專利名稱：基于結構光測量的方法
技術領域：
本文公開的主題涉及基于結構光的測量，以及更具體地，涉及用于確定從視頻檢驗裝置的探測器到對象的距離(“對象距離”)的、基于結構光的方法。
背景技術：
在廣泛應用中使用視頻檢驗裝置。在諸如使用內窺鏡的活體內部器官光學檢查或者商業(yè)設備中的缺陷檢查的一些應用中，有用的是使視頻檢驗裝置的用戶能夠確定探測器與被檢查對象的距離，以便在那個對象上執(zhí)行測量。為了實現這個任務和其它觀察任務，當前的探測器采用多種方法。測量方法的一些示例包括立體式方法、陰影方法和投射點網格方法。立體系統一般使用特定光學系統，從兩個有利位置來觀察相同場景，依靠圖像中的對象的表面細節(jié)來匹配兩個圖像。通過分析圖像中的細微差別來確定對象距離。投射的點網格方法使用諸如激光器的光源，以將點投射到對象上。然后確定點之間的間距，或者然后確定圖像中的點的位置，以便確定對象距離。陰影方法在光源與對象之間放置諸如線的單個不透明元件。該元件定位在由光源發(fā)射的光中，與光和光源的中心線成角度地偏置。如果該對象處于包含由該不透明元件投影的陰影的、光場的部分中，則當對象移動靠近或遠離設備時，圖像中的陰影的位置移位，并且因而能夠用于確定對象距離。當前的測量方法各具有多種限制。例如，立體系統具有受到設備(包括其雙焦點觀察光學器件)的物理尺寸限制的基線間距?；€間距確定探測器的分辨率。增加基線間距能夠在給定對象距離提供更好的準確性。此外，在立體系統中，必須在兩個圖像中識別被觀察對象上的相同點，以便計算對象距離。許多表面缺乏唯一可識別的特征，這使對象距離的準確確定困難或者不可能。對于陰影測量方法，如果對象不在包含陰影的視場的部分中，則無法進行測量。此外，僅測量一個特定區(qū)域而不是大視場，因此未檢測視場上的表面不規(guī)則性和視場中的對象的朝向。在許多立體測量系統和陰影測量系統中，使用兩組光學器件。第一組光學器件用于觀察對象，而第二組光學器件用于進行測量。往往包含在分離探針中的第二組光學器件在需要測量時必須與第一組相互交換。例如，在一種陰影測量系統中，相同的一般觀察光源用于一般觀察和用于測量。但是，必須安裝分離的陰影測量針(tip)，以便在發(fā)現缺陷或其它可測量特征時通過該一般觀察光源來執(zhí)行測量。探針的這種相互交換耗費額外時間，并且有損于探測器的有效使用。此外，陰影測量光學器件顯著阻塞光輸出，以使得在使用陰影測量光學器件時，不太充分地照亮視場，這限制了觀察距離。立體光學器件對于一般觀察也是不期望的，因為圖像分辨率和觀察景深相對那些常規(guī)觀察光學器件普遍降低。在其它實例中，涉及人的主觀成分(例如，估計陰影或其它圖案落在由顯示器提供的圖像中的哪里，等等)，限制了準確性并且阻止自動測量。另外，經常由于觀察光學器件的設計和/或布置的復雜性，許多探測器或者探頭組裝件大或笨重。更小和/或更簡單的觀察光學器件使能夠有更小的探測器和/或探針，具有在窄小空間中操縱的更大能力或者設計和/或并入附加功能性的更大空間。將有優(yōu)勢的是在檢驗期間確定到對象表面的距離，而沒有上面系統的缺點。

發(fā)明內容
提供一種確定到對象表面的距離的方法，它避免了上面系統的缺點。在一個實施例中，公開一種用于確定從視頻檢驗裝置的探測器到對象的距離的、 基于結構光測量的方法。視頻檢驗裝置能夠包括第一光發(fā)射器和第二光發(fā)射器，用于穿過具有至少一個陰影形成元件的開口將光發(fā)射到對象上，當光發(fā)射器激活時在對象上形成多個陰影。該方法能夠包括在第一光發(fā)射器激活而第二光發(fā)射器停用時捕獲對象的至少一個第一發(fā)射器圖像，在第二光發(fā)射器激活而第一光發(fā)射器停用時捕獲對象的至少一個第二發(fā)射器圖像，確定至少一個第一發(fā)射器圖像中的像素的第一多個亮度值，確定至少一個第二發(fā)射器圖像中的像素的第二多個亮度值，確定至少一個第一發(fā)射器圖像中的像素的第一多個亮度值與至少一個第二發(fā)射器圖像中的像素的第二多個亮度值的明度比(brightness ratio)，以及使用該明度比確定對象距離。在一個實施例中，公開一種用于確定從視頻檢驗裝置的探測器到對象的距離的、 基于結構光測量的方法。視頻檢驗裝置能夠包括第一光發(fā)射器和第二光發(fā)射器，其中第一光發(fā)射器能夠穿過具有至少一個陰影形成元件的開口將光發(fā)射到對象上，當第一光發(fā)射器激活時在對象上形成至少一個陰影。該方法能夠包括下列步驟在第一光發(fā)射器激活而第二光發(fā)射器停用時捕獲對象的至少一個第一發(fā)射器圖像，在第二光發(fā)射器激活而第一光發(fā)射器停用時捕獲對象的至少一個第二發(fā)射器圖像，確定至少一個第一發(fā)射器圖像中的像素的第一多個亮度值，確定至少一個第二發(fā)射器圖像中的像素的第二多個亮度值，確定至少一個第二發(fā)射器圖像中的像素的第二多個亮度值與至少一個第一發(fā)射器圖像中的像素的第一多個亮度值的明度比，以及使用該明度比確定對象距離。


通過參照某些實施例已經進行了對本發(fā)明的詳細描述，從而能夠以這種方式理解本發(fā)明的特征，某些實施例的一些在附圖中示出。但是要注意，附圖僅示出本發(fā)明的某些實施例，因此不認為是對其范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍包含其它同樣有效的實施例。附圖不一定按照比例繪制，重點一般放在說明本發(fā)明某些實施例的特征上。因此，為了進一步理解本發(fā)明，可結合附圖閱讀并參照下面的詳細描述，在附圖中圖1是本發(fā)明的一個實施例中的視頻檢驗裝置的框圖。圖2是使用兩個光發(fā)射器和三個陰影形成元件的、本發(fā)明一個實施例中的、投射陰影圖案的探頭組裝件和可拆卸的針可拆卸的針的機械配置的示意性頂視圖。圖3示出了本發(fā)明一個實施例中的、定位成距圖2的可拆卸的針50mm的平坦白色對象的像素化(pixilated)圖像，該圖像在一般觀察期間、通過圖2的可拆卸的針和圖1的視頻檢驗裝置來捕獲。圖4示出了本發(fā)明一個實施例中的、定位成距圖2的可拆卸的針50mm的平坦白色對象的像素化圖像的一行，該圖像在第一光發(fā)射器激活期間被捕獲。
圖5示出了本發(fā)明一個實施例中的、定位成距圖2的可拆卸的針50mm的平坦白色對象的像素化圖像的一行，該圖像在第二光發(fā)射器激活期間被捕獲。圖6示出了本發(fā)明一個實施例中的、各跨過一行像素的、圖4的圖像的明度輪廓和圖5的圖像的明度輪廓。圖7示出了本發(fā)明一個實施例中的、圖6中示出的明度輪廓的明度比。圖8是描繪了本發(fā)明一個實施例中的、各包含圖7中示出的明度比峰的、明度比峰像素的標識的示意圖。圖9示出了本發(fā)明一個實施例中的陰影形成元件，其中中心的陰影形成元件窄于兩個外圍的陰影形成元件。圖10示出了在使用兩個光發(fā)射器和三個陰影形成元件的本發(fā)明一個實施例中的、對于距可拆卸的針50mm的平坦白色對象的捕獲的各圖像的一行像素的明度輪廓，一個圖像在第一光發(fā)射器激活期間被捕獲且一個圖像在第二光發(fā)射器激活期間被捕獲，其中， 中心的陰影形成元件窄于外圍的陰影形成元件。圖11示出了本發(fā)明一個實施例中的、圖10中示出的明度輪廓的明度比。附圖不一定按照比例繪制，代替地，重點一般放在示出本發(fā)明的原理上。在附圖中，相似的標號用于遍及多個視圖指示相似的部件。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明一示例性實施例中的視頻檢驗裝置100的框圖。將理解的是圖1中示出的視頻檢驗裝置100是示例性的，并且本發(fā)明的范圍并不限于任何具體視頻檢驗裝置 100或者視頻檢驗裝置100之內的組件的任何具體配置。視頻檢驗裝置100能夠包括延長的探測器102，其包括插入管110以及設置在插入管110的遠端的頭部組裝件120。插入管110能夠是柔性管狀截面，頭部組裝件120與探測器電子器件140之間的所有互連經過其中。頭部組裝件120能夠包括用于引導來自對象的光并且將其聚焦到成像器124上的探測器光學器件122。探測器光學器件能夠包括例如， 單透鏡(lens singlet)或者具有多個組件的透鏡。成像器124能夠是用于得到目標對象的圖像的固態(tài)CXD或CMOS圖像傳感器。頭部組裝件120還能夠包括用于照亮目標對象的一般觀察光源128。一般觀察光源1 能夠通過許多不同的方式來提供(例如，傳送來自近端定位燈、LED或激光器的光，或者傳送來自遠端定位燈或LED的光的光纖束)?？刹鹦兜尼樆蜻m配器130能放置在頭部組裝件120的遠端上?？刹鹦兜尼?30能夠包括針觀察光學器件132(例如，透鏡、窗口或光圈)，它們與探測器光學器件122結合工作，以引導來自目標對象的光并且將其聚焦到成像器口4上。如果用于視頻檢驗裝置100 的光源從針130或者用于將光從探測器102傳遞到目標對象的通光元件138發(fā)出，則可拆卸的針130還能夠包括照明LED(未示出)。通過包含波導(例如，棱鏡)以將照相機取景 (view)和光輸出轉到側面，針130還能夠提供用于側面觀察的能力。能夠包含在針130中的元件還能夠包含在探測器102本身中。成像器124能夠包括在多個行和列中形成的多個像素，并且能夠生成具有表示入射到成像器124的各像素上的光的模擬電壓形式的圖像信號。圖像信號能夠穿過成像器混合器126傳播，成像器混合器126向成像器線束(harness) 112提供用于信號緩沖和調節(jié)的電子器件，成像器線束112提供用于成像器混合器1 與成像器接口電子器件142之間的控制和視頻信號的導線。成像器接口電子器件142能夠包括電源、用于生成成像器時鐘信號的定時發(fā)生器、用于數字化成像器視頻輸出信號的模擬前端、以及用于將數字化的成像器視頻數據處理成更有用視頻格式的數字信號處理器。 成像器接口電子器件142是提供用于操作視頻檢驗裝置10的功能收集的探測器電子器件140的一部分。探測器電子器件140還能夠包括校準存儲器144，其存儲用于探測器102和/或針130的校準數據。微控制器146還能夠包含在探測器電子器件140中，用于與成像器接口電子器件142通信，以確定和設置增益及曝光設定、存儲和讀取來自校準存儲器144的校準數據、控制傳遞給目標對象的光、以及與視頻檢驗裝置10的CPU 150通除了與微控制器146進行通信之外，成像器接口電子器件142還能夠與一個或多個視頻處理器160通信。視頻處理器160能夠從成像器接口電子器件142接收視頻信號， 并且將信號輸出到多種監(jiān)視器(包括整體顯示器170或外部監(jiān)視器17 。整體顯示器170 能夠是內建于視頻檢驗裝置100的、用于向檢驗員顯示多種圖像或數據(例如，目標對象的圖像、菜單、光標、測量結果)的IXD屏幕。外部監(jiān)視器172能夠是連接到視頻檢驗裝置100 的、用于顯示多種圖像或數據的、視頻監(jiān)視器或計算機類型監(jiān)視器。視頻處理器160能夠向/從CPU 150提供/接收命令、狀態(tài)信息、流播視頻、靜止視頻圖像和圖形覆蓋，并且可由FPGA、DSP或其它處理元件組成，它們提供諸如圖像捕獲、 圖像增強、圖形覆蓋合并、失真校正、幀平均、縮放、數字變焦、覆蓋、合并、翻轉(flip)、運動檢測、以及視頻格式轉換和壓縮的功能。除了提供包括圖像、視頻、和音頻存儲及重新調用功能，系統控制，和測量處理的大量其它功能之外，CPU 150能夠用于通過接收經由操縱桿180、按鈕182、小鍵盤184、和/ 或麥克風186的輸入，來管理用戶接口。操縱桿180能夠由用戶操縱，以執(zhí)行諸如菜單選擇、 光標移動、滑塊調整和探測器102的清晰度控制的操作，并且可包括按動按鈕的功能。按鈕 182和/或小鍵盤184也能夠用于菜單選擇和將用戶命令提供給CPU 150 (例如，定格或保存靜止圖像)。麥克風186能夠由檢驗員使用，以提供定格或保存靜止圖像的語音指令。視頻處理器160還能夠與視頻存儲器162通信，視頻存儲器162由視頻處理器160 使用，以在處理期間對數據進行幀緩沖和暫時保持。CPU 150還能夠與用于存儲由CPU 150 執(zhí)行的程序的CPU程序存儲器152通信。另外，CPU能夠與易失性存儲器154(例如，RAM) 和非易失性存儲器156 (例如，閃速存儲器裝置、硬盤驅動器、DVD、或者EPROM存儲器裝置) 通信。非易失性存儲器156是用于流播視頻和靜止圖像的主存儲。CPU 150還能夠與計算機I/O接口 158通信，計算機I/O接口 158提供到諸如USB、 火線、以太網、音頻I/O、和無線收發(fā)器的外圍裝置和網絡的多種接口。這個計算機I/O接口 158能夠用于保存、重新調用、傳送和/或接收靜止圖像、流播視頻或音頻。例如，USB “拇指驅動器”或壓縮閃存存儲卡能夠插入計算機I/O接口 158中。另外，視頻檢驗裝置100能夠配置成向外部計算機或服務器發(fā)送圖像數據或流播視頻數據的幀。視頻檢驗裝置100能夠并入TCP/IP通信協議集，并且能夠被并入到包括多個本地計算機和遠程計算機(每個計算機也并入TCP/IP通信協議集)的廣域網中。通過并入TCP/IP協議集，視頻檢驗裝置100 并入包括TCP和UDP的若干傳輸層協議以及包括HTTP和FTP的若干不同的層協議。
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圖2是使用兩個光發(fā)射器211、212和三個陰影形成元件觀9、四0、四1的、本發(fā)明一個實施例中的、投射陰影圖案的探頭組裝件220和可拆卸的針230的機械配置的示意頂視圖。參照圖2，可拆卸的針230能夠附連到探頭組裝件220的遠端。可拆卸的針230內部封裝的能夠是一組針觀察光學器件，其能夠進一步由結構光投射光學器件和光接收光學器件組成。在一個實施例中，可拆卸的針230能夠是來自探頭組裝件220的分離組件，可附連到探頭組裝件220并且從其中拆卸。在另一個實施例中，如前所述，可拆卸的針230的元件能夠封裝在探頭組裝件220內部或者否則與其集成在一起。此外，描述為封裝在探頭組裝件220中的元件能夠封裝在可拆卸的針230中。為了描述簡單，本文描述的實施例將可拆卸的針230稱作可拆卸的，但是也設想在其中可拆卸的針230的元件與探頭組裝件220集成在一起的實施例。同樣為了描述簡單，針觀察光學器件和結構光投射光學器件，或者它們的部分描述為完全封裝在可拆卸的針230中。但是，按照上面描述的多個實施例，能夠封裝這些組件，包括在可拆卸的針230與探頭組裝件220之間分開它們。另外，雖然描述參考了視頻檢驗裝置100的探頭組裝件230，但是也能夠使用另一種類似裝置。結構光投射光學器件能夠包括兩個或更多個光發(fā)射器211、212以及一個或更多個陰影形成元件沘9、四0、四1。陰影形成元件沘9、四0、291和光發(fā)射器211、212能夠在一般觀察期間與探頭組裝件220集成在一起或者作為可拆卸的針230的一部分被附連，因此無需相互交換觀察針而使用陰影形成元件觀9、四0、291和光發(fā)射器211、212，來進行測量或者確定被觀察對象206的空間關系。光發(fā)射器211、212能夠是單個發(fā)光二極管(LED)、光纖、激光器、或者另一種發(fā)光源。光發(fā)射器211、212能夠是單個或多個，細長的或者適當的各種形狀。能夠使用產生相當均勻輸出的、任何小的高強度光發(fā)射器。本領域技術人員會認識到適當的備選方案。使用小光發(fā)射器211、212和更少光發(fā)射器211、212能夠保留物理空間，允許小尺寸的可拆卸的針230，或者允許更大空間用于可拆卸的針230的進一步的復雜性。光發(fā)射器211、212能夠相對于彼此和/或相對于可拆卸的針230穩(wěn)固地適當定位。單個管芯((1化)286可包括光發(fā)射器211、212，因而固有地控制光發(fā)射器211、212的相對位置。光發(fā)射器211、212能夠穿過可拆卸的針230的遠端的開口 292發(fā)射光。開口 292 能夠是開放窗口，或者是由玻璃、塑料、或另一種透光材料部分或完全封閉的窗口。光發(fā)射器211、212能夠在一般觀察期間充當光源，或者可能與通光元件238結合的備選一般觀察光源2 能夠在一般觀察期間提供全光輸出。在由光發(fā)射器211、212穿過開口 292發(fā)射的光中，能夠定位一個或多個陰影形成元件觀9、四0、四1。這些陰影形成元件觀9、四0、四1能夠定位在開口四2中或附近。在使用透光材料來封閉開口 292時，陰影形成元件觀9、四0、291能夠定位在透光材料上、與其附連、或與其集成。陰影形成元件觀9、四0、291能夠是固體物體，或者陰影形成元件能夠繪制到透明窗口上。液晶顯示器(IXD)也能夠用于創(chuàng)建陰影形成元件觀9、四0、四1。通過IXD， 操作員能夠具有操縱陰影形成元件、改變尺寸、形狀、暗度、位置和存在的更大控制權。在由圖2示出的示例性實施例中，三個陰影形成元件觀9、四0、四1能夠配置成投射像線、長塊(bar)或矩形(它們的暗度從長邊向中心增加)等形狀的陰影。但是，能夠使用大于或等于一的、任何數量的陰影形成元件觀9、四0、四1。由于圖1是二維頂視圖，所以陰影形成元件觀9、四0、四1的深度(即，伸長的維度)不可見。在一個實施例中，陰影形成元件觀9、四0、291能夠比光發(fā)射器211、212的寬度更細。也許有可能使用寬度直到光發(fā)射器211、212的寬度兩倍的陰影形成元件觀9、四0、291來保持投射陰影的必要形狀。在示出的示例性實施例中，陰影形成元件觀9、四0、291的寬度大致等于光發(fā)射器211、212的寬度。 陰影形成元件觀9、四0、291備選地能夠具有多種形狀和尺寸，以產生預期的寬度、長度或形狀的陰影。陰影形成元件觀9、四0、四1能夠阻擋從光發(fā)射器211、212發(fā)射的光的一部分，使得作為光和影的圖案的、投射的陰影圖案201、202能夠從探頭組裝件220和/或可拆卸的針230向前投射。能夠每次一個地激活光發(fā)射器211、212。能夠在第一光發(fā)射器211激活期間投射陰影圖案201，并且能夠在第二光發(fā)射器212激活期間投射陰影圖案202。當激活光發(fā)射器211、212時，能夠停用一般觀察光源228。光發(fā)射器211、212和陰影形成元件觀9、 290,291能夠定位并配置成使得如果光發(fā)射器211、212同時發(fā)射光線，則投射的陰影圖案 201、202具有光和影的交替區(qū)域。換言之，如果陰影圖案201、202疊合，則疊合的陰影圖案 201、202中的陰影可以不重疊。投射的陰影能夠具有陡峭的邊緣，或者投射的陰影能夠平滑地過渡到光。但是，從陡峭的邊緣或平滑過渡在X方向上接近陰影的中心，陰影的明度值減小。使用窄束光發(fā)射器211、212促進了相對窄的陰影。使用與光發(fā)射器211、212的寬度大致相同寬度或者在光發(fā)射器211、212的寬度的范圍之內的窄陰影形成元件觀9、四0、 291還幫助促進了不重疊的相對窄的陰影。當陰影形成元件觀9、四0、291太寬時，投射的陰影可能也很大，并且來自一個光發(fā)射器211、212的、投射的陰影會與來自另一個光發(fā)射器211、212的、投射的陰影重疊。如果陰影形成元件觀9、四0、四1與光發(fā)射器211、212相比太細，則光線能夠成角度經過陰影形成元件觀9、四0、291到達投射的陰影的中心或在其之前，使得投射的陰影弱或者沒有清楚地定義。使陰影形成元件觀9、四0、四1的寬度最大化為與光發(fā)射器211、212的寬度同樣大促進了不重疊的、相對清楚且窄的陰影。光發(fā)射器能夠通過常規(guī)方法供電。例如，如圖2中示出的，光發(fā)射器211、212能夠通過連接到光發(fā)射器211、212的第一組導線M0，來接收包括電功率的電信號。第一組導線 240能夠端接于第一組電觸點250，第一組電觸點250還能夠與封裝在探頭組裝件220中的第二組電觸點(未示出)連接或斷開。這種布置使得可拆卸的針230能夠可附連到探頭組裝件220并可從其分離。第二組電觸點(未示出)能夠連接到貫穿探頭組裝件220的頭部延伸的第二組電導線(未示出)。導線導向了到驅動電路(未示出)和/或電源(未示出， 見圖1)的上游。其它布線布置是本領域普通技術人員會認識到的。例如，在一個備選實施例中，雙向驅動電路(未示出)能夠與不平行的光發(fā)射器 211、212，單個導線MO以及必要時的單觸點250 —起使用，以便驅動光發(fā)射器211、212。在這個實施例中，探頭組裝件220能夠用于電接地。光接收光學器件接收從結構光投射光學器件投射并且從視場之內的對象206反射的光。當對象206處于探頭組裝件220前面時，投射的陰影圖案201、202投射到對象206 上。光從對象206反射回來到探頭組裝件220處，其中光接收光學器件將光傳遞給探測器光學器件122和成像器124。在由圖2示出的示例性實施例中，光接收光學器件包括透鏡 234和棱鏡236。透鏡234能夠定位在光發(fā)射器211、212和陰影形成元件觀9、四0、四1的上方、下方或側面。透鏡234能夠穿過棱鏡236將圖像聚焦到探測器光學器件122和成像器124。在示例性實施例中，透鏡234對光發(fā)射器211、212和/或陰影形成元件觀9、四0、 291的側面偏移的距離能夠確定基線間距。使用有限數量的光發(fā)射器211、212和陰影形成元件289、290、291和/或使用小光發(fā)射器211、211和小陰影形成元件289,290,291,能夠留下額外空間，以進一步偏移透鏡234，這增加了基線間距并且因此增加了視頻檢驗裝置100 的準確性和/或分辨率。棱鏡236可適當成形，以便在適當方向中引導光。在圖2中，棱鏡236為梯形。此外，本領域技術人員會知道，裝置中的針觀察光學器件的布置能夠部分依賴于可拆卸的針 230能夠設計成與其附連和分離的或者可拆卸的針230的元件能夠與其集成的、具體視頻檢驗裝置100而改變。例如，在一個備選實施例中，光發(fā)射器211、212和/或陰影形成元件 289,290,291能夠駐留在光接收光學器件的兩側，潛在地允許使用更多光發(fā)射器211、212 和/或更多陰影形成元件觀9、四0、四1，和/或潛在地提供更好的數據密度。在另一個實施例中，不存在透鏡234和棱鏡236，僅利用預先存在的視頻檢驗裝置100中預先存在的探測器光學器件122。投射的陰影圖案201、202具有示出為從可拆卸的針230沿Z軸向外50毫米 ( 1.9685英寸)的對象距離的陰影投射軌跡，其中陰影投射到平坦不光滑白色表面上。 附圖的二維空間表示了由上向下看到的視場。陰影軌跡由線221、222、231、232、M1、和M2 表示。線313、314表示視場的邊緣。線221、231、和241表示了在第一光發(fā)射器211激活時由三個陰影形成元件觀9、290和291投射的陰影。線222、232和242表示了在光發(fā)射器 212激活時由相同的三個陰影形成元件觀9、290和291投射到視場中的陰影的中心。中心的陰影形成元件四0大致位于原點(0，0)。光發(fā)射器211、212沿Z軸位于原點的負距離方向上。備選地，能夠考慮原點在另一個位置，例如，在光發(fā)射器211或212其中之一的位置處，或者在光發(fā)射器211、212之間的中心點處。如圖2中可見，陰影的位置隨著距可拆卸的針230的距離而變化，并且該變化能夠是可預測的。因此，確定陰影在視場中哪里落在對象206上可使得能夠確定在測量位置處的對象206的距離和放大率。已知諸如可拆卸的針230中的針觀察光學器件的元件的幾何形狀，對象206的距離能夠由視頻檢驗裝置100通過三角測量快速和自動地確定，而沒有人的主觀性。以這樣的方式，視頻檢驗裝置100能夠提供自動對象距離值和其它空間特性。但是，在通過光發(fā)射器211、212之一的照明期間捕獲的圖像中，陰影不一定或總是不能清楚地定義或者可識別。例如，由于引起反射光或者創(chuàng)建附加陰影的表面不規(guī)則性，以高準確性來定位陰影的邊緣或中心可能是困難的。但是，能夠更準確地定位視場中的對象206上的陰影位置或者陰影中的點。為了發(fā)起使得能夠確定被觀察對象206的、包括對象距離的空間特性的圖像捕獲序列，能夠在一般觀察光源2 激活而光發(fā)射器211、212停用時捕獲一般觀察圖像300。圖 3示出了本發(fā)明一個實施例中的、定位成距圖2的可拆卸的針50mm的平坦白色對象206的像素化一般觀察圖像300的一行，一般觀察圖像300在一般觀察期間通過圖2的可拆卸的針和圖1的視頻檢驗裝置100來捕獲。僅為了說明的目的，像素化一般觀察圖像300包含 48行和64列像素。行和列能夠大得多，例如但不限于640X480或1280X 10M。一般觀察圖像300能夠使用一般觀察光源2 來捕獲，而沒有投射陰影。但是，光發(fā)射器211、212的一個或多個能夠備選地在一般觀察期間使用。能夠捕獲多于一個的一般觀察圖像300，并且能夠平均得到的值。各像素能夠具有相關聯的亮度(或明度)值(例如，0與255之間的灰度值)。為了繼續(xù)圖像捕獲序列，能夠在一般觀察光源2 停用、第二光發(fā)射器212停用、 而第一光發(fā)器211激活時來捕獲第一發(fā)射器圖像400。圖4示出了定位成距圖2的可拆卸的針230 50mm的平坦白色對象206的像素化第一發(fā)射器圖像400的一行，第一發(fā)射器圖像 400在第一光發(fā)射器211激活和一般觀察光源2 及第二光發(fā)射器212停用期間、使用圖2 的可拆卸的針230來捕獲。也能夠捕獲多個第一發(fā)射器圖像400，并且能夠平均獲得自各第一發(fā)射器圖像400的值。各像素能夠具有相關聯的亮度值(例如，0與255之間的灰度)。 在行Rl的圖像像素C17、C37、和C57中捕獲了投射的陰影圖案201中的各陰影的中心。從各陰影的中心向外移動時各陰影逐漸變細，因此各像素中的明度值從各陰影的中心移向左邊或者右邊時增加。為了進一步繼續(xù)圖像捕獲序列，能夠在一般觀察光源2 停用、第一光發(fā)射器211 停用、而第二光發(fā)射器212激活時來捕獲第二發(fā)射器圖像500。圖5示出了定位成距圖2的可拆卸的針23050mm的平坦白色對象206的像素化第二發(fā)射器圖像500的一行，第二發(fā)射器圖像500在第二光發(fā)射器212激活和一般觀察光源2 及第一光發(fā)射器211停用期間、 使用圖2的可拆卸的針230來捕獲。也能夠捕獲多個第二發(fā)射器圖像500，并且能夠平均獲得自各第二發(fā)射器圖像500的值。各像素能夠具有相關聯的亮度值(例如，0與255之間的灰度)。在行Rl的圖像像素C7、C27和C47中捕獲了投射的陰影圖案202中的各陰影的中心。從各陰影的中心向外移動時各陰影逐漸變細，因此各像素中的明度值從各陰影的中心移向左邊或者右邊時增加。一般觀察光源2 和/或光發(fā)射器211、212能夠在發(fā)起圖像捕獲序列之后緊接著地和/或自動地激活和/或停用，以便減少可拆卸的針230在圖像捕獲之間的移動并提高捕獲同一視場的圖像的能力。另外，如果使用附加的光發(fā)射器，則能夠在每個附加光發(fā)射器唯一激活時捕獲附加的圖像。在一個實施例中，能夠對于可拆卸的針230和視頻檢驗裝置100激活第一光發(fā)射器211，以便捕獲第一光發(fā)射器圖像400和第二光發(fā)射器圖像500，因為第一光發(fā)射器211 能夠從一個位置移動到第二位置，以捕獲分離的發(fā)射器圖像400、500。在另一個實施例中，第二光發(fā)射器212能夠投射光，而無需陰影形成元件觀9、 290,291投射陰影。在這種情況下，光發(fā)射器212能夠定位成使得陰影形成元件觀9、四0、 291不在從光發(fā)射器212投射的光路中。備選地，陰影形成元件觀9、四0、291能夠是可移動的，使得當需要在沒有投射的陰影圖案201、202的情況下從光發(fā)射器211、212之一捕獲圖像時，它們能夠脫離光發(fā)射器211、212的路徑。在另一個實施例中，對于可拆卸的針230和視頻檢驗裝置100僅激活第一光發(fā)射器211和一般觀察光源228，以捕獲圖像。圖6示出了均跨過表示視場中的X維距離的一行像素的、圖4的第一發(fā)射器圖像 400的明度輪廓611和圖5的第二發(fā)射器圖像500的明度輪廓612。在0至1的標度上來繪制明度，其中1為最亮。明度輪廓611表示在第一光發(fā)射器211激活期間捕獲的第一發(fā)射器圖像400的行Rl的亮度值。明度輪廓612表示在第二光發(fā)射器212激活期間捕獲的
11第二發(fā)射器圖像500的行Rl的亮度值。因此，明度輪廓谷621、631、和641表示在第一光發(fā)射器211激活期間捕獲的第一發(fā)射器圖像400的加陰影的區(qū)域，并且亮度輪廓谷622、632、 和642表示在第二光發(fā)射器212激活期間捕獲的第二發(fā)射器圖像500的加陰影的區(qū)域。在相應明度輪廓谷621、631和、641處的底部(base)表示了在第一光發(fā)射器211激活時的最暗點。在相應明度輪廓谷622、632、和642處的底部表示了在第二光發(fā)射器212激活時的最暗點。在與可拆卸的針230的50mm對象距離處，視場大致為80mm寬，從大約_40mm至大約 40mm。明度輪廓谷622、632、和642的底部分別在大約_38mm、_8mm、和21mm處。明度輪廓谷621、631和641的底部分別在大約-21mm、8mm、和38mm處。能夠對于環(huán)境光來校準各投射的陰影圖案201、202的明度。為了降低或抑制環(huán)境光的影響，能夠在沒有激活光發(fā)射器211、212且不帶激活的一般觀察光源228時捕獲環(huán)境光圖像，以使得能夠確定和減去環(huán)境光明度。圖7示出了在圖2中描繪的本發(fā)明一個實施例中的、當被觀察對象206距可拆卸的針230 50mm時的、一行像素的兩個投射的陰影圖案201、202的明度比曲線711、712。各跨過一行像素，明度比曲線711示出了圖4的第一光發(fā)射器圖像400的明度值與圖5的第二發(fā)射器圖像500的明度值的比，并且明度比曲線712示出了圖5的第二發(fā)射器圖像500的明度值與圖4的第一發(fā)射器圖像400的明度值的比。能夠確定明度比曲線711、712，以便得到陰影中的更明確定義的點。能夠通過將跨過視場中的投射的陰影圖案201、202的整個寬度的明度輪廓611、612的每個除以明度輪廓611、612的另一個來確定明度比。能夠通過將對于第二光發(fā)射器212激活時捕獲的第二發(fā)射器圖像500的行Rl中的各像素所得到的亮度值除以對于第一光發(fā)射器211激活時捕獲的第一發(fā)射器圖像400的行Rl中的各像素所得到的亮度值，來得到在各明度比峰721、731、和741處具有局部最大明度比極值的明度比曲線711。能夠通過互逆除法(reciprocal division)來得到在各明度比峰722、732和742 處具有局部最大明度比極值的第二明度比曲線712。各曲線711、712在其中各陰影為最暗的各陰影的中心處呈現出陡峭的明度比峰。例如，明度比峰742相應于圖6的明度輪廓谷 642和50mm處的圖2的線232。明度比曲線711,712的明度比峰721、731、741、722、732、 742 一般能夠是拋物線狀的，而明度輪廓611、612的明度輪廓谷621、631、641、622、632、642 一般能夠是線性的。當僅捕獲具有陰影圖案201的第一發(fā)射器圖像400時，能夠使用圖像400的明度值和在沒有投射陰影圖案201、202的情況下的一般觀察圖像300或第二發(fā)射器圖像500的明度值來計算相同的除法，以得到明度比的值。由于在沒有陰影圖案201、202的情況下的圖像中的明度值會高，并且與明度輪廓谷621、631、641的底部處的低值相除的高值能產生高結果，因此仍然會發(fā)生陡峭的峰721、731、741。在示出的示例中，圖6的ν形明度輪廓谷621、631、641、622、632、642是可易于識別的。但是，對于非平坦、非平滑、和/或非規(guī)則的表面，光由于表面外形和光吸收的變化而典型地不均勻反射，導致圖像明度的大變化。創(chuàng)建圖像中的暗線的、諸如線或裂紋的表面特征可能難以與陰影加以區(qū)分，或者可能改變陰影谷的視位置(apparent position)。陰影還可以因表面外形而變形。在這些情況下，圖6的ν形明度輪廓谷621、631、641、622、632、 642可能難以直接識別。通過確定明度比得到的圖7的各拋物線狀曲線提供能夠可更容易地和具體地識別的、更好定義的點。亮度比峰721、731、741、722、732、和742越陡峭，則由于它們陡峭度的問題而能夠越易于辨別。對象距離還能夠使用局部最小明度比極值來確定。例如，作為明度比峰721、731、 741之間的局部最小明度比極值的明度比谷751、761能夠被辨別，并且用于確定對象距離。 明度比谷751、761能夠與明度比峰732、742的相應的一個相關。例如，明度比谷751、761能夠通過用于確定明度比峰732、742的、互逆除法來得到。同樣地，能夠與明度比峰721、731 的相應一個相關的各明度比谷752、762(例如，各明度比峰722、732、742之間的局部最小明度比極值)也能夠是可辨別的，并且用于確定對象距離。當明度比谷751、761、752、762和 /或明度比峰721、731、741、722、732、742更密集地分組時，這些明度比谷751、761、752、762 能夠是更容易地被識別的，這通過谷751、761、752、762創(chuàng)建了更陡峭、更窄的曲線。在確定明度比中，如上所述，被觀察表面的反射率中的變化微小地影響結果明度比711、712，這是因為陰影圖案201、202相等地受到影響。例如，如果被觀察表面上的一個點反射20%的入射光，則反射具有入射強度1201的陰影圖案201中的20%的光，產生 0. 2X1201的反射強度。還反射具有入射強度1202的陰影圖案202中的20%的光，產生 0. 2X1202的反射強度。這些反射強度的比是0. 2X1201/(0. 2X1202)或1201/1202。因而，表面的反射比沒有實質地影響明度比。雖然使用視頻檢驗裝置100檢驗的大多數區(qū)域幾乎不具有環(huán)境光，但是在某些應用中可存在一些環(huán)境光。如果環(huán)境光的強度相對陰影區(qū)域中的投射圖案的強度很大，則環(huán)境光可降低投射陰影的暗度。在這類情況下，明度比峰721、731、741、722、732、和742的值減少，這可降低檢測明度比峰位置的可靠性和/或準確性(依賴于減少的水平)。為了中和這種影響，在一個實施例中，在光發(fā)射器211、212和一般觀察光源2 禁用或停用時捕獲一個或多個環(huán)境圖像。然后，在確定明度比之前，從發(fā)射器圖像400、500的像素明度值中減去環(huán)境圖像的像素明度值。除非環(huán)境照明在捕獲圖像400、500的時間之間顯著改變，否則極大降低了環(huán)境光的影響，導致更大的明度比峰。在一個實施例中，某個閾值峰值(例如，5) 以下的所有明度比峰能夠被濾除，以去除可由入射光和/或暗度引起的任何峰。能夠識別每個局部明度比極值像素(例如，包含明度比峰或明度比谷的各像素)。 圖8是描繪了根據本發(fā)明一個實施例的、與單行像素Rl的明度比峰721、731、741、722、732、 742對應的明度比峰像素802的識別的示意圖。能夠分析各像素。行Rl示出在其中發(fā)生明度比峰721、731、741、722、732、742的明度比峰像素802，如圖7中示例性示出的。包含明度比峰721、731、741、722、732、742的明度比峰像素802通過行Rl和列C7、C17、C27、C47、 C57中實心框來標識。在示例性實施例中，由于表面是平滑且平坦的，所以示出的實心框將在直的列中繼續(xù)延伸穿過剩余行(假定陰影形成元件觀9、四0、291足夠長，以在表示的整個視場上、沿Y維投射陰影)。這些列表示X-Y平面中的投射的陰影圖案201、202。非平坦和/或非平滑表面增加附加Z維度，其能夠在這個X-Y表示(具有呈現為彎曲、間斷或否則非筆直的線)中來捕獲。X-Y平面能夠被認為是從被觀察對象206占據的三維空間折疊的二維平面。三維空間能夠在透鏡234的觀察方向中折疊到像素的X-Y平面中。在這種情況下，由于對象206是平坦的，因此X-Y平面真正只是二維平面。陰影能夠從可拆卸的針230來投射，使得對象206的任何Z維變化能夠沿投射陰影的路徑、作為陰影的 X維變化而被捕獲。能夠通過將明度比峰從圖8中示出的實心明度比峰像素802向左或向右移位來指示陰影的X維變化。
因此，X-Y平面中的陰影位置能夠用于確定陰影位置處的Z維對象距離。能夠基于像素在X-Y平面中的明度比峰值的位置，基于光發(fā)射器211、212、陰影形成元件觀9、四0、 291和/或其它針觀察光學器件(例如，透鏡234)的已知幾何形狀，來預測(例如，使用從元件的已知位置和角度的三角測量)距可拆卸的針230的、各陰影在Z維中的對象距離。例如，使用針觀察光學器件的已知幾何形狀，如果當像素行R1、列C7所表示的實際位置處的被觀察對象206距可拆卸的針23050mm時，已知在行R1、列C7的明度比峰像素802將包含與陰影軌跡222相關聯的明度比峰值，則如果投射的陰影圖案201、202產生的圖像帶有的明度比具有在位于行R1、列C7的像素的明度比峰值，并且確定該峰與陰影軌跡222相關聯， 就能夠確定對象206上由行R1、列C7所表示的位置處于距可拆卸的針230 50mm的對象距離處。采用各光發(fā)射器211、212捕獲的發(fā)射器圖像400、500能夠與使用一般觀察光源 228捕獲的一般觀察圖像300相關。因此，對于使用光發(fā)射器211、212捕獲的發(fā)射器圖像 400,500中的特定像素確定的Z維對象距離也能夠與一般觀察光源2 激活期間捕獲的一般觀察圖像300中的對應像素相關。繼續(xù)圖8的示例，由于由行R1、列C7處的明度比峰像素802和陰影軌跡222所表示的、對象206上的位置的對象距離已知為50mm，所以一般觀察圖像300上的行R1、列C7處的相同像素將具有50mm的對象距離。操作員能夠使用對象 206的一般觀察圖像300來確定從可拆卸的針230到被觀察對象206的對象距離或者對象 206上的具體位置處的被觀察對象206的空間特性。結構光投射光學器件能夠配置成產生密集分組的明度比峰。這種密集分組幫助得到更多數據點，以便獲得對象206的更好表示。在存在明度比峰之間間隙的對象位置處的對象距離，能夠基于與具有明度比峰的像素相鄰的像素的像素數據來估計，和/或幾乎沒有或沒有數據的區(qū)域的空間特性能夠基于獲得的數據來估計或者從獲得數據進行內插。例如，一旦對于各明度比峰位置或者每個明度比峰像素802，已知X、Y、和Z坐標或行、列、Z坐標，則曲線擬合能夠用于確定函數Z = f (X，Y)或Z = f (行，列)。列C7、C17、C27、C37、C47、 和C57中的陰影峰線的平直度與列C7、C17、C27、C37、C47、和C57中的線之間的常規(guī)間距相結合，以展現與列C7、C17、C27、C37、C47、和C57中的明度比峰像素802相關的每個位置處的均勻對象距離。在這些位置的這種均勻性指示平坦、平滑的表面。例如，如果沿列C17所表示的空間的整個長度展現出均勻的脊線(ridge)，則可假定脊線均勻地減小(subside) 到列C7和C27處獲得的對象距離。當Z維中的對象206的距離改變時，不同的陰影能夠呈現在具體像素處。在陰影區(qū)域之間的辨別對識別哪一個陰影區(qū)域用于確定對象距離是重要的。在一個實施例中，識別陰影區(qū)域能夠通過投射與其它陰影區(qū)域不同的一個陰影區(qū)域來實現。例如，不是如圖2中描繪的陰影形成元件觀9、四0、291全部是相同寬度，而是一個陰影形成元件觀9、四0、四1 能夠比其它陰影形成元件更寬或更窄，由此投射與其它陰影不同的一個陰影。在圖9中，例如，中心的陰影形成元件290窄于兩個外圍的陰影形成元件觀9、四1。所有陰影形成元件 289,290,291 定位在開口 292 中。圖10示出使用兩個光發(fā)射器211、212和三個陰影形成元件觀9、四0、四1的、本發(fā)明一個實施例中的、對于距可拆卸的針230 50mm的平坦白色對象206捕獲的圖像的一行像素的明度輪廓911、912，一個圖像在第一光發(fā)射器211激活期間捕獲以及一個圖像在第二光發(fā)射器212激活期間捕獲，其中，中心的陰影形成元件290窄于外圍的陰影形成元件觀9、 291.圖10在50mm處與圖6相同，除了圖10中表示的、更窄的中心的陰影形成元件四0的效果之外。一個在第一光發(fā)射器211激活期間產生和成像以及另一個在第二光發(fā)射器212 激活期間產生和成像的、兩個結果的中心陰影能夠更窄，而且在中心不像其它陰影那么暗。 明度輪廓谷931和932表示這種有區(qū)別的質量。明度輪廓谷931和932不像明度輪廓谷 921、922、941和942那么深或那么寬，表示與明度輪廓谷931和932相關聯的陰影不太暗 (例如，具有更大亮度)，并且更窄。能夠在圖11中描繪的對應的明度比中更強調這種有區(qū)別的陰影質量。圖11示出作為圖10中示出的明度輪廓911、912的比的明度比曲線1011、1012。 分別對應于明度輪廓谷931、932處的明度輪廓911、912的明度值的、兩個明度比峰1031、 1032比其它明度比峰1021、1022、1041、1042短得多，并且因而能夠用于確定哪一個陰影軌跡與各明度比峰相關聯?？勺R別的明度比峰能夠用于確定從可拆卸的針230到被觀察對象 206的對象距離。也能夠利用其它方法來在陰影區(qū)域之間區(qū)分。例如，在一個實施例中，圖像明度、 照相機增益、照相機曝光和光發(fā)射器驅動參數能夠用來基于假定的表面反射率估計對象距離。然后，該估計的對象距離能夠進一步與已知的投射幾何形狀一起使用，以確定哪一個陰影區(qū)域在幾何形狀中使用，從而確定從可拆卸的針230到被觀察對象206上的表面位置的正確距離。在另一個實施例中，能夠從可拆卸的針230的不同位置投射另一個投射的陰影圖案。投射的陰影圖案201、202的相對位置能夠用于區(qū)分諸如圖8中描繪那些的、明度比峰線。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括了最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明可專利的范圍由權利要求定義，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這類其它示例具有與權利要求的字面語言并無不同的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的字面語言具有非實質差異的等同結構元件，則它們規(guī)定為在權利要求的范圍之內。配件表100視頻檢驗裝置102延長的探測器110插入管112成像器線束120,220探頭組裝件122探測器光學器件124成像器126成像器混合器128，228 —般觀察光源132針觀察光學器件130,230可拆卸的針138,238 通光元件
140探測器電子器件142成像器接口電子器件144校準存儲器146微控制器150 CPU152程序存儲器154易失性存儲器156非易失性存儲器158 計算機 I/O 接口160視頻處理器(一個或多個)162視頻存儲器170整體顯示器172外部監(jiān)視器180操縱桿182 按鈕184小鍵盤186麥克風201,202 陰影圖案206被觀察對象211第一光發(fā)射器212第二光發(fā)射器221，222，231，232，241，242 表示陰影軌跡的線234 透鏡236 棱鏡240電導線250 觸點286 管芯289，291外圍的陰影形成元件290中心的陰影形成元件292 開口300 一般觀察圖像313，314表示視場邊緣的線611，612 明度輪廓621,622,631,632,641,642 明度輪廓谷711,712明度比曲線721，722，731，732，741，742 明度比峰751，752，761，762 明度比谷802明度比峰像素911，912 明度輪廓
16
921,922,931,932,941,942 明度輪廓谷1011,1012明度比曲線1021，1022，1031，1032，1041，1042 明度比峰
權利要求
1.一種用于確定從視頻檢驗裝置(100)的探測器(102)到對象Q06)的距離的、基于結構光測量的方法，其中所述視頻檢驗裝置(100)具有第一光發(fā)射器011)和第二光發(fā)射器012)，用于穿過具有至少一個陰影形成元件(觀9、四0、四1)的開口(四2)將光發(fā)射到所述對象(206)上，在所述光發(fā)射器(211、21幻被激活時在所述對象(206)上形成多個陰影， 所述方法包括步驟在所述第一光發(fā)射器011)激活而所述第二光發(fā)射器(21 停用時捕獲所述對象 (206)的至少一個第一發(fā)射器圖像G00)，其中，所述第一發(fā)射器圖像(400)具有由所述至少一個陰影形成元件O89、290、291)形成的第一陰影；在所述第二光發(fā)射器(21 激活而所述第一光發(fā)射器011)停用時捕獲所述對象 (206)的至少一個第二發(fā)射器圖像(500)，其中，所述第二發(fā)射器圖像(500)具有由所述至少一個陰影形成元件O89、290、291)形成的第二陰影；確定所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的像素的第一多個亮度值； 確定所述至少一個第二發(fā)射器圖像(500)中的像素的第二多個亮度值； 確定所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的像素的所述第一多個亮度值與所述至少一個第二發(fā)射器圖像(500)中的像素的所述第二多個亮度值的明度比；以及使用所述明度比來確定對象距離。
2.如權利要求1所述的方法，其中，使用所述明度比來確定所述對象距離的所述步驟還包括識別其中發(fā)生與所述第一陰影對應的至少一個明度比極值的、所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的至少一個明度比極值像素，并且利用所述至少一個明度比極值像素的坐標來確定所述對象距離。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述至少一個明度比極值是明度比峰(721、722、 731、732、741、742、1021、1022、1031、1041、1042)，并且所述至少一個明度比極值像素是明度比峰像素(802)。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述至少一個明度比極值是明度比谷(751、752、 761、76幻，并且所述至少一個明度比極值像素是明度比谷像素。
5.如權利要求2所述的方法，還包括步驟確定所述至少一個第二發(fā)射器圖像(500)中的像素的所述第二多個亮度值與所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的像素的所述第一多個亮度值的明度比；識別其中發(fā)生與所述第二陰影對應的明度比極值的、所述至少一個第二發(fā)射器圖像 (500)中的明度比極值像素；以及識別并且確定所述明度比極值像素的至少一個的對象距離。
6.如權利要求1所述的方法，還包括在一般觀察光源(128、228)激活而所述第一光發(fā)射器(211)和所述第二光發(fā)射器(21 停用時捕獲所述對象(206)的至少一個一般觀察圖像(300)，其中所述一般觀察圖像(300)沒有由所述至少一個陰影形成元件(觀9、四0、 291)形成的所述多個陰影的任何一個，并且其中，所述一般觀察圖像(300)在利用所述對象距離來執(zhí)行測量時顯示。
7.如權利要求1所述的方法，其中，基于多個第一發(fā)射器圖像G00)的平均，來執(zhí)行確定所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的像素的第一多個亮度值的所述步驟。
8.如權利要求1所述的方法，其中，基于多個第二發(fā)射器圖像(500)的平均，來執(zhí)行確定所述至少一個第二發(fā)射器圖像(500)中的像素的第二多個亮度值的所述步驟。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一發(fā)射器圖像(400)中的像素的所述第一多個亮度值包括所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的一行像素的亮度值。
10.如權利要求3所述的方法，其中，識別其中發(fā)生與所述第一陰影對應的至少一個明度比峰(721、722、731、732、741、742、1021、1022、1031、1032、1041、1042)的、所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的所述至少一個明度比峰像素的所述步驟包括步驟確定閾值峰值；以及去除明度比低于所述閾值峰值的任何明度比峰(721、722、731、732、741、742、1021、 1022、1031、1032、1041、1042)。
11.如權利要求6所述的方法，其中，確定與所述至少一個第一發(fā)射器圖像000)中的所述明度比極值像素對應的、所述至少一個一般觀察圖像(300)中的像素的對象距離的步驟，基于至少所述第一光發(fā)射器(211)和所述陰影形成元件O89、290、291)的已知幾何形狀。
12.如權利要求1所述的方法，還包括步驟在所述第一光發(fā)射器011)停用并且所述第二光發(fā)射器(21 停用時捕獲所述對象 (206)的至少一個環(huán)境圖像；確定所述至少一個環(huán)境圖像中的像素的第三多個亮度值；從所述至少一個第一發(fā)射器圖像G00)中的像素的所述第一多個亮度值中，減去所述至少一個環(huán)境圖像中的像素的所述第三多個亮度值；以及從所述至少一個第二發(fā)射器圖像(500)中的像素的所述第二多個亮度值中，減去所述至少一個環(huán)境圖像中的像素的所述第三多個亮度值。
13.如權利要求6所述的方法，還包括步驟通過在與所述至少一個第一發(fā)射器圖像 (400)中的所述明度比極值像素對應的所述至少一個一般觀察圖像(300)中的附近像素的對象距離之間進行內插，來確定所述第一發(fā)射器圖像G00)的像素的對象距離。
14.如權利要求2所述的方法，其中，確定所述對象距離的步驟還包括使用所述明度比極值像素來確定多個對象距離，并且利用所述多個對象距離來估計非明度比極值像素位置處的對象距離。
15.如權利要求14所述的方法，其中，利用的所述步驟包括使用所述多個對象距離執(zhí)行曲線擬合。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“基于結構光測量的方法”。一種確定到對象(206)的距離的方法能夠使用包括第一光發(fā)射器(211)和第二光發(fā)射器(212)的視頻檢驗裝置(100)，其中第一光發(fā)射器(211)能夠穿過具有至少一個陰影形成元件(289、290、291)的開口(292)發(fā)射光。該方法能夠包括在第一光發(fā)射器(211)激活而第二光發(fā)射器(212)停用時捕獲至少一個第一發(fā)射器圖像(400)，在第二光發(fā)射器(212)激活而第一光發(fā)射器(211)停用時捕獲至少一個第二發(fā)射器圖像(500)，確定至少一個第一發(fā)射器圖像(400)中的像素的第一多個亮度值，確定至少一個第二發(fā)射器圖像(50)中的像素的第二多個亮度值，確定第二多個亮度值與第一多個亮度值的明度比，以及使用該明度比來確定對象距離。
文檔編號G01C3/10GK102401646SQ20111021426
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者C·A·本達爾 申請人:通用電氣公司