[发明专利]减少视觉系统变焦镜头偏移量的系统和方法

说明书

本发明涉及一种视觉系统，该系统设置可以对某些变焦镜头总成中的光学偏移进行补偿，系统包括但不限于液体镜头设置。系统包括与视觉系统处理器有效连接的图像传感器和用于改变焦距(例如由视觉处理器或其他测距设备控制)的变焦镜头总成。正透镜总成，其配置可以在正透镜总成一侧弱化变焦镜头总成在预先确定的对象运行范围内变焦镜头总成的作用。变焦镜头总成位于正透镜的前焦点或后焦点上。变焦镜头总成包括一液体镜头总成，该液体镜头总成本身可以在约20屈光度范围内进行变焦。在实施例中，镜头筒设有C形安装镜头座。

分案申请

本申请是申请号为201510228006.9、申请日为2015年5月6日、题为“减少视觉系统变焦镜头偏移量的系统”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于机器视觉的摄像机，具体涉及一种自动聚焦镜头总成。

背景技术

视觉系统可以执行物体测量、检验和校准和/或符号(例如条形码或更简单的ID)解码等任务，广泛应用于各行各业。这些系统中都要使用图像传感器，传感器获取物体或对象的图像(通常为黑白或彩色的一维、二维或三维图像)并使用板载或互联的视觉系统处理器对获取的图像进行处理。处理器通常包括处理硬件和永久性计算机可读程序说明，可以执行一项或多项视觉系统程序，以根据图像处理信息生成所需的输出数据。这些图像信息通常包含在含有多种色彩和/或强度的图像像素阵列内。例如在ID阅读器中，用户或自动化程序获取含有一个或多个ID的对象的图像。图像经过处理后识别出ID特征，并通过解码程序和/或处理器解码获得以ID图案形式编码的内在信息(例如数字字母数据)。

通常情况下，视觉系统摄像机包括内部处理器和其他组件，通过这些组件，视觉系统摄像机可以作为独立装置向下游程序提供所需的输出数据(例如经过解码的符号信息)，例如库存跟踪计算机系统或物流应用。

自动聚焦总成是一种典型的镜头配置，适合某些视觉系统应用。通过举例的方式，可以将自动聚焦镜头简化为一种“变焦镜头”总成(在下文中定义)，也称之为液体镜头总成。其中一种液体镜头是法国Varioptic公司的液体镜头，这种镜头使用两种等密度液体，其中油作为绝缘体，水作为导体。通过镜头的周围电路的电压变化促使液体和液体之间的接口的曲率发生变化，从而改变镜头的焦距。使用液体镜头的主要优点包括牢固耐用(没有机械运动部件)、反应时间短、光学性能相对较高、功耗低且尺寸小。使用液体镜头无需手动触碰镜头，从而简化了视觉系统的安装、设置和维护程序。与其他自动对焦机制相比，液体镜头的反应时间极短。对于物体到物体(表面到表面)的读取距离发生变化的应用或在从读取一个对象切换到另外一个对象的过程(例如扫描含有不同尺寸/高度物体(例如运输包装箱)的移动输送带)中，液体镜头都是理想的选择。通常情况下，快速瞬时聚焦的能力适合用于很多视觉系统应用。

瑞士Optotune公司最近开发出了液体镜头技术。这种镜头利用覆盖储液器的移动膜片来改变焦距。线圈管施加压力改变膜片形状从而改变镜头的焦点。通过在预设范围内改变输入电流移动线圈管。不同的电流水平可以为液体镜头提供不同的焦距。与竞争产品设计(例如法国的Varioptic)相比，这种镜头可以提供更大的光圈(例如6到10毫米)，而且运行速度更快。但是，由于热偏移和其他因素的影响，在正常使用中校准和焦点设置通常会随着时间的增加而发生变化。可以提供各种系统来对焦点变化和其他因素进行补偿和/或校正。但是，这种补偿程序需要一定的处理时间(在摄像机的内部处理器内进行处理)，这就减缓了镜头获得新焦点的总体响应时间。同样，这种补偿程序(例如热偏移)可以经过标准化处理，而不是根据镜头的本身进行自定义，这就导致在镜头可能会遇到的具体偏移条件下镜头的稳定性会所有下降。注意，例如液体镜头的典型偏移量为0.15屈光度/0C(即Varioptic液体镜头的典型偏移量)。某些视觉应用，尤其是当需要长距离检测较小特征时，就要求成像器镜头的光学功率稳定性达到+/-0.1屈光度。