[发明专利]使用漫射结构光实现机器视觉的系统和方法

说明书

与相关申请的交叉引用

本专利申请为2012年8月15日申请且于2013年2月21日公开的国际申请（国际申请号为PCT/US2012/051004，国际公开号为WO2013/025842A1）于中国国家阶段的申请，该国际申请要求以下美国临时专利申请的权益：2011年8月15日提交的临时申请No.61/523,755，该临时申请的全部内容并入本文中。

背景技术

基于结构光的视觉系统具有广泛的用途，例如用于机器人组装的工厂自动化和目检。这种基于结构光的视觉系统中的照明技术已被开发用于检测表面缺陷、分离反射分量、评估材料性质以及复原三维结构等。这种基于结构光的视觉系统通常首选被动式视觉系统，这是因为基于结构光的视觉系统在其可复原的信息方面更为可靠。

基于结构光的视觉系统通常需要处理大量的影像和资料。例如，一个印刷电路板的单个图像包括电子元件的漫射体、铜连接件的光洁条带、镜面焊点和元件间的投影。

图1所示为这种系统的一个实例。如图所示，两个物体，一个球体102和一个立方体104由一个光带106照亮，使用三角测量法复原三维信息。假设在反射率上，球体102具有高反射性，立方体104为漫射。立方体104的顶面可在图像传感器108捕捉的图像中产生连续的光带，可据此计算深度，而镜面球体102则可能仅在点P110处产生一个单一的亮点，可复原该点的深度。

在基于亮度的结构光方法中，反射问题更为严重，例如相移位问题，这是因为各点要求精确亮度以判断深度。在这种情况下，P点的反射可能过于明亮（饱和）而导致失效。

图1还显示了基于结构光的视觉系统所面临的阴影问题。如图所示，点Q112处于球体102自身的阴影中。虽然点Q112未被图像传感器108的有利视觉位置遮挡，但其仍是阴暗的且其深度不可计算。同样的问题出现在立方体104的右侧面114，对于图像传感器而言，这个侧面是完全可见的，但图像传感器接收不到任何准直光。

因此，需要一种改良的基于结构光的视觉系统，其能够更好地处理镜面反射以及/或者处于传统的基于结构光的视觉系统阴影中的区域。

发明内容

本发明提供了使用漫射结构光实现机器视觉的系统的方法。根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的系统，所述系统包括：具有漫射轴的线性漫射器；将照明图案投射穿过所述线性漫射器并投射到景象上的光源，其中，所述照明图案在平移方向上具有传统的对称性，该平移对称性与所述漫射轴在一条直线上；以及图像传感器，用于检测反射自景象的光并输出与检测到的光相对应的信号。

根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的系统，所述系统包括：微型百叶式滤光镜，使光可以进入基本为二维的光板中；将照明图案投射穿过所述微型百叶式滤光镜并投射到景象上的光源，其中所述照明图案在移动方向上具有平移对称性，该对称性与所述基本为二维的光板的轴线在一条直线上；以及图像传感器，用于检测反射自景象的光并输出与检测到的光相对应的信号。

根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的系统，所述系统包括：具有漫射横截面的圆柱形漫射器；将照明图案投射穿过所述圆柱形漫射器并投射到景象上的光源，其中所述照明图案在移动方向上具有平移对称性，该对称性与所述漫射横截面在一条直线上；以及图像传感器，用于检测反射自景象的光并输出与检测到的光相对应的信号。

根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的系统，所述系统包括：具有径向漫射的径向漫射器；通过所述径向漫射器将照明图案投射到景象上的光源，其中所述照明图案具有径向对称性，该对称性与所述径向漫射在一条直线上；以及图像传感器，用于检测反射自景象的光并输出与检测到的光相对应的信号。

根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的方法，所述方法包括：将来自光源的照明图案投射穿过线性漫射器并投射到景象上，其中，所述线性漫射器具有漫射轴，所述照明图案在移动方向上具有平移对称性，该对称性与所述漫射轴在一条直线上；使用图像传感器检测反射自所述景象的光，并输出与所述检测到的光相对应的信号。

根据一些实施例，提供了使用漫射结构光实现机器视觉的方法，所述方法包括：将来自光源的照明图案投射穿过微型百叶式滤光镜并投射到景象上，其中，所述微型百叶式滤光镜使光可以进入基本为二维的光板中，所述照明图案在移动方向上具有平移对称性，该对称性与基本为二维的光板的轴线在一条直线上；使用图像传感器检测反射自所述景象的光，并输出与所述检测到的光相对应的信号。