用于量化组件特征的手持式装置制造方法
【专利摘要】本申请公开用于量化组件特征的手持式装置。一种手持式设备和使用该设备的方法，该设备包括：传感器，其从视场（FOV）内接收光以生成FOV的多个连续图像；结构化光源，其可控制以生成多个光图案，该结构化光源被安排以将多个光图案中的至少一个投射到FOV中，其中投射的光图案的至少一部分从位于FOV内的物体反射且被传感器捕获；以及处理器，其用于接收FOV的图像，该处理器被编程为控制结构化光源将光图案投射到FOV中，定位所生成的图像中的至少一个图像中的投射光图案，定位投射光图案中的间断，以及使用这些间断测量FOV中的物体的至少一个尺寸。
【专利说明】用于量化组件特征的手持式装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]不适用。
[0003]关于联邦赞助的研究或研发的声明
[0004]不适用。
[0005]发明背景
[0006]本发明涉及手持式设备，该手持式设备将光图案投射到传感器视场(FOV)中的具有要被量化的物体特征的物体上，获得包括从该物体上反射的图案的FOV的二维图像，以及使用这些图像中的图案来量化物体特征。
[0007]将光图案投射到传感器视场(FOV)中的具有要被测量的特征尺寸的物体上、获得包括从该物体上反射的图案的FOV的二维图像以及使用该图案来标识要被测量的尺寸的手持式设备是已知的。这种类型的已知设备的一个问题是设备用户需要定位该设备以便相对于要被度量的特征以特定方式定向所投影的模式。例如，在使用投射的线状图案来测量对象的厚度的情况下，该设备须由设备用户来操纵以便线状图案与被测量的物体的厚度成比例。如果设备没有被正确地对准，则厚度测量将不精确。
[0008]虽然将光图案与物体特征进行对准可能看起来是简单的过程，但是在至少一些情况下，环境(将在其中获得测量)的物理约束可能使其难以将手持式设备与该特征精确地对准。另外，在须测量若干尺寸的情况下，将设备与物体精确手动对准以获得每个尺寸所需的额外时间将是繁重的。
【发明内容】
[0009]以下提供了本发明的简化概述以提供对本发明的某些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概览。它并不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为后面给出的更加详细的描述的序言。
[0010]本发明包括一种手持式设备，该手持式设备被编程为获得包括至少一个特征的物体的一系列连续图像，该至少一个特征具有要被量化的至少一个特性，其中在暴露以获得图像期间不同的光图案被投射到相机传感器的视场中，且其中依据对先前图像中的先前图案的分析来选择所投射的图案的至少一个子集，以及产生对要被量化的特性的相对较精确的量化。例如，在特征尺寸将被获得的情况下，设备可在获得第一图像时将初始光图案投射到物体上，根据第一图像中的投射图案计算要被测量的尺寸的值，在获得第二图像时投射第二光图案，根据第二图像中的投射图案计算尺寸，并且随后在获得后续图像时选择要投射的后续光图案，其中依据使用第一和第二光图案计算的尺寸来选择后续光图案，使得从后续图案产生的尺寸计算比先前尺寸相对而言更精确。在以智能方式获得图像时通过迭代地选择不同的光图案以投射到传感器F0V，可按类似的方式来量化其它物体特征。
[0011]与上述评论相一致，至少一些实施例包括用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备，该设备包括:手持式设备外壳结构；安装在外壳结构内的传感器，传感器从传感器视场(FOV)内接收光以生成传感器FOV的多个连续图像；结构化光源，其可控制以生成多个光图案，该结构化光源被安装到外壳用于与传感器一起运动且被安排成将该多个光图案中的至少一个投射到传感器FOV中，其中投射的光图案的至少一部分从位于传感器FOV内的物体反射且被传感器捕获；以及处理器，其连接到传感器以接收由传感器生成的传感器FOV的图像，该处理器被编程为控制结构化光源以将光图案投射到传感器FOV中，在至少一个生成的图像中定位投射的光图案，在投射的光图案中定位间断，以及使用间断来测量传感器FOV中的物体的至少一个尺寸。
[0012]在一些实施例中，处理器被编程为在连续图像的至少第一和第二图像中标识不同的投射的光图案，并标识第一和第二图像的每一个中的间断。在一些情况下，处理器被编程为使用在第一和第二光图案中的每一个中的间断来标识物体的至少一个尺寸并选择所标识的尺寸之一作为该至少一个尺寸。在一些实施例中，处理器被编程为依据与先前图像的至少一个子集相关联的所标识的至少一个尺寸来选择光源投射到FOV中的光图案中的至少一个。
[0013]在一些实施例中，处理器被编程为:在连续图像的第一个图像中标识第一投射的光图案，标识第一标识的光图案中的间断且使用第一光图案中的间断来标识物体的至少一个尺寸的第一实例，在连续图像的第二个图像中标识第二投射的光图案，标识第二标识的光图案中的间断且使用第二光图案中的间断来标识物体的至少一个尺寸的第二实例，比较物体的至少一个尺寸的第一和第二实例且通过比较至少一个尺寸的第一和第二实例在传感器获得光以生成第三图像时选择第三光图案以投射到FOV中。在一些情况下，处理器被进一步编程为:在第三图像中标识第三投射的光图案，标识第三标识的光图案中的间断且使用第三光图案中的间断来标识物体的至少一个尺寸的第三实例，以及通过将至少一个尺寸的第三实例与至少一个尺寸的第一和第二实例中的至少一个相比较在传感器获得光以生成第四图像时选择第四光图案以投射到FOV中。
[0014]在一些实施例中，处理器被进一步编程为:在多个生成的图像的至少一个子集中标识投射的光图案，标识在所标识的投射光图案的每一个光图案中的间断且针对多个生成的图像的每个子集使用间断来标识物体的至少一个尺寸的单独实例。在一些实施例中，处理器选择至少一个尺寸的最短单独实例作为至少一个尺寸。在一些情况下，处理器被编程为使用不同的光图案连续地获得连续图像直至处理器标识物体的至少一个尺寸。
[0015]在一些实施例中，处理器被进一步编程为:将所投射的光图案与所获得的图像中的光图案相比较以标识传感器与反射光的物体表面之间的距离并将标识的距离用作计算的一部分以标识至少一个尺寸。在一些实施例中，投射的光图案中的至少一个光图案被选择以生成对传感器与反射光的物体表面之间的距离的粗略估计，且投射的光图案中的后续一个光图案被选择以生成对传感器与反射光的物体表面之间的距离的更精确测量。
[0016]在一些情况下，处理器被进一步编程为:在所获得的图像中标识机器可读代码候选且尝试解码所标识的代码候选。在一些情况下，该设备进一步包括连接到处理器的用户可选启动器，其用于触发光源、传感器和处理器以投射光图案、获得FOV的图像以及处理所获得的图像。在一些实施例中，结构化光源包括数字光处理(DLP)投射器。
[0017]在一些情况下，处理器使用DLP度量衡过程来标识至少一个尺寸特征。在一些实施例中，处理器被进一步编程为:标识所获得的图像中的机器可读代码候选并尝试解码代码候选，且其中结构化光源包括数字光处理(DLP )投射器，DLP投射器由处理器控制以生成图像中的光图案而且还生成光以照射FOV中的代码候选。
[0018]其它实施例包括用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备，该设备包括:手持式设备外壳结构；安装在外壳结构内的传感器，该传感器从传感器视场(FOV)内接收光以生成传感器FOV的图像；照射器，其被安装到外壳用于与传感器一起运动且被安排为将多个不同的光图案投射到传感器FOV中，其中所投射的光图案的至少一部分从位于传感器FOV内的物体反射且被传感器捕获；以及处理器，其连接到传感器以接收传感器FOV的图像且连接到照射器用于控制对第一投射光图案的选择，该处理器被编程为在第一获得的图像中定位第一投射光图案，检查第一投射光图案以标识可能更好地适于定位在标识传感器FOV中的物体的至少一个尺寸时有用的间断的第二光图案，在获得第二图像时控制照射器将第二光图案投射到传感器FOV中，在第二图像中定位第二图案，定位第二图案中的间断以及使用第二光图案中的间断来测量传感器FOV中的物体的至少一个尺寸。
[0019]在一些情况下，照射器是数字光处理(DLP)投射器。在一些情况下，投射器将图案投射到FOV中，且处理器通过将所投射的图案与在所获得的图像中标识的图案相比较来标识间断。
[0020]又一些实施例包括用于与用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备一起使用的方法，该手持式设备包括具有视场(FOV)的图像传感器以及安装到手持式外壳的照射器使得传感器和照射器作为单个单元被操纵，该方法包括以下步骤:使用手持式设备中的处理器来执行以下步骤:在物体位于传感器FOV内时将第一光图案投射到传感器FOV中；获得传感器FOV的图像；在第一获得的图像中定位第一投射光图案；检查第一投射光图案以标识可能更好地适于定位在标识传感器FOV中的物体的至少一个尺寸时有用的间断的第二光图案；在获得第二图像时控制照射器将第二光图案投射到传感器FOV中；在第二图像中定位第二光图案；定位所标识的第二光图案中的间断；以及使用所标识的第二光图案中的间断来测量传感器FOV中的物体的至少一个尺寸。
[0021]以下描述和附图详细阐述了本发明的某些例示方面。但是，这些方面仅仅指示了可采用本发明的原理的各种方式中的几种，并且本发明旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。通过结合附图参考对本发明的以下详细描述，本发明的其它优点和新颖特征将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]在下文中，本发明将参考附图进行描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且:
[0023]图1是示出零件处理系统的示意图，其中示出执行与本发明的至少一些方面相一致的多种方法的手持式设备；
[0024]图2是图1所示手持式设备的放大立体图；
[0025]图3是示出图2所示手持式设备的多个组件的示意图；
[0026]图4是示出立方形物体的示例性图像的示意图，该示例性图像包括物体上的第一线状光图案，该图案可由图3所示的传感器阵列生成；
[0027]图5是示出可由图3所示组件执行以通过检查一系列图像中的投射光图案来确定立方形物体的尺寸的过程的流程图；
[0028]图6类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的第二光图案；
[0029]图7类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的第三光图案；
[0030]图8类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的第四光图案；
[0031]图9类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的第五光图案；
[0032]图10类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的多线光图案；
[0033]图11类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的一个其它光图案；以及
[0034]图12类似于图4，但是示出图像内的立方形物体上的另一光图案；
[0035]图13类似于图4，但是示出一光图案，其中传感器相对于图像中的物体表面的并置的影响已被放大以简化该解释；
[0036]图14类似于图13，但是示出当不同的光图案被投射到正被成像的物体上时的放大的影响；以及
[0037]图15示出一过程的流程图，该过程可由图3的组件执行以成像和解码物体上的机器可读代码，用于标识和尝试解码与本发明的至少一些方面相一致的图像中的代码候选。
【具体实施方式】
[0038]现在参考附图，其中在若干视图中相似的附图标记对应于类似的元件，尤其参考图1，将在示例性材料处理组合件10的上下文中描述本发明，该示例性材料处理组合件10包括传输线40，用于移动诸如箱42a、42b和42c等之类的立方形物体通过工作站。用机器可读代码(例如，条形码、二维矩阵代码等)来标记每个物体，其中在图1中通过施加到物体的至少一个表面的数字44a、44b和44c来标记这些代码。在图1中，代码44b被施加到物体42b的示例性表面52。随着物体42a、42b和42c等被移动到站，该站处的设备被用于读取物体上的代码以标识物体。另外，站设备被用于对物体成像且确定物体尺寸。在物体需要被装载到卡车上用于运输的情况下，软件可使用物体尺寸来规划高效的装载顺序和安排。
[0039]系统10包括连接到人/机接口的计算机32，该人/机接口包括平板显示屏26以及包括键盘的输入设备30。其它输入设备和接口设备也被构想。计算机32也连接到无线接入点33。尽管未示出，系统10也可包括连接到计算机32的一个或多个物体位置传感器，这些传感器用于当物体42a、42b和42c通过所示站时标识这些物体的特定位置使得在该站处感测的物体特性可与特定物体以及物体位置相关联。
[0040]仍参考图1,系统10包括不例性手持式电子设备12,该不例性手持式电子设备12可用于执行与本发明的至少一些方面相一致的多种方法。还参考图2和图3，示例性手持式设备12包括设备外壳结构13，该设备外壳结构13通常由诸如塑料、玻璃纤维等之类的耐冲击材料形成。结构13形成人类工程学手柄部分14和筒部分16，筒部分16像枪筒从枪柄延伸一样从手柄部分14的顶延伸。手持式设备12也包括启动按钮18、透镜子组合件
20、结构化光源22、电源24、传感器阵列25、收发器26、存储器设备27、反馈组合件28以及微处理器29，上述每一个或者由设备外壳结构13所支承或者在设备外壳结构13内受到支承。
[0041]微处理器29连接到启动按钮18、光源22、电源24、传感器阵列25、收发器26、存储器设备27和反馈组合件28中的每一个以控制这些设备中的每一个来促进之后描述的过程。为此，微处理器29连接到存储器设备27，存储器设备27存储由处理器29运行以执行多个过程的软件程序。另外，存储器设备27可用于至少临时存储由传感器阵列25生成的图像以及存储在图像处理期间进行的多种计算的结果。启动按钮18连接到处理器29以使得设备用户能够通过按压按钮18来控制设备12的操作。电源24连接到微处理器29以向其提供功率。在至少一些实施例中，电源24可包括电池。在其它实施例中，电源24可包括使得微处理器29能够经由电缆连接到外部电源的组件。
[0042]仍然参考图2和图3，反馈组合件28可采用若干不同形式中的任何一种，并且通常向设备用户提供反馈。例如，如图2所示，反馈组合件28可包括安装到筒部分16的顶壁或侧壁的一个或多个LED，这些LED —般在使用设备12的人员的直接视线内。在至少一些实施例中，LED28可以是不同的颜色以指示由微处理器29执行的过程的不同状态。例如，黄色LED可指示启动设备12以获得物体的图像以及要被执行的过程尚未完成，而绿色LED则指示完成的过程。红色LED可指示过程已超时而没有成功地完成。例如，如果要被执行的过程包括测量物体尺寸且设备12没有被正确地定位以使物体成像使得处理器29未能在超时周期内生成可靠尺寸，则照亮的红色LED可向用户指示设备12应被重新定位。照亮的绿色LED可指示尺寸已被计算。
[0043]尽管未示出，在其它实施例中，反馈组合件28可包括安装到筒部分16的小显示屏以向用户提供过程反馈。另外，组合件28可包括诸如例如蜂鸣器、扬声器等之类的音频设备，用于提供过程反馈。在又一些其它实施例中，由反馈组合件28执行的功能可包括由处理器29执行的功能，可由处理器29执行的功能来补充，或者可由处理器29执行的功能来代替。例如，在显示器26位于设备用户的直接视线内在图1的所示传输线处的情况下，处理器29可经由收发器26和接入点33将反馈信息或可从其导出反馈信息的信息(例如成功测量的尺寸)传送到计算机32，且计算机32可被编程为经由显示器26向用户呈现反馈。作为另一实例，处理器29可被编程为驱动光源22通过投射不同的光颜色指示过程状态、投射诸如“测量完成”或“重新定位设备”等之类的字经由正被成像的物体的表面来提供反馈。此外，在一个或多个尺寸已被计算之后，处理器29可控制光源22在正被成像的实际物体上投射和显示尺寸(例如，具有与其在空间上相关联的尺寸的双箭头可被投射在物体上)。
[0044]仍然参考图2和图3，在至少一些实施例中，传感器阵列25将包括诸如在代码读取领域中公知的CCD或CMOS成像阵列之类的二维成像阵列。阵列25可被安装在筒部分16内，透镜子组合件20与其光学对准以将来自透镜子组合件20的视场50内的光聚焦到传感器阵列25上。阵列25收集对着阵列的光且生成位于视场50内的物体的图像。
[0045]参考图1、图2和图3，一般而言，当启动按钮18被按压时，处理器29使阵列25收集光且生成多个连续图像从而形成一系列图像，这些图像由处理器29检查以执行多种功倉泛。
[0046]仍再次参考图2和图3，结构化光源22是可被控制以在传感器的视场50内投射多个光图案中的任何一个光图案的光源。在至少一些实施例中，光源22将包括数字光处理(DLP)投射器，该DLP投射器可被控制以在F0V50内生成基本上任何期望的光图案。例如，可由光源22生成的一个图案可包括单直线，该单直线将视场50划分成上半部分和下半部分。投射图案的其它实例可包括不同地划分视场50的其它单线，诸如高于或低于视场50内的中心线的水平线、均匀地或不均匀地划分视场50的垂直线或者划分视场50的成角度的线。投射图案的更复杂实例可包括多条线，这些线形成猝发图案、点矩阵或者其它几何形状的均匀图案(诸如正方形、矩形、椭圆形等)。又一些其它光图案可包括圆形牛眼型图案、矩形或正方形牛眼型图案、三角形图案等。
[0047]由光源22投射的光图案具有可由传感器阵列25感测和区别的波长。因此，当阵列25获得来自视场50的光同时光源22生成结构化光图案时，该图案或该图案的至少部分在由传感器阵列25生成的图像中显示。尽管未示出，在至少一些实施例中，构想光源可生成具有在已知范围内的一个或多个特定波长的光图案且滤波器可用于将该图案光与传感器的视场中的其它光分离使得处理器可将该图案与其它光区别。
[0048]所获得的图像中的图案的特性受到相对于传感器阵列的传感器视场50内的一个或多个物体的几何形状的影响。因此，例如，也参考图4，当光源22将线状光图案62a投射到物体42b的表面52上时，其中线延伸经过物体的边缘51、53，线中的间断将在物体的边缘处出现(可以看到图4中的图案62a在边缘间断51和52处中断)。由于这个原因，可通过检查图像内的投射光图案以及标识图案间断来标识图像内的物体的边缘。在像箱子一样的立方形物体的情况下，其中物体的两个边缘可被标识，微处理器29可使用所获得的图像内的边缘的位置来计算两个边缘之间的尺寸，从而计算物体的长、宽或高。在图4中，可计算间断51和53之间的尺寸Wl。
[0049]已认识到当使用像图2所示的设备12这样的手持式设备将简单的光图案投射到物体上时，在许多情况下设备用户不会将设备12与要被度量的物体正确地对准，使得使用所获得的图像中的投射图案计算的尺寸将产生不精确的尺寸值。在这方面，再次参见图4，其中在由传感器阵列25生成的图像66a中示出示例性立方形箱子42b，其中箱子42b分别包括顶表面52以及前表面56和侧表面60。在该简单示例中，假定设备12要被用于测量跨顶表面52的宽度的宽度尺寸WO (参见图4)。为了精确地测量任何立方形物体的宽度，应当测量限定该宽度的边缘之间的最短尺寸。在图4中，很明显图案62a没有对准，使得对着表面52的图案部分平行于宽度尺寸W0，因此如果间断51和53之间的尺寸Wl被测量，则所得值Wl不会是尺寸WO的精确表示。
[0050]投射的光图案62a包括划分视场50 (再次参见图2)进而将图像66a划分成上半部分和下半部分的单线图案。如图所示，箱子42b包括顶表面52以及侧表面56和60。图案62a至少部分地呈现为跨顶表面52且沿侧表面60向下。间断51和52出现在图案62a内在顶表面52的相对边缘处。
[0051]认识到像以上参考图4描述的设备那样的高误差概率，已开发了设备12，其中处理器29控制光源或投射器22在接连不断的一系列连续成像程序中投射不同的光图案，其中光图案被选择使得至少一个光图案将产生图像，其中该图案可用于相对精确地确定立方形物体的尺寸，而不管设备12相对于正被成像的物体的表面的定向如何。
[0052]在至少一些实施例中，处理器29被编程为使用从图像的第一子集(包括投射光图案的第一子集)的尺寸测量的结果来选择相对更可能产生精确尺寸测量的后续投射光图案。例如，再次参考图4，为了测量宽度尺寸W0，理想地测量表面52的相对边缘之间的最短尺寸。还参考图6，如果两个单独的线状图案62a和62b被用于生成尺寸测量且图案62a产生比图案62b短的尺寸，显然图案62a是尺寸WO的更精确表示且该信息可用于选择下一投射光图案。因此，处理器29被编程为智能地选择不同的光图案以寻找最短宽度尺寸测量。[0053]重要地，在连续地获得一系统图像时，因为传感器和处理器速度近来已增大且将继续向前增大，所以假定设备12与要被度量的物体表面(例如，图4中的表面52)在至少一定合理程度上对准，整个度量过程应仅花费几分之一秒。另外，因为过程将非常快地完成，所以可能妨碍尺寸计算过程的设备12的任何非有意运动应当是不相关的。此外，在至少一些实施例中，光图案将包括多个同时线使得诸如线的已知图案之间的感知距离以及常模参照线之间的角度之类的信息将使得处理器能够生成精确的测量信息。
[0054]在许多应用中，有可能存在需要达到的阈值精确水平，其中该阈值水平小于绝对精度。例如，一旦连续宽度尺寸测量的变化小于I厘米，则在一些应用中可以达到可接受的精度。在达到可接受的精度之后，处理器29可停止成像过程，经由收发器26和接入点33将尺寸结果传送到计算机32，以及经由反馈设备28或以任何其它支持方式指示成功测量。
[0055]在接下来描述的示例性过程中，将假定处理器29被编程为:当启动按钮18 (再次参见图2)被按压时执行过程以确定图4所示的物体42b的表面52的宽度W0。还将假定指示所需精度的阈值水平或值是I厘米，这意味着一旦宽度精度在I厘米的实际宽度WO内，过程就将停止。
[0056]现在参考图5，示出可由微处理器29以及以上相对于图3描述的其它组件执行用于测量尺寸WO的过程100。在物体52b的高度和长度尺寸要被测量的情况下，针对这些尺寸中的每一个将重复过程100。还参考图1-4，在框102处，处理器29控制光源22生成第一瞄准图案，该图案被投射到传感器视场50中。在框104处，处理器29获得位于传感器的视场50内的物体42b (参见图1)的图像。如图4所示，示例性第一图像66a包括物体42b且投射的图案62a出现在图像内。
[0057]仍然参考图1-5，在框106处，处理器29标识所获得的图像中的第一图案62a。在框108处，处理器29标识所获得的图像66a中的第一图案中的间断。在图4中，间断由数字51和53指示且出现在表面52的相对的边缘处。在框110处，处理器29标识传感器阵列25与在尺寸51和53处反射光图案62a的物体42a的表面52之间的距离。
[0058]可通过检查与表面52上的间断51和53邻近的图案62a的特性来完成确定传感器到表面距离。在这方面，已知即使在结构光图案的情况下，图案也随着光图案行进所沿着的距离的增大以及依据手持式单元与在其上投射图案的表面的角度而变化。例如，随着传感器与表面距离增大，线状图案变得更厚。作为另一实例，随着手持式设备与在其上进行投射的表面之间的角度变化，两条投射的线之间的角度也变化。因此，通过比较表面52上的图案的部分的厚度与投射的图案的厚度以及比较两条线与所感知的图案之间的投射角度，可以确定传感器与表面距离以及设备与表面角度。作为另一实例，图案中的平行线之间的尺寸(所有其它事物没有变化)将依据距离而变化，因此可通过测量线之间的尺寸以及将相关的尺寸和距离与表格相比较来确定传感器与表面距离。作为又一其它实例，线或线状图案可成角度地投射在传感器FOV内，且所得图像中的线的位置可用于测量传感器与表面距离，因为所获得的图像中的成角度的线状图案的位置将依据于距离。包括各种三角测量过程的在本领域内已知的用于确定传感器与表面距离以及设备与表面角度的其它方式被构想且可用于本发明的至少一些实施例中。
[0059]在一些情况下，构想设备12可相对于反射表面倾斜使得表面上的投射图案的部分的一端可比表面上的投射图案的部分的另一端更接近传感器。在这种情况下，确定传感器与表面距离可能需要确定两个或更多个距离，诸如例如在表面52上的投射图案的部分的相对端处的传感器与表面距离。在此，用于标识传感器与表面距离的两个单独过程将由处理器29执行，一个过程邻近间断51和53中的每一个。
[0060]在框112处，处理器29使用间断以及传感器与表面距离值来计算在图4中被标识为Wl的物体尺寸的第一距离。在此，尽管类似于实际宽度尺寸W0，但是物体尺寸的第一实例Wl由于图案62a相对于表面52的未对准而不同。
[0061]仍然参考图1-5,在框114处,处理器29使光源22在传感器F0V50中生成下一光图案。还参考图6，示出下一图像66b，该图像66b示出虚线形式的第一光图案62a以及下一光图案62b，其中可以看到下一光图案62b从第一图案62a沿逆时针方向旋转，如箭头80所指示。尽管示出初始逆时针方向旋转，但是初始旋转方向仅是设计者选择的问题。在其它实施例中，初始旋转可以是顺时针方向的。初始旋转80的角度也是设计者选择问题,但是应当足够大以可能引起尺寸Wl和
[0062]W2之间的不相等(再次参见图4和图6)。在本示例中，应当假定设备用户将至少稍微定位设备15使得投射的图案与正被测量的尺寸对准，以便初始旋转80不会太大。在框116处，处理器29获得图6所示的第二图像66b。在框118处，处理器29标识所获得的图像66b中的下一图案62b。在框120处，处理器29标识在图示的55和57处出现的图案间断。在框122处，处理器29标识传感器25与邻近间断55和57的反射光图案62b的表面52的部分之间的距离。
[0063]仍然参考图1_3、4和5，在框124处，处理器29使用间断以及传感器与表面距离来计算物体尺寸的下一实例W2。在框126处，在物体尺寸的下一实例不在所需公差值内的情况下，控制传递到框132，在框132处处理器29依据物体尺寸的先前实例来选择下一光图案。在至少一些实施例中，构想第一次通过框126时假设物体尺寸的下一实例将不在所需公差内以便第一次通过框126时，控制总是传递到框132。尚未满足公差要求的假设是因为两条线不会提供足够的信息用于确定所测量的尺寸是否接近物体的表面52的相对边缘之间的最短距离。至多，两条线可用于生成物体尺寸的第一和第二实例(其中一个实例比另一个实例要短)且可用于选择更有可能是最佳的下一投射光图案。这里的思想是，当尝试标识尺寸WO时，系统尝试标识最小宽度尺寸。一旦已经确定三个线状图案长度一其中中心线状图案比其它两个线状图案要短，系统就可通过生成位于这三个线状图案中的最短的两个之间的下一线状图案来寻找最小长度，直至公差要求(即，两个连续线状图案之间的图案长度的相对最小变化)已被满足。构想用于标识最小宽度尺寸的其它寻找技术。
[0064]在本示例中，参考图4和图6，应当理解物体尺寸的下一实例W2比物体尺寸的第一实例Wl要大。通常，对于像箱子这样的立方形物体，当使用下一光图案时所计算的宽度尺寸的增大指示图案在错误方向上的旋转。因此，在图4和图6所示的示例中，从图案62a沿逆时针方向旋转的图案62b可能沿错误的方向旋转。由于所示示例中的这一原因，在框132处，处理器29将图7所示的第三光图案62c标识为要由光源22生成的下一光图案，其中第三图案62c从第二光图案62b (参见图7中的虚线)沿箭头82所指示的顺时针方向旋转。在此，图案62c沿顺时针方向旋转经过图4所示的第一或原始光图案62a的角度。再一次，旋转82的度数是设计者选择问题。在例示示例中，旋转82大约为30度。在框132之后，控制向上传递回到框114，在框114处重复上述过程通过框126。[0065]再次参考图5，如果物体尺寸的第二实例W2比第一实例Wl要短而不是如图4和图6所示的要长，相对长度Wl和W2将指示初始旋转80可能在正确的方向上。在这种情况下，在框132处，处理器29将选择进一步在逆时针方向上旋转的下一或第三图案以寻找宽度尺寸WO。
[0066]仍然参考图1_3、5和7，在框126处，处理器29确定针对图案62c计算的物体尺寸W3是否在要求的公差值范围内。在此，框126处的确定可包括将尺寸W3与如图4和图6所示的先前尺寸Wl和W2相比较以及认识到尺寸W3小于尺寸Wl和W2两者。尺寸W3小于尺寸Wl和W2的事实意味着图案62c被较好地对准用于标识宽度尺寸W0。但是，因为尺寸W3小于尺寸W1，所以投射的图案的进一步顺时针旋转可能会导致甚至更短的宽度尺寸测量。
[0067]因为尺寸W3小于其它尺寸Wl和W2，所以过程再次从判定框126跳到框132，在框132处理器29依据先前的尺寸测量Wl到W3来选择下一光图案。在本示例中，图8所示的第四图案62d从以虚线示出的第三图案62c进一步沿箭头84所指示的顺时针方向旋转。现在，当过程循环回到框126时，处理器29确定尺寸W4大于尺寸W3且因此在图案62a和62d之间形成角度的图案将导致更精确的尺寸计算。
[0068]图5中的循环通过框114到框126且随后到框132的这一过程在处理器29选择不同的光图案的情况下继续进行，直至框126处的条件被满足。例如，一旦标识了与投射线状图案(其在两个其它线状图案之间成角度)相对应的至少一个经计算的宽度尺寸比与两个其它线状图案相对应的经计算的宽度尺寸要短，且连续测量之间的经计算的宽度尺寸的变化小于I厘米，则公差要求可被满足。在图9的图像66e中示出可代表寻找序列中的最后光图案的示例性相对最佳光图案62e，其中尺寸W5应当是尺寸WO (再次参见图4)的相对精确表示(例如，在本示例中在I厘米内)。一旦物体尺寸的实例在所需的公差要求范围内，控制就从框126传递到框128，其中处理器29经由收发器26将物体尺寸传送到计算机32以供存储且可能经由显示器26进行报告。
[0069]再次参考图5，在框129处，处理器29指示尺寸WO已通过反馈组合件28成功地测量。例如，处理器29可点亮LED28中的一个或发送信号至计算机32以经由显示屏26指示尺寸测量已经成功。作为另一实例，处理器29可使光源22在图9的图案62e上投射双箭头，其中尺寸值W5与该双箭头在空间上相关联。在框129之后，控制传递到框130，在框130处针对物体的下一尺寸重复图5所示过程。例如，设备用户可接下来移动设备12至物体42b的侧表面之一并因此获得尺寸测量。在至少一些情况下，处理器29或计算机32可跟踪所获得的测量以及仍然需要的测量，并且可向设备用户提供指导以指示要获得的下一测量以及最终指示已获得所有需要的测量。
[0070]尽管以上描述了相对简单的线状光图案，但是在其它实施例中可构想更复杂的光图案。例如，参见图10所示的图像66f，其示出相对复杂的光图案62f，光图案62f包括五条线L1-L5的阵列，这五条线L1-L5具有交叉中心点且以不同角度在两个方向上从该交叉中心点成扇形展开。在此，当采用图案62f时，第一处理器29可被编程为:通过标识共同限定表面52直边的那些线的相对两端的间断，来标识只有线L1-L4与表面52的限定宽度尺寸的相对边缘相交。线L5在表面52的边缘处具有间断，这些间断不与线L1-L4的间断成直线，因此可丢弃线L5。下一处理器29针对线LI到L4中的每一个分别计算尺寸Wl到W4。处理器29比较尺寸Wl到W4(如果投射的线标识四个尺寸中的最短尺寸)，且标识与框住(frame)最短尺寸的尺寸相对应的两条投射的线。在例示示例中，最短尺寸W2对应于被具有较长尺寸的线LI和L3框住的图案线L2。处理器29通过以下步骤来继续过程:投射具有角度的一条或多条线使得这些线出现在线LI和L3之间直至阈值要求被满足(参见图11中具有宽度尺寸W5的图像66g中的图案62g)。
[0071]再次参考图10，在另一示例性系统中，处理器24可被编程为使用投射图案来标识表面52的相对边缘69和71且生成通常与所标识的边缘69和71垂直的后续投射图案，该后续投射图案被用于最终尺寸计算。例如，边缘69和71可通过投射线L1-L4中的间断的位置来标识，随后通常与这些边缘垂直的相对最佳的线状图案(参见图11中的62g)可被生成以用于最终尺寸计算。
[0072]尽管上述示例在尝试每次标识立方形物体的单个尺寸的系统的上下文中被描述，应当理解在其它更复杂的实施例中，处理器29可被编程为尝试使用同一图像集同时标识不止一个物体尺寸。为此，参见示出另一示例性图像66h的图12,图像66h包括投射的光图案62h，光图案62h包括在两个方向上从中心点向外延伸的八条单独的线。在此，四条线可用于计算四个单独的宽度尺寸W1-W4，而其它四条线可用于计算单独的高度尺寸H1-H4。一旦已经计算了初始高度和宽度尺寸，处理器29就可使用这些计算来标识一个或多个附加光图案，这些附加光图案应当生成比使用图案62h的那些可能的尺寸相对更精确的高度和宽度尺寸。其后，处理器29可使光源22生成附加光图案且寻找尺寸直至可接受的精确尺寸已被标识(例如，满足阈值要求的尺寸)。尽管在此未详细示出或描述，但是应当理解在至少一些实施例中，即使图12所示的第三尺寸也可按与上述方式类似的方式与其它两个尺寸同时地计算。
[0073]除了投射依据与先前光图案相关联的结果选择的光图案以获得精确的尺寸测量之外，还可构想利用智能迭代投射过程的其它过程。例如，可能的是，一个投射的光图案导致与更好地适于标识边缘间断的其它图案相比更大的相对传感器与表面距离失真。在该情况下，在使用第一光图案标识边缘间断之后，后续光图案可用于标识邻近间断的传感器与表面距离。例如，参见图13，投射的图案62i出现在图像66i中，其中传感器与表面距离的影响已被放大以在表面52的左部上清楚地示出比右部上更宽的图案(例如，左部的传感器与表面距离大于右部的距离)。尽管如图13中的相对宽的线可用于在度量过程期间标识第一图像子集中的传感器与表面距离，但是如图14的图像66j中的较薄线状图案62j可用于稍后的导致更大精度的图像子集中。
[0074]在至少一些实施例中，设备12可起到用作条形码、矩阵或其它类型的代码读取器的附加作用。为此，再次参考图1、2和3，可控制光源22点亮全部或部分传感器F0V50以照射代码候选44b同时传感器25获得图像用于解码。获得代码的图像以及解码可包括与上述度量过程分离地和独立地执行的过程或者可与上述过程按顺序进行或同时进行。当同时进行时，再次参考图4，在图5的度量过程被执行时，处理器29将在获得的图像66a中搜索代码候选(例如，具有通常标记机器可读代码的特性的图像伪像)。搜索候选可包括一系列图像，其中光源22被控制以在先前图像的包括代码候选的区域中生成强光使得产生高质量候选图像。在这些实施例中处理器29被编码以尝试解码所标识的代码候选。
[0075]参考图15，其示出用于标识和尝试解码候选的示例性过程140。在框142处，在设备用户将设备12瞄准包括代码44b的物体表面的情况下，设备用户按压按钮18 (参见图1-3)使设备12获得传感器F0V50的图像。在框144处，处理器29标识所获得的图像中的代码候选。在框146处，处理器29尝试解码任何代码候选，且在框148处结果被存储(例如，被传送到计算机32以供存储)和/或报告。还可经由反馈设备28 (参见图2和图3)提供状态指示。在框148之后控制向上传递回到框142，在框142处过程继续进行。
[0076]尽管上述系统和方法在具有平坦表面和简单几何形状的简单立方形物体的上下文中被描述，但是应当理解本创新概念和方面可用于测量具有其它几何形状的物体的尺寸以及其它物体特性。例如，可通过提供一种处理器来精确地测量圆柱形尺寸或球形尺寸，该处理器迭代地改变投射的图案以寻找最佳图案用于测量这些形状的特征或尺寸。
[0077]另外，构想处理器29能够执行附加图像分析以及依据图像分析的结果自动地选择不同的投射图案。例如，处理器29可被编程为自动地识别图像中的物体的形状以及依据哪个形状被标识用于计算尺寸来自动地采用不同的投射光图案。
[0078]例如，可能的是，使用特定系统来度量的物体将仅仅具有包括立方形和圆柱形的两种一般形状之一。设备12可被编程为初始地使用优化的一个光图案用于将成像物体的一般形状标识为立方形或圆柱形以及之后使用不同的光图案子集用于度量，其中这些子集是所标识的一般形状所专用的。
[0079]尽管上述设备和方法在用于测量物体尺寸的系统的上下文中被描述，但是应当理解这些设备和类似方法可用于量化若干不同物体特征或特性中的任何一个。例如，通过使用迭代的和智能选择的顺序投射光图案以及图像分析，物体表面之间的角度可被量化，表面的曲率可被量化，一般形状可被量化，等等。
[0080]以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。应该明白，在任何这种实际实现的研发中，如同在任何工程或设计项目中，必须作出多个实现特定的判断以达到研发者的具体目的，例如遵循与系统相关和商业相关的约束，这些约束随实现不同而变化。此外应该明白，这些研发努力可能是复杂和费时的，但仍然是本领域技术人员利用本公开承担设计、制造和生产的例程。
[0081]以上已经描述的内容包括了本发明的数个示例。当然，不可能出于描述本发明的目的而描述组件或方法的每个可能的组合，但是本领域技术人员可认识到，本发明的许多进一步的组合和置换都是可能的。因此，本发明旨在包含落在所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的更改、修改和变化。
[0082]为了告知公众本发明的范围，做出如下权利要求:
【权利要求】
1.一种用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备，所述设备包括: 手持式设备外壳结构； 安装在所述外壳结构内的传感器，所述传感器从传感器视场(FOV)内接收光以生成所述传感器FOV的多个连续图像； 结构化光源，其可控制以生成多个光图案，所述结构化光源被安装到外壳用于与所述传感器一起运动且被安排成将所述多个光图案中的至少一个投射到所述传感器FOV中，其中投射光图案的至少一部分从位于所述传感器FOV内的物体反射且由所述传感器捕获；以及 处理器，其连接到所述传感器以接收由所述传感器生成的所述传感器FOV的图像，所述处理器被编程为控制所述结构化光源将光图案投射到所述传感器FOV中，定位所生成的图像中的至少一个图像中的所述投射光图案，定位所述投射光图案中的间断，以及使用所述间断来测量所述传感器FOV中的物体的至少一个尺寸。
2.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被编程为标识在连续图像的至少第一和第二图像中的不同的投射光图案以及标识在所述第一和第二图像的每一个中的间断。
3.如权利要求2所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被编程为使用在第一和第二光图案中的每一个中的间断来标识所述物体的所述至少一个尺寸并选择所标识的尺寸之一作为所述至少一个尺寸。
4.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被编程为依据与先前图像的至少一个子集相关联的所标识的至少一个尺寸来选择所述光源投射到所述FOV中的光图案中的至少一个。
5.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被编程为:标识在连续图像的第一图像中的第一投射光图案，标识第一标识的光图案中的间断且使用第一光图案中的间断来标识所述物体的所述至少一个尺寸的第一实例，标识在连续图像的第二图像中的第二投射光图案，标识第二标识的光图案中的间断且使用第二光图案中的间断来标识所述物体的所述至少一个尺寸的第二实例，比较所述物体的所述至少一个尺寸的所述第一和第二实例，以及通过比较所述至少一个尺寸的所述第一和第二实例在所述传感器获得光以生成第三图像时选择第三光图案以投射到所述FOV中。
6.如权利要求5所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被进一步编程为:标识在第三图像中的第三投射光图案，标识第三标识的光图案中的间断且使用第三光图案中的间断来标识所述物体的所述至少一个尺寸的第三实例，以及通过将所述至少一个尺寸的所述第三实例与所述至少一个尺寸的所述第一和第二实例中的至少一个相比较在所述传感器获得光以生成第四图像时选择第四光图案以投射到所述FOV中。
7.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被进一步编程为:标识在多个生成的图像的至少一个子集中的投射光图案，标识在所标识的投射光图案的每一个光图案中的间断，以及针对所述多个生成的图像的每个子集使用所述间断来标识所述物体的所述至少一个尺寸的单独实例。
8.如权利要求7所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器选择所述至少一个尺寸的最短单独实例作为所述至少一个尺寸。
9.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被编程为使用不同的光图案连续地获得连续图像直至所述处理器标识所述物体的所述至少一个尺寸。
10.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被进一步编程为:将所投射的光图案与所获得的图像中的光图案相比较以标识所述传感器与反射光的所述物体的表面之间的距离，以及将标识的距离用作计算的一部分以标识所述至少一个尺寸。
11.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述投射光图案中的至少一个被选择以生成对所述传感器与反射光的所述物体的表面之间的距离的粗略估计，且所述投射光图案中的后续一个被选择以生成对所述传感器与反射光的所述物体的表面之间的距离的更精确测量。
12.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被进一步编程为:标识在所获得的图像中的机器可读代码候选，以及尝试解码所标识的代码候选。
13.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，进一步包括连接到所述处理器的用户可选启动器，其用于触发所述光源、传感器和处理器以投射光图案、获得所述FOV的图像以及处理所获得的图像。
14.如权利要求1所述的手持式设备，其特征在于，所述结构化光源包括数字光处理(DLP)投射器。
15.如权利要求14所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器使用DLP度量衡过程来标识所述至少一个尺寸特征。
16.如权利要求14所述的手持式设备，其特征在于，所述处理器被进一步编程为:标识所获得的图像中的机器可读代码候选以及尝试解码所述代码候选，且其中所述结构化光源包括数字光处理(DLP)投射器，所 述DLP投射器由所述处理器控制以生成图像中的光图案而且还生成光以照射所述FOV中的代码候选。
17.一种用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备，所述设备包括: 手持式设备外壳结构； 安装在所述外壳结构内的传感器，所述传感器从传感器视场(FOV)内接收光以生成所述传感器FOV的图像； 照射器，其被安装到外壳用于与所述传感器一起运动且被安排为将多个不同的光图案投射到所述传感器FOV中，其中投射光图案的至少一部分从位于所述传感器FOV内的物体反射且被所述传感器捕获；以及 处理器，其连接到所述传感器以接收所述传感器FOV的图像且连接到所述照射器用于控制对第一投射光图案的选择，所述处理器被编程为:定位第一获得的图像中的所述第一投射光图案，检查所述第一投射光图案以标识可能更好地适于定位在标识所述传感器FOV中的所述物体的所述至少一个尺寸时有用的间断的第二光图案，在获得第二图像时控制所述照射器将所述第二光图案投射到所述传感器FOV中，定位所述第二图像中的第二图案，定位所述第二图案中的间断，以及使用所述第二光图案中的所述间断来测量所述传感器FOV中的所述物体的所述至少一个尺寸。
18.如权利要求17所述的手持式设备，其特征在于，所述照射器是数字光处理(DLP)投射器。
19.如权利要求17所述的手持式设备，其特征在于，所述投射器将图案投射到所述FOV中，且所述处理器通过将所投射的图案与在所获得的图像中标识的图案相比较来标识间断。
20.一种与用于确定物体的至少一个尺寸的手持式设备一起使用的方法，所述手持式设备包括具有视场(FOV)的图像传感器以及安装到手持式外壳的照射器使得所述传感器和所述照射器作为单个单元被操纵，所述方法包括以下步骤: 使用所述手持式设备中的处理器来执行以下步骤: 在物体位于所述传感器FOV内时将第一光图案投射到所述传感器FOV中； 获得所述传感器FOV的图像； 定位第一获得的图像中的第一投射光图案； 检查所述第一投射光图案以标识可能更好地适于定位在标识所述传感器FOV中的物体的至少一个尺寸时有用的间断的第二光图案； 在获得第二图像时控制所述照射器将所述第二光图案投射到所述传感器FOV中； 定位所述第二图像中的所述第二光图案； 定位所标识的第二光图案中的间断；以及 使用所标识的第二光图案中的所述间断来测量所述传感器FOV中的所述物体的所述至少一个尺寸。
【文档编号】G06K7/10GK103544461SQ201310299179
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】M·C·莫德, C·W·格斯特三世 申请人:康耐视公司