TW202122763A - 用於使用螢光及抗反射表面構造之物件辨識之系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之系統及方法，該系統包括至少以下組件： 至少一個待辨識物件(110)，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 一光源(140)，其經組態以在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 一感測器(150)，其經組態以在包含該至少一個物件之該場景由該光源照明時量測該場景之輻射資料， 一線性偏振器(120)，其與一四分之一波板(130)耦合，該四分之一波板(130)經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器(120)成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，該線性偏振器(120)及該四分之一波板(130)定位於該感測器(150)與該至少一個物件(110)之間及該光源(140)與該至少一個物件(110)之間， 一資料儲存單元，其包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 一資料處理單元，其經組態以自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

Description

用於使用螢光及抗反射表面構造之物件辨識之系統及方法

本發明係關於一種用於使用螢光及抗反射表面構造之物件辨識之系統及方法。

由於電子裝置之大量使用，因此電腦視覺係迅速發展之一領域，該等電子裝置能夠基於結構化光或立體視覺(僅舉幾例)經由感測器(諸如攝影機)、距離感測器(諸如LiDAR或雷達)及深度攝影機系統而收集關於其周圍環境之資訊。此等電子裝置提供將由一電腦處理單元處理之原始影像資料且因此使用人工智慧及/或電腦輔助演算法來形成對一環境或一場景之一瞭解。存在可形成對環境之此瞭解之多種方式。一般而言，形成二維或三維影像及/或地圖，且分析此等影像及/或地圖以用於形成對場景及彼場景中之物件之一瞭解。用於改良電腦視覺之一種前景係量測場景中之物件之化學組成之成分。儘管可使用環境中獲取為二維或三維影像之物件之形狀及外觀來形成對環境之一瞭解，但此等技術具有某些缺點。

在電腦視覺領域中之一種挑戰係能夠使用感測器、計算能力、光探頭等中之一最小量之資源以高準確性及低延時來在每一場景內識別儘可能多之物件。多年來，已將物件識別程序稱作遠端感測、物件識別、分類、鑑認或辨識。在本發明之範疇中，將一電腦視覺系統識別一場景中之一物件之能力稱作「物件辨識」。舉例而言，一電腦分析一圖像並識別/標記彼圖像中之一球(有時利用更進一步資訊，諸如一球之類型(籃球、足球、棒球)、品牌、內容脈絡等)歸於術語「物件辨識」。

一般而言，用於在電腦視覺系統中辨識一物件之技術可如下進行分類：技術 1 ： 實體標籤(基於影像)：條碼、QR碼、序列號、文字、圖案、全像圖等。技術 2 ： 實體標籤(基於掃描/緊密接觸)：觀看角度相依顏料、上轉換顏料、異染性材料、色彩(紅色/綠色)、發光材料。技術 3 ： 電子標籤(被動)：RFID標籤等。附接至所關注物件之裝置不具有電源、未必可見但可在其他頻率(舉例而言，無線電)下進行操作。技術 4 ： 電子標籤(主動)：無線通信、光、無線電、交通工具至交通工具、交通工具至任何事物(X)等。所關注物件上之經供電裝置發出呈各種形式之資訊。技術 5 ： 特徵檢測(基於影像)：影像分析及識別，亦即，自側面看一汽車在特定距離處之兩個輪子；針對臉部辨識之兩隻眼睛、一鼻子及嘴巴(以彼次序)等。此依賴於已知幾何形狀/形狀。技術 6 ： 基於深度學習/CNN (基於影像)：利用汽車、臉部等之經標記影像之諸多圖像來訓練一電腦，且該電腦判定將檢測之特徵並預測所關注物件是否存在於新區域中。需要針對每一類別之待識別物件而重複進行訓練程序。技術 7 ： 物件追蹤方法：以一特定次序來組織一場景中之物品並在開始時標記經排序物件。此後利用已知色彩/幾何形狀/三維座標來跟隨場景中之物件。若物件離開場景且重新進入，則「辨識」丟失。

在以下內容中，呈現上文所提及技術之某些缺點。技術 1 ： 當影像中之一物件被遮蔽或物件之僅一小部分處於視野中時，可無法讀取條碼、標誌等。此外，撓性物品上之條碼等可被扭曲，從而限制可見性。一物件之所有側面將必須攜載自一定距離處可見之較大條碼，否則僅可在近距離且具有正確定向之情況下辨識物件。舉例而言，當將要掃描一商店之貨架上之一物體上之一條碼時，此將係一問題。當在一整個場景內進行操作時，技術1依賴於可變化之周圍光照。技術 2 ： 上轉換顏料由於其較小量子產率而具有低位準之發射光，因此在觀看距離上具有限制。該等上轉換顏料需要強光探頭。該等上轉換顏料通常係不透明的且係大顆粒，從而限制塗層之選項。以下事實使該等上轉換顏料之使用進一步複雜化：與螢光及光反射相比，上轉換回應係較慢的。儘管某些應用取決於所使用之化合物而利用此獨特回應時間，但此僅在預先知曉彼感測器/物件系統之飛行距離時間時係可能的。在電腦視覺應用軟體中很少出現此情形。出於此等原因，防偽感測器具有經覆蓋/暗區段以用於讀取、具有1級或2級雷射作為探頭以及距所關注物件之一固定且有限距離以確保準確性。 類似地，觀看角度相依顏料系統僅在近距離起作用且需要在多個角度下進行觀看。而且，為了視覺上令人愉快之效果，色彩並非係均勻的。必須管理入射光光譜來獲得正確量測。在一單個影像/場景內，具有角度相依色彩塗層之一物件將沿著樣本尺寸具有對攝影機可見之多種色彩。 基於色彩之辨識係困難的，此乃因所量測色彩部分地取決於周圍光照條件。因此，針對每一場景需要參考樣本及/或受控制光照條件。不同感測器亦將具有用以區分不同色彩之不同能力，且將自一種感測器類型/製造商至另一感測器類型/製造商而不同，從而針對每一感測器需要校準檔案。 在周圍光照下基於發光之辨識係一挑戰性任務，此乃因物件之反射及發光成分被添加在一起。通常，基於發光之辨識將替代地利用一暗量測條件及對發光材料之激發區之一先驗知曉，因此可使用正確光探頭/光源。技術 3 ： 諸如RFID標籤之電子標籤需要將一電路、集電器及天線附接至所關注物品/物件，從而增加設計之成本及複雜性。RFID標籤提供當前類型資訊或不提供類型信息，但不提供精確位置資訊，除非使用場景內之諸多感測器。技術 4 ： 此等主動方法需要將所關注物件連接至一電源，此對於如一足球、一襯衫或一麵食盒之簡單物品而言係成本高昂的且因此係不實際的。技術 5 ： 預測準確性在很大程度上取決於影像之品質及攝影機在場景內之位置，此乃因遮蔽、不同觀看角度及諸如此類可容易改變結果。標誌類型影像可存在於場景內之多個位置中(亦即，一標誌可位於一球、一T恤、一帽子或一咖啡杯上)且物件辨識係藉由推斷。必須盡力將物件之視覺參數轉換為數學參數。可改變其形狀之撓性物件係成問題的，此乃因每一可能形狀必須包含於資料庫中。總是存在固有之模糊性，此乃因類似形狀之物件可被誤認為所關注物件。技術 6 ： 訓練資料集之品質決定方法之成功。針對待辨識/分類之每一物件，需要諸多訓練影像。如針對技術5之相同遮蔽及撓性物件形狀限制適用。需要利用數千個或更多影像來訓練每一類別之材料。技術 7 ： 此技術在對場景進行預組織時起作用，但此係很少實際的。若所關注物件離開場景或被完全遮蔽，則無法辨識該物件，除非與以上其他技術組合。 除現有技術之上文所提及缺點之外，亦存在值得提及之某些其他挑戰。用以看到一長距離之能力、用以看到小物件之能力或用以看到足夠詳細之物件之能力皆需要高解析度成像系統，亦即，高解析度攝影機、LiDAR、雷達等。高解析度需要增加相關聯感測器成本且增加待處理之資料量。 針對如自主駕駛或安全之需要即時回應之應用，延時係另一重要態樣。需要處理之資料量判定邊緣或雲端計算是否適合於應用，該雲端計算僅在資料載入較小之情況下係可能的。當邊緣計算與繁重處理一起使用時，操作系統之裝置變得更龐大且限制易用性並因此限制實施。 因此，需要適合於改良電腦視覺應用軟體之物件辨識能力之系統及方法。

本發明提供一種具有獨立技術方案之特徵之系統及方法。實施例係附屬技術方案及說明以及圖式之主題。

根據技術方案1，提供一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之系統，該系統包括至少以下組件： 至少一個待辨識物件，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 一光源，其經組態以較佳地在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 一感測器，其經組態以在包含該至少一個物件之該場景由該光源照明時量測該場景之輻射資料， 一線性偏振器，其與一四分之一波板耦合，該四分之一波板經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，該線性偏振器及該四分之一波板定位於該光源與該至少一個物件之間及該感測器與該至少一個物件之間， 一資料儲存單元，其包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 一資料處理單元，其經組態以自該場景之該所量測輻射資料提取/檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所提取/所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

技術上，線性偏振器與四分之一波板之構造需要介於該光源與該物件之間且介於該物件與該感測器之間，亦即，光必須在去往該物件之路徑上行進穿過線性偏振器且然後在去往該感測器之路徑上再次行進穿過該線性偏振器。

在所提出系統之一項態樣中，該線性偏振器與該四分之一波板熔合在一起，從而形成一個光學組件。將該線性偏振器與該四分之一波板直接施加於該至少一個物件之頂部上(較佳地作為一塗層或包覆物)，以形成一3層構造。較佳地，該至少一個物件具有一基本上平坦表面，可將該線性偏振器與該四分之一波板作為一個光學組件施加至該基本上平坦表面。

在本發明之範疇內，同義地使用術語「螢光(fluorescent)」及「發光(luminescent)」以及術語「螢光(fluorescence)」及「發光(luminescence)」。在本發明之範疇內，將廣泛地解釋且同義地使用術語「資料處理單元」、「處理器」、「電腦」及「資料處理器」。

在另一態樣中，本發明之實施例係針對於一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之系統，該系統包括至少以下組件： 至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 一光源，其經組態以較佳地在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 兩個線性偏振器，其相對於彼此以約0度對準或相對彼此以約90度旋轉且將該至少一個物件夾在中間， 一感測器，其經組態以在包含該至少一個物件之該場景由該光源照明時量測該場景之輻射資料， 一資料儲存單元，其包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 一資料處理單元，其經組態以自該場景之該所量測輻射資料提取/檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所提取/所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

根據所提出系統之一項實施例，將該等線性偏振器直接施加於該至少一個物件之兩側上。

在一項態樣中，該兩個線性偏振器中之每一者與一四分之一波板(λ (lambda)四分之一波板)耦合。在此情形中，該等線性偏振器需要相對於彼此以約0度對準，亦即，相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準。四分之一波板中之每一者經定向以使其快軸及慢軸相對於該各別線性偏振器成約45度(亦即，成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度)，且每一四分之一波板相對於另一四分之一波板以約0度進行定向(亦即，相對於另一四分之一波板成處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度)。

一般而言，存在對於具有兩個線性偏振器之一配置之兩種不同替代方案，該等線性偏振器可相對於彼此交叉(以約90度進行定向)或相對於彼此對準(以約0度進行定向)。

在所提出系統之另一態樣中，將該兩個線性偏振器以及各自與該兩個線性偏振器中之一者耦合之該各別兩個四分之一波板(較佳地作為各別塗層或包覆物)直接施加於該至少一個物件之兩側上，從而形成一5層構造，其中每一層直接位於另一層之頂部上。較佳地，該至少一個物件具有位於兩個相對側上之兩個基本上平坦表面，可將一線性偏振器及一四分之一波板作為一個組件施加至該兩個基本上平坦表面中之每一者以總共形成一5層構造。

在一進一步態樣中，該感測器係一超光譜攝影機或一多光譜攝影機。該感測器一般係具有光子計數能力之一光學感測器。更具體而言，該感測器可為一單色攝影機或一RGB攝影機或者一多光譜攝影機或一超光譜攝影機。該感測器可為以上各項中之任何者之一組合，或者以上各項中之任何者與一可調諧或可選擇濾光器集合(例如，一單色感測器與特定濾光器)之組合。該感測器可一次量測場景之一單個像素或量測諸多像素。該光學感測器可經組態以對一特定光譜範圍、特定而言三個以上頻帶內之光子進行計數。該光學感測器可為具有多個像素以獲得一較大視域之一攝影機，從而特定而言同時讀取所有頻帶或在不同時間讀取不同頻帶。

一多光譜攝影機跨越電磁光譜而擷取特定波長範圍內之影像資料。波長可藉由濾光器或藉由使用對特定波長(包含來自超出可見光範圍之頻率(亦即，紅外線及紫外線)之光)敏感之儀器而分離。光譜成像可允許提取人眼無法利用其紅色、綠色及藍色受體擷取之額外資訊。一多光譜攝影機量測較小數目個(通常3個至15個)光譜頻帶中之光。一超光譜攝影機係光譜攝影機之一特殊情形，其中通常數百個連續光譜頻帶係可用的。

該光源可為一可切換光源，該可切換光源具有各自由一或多個LED構成之兩個照明體且在該兩個照明體之間具有一短轉換時間。較佳地將該光源選擇為能夠在至少兩個不同照明體之間進行切換。針對某些方法可需要三個或三個以上照明體。將照明體之總組合稱為光源。進行此之一種方法係自不同波長發光二極體(LED)形成照明體。LED可迅速地接通及關斷，從而允許照明體之間的快速切換。亦可使用具有不同發射之螢光光源。亦可使用具有不同濾光器之白熾光源。光源可以人眼不可見之一速率在照明體之間進行切換。亦可利用LED或其他光源來形成類正弦照明體，該等類正弦照明體用於所提出電腦視覺演算法中之某些電腦視覺演算法。

本發明闡述表面構造，該等表面構造提供限制自表面之光反射同時經由發光而提供光發射之一方法。藉由在一抗反射膜結構(與四分之一波板耦合(或不與四分之一波板耦合)之線性偏振器)下面併入有一發光材料(待辨識物件)，若激發波長之電磁輻射存在，則該構造獨立於照明光譜分佈而提供自材料/物件輻射之一色度。此一系統可藉由使用在發光層/材料下方具有或不具有一高度鏡面反射層之基於四分之一λ板之偏振抗反射構造來進行構造。此一構造消除用於電腦視覺應用軟體之基於色彩空間之辨識技術之周圍光相依性，此乃因由感測器觀察到之色度將獨立於周圍光條件而是僅取決於(待辨識物件之)發光層之化學性質。藉由如所闡述將一表面構造之反射與發光解耦，使用發光之色度來進行基於化學性質之物件辨識係可能的，此乃因發光係存在於發光材料/物件中之化學部分之一固有性質。

在另一態樣中，本發明係關於一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之方法，該方法包括至少以下步驟： 提供至少一個待辨識物件，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供與一四分之一波板耦合之一線性偏振器，該四分之一波板經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器成約45度，亦即，相對於該線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，及 將該線性偏振器及該四分之一波板定位於該光源與該至少一個物件之間，及一感測器與該至少一個物件之間， 使用該感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料提取/檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣， 將該所提取/所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，及 識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

在一項態樣中，將該線性偏振器與該四分之一波板直接施加於該至少一個物件之頂部上以形成一3層構造。

在另一態樣中，本發明之實施例係針對於一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之方法，該方法包括至少以下步驟： 提供至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供兩個線性偏振器，該兩個線性偏振器相對於彼此以約0度對準或相對彼此以約90度旋轉且將該至少一個物件夾在中間， 使用一感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 提供一資料處理單元，該資料處理單元經程式化以自該場景之該所量測輻射資料提取/檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所提取/所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

可將該等線性偏振器直接施加於該至少一個物件之兩側上。

該兩個線性偏振器中之每一者可與一四分之一波板耦合。在此情形中，該兩個線性偏振器需要相對於彼此對準且每一四分之一波板需要相對於各別線性偏振器以約45度旋轉，同時四分之一波板相對於彼此對準。

用詞「將對準(to be aligned)」意指將相對於彼此以約0度對準，亦即，相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準。

根據所提出方法之一項可能實施例，將該兩個線性偏振器以及各自與該兩個線性偏振器中之一者耦合之該各別兩個四分之一波板直接施加於該至少一個物件之兩側上，從而形成一5層構造，其中每一層直接位於另一層之頂部上。

本發明之實施例可與一電腦系統一起使用或併入於該電腦系統中，該電腦系統可為一獨立單元或包含經由一網路(例如，網際網路或一內部網路)而與位於(舉例而言)一雲端中之一中央電腦進行通信之一或多個遠端終端或裝置。如此，本文中所闡述之資料處理單元及相關組件可為一區域電腦系統或一遠端電腦或一線上系統或者其等之一組合之一部分。本文中所闡述之資料庫，亦即，資料儲存單元及軟體可儲存於電腦內部記憶體中或儲存於一非暫時性電腦可讀媒體中。在本發明之範疇內，資料庫可為資料儲存單元之一部分或可表示資料儲存單元本身。同義地使用術語「資料庫」及「資料儲存單元」。

所提出系統之某些或所有技術組件，亦即光源、感測器、線性偏振器、資料儲存單元與資料處理單元可彼此進行通信連接。該等組件中之任何者之間的一通信連接可為一有線或一無線連接。可使用每一適合通信技術。該等各別組件各自可包含用於彼此進行通信之一或多個通信介面。可使用一有線資料傳輸協定(諸如光纖分散式資料介面(FDDI)、數位訂戶線(DSL)、乙太網路、異步傳送模式(ATM)或任何其他有線傳輸協定)來執行此通信。另一選擇係，可使用多種協定(諸如一般封包無線電服務(GPRS)、通用行動電信系統(UMTS)、分碼多重存取(CDMA)、長期演進(LTE)、無線通用串列匯流排(USB)及/或任何其他無線協定)中之任一者經由無線通信網路而無線地進行該通信。各別通信可為一無線通信與一有線通信之一組合。

在仍一進一步態樣中，本發明之實施例針對於一種具有指令之電腦程式產品，該等指令可由如之前所闡述之一或多個資料處理單元執行，該等指令致使一機器： 提供至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供兩個線性偏振器，該兩個線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準或者相對彼此以處於85度至95度、特定而言87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度旋轉，且將該至少一個物件夾在中間， 使用一感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

在仍一進一步實施例中，本發明係關於一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在由一或多個處理器、特定而言由如之前所闡述之一或多個資料處理單元執行時致使一機器： 提供至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供兩個線性偏振器，該兩個線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準或者相對彼此以處於85度至95度、特定而言87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度旋轉，且將該至少一個物件夾在中間， 使用一感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

在仍另一實施例中，本發明係關於一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在由一或多個處理器執行時致使一機器： 提供至少一個待辨識物件，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供與一四分之一波板耦合之一線性偏振器，該四分之一波板經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，及 將該線性偏振器及該四分之一波板定位於一感測器與該至少一個物件之間，及該光源與該至少一個物件之間， 使用該感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣， 將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，及 識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

在以下實例中進一步定義本發明。應理解，藉由指示本發明之較佳實施例而僅以圖解說明方式給出此等實例。依據以上論述及實例，熟習此項技術者可確定本發明之基本特性，且可在不背離本發明之精神及範疇之情況下作出本發明之各種改變及修改以使本發明適用於各種用途及條件。

圖1展示根據本發明之一系統之一第一實施例。該系統包括一物件110，該物件將被辨識且被提供/賦予一螢光材料，如由參考符號105所指示。此外，物件110亦具有一鏡面反射表面106。該系統進一步包括一線性偏振器120及一四分之一波板130。此外，該系統包括一光源140，該光源經組態以照明包含物件110之一場景。線性偏振器120及四分之一波板130配置於光源140與物件110之間及物件110與一感測器150之間。線性偏振器120可位於任何位置中。四分之一波板130必須使其如由各別雙箭頭所指示之快軸及慢軸與線性偏振器定向成約45度(理想地，小的偏差係可接受的)，但另外四分之一波板130之定向無關緊要。舉例而言，可相對於線性偏振器120而切換快軸與慢軸。此外，將線性偏振器120與四分之一波板130熔合在一起且可直接施加於物件110之頂部上以給出一3層構造係可能的。該系統進一步包括感測器150，該感測器經組態以感測在已通過四分之一波板130及線性偏振器120之後自物件110返回之光。感測器150與此處未展示之一資料處理單元以及儲存具有各別複數個不同物件之複數個螢光光譜型樣之一資料庫之一資料儲存單元耦合。在操作中，光源140將未經偏振光發射至線性偏振器120上。線性偏振器120使傳入光111線性偏振，然後四分之一波板130將經線性偏振光112轉換為經圓偏振光113。在自物件110反射後，旋即在反射表面106處藉由反射而將光113之圓偏振轉換為反相115。光之一部分(亦即，激發被賦予在物件110上之螢光材料105所需要之彼波長之光)被部分地吸收且以一較長波長發射。發螢光之光114大部分無偏振。當通過四分之一波板130時，未經偏振光114可不受干擾地通過四分之一波板130 (116)且該未經偏振光之約一半亦可作為經線性偏振光118逸出線性偏振器120。此光118可然後由感測器150觀察到及量測到。相比而言，光115再一次由四分之一波板130變換為經線性偏振光117。此經線性偏振光117具有錯誤相位以透過線性偏振器120返回且因此，抑制或至少減少物件110處之反射。由於螢光發射僅隨著激發光之改變而改變量值，因此所量測經發射光118之螢光光譜仍指示待辨識物件110且因此可用於物件識別。如圖1中所展示之整個構造可施加至待辨識物件之一部分或者施加為物件110之大部分或整體上之一塗層或包覆物。較佳地，利用物件110之一個多光譜影像或超光譜影像來獲取資訊以用於自所量測經發射光118之可觀察螢光光譜識別物件110係可能的。

圖2展示所提出系統之一替代實施例之一區段。圖2中所展示之系統包括一光源240、一待辨識物件210及一感測器250。對物件210賦予一螢光材料205，使得可藉助於物件210之物件特有螢光光譜型樣而識別該物件。此外，物件210係高度透明的，使得照射物件210之光可通過物件210。該系統進一步包括兩個線性偏振器220及225。線性偏振器220及225可處於任何定向中但必須相對於彼此成約90，亦即，相對於彼此成處於85度至95度、較佳地87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度。在此處所展示之實施例中，被賦予/提供螢光材料之物件210夾在兩個線性偏振器220與225之間。將線性偏振器220及225直接施加於物件210之螢光材料205之兩側上係可能的。物件210及設置於物件210上之螢光材料必須具有一定程度之透明度，使得光可穿過螢光材料205及物件210透射至另一側。

在進行操作時，光源240發射照射線性偏振器225之未經偏振光211，該線性偏振器首先使傳入光211線性偏振。經偏振光212然後照射物件210。僅經偏振光之一部分213不受任何干擾地通過物件210。到達螢光材料205的具有用以激發螢光材料205之適當能量之經線性偏振光212被部分地吸收且以一較長波長發射。發螢光之光214大部分無偏振，使得該發螢光之光之僅約一半無法通過第二線性偏振器220。未被吸收但不受任何干擾地通過物件210之光213由於其相對於第二線性偏振器225成約90度之定向而無法通過第二線性偏振器220。因此，可由感測器250觀察到並量測到之光215僅由發螢光之光214產生，該發螢光之光可通過第二線性偏振器220且作為經偏振光215離開第二線性偏振器220。此所量測光215指示物件210之螢光材料205且可因此用於物件識別。出於彼目的，感測器250與一資料儲存單元及一資料處理單元進行通信接觸，該資料儲存單元具有儲存具備不同螢光光譜型樣之不同物件之一資料庫，該資料處理單元經組態以將物件210之所量測螢光光譜型樣與儲存於資料庫中之一螢光光譜型樣匹配。此處皆未展示資料庫及資料處理單元兩者。

圖3展示所提出系統之仍一進一步實施例之一區段。該系統包括一光源340、一待辨識物件310及一感測器350。該系統進一步包括一資料處理單元及一資料庫，該資料處理單元及該資料庫兩者在此處皆未展示，但至少與感測器350進行通信連接。待辨識物件310再次由一透明材料形成且進一步具備具有一特定螢光光譜型樣之一螢光材料305。該系統進一步包括兩個線性偏振器320及325以及兩個四分之一波板330及335。將每一四分之一波板指派給一各別線性偏振器。因此，將四分之一波板330指派給線性偏振器320且將四分之一波板335指派給線性偏振器325。如關於圖1已闡述，線性偏振器320、325可處於任何定向中且亦處於任何位置中。若線性偏振器320、325相對於彼此以約0度對準(如圖3中所展示)，則被指派給各別線性偏振器之四分之一波板必須使其快軸及慢軸相對於線性偏振器定向成約45度且相對於另一四分之一波板成約0度。彼意指四分之一波板330必須相對於線性偏振器320以約45度進行定向。四分之一波板335必須相對於線性偏振器325以約45度進行定向。在圖3中所展示之配置中，物件310由兩個線性偏振器320、325及兩個四分之一波板330、335夾在中間。在物件310之兩側上，配置由一線性偏振器與一四分之一波板形成之一對。以下情形係可能的：以彼順序，將線性偏振器與四分之一波板熔合在一起且直接施加於物件310之螢光材料305之兩側之頂部上以給出一5層構造，其中每一層直接位於另一層之頂部上。

在進行操作時，光源340發射照射線性偏振器325之未經偏振光311。線性偏振器325首先使傳入光311線性偏振成經偏振光312。當經偏振光312照射四分之一波板335時，四分之一波板335將經線性偏振光312轉換為經圓偏振光313。經圓偏振光313之一部分可然後不受任何干擾地通過物件310且作為經圓偏振光314離開物件310。到達物件310之螢光材料305的具有用以激發螢光材料305之適當能量之經圓偏振光被部分地吸收且以一較長波長發射。發螢光之光315大部分無偏振，因此在通過四分之一波板330後無淨改變，仍作為未經偏振光317。未經偏振光317之約一半由第二線性偏振器320吸收，且剩餘的未經偏振光作為一經線性偏振光318通過。將照射四分之一波板330之經圓偏振光314轉換為經線性偏振光316。然而，此經線性偏振光316具有錯誤相位以透過線性偏振器320返回，且因此未被物件310發螢光之光不可離開線性偏振器320。因此，僅已被物件310發螢光之光315可離開線性偏振器320。所量測經發射光318之光譜指示物件310之螢光材料且可用於藉由將所量測螢光光譜型樣與資料庫匹配而進行物件識別。

對於此設計，各種組態(亦即，偏振器與四分之一波板相對於彼此之定向)係可能的。所有構造依賴於以下原理：使傳入光線性偏振、視情況使該光圓偏振、允許該光照射待辨識物件之螢光材料並因此促進未經偏振光之發射、將經圓偏振光轉換為經線性偏振光(若需要)且利用一適當線性偏振器來濾除剩餘傳入光。然而，經發射光之近似一半能夠逸出最終線性偏振器且可由一各別感測器感知到或量測到。由於光學損失，因此經發射光之至多50％可逸出最終線性偏振器。

圖4展示具有一水平軸410及一垂直軸420之一圖式400。沿著水平軸410，以奈米為單位來標繪光波長。在垂直軸420上，標繪光之一經正規化強度。曲線430指示使用一超光譜攝影機所量測之輻射且曲線440指示使用一螢光計所量測之一光源之發射。

105:參考符號/螢光材料 106:鏡面反射表面/反射表面 110:待辨識物件/物件 111:傳入光 112:經線性偏振光 113:經圓偏振光/光 114:發螢光之光/未經偏振光 115:反相/光/經圓偏振光 116:未經偏振光 117:經線性偏振光 118:經線性偏振光/光/所量測經發射光 120:線性偏振器 130:四分之一波板 140:光源 150:感測器 205:螢光材料 210:待辨識物件/物件 211:未經偏振光/傳入光 212:經偏振光/經線性偏振光 213:部分/光/經線性偏振光 214:發螢光之光/未經偏振光 215:光/經偏振光/所量測光/經線性偏振光 220:線性偏振器/第二線性偏振器 225:線性偏振器/第二線性偏振器 240:光源 250:感測器 305:螢光材料 310:待辨識物件/物件 311:未經偏振光/傳入光 312:經偏振光/經線性偏振光 313:經圓偏振光 314:經圓偏振光 315:發螢光之光/未經偏振光 316:經線性偏振光 317:未經偏振光 318:經線性偏振光/所量測經發射光 320:線性偏振器/第二線性偏振器 325:線性偏振器 330:四分之一波板 335:四分之一波板 340:光源 350:感測器 400:圖式 410:水平軸 420:垂直軸 430:曲線 440:曲線

圖1示意性地展示根據本發明之系統之一第一實施例之一區段。 圖2示意性地展示根據本發明之系統之一第二實施例之一區段。 圖3示意性地展示根據本發明之系統之一第三實施例之一區段。 圖4展示已使用根據本發明之系統之一實施例來接收之所量測輻射及發射資料的一圖式。

105:參考符號/螢光材料

106:鏡面反射表面/反射表面

110:待辨識物件/物件

111:傳入光

112:經線性偏振光

113:經圓偏振光/光

114:發螢光之光/未經偏振光

115:反相/光/經圓偏振光

116:未經偏振光

117:經線性偏振光

118:經線性偏振光/光/所量測經發射光

120:線性偏振器

130:四分之一波板

140:光源

150:感測器

Claims (15)

1. 一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之系統，該系統包括至少以下組件： 至少一個待辨識物件(110)，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 一光源(140)，其經組態以在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 一感測器(150)，其經組態以在包含該至少一個物件之該場景由該光源照明時量測該場景之輻射資料， 一線性偏振器(120)，其與一四分之一波板(130)耦合，該四分之一波板(130)經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器(120)成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，該線性偏振器(120)及該四分之一波板(130)定位於該感測器(150)與該至少一個物件(110)之間及該光源(140)與該至少一個物件(110)之間， 一資料儲存單元，其包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 一資料處理單元，其經組態以自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。
2. 如請求項1之系統，其中該線性偏振器與該四分之一波板熔合在一起，從而形成一個光學組件。
3. 如請求項2之系統，其中將該線性偏振器與該四分之一波板直接施加於該至少一個物件之頂部上以形成一3層構造。
4. 一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之系統，該系統包括至少以下組件： 至少一個待辨識物件(210、310)，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 一光源(240、340)，其經組態以在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 兩個線性偏振器(220、225、320、325)，其相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準或者相對彼此以處於85度至95度、特定而言87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度旋轉，且將該至少一個物件夾在中間， 一感測器(250、350)，其經組態以在包含該至少一個物件之該場景由該光源照明時量測該場景之輻射資料， 一資料儲存單元，其包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 一資料處理單元，其經組態以自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。
5. 如請求項4之系統，其中將該等線性偏振器直接施加於該至少一個物件之兩側上。
6. 如請求項4之系統，其中該兩個線性偏振器(320、325)中之每一者與一四分之一波板(330、335)耦合，其中該等線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準，且該等四分之一波板中之每一者經定向以使其快軸及慢軸相對於該各別線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，並且每一四分之一波板相對於另一四分之一波板以約0度進行定向。
7. 如請求項6之系統，其中將該兩個線性偏振器以及各自與該兩個線性偏振器中之一者耦合之該各別兩個四分之一波板直接施加於該至少一個物件之兩側上，從而形成一5層構造，其中每一層直接位於另一層之頂部上。
8. 如前述請求項中任一項之系統，其中該感測器(150、250、350)係一超光譜攝影機或一多光譜攝影機。
9. 一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之方法，該方法包括至少以下步驟： 提供至少一個待辨識物件，該物件具有物件特有反射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供與一四分之一波板耦合之一線性偏振器，該四分之一波板經定向以使其快軸及慢軸相對於該線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，及 將該線性偏振器及該四分之一波板定位於一感測器與該至少一個物件之間，及該光源與該至少一個物件之間， 使用該感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣， 將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，及 識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。
10. 如請求項9之方法，其中將該線性偏振器與該四分之一波板直接施加於該至少一個物件之頂部上以形成一3層構造。
11. 一種用於經由一電腦視覺應用軟體而進行物件辨識之方法，該方法包括至少以下步驟： 提供至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供兩個線性偏振器，該兩個線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準或者相對彼此以處於85度至95度、特定而言87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度旋轉，且將該至少一個物件夾在中間， 使用一感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 提供一資料處理單元，該資料處理單元經程式化以自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。
12. 如請求項11之方法，其中將該等線性偏振器直接施加於該至少一個物件之兩側上。
13. 如請求項11或12之方法，其中該兩個線性偏振器中之每一者與一四分之一波板耦合，其中該等線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準，且該等四分之一波板中之每一者經定向以使其快軸及慢軸相對於該各別線性偏振器成處於40度至50度、較佳地42度至48度、更佳地44度至46度之範圍內之一角度，並且每一四分之一波板相對於另一四分之一波板以約0度進行定向。
14. 如請求項11至13中任一項之方法，其中將該兩個線性偏振器以及各自與該兩個線性偏振器中之一者耦合之該各別兩個四分之一波板直接施加於該至少一個物件之兩側上，從而形成一5層構造，其中每一層直接位於另一層之頂部上。
15. 一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在由一或多個處理器執行時致使一機器： 提供至少一個待辨識物件，該物件係至少半透明的且具有物件特有透射及發光光譜型樣， 使用一光源在周圍光照條件下照明包含該至少一個物件之一場景， 提供兩個線性偏振器，該兩個線性偏振器相對於彼此以處於-5度至5度、較佳地-3度至2度、更佳地-1度至1度之範圍內之一角度對準或者相對彼此以處於85度至95度、特定而言87度至92度、更佳地89度至91度之範圍內之一角度旋轉，且將該至少一個物件夾在中間， 使用一感測器來量測包含該至少一個物件之該場景之輻射資料， 提供一資料儲存單元，該資料儲存單元包括發光光譜型樣連同經適當指派各別物件， 自該場景之該所量測輻射資料檢測該至少一個待辨識物件之該物件特有發光光譜型樣且將該所檢測物件特有發光光譜型樣與儲存於該資料儲存單元中之該等發光光譜型樣匹配，並且識別一最佳匹配發光光譜型樣及因此其所指派物件。

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