。这就是原本的宽度W与长度L分别由W＝Wv×C×D与L＝Lv×C×D求得(步骤11、12)。
然后，根据以上计算结果，将该通过货物的宽度(W)、长度(L)与高度(H)经输出部6传送到外部(步骤13)。此时，对于产生有倾角的情形，可以将倾角数据与体积数据等也输出，同时也可输出由累积计数表示该货物的ID号数据与当前时刻的数据等。
另一方面，此时也可进行传感器4测得的基准高度(Hb)与现在高度(Hn)的比较，当返回到基准高度的也即图像处理结束时的货物移动到检测范围以外时，则通过接收到此信号变化而对与下一货物间的间隔进行监控，同时进行传送带2表面的图像处理(步骤15)。
上述图像处理按与前面的步骤6～12相同的程序进行，算出与下一货物间的距离(d)，与前述数据同时输出(步骤16)。此外，即令此时货物间的距离长到不能进到摄像范围内的程度，可以作为预设定的分隔距离输出。
以上的步骤5～16的处理可以对应于运算处理装置5中CPU的时钟频率以极高的速度进行运算，而在此处理途中的输出数据可以由适当的GUI显示于各个人计算机9、10的监视器上。
图3例示上述显示内容，监视器上显示的窗口图像具有图形显示区和数值显示区，图形显示区中由虚线等的图形表示货物的纵横长度，数值显示区中则有以数值表示的ID号、现在时刻、长度、高度、宽度及体积、相对于传送带输送方向的倾角、与下一货物的分隔距离等。
当下一货物为距离传感器4检测出后，便清除这次的数据(步骤16、17)，再重复进行相对于下一货物的从步骤5开始的处理。
在以上的实施形式中，在带式传送带2的正上方固定地设置有CCD摄像机3而将货物图像作为平面图像拍摄，但也可将此摄像机按规定的倾角固定就也能拍摄三维立体图像，这时也能掌握沿各个轴向的收缩率进行同样的校正。
此外，不仅是捆包/捆包箱中的长方体形货物，即使是以多面体形、圆筒形输送的货物也能检测出，就算是上部开口的纸板箱，若是析出其轮廓所得的形式，显然它的立体形状也是可读取的。
在货物上面贴有印刷了条形码等记号的标签时，于图像处理阶段，这些记号数据也被提取出并可以进行读取。此时可于运算处理装置5中预先内设条形码的读取程序，而不需激光扫描器等专用的条形码阅读器。这类读取记号当然不仅是条形码，例如数字与文字等也能识别。
图4示明将本发明的读取设备1多台连接，适用于货物读取的第二实施形式。设备1的结构与第一实施形式的相同，因此引用相同的标号进行说明。
此第二实施形式通过各设备1中的运算处理装置5的连接终端由数字链连接，将各CCD摄像机3于带式传送带2的上部配置成使它们各自的摄像范围相互搭合。
在这样地连接配置多台设备1时，对于货物的长度或宽度很大而不能由一台CCD摄像机3拍摄下时的广区域的图像处理，由于能由各台设备分担进行，每台设备均摊的负担便少，故可高速地处理。
再有，在以上各实施形式中，是把本发明设备的一台或多台用于沿传送带上输送的货物的读取，但本发明也能用于其他物流机构或交通系统中被测物的纵横高度尺寸等的大小与被测物之间距离的测定。例如也能用于道路上行驶车辆种类的检测、车辆相互间距离的测定等各个方面。

Claims (9)

1.物流信息读取设备，它由以下装置构成：
(1)为俯瞰流道而设置成能对流道的规定范围进行摄像的摄像装置；
(2)设于上述摄像装置附近，探测流道或到流道上被测物的距离的距离传感器；
(3)根据上述摄像装置摄取的流道上被测物的数字图像数据，析出被测物形状的形状析出装置；
(4)根据上述距离传感器探测值的变化来对被测物的高度数据进行运算，同时对上述形状析出装置析出的形状数据的表观大小应用与摄像距离相对应的校正值进行校正，而对被测物的实际大小进行运算的运算处理装置；
(5)将此运算处理装置的运算结果输出到外部的输出装置。
2.权利要求1所述的物流信息读取设备，其中所述的运算处理装置具有这样的功能，它可根据前一被测物的通过、因后一被测物通过致上述距离传感器的探测值的变化，以及上述摄像装置所摄取的数字图像数据，对流道内被测物相互间的距离进行计算。
3.权利要求2所述的物流信息读取设备，其中所述的运算处理装置具有这样的功能，它可通过对上述形状数据中的像素排列相对于纵横方向的斜度进行运算，在以此作为被测物相对于流道方向的倾角输出的同时，根据与此倾角相对应的校正值能对前述长度与宽度数据进行校正运算。
4.权利要求1～3中任一项所述的物流信息读取设备，其中所述的运算处理程序具有这样的功能，它可根据前述形状数据中纵横方向的变形，认识沿各轴测量方向的收缩率，根据对应于各收缩率的校正值来校正上述摄像装置的视差。
5.权利要求1～4中任一项所述的物流信息读取设备，其中对于被测物的长度超出前述摄像装置的摄像范围的情形，具有能判定预先决定此长度的测定最大值的装置。
6.权利要求1～5中任一项所述的物流信息读取设备，其中可在上述摄像装置与运算处理装置上连接监视器，通过在监视器画面上显示由上述摄像装置摄取的图像数据与被测物的大小数据等。
7.权利要求1～6中任一项所述的物流信息读取设备，其中所述的流道为传送带而被测物是沿传送带上输运的货物。
8.权利要求1～6中任一项所述的物流信息读取设备，其中所述的流道是道路、线路等交通道，而被测物是汽车、电车等交通机构。
9.权利要求1～8中任一项所述的物流信息读取设备，其中所述运算处理装置具有可对被测物上贴附或记载的标志进行读取的功能。
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