(57)【要約】画像キャプチャ・ユニットに動作可能に接続された内部カメラ、およびデジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システムと、画像キャプチャ・ユニットに接続されたカメラ・ポートであって、画像キャプチャ・ユニットが内部カメラと外部カメラの両方から画像をキャプチャすることができるように外部カメラを機械視覚システムに接続することを可能にするように適合されるカメラ・ポートとを備える装置が開示される。また、内部カメラ、画像キャプチャ・ユニット、およびデジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システムを使用して第１の画像をキャプチャすることと、第１の画像を保存または処理することと、画像キャプチャ・ユニットに接続された外部カメラを使用して第２の画像をキャプチャすることと、第２の画像を保存または処理することとを備える方法が開示される。
2006504288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像キャプチャ・ユニットに動作可能に接続された内部カメラとデジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システムと、
前記画像キャプチャ・ユニットに接続されたカメラ・ポートであって、前記画像キャプチャ・ユニットが前記内部カメラと外部カメラの両方から画像をキャプチャすることができるように前記外部カメラを前記機械視覚システムに接続することを可能にするように適合されているカメラ・ポートと
を備える装置。
【請求項２】
デジタル信号を出力する外部カメラをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カメラ・ポートと前記画像キャプチャ・ユニットとに接続されたデコーダをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
アナログ信号を出力する外部カメラをさらに備える請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記内部カメラがレンズと画像センサを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
メモリをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
内部カメラ、画像キャプチャ・ユニット、デジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システムを使用して第１の画像をキャプチャすること、
前記第１の画像を保存または処理すること、
前記画像キャプチャ・ユニットに接続された外部カメラを使用して第２の画像をキャプチャすること、
前記第２の画像を保存または処理すること
を備える方法。
【請求項８】
前記内部カメラがデジタル信号を出力する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記外部カメラがアナログ信号を出力し、そのアナログ信号をデジタル信号に変換することをさらに備える請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
デジタル信号処理ユニットに接続された画像キャプチャ・ユニットに動作可能に接続された内部カメラと、
前記画像キャプチャ・ユニットに接続されたカメラ・ポートであって、前記画像キャプチャ・ユニットが前記内部カメラと外部カメラの両方から画像をキャプチャすることができるように前記外部カメラを前記機械視覚システムに接続することを可能にするように適合されたカメラ・ポートと、
カメラ・ポートに接続された外部カメラと
を備える機械視覚システム。
【請求項１１】
前記内部カメラがレンズおよび画像センサを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記内部カメラがデジタル信号を出力する請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記カメラ・ポートと前記画像キャプチャ・ユニットとに接続されたデコーダをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記外部カメラがアナログ信号を出力する請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に機械視覚に関し、より詳細には、限定はしないが、補助ビデオ入力を受信する能力を含む機械視覚装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ収集デバイスは多数の異なるタイプのアイテムを追跡する際の重要なツールになっている。おそらく最もよく知られ、最も長く使用されているタイプのデータ収集デバイスはバーコード・スキャナであり、これはしばしば食料品を識別するための食料品ストアなどの市販用途、書籍を追跡するための書籍用途などで使用される。バー・コード・スキャナは一般に、注目するアイテム上に直接印刷された、またはラベル上に印刷し、次いでアイテムに貼り付けられた線形バー・コードを読み取り、復号する。最も見慣れたタイプの線形バー・コードは通常、白いスペースによって互いに離間された、異なる幅の一連の黒いバーからなる。
【０００３】
線形バー・コードほどよく知られていないが、同様に重要な、「マトリックス」コードとも呼ばれる２次元コードがある。２次元コードは線形コードに勝るいくつかの利点を有し、そのうち最も重要なことは、線形コードよりもはるかに多くの情報を符号化する能力、大幅に改善されたデータ完全性、占有スペースがはるかに小さいことである。２次元コードの欠点は読取りと復号がより困難なことである。２次元コードは通常、機械視覚スキャナによって読み取られる。スキャナは本質的に２次元コードのデジタル画像をキャプチャし、次いでコードに含まれている情報を取り出すためにその画像を分析する。
【０００４】
機械視覚システムは、それらが使用されることになる仕事の要件に合うように−内部的および外部的に−高度にカスタマイズされる。内部的には、たとえば、システム中の光学系は仕事の配置要件に適合するように選択される。システムがその画像をキャプチャしなければならないマトリックス・コードの極近くにシステムを配置しなければならない場合、光学系は、システムがコードに焦点を合わせることができるように短い焦点距離を有しなければならない。別の例では、システムがコードを走査しなければならない周波数が高い場合、システムは画像を迅速に処理し、保存する能力を有しなければならない。外部的には、仕事要件はまた機械視覚システムの物理的サイズを記述することができる。
【０００５】
機械視覚システムの高いレベルのカスタマイズはいくつかの欠点を提示し、そのうち最も重要なことは柔軟性の欠如である。メーカがターゲット・マトリックスに近い密なスペースで使用するために小さい機械視覚システムの特定のラインを製造する場合、それらは、ターゲット・マトリックスからより遠くに配置されるスキャナを必要とする顧客に売ることが出来なくなる。顧客が、システムからターゲットまでの距離を変更したり、ターゲットのサイズを変更するなど、その要件を変更する場合、カスタマイズのレベルは、それらがそれらのシステムを交換することを必要とし、追加の費用と休止時間が生じることになる。または、顧客が、その視野を拡大したり、それが２つ以上の位置からの画像を同時にキャプチャすることを可能にするなど、それらのシステムの機能を拡張する必要がある場合、それらは新しいシステムを獲得しなければならないであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、システムを交換しなくても機械視覚システムの能力を向上させ、柔軟性を向上させる装置と方法が当技術分野で必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
画像キャプチャ・ユニットに動作可能に接続された内部カメラ、デジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システム、画像キャプチャ・ユニットに接続されたカメラ・ポートを備えた機械視覚システムであって、カメラポートが、画像キャプチャ・ユニットが内部カメラと外部カメラの両方から画像をキャプチャすることができるように、外部カメラを機械視覚システムに接続できるようになっている装置が開示される。また、内部カメラ、画像キャプチャ・ユニット、デジタル信号処理ユニットを備える機械視覚システムを使用して第１の画像をキャプチャし、第１の画像を保存または処理し、画像キャプチャ・ユニットに接続された外部カメラを使用して第２の画像をキャプチャし、第２の画像を保存または処理する方法が開示される。最後に、画像キャプチャ・ユニットに動作可能に接続された内部カメラとデジタル信号処理ユニットとを備える機械視覚システムが開示される。本システムはさらに、画像キャプチャ・ユニットに接続されたカメラ・ポートとそのカメラ・ポートに接続される外部カメラを開示する。本ポートは、画像キャプチャ・ユニットが内部カメラと外部カメラの両方から画像をキャプチャすることができるように外部カメラを機械視覚システムに接続できるようにするものである。
【０００８】
本発明の非限定的で非網羅的な実施形態について以下の図を参照しながら説明するが、別段に指定されていなければ様々な図を通じて同じ参照番号は同じ部分をさす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
補助ビデオ入力を含む機械視覚システムの実施形態について本明細書で説明する。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を与えるために多数の特定の詳細について説明する。しかしながら、本発明は特定の詳細の１つまたは複数なしで、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実施することができることを当業者なら認識するであろう。他の例では、本発明の態様を曖昧にするのを回避するために、よく知られている構造、材料またはオペレーションについては図示または詳細に説明しない。
【００１０】
この明細書を通じての「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、実施形態とともに説明する特定のフィーチャ、構造、または特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、この明細書での「１つの実施形態」または「一実施形態」という句の出現は必ずしもすべて同じ実施形態をさすとは限らない。さらに、特定のフィーチャ、構造、または特徴は１つまたは複数の実施形態で適切な様式で組み合わせることができる。
【００１１】
図１は本発明を実施する機械視覚システム１０の第１の実施形態を示す。機械視覚システム１０は３つの主要な構成要素、すなわち内部カメラ１２、画像キャプチャ・ユニット１４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１６を備える。内部カメラは画像キャプチャ・ユニット１４に接続され、その画像キャプチャ・ユニット１４はＤＳＰ１６に接続されている。機械視覚システム１０はまた一般に、画像キャプチャ・ユニット１４によってキャプチャされたデジタル画像を保存するためにＤＳＰ１６に接続されたメモリ１８を含む。デジタル画像は直接画像キャプチャ・ユニット１４からＤＳＰ１６に転送され、ＤＳＰ１６は受信したデジタル画像を直ちに処理することができるか、または画像をメモリ１８に保存し、それを後で処理のために検索することができる。メモリはＲＡＭなどの任意の種類の電子メモリとすることができるか、または何らかの形態の磁気、光学、または電子ストレージとすることができる。
【００１２】
内部カメラ１２は、任意の種類の市販されている機械視覚カメラとすることができ、とりわけ、レンズ２０を含み、かつ、相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）や電荷結合デバイス（ＣＣＤ）などの画像センサ２２を含む。レンズ２０はターゲット・マトリックスの画像を画像センサ２２上に集束させ、次いで画像センサ２２がその上に投影された画像をデジタル情報に変換する。
【００１３】
画像が内部カメラ１２の画像センサによってデジタル化されると、画像センサ２２によって出力されたデジタル情報は、当技術分野で通常「フレーム・グラバ」とも呼ばれる画像キャプチャ・ユニット１４に送られる。画像キャプチャ・ユニット１４は、内部カメラ１２の画像センサ２２から供給されているデジタル画像情報をキャプチャし、事前処理するフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を備える。画像キャプチャ・ユニットは、たとえば、ＸｉｌｉｎｘモデルＸＣ２Ｖ５００などのＦＰＧＡを含むことができるが、他のＦＰＧＡも使用することができる。画像キャプチャ・ユニット１４による事前処理の後、画像はマトリックス・コードの画像から情報を取り出す処理のためにデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１６に渡される。
【００１４】
上述の構成要素に加えて、機械視覚システム１０はまた、外部カメラ２６を取り付けることができるポート２４を含む。異なる焦点距離、視野、または他の特性を有するカメラを機械視覚システム１０へ容易に追加できれば、その外部カメラの追加は、機械視覚システムに多大な柔軟性を追加する。図示の実施形態では、外部カメラはデジタル・カメラである。内部カメラ１２と同様にレンズ２８と画像センサを含むデジタル・カメラである。
【００１５】
外部カメラがポート２４を介して機械視覚システム１０に接続されると、ユーザは、画像キャプチャ・ユニット１４とデジタル信号プロセッサ１６が内部カメラ１２、外部カメラ２６、または両方から画像を受信するかどうかを指定することができる。画像キャプチャ・ユニット１４のＦＰＧＡはユーザ命令に基づいて、内部カメラと外部カメラの間のスイッチングを制御する。ＦＰＧＡ、メモリ１８、システム・バスが十分な機能を有する場合、画像キャプチャ・ユニットは両方のカメラからの画像を並列に処理することができる、言い換えれば、それは両方のカメラからの画像を同時にキャプチャすることができる。代替的に、ユーザが両方のカメラからの画像を欲する場合、ＦＰＧＡはフレーム間で、内部カメラ１２から外部カメラ２６へ、およびその逆にスイッチングすることができる。画像キャプチャ・ユニット１４が内部カメラと外部カメラの両方から交替する画像を受信するとき、ユーザは、どのように並べられた画像を欲するかに関してシステムに命令することができる。たとえば、ユーザは、ＦＰＧＡがフレームごとにカメラ間で交替することを指定することができ、または代替的に、ユーザは、画像キャプチャ・ユニット１４が他方のカメラから画像をキャプチャする前に一方のカメラから整数個の画像（２つ以上）をキャプチャすべきことを指定することができる。ユーザはまた個々のカメラごとにフレーム・キャプチャ間の間隔を指定することができる。
【００１６】
図２は機械視覚システムに本発明を組み込んだ代替実施形態３０を示す。機械視覚システム３０は３つの主要な構成要素、すなわち内部カメラ１２、画像キャプチャ・ユニット１４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１６を備える。内部カメラは画像キャプチャ・ユニット１４に接続され、画像キャプチャ・ユニット１４はＤＳＰ１６に接続される。機械視覚システム３０は一般に、画像キャプチャ・ユニット１４によってキャプチャされたデジタル画像を保存するためにＤＳＰ１６に接続されたメモリ１８を含む。デジタル画像は画像キャプチャ・ユニット１４からＤＳＰ１６に直接転送され、ＤＳＰ１６は受信したデジタル画像を直ちに処理することができるか、または画像をメモリ１８に保存し、それを後で処理のために検索することができる。メモリはＲＡＭなどの任意の種類の電子メモリとすることができるか、または何らかの形態の磁気、光学、または電子記憶装置とすることができる。この実施形態では、ビデオ・デコーダ３２もシステムに含まれている。ビデオ・デコーダは画像キャプチャ・ユニット１４に接続されている。デコーダは１０ビット・デジタル・データをユニット１４に送る。ビデオ・デコーダ３２はまた、外部ビデオ・カメラ３４をそれに接続することができるポート２４に接続されている。
【００１７】
動作において、内部カメラ１２がその画像センサで画像をキャプチャし、次いで画像センサが画像データを画像キャプチャ・ユニット１４に送る。画像キャプチャ・ユニットは画像センサから画像を受け取り、それをデジタル信号プロセッサ１６が処理するのに適したデジタル・フォーマットに変換するために事前処理する。次いで画像キャプチャ・ユニットはデジタル情報を処理のためにデジタル信号プロセッサ１６に転送する。
【００１８】
外部ビデオ・カメラ３４が機械視覚システムに取り付けられていれば、この実施形態ではアナログ・カメラである外部カメラは、ポート２４を介してアナログ・ビデオ・データ、たとえばＲＳ１７０フォーマット・ビデオをビデオ・デコーダ３２に送信する。本システムで使用されるＲＳ１７０フォーマット・ビデオは好ましくはプログレッシブ（すなわち、インタレースでない）ビデオである。デジタル・デコーダは外部カメラ３４から供給された情報を受信し、それをデジタル・フォーマット、たとえば１０ビット・デジタル・フォーマットに変換する。ビデオ・デコーダは、それが受信したアナログ画像を復号する際、デジタル画像情報を事前処理のために画像キャプチャ・ユニット１４に転送する。次いで画像キャプチャ・ユニット１４は画像データを処理のためにデジタル信号プロセッサ１６に転送する。
【００１９】
前の実施形態と同様に、外部カメラ３４がポート２４を介して機械視覚システム１０に接続されているとき、ユーザは、画像キャプチャ・ユニット１４とデジタル信号プロセッサ１６が内部カメラ１２、外部カメラ３４、または両方から画像を受信するかどうかを指定することができる。概して、画像キャプチャ・ユニット１４のＦＰＧＡはユーザ命令に基づいて、内部カメラと外部カメラの間のスイッチングを制御する。ＦＰＧＡ、メモリ１８、システム・バスが十分な能力を有する場合、画像キャプチャ・ユニットは両方のカメラからの画像を並列に処理することができる、言い換えれば、それは両方のカメラからの画像を同時にキャプチャすることができる。代わりに、ユーザが両方のカメラから画像を欲する場合、ＦＰＧＡはフレーム間で、内部カメラ１２から外部カメラ３４へおよびその逆にスイッチングすることができる。画像キャプチャ・ユニット１４が内部カメラと外部カメラの両方から交替する画像を受信するとき、ユーザは、どのように並べられた画像を欲するかに関してシステムに命令することができる。たとえば、ユーザは、ＦＰＧＡがフレームごとにカメラ間で交替することを指定することができまたは代替的に、ユーザは、画像キャプチャ・ユニット１４が他方のカメラから画像をキャプチャする前に一方のカメラから整数の画像（２つ以上）をキャプチャすべきことを指定することができる。ユーザはまた個々のカメラごとにフレーム・キャプチャ間の間隔を指定することができる。
【００２０】
上記の両方の実施形態で説明した、機械視覚システムに外部カメラを追加する能力は、システム・メーカと顧客の両方に著しい利点を与える。システムに外部カメラを追加する能力はカスタマイズの束縛からメーカを自由にし、それらがそれらのスキャナの範囲および機能を大きく拡張することを可能にする。顧客に対して、完全に動作可能な走査ユニットに外部カメラを追加する能力はコストを低減し、柔軟性を高める。システム特性は今や単に適切なカメラの追加によって容易に変更できる。すなわち、システムの焦点距離、視野などすべて変更可能である。システムはその内部カメラと外部カメラの両方を使用する能力を有するので、前に２つ必要とした用途に対して単一の視覚システムを容易に変換することができる。たとえば、マトリックス・コードがアイテムの両側にある場合、各側に１つずつ、２つのシステムが必要になろう。完全に機能的な視覚システムに外部カメラを追加することで、今や単一の視覚システムを使用してアイテムの両側を走査することができる。
【００２１】
要約書に記載されていることを含めて、本発明の例示の実施形態の上記の説明は、網羅的なもの、または本発明を開示されている正確な形態に限定するものではない。本発明の特定の実施形態や例について例示の目的で本明細書で説明したが、当業者なら認識できるように、様々な均等な修正が本発明の範囲内で可能である。
【００２２】
これらの修正は上記の詳細な説明に照らして本発明に対して行うことができる。首記の特許請求の範囲で使用する用語は本発明を明細書や特許請求の範囲に開示した特定の実施形態に限定するものと解釈すべきでない。そうではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲解釈の確立された教義に従って解釈すべき首記の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の構造と機能を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構造と機能を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2006504288.tif 000005
2006504288.tif 000006