NO315264B1

NO315264B1 - Deteksjonssystem

Info

Publication number: NO315264B1
Application number: NO20010407A
Authority: NO
Inventors: Lennart Flem
Original assignee: Tomra Systems Asa
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2003-08-11
Also published as: DK1365866T3; US20040114136A1; US7005629B2; WO2002058856B1; NO20010407L; EP1365866A1; WO2002058856A8; ATE454941T1; CA2435133A1; EP1365866B1; WO2002058856A1; NO20010407D0; CA2435133C; DE60235066D1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et optisk system med lysgiverinnretning og detektorinnretning for detektering av en eller flere gjenstander som ved hjelp av en transportør beveger seg eller er temporært stasjonære under innretningene, der nevnte gjenstand(er) har minst et speilende parti, og der lys utsendes mot gjenstanden(e) fra lysgiverinnretningen og reflekteres tilbake mot detektorinnretningen.

Særlig for detektering av gjenstander slik som flasker i flaskekasser, er det ofte vanskelig å få en entydig definisjon av den enkelte flaske i kassen, dens størrelse og type. Dette skyldes at slike flasker må normalt betraktes ovenfra og ned mot kassen, og ofte mens kassen er i bevegelse.

Til belysning av den kjente teknikk skal vises til: WO-A1 0049582 om angir en for-bedret optisk sensor for gjenkjennelse av sedler som benytter seg av en forkrummet linse, GB-A-2288016 som viser en innretning for å generere, detektere og gjenkjenne et konturbilde av en væskebeholder, og DE-A1 3240596 som viser en metode for optisk å bestemme posisjonen til komponenter som beveges i forhold til et opptakshode, hvor den bevegelige komponenten blir belyst gjennom en åpning i opptakshodet.

Den foreliggende oppfinnelse baserer seg på bruk av et optisk system der spekulære reflekser fra alle flasker i en flaskekasse vil være synlige for et kamera når lyskilden er definert og fortrinnsvis punktformet. Ved å ha flere par av kamera og lyskilde, vil foreliggende optiske system kunne tilveiebringe dybdesyn ved bruk av disparitetsmålinger, hvorved det blir mulig å kunne måle eksempelvis flaskenes og også kassens høyde.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes det optiske systemet ved:

- at det i avstand over transportøren er anbrakt en for lysgiverinnretningen og detektorinnretningen felles linse. - at lysgiverinnretningen og detektorinnretningen er anbragt i eller i alt vesentlig i samme plan som er parallelt med linsens plan og sammenfallende med linsens

fokalplan,

- at lysgiverinnretningen består av n lyskilder, og at detektorinnretningen består av n kameraer, der n > 2, - at samtlige par som hver består av én lyskilde og ett kamera ligger i samme fokalplan, at et punkt midtveis mellom lyskilden og kameraet i hvert par ligger på linsens optiske akse, og - at linsens optiske akse er sammenfallende med en akse normalt på fokalplanet og beliggende midtveis mellom lysgiverinnretningen og detektorinnretningen.

Ifølge en utførelsesform er lyskilden er en punktformet lyskilde.

Det vil være hensiktsmessig at lyskilden omgir en linse på et kamera, idet lyskilden i et første av parene omgir kameralinsen i et andre par, og lyskilden i det andre paret omgir kameralinsen i det første paret. Lyskilden kan eventuelt være utformet som et ringformet legeme. Alternativt kan lyskilden bestå av et flertall lyspunkter, for eksempel dannet av lysdioder eller lysledere. Disse lyspunkter kan være selektivt aktiverbare.

I en spesiell utførelsesform kan nevnte lyspunkter avgi farget lys, og minst noen av lyspunktene kan være innrettet til å avgi lys med forskjellig farge og/eller lysintensitet.

Ifølge en ytterligere utførelsesform kan det i lysbanen fra nevnte lysgiverinnretning være anbrakt et skråttstillet delvis gjennomsiktig speil, idet detektorinnretningen er innrettet til å motta reflektert lys fra gjenstanden via nevnte speil.

For det tilfellet der n > 2, vil parene av lyskilde og kamera aktiveres suksessivt med et innbyrdes tidskille.

Med fordel har lyskilden og kameraet i hvert par omtrentlig like åpningsvinkler.

Det vil også kunne være gunstig at den felles linsen er forsynt med et anti-refleks belegg.

Fortrinnsvis er linsen er en Fresnel-linse.

Ifølge en ytterligere utførelsesform er det ved et sted sideveis forskjøvet fra og langs gjenstandens bevegelsesbane anbrakt en lyskilde og/eller et skråstillet, av et kamera betraktbar speillegeme for betraktning av et sideparti av gjenstandene eller en kasse hvor gjenstandene er anbrakt.

I en foretrukket utførelsesform er det tilsiktet at nevnte gjenstander er flasker som er anbrakt i en flaskekasse.

Fig. 1 viser en prinsipptegning for det optiske systemet, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser, som eksempel, to par av lyskilde og kamera.

Fig. 3 viser en variant av kombinasjon av lyskilde og kamera.

Fig. 4 viser en ytterligere variant av to par av lyskilde og kamera.

Fig. 5 viser et optisk system bestående av to kameraer og to lyskilder i samvirke med en linse.

Fig. 6 viser en variant med linse, samt et kamera og en lyskilde.

Fig. 7 viser en løsning for betraktning av en kasses sideparti.

Fig. 8 viser et forenklet blokkskjema over funksjonsblokker som inngår i det optiske systemet, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 9 viser en variant med hensyn til plassering av lyskilde og kamera.

I utgangspunkt dannes systemet av en linse 1, for eksempel en Fresnel-linse og der en speilende flate 2 befinner seg stående normalt på linsens 1 akse 3 dannes av den speilende flasketuten 2 på en flaske 4. Denne speilende flasketut 2 befinner seg på den ene siden av linsen 1 og linsens fokalplan 5 befinner seg på den andre siden av linsen 1. Når lys sendes ut fra et sted 6 eller 7 i fokalplanet, vil det da ved hjelp av speileffekten fra den speilende flasketuten bli fokusert på en annet punkt i fokalplanet, like langt unna linseaksen 3, men på motsatt side av denne, og der det er anbragt et respektivt kamera 8, henholdsvis 9. Således vil flasketuten kunne avbildes i respektivt kamera 8 eller 9. Ingen andre spekulære, direkte reflekser vil kunne treffe kameraet. Høydemåling kan foretas på mange måter, for eksempel ved å sammenholde bilder som er tatt fra forskjellige punkter i fokalplanet og se på dispariteten til flasketuten i de forskjellige bildene, idet det lett derved kan frembringes en analyse av flaskens høyde basert på vanlige betraktningskriterier som er lagt inn i systemet. Lysgiverinnretningen vil normalt bestå av n lyskilder og detektorinnretningen vil likeledes bestå av n-kameraer, der n > 1. Når n £ 2 vil samtlige par som hver består av én lyskilde og ett kamera, ligge i samme fokalplan for linsen 1, slik som lyskilden 6 og kameraet 8, samt lyskilden 7 og kameraet 9, og det vil særlig fra fig. 1 sees at et punkt midtveis mellom lyskilden og kameraet i hvert par ligger på linsens optiske akse 3.

I det viste eksempel på fig. 1 og likeledes på fig. 4, er lyskilden fortrinnsvis en punktformet lyskilde. Imidlertid er det mulig å tenke seg, slik som vist på fig. 2 at lyskilden, her angitt med henvisningstallene 10 og 11 for respektive lyskilde/kamerapar 10,12 og 11,13, består av et flertall lyspunkter 10', henholdsvis 11'. Når lyskilden 10 og dermed kameraet 12 er aktive, er det mulig å tenke seg at noen, men ikke alle av lyspunktene 10' blir aktivert, eller at minst noen av lyspunktene 10' er innrettet til å avgi lys som er farget eller avgi lys med forskjellig farge og/eller lysintensitet. Det tilsvarende kan tilveiebringes for lyspunktene 11' når lyskilden 11 og detektoren i form av kameraet 13 er aktivert.

På fig. 3 er det angitt at lyskilden, her bestående av et antall av lyspunkter 14, kan omgi en kameralinse 15 i en enhet 16. Eventuelt kan lyskilden utgjøres av et ringformet legeme, eller at det ringformede legemet i realiteten dannes av et flertall av lyspunkter 14. Lyspunktene 14 vil være relatert til en kameralinse som sitter på en tilsvarende enhet av enheten 16, men diagonalt i forhold til linsens 1 optiske akse. På tilsvarende måte vil linsen 15 være relatert til en lyskilde, for eksempel i form av lyspunkter 14 på den andre (ikke viste) enheten som tilsvarer enheten 16.

Fig. 4 viser en løsning tilsvarende den som er vist på fig. 1 i nærmere detalj og følgelig angitt med samme henvisningstall som på fig. 1.

På fig. 5 er vist en oppstilling med to lyskilde/kamerapar, slik som parene 6, 8, og 7,9 vist på fig. 1 og fig. 4 eller parene 10, 12 og 11, 13 på fig. 2 eller en løsning som vist på fig. 3 der lyskilden omgir en linse på et kamera, idet lyskilden i et første av parene omgir kameralinsen i et andre par, og lyskilden i det andre paret omgir kameralinsen i det første paret. Som det vil sees på fig. 5 ligger de to lyskilde/kameraparene, slik som angitt med henvisningstallene 17,18 bak samme linse 19, i fokalplanet for linsen 19, men på hver sin side av linsens optiske akse. Høyder av gjenstander, slik som flasker i en kasse beregnes slik som tradisjonelt i et stereosyn-system. Slike stereosy-systemer er ålment kjente fra en rekke publikasjoner.

Alt lys som kommer fra en lyskilde og som treffer en horisontal, reflekterende flate, slik som en reflekterende flasketut, vil treffe aperturen på det på motsatt side av den optiske aksen plasserte kamera. Begge langsider av en flaskekasse vil, slik det er vist på fig. 5, kunne avbildes og gi mulighet for eksempelvis logogjenkjenning ved bruk av separat lyskilde for å forbedre belysningen, slik som nærmere angitt på fig. 7, for eksempel ved bruk av en supplerende lyskilde 20. Imidlertid er det også mulig å tenke seg at det ved et sted sideveis forskjøvet fra og langs flaskekassens bevegelsesbane er anbragt en alternativ lyskilde 21 og/eller et skråstillet, av et kamera (slik som for eksempel kameraet 22) betraktbart speillegeme 23, slik at det via nevnte speillegeme blir mulighet for å betrakte på en noe tydeligere måte et sideparti 24 av en flaskekasse 25. Det er også mulig å tenke seg at en lyskilde 26, slik som vist med strekprikkede linjer, kan anbringes på linsens 27 overside og bringes til å stråle mot en delvis gjennomsiktig, speilende flate 28 for derved å kunne bedre bestråle sidepartier av kassen 25.

Den variant som er vist på fig. 6 baserer seg på lyskilde og kamera bak samme linse, her angitt med henvisningstallet 29. Lyskilden er her angitt med henvisningstallet 30 og kameraet er angitt med henvisningstallet 31. En spalte (ikke vist) som dreies foran lyskilden, fortrinnsvis en punktkilde, vil kunne tilveiebringe et bevegelig lysplan med konstant vinkel. Alt lys som treffer en horisontal, speilende flate, slik som en speilende flate på en flasketut, vil kunne treffe kameraaperturen på kameraet 31. Dybdesyn kan da frembringes ved triangulering ved at lysplanets posisjon er kjent på avbildnings-tidspunktet. Systemet er orientert slik at lysplanavsøkningen skjer normalt på transportørretningen for å få minst mulig avsøkstrekning samt mulighet for en logogjenkjenning på flaskekassen 25.

I visse tilfeller, slik som angitt på fig. 9, kan det være hensiktsmessig å anvende i lysbanen fra en lysgiverinnretning 33, et skråttsillet, delvis gjennomsiktig speil 35 og der detektorinnretningen, her angitt med henvisningstallet 32, mottar reflektert lys fra en gjenstand via nevnte speil 35. Detektoren 32 og lysgiveren 33 vil være i forskjellig fysisk avstand fra linsen 34, men allikevel i samme optiske avstand fra linsen 34 og dermed i respektive fokalplan 36,36'.

Som angitt på tegningsfigurene har respektive lyskilde og kamera i hvert par omtrentlig like åpningsvinkler. Dette er i de fleste tilfeller vesentlig for å oppnå best mulig måleresultat. Selv om linsen, slik som linsen 1, 19, 29 eller 34 kan være en Fresnel-linse, er det også mulig å tenke seg anvendelse av andre typer av linser. Imidlertid vil det være ønskelig at linsen forsynes med et antirefleksbelegg, skjematisk antydet på fig. 9 med henvisningstallet 37. Det vil imidlertid forstås at dette antirefleksbelegg, som skal hindre at linsen selv oppfattes som den speilende flaten, vil være meget tynt.

På fig. 8 er angitt, som eksempel, to lyskilde- og kamerapar angitt med henvisningstallene 38, 39 og 40, 41. Enhetene 38, 39 er plassert diagonalt i forhold til linsens optiske akse 3 og det tilsvarende gjelder for enhetene 40,41. Eventuelt, slik som antydet i forbindelse med eksempelvis fig. 2, kan lyskilden 39 være oppdelt i en første lyskildedel 39' og en andre lyskildedel 39". Tilsvarende kan være tilfellet for lyskilden 41 med lyskildedeler 41<*> og 41". Dersom det er behov for eventuell ytterligere lyskilder, slik som eksempelvis en én eller flere av lyskildene 20, 21 eller 26, som vist på fig. 7, er det på fig. 8 antydet slik lyskilde med henvisningstallet 42. Lyskildene og kameraene kan styres fra en mikroprosessor 43. En kamerabildeanalysator (CIA = Camera Image Analyser) 44 er tilknyttet mikroprosessoren 43. En databank 45 er tilveiebragt der visse standard bildedefinisjoner er lagret. En komparator 46 sammen-holder utmatningene fra enhetene 44 og 45 og utmater disse til en utgangsenhet 47 som angir en definisjon av den eller de gjenstander som detekteres av det optiske systemet.

Innenfor oppfinnelsens ramme er det selvsagt for en fagmann tenkelig ytterligere modifikasjoner av det optiske systemet som vist innenfor rammen av de vedlagte patentkrav. De foregående illustrerende utførelseseksempler av oppfinnelsen er kun å anse som eksempler og skal ikke oppfattes som på noen måte begrensende for oppfinnelsens omfang.

Claims

1. Optisk system med lysgiverinnretning og detektorinnretning for detektering av en eller flere gjenstander som ved hjelp av en transportør beveger seg eller er temporært stasjonære under innretningene, der nevnte gjenstand(er) har minst et speilende parti, og der lys utsendes mot gjenstanden(e) fra lysgiverinnretningen og reflekteres tilbake mot detektorinnretningen, karakterisert ved- at det i avstand over transportøren er anbrakt en for lysgiverinnretningen og detektorinnretningen felles linse. at lysgiverinnretningen og detektorinnretningen er anbragt i eller i alt vesentlig i samme plan som er parallelt med linsens plan og sammenfallende med linsens fokalplan, - at lysgiverinnretningen består av n lyskilder, og at detektorinnretningen består av n kameraer, der n > 2, - at samtlige par som hver består av én lyskilde og ett kamera ligger i samme fokalplan, - at et punkt midtveis mellom lyskilden og kameraet i hvert par ligger på linsens optiske akse, og - at linsens optiske akse er sammenfallende med en akse normalt på fokalplanet og beliggende midtveis mellom lysgiverinnretningen og detektorinnretningen.

2. Optisk system som angitt i krav 1, karakterisert ved- at lyskilden er en punktformet lyskilde.

3. Optisk system som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved- at lyskilden omgir en linse på et kamera, idet lyskilden i et første av parene omgir kameralinsen i et andre par, og lyskilden i det andre paret omgir kameralinsen i det første paret.

4. Optisk system som angitt i krav 3, karakterisert ved- at lyskilden er et ringformet legeme.

5. Optisk system som angitt i krav 3, karakterisert ved- at lyskilden består av et flertall lyspunkter, for eksempel dannet av lysdioder eller lysledere.

6. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved- at det i lysbanen fra nevnte lysgiverinnretning er anbragt et skråttstillet delvis gjennomsiktig speil, og - at detektorinnretningen mottar reflektert lys fra gjenstanden via nevnte speil.

7. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved- at parene av lyskilde og kamera aktiveres suksessivt med et innbyrdes tidskille.

8. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved- at lyskilden og kameraet i hvert par har omtrentlig like åpningsvinkler.

9. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved- at den felles linsen er forsynt med et anti-refleks belegg.

10. Optisk system som angitt i krav 1 eller 9, karakterisert ved- at linsen er en Fresnel-linse.

11. Optisk system som angitt i krav 5. karakterisert ved- at nevnte lyspunkter er selektivt aktiverbare.

12. Optisk system som angitt i krav 5 eller 11, karakterisert ved - at nevnte lyspunkter avgir farget lys, og - at minst noen av lyspunktene er innrettet til å avgi lys med forskjellig farge og/eller lysintensitet.

13. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav karakterisert ved- at det ved et sted sideveis forskjøvet fra og langs gjenstandens bevegelsesbane er anbrakt en lyskilde og/eller et skråstillet, av et kamera betraktbar speillegeme for betraktning av et sideparti av gjenstandene eller en kasse hvor gjenstandene er anbrakt.

14. Optisk system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte gjenstander er flasker som er anbrakt i en flaskekasse.