用于减少激光散斑效应的图像传感器电路制造技术

本发明专利技术至少涉及用于减少激光散斑效应的图像传感器电路。公开了用于支持减少数字图像中的激光散斑效应的包括图像传感器的图像传感器电路(900；1000)和方法。针对图像传感器的至少子区域的每个像素位置(x，y)，图像感测电路：将预定义像素窗口(w)分配给所述像素位置(x，y)(501)，所述预定义像素窗口包括所述像素位置(x，y)以及一个或多个其最近相邻像素位置。获得位于所述预定义像素窗口(w)内的每个像素(p

【技术实现步骤摘要】
用于减少激光散斑效应的图像传感器电路


[0001]本文的实施例关于一种包括图像传感器的图像感测电路以及如何可以将这样的图像感测电路配置为支持减少基于由该图像传感器感测到的光的数字图像中的激光散斑效应，以及用于此的方法。

技术介绍

[0002]数字图像通常被定义为像素阵列。阵列中的像素数量常常称为分辨率。每个像素由包括与该像素的位置的图像相关的信息的一个或多个像素值来代表，即与该一个或多个像素值相关联。在灰度数字图像中，该像素值通常由描述该像素的强度的非负整数值来代表。图像的位深度定义了像素可以具有的值的范围。
[0003]用于工厂和物流自动化的工业视觉相机和系统可以基于三维(3D)机器视觉，在其中捕获场景和/或对象的3D图像。3D图像指的是还包括“高度”或“深度”信息，而不包括或至少不仅包括如在传统图像中的仅二维(2D)形式的像素相关的信息(例如，强度和/或颜色)的图像。即，图像的每个像素可以包括与图像中的该像素的位置相关联的并且映射到已经被成像的事物(例如，对象)的位置的这样的信息。然后可以应用处理以从3D图像中提取与对象的特征(即，对象的3D特征)相关的信息，并且例如转换为各种3D图像格式。这样的关于高度的信息可以称为范围数据，其中范围数据因此可以与来自被成像的对象的高度测量的数据相对应，或者换言之与来自该对象的范围或距离测量的数据相对应。可替代地或附加地，该像素可以包括关于例如材料特性(诸如与成像区域中的光的散射或特定波长的光的反射相关)的信息。
[0004]因此，像素值可以例如与该像素的强度相关，和/或与范围数据相关，和/或与材料特性相关。
[0005]线扫描图像数据是在例如通过具有被配置为一次一条像素线地感测并提供图像数据的传感器的相机，一次一条线地扫描或提供图像的图像数据时产生的。线扫描图像的一个特殊情况是通过激光(诸如来自激光线(laser
‑
line))的反射提供的图像数据，例如使用所谓的激光三角法的情况。
[0006]3D机器视觉系统通常以使用激光(例如在激光三角法中所使用的激光)为基础。在这样的系统中，可能存在利用激光线照射对象的光源，并且沿着该线可以捕获与该对象的轮廓相对应的该对象的3D特征。通过利用这样的线来扫描对象(即执行线扫描)，可以捕获与多个轮廓相对应的整个对象的3D特征。
[0007]使用用于三角法的片光(a sheet of light)的3D机器视觉系统或设备可以称为用于基于光(或片光)三角法(或者当使用激光时简单地称为基于激光三角法)的3D成像的系统或设备。
[0008]常规地，为了生成基于激光三角法的3D图像，由相机的图像传感器捕获来自要被成像的对象的反射光，并且在图像数据中检测强度峰，因为这些强度峰出现在成像的对象上的与入射光(例如，与激光线相对应)从该对象被反射的地点相对应的位置处。检测到的
峰在图像中的位置将映射到对象上的导致峰的光被反射的位置。每个峰根据在实际中光是如何被反射的而具有高度和宽度二者，其中即使在激光的情况下，当从对象被反射时，光将总是在一定程度上扩散并漫射。这意味着峰涉及图像中多个连续出现的像素，例如沿着图像中的某个方向(诸如，在像素的一列中)。为了找到图像中峰的位置，通常要应用一些算法，该一些算法对图像数据进行操作并提供峰位置，诸如通过找到与峰的中心相对应的位置，例如使用重心或类似算法。认识到，这样的3D图像的精度以及因此提供精确的3D数据和图像的能力取决于能够识别并找到图像数据中的强度峰的位置的能力。
[0009]当像在3D成像应用中那样结构化的激光被使用并被成像以提取信息时，激光的相干性导致形成所谓的散斑。这些散斑可能严重降低信息质量。由于涉及的光学器件(激光束穿过并累积(add up)波阵面误差)或者由于被成像对象表面的粗糙造成的散射，所以产生散斑。
[0010]当像素尺寸较大时，图像中散斑引入的失真通常没有实际意义，但是随着分辨率的提高和像素尺寸的减小，散斑影响和失真变成更大的问题，并且甚至可能成为限制因素。换言之，当像素尺寸减小时，激光散斑的影响增加。在基于激光三角法的3D成像中，散斑可能例如在确定峰位置时导致较低的精度，并因此还可能限制提供精确的3D数据和图像的能力。
[0011]在现有技术中存在用于散斑减少的不同解决方案，主要基于在激光中引入一些随机性以从而对散斑进行平均。例如，存在基于调制激光频率的解决方案。一些解决方案使用具有液体和小粒子的比色皿(cuvette)来利用粒子的布朗运动的效应来实现光的随机散射。其他解决方案基于使用旋转的对象来对激光散斑进行平均。
[0012]US20180203249A1以提供了相干光(激光)束为基础，该相干光束循环地穿过例如线性漫射器，以使得通过漫射器投射的线图案的局部相位快速改变，并且成像的散斑图案以高速率变化，还允许相对较短的曝光时间。

技术实现思路

[0013]鉴于以上，目的是提供现有技术的一个或多个改进或替代，诸如提供一种用于减少数字图像中的激光散斑效应的解决方案，尤其是在作为由3D成像系统执行的激光三角法的一部分由感测从对象反射的激光的图像传感器产生的数字图像中。
[0014]根据本文的实施例的第一方面，该目的是通过一种包括图像传感器的图像传感器电路来实现的，该图像传感器电路被配置为：针对图像传感器的至少子区域的每个像素位置，将包括所述像素位置以及一个或多个所述像素位置的最近相邻像素位置的预定义像素窗口分配给所述像素位置。获得针对位于所述预定义像素窗口内的每个像素的第一像素值，所述第一像素值由相同的曝光产生并与从该曝光感测到的光相对应。根据预定义组合函数将获得的第一像素值组合成单个第二像素值。此外，图像传感器电路可以被配置为然后提供第二像素值代替像素位置的第一像素值作为像素位置的像素值。
[0015]根据本文的实施例的第二方面，该目的是通过一种方法来实现的，该方法由包括图像传感器的图像传感器电路来执行，所述方法用于支持减少数字图像中的激光散斑效应。对于图像传感器的至少子区域的每个像素位置，图像感测电路：将包括所述像素位置以及一个或多个所述像素位置的最近相邻像素位置的预定义像素窗口分配给所述像素位置。
获得针对位于所述预定义像素窗口内的每个像素的第一像素值，所述第一像素值由相同的曝光产生并且与从该曝光感测到的光相对应。根据预定义组合函数将获得的第一像素值组合成单个第二像素值。图像传感器电路提供基于第二像素值的数字图像。
[0016]图像传感器被配置为针对所有涉及的像素位置如上执行，例如对于图像传感器的至少所述子区域，使得能够在基于第二像素值而不是基于第一像素值的数字图像(诸如由以上方法提供的数字图像)中减少激光散斑的影响。同时，由于第二像素值和第一像素值之间将仍然存在1：1映射，因此可以避免分辨率的损失。另外，组合通常包括第一像素值的相加，使得能够增加信号，该信号可以被用于减少曝光时间并节省每次曝光以产生第一像素值的时间。这可以被利用，以使得可以以与包括第一像素值的常规数字图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器电路(900；1000)，包括图像传感器，所述图像传感器电路被配置为：针对所述图像传感器的至少子区域的每个像素位置(x，y)，将预定义像素窗口(w)分配给所述像素位置(x，y)(501)，所述预定义像素窗口(w)包括所述像素位置(x，y)以及一个或多个所述像素位置(x，y)的最近相邻像素位置，获得位于所述预定义像素窗口(w)内的每个像素(p
w
)的第一像素值(v1)(502)，所述第一像素值(v1)由相同的曝光产生并与从所述曝光感测到的光相对应，并且根据预定义组合函数将获得的所述第一像素值(v1)组合成单个第二像素值(v2)(503)。2.根据权利要求1所述的图像传感器电路，还被配置为：提供所述第二像素值(v2)代替所述像素位置(x，y)的第一像素值(v1)作为所述像素位置(x，y)的像素值(504)。3.根据前述权利要求中任何一项所述的图像传感器电路，其中针对所述图像传感器的至少子区域的每个像素位置(x，y)是针对沿着所述图像传感器的像素线(y)的像素位置。4.根据前述权利要求中的任何一项所述的图像传感器电路，其中所述第一像素值(v1)和所述第二像素值(v2)是模拟像素值。5.根据前述权利要求中的任何一项所述的图像传感器电路，其中所述图像传感器电路还被配置为：提供基于所述第二像素值的数字图像(506)。6.根据前述权利要求中任何一项所述的图像传感器电路，其中所述预定义像素窗口(w)是一维的。7.根据权利要求6所述的图像传感器电路，其中所述预定义像素窗口(w)由所述像素位置(x，y)和直接在所述像素位置(x，y)之前和/或之后的一个或两个最近相邻像素组成。8.根据前述权利要求中的任何一项所述的图像传感器电路，其中所述组合函数基于对位于所述预定义像素窗口(w)内的像素(p
w
)的第一像素值(v1)进行相加。9.根据前述权利要求中的任何一项所述的图像传感器电路，其中所述组合函数基于对位于所述预定义像素窗口(w)内的像素(p
w
)的第一像素值(v1)进行平均。10.根据权利要求9所述的图像传感器电路，其中所述组合函数基于在进行所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：西克IVP股份公司，
类型：发明
国别省市：