專利名稱：增強的成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于識別物體的表面特征的方法和裝置，尤其涉及產(chǎn)生物體的表面反射率的圖像數(shù)據(jù)表示的非接觸系統(tǒng)，該圖像數(shù)據(jù)可用作適當?shù)墓I(yè)過程控制裝置的輸入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明將主要結(jié)合使用光獲得表示成材板外表面的表面反射率的圖像數(shù)據(jù)以使能計算每塊板的三維表面輪廓的準確圖像數(shù)據(jù)進行描述，前述圖像數(shù)據(jù)用于調(diào)節(jié)制材廠的鋸切設備。在資源日益減少的世界，優(yōu)化所生產(chǎn)的木材的數(shù)量或價值很重要。圖像數(shù)據(jù)在板移過掃描裝置的線性傳感器時從板的一系列表面掃描收集。典型的掃描記錄2048像素長X I像素寬的圖像數(shù)據(jù)。然而，可使用區(qū)域照相機，因而輸入更大的狹長條的像素數(shù)據(jù)進行圖像處理。在已從掃描數(shù)據(jù)計算板的圖像之后，可應用決定自動化設備的最佳切割安排 的算法從而實現(xiàn)所希望的板特征同時廢件量最小。圖像數(shù)據(jù)中捕獲的板表面特征揭示了不規(guī)則性如應避免或處理結(jié)以滿足要從該板制得的件的要求。然而，本發(fā)明也可應用于快速和準確的圖像捕獲有利的其它物體的測量。用于工業(yè)處理的目標物體成像的現(xiàn)有技術(shù)水平已可從構(gòu)建的物體計算機模型獲得幾何、尺寸信息，只要該物體在組成上同質(zhì)。常用于確定板形狀的最簡單的非接觸自動方法在現(xiàn)有技術(shù)中稱為陰影掃描。板移過一排光束，及板的截面寬度通過測量板在板的另一側(cè)的一排傳感器上投射的陰影進行確定，前述傳感器與投影光束對齊。光束必須從幾個方向施加并通過對應的一組傳感器陣列感測以獲得粗輪廓。陰影方法不能測量甚或不能檢測凹的特征如板中的洞。其測量板輪廓的外皮?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的用于無接觸地確定物體形狀的其它方法依靠三角測量原理，其在本世紀之前已在歷史上眾所周知。該原理的應用可通過考慮從所測物體處的已知位置在空間中按已知方向傳送的單一光束進行說明。定位成能從與發(fā)射光的方向不同的方向觀看物體的、一些適當選擇形式的接收系統(tǒng)檢測投影光斑的反射出現(xiàn)在所測物體上的接收系統(tǒng)方向。發(fā)射器和接收器之間的距離已知并固定。因此，兩個角(從發(fā)射和接收方向確定)和三角的一邊(發(fā)射器和接收器之間的距離)得以確定，因而容易計算光斑在物體上相對于測量裝置的位置。三角測量通常用于獲得幾何視圖，其本身并不能提供與目標物體的幾何形狀變化無關(guān)的表面外觀變化的圖像?，F(xiàn)在，本發(fā)明提供用于捕獲增強的表面外觀數(shù)據(jù)并將其添加到目標物體的幾何像的方法和裝置。許多工業(yè)掃描應用要求快速捕獲目標表面的圖像(數(shù)字圖片)。所有物理目標按兩種反射之一反射落在表面上的入射光鏡面反射或漫反射。從具有不規(guī)則形狀的沿生產(chǎn)線快速移動的目標物體輪廓的距離幾何成像、測量和計算例如受到來自照明源的光在被成像物體的各個區(qū)域上的鏡面反射的干擾。來自目標物體的鏡面反射區(qū)域在照相機圖像上表現(xiàn)為過亮的區(qū)域，其還徹底破壞圖像在表面外觀特征方面的準確度，更不用說表面形狀的變化。鏡面反射為光(或有時為其它種類的波)自表面的、鏡似的反射，其中來自單一入射方向的光(射線)反射到單一出射方向。鏡面反射由入射光將以與入射角一樣的角度反射在表面法線的另一側(cè)上的趨勢引起。平面鏡是非常好的鏡面反射器的例子。漫反射為入射光將以全向方式在目標表面上方反射的趨勢。鏡面反射對漫反射的例子可在“有光”對“平光”涂料的比較中發(fā)現(xiàn)，涂有有光涂料的表面相較于涂有平光涂料的表面具有多得多的鏡面反射。用于掃描動態(tài)場景的高速圖像捕獲系統(tǒng)受益于高強度照明源，因為照相機曝光和積分時間可得以減少，從而使捕獲的圖像更少拖尾及使掃描速率更快。當二維圖像通過組合多個順序獲得的線性掃描而獲得時，這在工業(yè)機器視覺應用中特別重要。機器視覺不限于從多個順序獲得的線性掃描產(chǎn)生的二維圖像。在各種機器視覺應用中需要高質(zhì)量圖像捕獲以使圖像處理能識別、分離和分類圖像中感興趣的特征。圖像質(zhì)量的一些方面為可預測的強度響應、合并從相鄰且相似的圖像 捕獲系統(tǒng)捕獲的圖像的能力，具有最新的、可負面影響圖象處理的“拼接”特征。具有前述特征的、質(zhì)量好的圖像可在只有自目標物體的漫反射(與鏡面反射相反)包括在圖像中的圖像捕獲系統(tǒng)中獲得。圖像捕獲系統(tǒng)的典型難題為照明系統(tǒng)。通常，點源照明是不合需要的，而是需要“平光”或“柔光”照明，即漫射照明。非漫射照明可因光源的位置而導致對比度怪異及目標物體圖像上的陰影。如果成像儀器的分辨率太低以至于不能辨析其大小，或者如果物體在非常遠的距離處，光源實際上可視為點源。為避免一個或幾個點源照明器的鏡面反射產(chǎn)生的熱斑，許多圖像捕獲照明系統(tǒng)采用大量光源和/或漫射元件以試圖使鏡面反射產(chǎn)生的熱斑減至最低數(shù)量。對于高速移動的目標，照明器應為閃光而不是持續(xù)不變的環(huán)境光，以為系統(tǒng)捕獲所需要的圖像數(shù)據(jù)。過去，板的視覺特征僅在切割后在分揀臺處考慮。本發(fā)明相較現(xiàn)有技術(shù)使前述決定能移到木材加工過程中的上游，并使能生產(chǎn)更有用的和更高價值的終端產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過處理原始圖像線性掃描(“原始掃描”)而提供所掃描物體的準確、高質(zhì)量的圖像，原始掃描可依次組合以形成原始圖像(“原始圖像”)。原始掃描從分開的照相機同時捕獲。照相機可以是CCD、CMOS線性傳感器，或使用其它光敏器件，其響應于從視場放射的變化水平的光。按下面概述的那樣處理原始掃描以解決畸變及組合所得到的處理后的圖像以得到所希望高質(zhì)量的增強圖像，沒有鏡面反射，在所掃描的物體表面均勻時具有圖像均勻性，及在所掃描的物體具有畸變時準確地表現(xiàn)異常區(qū)域。來自分開的照相機的兩個(或更多個)對應的原始圖像(或在組合為原始圖像之前的兩個或更多個原始掃描)用“展平”和“網(wǎng)格化”進行處理。之后，比較所得到的兩個(或更多個)對應的展平及網(wǎng)格化的圖像，及有選擇地組合每一圖像的部分以提供目標物體的增強的準確的圖像(“增強圖像”)?！斑x擇性組合”使用處理后的原始掃描的、僅具有漫反射的段，并丟棄這些掃描的具有鏡面反射的段。因而在增強圖像中實質(zhì)上排除鏡面反射區(qū)域。在此公開的準確的成像方法和裝置不僅克服因鏡面反射引起的畸變(在選擇性組合時)，而且克服因源自照明源的輻射圖的變化和照相機沿像素軸的響應性引起的畸變(通過展平)及因視差引起的畸變(通過網(wǎng)格化)。為使用下面更詳細描述的選擇性組合方法，經(jīng)展平和網(wǎng)格化消除后面的變化是必要的。因此，展平和網(wǎng)格化在選擇性組合圖像數(shù)據(jù)之前進行。在展平時，補償原始掃描數(shù)據(jù)的照明輻射和幾何圖差異及每一使用的照相機的特定敏感度。除了鏡面反射的影響之外，不真實的圖像結(jié)果主要因從照明源到所掃描物體的輻射幾何圖差異及照相機敏感度的不規(guī)則性引起。在本發(fā)明中，照明源和照相機均固定在適當位置，使得通過校正這些差異的影響而可補償這些圖像畸變因素并獲得平坦視頻響應。在應用上面概述的增強成像方法之前，進行展平校準以獲得像素幅值校正系數(shù)，這些系數(shù)為掃描區(qū)域中的X (從目標表面到掃描頭的軸)和Y (跨目標物體的軸)坐標位置的函數(shù)?？蓮臄z影供應公司獲得的一連串儲備圖像、均勻的“灰卡”可隨每一照相機及該系統(tǒng)中使用的相應照明器一起采用。“灰卡”制造成具有指定的光學性能，如一側(cè)具有18%反射率及另 一側(cè)具有90%反射率。當進行展平校準時為獲得更強的視頻信號，使用較高反射側(cè)(如90%反射率)。在每一 X坐標跨Y進行多個掃描，以平均系統(tǒng)視頻噪聲。在X=X I的范圍重復展平校準，之后X=X 2，依此類推，以獲得每一 X和Y坐標的基礎(chǔ)“展平”視頻信號水平。在沿X軸的每一 1/4英寸處采用前述校準掃描足以用于增強圖像板掃描目的。為了更大的準確度，可采用更細的展平校準增量。任一情形下，計算機校準為沿X的更細的坐標提供內(nèi)插值。展平校準掃描隨該系統(tǒng)中使用的每一照相機和相應照明器一起采用?！盎铱ā笨蛇B接起來以形成足夠長的條從而覆蓋掃描區(qū)域，連接間隙或重疊線可被賦予相鄰的測試值，或該條可在第一組測試之后移動以將非接合區(qū)域放在前面的接合區(qū)域中，且也獲得那些坐標的“展平”視頻。在實踐中，如果測試掃描間隔開1/4"，通常足夠了。在展平時，跨掃描區(qū)域的所有坐標處的測試“展平”視頻的差異系數(shù)將應用于從實際目標獲得的原始掃描數(shù)據(jù)。在展平應用于原始掃描之后，結(jié)果將稱為“展平掃描”。展平掃描可順序組合為“展平圖像”。關(guān)于網(wǎng)格化步驟，組合取自不同照相機的同一物體的不同原始圖像的段存在的問題在于不同的原始圖像將具有不同的視差。視差為目標的不同區(qū)域相對于照相機的角度和距離即沿兩個不同的視線看物體的明顯位移或方向差異的透視影響，其通過那兩個視線之間的斜角或半斜角進行測量。當處于不同位置的兩個照相機執(zhí)行原始掃描以在隨后逐像素地組合從而形成目標物體的單一準確圖像時，必須計算和補償視差。當目標物體在已知的范圍時，無論具有到照相機的已知距離的玻璃板上的板還是測試紙張，視差的影響均可計算和補償以產(chǎn)生正射圖像。執(zhí)行“網(wǎng)格化”以補償從目標到成像系統(tǒng)的距離差異。取消正射圖像(“正射圖像”，或涉及單一掃描時“正射”掃描)中的圖像視差結(jié)果，好似圖像在無窮距離處獲得一樣。視差可使用計算或校準的方法取消并避免使用特殊類型的、已知為遠心透鏡的視差校正透鏡。遠心透鏡為在其怎樣形成圖像方面具有獨特幾何性質(zhì)的復合透鏡。遠心系統(tǒng)具有的性質(zhì)為入瞳或出瞳的位置在無窮遠處。這意味著主光線(通過孔徑光闌中心的斜光線)分別在系統(tǒng)前面或后面與光軸平行。前述透鏡大、昂貴、且通常具有小視場，例如這導致它們不適合掃描長板。為計算或校準以從圖像消除視差，需要目標到成像系統(tǒng)的物理距離的現(xiàn)有知識。當目標處于距系統(tǒng)中的照相機固定距離處時，如在平床掃描儀上，可為該照相機計算/校準一次視差補償并應用于其后用該照相機取得的每一圖像。當目標可能出現(xiàn)在距成像系統(tǒng)不同距離處時，或目標的部分處于距成像系統(tǒng)變化距離處時，在每一原始圖像時間時的每一前述距離必須已知以執(zhí)行網(wǎng)格化。增強圖像的產(chǎn)生因而包括用于至少第一和第二照相機相應捕獲的圖像中的每一圖像的并行階段。先前為展平目的用照相機校準的照明器照射在目標上以獲得照相機O和照相機I中的每一個的掃描。之后該方法繼續(xù)照相機O原始掃描一照相機O原始掃描展平一照相機O展平掃描網(wǎng)格化；并行地照相機I原始掃描一照相機I原始掃描展平一照相機I展平掃描網(wǎng)格化

之后，來自每一原始掃描的相應(兩個，如果使用更多照相機，更多個)得到的正射掃描一展平一網(wǎng)格化并行階段在分開的第四選擇性組合步驟中組合照相機O網(wǎng)格化(正射)掃描與照相機I網(wǎng)格化(正射)掃描組合以得到增強掃描。來自相應正射掃描中的相應像素的最佳像素幅值的選擇性組合產(chǎn)生增強掃描。增強掃描可組合以得到增強圖像。應意識到，上述方法可應用于已從各個原始掃描組合的原始圖像，來自相應照相機的原始圖像之后展平為展平圖像，展平圖像之后網(wǎng)格化為網(wǎng)格化圖像(正射圖像)，相應正射圖像之后選擇性組合為增強圖像。該方法中掃描組合為更大的圖像是非必需的地方。在組合為圖像之前將整個過程應用于各個掃描更簡單，但這對本發(fā)明并非必需這樣，通過適當?shù)挠嬎?，掃描組合為圖像可在在此公開的方法的任何階段或步驟進行，其余階段或步驟則應用于所得的圖像而不是應用于掃描。本發(fā)明系統(tǒng)相較使用一個物理照相機給出更好的結(jié)果且工作更快，同時處理用多個非同時照明器以不同角度照射在目標材料上取得的圖像。其更快，因為目前公開的系統(tǒng)不必等待從每一照明器獲得多個圖像。僅需要單一圖像捕獲周期，因而可實現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。本發(fā)明適合移動目標，因為兩個照相機圖像同時捕獲，兩個獲得的圖像看同一部分因此看目標物體的相同特征。如果在移動目標系統(tǒng)中使用多個非同時照明，例如當目標在組裝線或傳送帶上時，目標將已在照明之間移動，從而導致成像在每一非同時獲得的圖像上的特征之間的一致性的喪失。必須在a)和b)之間進行區(qū)分a)設計的目標或掃描儀的“掃描”移動，沿(通常水平的)平面(如傳送帶)，在掃描儀照相機傳感器安裝頭和目標上的感興趣表面之間具有預定恒定距離；及10掃描儀頭和目標之間距離中的非預定“目標范圍”移動，如可能因裝備振動或目標的變化的三維拓撲特征引起。上面的“移動目標”指設計的“掃描移動”。在本發(fā)明的準確的成像系統(tǒng)中，緊緊控制掃描移動，具有微妙跟蹤。等待時間水平設計成使掃描期間的目標位置的空間控制能達到1/1000英寸級的準確度。來自上面提及的并行階段的兩個相應原始圖像適當組合以捕獲目標的同一部分用于最終的增強圖像很重要。理論上，使用區(qū)域照相機從移動目標物體的多個照明源獲得多個圖像是可能的，其隨后輸入關(guān)于物體的計算，但相較在此公開的方法其計算密集度大得多。當太多的像素形成圖像數(shù)據(jù)時，任何無意的目標移動(與針對連續(xù)掃描的預定、受控目標移動相反)大大增加補償性計算問題。在該準確的成像過程中同時使用兩個以上照相機的情形下，這甚至是更大的問題。為獲得原始圖像和保持已知的圖像縱橫比，位置編碼器用于隨目標移動而跟蹤目標的位置。位置編碼器用于產(chǎn)生指示絕對機械位置或相對于參考位置的增量機械移動的電子信號。優(yōu)選地，編碼器用于以正確的物理間隔觸發(fā)掃描捕獲，或不太合乎需要地，用于從過采樣的已知掃描選擇所需要的圖像，所述選擇判據(jù)確定所獲得的圖像的縱橫比。為消除鏡面反射，投影儀和兩個照相機的物理安排應使得照相機具有足夠的物理分隔以避免兩個照相機接收同一反射光及對目標的高度鏡面反射部分成像。在攝影術(shù)語“遠場”和“近場”下，照相機相對于掃描區(qū)域放置使得目標實質(zhì)上在照相機的“遠場”中。物理學事實是，不管目標的表面特征如何，沿平行于目標物體上的原始掃描線的軸彼此分開 和與照明器分開的照相機均不能接收到來自由點源(或?qū)嶋H上點源)照明器照射的同一塊目標物體的、過亮的、鏡面反射的光斑。對于每一照相機，在照明器和照相機之間有一個且僅有一個鏡面反射光路(在該光路，反射角等于入射角)，每一這些光路照到目標物體的不同區(qū)域處。在來自多個照相機的相應原始掃描的展平和網(wǎng)格化之后，所得的正射圖像的幾何響應水平相當，因為它們已從同一目標獲得圖像，且兩個(在兩個以上照相機的情形下，所有)相應正射圖像表示無窮遠距離的視圖。換言之，來自目標的特定特征在兩個圖像中出現(xiàn)在同一位置處。因此，圖像現(xiàn)在逐像素地可比。照相機O正射(掃描或圖像)和照相機I正射之間的較高視頻信號幅值像素為鏡面反射的結(jié)果，與漫反射相反。為產(chǎn)生目標的準確的圖像而沒有使圖像畸變的鏡面反射區(qū)域，這是使能選擇每一正射圖像的部分包括在一個增強圖像中的關(guān)鍵。在對原始掃描執(zhí)行展平和網(wǎng)格化之后，所得的來自每一照相機的目標正射圖像對于目標物體上每一確定的幾何位置將具有可能關(guān)于幅值響應的逐像素比較。之后進行選擇性組合。比較兩個或更多個相應正射圖像的每一個中表示目標物體的相應段的相應像素幅值，選擇較低的值包括在增強圖像中。在網(wǎng)格化步驟中，還可能通過選擇對應像素幅值的平均或通過取一像素的部分及另一像素的部分而實現(xiàn)改善的成像，尤其在二者均在成像目標的已知正常范圍內(nèi)時。卓越的結(jié)果也可通過應用并行階段的三個步驟、然后在一對2048像素長X I像素寬的原始掃描中每隔一像素地選擇性組合、組合其它數(shù)據(jù)像素而獲得，這有效地使用每掃描數(shù)據(jù)的1024像素并將計算的數(shù)據(jù)分成兩半，相較沒有本發(fā)明方法時使用1024像素甚或2048像素數(shù)據(jù)的情形提供更準確的增強圖像。本發(fā)明的增強成像方法和裝置產(chǎn)生目標物體的多個圖像并使它們逐像素可比。比較需要到平面的已知距離、到復雜工程表面(如弧形擋風玻璃，其可通過用于表面特征如裂縫的方法和裝置檢查)的一組已知距離、或變化表面的幾何掃描以獲得其幾何輪廓。目前技術(shù)水平的幾何掃描使用來自激光器的編碼光獲得目標物體在掃描區(qū)域內(nèi)的X和Y坐標處的幾何掃描。也可能使用來自現(xiàn)有技術(shù)的“光片”方法來獲得目標物體的幾何輪廓，但該方法包括在程序掃描頭的上游或下游具有區(qū)域照相機。所有這些及有關(guān)的、用于獲得目標物體的幾何輪廓的方法及裝置在此稱為“結(jié)構(gòu)光幾何掃描”。在此提出的圖像捕獲方法和裝置允許高強度點源或近點源照明，還消除或大大減少圖像捕獲系統(tǒng)最后的增強圖像中鏡面反射的出現(xiàn)。單一 LED或激光器為本說明書中“點源”的例子。LED陣列為用于本發(fā)明目的的近點源的例子。實際上，在本發(fā)明中，點源或近點源合乎需要，因為a)其可有效地集成在掃描頭外殼內(nèi)；及b)其使照相機和照明器能全部按共平面排列而放在掃描頭中，這導致本發(fā)明方法的計算比這些元件未對準的情形更簡單。在本發(fā)明的裝置中，照明元件的一個優(yōu)選方案是使用編碼光激光器用于獲得目標物體的幾何輪廓，及包括15個成排對準的LED且在第一和第二照相機之間的LED陣列用于獲得將通過上述方法處理為增強圖像數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)。幾何輪廓數(shù)據(jù)用于識別目標物體表面上的坐標，這些坐標將映射到每一分開的照相機獲得的原始圖像數(shù)據(jù)，因而映射到從原始到網(wǎng)格化(正射)圖像從而到增強圖像的并行通路中的相應展平和網(wǎng)格化圖像數(shù)據(jù)。如果目標物體的幾何輪廓已經(jīng)知道和計算，可能在不使用編碼激光器或其他幾何輪廓檢測手段的情形下使用本發(fā)明。例如，本發(fā)明可用于檢測表面異常如精確制造的物品如擋風玻璃中的裂縫。在使用結(jié)構(gòu)光(如編碼激光器)掃描和計算表面的形狀和位置(幾何輪廓)和使用未編碼激光器作為用于第一和第二照相機的一類目標照明器同時獲得第一和第二原始數(shù) 據(jù)之間進行區(qū)分也很重要。未編碼激光器可用于由第一和第二照相機中的每一個獲得單色原始圖像，而LED為獲得彩色原始圖像數(shù)據(jù)提供適當?shù)恼彰?。為獲得和使用單色及彩色原始數(shù)據(jù)，必須循環(huán)相應的照明器，例如交替閃光。本發(fā)明可與區(qū)域照明一起工作，或與來自點源或近點源的連續(xù)照明一起工作，但工業(yè)過程中快速的多個掃描的需要要求高強度照明以使照相機能更快的掃描和具有更快的曝光時間。例如，如果LED按照相機需要開、關(guān)地閃光，LED可以高得多的強度工作，關(guān)時使能進行散熱。熱對于LED的壽命和性能均是限制因素。在需要特定照明器的掃描之間關(guān)掉一照明器還節(jié)約電能。在任何情況下，交替照明是必要的，以允許用結(jié)構(gòu)光獲得目標物體的幾何輪廓和通過第一和第二照相機獲得表面外觀原始數(shù)據(jù)之間的復用。通過本發(fā)明方法和裝置獲得和集成單色和彩色原始數(shù)據(jù)也是有用的。計算機控制用于在所希望的時間觸發(fā)照明器。本發(fā)明提供產(chǎn)生準確的、高質(zhì)量的圖像的方法，包括步驟a)用第一照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的一部分的第一原始掃描，同時用第二照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的同一部分的第二原始掃描，第二照相機在照相機區(qū)域中與第一照相機分開使得第一和第二照相機對目標物體的同一部分具有實質(zhì)上不同的視角；b)將第一原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第一原始圖像數(shù)據(jù)，及將第二原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第二原始圖像數(shù)據(jù)；c)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)；d)用第一組計算結(jié)果補償?shù)谝徽蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第一正射圖像數(shù)據(jù)；及用第二組計算結(jié)果補償?shù)诙蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第二正射圖像數(shù)據(jù)；e)比較對應于目標物體上的坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)和對應于目標物體上該坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)；f)從下面選擇像素強度值以用作表示目標物體上該坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)i)對應于該坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)；ii)對應于該坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)；iii)對應于該坐標位置的第一和第二正射圖像數(shù)據(jù)的組合結(jié)果。關(guān)于上述步驟d)，第一展平圖像數(shù)據(jù)中固有的視差不同于第二展平圖像數(shù)據(jù)中固有的視差，二者必須用相應組的計算結(jié)果補償以獲得第一和第二正射圖像數(shù)據(jù)。正是那些不同的正射數(shù)據(jù)集隨后可逐像素地比較并用實際目標表面上的單一幾何點識別。關(guān)于上述步驟f)，一個例子為優(yōu)于來自第二正射數(shù)據(jù)的相應數(shù)據(jù)從第一正射圖像
數(shù)據(jù)選擇像素強度值(二者對應于幾何數(shù)據(jù)中該像素的坐標位置)，因為該位置的像素強度值在第一正射數(shù)據(jù)中低于第二正射數(shù)據(jù)中的情形。另一例子，歸入上面的f) iii)下面，為取該像素的加權(quán)平均強度值，強度值從第一和第二正射數(shù)據(jù)得到。使用這樣的方案取決于特定的目標物體表面特征及希望從其獲得的增強圖像類型。在實踐中，以跨目標物體掃描連續(xù)的掃描線而重復權(quán)利要求I的步驟，從而得到表示目標物體上的相應坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)序列，并從這些增強圖像數(shù)據(jù)序列組合目標物體的增強圖像?？刂茠呙杵陂g目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變。在掃描期間使用來自位置編碼器的電子信號以指示目標物體相對于掃描區(qū)域的參考位置的位置。例如，目標可借助于傳送帶在掃描頭下面沿z軸行進。作為備選，可能有優(yōu)選在目標物體上方沿z軸移動掃描頭的工業(yè)情形，例如目標非常重的情形。位置編碼器不必與z軸對準。其可感測和計算z軸運動，盡管其到目標通路的傳感器例如在與z軸成45度處。在任何情況下，掃描由位置編碼器以目標物體移過掃描區(qū)域的已知增量間隔觸發(fā)。為對抗鏡面反射，選擇用作增強圖像數(shù)據(jù)的像素強度值應為來自第一正射數(shù)據(jù)和來自第二正射數(shù)據(jù)的兩個相應正射像素數(shù)據(jù)值中的較低值，從而選擇來自目標物體的較低的鏡面反射。目標物體的有關(guān)部分的幾何位置可通過結(jié)構(gòu)光幾何掃描獲得，使能將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素。如果編碼激光器用于結(jié)構(gòu)光(而不是使用彩色光帶，例如)應注意，激光器的該用途不同于在系統(tǒng)變體中未編碼激光的使用，前述系統(tǒng)變體中未編碼激光照明器連同單色照相機一起使用以獲得至少一組單色原始圖像數(shù)據(jù)。然而，在許多情形下，大多數(shù)提供信息的原始圖像數(shù)據(jù)通過使用LED在圖像捕獲掃描期間照射目標物體而由第一和第二照相機獲得。自結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀照明器以獲得目標物體表面輪廓及自原始圖像數(shù)據(jù)照明器以獲得圖像的原始數(shù)據(jù)之間的交替激發(fā)被使得相對于目標物體的z軸掃描移動實際上同時，其通過使來自相應照明器的閃光之間的時間足夠短使得為補償目標物體在激發(fā)之間的掃描移動計算的坐標位置調(diào)節(jié)在計算限制內(nèi)從而使所得的結(jié)構(gòu)光幾何輪廓數(shù)據(jù)和對應的原始圖像數(shù)據(jù)與像素分辨率相互關(guān)聯(lián)。將增強成像方法和裝置應用于原始數(shù)據(jù)的各個連續(xù)掃描線很方便，以增強數(shù)據(jù)的“掃描”線結(jié)束，之后連續(xù)的增強線可用于組合為大的二維圖像。然而，連續(xù)的“掃描線”的組合可在獲得原始數(shù)據(jù)之后的任何階段進行，其余步驟則應用于二維圖像數(shù)據(jù)。在具有寬目標物體的工業(yè)應用中，
a)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及b)用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)；上述二者應執(zhí)行為具有多個同樣的相鄰掃描頭的標準水平的圖像展平，每一個使用照明器、第一照相機和第二照相機、及本發(fā)明的處理方法。通過前述處理獲得的、相鄰掃描頭下面的目標上的相鄰區(qū)域的多個展平圖像之后可連接以形成目標的整體圖像，在來自相應的相鄰掃描頭的多個增強圖像之間沒有明顯的圖像準確度不連續(xù)。本發(fā)明使能前述連接的圖像之間幾何學上精確的拼接線并避免相鄰增強圖像的部分的奇異重疊。拼接線本身上的像素可從相鄰組的增強圖像數(shù)據(jù)選擇性組合。在優(yōu)選實施例中，目標物體上相鄰區(qū)域的多個圖像通過截頂和沿拼接線對準而連接在一起，拼接線精確到每一像素(而不是重疊相鄰的圖像)，以使目標物體特征的不連續(xù)最小化，及使目標物體上相鄰幾何位置的圖像強度值的不連續(xù)最小化到低于圖像背景噪聲值。 上面公開的方法可用在此指出的裝置實現(xiàn)。有關(guān)數(shù)據(jù)的每一處理步驟可通過中央計算機或?qū)Ｓ锰幚砟K完成。該裝置應包括a)至少兩個照相機，設置成用第一照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的一部分的第一原始掃描，同時用第二照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的同一部分的第二原始掃描，第二照相機在照相機區(qū)域中與第一照相機分開使得第一和第二照相機對目標物體的同一部分具有實質(zhì)上不同的視角；b)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第一原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第一原始圖像數(shù)據(jù)及將第二原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第二原始圖像數(shù)據(jù)；c)展平圖像處理模塊，其用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)；d)網(wǎng)格化圖像處理模塊，其用第一組計算結(jié)果補償?shù)谝徽蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第一正射圖像數(shù)據(jù)及用第二組計算結(jié)果補償?shù)诙蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第二正射圖像數(shù)據(jù)；e)選擇性組合圖像處理模塊，其比較對應于目標物體上的坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)和對應于目標物體上該坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)并從下面選擇像素強度值以用作表示目標物體上該坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)i)對應于該坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)；ii)對應于該坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)；iii)對應于該坐標位置的第一和第二正射圖像數(shù)據(jù)的組合結(jié)果。作為上面e)iii)的例子，選擇性組合圖像處理模塊可適當?shù)鼐幊桃詮牡谝缓偷诙鋽?shù)據(jù)取任何給定像素位置的平均強度值，如果該像素落在將用于與來自伸長的目標物體的相鄰裝置的增強圖像鄰接的增強圖像的邊緣上，前述伸長的目標物體如原木或長板。優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括計算機，設置成獲得跨目標物體的連續(xù)掃描線及表示目標物體上的對應坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)序列，和從增強圖像數(shù)據(jù)序列組合目標物體的增強圖像；及包括位置編碼器，設置成跟蹤掃描期間目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變。計算機也可設置成從相鄰的掃描頭執(zhí)行圖像拼接，每一掃描頭例如具有第一和第二照相機及成像照明器。優(yōu)選地，每一掃描頭還具有編碼光、激光照明器，用于將來自目標物體的幾何輪廓數(shù)據(jù)提供給計算機。選擇性組合圖像處理及其它模塊可體現(xiàn)為硬件或軟件和計算機硬件的結(jié)合，進行編程以選擇來自第一正射數(shù)據(jù)和來自第二正射數(shù)據(jù)的兩個對應的正射像素數(shù)據(jù)值中的較低值用作增強圖像數(shù)據(jù)，從而選擇來自目標物體的較低鏡面反射。結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀，其為已知技術(shù)，可用于獲得目標物體的有關(guān)部分的幾何位置。然而，使用該信息用于將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素以為展平、網(wǎng)
格化處理模塊做準備是新的特征。同樣，通常使用LED照明器結(jié)合彩色照相機來獲得彩色圖像，然而，以所述方式使用具有第二照相機的LED照明器與照相機的組合是新的特征，其中對應的兩組原始圖像數(shù)據(jù)首先發(fā)送通過展平模塊、然后通過網(wǎng)格化模塊、最后通過選擇性組合模塊，以得到增強圖像。


圖I為本發(fā)明的增強的成像方法和裝置的基本步驟和元件的框圖。圖2為本發(fā)明裝置的掃描頭坐標系統(tǒng)幾何構(gòu)造和掃描區(qū)域的例子的示意圖。圖3為本發(fā)明裝置的雙照相機、雙照明器例子中的部分光路的光學示意圖。圖4為圖示鏡面反射對漫反射的透視圖。圖5A為投影儀輻射圖的曲線圖。圖5B為在沿圖2的X軸的三個距離處的三個投影儀輻射圖的曲線圖。圖6A為照相機O的灰卡原始圖像數(shù)據(jù)的曲線圖，具有將明顯的線反映在灰卡上的畸變“凹陷”。圖6B為照相機I的相應灰卡原始圖像數(shù)據(jù)的曲線圖，示出了與圖6A不同的畸變“凹陷”。圖7A為照相機O的計算出的展平系數(shù)的曲線圖。圖7B為照相機I的計算出的展平系數(shù)的曲線圖。圖8為獲得展平系數(shù)以隨后在展平子過程中使用的框圖。圖9示出了灰卡圖像數(shù)據(jù)的長電子數(shù)據(jù)表的開始和結(jié)束之處。圖IOA為照相機O的展平圖像數(shù)據(jù)的曲線圖。圖IOB為照相機I的展平圖像數(shù)據(jù)的曲線圖。圖11示出了在使用兩個分開的照相機查看目標表面的同一區(qū)域時的視差問題。圖12A為照相機O的來自目標灰卡的正射圖像數(shù)據(jù)(即展平和網(wǎng)格化后的)的曲線圖。圖12B為照相機I的來自目標灰卡的正射圖像數(shù)據(jù)(即展平和網(wǎng)格化后的)的曲線圖。
圖13為包含照相機O、照相機I和照明器的掃描頭、一段木材、及編碼光條的正射圖。圖14A為照相機O的、來自帶狀目標的原始圖像數(shù)據(jù)的曲線圖，表明了帶狀目標上的中間畸變。圖14B為照相機I的、來自帶狀目標的原始圖像數(shù)據(jù)的曲線圖，表明了與圖14A的帶狀目標中間畸變不同位置的畸變。圖15A為照相機O的來自帶狀目標的、網(wǎng)格化后的正射圖像數(shù)據(jù)的曲線圖。圖15B為照相機I的來自帶狀目標的、網(wǎng)格化后的正射圖像數(shù)據(jù)的曲線圖，表明來自帶狀目標的中間畸變現(xiàn)在與圖15A中一樣沿水平軸排成直線。

圖16A為來自照相機O的原始圖像數(shù)據(jù)的實際圖像，示出了目標物體板的中間區(qū)域中的鏡面反射區(qū)域，并指示了板右邊的其它畸變。圖16B為來自照相機I的原始圖像數(shù)據(jù)的實際圖像，示出了更靠近同一目標物體板右側(cè)的不同鏡面反射區(qū)域，并指示了板中心對應于圖16A的鏡面反射區(qū)域的畸變。圖17A為來自照相機O的正射(展平和網(wǎng)格化后的)圖像數(shù)據(jù)的實際圖像。圖17B為來自照相機I的正射(展平和網(wǎng)格化后的)圖像數(shù)據(jù)的實際圖像。圖18為選擇性組合來自照相機O的正射圖像數(shù)據(jù)和來自照相機I的正射圖像數(shù)據(jù)以得到增強圖像的框圖。圖19A為三條圖像輸出數(shù)據(jù)線的曲線圖，一條來自正射圖像0，一條來自正射圖像1，及一條通過選擇性組合來自正射圖像O和正射圖像I的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的增強圖像數(shù)據(jù)。圖19B為用本發(fā)明方法和裝置從原始圖像數(shù)據(jù)形成的實際增強圖像。圖20為一系列四個掃描頭、掃描長板的四個相應重疊段的不意性表不。
具體實施例方式參考圖1，照明器16將光107照射在目標物體17上。漫反射和鏡面反射的混合分別沿到照相機O和照相機I的各個光路如108和109處出現(xiàn)。給照相機O的光輸入通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的A/D轉(zhuǎn)換2，其輸出一組原始掃描O數(shù)據(jù)4。之后，原始掃描O數(shù)據(jù)4經(jīng)歷展平處理6，其校正每一像素在照明圖和照相機敏感度方面的差異。之后，展平掃描O數(shù)據(jù)8轉(zhuǎn)到網(wǎng)格化處理10，其校正數(shù)據(jù)的視差影響，即從照相機O的角度跨目標表面以更大的斜角加寬像素空間。所得的正射掃描O數(shù)據(jù)12轉(zhuǎn)到選擇性組合模塊14。同樣地，給照相機I的光輸入通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的A/D轉(zhuǎn)換3，其輸出一組原始掃描I數(shù)據(jù)5。之后，原始掃描I數(shù)據(jù)5經(jīng)歷對應于另一照相機O的輸出通路的展平6的展平處理7。之后，展平掃描I數(shù)據(jù)9轉(zhuǎn)到網(wǎng)格化處理11，對應于另一照相機O的數(shù)據(jù)通路的網(wǎng)格化10。所得的正射掃描I數(shù)據(jù)13同樣轉(zhuǎn)到選擇性組合模塊14。選擇性組合模塊14使用預先選擇的方法逐像素或逐組像素地比較正射掃描O數(shù)據(jù)和正射掃描I數(shù)據(jù)，及使用最佳匹配選擇性組合判據(jù)的數(shù)據(jù)，如來自正射掃描O和正射掃描I的每一相應像素的較低圖像數(shù)據(jù)值，假定較高數(shù)據(jù)值指示鏡面反射而不是漫反射。計算機控制19使用工業(yè)裝配線中已知的裝置即位置編碼器18跟蹤目標物體17在掃描區(qū)域中的位置并隨著掃描進行將來自照相機O和照相機I的讀數(shù)映射到目標物體上的特定位置。計算機控制還控制照明器16的時間和發(fā)射、將展平系數(shù)應用于展平處理6和7中的原始掃描O和I、在網(wǎng)格化10和11時計算和應用視差校正、及使用戶能控制將要應用的選擇性組合14判據(jù)以得到增強圖像15。參考圖2，掃描頭21裝有用于獲得多組原始圖像數(shù)據(jù)的照相機和照明器。掃描頭21直接定位在掃描區(qū)域22上方，目標物體可傳送通過掃描區(qū)域(當然，作為備選，在掃描固定的目標物體時可在掃描區(qū)域22上方跟蹤掃描頭21)?？v向X軸23從掃描頭21的中心延伸到掃描區(qū)域的中心。掃描區(qū)域22具有景深28 (如8英寸)，在該景深內(nèi)目標物體將針對掃描頭的照相機適當對焦。橫向的Y軸26橫跨掃描區(qū)域22的寬度。典型的掃描區(qū)域?qū)挾葹?英尺，及掃描頭21和掃描區(qū)域之間的典型距離25為2-3英尺，當然具有適當照相機和照明器的其它距離安排也可以。同樣，有用的掃描頭高度29對于木材加工應用約為6英寸，大小做成使得照相機、透鏡、照明器、掃描窗口及相關(guān)電路板均包含在結(jié)實的外殼內(nèi)。參考圖3，照相機O (物品33)具有覆蓋整個掃描區(qū)域22的視場35，從線35a到目標物體掃描區(qū)域左上點39、到線35b、到目標物體掃描區(qū)域右上點40。同樣，照相機I (物品34)具有覆蓋整個掃描區(qū)域22的視場36，從線36b到目標物體掃描區(qū)域右上點40、到線36a、到目標物體掃描區(qū)域左上點39。激光照明器31在整個掃描區(qū)域22上方提供編碼光， 具有編碼激光投影場37，從線37a到目標物體掃描區(qū)域左上點39、到線37b、到目標物體掃描區(qū)域右上點40。LED照明器32在整個掃描區(qū)域22上方提供廣譜光，具有LED投影場38，從線38b到目標物體掃描區(qū)域右上點40、到線38a、到目標物體掃描區(qū)域左上點39。圖4A示出了鏡面反射,其中入射光42自物體41反射,實質(zhì)上所有得到的反射光43以同樣的角度44離開物體。接收反射光43的照相機將在物體41上“看見”一片強光而不是反射區(qū)域的物體的詳細圖像信息。圖4B示出了漫反射，其中入射光42從物體45散射，導致多個反射光束如46、47、48和49。當通過成像系統(tǒng)查看時，該類型的反射可提供物體45的圖像細節(jié)。鏡面反射的性質(zhì)在于，自單一照明器源，從一部分目標離開的鏡面反射僅可由兩個照相機之一(不合需要地)捕獲，兩個照相機沿目標上方的線物理上分開，照明源也恰當排列在該線上。如果點源(或近點源)照明器(如圖3中的LED照明器32)跨掃描區(qū)域投射光，由于隨著距離增加光散射及由于隨著光自其源前進光的結(jié)構(gòu)差異，所得到的投影儀輻射圖將跨掃描區(qū)域改變。圖5A示出了投影儀輻射圖在沿曲線圖的Y軸(對應于圖2中掃描區(qū)域的水平Y(jié)軸)的多個位置處的變化幅值(沿相對幅值軸51)的例子。光傳感器的弧度幅值在位置55處低，快速上升到位置54，繼續(xù)上升通過55 (盡管不太陡峭)，在56處達到峰值，然后快速下降通過位置57。圖5B示出了掃描區(qū)域內(nèi)對于灰卡的不同高度的幅值響應的相應曲線，即在沿圖2的縱向X軸的不同位置處(X=24、X=28和X=32)。圖6A示出了當LED照明器(圖2中的32)跨掃描區(qū)域(圖2中的22)中的幾個鄰近的反射灰卡投射光時由照相機O拾取的原始圖像強度的相應變化。線67A的所得圖像像素在靠近原始圖像強度軸61處以低值開始，逐漸增加直到63A處有異常和突然的凹陷為止(對應于掃描區(qū)域中灰卡之間的小間隙的幾何位置)，再次增加到峰值66A，及曲線稍微向下到64B處的下一異常和突然的凹陷(對應于掃描區(qū)域中灰卡之間的另一小間隙的幾何位置)，及繼續(xù)向下到65A處的第三異常和突然的凹陷(對應于掃描區(qū)域中相鄰灰卡之間的第三小間隙)。圖6B示出了由照相機I拾取的比較原始圖像強度線67B，再次地，在63B、64B和65B處有異常的凹陷。然而，應注意這些凹陷(同樣對應于掃描區(qū)域中相鄰灰卡之間的小間隙)的位置對于照相機I處于不同于圖6A中對于照相機O的像素數(shù)處一這由照相機O和I的不同位置和視角引起。同樣應注意，盡管圖6A中66A處對于照相機O的峰值強度在異常凹陷64A之前(其左邊)來到，但在圖6B上超過像素400的比較位置(如66B)尚未達到照相機I看到的峰值強度，其峰值出現(xiàn)在越過異常凹陷64B及超過圖6B上的像素600的像素數(shù)(y軸62上)處。照相機O和照相機I中的每一個記錄來自同一目標物體的圖像數(shù)據(jù)，但圖像數(shù)據(jù)不同。還以某種方式保持采取每組圖像數(shù)據(jù)中的最佳數(shù)據(jù)用于最終使用。之后，圖6A和6B中所示的結(jié)果用于獲得針對照相機O和照相機I中的每一個的展平系數(shù)(如對于220的照明器亮度)，如圖7A和7B中所示。在它們括號內(nèi)的副標題“對于亮度=220”中，“220”指亮度標度在1-256范圍的水平。在圖7A和7B中，所需要的展平系數(shù)值在軸72上的低像素數(shù)處以高值開始，逐漸減小越過點73A (圖7A，對于照相機O)及73B (圖7B，對于照相機1)，分別在74A和74B處到底，分別越過75A和75B再次上升。使
用插值分別代替圖6A和6B的異常凹陷以獲得針對跨掃描區(qū)域的、照相機I和2中的每一個的像素的展平系數(shù)。在“展平”方法中，具有已知的實質(zhì)上一致的漫反射性質(zhì)的樣本目標在已知距離處進行成像，同時由系統(tǒng)中將要使用的每一相應照明源和照相機照射。選擇“標稱平光”信號水平(考慮最小和最大原始信號幅值和下游處理的動態(tài)范圍)。確定用于成像系統(tǒng)中的每一像素的系數(shù)，使得每一像素的系數(shù)，當乘以其對應的原始圖像像素幅值的幅值時，將導致可線性校正到目標的已知反射性質(zhì)的標稱平光像素幅值值(達到量化及其它噪聲源允許的準確程度)。在展平之后，來自兩個照相機的圖像被視為在反射率響應基礎(chǔ)上歸一化。保存用于從掃描區(qū)域反射的、每一照相機的所有像素數(shù)的展平系數(shù)使每一照相機的原始圖像數(shù)據(jù)能處理為每一照相機的展平圖像數(shù)據(jù)。圖8示出了將要使用的方法和裝置照明器16將光投射到均勻的樣本目標81上，照相機I記錄在掃描區(qū)域平面中X和y坐標處的第一像素的標稱平光信號82，為該像素得出展平系數(shù)83。在循環(huán)84中重復該過程直到用于所有相應像素位置的展平系數(shù)表建立為止，例如以獲得220的亮度水平，對于該照相機最大256。圖9為在掃描頭和目標之間的24英寸處取得的、連續(xù)像素與原始數(shù)據(jù)列91和照相機I灰卡展平系數(shù)列92組合的電子數(shù)據(jù)表。該表還具有反映網(wǎng)格化處理的目標展平列93和正射目標列94，網(wǎng)格化處理將像素的展平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為同一照相機的正射數(shù)據(jù)。因而得到一組共系數(shù)(例如，掃描頭和目標之間每一潛在合適的1/4英寸)。之后，合適的展平系數(shù)可應用于如圖6中所示的每一行原始數(shù)據(jù)。一旦照相機O的數(shù)據(jù)和照相機I的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)格化處理而處理為正射O和正射I數(shù)據(jù)，來自照相機O和照相機I的相應數(shù)據(jù)集(CO，Cl)之后且僅在之后逐像素地(CO，X, y ；Cl，x，y)比較，其中每一個對應于目標物體本身上的同一像素區(qū)域。圖IOA示出了將展平系數(shù)應用于照相機O的灰卡目標圖像數(shù)據(jù)的結(jié)果。對于沿軸102的像素數(shù)，沿軸101的展平強度沿線106A稍微變化，具有異常凹陷103AU04A和105A等例外，這些凹陷仍然表示相鄰灰卡之間的小間隙。同樣，在圖IOB中，示出了照相機I的展平灰卡目標，具有沿106B的異常凹陷103BU04B和105B，同樣表示目標掃描區(qū)域中相鄰灰卡之間同樣的小間隙，但對于照相機I (圖10B)，處于不同于照相機O的異常凹陷(圖10A)的像素數(shù)處。在圖IOA和IOB之間，仍可從相應異常凹陷的不同位置看到視差的影響。圖11示出了在嘗試比較一照相機的像素數(shù)據(jù)和另一照相機的像素數(shù)據(jù)時的視差問題，其中目標在于使用兩個照相機的圖像數(shù)據(jù)獲得目標上同一區(qū)域的增強圖像。掃描區(qū)域目標物體118上的點112和113之間的表面線可在掃描頭位置110處由照相機看到，具有沿標稱I: I基礎(chǔ)上的線114的像素。然而，在掃描頭位置111處的第二照相機看到點112和113之間的同一表面線具有沿線115的、更窄的一組像素。該兩個視角的視差與目標物體118上的點116和117之間的表面線的視差相反。影響在于，相較覆蓋目標物體上直接在照相機下方的區(qū)域的照相機像素，來自任一照相機的覆蓋目標上更多地方的像素中的每一像素更遠。正透視圖用遠離目標無窮遠處的照相機取得。圖12A示出了對于照相機O的灰卡照片，網(wǎng)格化像素軸122與展平及網(wǎng)格化強度軸121之間關(guān)系的曲線圖。網(wǎng)格化通過隨著沿相應目標表面的視差增加將其來自圖IOA的圖像數(shù)據(jù)移動漸增分數(shù)的像素而校正照相機I的視差。展平及網(wǎng)格化強度線125A數(shù)據(jù)在左邊的123A和右邊的124A處結(jié)束關(guān)聯(lián)。在二者之間，仍可在126A和127A處看到異常凹陷，反映灰卡小間隙。圖12B示出了照相機I的相應展平及網(wǎng)格化強度數(shù)據(jù)。應注意到，圖 12B中左和右不關(guān)聯(lián)邊界123B和124B現(xiàn)在與圖12A中的相應123A和124A對準。類似地，圖12B中的異常凹陷126B和127B現(xiàn)在與圖12A中的相應凹陷126A和127A對準。線125A和125B不一樣。然而，它們可進行逐像素地有意義的比較。圖12A (照相機O)上特定網(wǎng)格化像素數(shù)的每一強度值可與圖12B (照相機I)上的相應網(wǎng)格化像素數(shù)比較，因為現(xiàn)在每一個均表示目標物體上的相同位置。圖13示出了掃描頭131、木材板132、激光器發(fā)射的編碼光圖案133。當木材132通過編碼光條的掃描圖案時，從木材回到照相機的反射將在反射光中表明從其可計算木材的幾何形狀的信息。幾何形狀可用坐標進行映射。美國專利5，615，003 (電磁輪廓掃描儀)和5，986，745 (共平面電磁輪廓掃描儀)詳細示出了用于確定物體表面的形狀和尺寸的系統(tǒng)包括用于將空間編碼的輻射圖如激光投射到物體上的投影儀。該系統(tǒng)還包括能夠?qū)Ψ瓷鋱D案進行成像的接收裝置及用于確定反射圖案的哪一部分對應于投影圖案的哪一部分的鑒別器。通過該手段，所接收的表示來自投影圖案的非完整反射的信號可與掃描物體的分離的部分相關(guān)聯(lián)。重復該程序以獲得足夠可靠的數(shù)據(jù)從而產(chǎn)生適度可靠的表面輪廓。所得的一組所接收的信號及關(guān)聯(lián)用于計算物體的形狀和尺寸(幾何輪廓)。木材和其它物體的表面外觀給出有用的關(guān)于木材特征的信息，此外給出其純粹的幾何輪廓。例如，在完成的木材中節(jié)子是主要關(guān)注的地方。除了對于特定應用美觀上合乎需要或不合乎需要之外，木材節(jié)子存在結(jié)構(gòu)問題，盡管它們在木材板的純粹幾何輪廓中表現(xiàn)并不明顯或根本不表現(xiàn)(除了節(jié)子正好與幾何輪廓的脊或凹陷對應之外)。通常，木材板表面足夠光滑以至于節(jié)子(在存在且可看見時)在板的幾何輪廓中表現(xiàn)并不明顯或根本不表現(xiàn)。節(jié)子比沒有節(jié)子的木材更難鋸切，還具有木材沿其可能破裂的脆弱區(qū)域。通常優(yōu)選使節(jié)子埋在一塊完成的木材中而不是使其在表面或邊緣上。圖14A示出了原始圖像強度軸141、像素數(shù)軸142、帶狀目標的來自照相機O的原始圖像數(shù)據(jù)的曲線圖。表面畸變146A很明顯。還應注意在143AU44A和145A處的高強度條的形狀。它們對應于表面畸變146B，及圖14B中的高強度條143BU44B和145B，盡管那些特征在圖14A和14B中處于不同的像素數(shù)處。
圖15A和15B示出了相同的數(shù)據(jù)，但分別針對照相機O和照相機I的展平和網(wǎng)格化。一旦越過153A和153B處的高強度不相干標記，在條的上端(高亮及反射)和下端(黑及無反射)處，數(shù)據(jù)通常為平坦響應。在154A、155A、156A處條的具體形狀與154B、155B和156B處的相應特征有點類似。主要點在于在那些點處的縱向展平和網(wǎng)格化強度軸151數(shù)據(jù)可在照相機O和照相機I之間比較，因為兩組數(shù)據(jù)現(xiàn)在沿水平網(wǎng)格化像素數(shù)軸152對齊。特別感興趣由157A和158B處的展平和網(wǎng)格化圖像數(shù)據(jù)表示的畸變，因為在該區(qū)域的強度細節(jié)根據(jù)視角變化非常大。在前述感興趣的區(qū)域，確定哪一強度像素在照相機O和照相機I之間為增強圖像提供最提供信息的數(shù)據(jù)，其由實際木材的實際圖像最佳說明。圖16A示出了木材板的來自照相機O的原始圖像，木材板上有第一所選大節(jié)子163A、鏡面反射區(qū)域164A、第二所選大節(jié)子165A、第一所選小節(jié)子166A、第二所選小節(jié)子167A、沒有鏡面反射的區(qū)域160A、第三所選小節(jié)子168A和第四所選小節(jié)子。圖16B示出了同一木材板通過掃描區(qū)域，但其原始圖像同時自照相機I取得。圖16A和16B均映射到像 素數(shù)軸162 (對應于圖2中的Y軸26)和掃描數(shù)軸161 (來自為每一 y軸掃描累積的線性掃描陣列)。在圖16B中，第一所選大節(jié)子(圖16A中的163A)的圖像標記為163B，對于相應的第二所選大節(jié)子165B、第一所選小節(jié)子166B、第二所選小節(jié)子167B、第三所選小節(jié)子168B和第四所選小節(jié)子169B依此類推。在圖16B中，160B處的鏡面反射區(qū)域為同一板上完全不同于圖16A中164A處的鏡面反射的區(qū)域。在圖16A和16B的板圖像中不同的鏡面反射區(qū)域?qū)е铝翀D像數(shù)據(jù)怪異，當試圖比較整個板上的圖像點數(shù)據(jù)以準確地讀出實際表面異常時這會帶來問題。參考圖16A和16B，兩個原始圖像均通過組合一段板的連續(xù)多個線性掃描而產(chǎn)生。來自每一照相機的線性掃描同時獲得。三個關(guān)鍵畸變可在這些圖像中觀察到I)像素尺寸的視差。特征(節(jié)子163A)在圖16A中約在掃描數(shù)125及像素數(shù)350處觀察到，而同樣的特征(節(jié)子163B)在圖16B中出現(xiàn)在同一掃描數(shù)125處，但像素數(shù)為300。2)光源的鏡面反射。在照相機O的原始圖像中，由于來自目標的鏡面反射組成，可在約350-600像素看到更亮的幅值。同樣的組成應用于照相機I獲得的原始圖像，約在550-800像素處。應注意且這是關(guān)鍵，由于照相機相對于照明源的幾何位移，在兩個圖像中鏡面反射將不源自目標上的同一位置。鏡面反射是指來自照明源的光線具有相等但相對的入射角和反射角。3)由于照明源的輻射圖和沿像素數(shù)軸的照相機響應引起的變化。圖17A示出了通過本發(fā)明的方法和裝置從用與圖16A中一樣的板說明的原始圖像數(shù)據(jù)獲得的、來自照相機O的展平和網(wǎng)格化(即正射)圖像。圖17B示出了通過本發(fā)明的方法和裝置從用與圖16B中一樣的板說明的原始圖像數(shù)據(jù)獲得的、來自照相機I的展平和網(wǎng)格化(即正射)圖像。像素數(shù)172和掃描數(shù)軸171給出木材在成像時刻的坐標，這些坐標經(jīng)圖I的位置編碼器18和計算機控制19提供。由于這些坐標和兩個圖像已網(wǎng)格化到正射圖像，173A和173B處的第一所選大節(jié)子、175A和175B處的第二所選大節(jié)子、176A和176B處的第二所選小節(jié)子、178A和178B處的第三所選小節(jié)子和179A和179B處的第三所選小節(jié)子均可在視覺上對齊并通過計算機逐像素坐標地比較。鏡面反射區(qū)域174A和177B (比較沒有鏡面反射的相應區(qū)域174B和177A)顯然在同一板上的非常分開的區(qū)域。圖18示出了從圖17A和17B中所示的、來自照相機O和照相機I的正射圖像數(shù)據(jù)得到增強圖像的方法和裝置。正射掃描O提供坐標X和y處(像素(OSO，X, y))的照相機O像素強度數(shù)據(jù)182。同樣，正射掃描I提供坐標X和y處(像素(0S1，x, y))的照相機O像素強度數(shù)據(jù)183。像素在比較模塊184處進行比較，選擇來自這些像素(例如，在最小量發(fā)現(xiàn)器185中，最小強度值像素將排除來自一照相機的鏡面反射，而用來自另一照相機的漫反射強度值取代)的值用于增強圖像186的組合。正射掃描O數(shù)據(jù)循環(huán)187和正射掃描I數(shù)據(jù)循環(huán)188重復用于連續(xù)像素的過程，依此類推。圖19A示出了來自跨圖16A、16B、17A、17B和19B中所示的板的掃描線的三條數(shù)據(jù)強度線照相機O正射O數(shù)據(jù)線，其例如在193A和194A處具有過強圖像數(shù)據(jù)區(qū)域；照相機I正射I數(shù)據(jù)線，其在不同像素的位置如195A和196A處同樣具有過強圖像數(shù)據(jù)；及增強圖像數(shù)據(jù)線194B，其已通過圖18的方法從另兩條線逐像素地選擇，例如從而產(chǎn)生來自照相機I正射I數(shù)據(jù)線的點193B (而不是來自照相機O正射O的193A處的數(shù)據(jù))及來自照相機O正射O數(shù)據(jù)線的點195B (而不是來自照相機I正射I的195A處的數(shù)據(jù))。增強圖像數(shù)據(jù)線
上的高圖像數(shù)據(jù)強度區(qū)域如196B反映實際的異常，在該例子中為板邊緣。196A下面的縱向線和196B下面的縱向線之間的區(qū)域(約從像素930到像素990)僅具有一條數(shù)據(jù)線一由于視差只有一個照相機提供數(shù)據(jù)。同樣，在圖19A的最左邊直到約像素95也只有單一數(shù)據(jù)線(來自另一照相機)。本發(fā)明方法有效的掃描窗口為第一和第二照相機重疊的數(shù)據(jù)處，例如沿像素數(shù)軸192的像素128到像素896處。將可用掃描窗口減小到已知增量很方便，如從掃描頭中心下面的中心線加和減12英寸目標寬度，在圖19B中這將從像素128到896，沿像素數(shù)軸192。在圖19A中，縱軸191A為展平和網(wǎng)格化后的強度。水平軸為兩條正射數(shù)據(jù)線和所得的增強數(shù)據(jù)線的、跨掃描線的網(wǎng)格化像素數(shù)。前述增強圖像數(shù)據(jù)線陣列可組合為完整的增強圖像，例如如圖19B中所示。圖19B示出了來自本發(fā)明方法和裝置的實際增強圖像。縱向掃描數(shù)軸191和水平像素數(shù)軸192與圖16A、16B、17A和17B的每一個中的相應掃描數(shù)軸和水平軸有關(guān)。然而，它們并不線性地對應，因為視差已在從圖16A和16B到圖19B的增強圖像的過程中消除。該圖像是圖16A、16B、17A和17B中不同成像的同一實際板的圖像，較早圖像的鏡面反射已消除。所選特征(大節(jié)子193和195及小節(jié)子196、198、199)不僅清楚而且準確地形成其大小。早前在194和197處的鏡面反射區(qū)域已被消除。甚至在這些區(qū)域中的木紋現(xiàn)在也可通過機器準確地讀取。總之，圖19B中的最后的增強圖像沒有鏡面反射、補償了照明輻射圖和照相機敏感度的變化、及其表面特征(節(jié)子、木理紋)相對于實際目標物體從幾何學上校正。參考圖20，將看到多個掃描頭210、211、212和213可定位在由板掃描段214、215、216和217組成的木材長度方向上方。來自相應掃描頭的照明和照相機視場221、222、223和224應部分重疊板掃描段。這將使能復用掃描頭使得重疊掃描可通過板掃描段線218、219和200附近的相鄰掃描頭實現(xiàn)。之后，可為板掃描段之間的線選擇優(yōu)選的像素值，以與上述同樣的方式，而不是不必要地將未增強的圖像數(shù)據(jù)處理為拼接線。板掃描段214、215、216和217之間的虛線為說明的目的示出，在實踐中通過應用在此公開的增強成像方法和裝置，相應的拼接線實質(zhì)上看不見。如果閃光之間的時間足夠短使得相應的順序照明實際上同時(牽涉到裝備的定時和分辨率限制)，為逐像素、逐行地記錄同一目標物體位置，不同照明器順序閃光的控制和定時很好地發(fā)揮作用。例如，如果每秒在掃描頭下面通過40英寸的目標板表面，用編碼激光器進行1000掃描/秒和用LED陣列及第一和第二彩色照相機進行1000掃描/秒交替，在一對交替的掃描期間(掃描之間的1/2毫秒)，板在該對交替掃描期間僅行進約O. 020英寸，這在與像素分辨率關(guān)聯(lián)的計算限制內(nèi)一有效地，只要目標在每一掃描時不移動而在掃描之間行進這樣進行掃描，該過程同樣發(fā)揮作用，類似于移動事件在閃光燈照明期間看上去被凍結(jié)。無論使用單色還是彩色照明和照相機裝置，本發(fā)明的增強圖像從來自兩個不同照相機的單一掃描的組合數(shù)據(jù)得到，其中兩個照相機已接收到自至少一照明器通過目標表面反射的光。本發(fā)明的增強的、準確的成像方法可與下述一起應用a)針對照明器的輸出敏化且正查看目標上的同一區(qū)域的兩個以上照相機；b)多個特殊的目標照明器和對應敏化的多個照相機；c)多樣性的區(qū)域照相機和環(huán)境照明；具有多個并行階段(其中兩個在圖I中示出)，來自每一照相機的圖像數(shù)據(jù)因而在 選擇性組合之前使用。來自至少一另外的照相機(照相機O和照相機I上方)的另外的正射圖像數(shù)據(jù)可與目標物體上一坐標位置的第一照相機正射圖像數(shù)據(jù)和第二照相機正射數(shù)據(jù)比較，目標物體上特定坐標位置的正射圖像數(shù)據(jù)的值可基于預選判據(jù)進行選擇，從而使用第一、第二和另外的正射數(shù)據(jù)用于組合增強圖像。另外，當適當?shù)拇┩感暂椛渥詢?nèi)界面反射并可通過適當?shù)慕邮掌鳈z測(按反射)時，本發(fā)明方法和裝置可應用于物體內(nèi)界面(如層壓材料的內(nèi)界面)的成像。非必須地，該系統(tǒng)可提供通過使用具有不同的適當焦距或不同的波長敏感度的不同照相機而另外詳細增強的增強圖像。如果連續(xù)的紅、綠和藍掃描足夠快地進行以至于在裝備的分辨率限制內(nèi)實際上同時進行，該系統(tǒng)可產(chǎn)生改善的結(jié)果?？杀容^RGB掃描，及如果當與另兩種顏色的相應像素比較它們異乎尋常時，可拋棄紅、綠或藍像素。隨著掃描進行由于裝備的振動和輕微未對準引起的小的圖像誤差可通過該方法消除。改變第一和第二照相機之間的曝光時間對本發(fā)明也是可能的，因為每一照相機記錄的像素可逐一識別和映射，也就是說，它們可進行時間和空間匹配并比較，以選擇更提供信息的或更有用的像素數(shù)據(jù)值。本發(fā)明使能相應逐像素地比較移動物體的不同視角的圖像并從兩組像素數(shù)據(jù)組合成新圖像，該新圖像具有來自每一組的更提供信息的或更有用的像素。在上面描述的選擇性組合方法中，從兩個正射圖像中的每一個選擇最低強度像素水平以得到?jīng)]有鏡面反射的增強圖像。正像兩個正射圖像可用本發(fā)明方法和裝置逐像素地和基于響應性地比較，其它圖像選擇判據(jù)可應用于該方法。可能的其它選擇判據(jù)包括但不限于像素強度、沒有或存在鏡面反射、多色圖像中的特定顏色強度水平、強度的局部變化、清晰度或多組圖像數(shù)據(jù)內(nèi)具有確定性的任何其它判據(jù)。例如，清晰度可基于一階差分的量值進行量化，一階差分按圖像內(nèi)的一維或兩維進行。通過使用本發(fā)明方法和裝置及控制照相機之一相對于另一照相機的曝光時間，可實現(xiàn)較高的動態(tài)范圍。例如，如果照相機O具有10毫秒的曝光時間，照相機I具有10/64毫秒的曝光時間，可組合正射圖像以使增強圖像中的像素深度增加64的因子(6位)。本發(fā)明范圍內(nèi)的變化對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見。例如，用于捕獲原始圖像數(shù)據(jù)的照明源可以是激光器、LED、白熾燈或任何其它光源或這些光源的陣列。本發(fā)明實質(zhì)上提供基于多個照相機圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生準確的增強圖像的快、多用途及有效的方式，通過裝置結(jié)構(gòu)及用上面公開和權(quán)利要求中提出的步驟中間處理相應照相機的圖像數(shù)據(jù)而使能選
擇性組合該數(shù)據(jù)的最好部分。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生準確的高質(zhì)量圖像的方法，包括步驟 a)用第一照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的一部分的第一原始掃描，同時用第二照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的同一部分的第二原始掃描，第二照相機在照相機區(qū)域中與第一照相機分開使得第一和第二照相機對目標物體的同一部分具有實質(zhì)上不同的視角； b)將第一原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第一原始圖像數(shù)據(jù)，及將第二原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第二原始圖像數(shù)據(jù)； c)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； d)用第一組計算結(jié)果補償?shù)谝徽蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第一正射圖像數(shù)據(jù)；及用第二組計算結(jié)果補償?shù)诙蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第二正射圖像數(shù)據(jù)； e)比較對應于目標物體上的坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)和對應于目標物體上所述坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)； f)從下面選擇像素強度值以用作表示目標物體上所述坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù) i)對應于所述坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)； ii)對應于所述坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)； iii)對應于所述坐標位置的第一和第二正射圖像數(shù)據(jù)的組合結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中以跨目標物體的連續(xù)掃描線的掃描重復權(quán)利要求I的步驟從而得到表示目標物體上的相應坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)序列，并從所述增強圖像數(shù)據(jù)序列組合目標物體的增強圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中控制掃描期間目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在掃描期間使用來自z軸位置編碼器的電子信號以指示相對于掃描區(qū)域的參考位置的目標物體位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述掃描由位置編碼器以目標物體移過掃描區(qū)域的已知增量間隔觸發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中選擇用作增強圖像數(shù)據(jù)的像素強度值為來自第一正射數(shù)據(jù)和來自第二正射數(shù)據(jù)的兩個相應正射像素數(shù)據(jù)值中的較低值，從而選擇來自目標物體的較低的鏡面反射。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中目標物體的有關(guān)部分的幾何位置通過結(jié)構(gòu)光幾何掃描獲得，使能將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中未編碼激光照明器連同單色照相機一起使用以獲得至少一組單色原始圖像數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中LED照明器連同彩色照相機一起使用以獲得至少一組原始圖像數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中自結(jié)構(gòu)光幾何掃描照明器以獲得目標物體位置數(shù)據(jù)與自原始圖像數(shù)據(jù)照明器相對于目標物體的掃描移動交替激發(fā)但實際上同時，其通過使來自相應照明器的閃光之間的時間足夠短使得為補償目標物體在激發(fā)之間的掃描移動計算的坐標位置調(diào)節(jié)在計算限制內(nèi)從而使所得的結(jié)構(gòu)光幾何掃描數(shù)據(jù)和對應的原始圖像數(shù)據(jù)與像素分辨率相互關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中通過組合表面的連續(xù)多個線性掃描而產(chǎn)生二維增強圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中 a)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及 b)用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； 上述二者執(zhí)行為具有多個同樣的相鄰掃描頭的標準水平的圖像展平，每一掃描頭使用照明器、第一照相機和第二照相機、及權(quán)利要求I的處理方法；通過前述處理獲得的、相鄰掃描頭下面的目標上的相鄰區(qū)域的多個展平圖像連接以形成目標的整體圖像，在來自相應的相鄰掃描頭的多個展平圖像之間沒有圖像準確度的不連續(xù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中目標物體上相鄰區(qū)域的多個圖像沿幾何學上精確的像素拼接線連接在一起，以使目標物體特征的不連續(xù)最小化，及使目標物體上相鄰幾何位置的圖像強度值的不連續(xù)最小化到低于圖像背景噪聲值。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中目標的幾何輪廓使用結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀得到，及LED用于在圖像捕獲掃描期間為第一和第二照相機照亮目標物體。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中來自至少一另外的照相機的另外的正射圖像數(shù)據(jù)與目標物體上一坐標位置的第一照相機正射圖像數(shù)據(jù)和第二照相機正射數(shù)據(jù)比較，目標物體上特定坐標位置的正射圖像數(shù)據(jù)的值基于預選判據(jù)進行選擇，從而使用第一、第二和另外的正射數(shù)據(jù)用于組合增強圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中 a)控制和測量掃描期間目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變； b)在掃描期間使用來自z軸位置編碼器的電子信號以指示相對于掃描區(qū)域的參考位置的目標物體位置； c)所述掃描由位置編碼器以目標物體移過掃描區(qū)域的已知增量間隔觸發(fā)； d)選擇用作增強圖像數(shù)據(jù)的像素強度值為來自第一正射數(shù)據(jù)和來自第二正射數(shù)據(jù)的兩個相應正射像素數(shù)據(jù)值中的較低值，從而選擇來自目標物體的較低的鏡面反射。
17.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中 a)目標物體的有關(guān)部分的幾何位置通過結(jié)構(gòu)光幾何掃描獲得，使能將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素； b)自結(jié)構(gòu)光幾何掃描照明器以獲得目標物體位置數(shù)據(jù)與自原始圖像數(shù)據(jù)照明器相對于目標物體的掃描移動交替激發(fā)但實際上同時，其通過使來自相應照明器的閃光之間的時間足夠短使得為補償目標物體在激發(fā)之間的掃描移動計算的坐標位置調(diào)節(jié)在計算限制內(nèi)從而使所得的結(jié)構(gòu)光幾何掃描數(shù)據(jù)和對應的原始圖像數(shù)據(jù)與像素分辨率相互關(guān)聯(lián)。
18.根據(jù)權(quán)利要求2、16或17的方法，其中通過組合表面的連續(xù)多個線性掃描而產(chǎn)生二維增強圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求2、16或17的方法，其中 a)i)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及 ii)用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； 上述二者執(zhí)行為具有多個同樣的相鄰掃描頭的標準水平的圖像展平，每一掃描頭使用照明器、第一照相機和第二照相機、及權(quán)利要求I的處理方法；及 b)通過前述處理獲得的、相鄰掃描頭下面的目標上的相鄰區(qū)域的多個展平圖像連接以形成目標的整體圖像，其中目標物體上相鄰區(qū)域的多個圖像沿幾何學上精確的像素拼接線連接在一起，以使目標物體特征的不連續(xù)最小化，及使目標物體上相鄰幾何位置的圖像強度值的不連續(xù)最小化到低于圖像背景噪聲值。
20.根據(jù)權(quán)利要求2、16或17的方法，其中目標的幾何輪廓使用來自激光器的編碼光得至IJ，及LED用于在圖像捕獲掃描期間為第一和第二照相機照亮目標物體。
21.用于產(chǎn)生準確的高質(zhì)量圖像的裝置，包括 a)至少兩個照相機，設置成用第一照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的一部分的第一原始掃描，同時用第二照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的同一部分的第二原始掃描，第二照相機在照相機區(qū)域中與第一照相機分開使得第一和第二照相機對目標物體的同一部分具有實質(zhì)上不同的視角； b)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第一原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第一原始圖像數(shù)據(jù)及將第二原始掃描從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式從而得到第二原始圖像數(shù)據(jù)； c)展平圖像處理模塊，其用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； d)網(wǎng)格化圖像處理模塊，其用第一組計算結(jié)果補償?shù)谝徽蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第一正射圖像數(shù)據(jù)及用第二組計算結(jié)果補償?shù)诙蛊綀D像數(shù)據(jù)中的視差從而得到第二正射圖像數(shù)據(jù)； e)選擇性組合圖像處理模塊，其比較對應于目標物體上的坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)和對應于目標物體上所述坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)并從下面選擇像素強度值以用作表示目標物體上所述坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù) i)對應于所述坐標位置的第一正射圖像數(shù)據(jù)； ii)對應于所述坐標位置的第二正射圖像數(shù)據(jù)； iii)對應于所述坐標位置的第一和第二正射圖像數(shù)據(jù)的組合結(jié)果。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括計算機，設置成獲得跨目標物體的連續(xù)掃描線和表示目標物體上的相應坐標位置的增強圖像數(shù)據(jù)序列，并從所述增強圖像數(shù)據(jù)序列組合目標物體的增強圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括位置編碼器，設置成在掃描期間跟蹤目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中位置編碼器在掃描期間輸出電子信號以指示相對于掃描區(qū)域的參考位置的、沿z軸的目標物體位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中所述位置編碼器以目標物體移過掃描區(qū)域的已知增量間隔觸發(fā)掃描。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中選擇性組合圖像處理模塊選擇來自第一正射數(shù)據(jù)和來自第二正射數(shù)據(jù)的兩個相應正射像素數(shù)據(jù)值中的較低值用作增強圖像數(shù)據(jù)，從而選擇來自目標物體的較低的鏡面反射。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀，用于獲得目標物體的有關(guān)部分的幾何位置，并使能將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中未編碼激光照明器連同單色照相機一起使用以獲得至少一組單色原始圖像數(shù)據(jù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中LED照明器連同彩色照相機一起使用以獲得至少一組原始圖像數(shù)據(jù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中用于獲得目標物體位置數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀設置成與原始圖像數(shù)據(jù)照明器相對于目標物體的掃描移動交替激發(fā)但實際上同時，其通過設置成使來自相應照明器的閃光之間的時間足夠短使得為補償目標物體在激發(fā)之間的掃描移動計算的坐標位置調(diào)節(jié)在計算限制內(nèi)從而使所得的編碼激光器幾何數(shù)據(jù)和對應的原始圖像數(shù)據(jù)與像素分辨率相互關(guān)聯(lián)。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括通過組合表面的連續(xù)多個線性掃描而產(chǎn)生二維增強圖像的計算機。
32.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括計算機，其 a)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及 b)用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； 其將上述二者執(zhí)行為標準水平的圖像展平，并協(xié)調(diào)多個同樣的相鄰掃描頭，每一掃描頭使用權(quán)利要求21的裝置；通過前述處理獲得的、相鄰掃描頭下面的目標上的相鄰區(qū)域的多個展平圖像連接以形成目標的整體圖像，在來自相應的相鄰掃描頭的多個展平圖像之間沒有圖像準確度的不連續(xù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中計算機沿像素拼接線連接目標物體上相鄰區(qū)域的多個圖像，以使目標物體特征的不連續(xù)和目標物體上相鄰幾何位置的圖像強度值的不連續(xù)低于背景噪聲值。
34.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀獲得目標物體的幾何輪廓，及LED照明器用于在圖像捕獲掃描期間為第一和第二照相機照亮目標物體。
35.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中計算機設置成比較來自至少一另外的照相機的另外的正射圖像數(shù)據(jù)和目標物體上一坐標位置的第一照相機正射圖像數(shù)據(jù)及第二照相機正射數(shù)據(jù)，及該計算機基于預選判據(jù)選擇目標物體上特定坐標位置的正射圖像數(shù)據(jù)的值，從而使用第一、第二和另外的正射數(shù)據(jù)用于組合增強圖像。
36.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，還包括位置編碼器，設置成在掃描期間跟蹤目標物體的移動以在掃描期間保持已知的圖像縱橫比并避免增強圖像畸變；其中位置編碼器在掃描期間輸出電子信號以指示相對于掃描區(qū)域的參考位置的、沿z軸的目標物體位置；及所述位置編碼器以目標物體移過掃描區(qū)域的已知增量間隔觸發(fā)掃描。
37.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括 a)結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀，用于獲得目標物體的有關(guān)部分的幾何位置，并使能將第一原始數(shù)據(jù)像素映射到對應的第二原始數(shù)據(jù)像素； b)結(jié)構(gòu)光幾何掃描儀照明器設置成與原始圖像數(shù)據(jù)照明器相對于目標物體的掃描移動交替激發(fā)但實際上同時，其通過設置成使來自相應照明器的閃光之間的時間足夠短使得為補償目標物體在激發(fā)之間的掃描移動計算的坐標位置調(diào)節(jié)在計算限制內(nèi)從而使所得的編碼激光器幾何數(shù)據(jù)和對應的原始圖像數(shù)據(jù)與像素分辨率相互關(guān)聯(lián)。
38.根據(jù)權(quán)利要求22、36或37的裝置，還包括通過組合表面的連續(xù)多個線性掃描而產(chǎn)生二維增強圖像的計算機。
39.根據(jù)權(quán)利要求22、36或37的裝置，作為對準的多個前述裝置的一部分，還包括計算機，其 a)用源自照明和跨掃描線的第一照相機響應的差異測量的第一組展平系數(shù)將第一原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第一展平圖像數(shù)據(jù)，及 b)用源自照明和跨掃描線的第二照相機響應的差異測量的第二組展平系數(shù)將第二原始圖像數(shù)據(jù)處理為掃描區(qū)域中的均勻漫反射目標從而自目標物體得到第二展平圖像數(shù)據(jù)； 其將上述二者執(zhí)行為標準水平的圖像展平，并協(xié)調(diào)多個同樣的相鄰掃描頭，每一掃描頭使用權(quán)利要求21的裝置；通過前述處理獲得的、相鄰掃描頭下面的目標上的相鄰區(qū)域的多個展平圖像連接以形成目標的整體圖像，在來自相應的相鄰掃描頭的多個展平圖像之間沒有圖像準確度的不連續(xù)；及沿幾何學上精確的像素拼接線連接目標物體上相鄰區(qū)域的多個圖像，以使目標物體特征的不連續(xù)和目標物體上相鄰幾何位置的圖像強度值的不連續(xù)低于背景噪聲值。
40.根據(jù)權(quán)利要求22、36或37的裝置，其中激光器提供編碼光以獲得目標物體的幾何輪廓，及LED照明器用于在圖像捕獲掃描期間為第一和第二照相機照亮目標物體。
全文摘要
本發(fā)明提供用于識別物體的表面特征的、準確的高質(zhì)量圖像，其可用作適當?shù)墓I(yè)過程的輸入。其包括用第一照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的一部分的第一原始掃描，同時用第二照相機跨掃描區(qū)域中的掃描線獲得目標物體的同一部分的第二原始掃描。原始掃描轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式并用源自照明差異測量的展平系數(shù)處理。之后，第一和第二照相機展平圖像數(shù)據(jù)集網(wǎng)格化以補償視差，使它們成為可與已知或測量的目標幾何輪廓逐像素地比較的正射圖像數(shù)據(jù)集。之后，基于兩個數(shù)據(jù)集，針對表面坐標選擇增強的像素值。因鏡面反射引起的表面特征模糊不清因而可有效地消除。
文檔編號G01B11/245GK102792124SQ201080057607
公開日2012年11月21日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月17日
發(fā)明者A·T·荷馬里, M·D·巴爾, M·R·薩拉耶, T·J·荷馬里 申請人:荷馬里光電子公司