KR20200064002A - 이미지 센서 판독 방법 - Google Patents

Abstract

이미징 장치(2) 및 이미징 장치(2) 내 이미지 센서(10)를 판독하기 위한 방법.
이미징 장치(2)는 이미징 장치(2)를 물체(4)에 포커싱할 수 있는 광학계(3)를 가진다. 이미지 센서(1)는 복수의 센서 라인(5)을 가지며, 각각의 센서 라인(5)은 복수의 선형 배열된(선호됨), 개별적으로 판독가능한(선호됨), 픽셀 요소를 포함한다. 픽셀 범위(7)가 센서 라인(5)의 일 선택을 적어도 포함하도록 픽셀 범위(7)가 규정된다. 이미지 센서(1)의 판독은 픽셀 범위(7) 내 픽셀 요소(6)로 제한된다.

Description

이미지 센서 판독 방법{Method for Reading an Image Sensor}

본 발명은 이미징 장치에서 이미지 센서를 판독하는 방법에 관한 것으로, 상기 이미징 장치는 상기 이미징 장치가 물체에 초점을 맞출 수 있는 광학 수단을 갖고, 상기 이미지 센서는 복수의 센서 라인을 가지며, 각각의 센서 라인은 바람직하게는 선형으로 배열 된, 바람직하게는 개별적으로 판독 가능한 복수의 픽셀 요소들을 포함한다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 이미지 센서를 갖는 이미징 장치에 관한 것으로, 여기서 이미지 센서는 복수의 센서 라인을 가지며, 각 센서 라인은 바람직하게는 선형으로 배열된, 바람직하게는 개별적으로 판독 가능한 복수의 픽셀 요소와, 이미징 장치에서 물체에 포커싱시킬 수 있는 광학 수단과, 이미지 센서의 픽셀 요소들에 의해 레코딩된 값들을 판독하기 위한 제어 유닛을 포함한다.

수많은 산업 응용 분야는 복잡한 광학 센서 솔루션을 사용해야하며, 특히 머신 비전 시스템의 구현은 많은 기술 노력과 관련이 있다. 한편, 기존 시스템의 전송 및 컴퓨팅 용량에 과부하가 걸리지 않도록 센서에 의해 중앙 제어기로 전송되는 데이터의 양뿐만 아니라 센서 자체에 의해 처리되는 데이터의 양을 감소시키려고한다. 이것이 라인 센서가 바람직하게 사용되는 시장에 많은 응용이 존재하는 이유이다. 예를 들어, 실린더의 외부 표면이 캡쳐될 경우, 외부 표면의 전체 이미지가 얻어 질 때까지 각도 위치 또는 회전 속도가 알려지면 라인별로 스캔될 수 있다. 컨베이어 벨트상의 것들과 같은 선형 이동의 경우에도, 예를 들어, 제공된 스트립-형 백라이트를 가로 질러 물체가 운반된다면, 라인 센서가 유리할 수 있다. 이 경우 라인 센서는 트랜스미터에 의해 트리거된다. 그러나 라인 센서의 사용은 다소 융통성이 없으며 중앙 제어기 또는 드라이브 시스템에 통합되어 물체의 움직임과 동기화될 수 있는 시판용 라인 센서가 없다. 결과적으로, 예를 들어 활성화를 위해, 외부 클럭을 사용해야 한다.

암시야 조명은 일반적으로 라인 센서로 표면의 구조물을 캡처할 수 있도록 사용된다(필요한 경우 명시야 조명도 사용됨). 예를 들어, 캡처될 물체의 표면과 실질적으로 또는 대략 수직으로 센서를 정렬하고 물체의 표면이 이상적인 얕은 각도로 조명되도록 조명을 배열함으로써, 암시야가 달성될 수 있다. 다른 한편으로, 조명은 실질적으로 수직인 방식으로 물체의 표면을 조명하여, 카메라가 물체의 표면에 얕은 각도로 초점을 맞출 수 있다. 그들 사이의 임의의 위치가 또한 각각의 응용에 따라 적합할 수 있다.

조명과 카메라 사이의 각도는 긁힘, 균열, 재료, 생산 및/또는 디스플레이 오류와 같은 고르거나 아치형 표면에서 상승 및 함몰부를 찾을 때 특히 중요하다. 이로 인해 최적의 각도를 수동으로 결정하고 설정해야 하는 문제가 발생한다. 한편으로, 이 과정은 노동 집약적이다. 반면에 재현이 어렵고 오류가 발생하기 쉽다.

DE 10 2009 006 112 A1은 발광 색상 패턴(luminescent color patterns), 특히 지폐를 갖는 물체를 검사하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 물체는 발광 컬러 패턴의 발광을 여기시키는 적어도 하나의 방사선으로 조명된 다음, 발광 방사선을 포착, 분석 및 평가하는 방사선 센서를 거쳐간다. 방출된 발광 방사선은 이미지 센서로 캡처되며, 이미지 센서의 개별 라인은 서로 개별적으로 빠르게 판독된다. 미리 결정된 시간 간격으로 노출된 픽셀 및/또는 라인의 신호 값은 발광 컬러 패턴의 여기된 발광 방사선의 강도 값들의 값 또는 측정 곡선을 생성하는데 사용된다.

EP 2903264 A1은 이미지 센서를 갖는 이미징 장치에 의해 물체의 명시야를 결정하는 방법을 개시한다. 물체는 이미징 디바이스에 대해 미리 결정된 거리만큼 이미징 디바이스로부터 이격된 물체 평면 상에서 이동되고, 특정 물체 라인의 복수의 단일 라인 이미지들이 서로 상이한 시간에 취해지고, 법선 표면에 대한 각각의 각도는 단일 라인 이미지마다 다르다. 단일 라인 이미지의 데이터로부터 명시야 데이터 구조가 생성된다.

본 발명의 일 목적은 특히 종래 기술의 센서 솔루션을 개선하여 더 높은 유연성 및 더 간단한 대안을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 이들 및 다른 목적은 픽셀 범위가 정의된 상기 언급된 유형의 방법에 의해 달성되며, 여기서 픽셀 범위는 센서 라인의 적어도 일부(적어도 일 섹션)를 포함하고 이미지 센서의 판독은 해당 픽셀 범위의 픽셀 요소로 제한된다. 이러한 제한의 결과로서, 이미지 센서는 픽셀 범위에 대한 제한을 갖는 상이한 센서 유닛으로서 유연하게 구성될 수 있으며, 또한 취급되어야할 데이터 양을 감소시키도록 이미지 센서의 일 섹션만이 판독되어야하기 때문에 보다 높은 획득률을 가능하게 한다. 픽셀 범위는 바람직하게는 이미지 센서의 픽셀 요소들 전체의 임의의 서브세트를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이미지 센서의 픽셀 요소들 전체는 서브 그룹(예를 들어, 특히 전체 또는 반 또는 1/4의 센서 라인과 같이, 센서 라인의 정수 부분으로 규정됨)으로 분할될 수 있으며, 여기서 픽셀 범위는 이미지 센서의 서브그룹 전체의 임의의 서브세트를 포함할 수 있다.

본 개시의 맥락에서, 용어 "이미지 센서"는 전기 수단에 의해 2 차원 픽셀 이미지 기반의 광 이미지를 획득하기 위한 임의의 장치를 지칭한다. 따라서, 이미지 센서의 예는 특히, CMOS 이미지 센서와 같이, 각각의 픽셀 요소를 개별적으로 판독 가능한 이미지 센서와, CCD 센서와 같이, 픽셀 요소의 특정 서브 그룹을 동시에 판독 가능한 이미지 센서를 포함한다.

본 개시의 맥락에서, 용어 "광"은 대응하는 이미지 센서로 측정 가능한 가시 및 비가시 범위의 임의의 전자기 방사선에 사용된다. 그러므로 광은 특히 가시광 스펙트럼, 적외선 범위, UV 범위 및 X- 선 범위의 전자기 방사선을 의미한다.

유리한 방식으로, 픽셀 범위는 적어도 하나의 완전한 센서 라인을 포함할 수 있다. 결과적으로, 단일 이미지 센서는 복수의 선형 센서를 사용 가능하게할 수 있으며, 이들 각각은 캡처될 특정 선형 영역을 커버하고 특정 입사각을 갖는다. 매개 변수화도 단순화된다.

유리한 실시예에서, 픽셀 범위의 정의는 이미징 장치에 의해 이전에 촬영된 적어도 하나의 이미지에 기초하여 정의될 수 있다. 이것은 예를 들어 선택된 픽셀 범위를 일반적인 조건에 크게 자율적으로 적응시키는 것을 용이하게 한다.

다른 유리한 실시예에서, 픽셀 범위의 정의는 미리 결정된 파라미터화에 기초할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 파라미터화를 위한 파라미터를 제공하는 자동화 시스템에서 이미징 장치의 통합을 용이하게 한다.

픽셀 범위가 유리하게는 이미지 센서의 하나의 연속 섹션을 포함할 수 있고, 또는 픽셀 범위가, 적절하다면 둘 이상의 공간적으로 분리된 픽셀 섹션을 가질 수 있다. 결과적으로, 이미징 장치는 단일 센서로서 또는 여러 센서 그룹으로서, 예를 들어 상이한 방향으로 배향된 다수의 선형 센서들의 그룹으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 픽셀 범위의 정의는 적어도 하나의 물체의 잠재적으로 이동하는 위치에 맞춰질 수 있다. 물체의 위치에 관한 정보는 예를 들어 외부 또는 통합 센서에 의해, 이미징 장치 자체에 의해 검출되거나 중앙 제어기에 의해 전송될 수 있다. 픽셀 범위는 예를 들어 정의된 물체 위치에서 동기적으로 판독될 수 있다.

다른 유리한 실시예에서, 픽셀 범위의 정의는 동적으로 변경될 수 있다. 결과적으로, "이동 센서 위치"는 이미징 장치의 위치를 변경할 필요없이 실현될 수 있다. 선택적으로, 움직이는 물체는 픽셀 범위에 의해 "추적"될 수 있다. 이는 고정된 표면 위치와 함께 픽셀 범위가 물체로 향하는 이미지 영역을 이동 시킴으로써, 또는, 이미지 영역이 (이동 또는 고정) 물체의 표면을 "스윕"하여 물체 표면을 스캔하고 필요한 경우 해당 이미지를 생성함으로써 구현된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "동적"은 픽셀 범위의 정의가 특정 측정 작업 내에서 변경됨을 의미한다. 연속 및 관련 측정 데이터 기록의 시작과 끝으로 측정 작업을 정의할 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 선택적으로 움직이는 물체의 표면의 이미징을 위한 픽셀 범위의 정의는 동적으로 변경될 수 있다. 이를 통해 예를 들어 물체를 특수 위치로 가져오거나 정지시킬 필요없이 컨베이어 시스템의 물체 표면에서 생산 오류를 스캔할 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명의 목적은 이미지 센서의 적어도 하나의 섹션을 포함하는 픽셀 범위가 제어 유닛에 의해 정의될 수 있는, 전술한 유형의 이미징 장치에 의해 달성되며, 여기서 픽셀 범위는 센서 라인의 적어도 하나의 섹션을 포함하고, 제어 유닛은 이미지 센서의 판독을 픽셀 범위 내 픽셀 요소들로 제한한다. 이미징 장치는 본 발명에 따른 방법의 유리한 구현을 용이하게 한다.

유리하게는, 픽셀 범위가 적어도 하나의 완전한 센서 라인에 기초하여 정의될 수 있다. 이러한 방식으로, 이미징 장치는 가요성 라인 센서(또는 복수의 라인 센서)로서 사용될 수 있다.

유리한 실시예에서, 프로그램 로직은 제어 유닛에서 구현될 수 있으며, 이는 특히 이미징 장치에 의해 이전에 촬영된 적어도 하나의 사진에 기초하여 픽셀 범위를 정의하기에 적합하다. 예를 들어, 콘트라스트가 최대인 위치는 이미지 센서(전체 영역)로 촬영한 사진을 기반으로 결정될 수 있으며, 이 위치에 대해 픽셀 범위가 조정될 수 있다. 정의는 특정 측정 작업을 시작하기 전 및/또는 규칙적이거나 불규칙적인 간격으로 이러한 방식으로 수행될 수 있다.

다른 유리한 실시예에서, 제어 유닛은 픽셀 범위를 정의하기 위한 파라미터를 외부 제어기에 의해 수신할 수 있도록 외부 제어기와의 인터페이스를 가질 수 있다. 이것은 이미징 장치의 자율적, 반 자율적 또는 이종적 동작을 허용한다. "자율"이라는 용어는 픽셀 범위가 이미징 장치 자체의 제어 유닛에 의해 미리 결정된 파라미터에 따라 정의될 때 사용되는 동작 모드를 지칭한다. "부분적으로 자율적"이라는 용어는 제어 유닛이 외부 제어기로부터 파라미터를 수신할 때 사용되는 동작 모드를 지칭하며, 이를 통해 각각의 픽셀 범위의 위치는 이미징 장치의 제어 유닛에 의해 계산된다. 적절한 경우, 이미징 장치의 제어 유닛은 또한 이종 방식으로, 즉 수신된 파라미터의 함수로서 직접 동작될 수 있으며, 이 경우 픽셀 범위는 추가 계산 단계없이 외부 제어기에 의해 미리 결정된 파라미터에 대해 조정된다.

본 발명에 따르면, 픽셀 범위는 이미지 센서의 연속적인 섹션으로도 정의될 수 있고, 및/또는 픽셀 범위가 2 개 이상의 공간적으로 분리된 픽셀 서브레인지로서 정의될 수도 있다. 결과적으로, 단일 이미징 장치는 상이한 방향으로 정렬되는, 즉 각각이 이미지의 상이한 영역을 커버하는, 복수의 "센서"를 정의하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 픽셀 범위의 정의는 동적으로 변경될 수 있다. 이에 의해 이미징 장치는 예를 들어, 변화된 환경 조건에 반응할 수 있다.

유리하게는, 픽셀 범위의 정의는 적어도 하나의 물체의 가능한 이동 위치에 적응 가능할 수 있다. 따라서 픽셀 범위는 물체의 표면을 포착하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 픽셀 범위는 또한 움직이는 물체를 "추적"하도록 동적으로 변경될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 움직일 가능성있는 물체의 표면을 검출하기 위한 픽셀 범위의 정의는 동적으로 변경 가능할 수 있다. 이 경우, 고정 또는 이동하는 물체의 표면은 픽셀 범위에 할당된 각각의 이미지 영역에 의해 "스윕"될 수 있고, 물체의 표면의 이미지가 (가능하다면 상이한 시야 방향들로부터) 생성될 수 있다. 이러한 이미지는 예를 들어 물체의 "개발된" 표면 표현 또는 3D 렌더링을 생성하는 데 사용할 수 있다.

이하에서, 본 발명은 도 1 내지도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명되며, 도 1 내지 6은 본 발명의 개략적이고 비 제한적인 바람직한 실시예를 도시한다. 도면에서:
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 이미징 장치의 이미지 센서를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 방법이 설명되도록, 물체의 광학 모니터링을 위해 배열된 본 발명에 따른 이미징 장치의 개략도를 도시한다.
도 6은 복잡한 이동 물체를 모니터링하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 이미징 장치의 개략도를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 이미징 장치(2)의 이미지 센서(1)의 평면도를 개략적으로 단순화된 표현으로 도시하며, 이는 특히 본원에서 사용된 명칭 및 참조 부호를 설명하는 역할을 한다. 이는 이미지 센서(1)의 감광성 직사각형 표면을 기본적으로 도시한다. 이미지 센서(1)의 다른 구성 요소는 명확성을 위해 나타내지 않았다. 이러한 센서의 설계 및 기술적 기능은 당업자에게 공지되어있다.

이미지 센서(1)의 감광성 표면 상에, 복수의 개별적으로 판독 가능한 픽셀 요소(6)가 센서 라인(5) 및 센서 열(10)의 그리드에 배열된다. 이미지 센서(1)는 예를 들어 "n"개의 센서 라인(5) 및 "m"개의 센서 열(10)을 포함한다. 숫자 n과 숫자 m은 일반적인 센서 변수에 따라 자유롭게 선택되거나 특정 경우에 맞게 사용자 정의될 수 있다. 산업 분야에서 자주 사용되는 이미지 센서는 예를 들어 4: 3 형식 및 640 × 480, 1280 × 960, 1600 × 1200 등의 n x m처진상도이지만 다른 치수(예: 포맷 1:1, 3:2, 5:4, 6:9 또는 1 메가 픽셀 미만의 상이한 픽셀 수를 가진 다른 특별한 포맷, 수천 메가 픽셀의 특별 포맷까지 시장에서 가용한 포맷들이 생산될 수 있다.

각각의 개별 센서 라인(5)은 1과 n 사이의 숫자 x로 고유하게 식별될 수 있고, 각각의 센서 열(10)은 1과 m 사이의 숫자 y로 고유하게 식별될 수 있다. 도 1에서, 이것은 센서 라인(51, 5p, 5x, 5q 및 5n)의 참조 번호 및 센서 열(101, 10r, 10y, 10s 및 10m)의 참조 번호로 예시된다. 따라서, 특정 센서 라인(5x) 및 특정 센서 열(10y)의 수치를 갖는 각 픽셀 요소(6)는 예를 들어 센서 요소(6xy)에 의해도 1에 도시된 바와 같이 명확하게 식별될 수 있다.

각각의 픽셀 요소(6)는 예를 들어 상이한 스펙트럼 범위에 대해 단일 광 센서 또는 협력 광 센서 그룹을 포함할 수 있다.

본 발명은 특히 도 1에 빗금처진 사각형 픽셀 범위(7)와 같은 이미지 센서의 영역의 정의에 기초한다. 픽셀 범위(7)는 모든 픽셀 요소(6xy)의 임의의 부분 선택을 포함할 수 있고, 예를 들어, 초기 센서 라인(5p), 엔드 센서 라인(5q), 초기 센서 열(10r) 및 엔드 센서 열(10s)에 의해 직사각형 픽셀 범위(7)가 제공되는 경우의 정의는 명확하게 정의될 수 있다.

본 개시에 따르면, 픽셀 범위(7)는 반드시 직사각형 연속 형상을 가질 필요는 없지만, 도 2의 예시를 참조하여 설명될 직사각형 픽셀 서브 레인지(9)의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 픽셀 범위(7)는 3 개의 인접한 각자의 직사각형 픽셀 서브 레인지(9a, 9b 및 9c)와, 2 개의 픽셀 서브 레인지(9d 및 9e)를 포함하며 이들은 그들 간에 그리고 각각으로부터 서로 분리되어있다. 2 개의 후자의 픽셀 섹션(9d 및 9e)은 각각 라인의 전체 길이, 즉 모든 센서 열(10₁ 내지 10_m)을 가로 질러 연장된다.

여기에 설명된 이미지 센서(1)의 픽셀 배열은 모든 경우에 (예를 들어, 종래의 베이어 매트릭스의 경우에) 모든 픽셀 요소가 동일한 크기를 갖는 "클래식" 바둑판형 픽셀 구조에 기초한다. 이러한 배열은 시중에서 가장 일반적인 이미지 센서를 기반으로 하지만 대체 레이아웃도 존재하며, 가령, 다른 크기의 픽셀 요소를 제공될 수 있고(예: "X- 트랜스-매트릭스"라고 하는 배열), 또는, 픽셀 요소가 예를 들어 5 개 또는 대각선의 픽셀 그룹으로, 바둑판 패턴으로부터 벗어난 패턴으로 배열된다. 그러한 경우에, 픽셀 범위(7)의 정의는 그에 따라 조정되어야하며, 이는 당업자의 기술 범위 내에 있다.

본 개시에 따르면, 예를 들어, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 이미징 장치(2)는 적어도 하나의 이미지 센서(1), 적어도 하나의 광학 수단(3) 및 하나의 제어 유닛(8)을 포함한다. 상술한 설계에 따르면, 이미지 센서(1)는 복수의 센서 라인(5)을 가지며, 각각의 센서 라인(5)은 바람직하게는 선형으로 배열되고 개별적으로 판독 가능한 복수의 픽셀 요소(6)를 포함한다. 광학 수단(3)에 의해, 이미징 장치(2)는 이미징 영역 내에 위치된 물체(4)에 포커싱될 수 있다. 포커싱은 광학 수단(3)에서 렌즈 배열을 조정함으로써 및/또는 캡처될 물체(4)에 대응하는 거리에 이미징 장치(2)를 배열함으로써, 공지된 방식으로 수행될 수 있다.

이미지 센서(1)의 픽셀 요소(6)에 의해 기록된 값은 제어 유닛(8)에 의해 판독될 수 있다. 도 3에 도시된 도면에서, 이미지 센서(1)는 제어 유닛(8) 상에 직접 배열된다. 제어 유닛(8)은 이미지 센서(1)의 적어도 하나의 섹션을 포함하는 픽셀 범위(7)를 정의하는 것을 가능하게 하며, 제어 유닛(8)은 픽셀 범위(7) 내 픽셀 요소(6)들에 대해 배타적으로 이미지 센서(1)의 판독을 제한한다. 특히 도 1 및 2와 관련하여 설명된 형태로 정의되며, 이러한 정의는 바람직하게는 이미지 센서(1) 상에 제공된 픽셀 요소(6)의 전체의 임의의 서브 그룹을 포함할 수 있다. 대안으로서, 파라미터화를 단순화하기 위해, 정의 가능한 픽셀 범위(7)가 특정 픽셀 그룹으로 제한될 수 있다. 제어 유닛(8)은 특히 전체 센서 라인(5)의 임의의 선택을 이용하여 픽셀 범위(7)를 정의할 수 있으며, 이는 파라미터 화를 용이하게 하고, 예를 들어 CCD 센서와 같이 라인별로 판독하는 이미지 센서의 사용을 가능하게 한다. 픽셀 범위(7)의 각 센서 라인(5)(또는 인접한 센서 라인(5)의 각 그룹)은 정의된 방향으로 이미징 영역(11)에 포커싱되는 "선형 센서"의 유형을 나타낼 수 있다. 대안으로서, 픽셀 범위(7)의 가능한 정의는 또한 센서 라인의 섹션, 예를 들어 센서 라인(5)의 "상부"또는 "하부"등으로 제한될 수 있다.

제어 유닛(8)이 이미지 센서(1)의 모든 픽셀 요소(6)의 전체를 판독할 필요는 없고, 픽셀 범위(7) 내에서 픽셀 요소(6)만을 처리해야하기 때문에, 처리되고 선택적으로 전송될 데이터의 양은 크게 감소될 수 있어서, 예를 들어, 획득 주파수를 증가시키기 위해, 사용될 수 있다.

픽셀 범위(7)는 정의된 알고리즘에 기초하여 이미징 장치(2)에 제공된 제어 유닛(8)에 의해 직접 결정될 수 있거나, 인터페이스(12)를 통해 외부 제어 장치(13)로부터 전송되는 파라미터에 기초할 수 있다. 인터페이스(12)는 예를 들어 산업용 버스 시스템을 포함할 수 있다. 제어기는 예를 들어 적절한 소프트웨어 또는 프로그램 가능 논리 제어기(PLC) 또는 다른 자동화 구성 요소로 프로그램된 컴퓨터일 수 있다. 이미징 장치(2)는 인터페이스(12)에 의해 산업 응용에 통합될 수 있다. 필요한 경우, 인터페이스(12)는 버스 시스템을 통해 통신할 수 있으며, 이는 또한 다른 시스템 부품의 제어를 위해 자동화 구성 요소에 의해 사용된다.

픽셀 범위(7)는 특정 애플리케이션에 대해 변하지 않게 정의될 수 있지만, 또한 동적으로, 즉 특정 측정 작업 내에서, 변경될 수 있어서, 후술되는 복수의 유리한 프로세스를 수행할 수 있다.

도 3은 예를 들어 3 개의 픽셀 범위(7)를 도시하며, 이는 픽셀 범위(7', 7"및 7''')로서 각각의 오버 라인으로 구별 목적으로 식별된다. 이 경우, 각각의 픽셀 범위(7', 7'' 및 7''')는 센서 라인(5)의 모든 픽셀 요소(6)를 포함하고, 특히 제 1 픽셀 범위(7 ')는 제 1 센서 라인(51)의 픽셀 요소(6)를 포함하고, 제 3 픽셀 범위(7''')는 마지막 센서 라인(5n)의 픽셀 요소를 포함하고 제 2 픽셀 범위(7'')는 중간 센서 라인(5x)의 픽셀 요소(6)를 포함한다. 한편으로는 이미지 센서(1)의 치수 및 다른 한편으로는 광학 수단(3)의 치수, 특성 및 상대 배향으로 인해, 이미징 영역(11)은 이미징 장치(2)에 대해 정의되며, 여기서 광학 수단(3)은 특정 측정 평면(15) 상에 포커싱되고, 이러한 측정 평면(15)에서 실질적으로 직사각형의 측정 범위를 규정한다. 대응하는 피사계 심도를 이용하여, 필요한 경우, 측정 평면(15) 위에(즉, 광학 수단(3)에 보다 가까이) 그리고 측정 평면(15) 아래에 배열된 영역을 충분한 정확도로 검출할 수 있다(즉, 측정 평면(15)). 각각의 픽셀 범위(7', 7''및 7''')는 측정 평면(15)에서 대응하는 이미지 영역(14', 14'', 14''')을 정의하며, 이는 각각의 픽셀 범위(7', 7''및 7''')에서 픽셀 요소(6)에 의해 캡처된다. 특히, 2개의 최 외곽 이미지 영역(14'및 14''')과 같이, 에지에 근접한 이미지 영역(14)은 수차에 의한 왜곡, 특히 광학(3)의 왜곡이 발생할 수 있으며, 이는 필요한 경우 제어 유닛(8)(또는 외부 제어기(13))에 의해 고려될 수 있고 및/또는 차감된다.

도 3에 도시된 경우에, (선형) 픽셀 범위 7', 7'' 및 7'''은 각각 선형 센서를 정의하며, 여기서 이들 선형의 이미지 영역(14', 14'', 14''') 센서들은 각각 다른 각도에서 측정 평면(15)에 포커싱된다. 이것은 측정 평면(15)의 조명과 관련하여 특히 관련이 있다. 도 3은 예를 들어 암시야 조명 방식으로 측정 평면(15)을 편평한 각도로 조명하는 조명 유닛(16)을 도시한다. 조명 유닛(16)은 선택적으로 이미징 장치(2)의 이미징 주파수와 동기화될 수 있다. 편평한 입사각으로 인해, 물체(4)의 특징 부, 예를 들어 노치(17) 또는 그 표면의 스크래치 각각은, 이미지 영역(14', 14'', 14''')의 위치에 따라 조명 유닛(16)에 의해 조명될 때 상이한 반사 거동을 각기 갖는다. 따라서, 노치(17)는 물체(4)의 위치에 따라 상이한 콘트라스트로 이미징 장치(2)에 의해 포착된다.

많은 응용에 있어서, 본 발명에 따르면, 예를 들어, 전체 이미지 센서(1)로 기준 측정을 수행하고, 공지된 특징을 갖는 기준 물체(가령, 도 3에 도시되는 노치(17))가 측정 평면(15)에 배열되거나 이를 거쳐 이동함으로써 실현될 수 있는 이러한 콘트래스트의 최대화가 필요하다. 이 기준 측정을 평가함으로써 최대 콘트라스트를 약속하는 위치를 결정하고 그에 따라 픽셀 범위를 조정할 수 있다. 이 평가는 이미징 장치(2)에 의해 자율적으로 또는 외부 제어 유닛(12)의 제어 하에 수행될 수 있다. 유사한 절차가 또한 명 시야 조명 또는 투과된 광 이미지와 함께 유리하게 사용될 수 있다. 조명 유닛(16)에 의해 제공되는 편평한 암시야 조명 대신에, 광학 수단(3) 주위에 배치되고 이미징 장치(2)의 방향으로부터 측정 표면(15)을 조명하는(LED) 링 램프가 사용될 수 있다.

이미징 장치(2)(또는 외부 제어기(13))의 물체(4)의 위치가 알려진 경우, 물체(4)가 이미징 영역(11)을 통해 이동하는 동안, 이미지 센서(1) 상에서 대응하는 픽셀 범위(7)를 동적으로 변화시킴으로써 동화상 영역(14)으로 물체(4) 상의 특정 특징을 "추적"할 수도 있다(이는 도 3에서 4', 4'', 4'''로 표시되는 물체(4)의 위치로 도시된다). 이러한 방식으로, 상이한 조명 조건 하에서 단일 영역의 다수의 이미지를 얻을 수 있다. 이 방법은 또한 이미징 영역(11)을 통해 알려진 표면 편차를 가진 기준 물체(예를 들어,도 3에 도시된 노치(17))를 이동시키고 이미지 영역(14)과의 표면 편차를 추적하는데 사용될 수 있다. 이로써, 추가 측정을 위한 최대 콘트라스트를 약속하는 픽셀 범위(7)의 위치를 결정할 수 있다.

상술한 최적의 측정 위치의 결정에 더하여, 본 발명에 따른 이미징 장치(2)는 또한 보다 복잡한 프로세스를 수행할 수 있다. 예를 들어, (가 도정된) 이미징 장치(2)로 생성될 수 있는 상이한 이미징 방향을 사용하여, 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이 움직이는 물체의 표면을 스캐닝하는 것이 가능하다. 물체(4)는 이미징 영역(11)을 통해, 예를 들어, 선형으로, 그리고, 알려진 속도로, 이동한다. 물체(4)의 연속적인 위치는 도 4에서 참조 번호 4', 4'', 4''', 4''''로 표시된다. 제 1 위치(물체(4'))에서, 물체는 이미징 영역(11)으로 들어간다. 이때 화소 범위(7)는 외부 제어기(13) 또는 제어 유닛(8)에 의해 라인 센서 형태로 제 1 센서 라인(51)으로 설정된다. 물체가 이미징 영역(11)을 통해 이동하는 동안, 대응하는 이미지 영역(14)이 물체(4)와 함께 하지만 물체(4)보다 느린 속도로 이동하도록, 화소 범위(7)도 변화된다. 최종 이미지 영역(14'''')은 물체(4)가 이미징 영역(11)을 떠날 때 물체(4'''')의 후단을 검출하도록 전체 이미징 기간에 걸쳐 동적으로 변화한다.

이미지 영역(14)과 물체(4) 사이의 상대적인 움직임으로 인해, 각각의 연속적인 픽셀 범위(7)에서 캡처된 개별 이미지들은 조합되어, 물체 표면의 완전한 이미지를 형성할 수 있다. 전면 및 후면이 이미징 각도로 인해 전체적으로 묘사될 수 있으며 이는 스냅 샷에서는 불가능한다. 예를 들어, 물체(4) 및 픽셀 범위(7)의 균일한 움직임의 경우, 전면 및 후면 이미지는 평면 표면의 이미지와 비교하여 왜곡될 수 있지만, 이 왜곡은 알려진 산술 방법의 도움으로 결정될 수 있으며, 필요한 경우 이미지의 전체 표현으로부터 계산될 수 있다.

본 발명에 따른 이미지 획득 유닛(2)으로 수행될 수 있는 방법의 다른 예가 도 5에 개략적으로 도시되어있다. 다시, 픽셀 범위(7)(7', 7'', 7''' 위치에 도시 됨)는 물체가 이미징 영역(11)을 통과함에 따라 물체(4)(위치 4', 4'', 4''')에 동적으로 초점이 맞춰진다. 그러나 전술한 예와 달리, 픽셀 범위(7', 7'', 7''')는 항상 복수의 센서 라인(5)을 포함하여, 각각의 개별 이미지로 이미지 매트릭스가 생성되게 된다. 또한, 픽셀 범위(7)가 이동되는 속도는 물체(4)의 동일한 부분(전방, 상부 가장자리의 경우)이 항상 대응하는 이미지 영역(14', 13'', 14''')의 중심에 실질적으로 위치되도록 물체(4)의 속도와 매칭된다. 따라서, 물체(4)의 동일한 영역이 상이한 시선으로부터 포착되었기 때문에, 이미징 장치(2)가 이를 위해 이동되거나 피봇될 필요없이 이미지를 비교함으로써 모니터링된 영역 또는 전체 물체(4)의 3d 모델이 생성될 수 있다.

도 3 내지 도 5의 표현이 기초로 하는 물체(4)의 선형적이고 일정한 움직임은, 특히, 설명의 더 나은 이해 및 단순화를 위해 사용된다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 하나 이상의 병진 또는 회전축에서의 복잡한 움직임에도 사용될 수 있음이 명백하다.

도 6은 이미징 장치(2)로 실행될 수 있는 본 발명에 따른 유리한 방법의 다른 예를 도시한다. 이 경우에, 물체(4)의 표면은 제품 또는 제품 결함, 긁힘, 손상 등을 검출하기 위해, 예를 들어 이미징 장치(2)로 스캔되어야한다. 종래 기술에서, 일반적으로 각각의 개별 물체(4)는 선형 스캐너의 전방의 규정된 위치에서 정지되고, 이 위치에서 물체(4)는 그 축을 중심으로 회전되어 선형 스캐너는 선형 스캐너를 이용하여 물체(4)의 전체 둘레를 스캔할 수 있다. 이 방법은 운송 장치 및 제어기에 대한 도전일뿐만 아니라 다른 모양을 가진 물체로의 전환은 일반적으로 적어도 전체 측정 설정의 재구성 및 종종 조명의 특정 조정까지 필요로하기 때문에 매우 느리고 유연하지 않다.

이러한 노력을 감소시키기 위해, 도 6에 도시된 이미징 장치(2)는 복수의 물체(4)가 이미징 영역(11)을 통해 운반되거나 달리 이동하는 운반 또는 이동 경로 상의 이미징 영역(11)과 정렬된다. 이 경우, 물체(4)는 이미지 평면에 수직인 축을 중심으로 추가로 회전하면서 경로(17)를 따라 이동한다. 궤도는 예를 들어 생산, 충전 또는 포장 공장에서 사용되는 컨베이어 벨트일 수 있으며, 물체는 예를 들어, 반제품 또는 완제품, 충전 또는 포장 용기, 가령, 병, 상자, 파우치, 패키지, 등일 수 있다. 각각의 물체(4)는 예를 들어 참조 특징부(18)를 가질 수 있고, 참조 특징 부(18)는 예를 들어, 라벨, 상승된 상표 또는 각각의 물체(4) 상에 존재하는 다른 제품 또는 포장 특징 일 수 있다. 참조 특징부(18)는 필수는 아니지만 조정을 용이하게 할 수 있다.

이미징 영역(11)은 각각의 경우에 적합한 적절한 유형의 명 또는 암시야 조명으로 조명될 수 있다. 도 6에서, LED 링 램프는 조명 장치(16)로서 제공되며, 이러한 조명 장치(16)는 이미징 장치(2)의 렌즈 또는 광학 수단(3) 주위에 배치되고 전체 이미징 영역(11)을 조명한다.

경로(17)를 따른 물체의 이동은 선택적으로 이미징 장치(2)를 또한 제어하는 중앙 제어기(13)(예를 들어, PLC 또는 다른 자동화 유닛)에 의해 모니터링 및/또는 제어될 수 있지만, 다른 제어 구조도 물론 제공될 수 있다. 도시된 경우에, 중앙 제어기(13)는 인터페이스(12)를 통해 파라미터를 이미징 장치(2)에 전송한다. 이들 파라미터에 기초하여, 이미징 장치(2)는 대응하는 픽셀 범위(7)를 동적으로 결정하고, 파라미터에 따라 픽셀 범위(7) 내 각자의 픽셀 요소에 의해 결정되는 측정 값을 판독하며, 대응하는 센서 데이터를 다시 중앙 제어기(13)로 전송한다. 전송은 바람직하게는 동일한 인터페이스(12)를 통해 또는 다른 방식으로 전송될 수 있다.

픽셀 범위(7)는 복수의 픽셀 서브범위(9a9f)를 동시에 포함하고, 각각의 픽셀 섹션(9a-9f)은 특정 물체(4)와 관련된다. 물체(4)가 이미징 영역(11)에 들어온 시간부터 물체(4)가 이미징 영역(11)을 떠날 때까지 각 픽셀 서브영역(9a-9f)(또는 이 픽셀 서브영역(9a-9f)에 의해 생성된 측정 영역(14a-14f))이 관련 물체(4)와 정렬되도록, 픽셀 범위(7)가 실질적으로 실시간으로 수정된다. 선택적으로, 물체(4)는 이미징 영역(11)의 더 작은 서브 간격에서만 스캔될 수도 있다. 각각의 픽셀 서브 영역(9a-9f)은 상기 실시예들과 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 예를 들어 선형 센서로서 형성될 수 있고, 이미징 장치(2)의 이미지 센서(1)의 하나 이상의 인접한 센서 라인(5)을 포함할 수 있다.

경로(17)를 따른 병진 이동에 더하여, 각각의 물체(4)가 자체 축 주위로 회전을 또한 수행하기 때문에, 이미징 영역(11) 내에서 회전하면서 픽셀 서브범위(9a-9f)의 대응하여 빠르고 정확한 조정을 통해 각각의 물체(4)의 외면을 실질적으로 완전하게 이미징하는 것이 가능하다. 기준 특징부(18)는 예를 들어 측정 영역(14)의 조명 및 정확한 정렬을 최적화시킬 수 있는 기준 측정을 생성하기 위해 또는 물체(4)의 배향을 검출하는데 사용될 수 있다. 실질적으로 원통형인 물체의 경우, 예를 들어, 전체 원통형 표면의 측정이 실질적으로 일정한 표면 각도에서 이루어 지도록 항상 측정 영역(14)을 움직이는 물체(4)와 정렬시키는 것이 가능하다.

선택적으로, 이미징 장치(2)는 상기 방식에 따라 동적으로 변경되는 픽셀 범위(7)에 추가하여, 예를 들어, 측정 영역(14)의 정렬을 최적화하기 위해, 또는 추가 측정 데이터를 생성하기 위해, 추가 간격으로 전체 이미징 영역(11)의 완전한 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 시작된 후 또는 규칙적인 간격으로, 전체 이미징 영역(11)을 "촬영"(film)하는 것이 또한 가능하다(적절한 경우, 이미징 주파수는 그에 따라 감소될 수 있거나 또는 예를 들어, 매 다섯번째 픽셀 요소를 선택하는 그리드에서, 이미지 센서(1) 픽셀에 걸쳐 요소(6)들의 부분적 선택만이 데이터의 양을 감소시키는데 사용될 수 있음). 그 후, 이 필름의 분석을 사용하여 측정 영역(14) 제어를 위한 최적의 전략을 만들고 구현할 수 있다.

전술한 바와 같이, 각각의 정적 또는 동적 픽셀 범위(7)의 정의는 이미징 장치(2)의 제어 유닛(8)에 의해 또는 중앙 제어기에 의해 또는 모든 실시예에서 분산된 역할을 통해 수행될 수 있다. 중앙 제어기는 예를 들어 파라미터를 전송함으로써 화소 범위(7) 및 이미징 장치(2)의 다른 기능의 정의를 제어할 수 있다. 이러한 파라미터의 예는 특히 픽셀 범위(7)의 직접적인 정의(즉, 픽셀 서브범위의 수, 형상 및 크기)를 포함하는 파라미터, 제어 유닛(8)이 픽셀 범위(7)를 결정할 수 있게 하는 파라미터, 즉 이미지 영역(14)의 영역의 위치 표시, 예를 들어, 노출 주파수를 정의하는 파라미터, 노출 시간을 정의하는 파라미터, 포커싱에 관한 파라미터, 특정 픽셀 범위 구성에 대한 노출 시간을 정의하는 파라미터, 및 출력 데이터의 생성에 관한 파라미터(예를 들어, 움직이는 픽셀 서브영역의 이미지에 기초한 물체(4)의 "롤-오프"(rolled-off)의 이미지의 생성, 물체의 3d 모델의 생성 등)를 포함한다.

본 발명에 따른 이미징 장치(2)는 예를 들어 임의의 유형의 물체를 모니터링하기 위해, 다른 영역에 유리하게 또한 사용될 수 있으며, 여기서 픽셀 범위(7)의 정의의 기능은 전체 이미지 센서의 이미징 기능과 임의의 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 이미징 영역(11)을 연속적으로 촬영(film)할 수 있고(선택적으로 낮은 이미징 주파수로 또는 이미지 센서(1)에 분포된 몇 개의 픽셀만으로), 예를 들어 차동 이미지를 결정함으로써, 움직임을 검출하는 것이 가능하다. 특정 움직임 패턴이 검출되면, 그 후 정적 또는 동적 픽셀 범위(7)를 갖는 특정 이미지 시퀀스가 개시될 수 있다.

설명된 이미징 장치 및 여기에 개시된 방법 단계의 모든 실시예는 임의의 의미있는 방식으로 결합될 수 있다. 본 발명의 의도는 그러한 조합이 의도되지 않았다거나 그러한 조합이 기술적인 이유로 명백히 불가능한 경우로 관련 텍스트에서 언급되지 않은 경우, 특히 특정 실시예와 관련하여 기술된 특징들을 다른 실시예와 임의의 방식으로 결합하는 것이다.

설명 및 청구 범위에 개시된 방법 단계들은 이미징 장치(2)의 제어 유닛(8) 및/또는 외부 제어기(13)에 의해 실행 가능한 프로그램 로직으로 정의될 수 있으며, 여기서 제어 유닛(8) 또는 외부 제어기(13)에 의해 실행되는 프로그램 로직은 제어 유닛(8) 또는 외부 제어기(13)가 대응하는 방법 단계를 실행할 수 있게 한다.

참조 번호:

이미지 센서 1

이미징 장치 2

광학 수단 3

물체 4

센서 라인 5

픽셀 요소 6

픽셀 범위 7

제어 유닛 8

픽셀 서브범위 9

센서 열 10

이미징 영역 11

인터페이스 12

제어기 13

이미지 영역 14

측정면 15

조명 유닛 16

경로 17

참조 특징부 18

Claims (16)

1. 이미징 장치(2)에서 이미지 센서(1)를 판독하는 방법에 있어서, 상기 이미징 장치(2)는 광학 수단(3)을 가지며, 상기 광학 수단을 이용하여 상기 이미징 장치(2)는 상기 물체(4)에 초점을 맞출 수 있고, 이미지 센서(1)는 복수의 센서 라인(5)을 가지며, 각각의 센서 라인(5)은 바람직하게는 선형으로 배열된, 그리고 바람직하게는 개별적으로 판독가능한, 복수의 픽셀 요소(6)를 갖고,
   픽셀 범위(7)는 센서 라인(5)의 적어도 하나의 섹션을 포함하고, 이미지 센서(1)의 판독은 픽셀 범위(7) 내 픽셀 요소(6)에 제한되도록 픽셀 범위(7)가 규정되는, 이미지 센서 판독 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 적어도 하나의 전체 센서 라인(5)을 포함하는 이미지 센서 판독 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 상기 이미징 장치(2)에 의해 사전에 촬영된 이미지들 중 적어도 하나에 기초하여 규정되는 이미지 센서 판독 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 미리 결정된 파라미터화에 기초하여 규정되는 이미지 센서 판독 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 상기 이미지 센서(1)의 연속 섹션을 포함하거나 상기 픽셀 범위(7)는 서로로부터 공간적으로 이격될 수 있는 둘 이상의 픽셀 서브범위(9a-9e)를 갖는, 이미지 센서 판독 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 적어도 하나의 물체(4)의 선택적으로 이동하는 위치에 적응되도록 규정되는 이미지 센서 판독 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 동적으로 변경되도록 규정되는 이미지 센서 판독 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 선택적으로 움직이는 물체(4)의 표면을 검출하기 위해 픽셀 범위(7)가 동적으로 변화되도록 규정되는 이미지 센서 판독 방법.
9. 적어도 하나의 이미지 센서(1)를 갖는 이미징 장치(2)에 있어서, 이미지 센서(1)는 복수의 센서 라인(5)을 포함하고, 각 센서 라인(5)은 바람직하게는 선형으로 배열된, 바람직하게는 개별적으로 판독되는, 복수의 픽셀 요소(6), 이미징 장치(2)를 물체(4)에 포커싱할 수 있는 광학 수단(3), 및 이미지 센서(1)의 픽셀 요소(6)에 의해 레코딩되는 값을 판독하기 위한 제어 유닛(8)을 포함하며,
   상기 제어 유닛(8)은 이미지 센서(1)의 적어도 하나의 섹션을 포함하는 픽셀 범위(7)를 규정할 수 있고, 상기 픽셀 범위(7)는 센서 라인(5)의 적어도 하나의 섹션을 포함하며, 상기 제어 유닛(8)에 의한 이미지 센서(1)의 판독은 픽셀 범위(7)의 픽셀 요소(6)로 제한되는, 이미징 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 적어도 하나의 완전한 센서 라인(5)에 기초하여 규정될 수 있는 이미징 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 프로그램 로직이 상기 제어 유닛(8)에서 구현되고, 특히, 이미징 장치(2)에 의해 사전에 촬영한 적어도 하나의 이미지에 기초하여, 픽셀 범위(7)를 규정할 수 있는 프로그램 로직이 제어 유닛(8)에 구현되는, 이미징 장치.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(8)은 외부 제어기(13)와의 인터페이스(12)를 가지며, 상기 인터페이스를 통해 상기 외부 제어기가 픽셀 범위의 규정을 위한 파라미터를 수신할 수 있는 이미징 장치.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀 범위(7)는 상기 이미지 센서의 연속 섹션으로서 규정가능하고, 또는,
    상기 픽셀 범위(7)는 상호 공간적으로 분리된 2개 이상의 픽셀 서브범위로 규정될 수 있으며, 또는,
    상기 픽셀 범위(7)가 상기 이미지 센서의 연속 섹션으로서 규정가능하고, 상기 픽셀 범위(7)가 상호 공간적으로 분리된 2개 이상의 픽셀 서브범위로 규정될 수 있는, 이미징 장치.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀 범위(7)는 동적으로 변경가능하도록 규정되는 이미징 장치.
15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 픽셀 범위(7)는 적어도 하나의 물체(4)의 선택적으로 이동 가능한 위치에 적응되도록 규정될 수 있는 이미징 장치.
16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택적으로 움직이는 물체(4)의 표면을 검출하기 위해 픽셀 범위(7)가 동적으로 변경가능하게 규정되는 이미징 장치.
    

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