自动化光学代码读取系统中的异常检测和处理的制作方法

自动化光学代码读取系统中的异常检测和处理的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于读取光学代码的自动系统，其包括自动运输对象的传送带系统，以及沿所述传送带系统被定位的对象测量系统，以便测量所运输的对象。在一种配置中，所述对象测量系统生成表示所述对象的三维模型的模型数据；沿所述传送带系统被定位的多个图像采集装置捕捉在所述对象被运输时的图像，以便能够使光学代码读取系统读取在所述图像中被捕捉的光学代码。一种异常识别系统将光学代码与所述三维模型关联，以便确定是否已经发生异常。
【专利说明】自动化光学代码读取系统中的异常检测和处理
【技术领域】
[0001]本公开主要涉及数据读取系统和方法，尤其是涉及但不限于读取光学代码的系统和方法(例如，条形码)。
【背景技术】
[0002]光学代码编码关于被附着对象或除此以外与所述对象关联的有用的、光学可读的信息。或许，光学代码的最好例子是条形码。条形码在各种类型对象上无处不在，或与其关联，例如零售、批发和库存商品的包装；零售产品展示固定物(例如，货架)；在制造中的物品；个人或公司资产；以及文档。通过编码信息，条形码通常用作对象的识别符，其中所述识别是对象类别(例如，牛奶容器)或独特的项目。
[0003]各种光学代码读取器的类型，例如手动读取器，半自动读取器，以及自动读取器可用于对被编码在光学代码中的信息解码。在手动或半自动读取器(例如，手持式读取器，固定位置读取器)中，操作员将对象相对读取器放置，以便读取与所述物体关联的光学代码。在自动读取器(例如，入口或隧道扫描器)中，对象被相对于读取器自动放置(例如，经由传送带)，以便读取器读取在所述对象上的光学代码。
[0004]当光学代码读取器尝试读取在对象上的代码时，会发生错误。例如，当手动读取器发生错误时，操作员通常再次扫描所述光学代码或手动输入(例如，经由键盘)对应于所述对象的号码(例如，UPC号码)。在自动读取器中，所述读取器需要自动确定是否发生错误或不希望的事件。因此，本发明人已经意识到精确识别和处理在自动读取器中发生的错误和不希望的事件的必要。

【发明内容】
【专利附图】

【附图说明】
[0005]图1示出根据一个实施例的自动光学代码读取系统的框图。
[0006]图2示出图1的自动光学代码读取系统的轴测图。
[0007]图3示出图1的自动光学代码读取系统的一部分的特写轴测图，其示出根据一个实施例的传送带系统。
[0008]图4示出图1的自动光学代码读取系统的轴测图，其示出根据一个实施例的对象测量系统的垂直对象传感器系统。
[0009]图5示出图4的垂直对象传感器系统的剖视图的侧视图。
[0010]图6示出根据另一个实施例的对象测量系统的垂直对象传感器系统。
[0011]图7示出根据一个实施例的对象测量系统的横向对象传感器系统的轴测图。
[0012]图8示出根据一个实施例的横向对象传感器系统的轴测图。
[0013]图9示出图8的横向对象传感器系统的侧视图。
[0014]图10示出由根据一个例子的图8和9的横向对象传感器系统的传感器生成的对象的足迹表示。
[0015]图1 la、I lb、I Ic和I Id示出根据一个实施例的由对象测量系统执行的生成对象的三维模型的方法的图形化表示。
[0016]图12a、12b、12c和12d示出由对象测量系统执行的生成对象的三维模型的备选方法的图形化表示。
[0017]图13是示出根据一个实施例的光学代码读取系统的图像采集装置的图1的自动光学代码读取系统的轴测图。
[0018]图14-18是示出图13的图像采集装置的视场的图1的自动光学代码读取系统的轴测图。
[0019]图19示出为图13的图像采集装置生成的双视场的轴测图，以及图20示出为图13的图像采集装置生成的双视场的侧视图。
[0020]图21a示出在图1的自动光学代码读取系统的传送带上的对象的照片，以及图21b示出由图13的图像采集装置捕捉的图像。
[0021]图22示出图13的图像采集装置的侧视图，其示出其视场以及由光学代码读取系统生成的背面投影射线。
[0022]图23示出表示穿过图13的图像采集装置的视场运动的对象的图形。
[0023]图24示出表示处于图13的两个图像采集装置的视场中的对象的图形。
[0024]图25示出由根据一个例子的图13的两个图像采集装置捕捉的对象的两个图像的绘制。
[0025]图26示出捕捉图25的图像的图像采集装置的视场和由图1的自动光学代码读取系统的对象测量系统生成的三维模型的轴测图。
[0026]图27包括穿过图1的自动光学代码读取系统的光学代码读取系统的视见体积(view volume)的多个对象的两个轴测图。
[0027]图28示出光学代码读取系统的视见体积中的两个对象的轴测图，其中所述对象中的一个以图像采集装置的视场来看阻挡另一个对象的光学代码。
[0028]图29示出两个对象并排穿过图1的自动光学代码读取系统的光学代码读取系统的图像采集装置的视场的轴测图。
[0029]图30示出为图29的对象生成的三维模型的轴测图。
[0030]图31示出由图1的自动光学代码读取系统的异常处理系统执行的过程的流程图。
[0031]图32和图33示出由图1的自动光学代码读取系统的对象注释系统生成的注释图像的例子渲染。
[0032]图34示出根据一个实施例，用于图7的横向传感器系统的透射光方法的传感器和人工光源的侧视图。
[0033]图35示出横向对象传感器系统的传感器以及在传送带上在图34的投射光方法中的传感器中的一个上投射阴影的对象的轴测图。
[0034]图36-40不出根据一个实施例，由图4的垂直对象传感器系统和图7的横向对象传感器系统产生的对象的模拟侧面轮廓图像和模拟足迹图像。
[0035]图41示出根据一个实施例的图34的传感器的侧视图，其示出各个测量参数，它们被用于计算两个对象之间最小间距以便防止横向对象传感器系统形成合并和幻象的图像。[0036]图42-46不出根据一个实施例，由图4的垂直对象传感器和图7的横向对象传感器系统产生的模拟图像，其表示被距离隔开足以防止横向对象传感器系统形成合并和幻象对象的两个对象。
[0037]图47示出和三个模拟相对应的图像，其示出当在图42-46中示出的对象被小于在图41中表示的最小间距计算的距离隔开时，合并和幻象对象的形成的。
[0038]图48示出图47的三个模拟，其中，利用来自图4的垂直对象传感器系统的轮廓和由横向对象传感器系统产生的图像，逻辑“与”被执行，以便消除幻象和合并的对象。
[0039]图49包括对象的渲染和利用图7的横向对象传感器的透射光方法产生的其相应足迹。
[0040]图50示出图1的自动光学代码读取系统的实施例的轴测图，其中，所述横向对象传感器系统包括被定位在传送带之间的间隙正上方和正下方的元件，以便为横向对象传感器系统提供垂直朝向的非倾斜视图平面。
[0041]图51示出图50的自动光学代码读取系统的实施例的轴测图，其中，数据采集装置被逆流运动(与传送带运动相反)，以便传送带之间的间隙在所述数据采集装置的中的一个的顶部的正下方，以及横向对象传感器系统的元件沿所述数据采集装置的顶部被定位。
[0042]图52不出图1的自动光学代码读取系统的处理系统架构的例子。
[0043]图53示出根据一个实施例的侧面扫描器和顶部扫描器解码处理器算法的流程图。
[0044]图54示出根据一个实施例的底部扫描器解码处理器算法的流程图。
[0045]图55示出根据一个实施例的光幕处理器算法的流程图。
[0046]图56示出根据一个实施例的互连处理器算法的流程图。
[0047]图57示出根据一个实施例的相关处理器算法的流程图。
【具体实施方式】
[0048]/.概述
[0049]参考前述绘图，本节描述特定实施例及其详细的构造和操作。这里描述的实施例仅仅通过示例的方式阐述，并不是起限制的作用。鉴于这里所述的教义，应当明白其他的实施例是可能的，并且可以对这里所述的实施例做出改变，并且可以存在构成本实施例所述组件、部件或步骤的等效的组件、部件或步骤。
[0050]为了简化和清楚起见，某些实施例的组件或步骤的某些方面未展示不必要的细节，这是由于鉴于这里所述的教义，这样的细节对于的本领域中技术人员来说是显而易见的，和/或这样的细节会混淆实施例的更多有关方面的理解。
[0051]这里将描述基于各种成像器的光学代码读取器和关联的方法。在某些实施例中，利用识别和处理异常的改善系统和方法描述基于自动成像器的光学代码读取器。下面将详细描述各种异常类型。在某些实施例中，基于改善的自动成像器的光学代码读取器被描述为允许纵向(沿着运动方向)对象之间的紧密间距，包括对象之间没有纵向对象之间的间距。
[0052]图1示出根据一个实施例的自动光学代码读取系统100的框图。系统100经配置自动定位在读取区内的对象或运动穿过读取区的对象，读取被布置在对象上的光学代码，以及当发生异常时识别。异常和理想情况未发生的事件相对应，其中所述理想情况对应于当系统100成功读取光学代码并且有信心关联将所述光学代码和穿过系统100的对象关联(例如，所述光学代码仅和一个对象关联，并且所述对象仅仅具有与其关联的一个光学代码)的时候。各种异常类型是可能的。例如，一种异常类型和对象穿过系统100，但是光学代码未被系统100读取的现象(被称为“无代码”异常)相对应。另一个异常类型和光学代码被读取，但是系统100未检测到已经穿过系统100的对象的现象(被称为“无对象”或“幻象读取”异常)相对应。另一个异常类型和被系统100读取的一个光学代码和穿过系统100的多个对象关联的现象(被称为“多个对象”异常)相对应。另一个异常类型和被系统100读取的多个不同光学代码和穿过系统100的一个对象关联的现象(被称为“多个代码”异常)相对应。上述异常的各种子集，以及其他异常类型是可能的，并且适用于这里所述的系统/方法。
[0053]系统100包括执行各种任务的各种模块或子系统。下面将详细描述这些子系统。这些系统中的一个或更多可以包括处理器，关联的软件或硬件构造，实施由所述系统执行的特定功能的和/或存储器。所述系统的处理器可以被嵌入在单个中央处理单元中，或者可以被分发，使得系统具有其自己的专用处理器。而且，某些实施例可以作为计算机程序产品被提供，所述计算机程序产品包括，非暂时性机器可读存储介质，在其上面存储用于对计算机(或其他电子设备)编程以执行这里所述过程或方法的指令(以压缩或非压缩形式)。机器可读存储介质可以包括但不限于，硬盘驱动器，软盘，光盘，CD-ROM, DVD，只读存储器(R0M)，随机存取存储器(RAM)，EPROM, EEPR0M，闪存存储器，磁卡或光卡，固态存储器设备，或适于存储电子指令的其他介质/机器可读介质类型。进一步地，实施例还可以作为包括机器可读信号(以压缩或非压缩形式)的计算机程序产品被提供。无论是否使用载波调制与否，机器可读信号的例子包括但不限于，可以经配置存取支配或运行计算机程序的计算机系统或机器主机的信号，包括通过互联网或其他网络下载的信号。例如，软件的分发可以经由⑶-ROM或经由互联网下载。
[0054]为了自动运动对象穿过系统100，所述系统100包括传送带系统105。传送带系统105可以包括将对象自动运输穿过三维视见体积的机械传送系统的一个或更多类型，以便被布置在所述对象上的光学代码可以被读取，所述对象被识别，并且所述对象被添加到例如项目办理列表中。图2示出系统100 —个实施例的轴测图，以及图3示出系统100的一部分的特写轴测图。如图2和3所示，传送带系统105可以包括一个或更多传送带110 (图2和3示出两个传送带110)以及运动传送带110、以便被放置在所述传送带110上的对象以纵轴方向(相对Y轴)穿过系统100的相应驱动机构。在一个例子中，传送带系统105可操作以相对快的速度(例如，200-400毫米/秒(mm/s))沿纵轴方向运动项目，以便对象可以被快速添加到所述项目办理列表中。传送带系统105相对数据采集装置111、112运动项目，所述数据采集装置111、112在传送带110的上方形成拱架。数据采集装置111、112包括捕获和运动穿过所述拱架的对象对应的信息的各种组件。虽然示出的数据采集装置111、112包括在他们之间的空隙，数据采集装置111、112可以被嵌入在传送带110上方形成的狭长隧道中。数据采集系统的细节在2011年I月24日提交的美国专利申请N0.61/435777、代理人案卷号n0.51306/1500:1以及2012年I月24日提交的美国专利申请N0.-/—、代理人案卷号N0.51306/1501:1中被进一步描述。这两个申请被合并于此，仅供参考。[0055]如图1所示，系统100还包括沿传送带系统105被定位以测量被传送带系统105运输的对象的对象测量系统115。对象测量系统115生成表示被传送带系统105运输的对象的三维模型的模型数据。下面通过参考图7-12和34-51，将详细描述对象测量系统115。
[0056]系统100还可以包括在图1中示出的光学代码读取系统120，所述光学代码读取系统120可操作捕捉当所述对象被传送带系统105运输时的对象的图像。光学代码读取系统120识别被布置在所述对象上的光学代码是否被捕捉为图像，以及解码被捕捉的那些光学代码的那些图像。本领域的技术人员应当明白，光学代码读取系统120可以包括对各种光学代码解码的不同解码器(例如，软件算法，硬件构造)所述各种光学代码包括一维(例如，线性)代码(例如，UPC，条形码，代码25，代码39，代码93，代码128，代码11，EAN8, EANl3,普莱西系统，P0STNET)，堆叠线性码(例如，GSlDatabar, PDF417),以及二维(例如，矩阵)代码(例如，aztec代码，maxicode, QR代码,高容量彩色条形码,数据矩阵)。
[0057]光学代码读取系统120可操作为其捕捉的图像中的光学代码生成投影数据。投影数据表示投射到光学代码读取系统120的三维视见体积中的背面投影射线。这些背面投影射线和所述图像中的光学代码的表示的位置关联。下面通过参考图14-24，将详细描述光学代码读取系统120。
[0058]系统100还可以包括光学代码交叉系统125，所述光学代码交叉系统125经配置接收对象测量系统115的模型数据和光学代码读取系统120的投影数据。光学代码交叉系统125使用所述模型数据和投影数据确定为所解码的光学代码生成的背面投影射线是否和三维模型交叉。-下面通过参考图25和26，将详细描述光学代码交叉系统125。
[0059]系统100包括与光学代码交叉系统125通信的可选的异常识别系统130。异常识别系统130经配置确定由光学代码读取系统120读取的光学代码是否和由对象测量系统115生成的三维模型关联。在一个例子中，基于由光学代码交叉系统125确定的交叉，异常识别系统130确定所述光学代码和三维模型关联。利用所述光学代码和三维模型的关联(或缺少关联)，异常识别系统130可以确定是否发生异常。例如，如果对象穿过系统100并且对象测量系统115生成对象的三维模型，但是没有光学代码和所述三维模型关联(例如，没有光学代码的背面投影射线和三维模型交叉)，异常识别系统130将这种现象识别为“无代码”异常。异常识别系统130还可操作按照类型和子类型对异常分类，以便生成表示异常类型和/或子类型的异常类别识别信息。下面通过参考图25和28，将详细描述异常识别系统130。
[0060]系统100还可以包括与异常识别系统130通信的可选的异常处理系统135。异常处理系统135确定以什么方式处理(例如，解决)由异常识别系统130基于所述异常类型识别的异常。为此，由异常识别系统130生成的异常类别识别信息被传递到异常处理系统135。异常处理系统135可操作确定异常应当以多种方式中的哪一种解决。例如，异常处理系统135可以确定要被自动解决的异常(例如，忽视所述异常)或由操作员手动解决的异常。异常处理系统135可以和存储与异常关联的各种信息类型的可选的存储装置140通信。下面通过参考图31，将详细描述异常处理系统135。
[0061]系统100还可以包括可选的对象注释系统145，所述对象注释系统145可操作生成和异常的可视表示相对应的注释图像数据，以便操作员能够轻易识别被运输穿过系统100的哪个对象具有和他们关联的异常。由对象注释系统145生成的注释图像数据被传递给显示屏150，显示屏150显示所述异常的可视表示。下面通过参考图30和31，将详细描述对象注释系统145。
[0062]//.对象测量系统
[0063]对象测量系统115包括沿传送带系统105被定位的一个或更多传感器，以及测量沿传送带系统105运动的对象的一个或更多尺寸的关联处理器。在一个实施例中，对象测量系统115包括垂直对象传感器。在另一个实施例中，对象测量系统115包括横向对象传感器。在另一个实施例中，对象测量系统115包括垂直对象传感器和横向对象传感器两者。
[0064]图4不出根据一个实施例的系统100的对象测量系统115的垂直对象传感器系统410的轴测图，以及图5示出系统100的对象测量系统115的垂直对象传感器系统410的剖切侧视图。垂直对象传感器系统410包括双光幕415、420，所述双光幕415、420由沿数据采集装置111、112的侧臂425、430、435、440分隔开的感测元件422 (例如，传感器)制成。图6示出侧臂425、430、435、440的备选设计和双光幕415、420的元件422的备选布置的轴测图。在一个实施例中，光幕415、420弹回以及进入所述对象的图像被光学代码读取系统120捕捉在三维视见体积445中的垂直面中。所述具有在视见体积445中反弹的双光幕415、420能够让对象测量系统115检测物体何时进入和退出视见体积445。双光幕415、420还可以允许系统100在传送带110改变速度或甚至停止或启动时能正确起作用。虽然图4、5和6的实施例不出双光幕415、420，但是垂直对象传感器系统410不必包括两个光幕。例如,垂直对象传感器系统410可以仅包括光幕415、420中的一个(例如,返回光幕415),或可以包括三个或更多的垂直光幕。
[0065]光幕415、420的元件422可以以各种排列对齐。例如，图4和5的元件422沿着跟随臂425、430、435、440的侧面轮廓形状的弧线被布置。可供选择地，元件422可以沿着直线或不规则形状的线被布置。而且，元件422可以沿着臂425、430、435、440被垂直均匀隔开。可供选择地，元件422可以沿着臂425、430、435、440被垂直不均匀隔开。例如，元件422在接近臂425、430、435、440的底部比在顶部的间隔更加密集，以便增加相对短对象的高度分辨率。传感器元件442可以包括在传送带110—个侧面上的发送器，其中所述发送器可以是携带在红外线波长带内(例如，950nm的波长)的传输波长的红外发光二极管，以及在传送带110反面上的接收器，其中所述接收器可以可操作检测红外波长的光电二极管。光幕415、420的发送器的合适例子是德国慕尼黑奥斯拉姆公司的型号SFH-4555，以及光幕415、420的接收器的合适例子是宾夕法尼亚州莫尔文Vishay Intertechnology有限公司的型号TEMD1000。
[0066]垂直对象传感器系统410可操作提供对应于穿过视见体积445的对象的若干测量结果。例如，垂直对象传感器系统410测量高度(H)，纵向位置(其能够确定纵向长度(L))，以及如图5所示对象的对象间纵向间距(S)参数。在一个例子中，基于对象以所测量的或估算的速度沿着传送带110运动的航位推测法，垂直对象传感器系统410测量这些参数。在对象穿过相反的臂425、430和相反的臂435、440的时候，在相反的臂上的特定垂直关联元件422之间的一个或更多路径被所述对象阻塞。垂直对象传感器系统410测量在光幕415、420中的哪些元件422随着时间被阻塞。由所阻塞的元件422创建的图案被对应于由垂直对象传感器系统410除以传送带110的速度捕捉的测量结果之间时间的纵向距离传播。基于元件422随着时间被阻塞和所计算的纵向距离，Y-Z映象(纵向长度(L)对高度(H))被生成。元件422的物理Y-Z坐标被用于制作Y-Z映象。通过使用双光幕415、420和补偿所述双光幕之间的距离创建的这个Y-Z映象，对象测量系统115可操作确定对象是否已经以恒定的速度在光幕415、420之间运动。
[0067]在一个实施例中，双光幕415、420使得垂直对象传感器系统能够确定对象是否滚入或落入所述对象进入和退出视见体积445的时间之间。例如，为每个光幕415、420生成Y-Z映象。光幕415、420之间的物理距离被补偿，以便光幕415、420之间的Y-Z映象可以被比较。利用Y-Z映象的比较，可以确定所述对象是否已经以恒定的速度在光幕415、420之间运动。如果所述对象滚入或落入光幕415、420之间，对应于所述对象的形状的Y-Z映象可以是不同的。垂直对象传感器系统410可操作检测Y-Z映象之间的不同，以及补偿滚入或落入视见体积445中的对象。在滚动对象的一个例子中，由于所述对象可以以恒定的速度运动(滚动)，但不一定以传送带110的速度运动(滚动)，所以，光幕415、420阻塞和不阻塞之间的时间差异可以是大致相同的。如果光幕415、420的时间差异(例如，纵向长度(L)测量结果)是大致相同的，所述对象的滚动速度可以通过计算光幕415、420之间的距离除以每个光幕415、420的阻塞之间的时间差异来计算。在下降对象的例子中，如果对象从其进入光幕(例如，光幕415)以所期望的时间延迟(例如，光幕415、420之间的距离除以传送带的速度)出现在退出光幕(例如，光幕420)时，那么光幕415、420之间的任何形状(例如，长度(L)，高度(H))测量结果差异可以被假设为是由所述对象下降导致的。通常，如果对象下降，所述下降发生在传送带110之间的转换。在这样的情况下，所述对象可以被建模为以传送带的速度运动的进入光幕测量的形状直到所述对象到达传送带110之间的转换。接着，所述对象被建模为落在传送带之上，接着以传送带的速度在退出传送带上运动，并且具有由退出光幕测量的形状。
[0068]图7和8示出系统100的对象测量系统115的横向对象传感器系统705的系统100的轴测图，以及图9示出系统100的对象测量系统115的横向对象传感器系统705的侧视图。横向对象传感器系统705可以包括被定位在传送带110下面的一个或更多传感器710a、710b。在一个例子中，传感器710a、710b可以被嵌入在线扫描照相机系统中。传感器710a、710b的线扫描数据被二值化(例如，阀值化)，以便得出在横跨传送带110 (例如，对应于X轴)的离散位置的对象的存在或不存在。在所述对象沿传送带110纵向运动的时候，传感器710a、710b的连续扫描能够使所述对象的X-Y映象或足迹被生成。横向对象传感器系统705可以实施反射光技术，以创建所述对象的足迹。例如，横向对象传感器系统705可以包括被定位接近传感器710a、710b的人工照明源711，其产生光并将对象反射再照射到传感器 710a,710b 上。
[0069]在对象穿过传送带110之间的间隙7115时，传感器710a、710b是为了查看所述对象的底部。在图7、8和9的实施例中，传感器710a、710b被定位纵向远离间隙715，以便不被定位在所述间隙的正下方。因此，传感器710a、710b可以避免被阻塞或除此以外被落入间隙715的碎片污染。传感器710a、710b可以对准和传送带110的相对主平面形成非直角的方向。在备选实施例中，传感器可以放置在间隙715的正下方并直接向上对准，以及传感器可以看穿的防护屏可以被定位在所述传感器与间隙715之间。
[0070]在图7的例子中，横向对象传感器系统705包括以一个方向对准的一个或更多传感器710a，以便提供所述对象的前缘视图或后缘视图。在图8和9的例子中，横向对象传感器系统705包括以两个方向对准的多个传感器710a、710b，以便提供对象的正向视图和后向视图。传感器710a被后向对准，这将照射对象20的后缘32 ;传感器710b被正向对准，这将照射对象20的前缘30。由于在图8和9的实施例中，传感器710不直接向上对准，对象20的前缘30和后缘32会被误认为所述对象的足迹的一部分。所述被定位提供在如图8和9所示的对象的前缘30和后缘32视图的传感器710a、710b允许对潜在的不正确足迹的确定进行补偿。例如，横向对象传感器系统705可操作执行“与”逻辑操作，其中，对象20的足迹和由正向视图传感器710b确定的足迹与由后向视图传感器710a确定的足迹“与”后相对应，同时所述对象随着时间的纵向位置被考虑在内。图10示出当对象的前缘和后缘和图7所示的X轴对齐(例如，平行于图7所示的X轴)时，由横向对象传感器系统705执行的“与”操作的图形化表示。图10示出由正向视图传感器710b产生的足迹1001。足迹1001从点Y2沿着Y轴向点Y4延伸。图10示出由后向视图传感器710a产生的足迹1002。足迹1002从点Yl沿着Y轴向点Y3延伸。“与”操作在Y轴方向被执行，以便产生从Y2沿着Y轴向Y3延伸的结果足迹1003。“与”操作还可以在X方向被执行，以便计算所述对象不和X轴对齐的情况。
[0071]图1 la、I lb、I Ic和Ild是对象测量系统115如何基于垂直对象传感器系统410和横向对象传感器系统705生成三维模型的图形化表示。图1la示出在传送带110上的对象的轴测图。图1lb示出由垂直对象传感器系统410生成的对象的Y-Z映象(或VOS轮廓)。图1lc示出由横向对象传感器系统705生成的对象的X-Y映象(或LOS轮廓)。对象测量系统115合并对应于Y-Z映象和X-Y映象的数据，以便生成表示如图1ld所示对象的三维模型的模型数据。在一个例子中，所述对象的三维模型通过生成VOS轮廓，接着生成LOS轮廓而生成。当LOS轮廓被生成时，对应于所述对象的区域被给出对应于在LOS轮廓中的对象的纵向扩展内VOS轮廓的中间高度。可供选择地，向对应于所述对象的区域给出的高度可以给出所述VOS轮廓在所述对象的纵向扩展内的平均高度，或向所述对象区域给出的高度可以和在所述对象区域内的位置的VOS轮廓的实际高度相对应。在另一个实施例中，三维模型可以在一个或更多方向被扩展(例如，扩展0.5-4厘米(Cm))，以便补偿系统的不精确(例如，传送带计算错误，光幕元件422之间的间距，等等)。
[0072]图12a、12b、12c和12d示出用于生成对象的三维模型的备选实施例的图形化表示。图12a和图1la相对应，以及图12b和图1ld相对应。图12c示出根据一个备选实施例生成的对象的三维模型。在这个备选实施例中，对象测量系统115使用垂直对象传感器系统410，但是不使用横向对象传感器系统705。对象测量系统115使用由垂直对象传感器系统410生成的VOS轮廓，并且生成假设对象从传送带边缘延伸到传送带边缘的所述对象的三维模型。在这个备选实施例中，如果对象不被彼此纵向隔开，垂直对象传感器系统410可以将多个对象折叠到单个三维模型中，如两个最左边的对象所示。
[0073]图12d示出根据另一个备选实施例生成的对象的三维模型。在这个备选实施例中，对象测量系统115使用横向对象传感器系统705，但是不使用垂直对象传感器系统410。对象测量系统115使用由横向对象传感器系统705生成的LOS轮廓，并且生成假设对象从传送带110的顶部表面延伸到视见体积445顶部的所述对象的三维模型。
[0074]///.光学代码读取系统
[0075]光学代码读取系统120包括沿传送带110被定位的一个或更多图像采集装置，在对象穿过光学代码读取系统120的视见体积445的时候，所述图像采集装置捕捉所述对象的图像。在一个实施例中，光学代码读取系统120包括沿传送带110的不同位置被定位，以便提供视见体积445的不同视场的多个图像采集装置。例如，光学代码读取系统120可以包括如图13所示的14个图像采集装置。根据图13的例子，四个图像采集装置1305沿着数据采集装置111的顶部1306被定位；四个图像采集装置1310沿着数据采集装置112的顶部1311被定位；一个图像采集装置1315沿着数据采集装置111的侧臂425被定位；一个图像采集装置1320沿着数据采集装置111的侧臂430被定位；一个图像采集装置1325沿着数据采集装置112的侧臂435被定位；一个图像采集装置1330沿着数据采集装置112的侧臂440被定位；以及两个图像采集装置1335、1340被定位传送带110下面，在间隙715的一个或更多侧面上。图像采集装置1335、1340被示出在图13的间隙715的相对侧面上，但是图像采集装置1335、1340可以被定位在远离间隙715的相同侧面上。在图13中示出的图像采集装置的布置仅仅是一个例子；各种其他布置是可能的和可以想象的。图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335和1340中的每个可以包括以不同方向照射视见体积445的关联人工照明源。所述关联的人工照明源可以位于密切接近他们的相应图像采集装置，或所述照明源可以离得有一些距离。例如，用于图像采集装置1305的照明源可以被安装在数据采集装置111的顶部1306，或他们可以被安装在数据采集装置112的顶部1311，或他们可以被安装在上述两个位置。
[0076]图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335 和 1340 可以经配置在特定时间捕捉图像。例如，他们可以经配置捕捉当对象测量系统115检测对象进入视见体积445直到对象测量系统115检测到所述对象已经离开视见体积445时的图像。图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335和1340 (以及他们的关联人工照明源)可以像另一个一样在相同时间被同步捕捉图像(以及照亮视见体积445)或在不同的时间被同步捕捉图像(以及照亮视见体积445)。图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335和1340在各个方向被对准，以便他们的视场覆盖至少某些视见体积445。图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335和1340的视场可以彼此重叠。图14-18示出图像采集装置的视场的各个例子。图14示出沿侧臂430和440被定位的图像采集装置1320和1330的视场。图15示出沿侧臂425和435被定位的图像采集装置1315和1325的视场。图16示出被定位在传送带110下面的图像采集装置1335和1340的视场。图像采集装置1335和1340还可以充当横向对象传感器系统705的传感器710a、710b。图17示出沿顶部1306被定位的图像采集装置1305的视场。图18示出沿顶部1311被定位的图像采集装置1310的视场。
[0077]在一个实施例中，图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335 和 1340包括将图像采集装置的视场分割为两个或更多视场的光引导光学器件。例如，图19和20分别示出图像采集装置1305的分割后视场的轴测图和侧视图。在这个例子中，图像采集装置的视场被分割为两个-一个高视场和一个低视场。图像采集装置1305、1310、1315、1320、1325、1330、1335和1340的分割后的视场能够使他们潜在捕捉在不止一个一个对象上，甚至在相同帧中的光学代码例如，图21a示出携带小盒子、大盒子以及被定位在他们上的瓶状物的传送带110的渲染。图21b示出由具有分割后视场的图像采集装置1310中的一个捕捉的图像的渲染。图像采集装置1310的低视场能够捕捉在图21b的下半部分示出的瓶状物上的光学代码2105的图像，以及图像采集装置1310的低视场能够捕捉在图21b的上半部分示出的大盒子上的光学代码2110的图像。图像采集装置的细节在美国专利申请61/435777、代理人案卷编号N0.51306/1500:1以及美国专利申请N0._/_、代理人案卷编号N0.51306/1501:1中进一步描述，上述两个申请仅供参考。
[0078]如果光学代码在图像中被捕捉，并且如果光学代码的图像是可接受的质量(例如，分辨率，大小)，光学代码读取系统120读取所述光学代码并将其解码，以便将关联的对象添加到例如办理列表中。在优选实施例中，光学代码读取系统120还计算环绕光学代码的边界框。例如，在图21b中，边界框2115、2120被示出环绕光学代码2105、2110。光学代码读取系统120经配置使用边界框2115、2120使图像中光学代码的位置相关到从虚拟成像器投影到视见体积445中的背面投影射线。
[0079]图22示出捕捉图21b的图像的图像采集装置1310的侧视图。图像采集装置1310包括将光从视见体积445引导到成像器2225的镜面2205、2210、2215和2220。镜面2205、2210,2215和2220被安排为成像器2225提供两个视场。镜面2205、2210、2215和2220折射或反射光，并且应当理解镜面2205、2210、2215和2220的布置可以被用于(例如，位置，对准方向)将视场建模为虚拟的成像器2227和2228。虚拟成像器2227和低视场对齐，以及虚拟成像器2228和高视场对齐。图22示出对应于光学代码2105的背面投影射线2230和对应于光学代码2110的背面投影射线2235。背面投影射线2230、2235从他们相应的虚拟成像器2227、2228上的位置(或在镜面2205、2220上的位置)延伸到在他们的相应视场内的视见体积445中。光学代码2105、2110的物理位置呈沿着他们相应背面投影射线2230、2235的状态。这些光学代码2105、2110的物理位置由将在下面详细描述的光学代码交叉系统125确定。
[0080]为了计算背面投影射线2230、2235，根据一个实施例，光学代码读取系统120使用针孔照相机模型，以及动态数据和静态信息。所述动态数据包括，例如边界框2115、2120的坐标(例如，像素位置)以及所述图像的帧编号(其指示图像帧被捕捉的时间)。在一个例子中，边界框2115、2120的矩 心(例如，几何中心)被计算并且用作边界框2115、2120的坐标。静态信息包括图像采集装置1310的透镜的位置，其焦距和其对准矢量。
[0081]下列例子示出使用针孔照相机模型，背面投影射线可以被计算的一个例子方法。为了简化起见，下列使用二维仿射空间中的一维成像器的例子被给出。不过，应当明白，在这里给出的在这些例子中提供的原理、方法和计算的所述描述可以被应用于三维仿射空间中的二维成像器。图23示出从光学代码读取系统120的图像采集装置的视场左边运动到右边的对象B的图形。对象B包含光学代码，并且图像采集装置包括在透镜点L的透镜和成像器。图像采集装置捕捉当光学代码的位置BI (例如，光学代码矩心的位置)在(-4，O)cm时的第一图像，当光学代码的位置B2在(0，0)cm时的第二图像，以及当光学代码的位置B3在(4，0)cm时的第三图像。图像采集装置的透镜点L位于(0，-10) cm。针孔照相机模型使用对应于透镜到成像器距离的焦距参数f，在这个例子中，焦距参数f是2cm。在这个例子中也和12对应的成像器的10位于(0，-12)cm.成像器平面从点IO并和正交于矢量的平面相对应:
【权利要求】
1.一种用于读取对象的光学代码的自动系统，其包括: 传送带系统，其经配置运输所述对象穿过视见体积； 对象测量系统，其沿所述传送带系统被定位，以便在所述对象被所述传送带系统运输的时候，测量所述对象，所述对象测量系统可操作生成表示所述对象的三维模型的模型数据； 光学代码读取系统，其提供所述视见体积并且包括在沿所述传送带系统的不同位置被定位的多个图像采集装置，以便提供所述视见体积的不同视场，所述光学代码读取系统可操作以便在所述对象被运输穿过视见体积时捕捉图像，并且读取被捕捉在所述图像中的光学代码，所述光学代码读取系统可操作生成光学代码数据，作为对读取被捕捉在所述图像中的光学代码的响应；以及 与所述光学代码读取系统和所述对象测量系统通信的异常识别系统，所述异常识别系统可操作将所述光学代码数据和在所述模型数据中表示的所述对象的三维模型关联，以便确定是否已经发生异常。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括沿所述传送带系统被定位的安全图像采集装置，以便捕捉存在所述对象的场景的安全图像，所述安全图像采集装置可操作产生表示所述场景的安全图像的图像数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括: 对象注释系统，其经配置与所述安全图像采集装置和所述异常识别系统通信，所述对象注释系统经配置由所述图像数据产生表示场景的注释图像的注释图像数据，其中所述注释图像数据包括指示异常是否与所述场景中的对象关联的标记，所述对象注释系统可操作与所述对象测量系统通信 ，其中所述注释图像的标记和叠加在所述对象的安全图像的三维模型的彩色轮廓线相对应；以及 可操作接收所述注释图像数据并显示所述场景的注释图像的显示屏。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述对象测量系统包括垂直对象传感器和横向对象传感器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述垂直对象传感器是约束所述视见体积的垂直侧面的双光幕。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述对象测量系统包括照亮所述对象的人工照明源，以便促进所述横向对象传感器生成所述对象的足迹表示。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述人工照明源经配置向所述横向对象传感器提供背光照明，以便使所述横向对象传感器能够生成所述对象的侧影足迹表示。
8.根据权利要求4所述的系统，其中所述传送带系统包括彼此隔开形成间隙的第一和第二传送带。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述横向对象传感器包括被定位在所述第一和第二传送带之间形成的间隙正上方的传感器元件，以便向所述横向对象传感器提供垂直方向的非倾斜视图平面。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述横向对象传感器包括被定位在所述第一和第二传送带下方和所述间隙正下方的传感器元件，以便向所述横向对象传感器提供垂直方向的非倾斜视图平面。
11.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括容纳所述对象测量系统的至少一部分和所述光学代码读取系统的图像采集装置中的一个或更多的数据采集装置，所述数据采集装置经配置形成在所述第一和第二传送带中的一个或更多的上方的拱架，所述数据采集装置包括顶部，所述横向对象传感器的第一元件沿其被定位，所述横向对象传感器系统包括被定位在所述第一和第二传送带中的一个或更多的下方的第二元件。
12.根据权利要求11所述的系统，其中: 所述横向对象传感器具有由所述第一和第二元件提供的视图平面； 所述数据采集装置沿所述第一和第二传送带被定位，以便所述横向对象传感器的第一元件在所述第一与第二传送带之间间隙的正上方；以及 所述横向对象传感器的第二元件被定位在所述间隙的正下方，并和所述第一元件成一直线，以便所述横向对象传感器的视图平面具有垂直的、未倾斜的方向。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学代码读取系统包括光引导光学器件，其将所述图像采集装置的视场分割为被引导到所述视见体积的不同区域的多个部分。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学代码读取系统可操作生成在所述图像中被捕捉的光学代码的投影数据，所述投影数据表示投影到所述视见体积并与所述图像中的光学代码的位置关联的背面投影射线，所述自动系统进一步包括: 光学代码交叉系统，其可操作接收所述模型数据和所述投影数据，并且确定所述由光学代码读取系统生成的背面投影射线是否和由所述对象测量系统生成的三维模型交叉，所述异常识别系统经配置基于所述光学代码交叉系统确定的交叉，将所述光学代码数据和所述对象的三维模型关联。
15.根据权利要求14所.述的系统，其中所述光学代码交叉系统可操作确定在所述对象退出所述视见体积后，所述背面投影射线是否和所述三维模型交叉。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述光学代码读取系统可操作计算在所述图像中被捕捉的光学代码的边界框以及所述边界框的矩心，以及其中所述光学代码读取系统使用所述矩心产生所述背面投影射线。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述异常识别系统可操作识别下列中的一个或更多: 第一异常类型，其中由所述对象测量系统生成的三维模型不具有关联的光学代码； 第二异常类型，其中由所述光学代码读取系统读取的不同光学代码与由所述对象测量系统生成的单个三维模型关联； 第三异常类型，其中由所述光学代码读取系统读取的光学代码不与三维模型关联；以及 第四异常类型，其中由所述光学代码读取系统读取的单个光学代码与由所述对象测量系统生成的多个三维模型关联。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述异常识别系统可操作识别异常类型，其中该异常类型具有的下列两项之间的差异大于选择的阀值:(a)由所述对象测量系统生成的三维模型的大小，以及(b)被存储在数据库中并由与所述三维模型关联的光学代码识别的所期望的大小。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述异常识别系统可操作根据异常类型对异常分类并且产生与所述异常关联的异常类型识别信息。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述异常类别识别信息包括对应于所述异常类型的类别标签。
21.根据权利要求19所述的系统，其进一步包括经配置接收所述异常类别识别信息的异常处理系统，所述异常处理系统可操作自动确定如何基于所述异常类型解决所述异常。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述异常处理系统经配置忽视所述异常类型中的第一个类型的异常。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述异常处理系统经配置自动解决所述异常类型中的第一个类型的异常。
24.根据权利要求23所述的系统，其中: 所述第一异常类型的异常和由所述光学代码读取系统读取的不同光学代码与由所述对象测量系统生成的单个三维模型关联的事件相对应，所述不同光学代码识别被存储在数据库中的对象信息，以及所述对象信息包括与所述不同光学代码关联的对象的期望大小；以及 所述异常处理系统经配置通过下列方式自动解决所述第一异常类型的异常: 确定与所述不同光学代码关联的对象的期望大小的总和； 将期望大小的总和与由所述对象测量系统生成的单个三维模型的测量尺寸作比较；以及 识别期望大小的总和与测量大小之间的差异低于选择的阀值。
25.根据权利要求21所述的系统，其中所述异常处理系统经配置确定所述异常类型的第一个的异常要被手动解决。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述异常处理系统经配置接收所产生的反馈信息，作为对用户手动解决所述第一异常类型的异常的响应，并且其中所述异常处理系统可操作使用所述反馈信息适应所述第一异常类型的异常如何被解决。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述异常处理系统经配置自动忽视所述第一异常类型的异常，作为对用户手动忽视所述第一异常类型的所选择数量异常的响应。
28.根据权利要求21所述的系统，其进一步包括经配置存储与被解决的异常关联的信息的存储装置。
29.—种识别自动光学代码读取系统中的异常的方法，其中携带光学代码的对象沿路径被自动移动,所述方法包括: 测量在所述对象沿所述路径运动时的对象，以便生成所述对象的三维模型； 捕捉所述对象沿所述路径运动并穿过视见体积时的所述对象的图像，所述图像包括所述光学代码的表不; 基于所述图像的分析，读取所述光学代码；以及 确定所述光学代码是否与所述对象的三维模型关联，从而识别异常是否与所述对象关联。
30.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括: 计算和一相关相对应的所述光学代码的背面投影射线，其中所述相关是所述图像中光学代码的表示的位置与所述视见体积中三维坐标点的数量的相关；计算从所述读取步骤到所述确定步骤逝去的时间量； 获取在逝去的所述时间量期间，所述对象已经沿所述路径行进的距离；以及将所述背面投影射线偏移所述对象已经行进的距离，以便确定所述背面投影射线是否和所述三维模型交叉。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述确定步骤在所述对象离开所述视见体积后被执行。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述三维模型具有所测量的大小，所述方法进一步包括: 检索被存储在数据库中并与所述光学代码关联的期望的对象大小； 将期望的对象大小和所测量的大小作比较，以便确定其之间的差异； 响应所述差异超出所选择阀值，识别异常与所述对象关联。
33.根据权利要求29所述的方法，其中所述三维模型具有所测量的大小，所述方法进一步包括: 确定不同的光学代码与所述三维模型关联，从而生成多个代码异常； 检索被存储在数据库中并与所述不同光学代码关联的多个期望的对象大小； 计算期望的对象大小的总和，以便生成总和； 将所述总和和所述三维模 型的所测量的大小作比较，以便确定所述总和与所测量的大小之间的差异；以及 响应于所述差异小于选择的阀值，自动解决所述多个光学代码异常。
【文档编号】G06K7/10GK103443802SQ201280014887
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年1月24日 优先权日:2011年1月24日
【发明者】B·L·奥姆斯特德, M·P·思维塔 申请人:数据逻辑Adc公司