[发明专利]具有校准目标对象的成像系统

说明书

本申请涉及具有校准目标对象的成像系统。基于光三角测量的成像系统(200)，用于借助一个或多个相机(230)来捕获关于对象的三维特性的信息。校准目标对象(2000)在所述相机(230)的相应视场(231)内，使得相机(230)能够检测从校准目标对象(2000)的表面结构反射的光，表面结构包括其各自的基部在同一平面中并且其各自的顶点(412，422a‑c；512a‑b，522a‑c；612，622a‑c)在距该同一平面相同的正交距离处的一个或多个直立正棱锥形凹槽(410；510a‑b；610)和一个或多个直立正棱锥(420a‑c；520a‑c；620a‑c)。所述直立正棱锥形凹槽(410；510a‑b；610)中至少一个的基部与所述直立正棱锥(420a‑c；520a‑c；620a‑c)中至少一个的基部共享至少一边，使得共享边的每对侧面(413‑1，423a‑3；513b‑2，523c‑2；613‑1，623a‑2)位于共同平面中。

技术领域

本文中的实施例涉及基于光三角测量的成像系统，该系统包括用于校准该成像系统的校准目标对象。

背景技术

用于工厂和物流自动化的工业视觉相机和系统可以基于三维(3D)机器视觉，其中捕获场景和/或对象的3D图像。3D图像是指还包括“高度”或“深度”信息，而不包括或至少不仅仅包括关于如常规图像中的仅二维(2D)中的像素的信息(例如，强度和/或颜色)的图像。即，图像的每个像素可以包括与图像中的像素的位置相关联并映射到已经被成像的例如，对象的位置的这种信息。然后可以应用处理以从3D图像提取关于对象的特性(即，对象的3D特性)的信息，并且例如将其转换成各种3D图像格式。关于高度的这种信息可以被称为范围数据，其中范围数据因此可以对应于来自正成像的对象的高度测量的数据，或者换句话说来自对象的范围或距离测量的数据。替代地或附加地，像素可以包括关于例如材料属性的信息，诸如与成像区域中的光的散射或特定波长的光的反射相关的信息。

因此，像素值可以例如与像素的强度和/或范围数据和/或材料属性相关。

当图像的图像数据例如由具有被配置为一次一行像素地感测并提供图像数据的传感器的相机一次一行地扫描或提供时，产生线扫描图像数据。线扫描图像的特殊情况是由所谓的“片光”(例如，激光线、3D三角测量)提供的图像数据。激光通常是优选，但也可以使用能够提供“片光”的其它光源，例如，能够提供保持聚焦且不会散开太多的光(诸如由发光二极管(LED)提供的光)的光源。

3D机器视觉系统通常是基于这种片光三角测量。在这种系统中，存在以特定光图案(诸如作为特定光图案的片光)照亮对象的光源，例如，导致对象上的光或激光线，并且沿着该线可以捕获与对象的轮廓对应的对象的3D特性。所使用的光有时被称为结构光。通过用这种线来扫描对象(即，执行线扫描)，可以捕获与多个轮廓对应的整个对象的3D特性。

使用片光进行三角测量的3D机器视觉系统或设备可以被称为基于光(或片光)三角测量的，或者简单地当使用激光时的激光三角测量来进行3D成像的系统或设备。

通常，为了基于光三角测量产生3D图像，来自要成像的对象的反射光被相机的图像传感器捕获，并在图像数据中检测强度峰。峰出现在与被成像的对象上入射光(例如，对应于激光线)从对象被反射的地点对应的位置处。在图像中检测到的峰的位置将映射到对象上反射了导致该峰的光的位置。

激光三角测量相机系统(即，基于光三角测量的成像系统)将激光线投射到目标对象上，以创建来自目标对象的表面的高度曲线。通过相对于所涉及的相机和光源移动目标对象，关于来自目标对象的不同部分的高度曲线的信息可以通过图像被捕获，并且然后被组合和使用以产生目标对象的三维表示。

常规上，执行校正激光平面内包括例如透镜失真和透视效应的测量误差的图像传感器校准。当已经校正了这些误差时，也可以校正由(一个或多个)光源的放置引起的例如，偏斜失真。在校准期间，坐标系通常也与一些参考对准。