使用多增益圖像確定和調整相機參數的系統和方法
2023-05-27 23:23:51
使用多增益圖像確定和調整相機參數的系統和方法
【專利摘要】本發明提供了自動調整視覺系統相機參數和/或由該相機成像的對象的相關的照明參數的系統和方法，本發明的系統和方法在相機的圖像傳感器上使用多個不同的增益（多增益）設定以確定產生最可讀的增益圖像的增益值。使用多個增益設定的捕獲的（具有最好特性的）圖像可作為一分立的增益圖像來讀取信息，和/或相機參數（例如全局的增益和/或全局的曝光時間）可在整個陣列中的像素內統一設定為最佳值以為了捕獲下一個更高採樣率的圖像。然後由該圖像讀出（例如解碼）包含在任何已識別的有用特徵（例如查找到的ID）內的信息。
【專利說明】使用多增益圖像確定和調整相機參數的系統和方法
[0001]相關申請
[0002]本申請要求於2012年10月19日提交的，標題為使用多增益圖像的相機參數的確定和調整的系統和方法的美國臨時申請61716370的權益，其公開內容通過引用整體併入本文中。
【技術領域】
[0003]本發明涉及視覺系統相機中的參數控制，更具體地涉及到這些參數的自動調整。【背景技術】
[0004]用於對象和/或符號代碼解碼或標記(例如一維(ID)和二維(2D)數據矩陣(datamatrix)條形碼、點陣碼等，也被稱為〃 ID")的測量、檢測、校正的視覺系統在應用和工業中被廣泛地使用。這些系統基於使用一種圖像傳感器(也稱為〃成像器〃)，其獲得物體或目標的圖像(典型地灰度或彩色圖像，及一維、二維或三維圖像)，以及使用板載的或互聯的視覺系統處理器處理這些獲得的圖像。處理器通常既包括處理硬體又包括非臨時性計算機可讀程序指令，它們基於對圖像處理的信息執行一個或多個視覺系統進程，以產生期望的輸出。該圖像信息通常被提供在圖像像素的陣列中，每一個圖像像素都具有不同顏色和/或強度。在ID讀取器(在本文中也稱為"照相機〃)的示例中，用戶或自動處理進程獲得被認為包含一個或多個條形碼、二維碼或其它ID類型的目標的圖像。對此圖像進行處理以識別代碼的特徵，然後通過解碼進程和/或處理器進行解碼以獲取所述代碼所代表的內在的字母數字數據。
[0005]一般使用的ID讀取器是手提式類型，用戶將其指向包含ID的對象或場景，然後拉動一觸發板機(一般地為手柄上的按鈕)以獲取並解碼代碼。通常，在代碼的成功讀取/解碼後，有可見的和/或聽得見的警報，例如綠光和/或一蜂鳴聲。手提式ID讀取器可包括一個或多個類型的"內部"照明，其是從讀取器本身的殼體投射出的照明。這樣的照明可以多種顏色、擴散性、和/或相對於場景的角度提供。更一般地，ID成像時的相對角度、周圍的光照條件和ID的性質都可實質上變化。例如，ID可作為一高對比度圖案或一低對比度圖案印刷在對象上，或作為非印刷的、鑲入/雕刻的圖案形成於對象上。讀取器應該適應所有這些變化並對其參數作出適當的調整，比如像素增益、亮度曝光和/或照明類型和/或照明強度，以便為解碼提供最佳的圖像。
[0006]在先技術的系統試圖以多種方式優化讀取器的性能。例如，一些系統捕獲一連串圖像，其中的每一張以不同的相機參數設定來捕獲，然後分析那些圖像以確定圖像中特徵的質量。解碼所述圖像的一個或多個。其它系統試圖預觸發捕獲場景的圖像，以確定主要的條件，如此，當拉動板機時，以針對該條件更佳的相機設定來捕獲圖像。然而，第一種示例的方法不利地延遲了對解碼的圖像的最終獲得，而第二種示例的方法不利地要求用戶在拉動板機之前將讀取器保持在相同的位置和方向。這兩種方法可能會減少(或者不增加)裝置的"迅捷度〃，亦即期間出現成功讀取的從扣動扳機到蜂鳴的時間。[0007]因此需要，使在成像場景中的對象上的有用特徵的識別和處理(例如ID查找和解碼)的迅捷度增加的系統和方法，其中該場景可能在對應每一對象和/或每一場景的光照和其它條件之間存在很大的變化。更一般地，可取的是，該系統和方法在一變化的照明和/或圖像捕獲環境中有效地提供裝置的敏感的自動調整。
【發明內容】
[0008]本發明通過提供用於自動調整視覺系統相機參數和/或由該相機成像的對象的相關的照明參數的系統和方法，克服了在先技術的缺陷，本發明的系統和方法在相機的圖像傳感器上使用多個不同的增益(多增益)設定以確定產生最可讀的增益圖像的增益值。使用多個增益設定的增益圖像(具有最好特性的)可作為一分立的增益圖像(例如交織為一整體的雜交圖像或提取為一欠採樣圖像)來讀取信息，和/或相機參數(例如全局的增益和/或全局的曝光時間)可在整個陣列中的像素內統一設定為最佳值以為了捕獲下一個更高採樣率的圖像。然後由該圖像讀出(例如解碼)包含在已識別的有用特徵(例如查找到的ID)內的信息。
[0009]在一說明性的實施例中，提供了用於自動調整視覺系統相機的設定的系統和方法，該視覺系統相機捕獲場景中的包含有用特徵(例如ID)的圖像。一處理器(CPU)從具有像素陣列的圖像傳感器(一般地為灰階)接收圖像數據，該像素布置為離散的像素組合。這些像素組合中的每一個可按各自的增益設定獨立調整。一調整進程讀取該像素組合併選擇至少一個與該像素組合中的至少一個相關的捕獲的增益圖像。選定的增益圖像包括成像場景中的有用特徵的一個型式，該有用特徵的一個型式允許從其中讀取信息，該信息具有足夠的細節以在進一步的進程中進一步使用(例如解碼圖像中的ID以產生解碼數據)。
[0010]當被捕獲時，這樣的增益圖像可位於一個整體交織的圖像內，其代表傳感器的所有或一部分的可用視野。可選地，增益圖像可從該交織的圖像提取，用於這些離散的欠採樣圖像的隨後的分析。說明性地，調整進程基於與選定的增益圖像相關的像素的增益值改變相機的至少一個參數，且該參數為增益和曝光中的至少一個。說明性地，處理器可利用來自多個或所有像素組合的像素，使用重置的參數(或多個參數)來捕獲和分析進一步的或下一個圖像。該參數(或多個參數)在一些或所有像素組合內統一重置，其中這些像素組合在此之前設定為不同的增益，如此這些像素用於捕獲下一個圖像。該重置包括對應該像素的增益的全局重置，以及在整個像素陣列內的曝光時間的全局重置。處理器可構造和設置為(可選地或附加地)基於該增益值控制一照明器總成的特性。這樣的照明特性可包括亮度、角度持續時間、等等。在一實施例中，來自每一個像素組合的每一個離散的像素可收編入多個四-像素(例如2X2)矩陣的每一個中。這些矩陣在整個像素陣列內成棋盤格狀。可選地，該像素組合的每一個可收編入多個像素分割塊的每一個中。同樣地，該分割塊在整個像素陣列內成棋盤格狀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]本發明的以下描述參考附圖，其中:
[0012]圖1是一示例性的ID讀取器的示意圖，其具有圖像傳感器和視覺處理器(CPU)，根據一說明性的實施例該視覺處理器配置為基於多增益圖像的捕獲實現自動調整功能，如圖所示為正在各自的場景中捕獲具有不同的朝向和特徵的對象的圖像；
[0013]圖2為圖1的ID讀取器的功能部件的方框圖，其顯示了部件的布置和部件之間的/[目息通路;
[0014]圖3為圖像傳感器像素陣列的一部分的示意圖，該像素陣列包含配合圖1的系統和方法使用的成棋盤格的2X2多增益像素的分組；
[0015]圖4為圖像傳感器像素陣列的一部分的示意圖，該像素陣列包含成棋盤格的由像素組成的分割塊，其中每一分割塊中的所有像素的增益可獨立地設置，用於配合圖1的系統和方法使用；
[0016]圖5為一示例性的整個多增益圖像的顯示，該多增益圖像包含四個交織的增益圖像，其通過使用圖1的系統和方法產生；
[0017]圖6為四個分立的、欠採樣的增益圖像，其提取自圖5的多增益圖像中的離散的增益像素的每一組，顯示了與有用特徵相關的背景的對比度之間的變化；
[0018]圖7為一曲線圖，其顯示了用於產生圖5的多增益圖像的四個離散的增益設定中每一個的亮度對曝光的曲線；以及
[0019]圖8為用於設定多增益像素/分割塊，以及用於圖像傳感器以統一重置參數捕獲場景的一後續圖像時確定理想的照明、增益和/或曝光的程序的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1顯示了視覺系統100，其包括至少一個可手持的ID讀取器110，如圖所示，或相對於一成像場景固定在一位置。該讀取器能限定任何可接受的殼體，包括所描述的主體112和握柄114。在本實施例中，該讀取器包括前部窗口 116，其被一內部的照明系統(照明器)環繞。外部的照明能可選地設置為與讀取器的操作同步。該內部的照明器可包含任何的機構和/或照明元件的組合。在本實施例中，作為實例，使用分立的照明元件(例如高輸出LED) 120,122並允許不同的顏色/波長、角度和/或照明強度。該照明器可包括傳統的瞄準LED (未示出)，其投射光束至視野以保證有用特徵(例如條形碼或其它類型的ID)適當地和完全地成像。讀取器110可包括指示器和接口面板130，在本實施例中其位於主體112的背後。該面板可包括通/斷開關和其它開關，以及用於指示〃良好〃或〃失敗〃的ID讀取的燈(例如在讀取/解碼ID中的成功或失敗)。握柄114可包括一個或多個板機按鈕132，除了其它功能其還觸發照明和圖像捕獲，比如瞄準LED的切換。
[0021]讀取器110還包括一個或多個處理電路、存儲器等，其共同地顯示(以虛線顯示)為視覺處理器136 (在此處也稱為CPU)以及相關的存儲器機構。處理器136執行各種的圖像處理，以及圖像數據處理/存儲功能。說明性地，處理器136從圖像傳感器(也顯示為虛線)接收捕捉的彩色或灰階像素形式(除了其它格式)的圖像幀數據。處理器搜索圖像中的ID特徵(或其它有用特徵)，然後將適當的數據傳送至解碼進程，其從ID特徵產生解碼數據。該解碼數據被存儲和/或經由一通信鏈路140 (其可以是有線的，或如圖所示為無線)傳送至接收器142，接收器142經由網絡或其它連結與數據處理和存儲系統144互相連接。系統144可包括傳統的伺服器或PC機，其運行適當的用於處理和存儲由讀取器110傳輸的解碼數據的應用程式。本領域技術人員應該清楚系統144的這樣的應用程式和結構。
[0022]讀取器110還包括可為固定焦點或自動對焦的鏡頭總成150(位於窗口 116後面，顯示為虛線)。作為實例，對象Ol具有IDS1，其由讀取器110利用鏡頭150在視野FOVl上對焦而成像，其中IDSl相對於該讀取器佔據一特別的位置和朝向。沿著光軸OAl的焦距Dl在可接受的操作範圍之內。同樣地，讀取器110可在另外的沿著光軸0A2位於不同位置和朝向(以及焦距D2)的對象02上對焦(如圖所示為虛線)。這兩個示例性的朝向，可在照明/周圍的光特性、ID特徵(例如高對比度、低對比度、鑲入、白底黑字、黑底白字、ID尺寸(例如2-20mm的尺寸)，等等)、焦距，和/或光軸相對於ID的角度)中寬泛地變化。這些因素全部可影響系統100從一個ID到另一個ID讀取的迅捷度。由於，可優化那些因素，比如像素增益和曝光，以提高迅捷度，該說明性的實施例適配為，使視覺處理器/CPU136和與其互相連接的圖像傳感器138選擇最佳的像素增益和/或曝光。這些參數設定允許對ID或其它有用特徵進行更快和更精確的讀取/解碼。
[0023]參照圖2，系統100和其中部件的互操作以示意圖顯示。正如所描述的，CPU可操作地與可編程存儲器機構210連接，可編程存儲器機構210可由用於存儲(例如)程序數據212,CPU操作指令214和/或圖像數據216的一個或多個RAM組成。數據220經由適當的總線結構傳送至和傳送出CPU136。傳感器138基於已獲得的圖像幀，將圖像數據218傳輸至存儲器210。圖像數據代表從具有ID和/或其它有用特徵的對象O反射的光230。內部的和/或外部的照明器240與任何周圍的照明一同將光射到對象O上，該光以特定的方式反射(光230)至傳感器138。光反射的方式影響傳感器查找和解碼ID的能力。照明的時間、強度、式樣、類型等等可由適當的閃光燈頻閃信號246控制，頻閃信號246由CPU136提供。獲得的和存儲的圖像數據216由CPU136視情況處理。該處理包括在各種調整相機參數(下面進一步描述)的自動調整功能中使用圖像數據216。這樣的自動調整部分由配置參數250提供，配置參數250由CPU136設定(260)。說明性地，這樣的參數包括曝光和增益。根據一說明性的實施例，基於由CPU觸發(262)的圖像來設定參數250，且參數250至少部分用於自動調整進程。
[0024]已知曉的是，市面可售的圖像傳感器包括可以調整一組像素中的個別像素的增益的功能。更具體地，各種市面可售的傳感器允許調整(整個傳感器的)每個2X2四像素組合中的每一像素，以便調整彩色傳感器在標準拜爾模版(Bayer pattern)上對紅/綠/藍(RGB)的響應。即，在傳感器能夠感測彩色的情況下，每一個像素被某一濾色片(稱為拜爾濾色片)覆蓋。這些像素限定了由紅色、綠色和藍色濾色片組成的棋盤格圖案，其中綠色在一組四個中出現兩次。可選地，傳感器可使用青色-洋紅-黃色(CMY)，或另外的波長組合。這樣的示例性的(CMOS)傳感器包括，但不局限於，來自愛達荷州博伊西市的美光科技的型號MT9M001和英國的e2vTechnologies的型號EV76C560。當傳感器沒有任何濾色片時，其按一灰階單元操作。圖3描述了示例性的傳感器像素陣列310的一部分。如圖所示為四個像素(2X2)的分組(虛線框320)。每一組(或矩陣)允許在其中調整四個獨立的增益值G1、G2、G3和G4。即，標示為Gl的位置在整個像素陣列內以棋盤格的方式調整。同樣地，G2、G3和G4中的每一個可在整個陣列內獨立地調整。標示為G1、G2、G3或G4之一的所有像素攜帶相同的已調整的增益值。
[0025]其它傳感器允許在各個像素分割塊中進行獨立的增益調整。例如，來自加州聖何塞市的Aptina Imaging Corporation的型號MT9V034允許一像素分割塊的獨立調整。如圖所示，一連串的由25個像素組成5X5分割塊(P5)可獨立地設定為期望的增益。作為實例，傳感器像素陣列410中的每一分割塊可設定為四個增益值G1、G2、G3和G4中的一個，且在該分割塊中的所有像素攜帶相同的增益值。如圖所示，每一個分割塊中的特定的增益值在整個傳感器陣列內成棋盤格狀。在可選的實施例中，可向圖3或圖4的機構提供少於或大於四個的可獨立調整的增益值。
[0026]在整個像素陣列(310或410)內，按照傳感器生產商提供的說明書，基於程序指令和CPU執行的進程來調整增益值G1-G4中的每一個。此處所使用的術語〃進程(process)"和/或"處理器"應從廣義上來理解，包括各種基於電子硬體和/或基於軟體的功能和部件。此外，所述的進程或處理器能夠與其他進程和/或處理器組合或分為多個子進程或處理器。根據此處的實施例可對這種子程序和/或子處理器進行各種不同的組合。同樣地，可明確設想到，此處所述的任何功能、進程和/或處理器能夠利用電子硬體、軟體、或硬體和軟體的結合實施，其中該軟體由程序指令的非易失性的計算機可讀媒介組成。
[0027]作為非限制性的實例，圖5描述了對象的〃多增益〃顯示的圖像510，該對象具有位於其中心的有用特徵512。通過設定像素(例如圖3的陣列310)的示例性陣列(例如圖4的陣列410)的四個像素分割塊520、522、524、和526中的每一個像素的各自的增益，得出的圖像數據呈現為在整個像場內的一連串的較淺或較暗區域。這整個圖像本質上為四個交織的增益圖像，其每一個具有顯示區域內像素陣列的總像素量的1/4。如圖6所示，四個獨特的、局部的(欠採樣的)增益圖像620、622、624和626中的每一個，分別地與多增益圖像510中的所有分割塊(或像素)520、522、524和526相對應。明顯的是，有用特徵512 (深色字母〃C〃)在使用對應像素522的增益設定時最清楚。相反地，特徵512在使用像素524的增益時實際上不可見。對應示例性的有用特徵512，圖像626和620顯示為介於中等的可見性。
[0028]因此，通過設定一連串的由低到高的增益增益，四個圖像620、622、624和626的其中一個大體在一灰度範圍內，在該灰度範圍中，像素既不由於過度曝光而洗掉(太亮)，也不會太暗而使圖像噪聲大於信號。在說明性的實施例中，增益圖像(例如欠採樣圖像622)足夠地使可接受的信息，例如可讀的ID，可從該增益圖像中直接地得出。在其它實施例中，亮度最接近理想圖像(622)的圖像被用作基準，該基準用於預計對應普通的全/高解析度(〃解析度〃指圖像的節距/頻圖像的最好的增益和/或曝光，其中該全/高解析度圖像，可在所有像素的增益統一設定至產生最可讀圖像的增益之後，在隨後的圖像幀中獲得。在所描述的實例中，增益設定為1.5、5、10和15。然而，示例性地，這四個增益值為寬範圍的合理的值，其可應用於離散的組的獨立可設定的像素。
[0029]參考圖7，其描述了對應上述四個示例性的增益值中每一個的曝光(一百萬分之一秒)對亮度(cd/M2)的曲線圖700，其中上述的增益值基於使用上述傳感器機構(圖4)進行的測量。曲線僅描繪小於150的亮度值，以避免由過度曝光引起的非線性的高原水平(plateau)，如在下方左邊的第一曲線圖所見，我們得到對應每一增益的良好的線性的數據。如圖所示，每一曲線在繪製值的整個範圍內基本上是線性的。這個可預測性協助確定正確的增益設定，特別地對於在這些增益設定的兩個之間展現有最佳特徵的圖像。
[0030]圖8所示為程序800的流程示意圖，程序800用於確定圖像傳感器的像素的適當的增益設定，以獲得一可讀的圖像；以及調整增益和/或曝光設定，以隨後捕獲該圖像的一充分高質量的型式並從中獲得信息(例如解碼的ID數據)。當用戶或另外的自動處理(例如裝配線編碼器和/或對象檢測進程)傳輸一觸發信號，請求圖像捕獲(步驟810)時，程序800開始。在步驟820中，多個增益設定中的每一個應用於在整個圖像傳感器內的每一個各自的像素組或像素分割塊組。這些值可初始地選定好以及在任何隨後的進程(下面描述)的反覆操作中使用多種技術來選定。在一一般的技術中，這些值在如上所述的整個可用增益設定的寬範圍內被設定。
[0031]應注意，通過共同應用最小曝光時間與全範圍的增益設定來增加多增益圖像捕獲的速度。為了確定和設定最佳的相機參數，在此最小曝光時間下，較高的增益設定更可能會提供可接受的圖像。即，如果在較長的曝光時間下而不是在所選定的較短時間下，較低的增益可提供可接受的圖像，那麼在其中一個增益圖像中的較高的增益設定可在較短的時間下提供理想的圖像品質。折衷是，在較短的曝光、較高的增益圖像中具有高信號噪聲比(SNR)。代價是在較短的曝光、較高的增益圖像中具有高信號噪聲比(SNR)。在一實施例中，用於捕獲多增益圖像的曝光時間可大約為1000微秒(I毫秒)。
[0032]注意到，如以下進一步描述，在推斷用於捕獲下一個圖像的參數中，處理器試圖不斷地校準傳感器上的黑度水平。這可通過若干步驟改變像素值並引起圖像之間和相鄰的像素之間的差異，因為有對應2X2多增益像素矩陣或分割塊的四個像素中的每一個的四個不同的黑度水平設定。由於黑度水平修正一般地是在傳感器讀出中的模擬數字轉換之前應用，對應修正的值一般地量化為一電壓讀數，以及非數字的像素亮度電平(例如0-255)，因此修正用於將主要的感應電壓轉換為一像素偏置。該轉換被設定在50%，基於完全跟據經驗的測量。黑度水平校準值的使用一般地使其有可能預知，產生更接近期望的目標亮度的曝光，甚至超過大曝光變化。
[0033]基於設定，在步驟830，然後傳感器以預定的曝光時間捕獲場景的圖像並將圖像數據傳輸至CPU。然後CPU和相關的自動調整進程(800)確定(判定步驟840)得出的離散的增益圖像中的一個或多個是否由系統進程充分地可讀以解析有用特徵中的信息，或更一般地圖像中的一個或多個是否包含能使其獲得足夠信息(例如解碼的ID數據)的對比度和其它特徵。如果每一增益圖像為不充分的，那麼CPU可決定增益的任何改變是否能提高圖像品質(判定步驟842)。在(或大約)此時間，程序800可從傳感器獲得當前的黑度水平讀數(步驟841)。這幫助決定是否應該作進一步調整。如果即使利用四個不同的增益設定，圖像仍基本上不可讀，則判定步驟842命令系統指示一失敗讀取(步驟844)。如果有可能利用不同的增益設定改善讀取，則(可選地)判定步驟842跳轉至步驟850，且新的增益集被選定以在步驟820中捕獲下一個多增益圖像。可通過在那些顯示可能為可讀的增益圖像的一個或多個配對的增益設定之間，提供一連串的中間的增益設定，來確定這些新的增益。可選地，可採用第二組預定義的(非依賴於第一組圖像)增益值，例如，如果第一組的增益值中沒有一個能提供有希望的圖像。可採用多種其它技術來在步驟850中選擇新的增益值。增益改變和重新調整的重複的次數是高度可變的。同樣地，清楚地可設想到，增益的初始調整可構成一組增益圖像的基礎，然後該一組增益圖像用於其它類型的調整進程(除了反覆的增益再調整)，以為了最終調整相機參數(和/或照明特徵)以獲得更可讀的圖像的目標。
[0034]應注意的是，可設想，多增益圖像不需要在整個傳感器陣列上分析，而是在從預定區域(例如中心的區域)的一縮小的部分(和/或縮小的視野)，或可能包含一特徵的部分、或不同地指示有一般圖案或位於該圖像中的圖案的一部分。這樣集中在一區域上通常可減少處理時間。[0035]當捕獲到新的多增益圖像並通過步驟830和840分析時，程序800在步驟854中使用該增益設定來計算新的相機參數(例如全局的增益和全局的曝光)，統一地將其應用於一些或所有的(傳感器中的)像素，以用於下一個圖像的捕獲中。可使用多種可依賴的技術，例如查表和/或等式，來執行新參數的計算。這些計算可部分依賴試驗數據，比如，圖7所示的曲線圖。
[0036]應注意，如果步驟850產生的新的增益設定被用於已經認為是可讀的(但是可能低於一閾值)增益圖像，則程序800可跳轉(在程序800中經由虛線跳轉852)至步驟854，以及使用至少其中一個新的設定在捕獲下一個圖像中進一步精煉參數。
[0037]—旦增益圖像被認為是可讀的且任何新的參數已經計算好，程序可將結果提供至步驟860、862和/或864中的至少一個或判定步驟842。更一般地，程序800可包括重複(例如步驟850的一次重複)的最大次數，直到系統指示一失敗讀取(步驟844)或將參數和/或最好的增益圖像傳輸至步驟860、862和/或864。這些步驟可組合使用或在各種備選方案(或在可選的實施例中)中採用。在步驟860中，程序800命令系統改變照明的強度、式樣和/或類型，並利用這新的照明特性(和新的統一設定的傳感器參數)捕獲下一個圖像。照明特性可基於查表或其它的計算，該其它的計算為，用最好的圖像的增益和/或曝光，與可作為步驟854的計算的一部分的相關的照明參數做比較。可使用試驗和產生一值表的誤差方法，或通過經驗公式來產生該信息的一些或全部。可選地(除步驟860之外)，程序800還可使用該增益信息來重置傳感器的全局的增益和/或曝光，以在整個傳感器陣列內使用統一設定的像素來捕獲下一個圖像。這下一個圖像更可能為可讀的。通常，用於捕獲其它增益圖像的像素按新的全局的增益設定被重置，且在捕獲這下一個圖像中採用較長的曝光時間。進一步的備選方案是，如果捕獲的增益圖像的特徵提供足夠的細節以提取期望的信息(例如可解碼的ID)，則該捕獲的增益圖像可直接地處理(步驟864)。參數計算步驟854在這樣的實例中為可選的。
[0038]在步驟870中，對來自步驟860、862和864中至少一個的捕獲的圖像進行處理，其讀取、解碼或分析圖像中的信息，以產生期望的數據(例如字母數字和/或其它數據流)。
[0039]在實驗上已觀察到，具有縮小視野和欠採樣的多增益圖像(例如圖5)可以標準圖像的1/10的時間(4ms對40ms)來捕獲，且其可預測對應下一個來自暗和明亮的環境條件中的圖像的可接受的增益/曝光。
[0040]其應該清楚，以上描述的用於視覺系統相機的參數的自動調整的系統和方法，提供一相對快速和精確的技術，用於調整增益和曝光，以應對在每個運行時圖像捕獲事件之間的寬泛變化的條件。該系統和方法使用某些傳感器上的固有的功能並可通過最低限度增加的軟體代碼和/或硬體來實現。適當地，該系統和方法還允許使用增益圖像(交織和/或提取的、欠採樣的圖像)來獲得信息或獲得相機配置參數的反覆精化，以獲得期望的圖像品質，用於圖像特徵信息的讀取。
[0041]以上詳細地描述了本發明示例性的實施例。在不背本發明的精神和保護範圍的情況下，可對本發明進行多種修改並提供附加物。視情況而定，以上所描述的每一不同實施例的特徵可結合其它所述實施例的特徵，以提供與新實施例相關的特徵組合的多樣化。另外，在上文描述本發明的裝置和方法的多個單獨的實施例時，於此所描述的僅僅是本發明的原理的示例性應用。例如，可明確地設想到，此處使用的圖像傳感器可為任何可接受的型號或類型，一般地包括在各自的像素或像素組中區分增益或其它相似的設定的能力。另外，此處使用的處理器機構僅僅是多種處理器機構中的示例，其可在讀取器內部和/或外部。在可選的實施例中，CPU可全部或部分位於讀取器殼體，圖像數據在一鏈路上傳送至CPU處理。同樣，該說明性的實施例作為一 ID讀取器(手持的或固定安裝的)的實例，可明確地設想到可得益於本文的教導的在寬動態範圍工作的其它類型的視覺系統，包括機械手和監視系統(例如臉部識別系統)。因此，此說明書僅應被當作示例性說明，而不應該作為對本發明保護範圍的限制。
【權利要求】
1.一種自動調整視覺系統相機設定的系統，該視覺系統相機捕獲包含有用特徵的場景圖像，該系統包括: 處理器，其從圖像傳感器接收圖像數據，該圖像傳感器具有配置為離散像素組合的像素陣列，每一像素組合均按各自的增益設定獨立地調整；以及 調整進程，其讀取所述像素組合併選擇與所述像素組合中至少一個相關的至少一個捕獲的增益圖像，選定的增益圖像包括成像場景中的有用特徵的一型式，允許從其中讀取信肩、O
2.根據權利要求1所述的系統，其中該調整進程基於與選定的增益圖像相關的像素的增益值，改變相機的至少一個參數，該參數統一地應用於像素陣列上。
3.根據權利要求2所述的系統，其中該參數為全局增益設定和全局曝光設定中的至少一個。
4.根據權利要求2所述的系統，其中該處理器構造和設置為利用來自多個像素組合的像素，捕獲和分析進一步的圖像。
5.根據權利要求2所述的系統，其中該處理器構造和設置為基於增益值控制照明器總成的特性。
6.根據權利要求1所述的系統，其中來自每一像素組合的每一離散像素被編入多個四像素矩陣的每一個中，該矩陣在整個像素陣列內成棋盤格狀。
7.根據權利要求1所述的系統，其中該像素組合的每一個被編入多個像素分割塊的每一個中，該分割塊在整個像素陣列內成棋盤格`狀。
8.根據權利要求1所述的系統，其中該處理器構造和設置為從選定的增益圖像上的有用特徵中讀取信息。
9.根據權利要求1所述的系統，其中該有用特徵為一ID，以及該處理器包括ID解碼進程。
10.根據權利要求1所述的系統，其中增益圖像在最小曝光時間下捕獲。
11.根據權利要求1所述的系統，其中增益圖像使用大約為I毫秒的曝光時間捕獲。
12.一種自動調整視覺系統相機設定的方法，該視覺系統相機捕獲包含有用特徵的場景圖像，該方法包括步驟: 接收觸發信號，該觸發信號請求從圖像傳感器捕獲圖像，該圖像傳感器具有配置為離散像素組合的像素陣列； 將增益設定應用於至少一個由圖像傳感器捕獲的圖像上以產生至少一個增益圖像； 使用處理器確定該至少一個增益圖像的可讀性是否足以解析有用特徵中的信息，以及，如果不足以，則確定增益設定的改變是否會提高圖像的質量；以及提供結果以改變視覺系統的預定參數。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該預定參數為以下的至少其中一個:照明的強度模式和類型。
14.根據權利要求12所述的方法，其中該預定參數為(a)全局增益和(b)傳感器的曝光中的至少一個。
15.根據權利要求12所述的方法，其中直接地處理增益圖像。
16.根據權利要求12所述的方法，在確定至少一個增益圖像的可讀性是否充分之後，還包括步驟: 計算新的相機參數，並將其應用於傳感器中的至少一些像素上，以統一地應用於圖像傳感器的至少一些像素上，進而產生下一個圖像。
17.根據權利要求16所述的方法，其中該相機參數包括(a)全局增益和(b)全局曝光中的至少一個。
18.根據權利要求12所述的方法，還包括步驟:從傳感器獲得當前的黑度水平讀數。
19.一種自動調整視覺系統相機設定的系統，該視覺系統相機捕獲包含有用特徵的場景圖像，該系統包括: 從圖像傳感器接收圖像數據的裝置，該圖像傳感器具有配置為離散像素組合的像素陣列，每一該像素組合均按各自的增益設定獨立地調整；以及 選擇與該像素組合中至少一個相關的至少一個捕獲的增益圖像的裝置，選定的增益圖像包括成像場景中的有用特徵的一型式，允許從其中讀取信息。
20.根據權利要求19所述的系統，其中接收圖像數據的裝置和選擇至少一個捕獲的增益圖像的裝 置包括處理器。
【文檔編號】H04N5/232GK103780832SQ201310495187
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】J·A·內格羅, E·B·斯託克斯 申請人:康耐視公司