梯度计算相机板制造技术

一种成像模块，用于实施机器视觉应用的系统中，该成像模块包括：　　　　图像传感器，用于对包含该机器视觉应用的目标对象的视野成像，并生成代表性图像数据；　　　　处理器，耦接以接收来自该图像传感器的图像数据，用于根据该图像数据计算梯度信息；以及　　　　数据通信接口，用于将该梯度信息从该处理器传递到实施该机器视觉应用的主机。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本主题内容涉及了用于处理输入到计算机等的图像信号、用于机器视觉和类似应用的技术，其采用了梯度(gradient)计算和/或背景相减。
技术介绍
越来越多种类的工业应用涉及到机器视觉测量，这些测量是通过处理来自相机的图像数据而获取的。例如，使用计算机辅助三维(3D)机器视觉对准(aligment)设备，可使机动车轮在对准架上对准。在这样的技术中，对准设备的一个或者多个相机观察附着在车轮上的目标(target)。这些相机形成了目标图像，对准设备中的计算机分析目标图像以确定车轮的位置。计算机基于从图像数据的处理而获得的计算，指导操作者恰当地调节车轮以完成精确的对准。机动车辆的3D对准中有用的方法和设备的实例在如下文献中有所描述题为“Method and apparatus for determining the alignment of motorvehicle wheels”的5,943,783号美国专利；题为“Method and apparatus forcalibrating cameras used in the alignment of motor vehicle wheels”的5,809,658号美国专利；题为“Method and apparatus for determining thealignment of motor vehicle wheels”的5,724,743号美国专利；以及题为“Method and apparatus for determining the alignment of motor vehiclewheels”的5,535,522号美国专利。这些参考文献中所述的车轮对准系统类型有时被称作“3D对准器”或者“对准器”。商业车轮对准器的实例是Visualiner 3D，其可从SnaponTools公司的单位，即John Bean公司，Conway，Ark商业性获得。当然，上面所述3D车轮对准器在此仅作为在商业应用中利用机器视觉的系统的一个实例来描述。在3D对准器中和在涉及机器视觉的其他应用中，需要大量的处理以解读相机图像。在当前的机器视觉系统中，比如3D对准器，通常有两种方式来处理来自相机的视频图像信号，二者具有局限或问题。工业机器视觉应用中最普遍的图像处理技术使用了专用视频处理模块，其包括硬接线和专门设计和改造的其他处理器件，其用于在处理结果输入到主机计算机之前处理图像数据。例如，在对准系统中，这样的板对于来自一个或者多个相机的信号进行处理，以产生目标取向结果或者可能平稳的对准数字，用于主机计算机的显示和/或进一步处理。然而，视频处理板经常要求使用复杂、昂贵的处理器，以执行图像算法所需要的所有必要计算。为机器视觉应用而处理数据的替代方式涉及了从相机到图像捕获板的流式图像数据，该板的图像存储器可由主机计算机访问。该主机计算机顺序地执行图像数据的所有处理，以获得必要的计算结果，否则这些处理会在专用视频处理模块上进行。然而，所需处理量很大，对主机计算机的中央处理单元施加了相当大的负担。这样紧张的处理可能无法接受地减缓主机计算机的操作。如果特定的机器视觉应用需要处理来自多个相机的图像，那么待处理的数据量和必要计算的附带数量可能使主机计算机应接不暇。
技术实现思路
因此，需要一种增强的技术，用于为机器视觉应用执行图像数据处理，其方式为至多需要最少量的专用处理硬件，不需要主机计算机来执行过量的相关计算。如这里所公开的，在数据传送到主机计算机之前，一般在传感器模块中与图像传感器相关联的电路执行数据预处理。用于机器视觉应用的一个图像处理任务涉及到图像中目标边界的标识和准确测量。然后，可从这些边界测量，确定目标特性，比如面积、质心和其他相关参数。这样的目标经常表征为具有与周围像素显著不同的强度的像素群，它们的边界处于图像梯度峰值处。为了支持这样的图像处理任务，在图像处理模块处执行预处理以获得图像梯度是有用的。另一图像预处理操作是背景相减(subtraction)。在车轮对准实例中，图像中关注的物体是由邻近于相机的照明源产生的。例如在无此照明时，为了去除其他物体，背景图像由相机获取。然后，在照明存在时，获取前景图像。该前景图像具有通过照明而产生的物体和其他物体。从前景中逐个像素地减去背景图像，产生了仅含所关注的物体的图像。对于该相减处理，图像存储器缓冲背景图像，处理器件执行相减。如果提供梯度处理，则在梯度计算之前执行背景相减。如果使用分立器件对预处理的图像数据执行后续处理，则可在成像模块处使用压缩，以对于预处理数据传输到主机计算机，降低器件间的带宽要求。理想地，这些操作(背景相减、梯度计算和压缩)以输入图像数据的速率来执行，从而没有延迟或者对额外缓冲器存储器的需求。这里公开的概念减轻了上面提到的问题，并解决了与机器视觉应用中处理图像数据相关的需求。一种公开的技术涉及了梯度计算，其根据来自一个或多个图像传感器的图像数据。在公开的实例中，成像模块包括图像传感器以及用于照明和增益控制的元件。该成像模块执行梯度计算，可压缩所得梯度数据流，用于例如在管线方式下以图像传感器的数据速率传送到主机计算机，用于进一步处理。梯度计算是对于每个像素而执行的。该实例不要求前景图像预缓冲。所得梯度数据流显著减少了待传送到主机计算机的数据量(由此减小传送带宽)以及主机计算机所执行的后续计算量。因此，主机计算机和该模块之间的连接可使用简单的连接方法，比如USB 1.0或2.0，对计算机处理性能的要求可显著地降低。然而，由于梯度预处理的相对简单性，该模块不要求如同当前可用的图像处理板一样复杂(或昂贵)的硬件。这减少了成本，还使主机计算机留有运行其他应用程序或接受来自更大量相机的数据的能力，或者两者兼备。另一公开的技术涉及了根据来自一个或多个图像传感器的图像数据而执行背景相减。在公开的实例中，成像模块包括图像传感器以及用于照明和增益控制的元件。该成像模块执行背景相减，可压缩所得数据流，用于传输到主机计算机用于进一步处理。该示例性模块中的处理器也可基于背景相减的结果而执行梯度计算。在公开的实例中，“背景”图像是在无照明时获得的，而“前景”图像是在有照明时获得的。在背景(光灭)图像从前景(光亮)图像中相减之后剩余的图像数据对应于视野中的元件，其通过来自照明源的光来照亮，并对来自照明源的光是高度反射的。这样的相减剔出了分散注意力的物体，例如与车轮对准应用不相关的物体。在这些实例中，对于车辆对准系统的成像模块，构思有许多其他改进。在一个此类改进中，该成像模块包括有耦接到图像传感器电路的现场可编程门阵列(FPGA)，用于预处理数字化图像。通信接口，比如USB2.0接口，将预处理的图像数据发送到主机处理器。在该设置的实例中，USB接口是集成电路的一部分，其也包括成像模块的微控制器。图像感测模块中的另一改进涉及了特别为图像传感器电路提供有源(active)冷却。在该实例中，温度传感器提供反馈数据到微控制器，其控制着设置为冷却相机电路的Peltier器件或热电冷却器。图像感测模块中的又一改进涉及了将频闪灯(strobe)电路光隔离。该模块典型地包括图像传感器电路、电子频闪灯电路、耦接到图像传感器电路和电子频闪灯电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·J·罗布，史蒂夫·L·格利克曼，帕特里克·布伦丹·欧马奥尼，曼朱拉·古鲁拉杰，大卫·A·杰克逊，乔治·M·吉尔，埃里克·F·布赖恩，
申请(专利权)人：斯耐普昂技术有限公司，
类型：发明
国别省市：