ES2629977T3 - Aparato de medición y método para la inspección de rango - Google Patents

Aparato de medición y método para la inspección de rango Download PDF

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ES2629977T3
ES2629977T3 ES05752676.6T ES05752676T ES2629977T3 ES 2629977 T3 ES2629977 T3 ES 2629977T3 ES 05752676 T ES05752676 T ES 05752676T ES 2629977 T3 ES2629977 T3 ES 2629977T3
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Henrik Turbell
Mats Gökstorp
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Abstract

Un método para medir características tridimensionales de un objeto (1) que utiliza adquisición y análisis de datos de rango, que comprende las etapas de: o proporcionar medios para configurar la adquisición y el análisis de datos de rango antes de iniciar la medición; o crear una imagen del mencionado objeto al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto utilizando al menos un sensor (5) que comprende píxeles; o adquirir datos de rango del mencionado objeto (1) a partir de la imagen creada medida en unidades de píxeles del sensor (u, v); o convertir los datos de rango adquiridos desde los valores de píxeles (u, v) del sensor hasta coordenadas universales (x, z); caracterizado por que el método además comprende las etapas de: o rectificar los datos de rango calibrados al remuestrear los datos de rango convertidos sobre una rejilla uniformemente espaciada (x, y) en coordenadas universales; o analizar los datos de rango rectificados y convertidos con el fin de obtener las características tridimensionales del mencionado objeto (1).

Description

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DESCRIPCION
Aparato de medicion y metodo para la inspeccion de rango Antecedentes de la invencion Campo de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de los aparatos de medicion, y particularmente a un aparato de medicion que permite medir las caractensticas tridimensionales de un objeto mediante la adquisicion y el analisis de datos de rango, as^ como un metodo para dicha medicion.
Descripcion de la tecnica relacionada
Las camaras inteligentes bidimensionales (2D) combinan la adquisicion, procesamiento y analisis de imagenes en 2D en un unico dispositivo en el que toda la funcionalidad es altamente configurable. Se pueden aplicar varias etapas de procesamiento en cualquier orden. La salida de una etapa se puede usar para configurar etapas posteriores. Los valores intermedios se pueden almacenar y utilizar en una etapa posterior. Entonces, estos valores pueden controlar aspectos tales como el flujo de datos, el formato de salida y los parametros en el procesamiento y el analisis. Este analisis altamente configurable se llama analisis dinamico. Esto es opuesto al analisis estatico, en el que se realiza la misma secuencia de etapas de analisis en cada imagen independientemente de los resultados intermedios.
Una tarea de inspeccion tfpica es localizar primero una forma de un objeto que ha sido adquirida por el sistema. Una vez localizada, se pueden determinar caractensticas tales como areas, bordes o esquinas del objeto. Las propiedades de las caractensticas se analizan y el resultado es tipicamente alguna forma de resultado de clasificacion (por ejemplo aceptado/rechazado), una medida (por ejemplo, area de un objeto) o una combinacion de dichos valores.
La configuracion se lleva a cabo al conectar un PC u otro hardware de control al dispositivo. La configuracion se realiza tipicamente utilizando alguna forma de interfaz grafica de usuario en la que las imagenes adquiridas se muestran como ayuda en la configuracion. Despues de la configuracion, el dispositivo puede funcionar como un producto autonomo sin ningun PC u otro hardware de control conectado.
Sin embargo, no es posible adquirir y procesar datos de rango, tambien conocidos como datos tridimensionales (3D), en estos tipos de unidades.
El escaneo del rango se utiliza para obtener un conjunto de valores de rango y en comparacion con el escaneo 2D ordinario, los valores de pfxeles de una imagen del rango no representan la intensidad de luz, sino la distancia entre la camara y el objeto medido. Hay una serie de tecnicas bien conocidas para medir los datos de rango. Estos incluyen la triangulacion laser, el escaneo de luz estructurada, las mediciones de tiempo de vuelo y el escaneo estereo.
Una serie de dispositivos comercialmente disponibles producen datos de rango como salida. Estos dispositivos se adaptan tipicamente a una unidad de procesamiento, tal como un PC para procesar, analizar y/o almacenar los datos de rango. Estos dispositivos emiten un flujo de valores de datos de rango. Los valores pueden organizarse de diferentes maneras. Un conjunto unidimensional de valores de rango medidos a lo largo de una lmea a traves del objeto se denomina perfil. Una serie de perfiles consecutivos forman una imagen de rango. Al igual que una imagen bidimensional ordinaria, la imagen de rango consiste en un conjunto bidimensional de pfxeles. La diferencia es que los valores de pfxeles de la imagen de rango representan la forma en lugar de la intensidad de la luz.
Una serie de productos de escaneo de imagenes de rango disponibles comercialmente procesan los datos antes de producir una salida. La salida es entonces el resultado del procesamiento. Todos estos productos procesan los valores de rango sobre una base de perfil por perfil. El procesamiento se limita a producir una sola medida, tal como el area del perfil o la posicion de un borde. El analisis es estatico en el sentido discutido anteriormente. Un ejemplo de dicho producto de escaneo de rango es el sensor de lamina de luz DMH de SICK AG, Alemania.
El nivel de configuracion disponible en los dispositivos de escaneo de rango existentes y el analisis de perfil por perfil no son suficientes para muchas tareas de inspeccion. El usuario normalmente necesita desarrollar funcionalidades de software personalizadas fuera del dispositivo que procesa los datos de rango con el fin de obtener propiedades utiles del objeto escaneado. Al igual que en una camara inteligente 2D, una tarea de inspeccion tfpica consiste en localizar uno o mas objetos en una imagen y luego realizar mediciones diferentes sobre los objetos encontrados. Los resultados debenan ser informados segun algunos protocolos configurables por el usuario a otros dispositivos. Dicho analisis dinamico no esta disponible en los dispositivos de escaneo de rango existentes.
Se muestra un enfoque de la tecnica anterior en el documento US 6 542 235, que describe un sistema de inspeccion tridimensional para inspeccionar piezas circulares. El sistema comprende entre una y cuatro camaras que generan senales de perfil de una pieza que se va a inspeccionar. Las senales de perfil se envfan a un ordenador que analiza
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las senales y genera una imagen en altura 2D de la pieza inspeccionada. La imagen de altura de la pieza inspeccionada se analiza al compararla con datos de la pieza buena conocidos con el fin de determinar si la pieza inspeccionada es satisfactoria o inaceptablemente defectuosa. El sistema es configurable por el usuario hasta cierto grado, por ejemplo la distancia seleccionada por el operador entre las piezas que se van a inspeccionar, el numero de piezas seleccionada por el operador para la inspeccion, el proceso de inspeccion iniciado por el operador, etc. Ademas, el sistema se puede calibrar desde "pfxeles" tfpicos a unidades del mundo real, tales como pulgadas cuadradas o milfmetros cuadrados por superficie y pulgadas o milfmetros para medidas lineales.
Sin embargo, el sistema segun el documento descrito anteriormente no es altamente configurable por el usuario en el sentido de una camara inteligente 2D, como se ha explicado anteriormente. Ademas, el sistema descrito anteriormente se utiliza para inspeccionar piezas circulares, es decir piezas simetricas (objetos). El uso de imagenes de altura calibradas (desde unidades de pfxeles a unidades del mundo real) como entrada a un sistema de analisis de imagenes 2D, cuando el objeto tiene una forma asimetrica, dara lugar a que los objetos presentados vanen en tamano y forma dependiendo de la posicion relativa de la camara. Estas distorsiones generalmente no se manejan de forma adecuada mediante la funcionalidad de calibracion que se encuentra en los sistemas de analisis existentes.
El documento US 2002/0191834 A1 describe un sistema de adquisicion de imagenes de alta velocidad que realiza una perfilometna tridimensional.
Por lo tanto, existe una necesidad de un aparato de escaneo mejorado y un metodo para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto, que combina las capacidades de configuracion flexibles de una camara inteligente 2D con la adquisicion de datos de una camara de rango en una sola unidad y que supera el problema de distorsion expuesto anteriormente.
Compendio de la invencion
Teniendo en cuenta lo anterior, es un objeto de la presente invencion eliminar los inconvenientes de distorsion de los sistemas descritos anteriormente y proporcionar un aparato de escaneo mejorado para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto que utilice la adquisicion y el analisis de datos de rango.
Este objetivo se logra a traves de proporcionar un aparato de escaneo que comprende:
- medios para configurar la adquisicion y el analisis de datos de rango antes de iniciar la medicion;
- medios para crear una imagen del mencionado objeto al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto que utilizan al menos un sensor que comprende pfxeles;
- medios para adquirir datos de rango del mencionado objeto a partir de la imagen creada medida en unidades de pixel del sensor;
- medios para calibrar los datos de rango adquiridos desde los valores de pixel del sensor hasta coordenadas universales;
- medios para rectificar los datos de rango calibrados al remuestrear los datos de rango sobre una rejilla uniformemente espaciada; y,
- medios para analizar los datos de rango rectificados y calibrados con el fin de obtener las caractensticas tridimensionales del mencionado objeto.
Un objetivo adicional de la presente invencion es proporcionar un metodo mejorado para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto que utilice adquisicion y analisis de datos de rango.
Este objetivo adicional se logra a traves de proporcionar un metodo que comprende las etapas de:
- proporcionar medios para configurar el analisis y la adquisicion de datos de rango antes de iniciar la medicion;
- crear una imagen del mencionado objeto al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto utilizando al menos un sensor que comprende pfxeles;
- adquirir datos de rango del mencionado objeto a partir de la imagen creada medida en unidades de pfxeles del sensor;
- calibrar los datos de rango adquiridos desde los valores de pfxeles del sensor hasta coordenadas universales;
- rectificar los datos de rango calibrados al remuestrear los datos de rango sobre una rejilla uniformemente espaciada; y,
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- analizar los datos de rango rectificados y calibrados con el fin de obtener las caractensticas tridimensionales del mencionado objeto.
Aun resultaran evidentes otros objetivos y caractensticas de la presente invencion a partir de la siguiente descripcion detallada considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos. Sin embargo, debe entenderse que los dibujos se disenan unicamente con fines de ilustracion y no como una definicion de los lfmites de la invencion, para lo cual se debena hacer referencia a las reivindicaciones adjuntas. Debena entenderse ademas que los dibujos no estan necesariamente dibujados a escala y que, a menos que se indique lo contrario, se pretende meramente ilustrar conceptualmente las estructuras y procedimientos descritos en la presente memoria.
La invencion se define en las reivindicaciones independientes 1 y 9 anexas.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos, en los que los mismos caracteres de referencia denotan elementos similares a lo largo de las diversas vistas:
La Fig. 1 ilustra esquematicamente un aparato de escaneo para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto;
La Fig. 2 ilustra esquematicamente los diferentes componentes de un aparato de escaneo;
La Fig. 3 ilustra esquematicamente los componentes del extremo frontal de vision del aparato de escaneo;
La Fig. 4a ilustra una configuracion de adquisicion en un enfoque de la tecnica anterior en la que se obtiene una posicion de rango a lo largo de cada rayo dibujado;
La Fig. 4b ilustra una configuracion de adquisicion despues de la rectificacion en la que se obtiene una posicion de rango a lo largo de cada rayo virtual;
La Fig. 5a ilustra sistemas de coordenadas utilizados en una calibracion y rectificacion de un perfil simple;
La Fig. 5b ilustra sistemas de coordenadas utilizados en calibracion y rectificacion de una secuencia de perfiles;
La Fig. 5c ilustra sistemas de coordenadas utilizados en calibracion y rectificacion de una secuencia de perfiles vistos como imagenes.
Descripcion detallada de las realizaciones actualmente preferidas
En lo que sigue se describira una realizacion preferida de un aparato de escaneo para la adquisicion de imagenes de rango con una camara de rango inteligente configurable por el usuario.
La figura 1 ilustra esquematicamente un aparato de escaneo para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto 1. El aparato comprende al menos una fuente luminosa 3 dispuesta para iluminar el objeto 1 con luz incidente. La fuente luminosa 3 genera luz estructurada, por ejemplo, luz puntual, luz lineal o luz compuesta de multiples segmentos, sustancialmente puntuales o lineales, y puede ser de cualquier tipo adecuado para la aplicacion, por ejemplo un laser, un diodo emisor de luz (LED), luz ordinaria (bombilla), etc., que son familiares para el experto en la tecnica y no se describiran adicionalmente en la presente memoria. La luz laser se utiliza preferiblemente en la realizacion preferida de la presente invencion y la fuente luminosa 3 laser genera una lmea 2 de luz a traves del objeto 1.
Se coloca un sensor 5 de imagen a una distancia predeterminada de la fuente luminosa 3 y se dispone para detectar la luz reflejada desde el objeto y convertir la luz detectada en senales electricas. Las senales electricas se utilizan para crear una representacion digital de la seccion transversal iluminada del objeto 1. Las opticas 4, por ejemplo una lente, se disponen delante del sensor 5 con el fin de recoger la luz reflejada desde el objeto 1.
En la realizacion preferida, el sensor 5 es un sensor de matriz con uxv pfxeles (donde u son columnas y v son filas), pero un experto en la tecnica apreciara que la invencion se puede aplicar a otros tipos de sensores, tales como sensores CCD o sensores CMOS o a cualquier otro sensor adecuado para escanear caractensticas de un objeto. El sensor 5 en el presente sistema es capaz de detectar tanto informacion bidimensional (2D, intensidad) como tridimensional (3D, datos de rango), es decir, es capaz de medir tanto la distribucion de intensidad como el perfil geometrico del objeto. Los datos de rango se obtienen en la realizacion preferida al utilizar triangulacion, es decir, la posicion de la luz reflejada en el sensor 5 indica la distancia desde el sensor 5 al objeto 1 cuando la fuente luminosa 3 se coloca a una distancia predeterminada del sensor 5. Otras tecnicas utilizadas para medir datos de rango son escaneo de luz estructurada, mediciones de tiempo de vuelo y escaneo estereo. En el escaneo estereo, la imagen del objeto se obtiene a partir de dos sensores colocados en dos puntos ventajosos distintos y los puntos correspondientes en cada sensor se localizan sobre la imagen del objeto 1 por lo que se realiza la triangulacion para calcular las coordenadas 3D de estos puntos.
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La informacion de intensidad 2D en s^ misma ayuda en la deteccion del objeto 1, pero tambien puede utilizarse como medida de confianza de la calidad de los datos de rango. Ocasionalmente el sensor 5 no detecta ninguna luz reflejada, este fenomeno se denomina "datos perdidos". La causa de la falta de datos puede tener dos explicaciones; o bien el sensor no detectara ninguna luz reflejada puesto que el laser esta ocluido o bien el sensor no detectara ninguna luz reflejada ya que la luz es absorbida o reflejada lejos del receptor, por ejemplo, cuando el objeto tiene un color oscuro y/o muy reflectante. Este fenomeno se describira con mayor detalle en conjunto con la descripcion de la figura 3.
El sensor 5 puede ademas ser capaz de detectar luz dispersa, es decir, la dispersion de la luz en la capa superficial del objeto 1. La luz que penetra el material se registra y despues la dispersion emerge desde el objeto 1 en un lugar diferente de aquel en el que entro. La forma en que esto ocurre depende de las caractensticas internas del material del objeto, que de esta manera se puede medir.
El objeto 1 y el aparato de escaneo se mueven uno con respecto al otro en una direccion de movimiento predefinida, en la direccion y mostrada en la figura 1. En la realizacion preferida de la presente invencion, el objeto 1 se desplaza con respecto al aparato de escaneo 6. El objeto 1 puede, por ejemplo, colocarse sobre una cinta transportadora que se desplaza o, alternativamente, no hay cinta y el objeto 1 se mueve por sf mismo. En lugar de que el objeto 1 se mueva respecto al aparato de escaneo 6, la relacion puede invertirse naturalmente, es decir, el objeto 1 es estacionario y el aparato de escaneo 6 se mueve sobre el objeto al medir. En otra realizacion mas, tanto el objeto 1 como el aparato de escaneo 6 se mueven uno con respecto a otro.
El sensor 5 se dispone para detectar informacion de rango del objeto 1 en una multitud de secciones transversales del objeto iluminado mediante la fuente luminosa 3, es decir, se dispone para medir repetidamente (escanear) el objeto 1 cuando el objeto 1 se mueve en la direccion y, con el fin de obtener una multitud de imagenes de seccion transversal que se juntan en una imagen de rango del objeto 1.
En la realizacion preferida, el aparato de escaneo 6 es una unidad autonoma, que comprende medios para la adquisicion de imagenes de rango, medios para describir la forma del objeto inspeccionado y medios para un analisis posterior configurable por el usuario. El hecho de que el aparato sea una unidad autonoma lo hace fiable, requiere pocos recursos de almacenamiento y un sistema que comprende solo una unidad es facil de manejar.
La figura 2 ilustra esquematicamente los diferentes componentes del aparato de escaneo 6 segun una realizacion preferida de la presente invencion. El aparato de escaneo 6 comprende el medio 8 para adquirir datos de rango del objeto 1. El medio 8 de adquisicion se denomina, en este contexto, extremo frontal de vision. El extremo frontal de vision 8 se describira con mas detalle junto con la descripcion de la figura 3.
El aparato de escaneo 6 comprende ademas un analizador 7 dispuesto para analizar de forma dinamica los datos de rango suministrados desde el extremo frontal de vision 8. El analizador 7 comprende un software que realiza un analisis dinamico de los datos desde el extremo frontal de vision 8. El analizador 7 puede comprender hardware especial, por ejemplo, procesadores de senales digitales (DSP:s), que aumentan el tiempo de realizacion de algunas tareas de analisis como el filtrado de imagenes. El analizador 7 tambien puede comprender un micro procesador de uso general y medios para emitir los datos procesados y analizados.
El aparato de escaneo 6 comprende ademas un modulo 9 de control y comunicaciones dispuesto para controlar el extremo frontal de vision 8 y el analizador 7. El modulo 9 de control y comunicaciones emite el resultado del analisis dinamico como senales de control a otros modulos del aparato. El modulo tambien es responsable de que el sistema funcione cuando se enciende, lo que incluye extraer configuraciones almacenadas de una memoria permanente. El modulo 9 de control y comunicaciones comprende ademas medios para la configuracion del extremo frontal de vision 8 y el analizador 7 y se dispone para manejar la comunicacion con un dispositivo 11 de configuracion y otros dispositivos externos 10, que en la realizacion preferida son un Ordenador Personal (PC). El extremo frontal de vision 8 y el analizador 7 se configuran utilizando un dispositivo 11 de configuracion externo, por ejemplo un PC. El PC ejecuta una interfaz grafica de usuario en una pantalla 12 en la que se pueden configurar tanto la adquisicion de imagen como el analisis dinamico.
Al configurar la adquisicion de datos, se pueden cambiar diferentes parametros, por ejemplo, el tiempo de exposicion, el campo de vision y la ganancia del sensor. Tambien es posible seleccionar el algoritmo de extraccion de picos de laser y habilitar o deshabilitar las etapas de pre-procesamiento, tales como, por ejemplo, la calibracion y la rectificacion que se describiran con mas detalle a continuacion.
La configuracion del analisis dinamico comprende al menos una tarea de analisis basico que en lo sucesivo se denominara herramienta. Cada herramienta tiene un numero de parametros de entrada y un numero de valores de resultados de salida. La salida de una herramienta se puede utilizar como entrada para otras herramientas. Tanto las entradas como las salidas pueden ser valores numericos, imagenes o valores de texto. El orden de ejecucion de las herramientas se puede especificar explfcitamente por el usuario o se puede derivar implfcitamente por el sistema sobre la base de las relaciones de entrada-salida entre las herramientas. Por ejemplo, si una herramienta de deteccion de borde requiere una region de imagen de interes como entrada, es posible deducir automaticamente
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que la herramienta de busqueda de objetos que devuelve esta region de interes debena ejecutarse antes de la deteccion del borde.
La configuracion del analisis se realiza de una manera grafica interactiva. El usuario puede aplicar diferentes herramientas y obtener retroalimentacion interactiva sobre los resultados de cada herramienta aplicada. Una forma importante de retroalimentacion son las imagenes de resultados intermedios. Las imagenes pueden tener graficos superpuestos que muestran caractensticas ex^das, tales como objetos, esquinas o bordes. Otras formas de retroalimentacion incluyen valores de salida numericos o textuales y mensajes de error. Algunas herramientas no contienen ninguna funcionalidad de procesamiento de imagenes, sino que se utilizan para controlar el orden de ejecucion de la herramienta. Tales herramientas introducen iteracion y ramificacion condicional o incondicional en el orden de ejecucion de la herramienta.
Algunas herramientas se ocupan de la comunicacion. Un ejemplo es una herramienta que envfa un mensaje que contiene resultados de medicion de otras herramientas. Otro ejemplo es una herramienta que establece un valor digital o analogico de una senal de salida del sistema. Como una alternativa o complemento para controlar la comunicacion que utilice herramientas, puede haber alguna otra forma de funcionalidad del sistema que maneje la comunicacion.
La figura 3 ilustra esquematicamente los componentes del extremo frontal de vision 8. Como se puede ver en la figura, las piezas componentes en la configuracion del sistema que se muestran en la figura 1 se incorporan, en la realizacion preferida de la invencion, todas en una unica unidad, el extremo frontal de vision 8. El extremo frontal de vision 8 se dispone principalmente para adquirir datos de rango (una imagen de rango) y comprende: una fuente luminosa 3 para iluminar el objeto 1 con la luz incidente, preferentemente luz laser; un sensor 5 dispuesto para detectar la luz reflejada desde el objeto y para convertir la luz detectada en una imagen del objeto 1; y, las opticas 4 de recogida de luz dispuestas delante del sensor 5.
El extremo frontal de vision 8 comprende ademas un pre-procesador 14 dispuesto para procesar la imagen adquirida y para localizar la posicion de la luz incidente. El pre-procesador 14 tambien puede realizar la calibracion y la rectificacion como se describe a continuacion.
El extremo frontal de vision 8 comprende ademas medios para identificar datos perdidos y este medio se dispone para llevar a cabo la etapa de identificacion de datos perdidos. Cuando se utiliza la triangulacion laser, se pueden obstruir partes del laser proyectado por el objeto que se va a inspeccionar. Esto conduce a mediciones de rango desconocidas llamados datos perdidos, es decir, a identificar posiciones en la imagen creada en las que se pierden datos validos. Las mediciones con datos perdidos se identifican mediante el extremo frontal de vision 8 y los pfxeles correspondientes de la imagen de rango se marcan con un valor especial para marcar los datos perdidos. Tfpicamente, se utiliza el valor 0 (cero). Los datos perdidos tambien se dan en otras tecnicas de escaneo de rango diferentes de la triangulacion laser.
Para algunas tareas de inspeccion, la forma y la posicion de la region de datos perdidos contienen informacion importante. Puede ser la caractenstica del objeto que obstruya la luz laser que se va a medir y las herramientas de analisis se pueden utilizar para localizar y realizar mediciones en la region de datos perdidos. En otras tareas de medicion, si los datos perdidos no tiene interes, deben manejarse de forma separada con el fin de no influir en el analisis. La posicion de los datos perdidos depende de la rotacion del objeto inspeccionado. Para la identificacion independiente de la rotacion del objeto, se debe ignorar la region de datos perdidos por la herramienta de busqueda de objetos. Esto se puede realizar de dos maneras. Las herramientas se pueden programar para ignorar todos los pfxeles con datos perdidos. Alternativamente, las regiones de datos perdidos se pueden rellenar con valores de rango estimados a partir de los pfxeles validos alrededor de las regiones perdidas utilizando alguna forma de interpolacion y/o extrapolacion. Este pre-procesamiento se puede realizar mediante una herramienta separada o en el modulo 14 de pre-procesamiento del extremo frontal de vision 8. Despues de haber llenado las regiones de datos perdidos, se pueden aplicar herramientas no desarrolladas para manejar datos perdidos a la imagen de rango procesada.
El extremo frontal de vision 8 comprende medios para medir informacion de rango y ademas puede comprender medios para adquirir informacion adicional tal como: la intensidad de escala de grises de la lmea extrafda; la intensidad de la escala de grises para otras fuentes de luz distintas de la luz laser, tales como luz polarizada o luz blanca directa; el color del objeto; y, las propiedades de dispersion de la superficie del objeto.
Por lo tanto, para cada medicion de rango puede haber una o mas mediciones relacionadas, esto se llama datos multimodales. Cada modalidad de las mediciones se denominara en adelante un componente. Los datos de cada componente se pueden organizar como una imagen 2D. La salida desde el extremo frontal de vision 8 no es entonces una imagen de rango unico, sino un conjunto de imagenes. Hay una imagen para cada componente.
El analisis de las imagenes multimodales se puede realizar de una manera similar a la del caso de imagen de rango puro. Las herramientas se pueden aplicar a cada imagen componente independientemente. Por ejemplo, se puede aplicar una herramienta de lectura de codigo de barras a la imagen de intensidad seguida de una herramienta de medicion de volumen que funciona sobre la imagen de rango. Algunas herramientas pueden funcionar en mas de
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una imagen a la vez, lo que combina la informacion de dos o mas componentes con el fin de realizar un analisis mas sofisticado y discriminatorio.
La extraccion de la lmea laser en el extremo frontal de vision devuelve valores de rango medidos en unidades de pfxeles del sensor. Cada columna u del sensor tiene un valor de rango v. Suponiendo un movimiento del objeto constante y una velocidad de muestreo constante, los dos ejes de la imagen de rango estan en la direccion u e y respectivamente. Los valores de pixel estan en la direccion v. A menudo es util convertir los valores de coordenadas del sensor en coordenadas-universales (x, y, z) expresadas en alguna unidad adecuada, tal como miffmetros, y el metodo de hacerlo asf se denominara en adelante calibracion. Todos los datos de rango de un solo perfil se colocan en el mismo plano laser de constante y. La cartograffa del interes es, por lo tanto, desde las coordenadas del sensor (u, v) hasta las coordenadas-universales (x, z).
El extremo frontal de vision se monta de forma ngida en el dispositivo. Por lo tanto, se supone que la cartograffa desde (u, v) hasta (x, y) es constante una vez que el dispositivo se ha montado. Por lo tanto, despues del montaje, es posible encontrar la cartograffa por medio de objetos presentes de dimensiones conocidas en posiciones conocidas en el campo de vision de medicion del dispositivo. Una vez calibrado, es inmediato en el tiempo de ejecucion asignar cada medicion de rango (u, v) a coordenadas-universales (x, z) por medio de busqueda en tablas o de evaluacion de una expresion matematica calculada previamente. El resultado son dos imagenes, ambas con ejes a lo largo de u e y. Los valores de pfxeles de la primera imagen estan en la direccion x y los valores de pfxeles de la segunda imagen estan en la direccion z.
La Figura 4a ilustra una configuracion de adquisicion en un enfoque de la tecnica anterior en el que se obtiene una posicion de rango a lo largo de cada rayo dibujado. El uso de imagenes de rango calibradas como entrada a un sistema externo de analisis de imagenes 2D es una tecnica conocida y estas imagenes de rango no se muestrean en una cuadncula cartesiana (x, y). El patron de muestreo se define en su lugar mediante el sensor de escaneo, lo que resulta en un valor de rango por columna u del sensor, mostrado en la figura 4a y discutido anteriormente. La consecuencia de usar este metodo es que los objetos presentados variaran en tamano y forma en funcion de la posicion (en x y en z) relativa al aparato de escaneo.
La funcionalidad de calibracion en los sistemas de analisis de la tecnica anterior descritos anteriormente no maneja adecuadamente las distorsiones descritas anteriormente. En la realizacion preferida de la presente invencion, este problema se resuelve al rectificar la imagen del objeto 1 antes del procesamiento. La figura 4b ilustra una configuracion de adquisicion de imagen despues de la rectificacion, en la que se obtiene una posicion de rango a lo largo de cada rayo virtual 16. El metodo de rectificacion vuelve a muestrear los datos de rango sobre una rejilla uniformemente espaciada (x, y) antes de presentarla al analizador. Esto permite un verdadero analisis invariante de la traduccion de la imagen de rango. La interpolacion en la rectificacion se puede hacer en una rejilla de muestreo en la direccion x de resolucion arbitraria. Para algunas tareas de inspeccion puede ser ventajoso tener la misma resolucion en la direccion x que en la direccion y. Entonces es relativamente facil realizar un analisis que es independiente de la rotacion del objeto alrededor del eje z.
La figura 5a ilustra los sistemas de coordenadas utilizados en una calibracion 17 y en una rectificacion 18 de un perfil unico, la figura 5b ilustra los sistemas de coordenadas utilizados en la calibracion 17 y en la rectificacion 18 de una secuencia de perfiles y la figura 5c ilustra los sistemas de coordenadas utilizados en la calibracion 17 y la rectificacion 18 de una secuencia de perfiles vistos como imagenes.
Como puede observarse a partir de las figuras 5a-5c, el resultado de la calibracion 17 son dos imagenes, ambas con ejes a lo largo de u e y. Los valores de pfxeles de la primera imagen estan en la direccion x y los valores de pfxeles de la segunda imagen estan en la direccion z como se discutio anteriormente. El resultado de la rectificacion 18 es una imagen con ejes a lo largo de x y de y. Los valores de pfxeles estan en la direccion z. Debe entenderse que para la secuencia de perfiles, mostrada en las figuras 5b y 5c, la calibracion 17 y la rectificacion 18 se realizan separadamente para cada secuencia.
En la calibracion 17 y en la rectificacion 18 de la imagen del objeto, mostradas en las figuras 5a-5c, se utiliza una fuente de luz laser vertical. Si se utiliza una fuente de luz laser inclinada, es decir, la luz laser incidente con un angulo sobre el objeto, la rectificacion tiene que realizarse en dos dimensiones. De este modo, la calibracion da lugar a tres imagenes y habra una etapa de rectificacion intermedia adicional antes de que se obtenga una imagen rectificada. Lo mismo se aplica si, por ejemplo, se utiliza la imagen estereo para medir los datos de rango.
A continuacion se describira un metodo para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto, que comprende las etapas de:
- proporcionar medios para configurar la adquisicion y el analisis de datos de rango antes de iniciar la medicion;
- crear una imagen del mencionado objeto al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto utilizando al menos un sensor que comprende pfxeles;
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- adquirir datos de rango del mencionado objeto a partir de la imagen creada medida en unidades de pfxeles del sensor;
- calibrar los datos de rango adquiridos desde los valores de pfxeles del sensor hasta coordenadas universales;
- rectificar los datos de rango calibrados al remuestrear los datos de rango sobre una rejilla uniformemente espaciada; y,
- analizar los datos de rango rectificados y calibrados con el fin de obtener las caractensticas tridimensionales del mencionado objeto.
En una realizacion adicional, la configuracion del analisis de datos de rango comprende tareas de analisis basico que tienen al menos un parametro de entrada y al menos un valor de resultado de salida, por lo que el valor de resultado de salida de una primera tarea de analisis se utiliza como parametro de entrada para una segunda tarea de analisis.
En una realizacion adicional el metodo comprende la etapa de identificar posiciones de pfxeles en la imagen creada en las que se pierden datos validos, por lo que las posiciones de pfxeles identificadas en la imagen creada en las que se pierden datos se ignoran o se llenan con valores de rango estimados a partir de pfxeles validos alrededor de los pfxeles donde se pierden datos utilizando interpolacion y/o extrapolacion.
En otra realizacion, el metodo comprende ademas al menos una de las siguientes etapas: adquirir datos de intensidad de la escala de grises de la imagen creada del mencionado objeto; y/o, medir las propiedades de dispersion de la superficie del objeto.
En otra realizacion adicional se utiliza la triangulacion para crear la imagen del mencionado objeto.
Por lo tanto, aunque se han mostrado y descrito y se han senalado novedosas caractensticas fundamentales de la invencion cuando se aplica a una realizacion preferida de la misma, se entendera que se pueden realizar por los expertos en la tecnica varias omisiones y sustituciones y cambios en la forma y detalles de los dispositivos ilustrados y en su funcionamiento.
Ademas, debe reconocerse que las estructuras y/o elementos y/o etapas del metodo mostradas y/o descritas en conexion con cualquier forma o realizacion de la invencion descrita pueden incorporarse en cualquier otra forma o realizacion descrita o divulgada o sugerida como una cuestion general de eleccion del diseno. Por lo tanto, la intencion es limitarse solamente como se indica, mediante el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para medir caractensticas tridimensionales de un objeto (1) que utiliza adquisicion y analisis de datos de rango, que comprende las etapas de:
    o proporcionar medios para configurar la adquisicion y el analisis de datos de rango antes de iniciar la medicion;
    o crear una imagen del mencionado objeto al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto utilizando al menos un sensor (5) que comprende pfxeles;
    o adquirir datos de rango del mencionado objeto (1) a partir de la imagen creada medida en unidades de pfxeles del sensor (u, v);
    o convertir los datos de rango adquiridos desde los valores de pfxeles (u, v) del sensor hasta coordenadas universales (x, z);
    caracterizado por que el metodo ademas comprende las etapas de:
    o rectificar los datos de rango calibrados al remuestrear los datos de rango convertidos sobre una rejilla uniformemente espaciada (x, y) en coordenadas universales;
    o analizar los datos de rango rectificados y convertidos con el fin de obtener las caractensticas tridimensionales del mencionado objeto (l).
  2. 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, la configuracion del analisis de datos de rango comprende tareas de analisis basico que tienen al menos un parametro de entrada y al menos un valor de resultado de salida, por lo que el valor de resultado de salida de una primera tarea de analisis se utiliza como parametro de entrada para una segunda tarea de analisis.
  3. 3. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, el metodo ademas comprende la etapa de identificar las posiciones de los pfxeles en la imagen creada en las que se pierden datos validos.
  4. 4. Un metodo segun la reivindicacion 3, caracterizado por que, el metodo ademas comprende la etapa de ignorar las posiciones de los pfxeles identificadas en la imagen creada en las que se pierden datos validos.
  5. 5. Un metodo segun la reivindicacion 3, caracterizado por que, el metodo ademas comprende la etapa de rellenar las posiciones de los pfxeles identificadas en la imagen creada en las que se pierden datos con valores de rango estimados a partir de los pfxeles validos alrededor de los pfxeles en los que se pierden datos que utiliza interpolacion y/o extrapolacion.
  6. 6. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, el metodo ademas comprende la etapa de adquirir datos de la intensidad de la escala de grises a partir de la imagen creada del mencionado objeto (1).
  7. 7. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, el metodo ademas comprende la etapa de medir las propiedades de dispersion de la superficie del objeto.
  8. 8. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, la etapa de crear una imagen del mencionado objeto (1) se hace utilizando triangulacion.
  9. 9. Un aparato de escaneo (6) para medir las caractensticas tridimensionales de un objeto (1) que utiliza analisis y adquisicion de datos de rango, que comprende:
    o el medio (11) para configurar la adquisicion y el analisis de datos de rango antes de iniciar la medicion;
    o el medio (8) para crear una imagen del mencionado objeto (1) al detectar la luz reflejada desde el mencionado objeto (1) utilizando al menos un sensor (5) que comprende pfxeles;
    o el medio (8) para adquirir datos de rango del mencionado objeto (1) a partir de la imagen creada medida en unidades de pfxeles del sensor (u, v);
    o medios para convertir los datos de rango adquiridos desde los valores de pfxeles (u, v) del sensor hasta coordenadas universales (x, z),
    caracterizado por que el aparato de escaneo (6) ademas comprende:
    o medios para rectificar los datos de rango convertidos al remuestrear los datos de rango convertidos sobre una rejilla uniformemente espaciada (x, y) en coordenadas universales;
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    o el medio (7) para analizar los datos de rango rectificados y convertidos con el fin de obtener las caractensticas tridimensionales del mencionado objeto (1).
  10. 10. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que, la configuracion del analisis de datos de rango comprende tareas de analisis basico que tienen al menos un parametro de entrada y al menos un valor de resultado de salida, por lo que el valor de resultado de salida de una primera tarea de analisis se utiliza como parametro de entrada para una segunda tarea de analisis.
  11. 11. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) comprende ademas el medio (14) para identificar las posiciones de los pfxeles en la imagen creada en las que se pierden datos.
  12. 12. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 11, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) comprende ademas el medio (14) para ignorar las posiciones de los pfxeles identificados en la imagen creada en las que se pierden datos.
  13. 13. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 11, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) comprende ademas el medio (14) para rellenar las posiciones de los pfxeles identificados en la imagen creada en las que se pierden datos con valores de rango estimados a partir de pfxeles validos alrededor de los pfxeles en los que se pierden datos utilizando interpolacion y/o extrapolacion.
  14. 14. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) comprende ademas medios para adquirir datos de la intensidad de la escala de grises a partir de la imagen creada del mencionado objeto (1).
  15. 15. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) comprende ademas medios para medir las propiedades de dispersion de la superficie del objeto.
  16. 16. Un aparato de escaneo (6) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que, el aparato de escaneo (6) es una unidad autonoma.
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