[发明专利]用于基于三角测量的距离测量的鲁棒的光学瞄准器

说明书

本发明涉及用于基于三角测量的距离测量的鲁棒的光学瞄准器。一种光学扫描器设备包括至少一个图像拍摄设备和至少一个瞄准器光束的发送器。扫描器设备使用被投射以从对象的表面反射的至少一个瞄准器光束来确定到对象的测距，并且检测瞄准器光束反射在由图像拍摄设备拍摄的图像帧内的位置，该位置是从光学扫描器设备到对象的距离的主要指标。与第一指标结合的图像帧内的到对象的距离的辅助指标被用于帮助抵抗噪声地检测瞄准器光束反射，并且检测光学失准的发生，在这种失准之后可能进行校准的自校正。

相关申请的交叉引用

本申请公开了与2020年12月10日提交的第17/118,374号美国申请相关的主题，其内容通过引用并入本公开。

技术领域

本公开一般涉及自动视觉，并且更特别地涉及拍摄和处理包含诸如机器可读符号或图案之类的感兴趣的主题的图像。

背景技术

基于图像的光学扫描包括各种各样的应用，诸如机器可读符号(例如，一维符号、2维符号)的读取、光学字符识别、物体检测或识别等。通常，这种系统通过使用具有图像传感器的相机来拍摄对象的数字图像，并且计算地处理所拍摄的图像以自主地检测、识别或读取对象来工作。输出一般包括由对象表示或描述对象的数据。例如，在读取1-D或2-D符号的情况下，输出可以是由该符号表示的数字或字母数字串。同样，在识别打印或手写字符或字符集的情况下，输出可以是该字符或字符集的文本表示；在物体识别的情况下，输出可以是描述物体的分类结果(例如，标签)。

光学扫描器提供了能够拍摄许多不同类型的符号并且在距读取器的不同距离处的多功能性。现有技术的光学扫描器可以使用具有不同视场的多个相机来拍摄对象的多个图像，并且使用图像处理技术来确定用于符号读取的最佳图像。这种扫描器可以采用将相机的光学器件聚焦在正确距离处的自动聚焦系统。

自动聚焦技术可以是被动的或主动的。被动自动聚焦进行完整的焦点扫描，同时评估图像对比度并决定哪个焦点设置产生最大对比度并因此是要使用的最佳焦点设置。这种方法是一种可靠但缓慢的闭环系统，导致显著的延迟，这不利地影响扫描器设备的响应性。

主动自动聚焦技术可显著快于被动自动聚焦技术。主动自动聚焦使用辅助测量系统，该辅助测量系统发射不是要拍摄的图像的一部分的信号，并且感测所发射的信号从目标表面的反射。这些包括诸如飞行时间传感器、三角测量、相移测量和超声测量等之类的技术。主动自动聚焦技术提供了一些可以指示从扫描器到目标的距离的度量(例如，回转延迟、相移或在所接收的图像内的斑点(spot)位移等)。进而，所测量的距离被用于设置正确的聚焦位置。主动自动聚焦系统是可以快速的开环系统，但是它们的精度取决于辅助测量系统的性能。同样，最佳焦距和对应的最佳聚焦系统特性(例如，透镜致动器的聚焦位置、与液体透镜或压电致动透镜的比屈光度(specific dioptric power)相对应的电压)之间的开环关系可以被建模得越准确，系统的聚焦速度就可以越快。

在光发射主动自动聚焦系统(例如使用激斑点投射的那些系统)中，当在可能使图像传感器和斑点分析混淆的非最佳条件(例如，具有外部光的复杂场景、多个反射表面)中操作时，可能存在挑战。为了使这种主动自动聚焦系统更鲁棒，已经提出了三角测量技术，其依赖于系统的固定机械属性(例如，彼此相距固定距离的多个图像传感器)来区分正确和错误的斑点。

这些三角测量系统提供了实际的优点，但是可能遭受可能随着时间发生的失准误差和校准损失的可能性。例如，热应力或机械应力可能导致扫描器设备的框架或外壳的翘曲或其他变形，或者光学部件的对准。因此，自动聚焦系统可能无法实现适当的聚焦设置，或者可能需要更多的时间来实现适当的聚焦设置，这两者都是不期望的。需要一种切实可行的解决方案来解决自动聚焦系统中的这些和其它挑战。

发明内容