[发明专利]用于细化由3D视觉系统成像的大体立方形3D物体的尺寸的系统和方法及其控制装置

说明书

一种用于从由视觉系统处理器的图像传感器获取的物体的3D图像估计近似立方形物体的尺寸的系统和方法。与视觉系统处理器相关联的识别模块自动识别3D图像中的包含立方形物体的3D区域。与视觉系统处理器相关联的选择模块从3D图像中自动选择对应于立方形物体的近似面或边界的3D图像数据。分析模块对对应于近似立方形物体面或边界的选定3D图像数据进行统计分析并生成统计数据。细化模块从立方形物体的长度、宽度和高度中选择对应于改进的立方形尺寸的统计数据。提供了改进的立方形尺寸作为物体的尺寸。用户界面显示用于设置和运行时操作的多个界面屏幕。

技术领域

本发明涉及为场景中的物体生成三维(3D)尺寸的视觉系统，更具体地涉及适于在不同尺寸的大体矩形物体的移动线上操作的3D视觉系统。

背景技术

机器视觉系统(在本文中也称为“视觉系统”)用于对物体进行测量、检查、对齐和/或符号(例如，条形码-也称为“ID码”)解码，其广泛用于各种应用和行业。这些系统基于使用图像传感器，图像传感器获取对象或物体的图像(通常是灰度或彩色的，并且是一维、二维或三维的)，并且使用机载或互连的视觉系统处理器处理这些获取的图像。处理器通常包括处理硬件和非暂时性计算机可读程序指令两者，其执行一个或多个视觉系统处理以基于图像的经处理信息生成所需输出。该图像信息通常在图像像素阵列内提供，每个图像像素具有各种颜色和/或强度。

如上所述，一个或多个视觉系统相机可以布置成获取成像场景中的物体的二维(2D)或三维(3D)图像。2D图像通常表征为在整个N×M图像阵列(经常由相机图像传感器的像素阵列定义)内具有x和y分量的像素。在以3D方式获取图像的情况下，除了x和y分量之外，还有高度或z轴分量。可以使用各种机制/技术来获取3D图像数据，包括立体相机的三角测量、LiDAR、飞行时间传感器和(例如)激光位移剖析。

视觉系统的常见用途是在制造和物流操作中跟踪并分类沿流水线(例如，输送机)移动的物体。视觉系统相机可以以适当视角定位在流水线上方，以在各个物体移动通过视场时获取各个对象上的任何预期ID。读取器相对于物体的焦距可以变化，这取决于读取器相对于流水线的位置和物体的大小。

在各种物流任务中，需要确定输送机上的包裹(例如，相对为立方形/矩形面的盒子、邮寄包裹、塑料袋、信封等)的大小和相对形状，包括最大厚度或高度。此类尺寸用于在物体沿输送机传送以进一步处理时提供恰当处置。然而，在位于输送机上方的3D相机受到噪声影响的情况下，获得准确的测量结果往往很困难。

发明内容

本发明通过提供一种系统和方法来克服现有技术的缺点，该系统和方法采用3D视觉系统来在存在噪声的情况下准确地测量视场中的通常为立方形的物体(例如，盒子、邮寄包裹、塑料袋等)的长度(有时称为“深度”)、宽度和高度。诸如3D斑点工具等现有方法允许检测所获取的3D点云的哪些点属于该物体并且计算它们的紧凑边界框。由于不完美3D成像器的噪声性、粗略分辨率和其他限制，已证明直接使用这个边界框的尺寸不适合满足某些用户的严格准确度要求，该准确度要求可以在2.5mm或更小的范围内。本发明包括用于在给定边界框及其包含的3D点的情况下计算具有矩形覆盖区(footprint)的物体的长度、宽度、高度尺寸的精确估计的方法。该系统和方法可以采用包括应用于物体的边界点或面的统计测量。此外，该系统和方法可以检测物体(盒)顶部是否相对平坦和/或鼓起了多少，从而提供有用的指示(即，盒顶部凸出度)，该指示的统计将产生较准确的盒尺寸。该系统和方法还包括直观且直接的用户界面以相对于移动的输送机设置3D视觉系统相机，以便确保视场具有足够的大小并且其它相机参数足以准确地对具有预期尺寸范围的物体进行成像。