通過數位照相機測量尺寸的方法

2023-08-10 16:02:21 3

專利名稱：通過數位照相機測量尺寸的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過數位照相機測量物體尺寸的方法，該照相機設有圖像處理裝置、檢測圖像上的點的檢測裝置以及計算圖像上的檢測點的坐標的坐標計算裝置，藉此通過得到包括第一可檢測點的第一圖像、然後移動數位照相機的視場以及隨後得到包括第二可檢測點的另一圖像，來測量物體上所述第一可檢測點和所述第二可檢測點之間的距離，藉此計算所述第一圖像上的所述第一可檢測點的坐標和所述另一圖像上的所述第二可檢測點的坐標，以及藉此確定所述視場的位移量以便計算所述第一可檢測點和所述第二可檢測點之間的所述距離。數位照相機優選是CCD照相機(CCD意指電荷耦合器件)，或是CMOS照相機(CMOS意指互補金屬氧化物半導體)，或任何其他數字成像設備。
這種高精度測量物體尺寸的方法，特別是測量在擠壓產品的衝模中的開口或間隙尺寸的方法，以及應用該方法的設備在EP-A-0500400中公開。由此，通過沿垂直於數位照相機攝像方向的方向移動數位照相機而移動視場。
為了通過數位照相機測量物體的兩個點之間的距離，物體可以以預定位置並且與照相機相隔預定距離處放置在照相機的視場中。基於來自數位照相機的信號，圖像可以被處理，顯示出照相機的視場以及顯示出所述兩個點，只要這些點是可檢測的。在這些點被檢測以後以及在計算這兩個點的坐標以後，兩個點之間的距離可以容易地被測量，即計算。
例如，在點是所謂的強度反轉點的情況下，即圖像上的點在兩個不同顏色特別是黑色和白色或暗和亮的顏色的邊界處的情況下，點是可檢測的。特別是在圖像上顯示出有角頂點、銳曲線或線的相交的情況下，這些點在圖像上是可檢測的。在圖像上的點被檢測後，它的坐標可以計算，因此其在圖像上的位置可以精確地確定。
在兩個點之間的距離大於數位照相機的視場時，照相機可以拉攝以擴大其視場。這也可以通過增加數位照相機和物體之間的距離來實現。然而，在這種情況下，測量的準確度將降低。因此，如果必須保持準確度，不選擇拉攝。
EP-A-0500400提出了一種通過使用可以沿垂直於攝像方向的方向移動的CCD照相機解決該問題的方法。得到顯示第一可檢測點的第一圖像和顯示第二可檢測點的另一圖像，此外，CCD照相機的位移量通過測量CCD照相機的X和Y坐標進行檢測。因此，提出X軸表和單獨的Y軸表以確定攝像期間CCD照相機的位置。
本發明的目的是通過數位照相機測量物體尺寸的方法，藉此被測量的距離大於數位照相機的視場，以及藉此不需要確定數位照相機視場位移量的附加裝置。
為了實現該目的，通過數位照相機得到兩個或多個重疊圖像，以便重疊圖像的重疊部分中的相應的可檢測點被檢測，其後計算圖像中所述相應可檢測點的坐標以便確定數位照相機的視場相對於將被測量的物體的位移量。
重疊圖像意味著將被測量的物體的某個部分，或周圍區域的某個部分，呈現在數位照相機視場移動之前得到的圖像上以及呈現在該移動之後得到的圖像上。由此，一幅圖像的一部分與另一圖像的一部分顯示了相同的圖像，即兩個部分是相同的。通過檢測兩個所述相同部分上的可檢測點和通過計算兩幅圖像的每一幅上的所述點的坐標，可以精確地確定在得到這兩幅圖像的片刻之間的數位照相機視場的位移量。坐標的差異相應於數位照相機視場的位移量。計算視場位移量的方式可以通過使用已經存在的裝置來實現，因此不需要測量數位照相機位移量的附加裝置，特別是如在EP-A-0500400中提出的機械附加裝置。
在一個優選實施例中，所述視場通過沿垂直於數位照相機攝像方向的方向移動數位照相機來移動。由此，數位照相機可以安裝在一個機架中，該機架可以相對於將被測量的物體移動，如EP-A-0500400中所示。
在另一優選實施例中，通過相對於數位照相機移動將被測量的物體來移動所述使用的視場。由於移動的距離和方向通過由數位照相機得到的圖像來確定，因此不需要控制所述移動的特殊要求。物體可以移動一段未知的距離，只要存在適當的重疊。這種重疊應當包括一個或多個可檢測點。
在又一優選實施例中，視場通過可調光學器件如一個或多個可移動反射鏡和/或透鏡由數位照相機看見。通常，反射鏡或透鏡的相對小的移動可以引起視場相對大的位移量，並且很清楚當測量這種小的移動時準確度低。然而，根據本發明，因為測量了該結果即視場的位移量，所以不需要測量反射鏡和/或透鏡的移動。
在一個優選實施例中，處理許多重疊圖像，藉此所有圖像顯示物體的可檢測線。這種線可以是物體輪廓的一部分，或者是不同顏色之間的邊界等。視場可以跟隨那條線，並且數位照相機可以不時地進行攝影，以便圖像可以被處理。視場到下一幅圖像的位移量可以通過圖像上的線的形狀進行控制，因此視場的移動跟隨那條線。
本發明也涉及一種測量物體尺寸的系統，其包括數位照相機，該照相機設有圖像處理裝置，檢測圖像上的點的檢測裝置，以及計算圖像上的檢測點的坐標的坐標計算裝置，以便可以通過得到包括第一可檢測點的第一圖像、然後移動數位照相機的視場、隨後得到包括第二可檢測點的另一圖像來測量物體上所述第一可檢測點和所述第二可檢測點之間的距離，藉此可以計算所述第一圖像上的所述第一可檢測點的坐標和所述另一圖像上的所述第二可檢測點的坐標，以及藉此可以確定所述視場的位移量以便計算所述第一可檢測點和所述第二可檢測點之間的所述距離，藉此存在檢測兩個重疊圖像上的相應可檢測點的裝置，以及通過計算在移動之前得到的圖像上和在移動之後得到的重疊圖像上的相應可檢測點的坐標，確定視場的位移量的裝置。
下面將通過測量系統的實施例的描述來進一步說明本發明，藉此參考包括僅為示意表示的圖的附圖，其中

圖1示出了測量系統；圖2示出了照相機的視場；以及圖3示出了兩個重疊的視場。
圖1示出了數字成像器件1，在該例子中為CCD照相機，以及照相機1前的物體2。在CCD照相機1能看見的位置處示出了物體2。在物體2的後面，從照相機1看，存在光源3和漫射片4。光源3照明漫射片4，從而可以通過CCD照相機1看見物體2的輪廓為暗的顏色(物體2)和亮的顏色(周圍區域，即漫射片)之間的明顯的邊界。
此外，測量系統設有基於CCD照相機的信號處理圖像的圖像處理裝置，檢測處理圖像上的點的檢測裝置，以及計算圖像上的檢測點的坐標的坐標計算裝置。
在該例子中，物體2的長度必須通過測量系統進行測量。當物體通過CCD照相機1看時，即處於相對於照相機1的某個位置時，物體的長度是物體2的兩個端部5，6之間的距離。通過測量物體2的該尺寸，可以檢查物體2的具體性質，只要測量的準確度足夠高。
CCD照相機1可以以整個物體2在其視場內的方式被調節，以便圖像可以被處理，顯示出物體2的整個輪廓。該圖像在圖2中示出，用成帶的線(striped line)表示。然後物體2的兩個端部5，6可以檢測為圖像上的點A和點B，隨後可以計算圖像上的這兩個點A，B的坐標，這樣可以確定它們之間的距離。
這種測量的準確度取決於圖像上象元或象素的數量。原則上，圖像上檢測點的計算坐標的準確度與象素的尺寸(象素大小)相應。當使用專用的技術如灰度值的內插時，有可能增加準確度，但是準確度仍然是有限的。
為了增加測量的準確度，CCD照相機1可以推攝以增加圖像上表現物體2的比例，藉此所處理圖像上物體2的尺寸較大。然而，CCD照相機1的視場相應降低，藉此可能發生不能在一幅圖像上表現整個物體2。在該情況下，兩個重疊圖像(即部分重疊)可以被處理，一起示出整個物體2。
圖3示出了這兩個重疊圖像7，8，其用成帶的線(striped line)表示。在第一圖像7通過CCD照相機得到(即基於照相機的信號通過圖像處理裝置處理)後，照相機沿垂直於其攝像方向的方向移動，隨後得到第二圖像。照相機1的所述移動方向用箭頭10表示，藉此移動也可以具有垂直於附圖平面的分量。兩幅圖像7，8具有重疊區域9，並且它們一起表示整個物體2。
物體2的兩個端部5，6之間的距離如下確定。在第一圖像7上，物體2的下端5通過檢測裝置檢測為點A，隨後第一圖像7上該點A的坐標通過坐標計算裝置進行計算。然後，在第二圖像8上，物體2的上端6檢測為點B，計算第二圖像8上該點B的坐標。這兩個檢測點A，B的坐標的準確度相對較高，相應於圖像7，8上物體2表現的增加比例。
很清楚在第一圖像7相對於第二圖像8的位置已知以後，點A和點B之間的距離可以容易地確定。兩幅圖像7，8之間的相互關係通過在兩幅圖像7，8上檢測在兩幅圖像7，8的重疊區域中的相同的可檢測點或點的圖案來確定。在實施例的所述例子中，可檢測點C通過檢測裝置進行檢測。點C是物體2的可檢測點，因為它表示物體2的輪廓中的銳曲線。然後，在兩幅圖像7，8的每一幅中的點C的坐標通過坐標計算裝置進行計算。事實上，兩組坐標之間的差異表示兩幅圖像7，8的相互關係，以便確定第一圖像7的位置相對於第二圖像8的位置。
在兩幅圖像的重疊區域中的可檢測點也可以是不存在於將被測量的物體上的點的表示，但存在於該物體附近的結構上，例如在漫射片4上。因此，漫射片4可以設有可檢測點和/或線的圖案。在漫射片4和CCD照相機1之間的距離精確已知的情況下，當計算在兩幅圖像7，8的重疊區域9中所示漫射片4上的某個可檢測點的坐標時，兩幅圖像的相互關係可以確定。
在實施例的所述例子中，整個物體2表現在兩幅圖像7，8上。然而，本發明也可以通過使用大於兩幅圖像而應用，只要每兩幅相鄰圖像彼此部分重疊，這樣在每個重疊區域中可以找到一個或多個可檢測點。
當檢查比CCD照相機的視場大得多的物體時，可以得到許多相互重疊的圖像，藉此CCD照相機的視場沿(曲)線移動，其在物體的圖像上被檢測。在系統必須檢測具有已知形狀的物體的情況下，視場可以沿預定線移動。但是在所有的這些情況下，得到重疊圖像，因此可以檢查物體的形狀。
上述實施例僅是測量物體的尺寸和/或形狀的方法的例子；許多其他實施例是可能的。例如，在必須檢測物體上顏色差異的情況下，圖1中的光源3不應當定位在物體2之後(從照相機1看)，而是在物體3的另一側(在圖1中，右側)。
權利要求
1.一種通過數位照相機(1)測量物體(2)尺寸的方法，該照相機設有圖像處理裝置、檢測圖像(7，8)上的點(A，B)的檢測裝置以及計算圖像(7，8)上的檢測點(A，B)的坐標的坐標計算裝置，藉此通過得到包括第一可檢測點(A)的第一圖像(7)、然後移動數位照相機(1)的視場、隨後得到包括第二可檢測點(B)的另一圖像(8)，來測量物體(2)上所述第一可檢測點(A)和所述第二可檢測點(B)之間的距離，藉此計算所述第一圖像(7)上的所述第一可檢測點(A)的坐標和所述另一圖像(8)上的所述第二可檢測點(B)的坐標，以及藉此確定所述視場的位移量以便計算所述第一可檢測點(A)和所述第二可檢測點(B)之間的所述距離，特徵在於通過數位照相機(1)得到兩個或多個重疊圖像(7，8)，隨後檢測在重疊圖像(7，8)的重疊部分中的相應可檢測點(C)，其後計算兩幅圖像(7，8)中所述相應可檢測點的坐標以便確定所述視場的位移量。
2.根據權利要求1的方法，特徵在於通過沿垂直於該數位照相機攝像方向的方向移動該數位照相機(1)而移動所述視場。
3.根據權利要求1的方法，特徵在於通過移動要測量的物體(2)而移動所述使用的視場。
4.根據權利要求1的方法，特徵在於所述視場通過可調光學器件由數位照相機(1)看見。
5.根據前述任一權利要求所述的方法，特徵在於處理許多重疊圖像(7，8)，藉此所有圖像顯示出物體(2)的可檢測線。
6.一種測量物體(2)尺寸的系統，其包括數位照相機(1)，該照相機設有圖像處理裝置、檢測圖像(7，8)上的點(A，B)的檢測裝置以及計算圖像(7，8)上的檢測點(A，B)的坐標的坐標計算裝置，這樣通過得到包括第一可檢測點(A)的第一圖像(7)、然後移動數位照相機(1)的視場、隨後得到包括第二可檢測點(B)的另一圖像(8)，可以測量物體(2)上所述第一可檢測點(A)和所述第二可檢測點(B)之間的距離，藉此可以計算所述第一圖像(7)上的所述第一可檢測點(A)的坐標和所述另一圖像(8)上的所述第二可檢測點(B)的坐標，以及藉此可以確定所述視場的位移量以便計算所述第一可檢測點(A)和所述第二可檢測點(B)之間的所述距離，特徵在於檢測兩個重疊圖像(7，8)上的相應可檢測點(C)的裝置，以及通過計算在移動之前得到的圖像(7)上和在移動之後得到的重疊圖像(8)上的相應可檢測點(C)的坐標來確定視場的位移量的裝置。
全文摘要
藉助於數位照相機(1)通過得到包括第一可檢測點(5)的第一圖像(7)、然後移動照相機(1)、隨後得到包括第二可檢測點(6)的另一圖像(8)來測量物體(2)上所述第一可檢測點(5)和所述第二可檢測點(6)之間的距離。計算圖像(7，8)上可檢測點(5，6)的坐標。通過照相機(1)得到兩個或多個重疊圖像(7，8)，隨後檢測在重疊圖像(7，8)的重疊部分(9)中的相應可檢測點(C)以便確定照相機(1)的位移量。
文檔編號G06T7/60GK1867941SQ200480029946
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月7日 優先權日2003年10月13日
發明者H·G·J·J·A·弗魯門 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司