视觉系统中的视野扩展系统和方法与流程

本申请为申请号201310046887.3、申请日2013年02月05日、题为“视觉系统中的视野扩展系统和方法”的分案申请。

相关申请

此专利为共同待决的于2012年2月6日由laurensnunnink等人申请的名为“视觉系统中的视野扩展系统和方法”的美国专利申请13/367,141的部分连续案，以上申请在此通过引用全文并入。

本发明涉及视觉系统，尤其是涉及用于扩展视觉系统摄像机镜头的视野的系统和方法。

背景技术：

执行对象测量、检查、校准和/或符号解码(例如，条形码-也被称为“id”)的视觉系统在不同领域和行业中得到广泛应用。这些系统基于对获取物体或者对象的图像(通常是单维、二维或者三维上的灰度或者彩色图像)的图像传感器的使用，并且使用板上或者互连的视觉系统处理器对获取的图像进行处理。所述处理器通常包括处理硬件以及执行一个或者多个视觉系统处理的非暂时性计算机可读程序指令以基于处理后的图像信息生成期望输出值。此类图像信息通常可在图像像素阵列中得到，其中每一图像像素均具有多变的颜色和/或饱和度。以id阅读器为例(在此也被称为摄像机)，用户或者自动处理程序获取对象的被认为具有一个或者多个条形码的图像。对此图像进行处理以识别条形码的特征，然后通过解码程序和/或处理器进行解码以获取所述条形码所代表的内在的字母数字数据。

id阅读器的一个常见应用是对沿着生产和物流作业中的路线(比如输送带)移动的目标进行追踪并分类。可将所述id阅读器定位在整个路线上，在对象在其视野下移动时以合适的视角获取需要的所有对象各自的id。依赖于阅读器相对于路线的位置和对象的大小，阅读器对于对象的焦距可以是多变的。这样，较大的对象可能导致其距其上方的阅读器较为接近，而较小/较平的对象可能会具有离阅读器较远的条形码。在每一案例中，id应该在足够的分辨率下出现，这样才能被正确的成像和解码。因此，单个阅读器的视野，尤其是在横向的方向中(垂直于路线的移动方向)，通常会受到限制。在对象和/或路线相对较宽的情况下，单个id阅读器的镜头或者传感器可能会在横向的方向上不具有足够的视野在保持对id进行精确成像和解码所需要的分辨率的同时覆盖路线的整个宽度。无法对全宽度进行成像会导致阅读器错过其视野之外的id。

数个技术能够克服单个id阅读器视野上的缺陷，并能够扩展系统在宽度方向上的总视野。举例来说，人们能够采用并排对焦的多个id阅读器/摄像机以完全覆盖路线的整个宽度。但这通常会导致成本的上升，因为此方案需要额外的硬件和光学器件。可选地，可以采用先天具有更宽视野(fov)的线扫描系统。然而，此结构也增加了成本，因为其也需要更多的专业硬件并且通常会增加系统的复杂性。举例来说，使用线扫描结构通常需要编码器以检测路线的相对运动。另一方法是在单个id阅读器中采用较大的传感器，以提供在宽度方向上对线路进行适当成像所需要的分辨率。然而，所述方法也需要额外的成本，因其使用了较少见的硬件。另外，在市场上可以买到的大部分传感器(比如cmos传感器，但其它类型的传感器，比如ccd，仍然在计划之内)是标准制式的，比如4×3或者16×9，这样，提供较大的横向分辨率也需要同时提高纵向(即路线移动的方向)分辨率。增加的纵向方向可能会导致传感器在多个捕获的图像帧上捕获同一个id，因为对象穿过了放大了的视野。这反而导致了无关的、对同一id的处理和/或解码并带来将单个对象误解为多个在阅读器下方通过的对象的风险。

因此业界需要一种扩展id阅读器在移动的路线的宽度方向上的视野的系统和方法，同时不会降低所需的分辨率。业界还需要允许使用传统传感器和摄像光学设备的方法和系统。所述系统和方法应该能够直接安装并使用，并且能够避免在高度/路线移动方向上的分辨率的增加。

技术实现要素：

本发明通过提供一种扩展具有界定图像平面的图像传感器的视觉系统摄像机总成所摄取场景的视野的系统和方法，克服了现有技术的缺点。所述系统能够用于作为id阅读器，因此视野通常可以摆脱摄像机总成传感器的常用分辨率的损失，并保证了有用的特征，比如id，在扩展了的视野中能被完全捕抓到。在视野控扩展器(fove)的一个具体实施方案包括了可拆除的、提供给摄像机总成的附件，其具有专注于接收来自场景的不同横向部分的光线的反光镜，所述场景可以是对象的移动路线。在多个不同的可选实施例中，所述系统被构造和设置于搜索和分析场景中的有用特征(比如符号或者id)，并包括至少一个第一反光镜和一个第二反光镜，在一个场景中至少在一个第一部分视野中沿着第一光轴并在一个第二部分视野中沿着第二光轴从整个视野中传递光线。还至少有一个第三反光镜接收反射自第一反光镜的光线，以及一个第四反光镜接收反射自第二反光镜的光线。所述第三反光镜和第四反光镜被构造和设置为反射其接收的光线，通过图像器透镜(透镜总成)，并在第一条带和与所述第一条带毗邻的第二条带中到达所述图像平面上。说明地，第一光轴和第二光轴近似地平行，在场景和图像平面之间的第一聚焦光路长度以及在图像和场景之间的第二聚焦光路长度在长度上近似相等。通过这种方式，根据不同实施方案的结构实现了对相对较宽、较平对象的最优成像，比如对相对视觉系统移动的盒子和纸箱的成像。另外，这个结构还实现了具有附加的fove的多视觉系统摄像机的并排设置。在布置中，这些摄像机可被设置为使在相邻摄像机中部分视野的重叠的区域(或者非重叠边界)与摄像机内部生成的部分视野中的内部重叠和/或边界相同。这使得相邻视野之间的待处理数据在一个或者两个相邻摄像机中的重叠图像处理间的区别得以去除。为帮助处理，这样的摄像机可以通过同步的设置在运行时互相连接(比如主-从设置)，以便该视觉系统进行处理，并在摄像机之间共享数据。在一个可选的实施例中，移动的反光镜改变其在获取的图像帧之间的位置，因此全场景宽度得以在连续的帧内成像。

在一个说明性的实施例中，图像传感器能够定义一个大概的正方形，并且能够(举例来说)定义748×480像素、1024×768像素、2048×1088像素以及1280×1024像素的m×n像素的分辨率，以及其它尺寸。图像平面上的第一条带和第二条带能被设置为垂直堆叠的关系，每一条带均具有共用的水平重叠区域。所述重叠区域可被定义为至少在水平上与被视觉系统摄像机所搜索的最大的有用特征一般大。所搜索的有用特征可以是符号学上的代码，并且所述视觉系统进一步包括符号代码解码系统，从视觉系统摄像机中接收与定位的符号代码相关的信息，并输出代码数据至连接的进一步处理系统中。所述符号代码能被定位于在输送带上移动并穿过所述场景的对象上。

在所述fove的一个说明性实施例中，第一反光镜包括朝向第一部分视野的第一外侧反光镜，而第二反光镜包括朝向第二部分视野的第二外侧反光镜。第一外侧反光镜和第二外侧反光镜均相对于水平面构成一个锐角。第三反光镜包括第一内侧反光镜，而第四反光镜包括第二内侧反光镜。第一内侧反光镜和第二内侧反光镜分别位于第一垂直面和第二垂直面上上，每一垂直面大体上垂直于水平面。用作说明地，第一内侧反光镜和第二内侧反光镜被构造和设置为将光线从场景中从垂直光路上成直角导向朝向图像传感器的水平光路。在此实施例中，摄像机传感器被旋转因此使宽度方向变成垂直朝向。第一外侧反光镜以及第二外侧反光镜与水平面成相对的45度角布置。第一内侧反光镜和第二内侧反光镜分别与第一垂直面和第二垂直面成相对的45度角布置，这样每一内侧反光镜(a)垂直于水平面，并且(b)驻留在视觉系统摄像机的光轴上。第一外侧反光镜、第二外侧反光镜、第一内侧反光镜以及第二内侧反光镜可被安装在具有一致的管状结构和至少一个可拆除的端盖的反光镜外壳中。所述反光镜外壳包括有用于与安装结构以及附件啮合的键槽插槽或者其它类型的沟槽类或者导轨类结构。此类附件包括发光器，比如可拆除地附加的条棒状发光器。

在不同的实施例中，第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜以及第四反光镜装在外壳中，而且所述外壳在工作时与可拆除地附加到摄像头的联结器相连接。所述联结器包括密封的、滑动的镜头罩，所述镜头罩有选择地允许对视觉系统摄像机的透镜的使用。所述联结器附加到扩展fove光路的延长管上。所述系统包括视觉处理器以及液体镜头总成。视觉处理器操作一个自动对焦过程以对所述液体镜头进行对焦。所述视觉处理器适用于，基于(a)第一部分视野和第二部分视野中的重叠区域的尺寸以及(b)第一部分区域的重叠区域中的被识别特征以及第二部分区域的重叠区域中的被识别特征中的至少一项，确定对象的距离。在不同的实施例中，第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜以及第四反光镜均位于反光镜外壳中，所述反光镜外壳具有穿过其中的外壳光路。视觉处理器适用于基于沿着外壳光路定位的基准点的图像确定镜头的焦点。所述基准点位于第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜以及反光镜外壳上的透明窗中的至少一个上。

在不同的实施例中，第一部分视野以及第二部分视野基本上去除了它们之间的重叠。视觉处理器被构造和设置成分别识别位于第一部分视野和第二部分视野的中的部分代码。在发现这些部分代码的基础上，视觉处理器被构造和设置成缝合这些部分代码并从中生成解码信息。这两个部分代码被合成为单个捕获的图像帧，或者可选地，在第一时间在第一捕获的图像帧中提供第一部分代码。这个第一图像帧被存储起来以在后续工序中使用，并且在续第一时间之后的第二时间在第二捕获的图像帧内提供第二部分代码。当两者均可用时，所述两个部分图像帧被缝合到一起以生成最终结果。

在进一步的实施例中，第一反光镜包括与摄像机的光轴成锐角的第一外侧反光镜，而第二反光镜则包括与光轴的相反一侧成相对的锐角的第二外侧反光镜，并且其中第三反光镜和第四反光镜包括在从视觉系统摄像机获得的方向上朝向第一外侧反光镜和第二外侧反光镜定位的分光器。这些反光镜装在外壳中，所述外壳包括注塑成型的聚合物结构，例如玻璃聚碳酸酯壳体。第一外侧反光镜进而第二外侧反光镜分别安装在所述外壳统一的墙体的反光镜啮合侧上，所述墙体在其与反光镜啮合侧相对的一侧上具有统一的硬性肋条。所述外壳可以附加到与摄像机总成可拆除地啮合的联结器上。此结构还包括与联结器连接的附件支架，以及毗邻外壳设置并照亮场景的发光器，其安装在支架上。发光器包括条棒状的发光器或者其它类型的发光器(或者多个类型)。

从传感器接收图像数据的一个示例性搜索应用定位并分析全体图像以获得相关特征，如果所述特征位于预定的重叠区域内所述特征可能存在于单个条带或者两个条带中。示例性地，此重叠区域的宽度足以在至少一个条带内完全包括待成像的最宽特征。在一个示例性的实施例中，相关特征可以是条形码(举例来说，一维类型的条形码)。这些示例性的条形码适应于在视野扩展的方向(例如，“水平”或者“宽度”方向)上延伸(即在一维条形码的例子中，所述“一”维延伸)。在一个实施例中，第一外部反光镜以及第二外部反光镜定位于偏移的垂直位置。这个外部反光镜中的垂直偏移与第一反射表面和第二反射表面的垂直定位一致，这说明性地定义了垂直堆叠的并界定了近似地穿过光轴的近似交叉线的交叉反光镜。为从每一反射表面上将各自的视野导向或者投射到传感器条带(或者其它几何结构)，每一反射表面均还包括有相对的、向内和向下地朝向光轴的少量垂直倾斜。成像对象可以是一个或者多个并排的、相对扩展了的视野移动的物体(比如在移动的传送带上的物体)。

在另一个实施例中，描述了扩展视觉系统的摄像机拍摄的场景的视野的系统和方法，包括视觉系统处理器。所述处理器(和/或其它硬件和/或软件)使所述摄像机的传感器在预设的帧率上获得多个图像帧。移动的反光镜将来自场景的光线沿摄像机的光轴投射到摄像机上。所述反光镜由驱动器驱动，并且其运行与帧率相关，以此改变移动的反光镜的反射表面相对于光轴的角定向。通过这种方式，可使用移动的反光镜获取图像帧，因为其位于相对于光轴的多个可变角定向中的一个上。就其本身而论，获取的多个图像帧共同勾画出了在水平方向上的一个区域，此区域大于多个图像帧中的一个在水平方向上成像的区域。一个说明性的搜索应用在图像帧中定位了相关特征并基于所述相关特征输出数据。这些特征可以是符号代码，比如一维条形码。所述移动的反光镜可以是旋转的多边形反光镜，或者往复偏转反光镜，具有垂直于穿过摄像机的光轴的水平面的旋转轴，所述反光镜还在视野扩展的(水平的)方向上延伸。所述说明性的多边形反光镜具有多个侧面，每一侧面相对于所述轴具有稍微不同的定向角。总的来说，由每一具有角度的侧面反射自场景的光线由确定的最大视野宽度所界定其界线。这些界线可由向外成角度的、位于反光镜和场景之间的光轴(即定义一个朝外逐渐变小的截头锥体形)的两侧之一上的侧壁所提供。在所述移动的反光镜的表面的每一方向上可以获取图像。这些获取的图像共同地使在扩展的视野上在任意图像帧中定位任意特征的搜索应用成为可能。说明性地，所述反光镜的移动可以与帧率同步，这样定向侧的图案就会恒定。可选地，所述反光镜的移动可以相对于帧率异步，这样有点随机的角定向图案就会共同地捕获整个视野的图像。

在另一个说明性的实施例中，具有fove的视觉系统包括反光镜外壳，具有一对外侧反光镜，每一反光镜在预设的距离上通过其间的重叠对场景的总宽度的一部分进行成像。所述外侧反光镜相对水平面成角度布置。从每一外侧反光镜反射的光线在沿着摄像机总成的光轴上定位的并包含有一对内侧反光镜的v形反光镜总成的一对反光镜上分别反射，其中每一内侧反光镜均驻留在一对交叉的、垂直于水平面的垂直面内，这样，反射自每一外侧反光镜的光线在一个近似的直角上被每一内侧反光镜朝向摄像机总成旋转。摄像机总成的成像器在一对水平堆叠的条带上接收投射的光线。说明性地，摄像机总成沿其光轴旋转，这样所述条带在成像器上以其标准朝向为基准朝向垂直方向。用作说明地，所述反光镜外壳为挤出成型的金属壳，具有接收针对零部件(如安装总成以及发光器)的附加组件的外部插槽或者沟槽。所述反光镜外壳和摄像机总成通过延长管互连，所述延长管结合所述外壳和联结器，而所述联结器位于延长管和摄像机总成的正面之间。用作说明地，此实施例和先前描述的其它实施例的联结器包括一组支柱(或者其它的，至少部分为，开放式的骨架结构)，所述支柱使对密封的、可滑动的镜头罩的使用称为可能。所述罩通过滑块与套管啮合，所述套管可沿着支柱滑动以露出下方的镜头进而实现调整和维修的目的。当滑开时，所述罩穿入延长管的内部。在另外的实施例中，所述罩可以穿入fove外壳的内部。

附图说明

以下的发明描述引用了附图，其中：

图1为一个视觉系统的示意图，所述视觉系统包括了根据一个说明性实施例的视野扩展器(fove)，以获取移动线路上的示例性对象的图像；

图1a为图1中的视觉系统和fove的侧截面图；

图2为图1中的说明性视觉系统和fove中的反光镜布置的更详细的示意图，其外壳和支撑件被忽略以描述其中反光镜的位置；

图3为图1中的说明性视觉系统和fove中的反光镜布置的俯视图，其中外壳和支撑件被忽略；

图4为图1中的说明性视觉系统和fove中的反光镜布置的俯视图，其中外壳和支撑件被忽略，此图显示了所接收的、对象发射的光线的相对角，所述光线经过所述fove进入摄像机；

图4a为图1中的fove的反光镜布置的正视图；

图5描述了获得的、包括有一对示例性id的示例性对象的图像，所述id分别位于图1中的说明性视觉系统和fove的每一离散视野部分中；

图6为获取的、包括有离散的示例性id的示例性对象的图像，所述id位于图1中的说明性视觉系统和fove的每一离散视野部分中的重叠区域中；

图7为基于图1的说明性fove所提供的视野分割的，在对右视野成像的上部条带和对左视野成像的下部条带之间分派的示例性传感器的示意图；

图8为使用包括有图1中的说明性fove的视觉系统/id阅读器获取id并对id进行解码处理的流程图；

图9为用于对宽视野进行成像的多个id阅读器互连布置的俯视图，其中每一id阅读器均采用了根据一个示例性实施例的说明性fove；

图10为包括有根据一个可选实施例的fove的视觉系统/id阅读器的示意图，其中存在四个与图像传感器相关的离散条带；

图11为用于获取横过扩展视野的多个图像帧的、旋转的多边形反光镜的示意图；

图12为根据另一个说明性实施例的包括有fove的视觉系统的前视示意图，所述视觉系统具有根据图1的实施例的通常设置的光学器件，并包括有可选的可拆除式安装的发光总成；

图13为图12所示视觉系统和fove的后视示意图；

图14为具有fove的视觉系统的后视示意图，根据另一说明性实施例所述fove具有带有内建的支架凹槽的金属外壳，所述fove还定义了fove视野只讲的重叠区域；

图14a为图14所示的fove投射到成像器上的部分图像上的重叠和非重叠区域位置的示意图；

图15为反光镜布置以及与其相关联的图14所示fove光路的示意图；

图16为图14所示的视觉系统和fove的底视示意图；

图17为图16所示的沿线17－17剖开的视觉系统和fove的侧剖视图；

图17a为与根据不同实施例的视觉系统和fove联用的液体镜头总成的示意图；

图18为摄像机总成与图14所示的视觉系统和fove中的fove主体之间的耦合区域中的支架和可移动的镜头罩的更具体的顶剖视图；

图19为图14所示的视觉系统和fove的爆炸图；

图20为图14所示的fove的反光镜布置和其底座总成的不完全爆炸图；

图21为利用横过视野的和/或时间上的部分代码信息的图像缝合过程的原理框图；

图22为一对并排的、在工作时互连的、根据图14的具有fove附件的视觉系统的前视图；

图23为基于fove为成像器提供的图像重叠的程度的对象距离和焦距调整的确认程序的流程图；

图24显示了fove定义的两个视野的几何图形以及特征的相对位置，其中所述特征在其重叠区域中对两个视野来说是共用的，通过所述重叠区域镜头的焦距得以确定；以及

图24a为显示了图24所示的fove所投射到成像器上的部分图像上的特征的相对位置。

具体实施方式

i.fove总体概览与操作

图1显示了一个视觉系统结构100，其中视觉系统或者id阅读器110在一个锐角上朝向以输送带表示的移送路线设置，在此所述路线表示为输送带112。视觉系统110包括可调整地安装在框架116上的摄像机总成114。所述摄像机总成包括摄像机底座118和镜头120。在可选的实施例中，可以采用多种不同的摄像机实施。在一个实施例中，底座118包括内部传感器(如下所述)，具有获取彩色图像数据的灰度表示的像素阵列。所述阵列的尺寸可以是高度多变的。举例来说，所述阵列可以是传统的矩形(近似正方形)阵列，具有1024×768个像素。在可选的实施例中，其它阵列尺寸，包括，但不局限于，2048×384或者2048×768像素也可以在此使用。摄像机底座118包括内部视觉处理器和id(条形码)解码电路。可选地，所述摄像机可以将原始图像数据传送到一个远程互连的(有线或者无线)处理设备，比如具有网络连接的pc。在其中一个实施例中，视觉系统处理器13定位并解析id，并将数据供给输出id信息(块132)的解码处理设备。通过使用有线或者无线连接将数据传送给处理设备和/或程序，比如标签打印机、警报器或者门禁系统，基于包含在所述id中的信息控制输送对象的移动。

成像的场景可由可接受的一个或者多个照明单元所照亮。如图所示，使用支架(未显示)或者其它类型的安装结构将示例性的发光器144安装在场景上方。所述一个或者多个发光器可与阅读器总成110分开安装，如图所示，和/或作为所述总成的一部分(例如作为环绕fove的环状发光器)。发光器在工作时与照明控制器想连接，并可被id阅读器总成110(例如摄像机底座处理器)或者其它处理器(比如pc接口)所触发。

镜头120可以是任何可接受的镜头类型，比如固定放大倍率的或者可变放大倍率(变焦)的镜头。镜头接口可以是传统的c型接口、f型接口，等等，或者是定制的接口，又或者是定焦镜头。可选的镜头类型，比如液体镜头也可以于此使用。镜头120被放置于从视野扩展器(fove)140处接收光线的位置，所述fove通过使用说明性的l形支架142相对于镜头总成114固定安装，其中所述l形支架142为框架116的前面部分。多个框架总成可被用于物理上连接摄像机总成114和fove140。在另一个实施例中，fove可一体地附加到摄像机底座上和/或镜头上，这就界定了一个整体。摄像机和fove通过使用支架结构(未显示)得以安装，比如使用顶支架，这样场景得以适当地成像，用于扫描操作。如图所示，当摄像机总成和fove得以典型地固定，而且对象移动穿过相关场景时，可很清楚地预见到，对象或者目标被固定，并且所述摄像机总成和fove可在合适的轨道或者其它结构上移动。因此，如在此概括地定义的，具有fove的摄像机总成以及一个或者多个对象处于互相的“相对”移动中。

举例来说，对象150，由具有多个位于横过对象150的宽度的离散位置上的id(例如，一维条形码)152、154、156和158的盒子所表示。对象150在输送带156上相对fove产生的视野158移动(双箭头156)。视野158被设置为覆盖输送带112的宽度fovw和/或对象150。类似地，视野的高度fovh被设置为对被期望含有id的对象的区域进行成像。当横过线路宽度的单个对象被说明性地显示时，术语“对象”可应用在更广泛的范围内，其可包括多个并排横过线路的宽度布置的对象。类似地，对象可以是一个较长的、沿其具有多个id或者其它有用特征的结构(例如，网)。

在不同的实施例中，人们期望界定视野，这样高度就会小于宽度，并且更常见地，在一个典型的2048×768像素传感器中提供的高度被进一步减小。通过这种方式，任意进入视野中的id会驻留在最低数量的图像帧中，减少了在输出数据中重复包含对象的可能性。说明性地，如果传感器定义了2048×384个像素或者2048×758个像素(在较低的帧率上)而不是标准的1024×768，某些时候id阅读器应用可以得到更加高效地实施。就是说，提供n倍作为宽度并说明性地n份之一作为高度的传感器，作为一个标准单元，是值得期待的。这样一个结构在横过输送机112的已知宽度方向上读取一维条形码152、154、156和158时是尤其有用，如图1所述。根据此处多个不同的实施例，通过使用fove，具有近似正方形纵横比的传感器可被修改成为一个“虚拟传感器”，其可以更宽并可能更窄(但具有相同的总像素数量)，这样一个穿过视野的宽但窄的条带得以成像。根据于此的多个实施例，基于所述结构和fove的功能，在与未修改的、不带有fove的传感器相比较时，此条带以避免了对象的每一单元区域上的分辨率损失的方式成像。

更具体地，如图1所示，此说明性实施例中的fove140的效果在于提供了两个描述了的视野160和162，通过其足够的高度覆盖了对象150和/或输送带112的宽度，以在给定的获得的图像帧中对id(条形码)完全成像。重叠区域or是可变的并保证了最大的期望特征处于所述定义了的视野160、162中的一个或者两个内。在这个例子中，重叠区域or的尺寸比最大id(例如条形码)大，以对此特征完全成像。

参见图1a，fove140的内部结构和示例性的视觉系统摄像机总成110在其横截面上得以显示。摄像机底座118包括与镜头120和fove140光通信的传感器166。所述传感器与板载或者远程处理组件(未显示)互连，如前所述。在一个说明性的实施例中，摄像机底座118的后面板167包括多个不同的接口控制器和连接器。

在此实施例中，fove140由外部壳体168构成，说明性地，其由合适的材料构成，比如聚合物或者复合材料。它可以包括多种不同的肋条(例如，横肋169)，加固并减轻壳体168的重量。透明窗170覆盖并密封壳体的后光圈170以允许光线进入镜头。壳体的前端被前透明窗172所覆盖，所述前透明窗被前边框174所固定。壳体包住支撑板总成176，所述支撑板总成沿着壳体的底侧延伸并含有加强直板，所述加强直板围绕光圈171(允许光线从其中穿过)固定在壳体的背面上。

再参见图2-4，反光镜的布置和功能得到进一步的描述。支撑板总成176固定了一对相对的、朝外部延伸的反光镜210和212，每一反光镜分别从靠近后光圈的每一侧的位置226和218向壳体(图1和1a中的168)的各个侧边缘延伸。同样地，两个垂直堆叠的、交叉内部反光镜220和222驻留在与光轴oa对中的接口(图1a的180)上。说明性地，内部反光镜的交叉线310(图3)沿着轴oa设置。如下所述，反光镜具有垂直倾斜角，这样交叉的“线”为一个通常/近似地垂直的并通常/近似地围绕轴oa驻留的大概区域。还需注意，如在此使用的有关方向和朝向的不同术语，比如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底”、“顶”、“侧”、“前”、“后”、“左”、“右”等等，仅用作于相对的常规描述，而不是作为相对于固定坐标(比如重力方向)的绝对方向性描述。

在此实施例中，外部反光镜210和212被指向接收穿过前窗口(图1a中的172)的、来自场景中的光线。在此实施例中，它们均相对于图3中的线(平行于轴oa的虚线330和332)成各自的锐角aom1和aom2布置，其中所述线在至传感器平面给定的焦距fd上生成了需要的、扩展的、重叠的视野(也可参见图4)。如图4所示，交叉的内部反光镜220和222定义上实质上的“分光器”，其反射来自外部反光镜210和212的光线至重叠的楔形区域(截头锥体)410，所述楔形区域与镜头和摄像机的轴oa对齐并大体上垂直于传感器图像平面。保证从每个视野中接收的光线到达传感器时相对地避免变形，是非常必要的。也就是说，以某一角度到达传感器的光线会提供难以分析和解码的失真图像。

为在镜头和传感器中提供轴向对齐的图像，交叉的内部反光镜220和222各自相对轴oa反向地成角度acm1和acm2布置.在一个说明性的实施例中，aom1和aom2处于大概为45到75度的范围内，一般为68度，而acm1和acm2则处于大概为45到75度的范围内，一般为68度。这样，在一个实施例中，分光器的交叉的内部反光镜大体上定义了相对于光轴相等但反向的角度。另外，在一个说明性的实施例中(参见图2)，外部反光镜210、212各自具有40到120毫米之间的水平长度oml，一般为84毫米，并具有20到50毫米之间的垂直高度omh，一般为33毫米。同样地，说明性地，交叉的内部反光镜220、222具有30到60毫米之间的水平长度cml，一般为53毫米，并具有10到25毫米之间的垂直高度cmh，一般为21毫米。在一个说明性的实施例中，外部反光镜210、212的总水平跨度oms(参见图3)大约为235毫米，而且在每一各自的外部和相关内部反光镜表面(即210和220；212和222)之间的间隔大概为100毫米。基于以上尺寸并通过在所选镜头中进行适当的焦距调整，可在大约为700毫米的焦距fd上得到大约为381毫米(15英寸)的总扩展视野fovw。

当在一个说明性的实施例中提供了前述的角度和尺寸时，这些仅是例子，而且也可以实现更宽或者更窄的视野。同样地，根据本领域的专业知识，所述尺寸可以是多变的以实现类似的效果，所述尺寸可以是相对轴oa对称的(例如，相等的反向角度和/或相等的尺寸)或者非对称的(力图，不相等的反向角度和/或不相等的尺寸)。举例来说，任意反光镜的尺寸可以被增加或者减少，而且它们相对轴oa的角度视情况而定可以是多变的。另外，所述反光镜可以由任意可接受的、产生所需光学效果的镜面反射材料制成。举例来说，可以采用镀银玻璃反光镜或者等同的聚合物。其它镜面反射材料，比如高度抛光的或者具有镀层的金属也可被使用。

参见图4的前视图，外部反光镜210和212互相并相对壳体的总高度(见图1a)垂直偏移定位。通过这种方式，每一个反光镜210、212更垂直地和与其相关的内部反光镜220、222对齐。在一个说明性的实施例中，较高的外部反光镜210的底边缘430和较低的外部反光镜212的上边缘432之间的偏移距离odm大约为16毫米。部分依赖于外部反光镜和fove壳体的总高度，此尺寸在可选的实施例中是可变的。

再参见图1a,较高的内部反光镜220定义了偏离垂直线的倾斜(即偏离垂直于轴oa的垂直线，见虚线180)，使此反光镜220相对于轴oa略微向下和向内倾斜。此倾斜由一个锐角(略微非垂直的)atm1所代表，此角度在一个说明性的实施例中大约为88度(更具体地为87.9度)。反光镜的整体几何结构将两个并排的重叠视野分解为一对轻微重叠的条带，作为一对堆叠的视野被镜头和传感器所接收。如前所述，所述堆叠的图像基本在轴向上沿着水平面与光轴oa对齐，并与垂直面略微成一角度(因为交叉反光镜的倾斜)，带来了相对无畸变的图像。

在一个说明性的实施例中，根据以上所述的典型的几何结构和尺寸，fove的反光镜通常是旋转地相对光轴oa对称布置。

现在参考图5-7，所述附图显示了基于根据所述说明性实施例的fove的光学光学结构产生的、由传感器接收的图像。如图5所示，产生的图像500，其中由标尺510所表示的视野的总宽度包括构成了右侧(英寸刻度1-9)的顶部520以及构成左侧(英寸刻度6-14)的底部。狭窄的混合水平分界线(在虚线540的区域中)在图像条带520和530之间得以描绘。这是个很小的、沿着垂直方向的光学重叠区域，部分基于轿车反光镜220、222的垂直倾斜程度，此区域在尺寸上可变的。如图所示，上部图像条带520在其全视野中包括了id550。同样地，下部图像条带530在其全视野中也包括了单独的id552。在宽视野中提供的这两个id具有被有效地成像，而且总高度尺寸被减少以最小化高度方向上的额外信息，同时仍然能够提供足够的空间以对id进行完全成像。如前所述，这缩窄了的高度可以用来减少能够捕获相同id图像的图像帧的数量，以此减少对相同对象进行双重读取的风险。

所述水平重叠分别由上部和下部图像条带520和530中的英寸刻度6-9所表示。这个距离(大约3-4英寸)足够保证具有一定尺寸的居中的id(例如，2-3英寸)能被图像条带520、530中的至少一个所捕获。驻留在每一条带的重叠区域中的居中id610的一个实例在图6的图表600中得以显示。此id610与图1中的id158的位置类似。在图6的图标中，id610位于上部条带620的左手侧的重叠区域622内。同样地，在下部条带632中，居中的id610位于右手侧的重叠区域632。如前所述，此区域保证了id完全落入两个条带中的至少一个中，以此保证视觉系统的正识别。

简单地说，图示出了一种如前所述的传统摄像机传感器166。传输自fove的光线到达传感器，通过镜头以此定义前述的上部条带710和下部条带720，其中右侧被辐射到上部条带上以被其各自的像素所捕获，同时左侧被辐射到下部条带上以被其各自的像素所捕获。一个相对较窄的垂直重叠带可在条带边界730上被界定，左、右视野均被放置在其上。此信息可被视觉系统程序所丢弃。可选地，反光镜的光学器件可被设置为定义位于数行像素上的一个暗带，以避免混淆。更普遍地，fove允许一个带有m(宽度)×n(高度)像素阵列的传感器作为较窄的、在成像区域内没有分辨率损失的2m×n/2传感器工作。

现在参见图8，根据一个说明性的实施例，其描述了一个基本的程序800，使用带有fove的视觉系统对穿过扩展的宽度的id(或者其它有用特征)进行查找和解码。在每一图像帧中(依赖于摄像机的帧率)，系统获取包括上部条带和下部条带的图像帧(步骤810)。虽然未显示，可基于存在的传感器(例如，光电探测器、线性编码器或者基于视觉系统的探测器)触发所述图像获取，其中所述传感器在对象进入视觉系统的视野时感知并进行计算。此时，系统开始获取对象的图像帧。每一获取的图像然后被送至id特征搜索和分析步骤820。此步骤搜索整个图像，不考虑图像对于id类特征的条状本性，并返回可能的候选者以进行下一步处理，直到为下一步骤中的解码处理提供具有适度高可信度的特征。针对图像数据的id特征搜索/分析以及解码应用软件(即含有程序指令的非瞬态计算机可读媒介的软件和/或硬件)可以是任意可接受的id特征搜索、分析和/或解码应用软件。对id候选者的搜索也可以被单独的解码程序或者处理器所处理(例如被一个解码dsp所处理)。明显地，因为通过重叠区域适当地划分的视野，可在其没有“缝合”部分的情况下对图像进行处理，以此提供完整的id。当然，完整的id被期望驻留在整个图像的某些部分中，并可通过直接搜索图像定位。

如前所述，市场上可以买到的各种各样的软件和/或硬件系统均可被用于对图像中的id和其它有用特征进行搜索、分析和解码，举例来说，这样的系统可从cognexcorporationofnatick,ma中得到。如在此所用的术语“处理”和“处理器”应被从一个较宽的范围上理解，包括各种各样的基于硬件和软件的功能和组件。另外，前述的程序或处理器可与其它程和/序或处理器合并，或分解为不同的子程序或者子处理器。这样的子程序和/或子处理器可各不相同地合并，根据在此提供的不同实施例。同样地，此中的任何功能、程序和/或处理器可以通过使用含有程序指令的非瞬态计算机可读媒介的电子硬件、软件或者软硬件的结合得以实施。

在程序800中，如果搜索步骤820在获取的图像帧中没有找到id，整个程序800通过决策步骤830返回以在步骤810中等待下一获取的图像帧。相反地，如果在图像帧中定位了任意id，决策步骤830分支以执行进一步的步骤。可选的决策步骤840可以确定同样的id是否均存在于(完全地)上部和下部重叠区域内。如果是，其则过滤数据以仅允许所述id一个实体通过，以加快处理(步骤850)。

一旦id数据被定位并被传到进一步的处理中(这可被下游的硬件和/或应用程序所执行)，程序800从分支回到步骤810以等待下一组图像数据进行搜索和分析(分支)。可选地，如虚线854和856所描述，分支返回到步骤810可在处理中的晚些时候出现。

在提供id数据之后，程序800然后在步骤860使用传统或者定制的程序对定位的id进行解码。解码的数据然后被输出存储和/或被步骤870中进一步的处理程序所使用。

在某一应用中，需要增加视野的宽度，甚至不会损失成像区域内的分辨率。如图9所示，结构900允许对较宽的线路910进行成像，并且不会损失成像区域内的分辨率。在这个实施例中，两个视觉系统摄像机总成920和922在各自的光轴oa1和oa2之间的一个合适的宽度间隔cws上并排设置。每一摄像机总成920、922均包括各自的fove930、932，其中根据图1-4a所述的实施例构造和设置所述fove。每一摄像机总成920、922以及各自的fove930、932安装在一个合适的支架总成(未显示)上。fove930界定了一个扩宽了的、具有左视野940和右视野942的视野，如前所述，所述视野作为一对堆叠的条带出现在摄像机传感器中。所述两个视野940和942包括一个重叠区域or1，以保证其中最大的有用特征都被包括在内。同样地，相邻的fove932界定了一个扩宽了的、具有左视野950和右视野952的视野，如前所述，所述视野作为一对堆叠的条带出现在摄像机传感器中。所述两个视野950和952包括了一个，具有合适尺寸的重叠区域or2，以保证其中最大的有用特征都被包括在内。摄像机920和922之间的间隔cws被选为产生一个具有合适尺寸的第三重叠区域or3，以保证最大的有用特征完全驻留在至少一个相邻的、摄像机920、922各自的视野942、950中。

有多种方法可以搜索和分析接收的两个摄像机的图像数据。通常来说，可在与摄像机中的一个相关的(或者有效连接的)处理器内使用摄像机(在市场上可以买到的多种多样的摄像机单元，比如由cognexcorporation生产的某一摄像机单元)之间的主-从互连970执行程序800。在这样的一个结构中，在主(m)和从(s)摄像机中均获取并发的图像帧由主(摄像机920，在此指定为m)摄像机触发，并在主摄像机的控制下处理图像数据。在另外一个结构中，处理器和主、从摄像机均可在运行时定位并分析id或者其它有用特征。一个或者全部摄像机可用于输出产生的数据(块980)，如前所述。

ii.4-fov，8-反光镜fove

在另一个实施例中，比通过图1-4a的fov所获得的视野更宽的视野可通过使用图10的结构1000中的单个摄像机总成1010得以实现。如图所示，fove1020(为清楚起见，壳体被移除)包括4个离散的外部反光镜，在光轴oa1a1030、1032和1034的每一侧上定位有两个。每一反光镜均相对光轴成一离散角度布置，最外侧的反光镜对1030和1034具有比最内侧的反光镜对1032和1036小的角度。外部反光镜1030,1032,1034和1036中每一个的相对角度均是高度可变的，并且通常被构造和设置为分别定义了4个跨越扩展的视野fovw1的宽度的视野1050,1052,1054和1056。出于以上原因，相邻的视野具有适当的重叠区域尺寸。就是说，相邻的视野1050和1052界定了重叠区域or1a，视野1052和1056界定了重叠区域or2a，而视野1056和1054界定了重叠区域or3a。外部反光镜相对光轴oa1a垂直地位于校高或者较低的位置上。它们从场景中反射光线至“分光器”中，所述分光器包括4个堆叠的、成角度布置的并垂直倾斜的反光镜，所述反光镜的布置与图1-4a中所述的fove的布置相类似。基于摄像机的传感器1010，产生的分割图像提供了4个堆叠的条带。在一个实施例中，所述条带将m×n传感器的图像分割为一个4m×n/4的宽图像。期望地，所述外部反光镜和分光器反光镜的布置允许每一图像条带大体上与光轴对齐(沿着水平面)，以获得最小化的图像失真。

只要线路速度足够低和/或摄像机的帧率足够高至保证能够在扩展的视野的相对窄-高的条带中获得相对完整的id或者其它有用特征，这个方法是行之有效的。

iii.移动的反光镜fove

在另外一个实施例中可以使用移动的、与摄像机总成光学连接的反光镜结构实现fove。如图11的原理图所示，可以使用一个多边形的、旋转的(弯曲的箭头1112)反光镜1110提供一系列的、穿过对象宽度的全分辨率图像，其中所述对象具有比摄像机总成1120的原始视野宽的轮廓。所述旋转沿着通常垂直于穿过光轴oab的视野的水平面的轴1116旋转。多边形反光镜上的每一反光表面通常(但不是必须的)大体上垂直于水平面并平行于反光镜旋转1116的轴线。一般来说，一系列的图像1130、1132、1134在一系列待采集的、着眼于场景总宽度的邻近区域的图像(举例来说)中获得。一般来说，在具有合适的配置的马达控制电路1160的控制下，帧率信息1140从摄像机总成中传输到反光镜驱动马达1150的同步运行中。举例来说，步进马达可被用于精确地经过一系列位置，在所述位置上在合适的角度上定位有每一反光镜表面1180以将光学对准的(即与摄像机光轴oa1b对准)、所述宽度的一部分的图像反射。在一个实施例中，反光镜具有正多边形的形状，并且基于每一图像帧的获取，每一表面的角定位(角arm)是可变的以获得横过场景宽度的一系列图像。换句话说，在38度的相对角arm上获得帧1，在45度的相对角上获得帧2，并在52度的相对角arm上获得帧3。在另外一个实施例中，多边形是不规则的，并且马达步进在规则的角度间隔上停止，与帧率同步，因此马达的每一步进均可使多边形相对于光轴稍微多露出一个角度。此同步本质上按顺序生成了可变角定向的近似恒定的图案。每一图像能够沿着与另一图像相邻的边缘界定一个合适的重叠区域，此重叠区域在宽度方向上的尺寸足够保证id或者其它有用特征完全驻留在所述图像中的一个的重叠区域内。视野的总宽度是高度可变的。可独立地对每一图像进行id或者其它有用特征搜索和分析，而不需考虑接下来的其它图像(即无需缝合整个图像)。在id保持在至少一个图像的高度范围内时，只要能对对象的全宽度进行成像，这样，对象在驱动方向上的移动就不会影响系统解析id的能力。在另外一个实施例中，当帧率足够高时，反光镜能够略微与帧率异步，在一些不同朝向上的一较大的图像序列可在一个可能的随机序列中获取。在任意实施例中，边界能够限制最大视野至所需的宽度，因此只有来自定义的视野中的对象的光线能够到达摄像机。

在另外一个实施例中，往复偏转反射镜(未显示)能够作为“移动的”反光镜使用。所述往复偏转反射镜可以是个在相对摄像机光轴的不同角方向之间移动微小的反光镜，这样可对整个视野的不同部分进行成像。反光镜的移动可以与对象同步或者异步。

iv.fove额外特征

以上所述的多种不同的视觉系统和fove(图1)结合图2得以显示。此视觉系统1200包括具有可接受尺寸、形状、镜头布置和性能特性的摄像机总成。在一个实施例中，利用有用的背景信息，一种摄像机总成在laurensnunnink等人在同一日申请的，申请号为13/645,173，名为具有多核处理器的符号阅读器(symbologyreaderwithmulti-coreprocessor)的共同受让的专利申请，以及在mariojoussen等人在同一日申请的，申请号为13/645,213，名为使用多核处理器操作符号阅读器的系统和方法(systemandmethodforoperatingasymbologyreaderwithmulti-coreprocessor)的共同受让的专利申请中得到显示和描述，所述专利申请的公开内容在此通过引用全文并入。此摄像机总成1210可选地采用了基于市面上可以买到的液体镜头组件的自动对焦镜头。所述镜头总成在下文中会得到进一步的描述。

说明性地，摄像机通过将fove与摄像机总成的光轴对齐的中间联接总成1214附加到fove总成1212上。联接总成1214包括由坚固材料(比如铝合金)制成的l形支架1220。支架1220包括使用(举例来说)旋入摄像机总成1210的正面1224上的螺纹孔内的螺纹紧固件(会在下文中得到详述)与摄像机啮合的垂直面1222。螺母或者间隔器(垫片)用于从摄像机正面将垂直面1222隔开一个需要的间隔距离。支架1220的垂直面1222由紧固件(图13中的1310)固定到4个金属(例如，铝或者复合材料)支柱1226上，所述支柱从垂直面1222延伸至fove壳体1230的后端。这些支柱通过螺纹紧固件(未显示，其穿过壳体尾部的内壁)到壳体上。联结器1214因此在摄像机总成1210和fove1212之间沿着摄像机光轴ca提供刚性的对齐。

除了提供刚性的、开放式的框架结构外，支柱1226允许在长度上具有数个厘米(例如，大约4-5厘米)的间隙，以使用镜头罩总成1240。此长度长于标准的c型镜头。所述罩总成由铝或者聚合物管所制成，并作为覆盖下方的镜头总成使用，防止灰尘和其它环境污染物。这提供了在fove1212的前透明窗1242和摄像头支持1210的正面1224之间的全密封的光路系统。所述罩在与支架立面1222密封啮合的位置和fove壳体1230的后部上的后法兰1250之间移动(见双箭头1244)。筒形罩1240包括其每一端上的密封圈(例如，带润滑的天然橡胶o型环)，每一密封圈分别密封了立面1222和法兰1250中形成的端口的内周。罩总成1240附加到固定在罩的周边的滑块1260上。滑块1260包括两个相对的套管(由低摩擦材料制成，比如铁氟龙或者迭尔林)，其允许所述罩总成沿支柱灵活并准确地移动。在工作中，罩总成1240可以移出至所描述的被密封和覆盖的结构之外的一个其缩入到fove壳体尾端之内的位置，据此露出下方的摄像机镜头总成(具有小于所述罩的内径的直径)。当滑开镜头罩露出镜头滞后，可通过移动其上的常见调节环对镜头的焦距、光圈等进行调整。在一个实施例中，所述罩被构造成覆盖c型或者更小的镜头，但也可以使用具有适当尺寸的镜头罩1240容纳其它类型的镜头。

作为一个选择，支架1220还包括适用于固定向前延伸的支架1272的底板1270。此支架使用不同的连接方法，包括夹子、紧固件及其它类似物，使(举例来说)条状发光器1274的可拆除安装成为可能。一个或者多个发光器1274与摄像机总成或者外部设备上触发的电源电气连接。

具体参见图13，不同的(较小的)摄像机总成1320安装在厘米1222上，此摄像机总成采用适当的安装紧固件和对应的孔(未显示)以与联结器1214连接。另外，此图还示出了在壳体1230的背侧的一系列交叉肋条1330(在上文中也得到描述)。这些肋条1330位于壳体1230的每一侧上的凹槽内。所述肋条的高度在大约1和4厘米之间，厚度大约在2-5毫米之间。这些肋条1330支撑每一具有角度的反光镜支撑表面1340和1350。通过这种方式，反光镜附加到每一表面1340、1350的内面，保持一个相对摄像机轴的相对稳定的复合倾斜(示例性的倾斜几何结构在上文已经得到描述，比如参见图3)。留意一点，壳体由统一的、在可靠、稳定的材料上采用模塑成型技术(比如注射成型)组件构成，比如采用市面可以买到的玻璃树脂材料。特别地，因为在成型过程中具有低收缩率，此材料最小化了尺寸公差。通过进入一系列底座1362中的紧固件连接壳体的前边缘1360。一系列统一的加强肋条从每一底座1362(或者另外一个位置)沿着壳体1230的顶部(以及底部，未显示)向后延伸。为提供进一步的强度，其它类型的模塑造型和结构也可以用于构成壳体的内部和外部，以实现期望的结构和美学上的效果。

v.90度fove

参见图14-20，其详细描述了于此期望的用于视觉系统中的fove的另外一个实施例。在不同的应用中其被期望能提供一个较宽的视野。这样，当图1和12所述的fove适用于在大概15英寸范围内的视野，其还经常被期望还能对较宽的场景(例如，大约25英寸)进行成像。另外，在某些应用中，空间被进一步限制，这就期望能使用长而宽的fove附属件，举例来说，在对传输线上的盒子一侧成像时。这样，旋转光路使使视野相对摄像机总成和相关fove的拉伸长度成直角的能力是非常有利的。尤其是，这可允许摄像机总成和fove在长度方向上沿着输送线的移动方向延伸，以占用较少的横向空间。

详细参见图14，根据此说明性实施例，视觉系统1400使用摄像机总成1210(如前所述)以及fove1410。所述fove1410包括反光镜外壳1420、延长管1430以及联结器1440，其中联结器1440与以上所述的联结器1214类似。如图所示的摄像机总成旋转相对以上所述的实施例旋转90度角(如弯曲的箭头r所示)。另外，fove1410的反光镜布置的朝向设置为令视野相对垂直穿过摄像机轴oa3并平行于水平面的轴ap旋转90度(见弯曲的箭头or)。也就是说，如图所示，摄像机轴oa3与所述平面(如前所述)成像场景1450平行，并且fove的视角被垂直导向到所述场景上。可以预见的是，在可选的实施例中，摄像机轴可以非平行于场景，并且视角离开垂线。如图所示，此实施例提供了一对重叠的视野1452和1454。重叠程度(ol)可以是多变的，如下文所述。

参见图15，fove1410中的反光镜结构1520的几何形状得到进一步详细较介绍。反光镜结构1510包括一对成角度布置的外侧反光镜1520和1522，其相对水平面hp(平行于摄像机轴oa3)成锐角am1。在一个实施例中此角度大约为45度。这样，光线被每一反光镜1520、1522从底下的视野的一部分中分别反射至近似垂直布置的一对内侧反光镜1530、1532中。这些反光镜定义了一个具有垂直朝向的v字形状的、居中穿过轴oa3的“分光器”，如图所示。它们中每一个均位于通常垂直于水平面hp的交叉面内。它们互相成大约为90度的角度am2设置，如图所示，并关于轴oa3居中设置(即每一垂直反光镜相对于相关的外侧反光镜成45度角设置)。在一个说明性的实施例中，外侧反光镜1520、1522具有大约45毫米的高度hm1以及大约为192毫米的长度lm1，但这些尺寸在不同实施例中是高度可变的。同样地，每一内侧反光镜1530、1532均具有大约为36毫米的宽度hm2以及大约为100毫米的长度lm2。再次，所述尺寸在可选实施例中是高度可变的。反光镜外壳的总长度大约为25英寸。

如图15所示，反光镜1520,1522,1530和1532从场景(视野1542和1454)中反射光线到两个各自的90度旋转的、水平堆叠的条带1542和1544中。这些堆叠的条带1542、1544被投射到如图所示的摄像机成像器1540中。所述反光镜的几何形状生成条带的水平堆叠，而不是如以上实施例(图1和图2)所述的垂直堆叠。这样，适当地布置成像器相对条带的朝向(并提供在成像器汇总提供条带的垂直堆叠)，摄像机总成相对于轴oa3旋转90度(如图14中的弯曲箭头所示)。旋转的方向可以是顺时针或者逆时针。在可选的实施例中，摄像机总成免于旋转，并且条带在水平堆叠中被投射，视觉系统和解码程序适用于在这样的实施例中在这样的水平堆叠上运行。

具有如上所述的fove反光镜结构运行的常见设置后，fove1410的构成得到进一步的详细介绍。参见图16-17，视觉系统1400中的fove1410的整个结构的进一步的内部和外部细节得以介绍。如图16所示，fove反光镜外壳1420包括覆盖外侧反光镜1520、1522的底窗1610。说明性地，反光镜外壳1420由金属(如铝合金)挤出成型工艺制成，或者由其它可接受的金属(如聚合物、防复合材料等等)制成。外壳1420的横截面定义了一个具有稍微鼓起正面1620的近似矩形“管”，这主要是出于美观的目的。铝提供了足够的强度和稳定性，以保持反光镜固定对齐并附加到摄像机总成上。挤出成型的外壳1420还提供了全长度的、分别沿(至少)正面1620和顶部1622延伸的键槽插槽1630、1640。这些键槽插槽1630、1640允许了附件的附加连接，比如一个或者多个发光器(例如以上所述的条状发光器)的连接。所述插槽还使固定外壳到一个安装支架或者其它支撑件上成为可能。一个或者多个具有合适尺寸和形状的有膨胀头的锚杆或者螺栓能进入插槽中以方便连接。可选地，t字形导轨也能进入所述插槽中。

如下文的进一步描述，反光镜1520、1522、1530、1532安装在反光镜安装板1720上(图17)，所述安装板由螺纹紧固件固定在外壳1420的背面。可选的附加方法(例如，粘接、夹接等等)均是可以预见的。通过在共用的反光镜安装板1720上设置反光镜以及与它们相关的支架(如下所述)，其可在外部装配然后滑入管状外壳1420中完成装配。所述外壳包括一对允许光线进入反光镜1520和1522的接口1660和1662。所述接口可通过多种方式(例如，机车、激光切割、冲孔等等)在挤出成型的原始为固态的底壁上形成。接口1660和1662被边缘部分1672从端部上分隔开，同时也通过中心的桥接部分1670互相隔开。中心的桥接部分位于垂直的v字形内侧反光镜总成(1530、1532)之下，这样，避免了与场景视野的干涉。反光镜外壳1420相反的两端均被装有衬垫的、由金属(比如，钢、铝合金等等)或者聚合物或者合成材料制成的端盖板1680、1682所覆盖。盖板1680、1682由旋入在挤出成型的护角条1686上形成的孔中的紧固件1684可拆除地固定到位。这些护角条1686还用于加强外壳侧面之间的统一接头。注意到，每一键槽插槽1630、1640的轮廓由盖板1680、1682的周界所构成，因此在安装有盖板时一个物件能滑动打开或者关闭所述外壳。

延长管1430被设置于(结合联结器1440)提供足够的到所述摄像机操作的焦距(参见光线1730)。此管1430也包括一个通常由铝合金制成的挤出部。与反光镜外壳1420相类似，使用其它材料制成此组件也是尅预见的。延长管140的每一端都通过螺纹紧固件固定到转接板1740、1742上。在每一转接板和与其面对的延长管的一端之间可设置o型环实现密封。转接板1740因此被从延长管1430内部穿入外壳1420中的螺纹孔中的紧固件所固定。转接板1740、外壳1420和反光镜在安装板中的每一个均定义了对齐了的中心孔1750，所述中心孔在尺寸上足够允许反射自反光镜的光线从中无障碍地经过。毗邻联结器1440的相对的延长管转接板1742，也通过紧固件固定在延长管的端部上，并包括三文治型的o型环密封。此板固定到联结器1440中的支柱1690，在延长管1430和摄像机总成1210之间提供支撑。参照提供更多细节的图18，支柱1690通过驻留在延长管内部的螺纹紧固件1810固定在转接板1742上。支柱1690可移动地(见双箭头1820)支撑连接滑动镜头罩1692的滑块1692。o型环1830、1832内嵌在转接板1742的内圈与相对的l形支架1696的立面1695中。此支架1695有助于，通常通过附加到水平面1698上的紧固件，支撑整个总成到安装支架上。支架1696通过其立面1695提供了摄像机总成1210和fove1410之间的共用连接。如前所述，镜头罩1692可以向前方滑出所述密封的位置以露出镜头1697(作为一个示例性的镜头类型以虚位显示)。立面1695由定义中心孔1842的止推肩1840构成。此止推肩防止镜头罩在密封啮合后进一步朝向摄像机总成的向前移动。同时也在镜头罩的前端设置有后挡1844，以与转接板1742的内面相啮合。镜头罩的向前滑动经过其进入延长管1430的，直到所述滑块与转接板1742的外壁相啮合。这为对镜头1697的使用提供了足够的空间，用于镜头调节和/或维修。支架的立面1695使用紧固件以先前所描述的方式附加到摄像机总成上，所述紧固件与摄像机的正面上的螺孔相啮合，并且其中的螺母和/或垫片提供了适当的间隙。

说明性地，联结器1440与先前所述的联结器1214(图12和13)在尺寸、外形和构成上类似或者相同。总的来说，延长管1430和联结器1440定义了大约为254毫米的长度lec。这基于需要的分辨率提供了宽度上大约为25英寸的有用视野。

参见图19和20，fove1410的构成得以显示和描述。具有窗口1662的反光镜外壳1420与转接板1740通过紧固件1912相连接。转接板1740通过紧固件1914与挤出成型的延长管140的面对转接板的一端连接，以在中间压缩o型环。作为一个选择，一组铭牌或者其它类型的信息贴纸1920设置在延长管1430的侧壁上。通过紧固件1921，延长管1430的另外一端固定在转接板172面对延长管的表面上，并且夹住o型环1922构成一个三文治结构。支柱1690通过前述的紧固件1810固定到转接板1742上。剩下的连接组件如前所述，使用紧固件1930将支柱1690连接到支架1696的立面1695上。紧固件1940，结合垫圈1950和螺母1699，固定支架的立面1695到摄像机总成1210上。

在图20中，反光镜外壳得以显示，其中反光镜安装板1720被移除。在至少一个盖板(例如，板1682)被移去时，其可滑进和滑出外壳的内部。垫片2010用于密封外壳和盖板之间的连接。说明性地，安装板1720被穿过外壳1420的后侧并旋入安装板1720的螺纹孔内的紧固件1970(图19)固定在外壳内。安装板支撑l形支架2020和2022，而所述l形支架分别支撑外侧反光镜1520和1522。内部三角形支架这些2030附加到安装板1720上，悬挂在中心孔1750之上。其以传输反射自外部反光镜1520和1522的光线(分别)通过中心孔1750的方式支撑所述两个外侧反光镜1530和1532。中心孔1750具有可以容纳反光镜垂直布置的长度的细长的纵横比。

作为一个选择，此实施例或者其它实施例的fove，适用于协助镜头的自动对焦操作，其中镜头1697基于液体镜头或者其它不同的原理。这样一种自动对焦的进攻图可以与(举例来说)摄像机最差的正面上的接口通过线缆1980连接(见图19)，其中线缆基于对焦控制程序1982对镜头供电。这样一种对焦控制程序可以已知的方式(比如，确定图像边缘的锐度并进行调节直至实现最优的锐度)运行。在校准和对焦操作中，可在已知的焦距上获得对象或者其它基准点(例如，交错式或者其它可识别的离散图案)的图像。这可为镜头提供基础焦距。如图16和17所示，较小的基准点可施加到位于接近图像边缘的位置上的fove上的已知位置上，其中产生的对运行时间内的图像获取的干涉较少。这样，图中所显示的不同的可选基准点位置包括fove窗口1610(基准点f1)、外侧反光镜(基准点f2)和/或内侧反光镜(基准点f3)。沿着光路的其它位置可具有适当的标记或者基准点。基准点可被放置在图像的非核心位置或者，或者在图像中被设置为位于只在某一照射(例如，近红外)下才可见的波长上，此照射与运行时间内的图像波长不同。对焦程序可使用不同的方法识别运行期间成像的基准点。

根据此处不同的实施例，可结合所述系统和fove使用的一种快速操作液体镜头总成的一种方式为el-6-18-vis-ld薄膜底液体镜头，其可从瑞士的optotuneag处获得。除了高速操作之外，此镜头还定义，说明性地，一个6毫米的光圈，令其非常适合用于广角成像和高速操作。此可用的示例性镜头套装具有18×18.4×8.9(厚度)毫米的尺寸。控制电流在大约在0到200ma之间。响应时间通常小于2毫秒并且其校正时间通常小于10毫秒。在将此液体镜头整合到镜头总成之后，所述镜头总成在整体上提供了大约为20度的视野以及60毫米到无限远的焦距调节范围。在运行中，所述el-6-18-vis-ld为形变镜头。其包括注塑成型的、注有光学液体并由弹性聚合物膜密封的容器。镜头的挠曲与液体中压力成正比。所述el-6-18采用电磁致动器，对容器上压力施加影响。这样，镜头的焦距由通过致动器线圈的电流所控制。此焦距随着施加的电流减少而减少。图17a示意地描述了此液体镜头总成1692，其包括具有相关线缆1782的液体镜头单元1780。此线缆1782与镜头总成上的连接器相连接。还设有后镜头1784。摄像机安装底座(例如，c型安装底座)1786可拆除地与摄像机总成互连。

在此描述的不同的fove实施预见到在视野之间可容纳一完全的id的重叠的出现。然而，参见图21，也可以预见到，所述视觉处理可以包括一个缝合处理，在fove产生并在成像器内的全部图像帧2120内捕获的两个图像2110、2112中的每一个内搜索部分的特征(部分的符号或者代码)。图像2110和2112由缝合处理2130在整个视觉处理过程中处理，其在所述两个图像的每一个中搜索代码特征-通常在视野内分割每一个图像的边界上。所述缝合处理2130试图从部分的代码图像中装配(缝合)出一个单一代码。可选地，所述缝合处理试图单独解码两个部分的代码中的每一个并将它们装配到一起获得单一序列中的结果。在两个实例中，缝合的目的是从fove提供给成像器的两个(或者更多)图像中生成一组单一结果。对于本领域的技术人来说，多个执行从两个(或者多个)图像中缝合代码(一个/多个)数据的处理的实施例的采用是显而易见的。在一个可选的实施例中，因目标在输送带上经过场景，因此可在不同的获取时间上提供图像2110和2112-例如在一系列图像帧中。这在其中代码有点长并在多个捕获周期上经过视野的情况下是非常需要的。

图22显示了另外一个可选的机构，其中根据以上所述的图14的一对视觉系统1400安装在并排的结构中以允许对更宽视野的读取。在此实例中，所述两个fove1410安装在高架支柱2210(以虚位显示)上，其与每一fove外壳的顶部键槽插槽1640相啮合。每一斯通1400还包括附加到毗邻摄像机总成的支架1696(如上所述)上的后支柱(或者其它安装结构)2214。此结构提供了稳定的3点式安装结构。也可采用不同的可选安装结构，包括与其它键槽插槽(例如，前插槽1630)啮合的结构。联结器2216(以虚位显示)也可用于两个fove之间的互连。此联结器基于分开的fove之间的视野中需要的重叠，可以具有多种不同的宽度。说明性地，所述联结器可与键槽插槽1630、1640相啮合。当在图22中被显示为互相间隔开时，在多个不同实施例中，所述fove也可以是紧密对接到一起的。

如图所示，所述两个系统1400通过线缆或者其它类型的连接2220连接到一起，使图像捕获、照明、图像处理和其它功能的协同运行成为可能。可平行地在每一视觉处理器中(即在每一摄像机总成中)使用适当传递的信号执行所述处理，以在单元之间实现协同运行。可选地，每一系统1400的下前键槽插槽1630均包括一安装的条状发光器(也用虚位显示)。这些发光器可通过触发器/电源在一个相关联的系统摄像机总成上或者使用外部设备互连。所产生的额事业由4个重叠的视野2250、2252、2254和2256组成，具有重叠区域2260、2262和2264。可使用一个或者所有两个视觉处理器以及在摄像机总成之间合适的连接(2220)在中心重叠区域内2262内对特征进行读取。

另外一个可选的处理2300在图23中得到详细的介绍，其通过确定离散视野之间的重叠的尺寸实现对至对象或者场景的距离的测量。参见图14，至对象或者场景的距离ds是可变的，导致了视野1452和1454之间的重叠区域的宽度ol以及每一视野1452和1454中的对应的非重叠区域的宽度nol中的变量。使用直接线性计算(见下文)，基于测出的成像器中的重叠尺寸以及图像的总尺寸(步骤2310和2320)，所述视觉处理可计算出至对象的距离，并且如果需要获取可解码图像(步骤2330)的话，使用此距离调整焦距。对重叠的确定通过视觉处理提供了对沿着每一图像条带的宽度方向的点的确定，其中特征(反差)被复制。这可通过使用多个不同的传统图像匹配工具而得以实现。此方法伴随相对速度出现并且能采用子采样图像(即具有削弱或稀少的像素分辨率)(例如，使用全分辨率图像的向下采样)。

图14的结构中的重叠区域在虚线1462下方开始。在其上，视野被间隙gf所分割。从重叠区域的起点(线1462)处定义距离d，并在线1462上d＝0。重叠区域ol的宽度通过常数k与距离d成正比。这样：

ol＝k·d，以及

视野的非重叠区域nol还定义了在距离d>0时的恒定宽度。再参见图14a，图14的结构所产生的图像1460的布局得以详述。两个图像(部分的)视野ifov1和ifov2包括重叠区域1466。这样：

图像1460的重叠区域(1466)和非重叠区域(1468)之间的比率r(其中m为系统的光放大率，即m＝图像尺寸/对象尺寸)可被表达为：

r＝m·ol/m·nol＝k·d/nol。结果是：

d＝r·nol/k

只要从图像平面到线1462处的距离是已知的，值d就令对自动对焦操作中的焦距的确定成为可能。

在另外一个实施例中，可以预见的是，在每一部分的特征中的代码或者其它常见特征的相对位置可用于确定至对象的距离。就是说，因为特征的相对位置改变，即特征变得更近或者更远，此区别可被用于确定距离。通常说来，每一特征版本在相关的部分的图像中占用不同的位置。查找表或者其它计算方法能够将登记了的、部分图像之间的位置区别转化成距离值d。说明性的，图24显示了在至焦点2410和2412的距离d上的场景的两个(部分的)视野fov1和fov2。同样地，两个对应的(部分的)图像视野ifov1和ifov2在图24a中得到描述。特征fe(例如，可识别的代码)位于每一视野fov1和fov2中并在每一部分图像ifov1和ifov2中的一个相对位置上出现，在-1到1之间的任意宽度位置上出现，其中在每一部分图像的中心处为0。以下处理步骤使对距离d的确定称为可能：

1)系统在每一部分图像ifov1和ifov2中定位特征fe；

2)确定部分图像ifov1(-1<e1<1)的特征fe的相对位置，其中特征fe的宽度坐标w1可被定义为：

w1＝e1·tan(a/2)·d，其中角度a为摄像机镜头在宽度方向上的开放角度；

3)确定部分图像ifov2(-1<e2<1)的特征fe的相对位置，其中特征fe的宽度坐标w2可被定义为：

w2＝e2·tan(a/2)·d+h，其中h为每一部分视野oaf1和oaf2的光轴之间的距离；以及

4)距离d可从图像中计算出，如下所示：

d＝h/((e1-e2)·tan(a/2)).

通过提供距离值d并将此值发送到对应此距离的适当的对焦设置中，这使自动对焦镜头的调整成为可能。

留意，如图24所详细描述的，对于此实施例和其它实施例(比如，图1和图12)的说明性fove，每一部分视野(比如，fov1和fov2)的光轴(中心轴)作为系统的一个特性是平行的。另外，说明性的基于静态反光镜的fove，说明性地将每一部分视野的光路导过至少两个反光镜-总共采用4个或者更多的反光镜以生成部分的视野。除此之外，说明性地，说明性实施例的所述基于静态反光镜的fove的特征在于，每一部分视野的光路(聚焦的)长度相似或相同。在此fove结构中，考虑到每一部分视野的平行光轴，各自的焦平面近似地平行。照此，所述示例性的fove通常在它们的结构和功能上是为应用优化了的，其中相对较平、宽的对象(比如大号的纸箱和盒子)应该被保持在焦点上以供成像。另外，此结构也可以使多个具有图9和22所示的fove的摄像机总成的并排布置成为可能。在这样的一个结构中，在相邻的、并排布置的视觉系统的视野之间的重叠可以具有与每一离散系统的内部重叠相似的定义，令位于相邻系统之间的数据处理变得更为直接。

应该清楚，根据这里不同实施例的fove提供了期望的、扩展视觉系统中的视野的系统和方法，所述视觉系统搜索并分析有用的特征，比如条形码/id，而且不会损失所需的分辨率。所述实施仅需要一点或者就根本不需要对现有的摄像机光学系统、硬件或者软件进行修改，并且相对地可在生产环境中直接实施。期望地，所述fove的不同实施通过缩窄有效高度并加宽有效宽度至一个适用于扫描宽的移动路线的尺寸以最大化对传统类型传感器的使用。另外，此实施例的fove允许可拆除地将fove总成连接扫多个不同的摄像机总成上，作为附加的特征，以此增加它们的灵活性并允许视觉系统组件的升级和任务再分配。

以上详细地描述了本发明说明性的实施例。在不背本发明的精神和保护范围的情况下，可对本发明进行多种修改并提供附加物。视情况而定，以上所描述的每一不同实施例的特征可结合其它所述实施例的特征，以提供与新实施例相关的特征组合的多样化。另外，在上文描述本发明的装置和方法的多个单独的实施例时，于此所描述的仅仅是本发明的原理的说明性应用。举例来说，当根据说明性实施例所描述的有用特征为id/条形码时(例如，任意格式/类型的一维、二维、特征等等)，在这里的实施例的原理可被用于分析并处理多种不同的有用特征，包括，但不局限于，不同类型的印刷或者涂覆的基准点、字母数字、图形、数字或者其它书面字符、验证标记、等等。另外，这里的原理可被用于分析并处理特征的其它格式，所述特征可能会周期性地存在并穿过扩展的视野宽度。举例来说，当根据不同实施例的fove在水平或者宽度方向上扩展场景中的视野时，可很清楚的看出，场景视野也可被fove在垂直长度上，或者在水平和垂直方向之间倾斜方向上被扩展。同时，当不同实施例在与视野相关的传感器上产生离散条带时，只要特征能在投射的视野中的至少一部分上被完全成像，其它的几何图形也是可以预见的。同样地，在传感器上投射的几何特征(比如条带)无需在高度和/或宽度上互相对称。同样，当说明性的fove的外部反光镜通常是垂直，并且发光器的内部反光镜的反射表面略微垂直倾斜时，可以预见的是，能够在外部和内部反光镜之一或者全部上定义垂直倾斜的外部反光镜视情况而定同样能够在传感器上定义垂直倾斜以生成需要的条带(或者其它几何投影)。同样地，当条带“垂直”堆叠时，可以预见，基于成像场景的多个视野的投影，传感器上的水平/并排的条带堆叠(或者其它几何图形)也是可能的。另外，于此使用的术语“处理”或者“处理器”应从一个较宽的范围上理解，应包括硬件和软件的操作(以及它们不同的组合)，可在一个或者多个所述功能模块中执行，或者可被整体划分，又或者可按照所述不同功能模块划分为多个部分。因此，此说明书仅应被当作示例性说明，而不应该作为对本发明保护范围的限制。