專利名稱：用于測(cè)量施加于物體的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法和設(shè)備的制作方法
用于測(cè)量施加于物體的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法和設(shè)備發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量施加于物體的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法和設(shè)備，來(lái)自該光學(xué)可變標(biāo)志的光當(dāng)從不同角度觀察時(shí)具有不同的光譜組成。關(guān)聯(lián)技術(shù)的簡(jiǎn)述在標(biāo)簽、標(biāo)志和可視標(biāo)記的領(lǐng)域中，通常使用具有透鏡和圖像傳感器的相機(jī)系統(tǒng)，該相機(jī)系統(tǒng)耦合于取幀器(frame grabber)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)帶有標(biāo)簽、標(biāo)志或可視代碼的物體進(jìn)入相機(jī)系統(tǒng)的視野時(shí)，圖像傳感器可被觸發(fā)以捕獲圖像。在物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體的標(biāo)簽·可在特定觸發(fā)事件后由圖像傳感器捕獲，例如通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器捕獲，以形成標(biāo)簽的數(shù)字圖像。圖像傳感器將由此以快速積分時(shí)間工作從而產(chǎn)生不模糊的圖像，并通常具有必要的驅(qū)動(dòng)器和信號(hào)電子器件以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換將捕獲的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。數(shù)字圖像可由取幀器保持并格式化，并可傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以通過(guò)使用特殊圖像出來(lái)算法進(jìn)一步處理。例如，可執(zhí)行物體尺寸的光學(xué)測(cè)量，并可使用光符號(hào)識(shí)別或圖案匹配算法來(lái)檢測(cè)和讀出由標(biāo)簽和標(biāo)志表示的某些信息。此外，已提出一些設(shè)備以檢查由對(duì)人類觀察者來(lái)說(shuō)光學(xué)可變的油墨構(gòu)成的標(biāo)簽和標(biāo)志而不使用自動(dòng)檢查的相機(jī)系統(tǒng)。已提出這些設(shè)備使用安裝在觀察設(shè)備中的反射鏡來(lái)反射已從光學(xué)可變標(biāo)準(zhǔn)化射出的光，由此人類觀察者可從固定的空間方向觀察光學(xué)可變標(biāo)志。這使觀察者無(wú)需移動(dòng)就能同時(shí)看到第一和第二顏色的光學(xué)可變標(biāo)志的圖像。姑且不論光學(xué)檢查系統(tǒng)領(lǐng)域的所有技術(shù)，在測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志特性的領(lǐng)域中，仍然需要專門的光學(xué)檢查方案以改善這些系統(tǒng)的成本、性能和多功能性。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于測(cè)量施加于物體的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法。優(yōu)選地，該方法包括下列步驟照亮光學(xué)可變標(biāo)志以形成由標(biāo)志在第一視角反射的第一光和由標(biāo)志在第二視角反射的第二光，所述第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成；以及使第二反射的光折射通過(guò)光學(xué)單元以朝向光學(xué)傳感器重定向第二反射的光。此外，該方法進(jìn)一步優(yōu)選地包括下列步驟通過(guò)光學(xué)傳感器同時(shí)捕獲第一光和第二折射光；并基于捕獲的第一光和第二光確定光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種配置成測(cè)量施加于物體的光學(xué)可變標(biāo)簽的特性的設(shè)備。該設(shè)備優(yōu)選地包括光源，所述光源照亮光學(xué)可變標(biāo)志以形成由標(biāo)志在第一視角反射的第一光和由標(biāo)志在第二視角反射的第二光，所述第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成；以及棱鏡，所述棱鏡折射第二反射光以重定向第二反射光。此外，該設(shè)備優(yōu)選地包括相機(jī)，所述相機(jī)通過(guò)光學(xué)傳感器同時(shí)捕獲第一光和第二折射光；以及處理單元，所述處理單元基于捕獲的第一光和第二折射光確定光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志特性的設(shè)備，所述標(biāo)志施加于物體上。該設(shè)備優(yōu)選地包括光源，所述光源照亮光學(xué)可變標(biāo)志以形成由標(biāo)志在第一視角反射的第一光和標(biāo)志在第二視角上反射的第二光，所述第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成；以及光學(xué)器件，用于將第二反射光折射向與第二視角不同的方向以形成經(jīng)重定向的第二光。此外，該設(shè)備優(yōu)選地包括相機(jī)，所述相機(jī)通過(guò)光學(xué)傳感器同時(shí)地捕獲經(jīng)反射的第一光和經(jīng)重定向的第二光；以及處理單元，所述處理單元基于經(jīng)反射的第一光和經(jīng)重定向的第二光確定光學(xué) 可變標(biāo)志的光學(xué)特性。本發(fā)明的概述既不旨在也不解釋為表示本發(fā)明完全的邊界和范圍，其額外的方面將從詳細(xì)說(shuō)明中變得更為清楚，尤其是當(dāng)與所附附圖
一起考慮時(shí)。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)勢(shì)將參照下面的說(shuō)明書(shū)、所附權(quán)利要求和附圖變得更容易理解，在附圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備的示意圖；圖2示出表示根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法的步驟的圖；圖3A和3B示出根據(jù)本發(fā)明用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的特性的設(shè)備的示意性截面圖和如視圖;圖4示出用于測(cè)量具有某些要素尺寸和要素幾何關(guān)系的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備的示意圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一方面用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特征的設(shè)備的示意圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明又一方面用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備的示意圖；圖7A、7B和7C表示根據(jù)本發(fā)明又一方面的可與用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備一起使用的不同類型棱鏡的示意圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明再一方面用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備的示意圖；以及圖9示出根據(jù)本發(fā)明再一方面用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備的示意圖，其中沒(méi)有光垂直地傳播至圖像傳感器。這里，使用相同的附圖標(biāo)記，在可能的情形下，用來(lái)指示附圖共有的相同要素。附圖中的圖像為解說(shuō)目的被簡(jiǎn)化并且不按照比例繪出。附圖簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明，用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備5示意地示出于圖I中。擬被檢查的物體10——例如具有光學(xué)可變標(biāo)志形式的某些安全特征的藥劑產(chǎn)品包裝盒或銀行券——例如通過(guò)使用自動(dòng)包裝系統(tǒng)的傳送帶沿與由透鏡40限定的光軸0基本垂直的方向V移動(dòng)經(jīng)過(guò)設(shè)備5。物體10具有印刷在其前表面12上的光學(xué)可變標(biāo)志15。標(biāo)志15可能已之前使用光學(xué)可變油墨(OVI)印刷在物體10上。標(biāo)志15可通過(guò)具有不同光學(xué)厚度和折射率的薄膜多層涂層構(gòu)成，由此反射光的顏色或波長(zhǎng)將因變于觀察角或反射角而改變。例如，標(biāo)志15可具有許多特性，這些特性使其能根據(jù)相對(duì)表面12的視角以不同方式反射照明光的某些波長(zhǎng)，以形成當(dāng)沿不同方向觀察時(shí)光的不同光譜組成。例如，可使OVI具有色移性質(zhì)，由此從基本垂直于(a I = 0°，±5° )物體10前表面12的視角a I來(lái)看，觀察到標(biāo)志15呈原色PC，例如綠色，而當(dāng)從相對(duì)于前表面12以某一傾斜角(例如角a 2)觀察標(biāo)志14時(shí)觀察到復(fù)色SC。也可使標(biāo)志15的OVI如此形成即從各個(gè)視角或更多視角觀察到原色、二次色和三次色PC、SC、TC，并且色移隨著視角的連續(xù)變化而連續(xù)變化。例如，可形成標(biāo)志15的OVI以使從標(biāo)志15反射的光隨著視角例如從基本垂直朝向物體10的前表面12的角a I = 0°，±5°開(kāi)始增大而從紅色變?yōu)榫G色。因變于波長(zhǎng)的這些反射是根據(jù)視角變化的。例如，反射曲線可在某一波長(zhǎng)(例如對(duì)于紅色在650nm)具有峰值，并且根據(jù)視角，反射曲線的峰值就綠色而言移動(dòng)至510nm。在標(biāo)志15的另一變例中，使OVI如此形成即當(dāng)從不同視角觀察時(shí)射出不同偏振的光。偏振可因變于觀察角而改變，并因此使用不同觀察角來(lái)分析不同的偏振。此外，可形成諸如由OVI構(gòu)成的光學(xué)可變層覆蓋的徽標(biāo)(logo)、文本或圖片的標(biāo)志15，所述OVI構(gòu)成的光學(xué)可變層由具有隨視角改變的可變透明度。由此，如果從一個(gè)角度觀察，徽標(biāo)可以是隱藏的，但從第二角度觀察時(shí)它是可見(jiàn)的。也可能必須使用角al#0°來(lái)觀察到原色PC，這依賴于OVI材料的化學(xué)和光學(xué)特性以及印刷環(huán)境。
物體10上印刷的標(biāo)志15可包括容易通過(guò)設(shè)備5分析并包含某些信息的特定圖案或形狀。例如，可將特殊字符、矩陣碼、條形碼、圖像等作為標(biāo)志15印刷。照明設(shè)備20用來(lái)例如通過(guò)使用白光發(fā)光二極管(LED)將光25射至標(biāo)志15上。照明設(shè)備20被配置成使充分的光從標(biāo)志15反射出，由此圖像傳感器可捕獲射出的光以供進(jìn)一步處理。作為一個(gè)例子，照明可以是使用一個(gè)或多個(gè)白光LED的定向光源，這依賴于由LED產(chǎn)生的光強(qiáng)度，例如Edmund 先進(jìn)照明高強(qiáng)度LED聚光燈。照明角(illumination angle) a ill也可能影響色移特性的角度。在一變例中，照明設(shè)備20可配置在表面12前方的不同位置，以使光25對(duì)標(biāo)志15的照明具有增加的均勻性。然后從標(biāo)志15反射出寬光譜的白光25。第一光11從第一角度從物體10的表面12反射出，該第一角度在圖示例子中是基本垂直于表面12的0°角。第一光11可具有第一特性，例如第一原色(PC)或從第一角度可見(jiàn)的第一圖案或偏振。另外，從相對(duì)于物體10的前表面12傾斜的角度來(lái)看，在圖示大約45°的例子中，具有與第一特性不同的第二特性的第二光12被反射。第二特性可以是二次色(SC)的發(fā)射或從第二角度可見(jiàn)但從第一角度不可見(jiàn)的第二圖案。在這種情形下，第一和第二特性是不同的顏色PC、SC，第一光11和第二光12將在這些顏色PC、SC下發(fā)射出，并具有在200nm和900nm之間的基本不重疊范圍的波長(zhǎng)，例如因變于在650nm下具有峰值的PC波長(zhǎng)的光譜組成以及因變于在510nm具有峰值的SC波長(zhǎng)的光譜組成。設(shè)備5被配置成使第二光12朝向棱鏡30的前表面31反射并進(jìn)入棱鏡30的第一部分32,并朝向第一部分32的后表面36引導(dǎo)。棱鏡30具有與周圍環(huán)境(即空氣)的折射率nenv不同的折射率n。第二折射光121隨后以不同于第二光12傳播角的角度退出棱鏡30的第一部分32的后表面36。第二折射光121由此改變其方向并可具有很大程度上依賴于棱鏡使用的材料的某一色散，但沒(méi)有波長(zhǎng)偏移發(fā)生。第二折射光121由透鏡40捕獲，并隨后在圖像傳感器50的第一位置形成和捕獲標(biāo)志15的圖案52。同時(shí),第一光11朝向棱鏡30的前表面31反射并進(jìn)入棱鏡30的第二部分34。第一光11和第二光12具有相對(duì)物體10的前表面12不同的傳播角。在圖示變例中，第一光11的角度基本平行于光軸0并基本垂直于物體10的前表面12，并在12的角度過(guò)大而無(wú)法直接擊中透鏡時(shí)朝向透鏡引導(dǎo)。第一光11隨后朝向第一部分32的后表面36傳播并以基本與第一光11的傳播角基本相同的角度作為第一光111離開(kāi)后表面38。優(yōu)選地，第二折射光121和第一光111之間的角距不超出10。。棱鏡30被配置成使第二折射光121也朝向透鏡40引導(dǎo)并通過(guò)透鏡40導(dǎo)向至圖像傳感器50。第一光111由透鏡40捕獲并且標(biāo)志15的圖案54則由與圖像傳感器50的第一位置(圖像傳感器50的不同位置)不重疊的第二位置的第二部分捕獲。這種配置允許用圖像傳感器50同時(shí)捕獲第一圖案52和第二圖案54，圖案52、54分別由第二折射光121和第一光111形成，而不需要任何附加的相機(jī)或同步機(jī)構(gòu)。這允許對(duì)從傳感器50捕獲的同一圖像中的兩圖案52、54施加數(shù)字處理。例如，同時(shí)捕獲允許在圖像傳感器50的同一積分周期內(nèi)捕獲圖案52和54。相比使用反射鏡來(lái)反射光11和12，棱鏡30的使用，當(dāng)檢查由OVI構(gòu)成的標(biāo)志15時(shí)表現(xiàn)出若干優(yōu)勢(shì)。例如，反射鏡經(jīng)常對(duì)由傳感器50捕獲的圖像引入線性畸變，由此可能需要進(jìn)一步的校正性處理，而標(biāo)志15的第一和第二特性的檢測(cè)量和精度可能大為降低。另夕卜，反射鏡的使用可能引入附加的多次反射，由此可能無(wú)法獨(dú)立地將圖案52、54投影在圖像傳感器50的不同區(qū)域，而不使來(lái)自設(shè)備5的各個(gè)要素的多次反射重疊。多次反射發(fā)生在 光在兩個(gè)或更多個(gè)反射鏡之間反射一次以上時(shí)。另外，不合需的二次反射則可能與通過(guò)光的原色、合需的反射產(chǎn)生的圖像形成干涉。透鏡40和棱鏡30的使用相比基于反射鏡的系統(tǒng)允許大量減少線性畸變以改變光的傳播，并也表現(xiàn)出比基于反射鏡的系統(tǒng)明顯更好的優(yōu)勢(shì)，即可避免反射鏡之間的雙反射，所述雙反射可能妨礙或使某些測(cè)量變得不可能。這種對(duì)在圖像傳感器50的同一積分時(shí)間期間由不同角度反射的具有第一特性和第二特性的不同光的圖案52、54的同時(shí)捕獲為測(cè)量和分析目的提供額外的優(yōu)勢(shì)。給定圖像傳感器50——例如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像傳感器——的特定積分時(shí)間，例如在lum-lOOms的范圍內(nèi)，可同時(shí)捕獲圖案52和54，并隨后直接將源自同一標(biāo)志15的圖案52和54進(jìn)行比較。在一變例中，也可僅使用棱鏡30呈三角截面形狀的第一部分32，而第二部分34不存在，并且第一光11不通過(guò)另一光學(xué)介質(zhì)。由此，從標(biāo)志15垂直射出的第一光11將直接由透鏡40和圖像傳感器50捕獲。棱鏡的第一部分32的前表面31部分被配置成使其寬度例如沿物體10的移動(dòng)方向V比標(biāo)志15的寬度更寬。圖像傳感器50隨后用來(lái)捕獲第一圖案52、第二圖案54的圖像，并且該圖像可被轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。圖像傳感器50與驅(qū)動(dòng)器單元56耦合，該驅(qū)動(dòng)器單元56被配置成讀出由圖像傳感器50捕獲的圖像。例如，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、電源電壓和基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)信號(hào)發(fā)生器、存儲(chǔ)器緩存器等可以是驅(qū)動(dòng)器單元56的一部分。驅(qū)動(dòng)器單元56自身耦合至處理單元60，該處理單元60可對(duì)由圖像傳感器50捕獲的圖像執(zhí)行數(shù)據(jù)和圖像處理。處理單元60可由個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)實(shí)現(xiàn)，或由重新組合了處理單元60、圖像傳感器50和驅(qū)動(dòng)器單元56的智能相機(jī)系統(tǒng)(例如Cognex InSight 1400c)實(shí)現(xiàn)，并可包括配置成存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令的硬件處理器和存儲(chǔ)器，該計(jì)算機(jī)可讀指令當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)處理、顯象和通信功能。存儲(chǔ)器可以是易失性或FLASH存儲(chǔ)器或其組合。另外，處理單元60也可包括可執(zhí)行例如圖像處理、特征提取、統(tǒng)計(jì)學(xué)算法和校正算法等數(shù)據(jù)處理的硬件編碼的圖像處理芯片、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或者復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。例如，單元60可執(zhí)行圖像過(guò)濾，例如媒體過(guò)濾、圖像校正、背景圖像傳感器噪聲校正、統(tǒng)計(jì)學(xué)圖像分析、估算、查找表生成和管理等。通過(guò)處理單元60完成的對(duì)表征具 有第一和第二特性(例如原色PC和二次色SC)的圖案52、54的捕獲圖像數(shù)據(jù)的典型測(cè)量各自包括讀取數(shù)據(jù)矩陣碼、條形碼、顏色質(zhì)量印刷檢查、偏振圖案分析、標(biāo)志幾何形狀的校驗(yàn)等。例如，這種測(cè)量允許校驗(yàn)標(biāo)志15是否由特殊類型的OVI構(gòu)成，這種特殊類型的OVI在使用顏色圖像傳感器50的情況下具有精確定義的色移特性。例如，處理單元60可將第一光111、第二光121兩者因變于波長(zhǎng)的頻譜分布與存儲(chǔ)在處理單元60中的基準(zhǔn)分布進(jìn)行比較。作為又一示例，鑒于當(dāng)標(biāo)志15從不同角度觀察時(shí)可變的透明度，圖案54可通過(guò)光111表現(xiàn)出可見(jiàn)的第一徽標(biāo)，而圖案52可通過(guò)光121表現(xiàn)出與第一徽標(biāo)不同的第二徽標(biāo)。圖2示出表示可在如圖I所示的設(shè)備5上執(zhí)行的測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法的步驟的圖。在步驟S10，物體10在被配置成測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志15特性的設(shè)備5之前經(jīng)過(guò)，以使標(biāo)志15處于透鏡40和圖像傳感器50的視野內(nèi)，并在步驟SlO由具有寬光譜白光的照明設(shè)備20照亮。接著，在步驟S22，第一光11從標(biāo)志15與物體15的表面12成第一角度地反射，而在步驟S20，第二光12從標(biāo)志15與物體15的表面12成第二角度地反射。反射的第二光12朝向棱鏡30的第一部分32射出，并在步驟S30在第一部分32折射以作為折射的第二光121離開(kāi)。同時(shí)，在示出的圖中，第一光11不經(jīng)過(guò)除透鏡40以外的任何其它光學(xué)介質(zhì)，從而將圖像聚焦在圖像傳感器50上。在一變例中，可引導(dǎo)第一光11通過(guò)光學(xué)介質(zhì)，例如棱鏡30的第二部分34。接著，在步驟S40，第二折射光121和第一光11朝向透鏡40傳播并通過(guò)透鏡40聚焦在在圖像傳感器50上以分別形成第一折射光121和第一光11的圖案52、54。執(zhí)行觸發(fā)步驟S45，該步驟將信號(hào)提供給圖像傳感器單元50或驅(qū)動(dòng)器單元56，以在需要捕獲圖案52、54時(shí)作出指不。一旦通過(guò)第一光11作為圖案54投射到棱鏡30前表面31的標(biāo)志15位于棱鏡30的第一部分32的一個(gè)區(qū)域，觸發(fā)信號(hào)可通過(guò)傳感器單元50觸發(fā)圖像積分。例如，該觸發(fā)可通過(guò)檢測(cè)進(jìn)入觸發(fā)區(qū)的物體10到來(lái)的遮光板實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)傳感器單元50本身在高頻率下讀出部分圖像以檢測(cè)物體10的到來(lái)而實(shí)現(xiàn)。然后，在步驟S40，這些圖案52、54在圖像傳感器的同一積分周期被同時(shí)捕獲，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，并且該數(shù)字圖像被提交給處理單元60。在下一步驟S50，處理單元60分別評(píng)估數(shù)字圖像以及被捕獲的具有第一特性和第二特性的圖案52、54。例如，可執(zhí)行顏色處理以校驗(yàn)關(guān)于每個(gè)圖案52、54的某些波長(zhǎng)的色域和強(qiáng)度是否與其中特定波長(zhǎng)、與一振幅相比擬的預(yù)定圖案對(duì)應(yīng)。另外，處理單元60可將RGB顏色信息轉(zhuǎn)換成色相-飽和度-亮度(HSL)或色相-飽和-數(shù)值(HSV)顏色信息，由此利于圖像上的特征檢測(cè)、圖像分段或顏色分析。該顏色處理可與其它處理算法結(jié)合，例如條形碼或矩陣碼的讀出、標(biāo)志15某些尺寸的測(cè)量、某些印刷信息的讀出、識(shí)別標(biāo)記或徽標(biāo)等。作為又一示例，可預(yù)先形成具有不同特性的圖案52、54上的圖案匹配。接著，圖3A和3B中繪出了用于測(cè)量光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備105的示意性截面圖和前視圖。擬被檢查的物體110在面向設(shè)備105的表面112上具有光學(xué)可變標(biāo)志115，并通過(guò)傳送帶117移動(dòng)經(jīng)過(guò)設(shè)備105的視野。設(shè)備105包括例如鋁或聚合物外形的殼體190，其具有由防擦石英玻璃或普通玻璃制成的前窗194以及具有配置在其中的連接器180、181的后閉合結(jié)構(gòu)192構(gòu)成。連接器180可以是高速圖像數(shù)據(jù)傳輸總線182，其將相機(jī)150連接于處理單元160以進(jìn)一步處理由相機(jī)150傳遞的數(shù)字圖像。針對(duì)這種應(yīng)用的示例性相機(jī)150可以是具有640X480像素分辨率并具有C安裝或CS安裝透鏡接口的Genie C640-1/3。相機(jī)150通過(guò)保持支架156附連于殼體190的側(cè)壁。此外，透鏡140通過(guò)支架142附連于殼體190，并耦合于相機(jī)150的C安裝或CS安裝接口?？捎糜谶@種應(yīng)用的典型透鏡140可以是Computar 或Fujinon 透鏡。支架142用來(lái)固定透鏡140,但也可用來(lái)將透鏡140的焦點(diǎn)固定在某一位置。此外，棱鏡130被配置在殼體190內(nèi)并與前窗194直接接觸，并且附連元件139被配置在殼體190內(nèi)以將棱鏡130附連至固定位置。前窗194和棱鏡130也可由一個(gè)單件構(gòu)成。棱鏡可由材料硅藍(lán)寶石、類似聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物等構(gòu)成。一種示例性棱鏡可以是例如Edmund NT43-672 12. 7mmX 12. 7mmX21. 9mm的利特羅(Littrow)色散棱鏡。該棱鏡130沒(méi)有殼體內(nèi)部寬度那樣寬，由此照明設(shè)備120可緊挨著棱鏡130設(shè)置,照明設(shè)備120同樣面向前窗194。在一變例中，照明設(shè)備120也可配置在殼體190外側(cè)以避免前窗194上的反射。分隔罩127被配置成使照明部分與棱鏡130光學(xué)地 分隔開(kāi)，以避免雜散光通過(guò)棱鏡130的側(cè)壁進(jìn)入,該雜散光會(huì)與標(biāo)志115在棱鏡130中的第一光I1和第二光I2形成干涉。殼體內(nèi)部可用具有非常低反射特征的黑色顏料或涂層覆蓋，并可對(duì)棱鏡130加上網(wǎng)罩以減少棱鏡的視野。這些網(wǎng)罩可被施加于棱鏡130的前表面131以限定光I2和I1的輸入?yún)^(qū)。照明設(shè)備120可包括反射器122、諸如發(fā)光二極管(LED)或鹵素?zé)襞莸陌l(fā)光元件124，該發(fā)光元件124連接于供電單元126。例如，照明設(shè)備120可以是Edmund 先進(jìn)照明高強(qiáng)度LED聚光燈。照明設(shè)備120連接于可配置在殼體190內(nèi)部的控制單元170，該控制單元170可為照明源120的頻閃觀測(cè)照明提供功率控制信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)檢測(cè)單元172—例如遮光板172—也可與控制單元170連接以使得可提供觸發(fā)相機(jī)150和頻閃觀測(cè)發(fā)光120的圖像獲取的觸發(fā)信號(hào)?？刂茊卧?70本身可通過(guò)端口 181與外部電源161連接，并也可與處理單元160連接以提供或接收觸發(fā)信號(hào)和其它控制信息，例如用以監(jiān)視電源和溫度105。圖3B不出表不棱鏡130位于殼體190左側(cè)的第一和第二部分132、134的設(shè)備105主視圖。分隔罩127位于殼體190右側(cè)上的區(qū)域內(nèi)，它圍住具有發(fā)光元件124和反射器122的照明設(shè)備120。此外，附連元件139透過(guò)透明前窗194圖示出，該附連元件139將棱鏡130和分隔罩127定位在殼體190內(nèi)的限定的位置。圖4示出在圖像捕獲的可能時(shí)間實(shí)例中光學(xué)檢測(cè)設(shè)備5和物體10的諸要素與標(biāo)志15的尺寸和幾何關(guān)系的示意圖。該尺寸和幾何關(guān)系主要由標(biāo)志15的尺寸和OVI的特征確定。例如，取決于所使用的OVI和標(biāo)志15的多層結(jié)構(gòu)，不同的標(biāo)志特性將確定理想角a 2。另外，照明角a m將對(duì)理想角Ci2造成影響。角a 2—般選擇為大于Ciill以避免直接反射。例如，在第一和第二特性是原色PC和二次色SC的情形下，角a 2將被確定以使得能夠容易地和清楚地將SC從PC檢測(cè)和區(qū)別開(kāi)來(lái)，理想地從角度a i = 0°觀察到并在某一傾角下基于標(biāo)志15的可讀性的幾何因素。設(shè)置尺寸和幾何關(guān)系以使第二折射光I21和第一光I11將借助透鏡40朝向圖像傳感器50傳播。優(yōu)選地，選擇I11和I21之間的角距以使圖案52、54充分地彼此間隔開(kāi)從而給定圖案52和圖案54的中心之間的距離G使它們投射到圖像傳感器50的相應(yīng)區(qū)域上。請(qǐng)注意圖像傳感器50在圖4中未按比例示出，沒(méi)有繪出透鏡40，并且圖像傳感器50的寬度一般小于B和F。
標(biāo)志15具有限定的寬度L，棱鏡30的第一部分32的前表面具有寬度B，并且棱鏡30的第二部分34的前表面具有寬度F。此外，物體10的前表面12和棱鏡30的前表面31之間沿垂直于表面12的方向的距離為D。寬度E代表在由傳感器50進(jìn)行圖像捕獲時(shí)標(biāo)志12的前向邊和棱鏡30的第一部分32的右側(cè)邊之間的橫向距離。在圖示變例中，棱鏡的第一部分32具有直角三角形的截面形狀。此外，圖像傳感器50和透鏡40的光軸0(圖I)也垂直于物體10的前表面12。照明設(shè)備20被配置在右側(cè)以不阻礙光從標(biāo)志15至棱鏡30的前表面31的反射,并被配置成相對(duì)于光軸0具有照明角a m。第二反射光I2以角度<12從標(biāo)志15射出，并相對(duì)于與前表面31垂直的軸線以角度^進(jìn)入棱鏡31的前表面31。在該變例中示出與前表面31垂直的軸線與光軸平行。接著，第二反射光12相對(duì)于與前表面31垂直的軸線以角度小2、并相對(duì)于前表面本身31以角度P 2傳播進(jìn)入棱鏡30的第一部分32,并相對(duì)于與后表面36垂直的軸線A以角度$ 3、并相對(duì)于后表面36本身以角度P 2撞擊到棱鏡30的第一部分32的后表面36。當(dāng)離開(kāi)棱鏡30時(shí),第二折射光I21改變其方向角，該方向角相對(duì)于與后表面36垂直的軸線 A具有角04。此外，棱鏡30的第一部分32的傾角為P。在圖示變例中，選擇P和棱鏡30的尺寸以使第二折射光I2I和第一光I11朝向透鏡40和圖像傳感器50傳播。形成在圖像傳感器50上的圖案52、54 (例如表示字母A)分別從棱鏡30的后表面36、38投射。當(dāng)通過(guò)其要素設(shè)計(jì)設(shè)備5、105時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)下列關(guān)系。具有折射率n并形成直角三角形側(cè)的棱鏡30的第一部分32的前表面的寬度B優(yōu)選地是在標(biāo)志寬度L的I. 2至3倍范圍內(nèi)的因數(shù)，更優(yōu)選地在寬度L的I. 5倍和2倍之間。在不需要通過(guò)兩個(gè)完整圖案52、54檢查標(biāo)志15幾何形狀的情形下，寬度B可小于寬度L。此外，使圖像捕獲時(shí)的距離E處于寬度L的0. I倍至0. 5倍之間的范圍，更優(yōu)選地處于寬度L的0. 2倍至0. 3倍之間的范圍內(nèi)。寬度L 一般大于1mm。第二反射光I2的觀察角a 2是根據(jù)標(biāo)志15所使用的OVI類型選擇的，并在40° -85°的范圍內(nèi)，而第一光I1的觀察角\在0°左右。在圖示變例中，角度a 2大約為45°?；谶@些參數(shù)，根據(jù)下列方程[I]可計(jì)算優(yōu)選距離D D=--— [I]
Ima2此外，作為棱鏡30的三角形第一部分32應(yīng)當(dāng)使用的角P被定義如下
f n -sinfl .、 p = arctan! ---— 121
'COS^2并且角A2通過(guò)下面方程[3]被定義為
.(Sinrpl ro1(p2 = arcsm ——u.- [3]
V Ii J這些方程[1]、[2]和[3]基于這樣一個(gè)事實(shí)，即^+^1+^2= 180°，并遵循斯涅
耳法則
= [4] siti 朽 Hew
以及
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量施加于物體上的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法，所述方法包括 照亮所述光學(xué)可變標(biāo)志以形成由所述標(biāo)志在第一視角反射的第一光和由所述標(biāo)志在第二視角反射的第二光，所述第一光和第二光因所述光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成； 使所述第二反射光折射通過(guò)光學(xué)單元以便朝向光學(xué)傳感器重定向所述第二反射光； 通過(guò)所述光學(xué)傳感器同時(shí)地捕獲所述第一光和所述第二折射光；以及 基于所述捕獲的第一光和第二光確定所述光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括 使所述第一反射光折射通過(guò)所述光學(xué)單元，所述第一反射光折射通過(guò)所述光學(xué)單元的第一部分，而所述第二反射光折射通過(guò)所述光學(xué)單元的第二部分，所述光學(xué)單元的所述第一部分和所述第二部分具有彼此不同的折射特性。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 所述光學(xué)傳感器包括顏色傳感器，并且所述確定光學(xué)特性的步驟還包括 測(cè)量所述捕獲的第一光和第二光的顏色特性。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括 在用所述光學(xué)傳感器進(jìn)行所述捕獲之前用偏振濾光器對(duì)所述第一光和第二光中的至少一個(gè)進(jìn)行過(guò)濾。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量包括測(cè)量在所述物體上的所述光學(xué)可變標(biāo)志的幾何特性。
6.一種配置成測(cè)量施加于物體上的光學(xué)可變標(biāo)志的特性的設(shè)備，所述設(shè)備包括 光源，所述光源作用以照亮所述光學(xué)可變標(biāo)志以便形成由標(biāo)志在第一視角反射的第一光和由標(biāo)志在第二視角反射的第二光，所述第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成； 棱鏡，所述棱鏡作用以折射所述第二反射光以重定向所述第二反射光； 光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器作用以通過(guò)光學(xué)傳感器同時(shí)地捕獲第一光和第二折射(經(jīng)重定向的)光；以及 處理單元，所述處理單元基于所述捕獲的第一光和第二折射光確定光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于， 所述棱鏡作用以折射所述第一反射光，所述第一反射光折射通過(guò)所述棱鏡的第一部分，而所述第二反射光折射通過(guò)所述棱鏡的第二部分，所述棱鏡的所述第一和第二部分具有彼此不同的折射特性。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，還包括 偏振濾光器，所述偏振濾光器作用以在用所述相機(jī)捕獲光之前對(duì)所述第一和第二反射光中的至少一個(gè)進(jìn)行濾光。
9.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述棱鏡還包括 作用以折射所述第一反射光的第一部分；以及 作用以折射所述第二反射光的第二部分，其中 所述棱鏡的第一部分和第二部分具有彼此不同的折射特性。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述光源進(jìn)一步作用以照亮所述光學(xué)可變標(biāo)志以便形成由所述光學(xué)可變標(biāo)志在第三視角反射的第三光，所述第三視角不同于所述第一視角和第二視角，所述棱鏡進(jìn)一步包括 作用以折射所述第三反射光的第三部分，其中 所述棱鏡的所述第一、第二和第三部分具有彼此不同的折射特性。
11.一種用于測(cè)量施加于物體上的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的設(shè)備，所述設(shè)備包括 光源，所述光源作用以照亮所述光學(xué)可變標(biāo)志以便形成由所述標(biāo)志在第一視角反射的第一光和所述標(biāo)志在第二視角上反射的第二光，所述第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成； 光學(xué)裝置，其作用以將第二反射光折射向與所述第二視角不同的光軸方向以形成經(jīng)重定向的第二光； 光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器通過(guò)光學(xué)傳感器同時(shí)地捕獲經(jīng)反射的第一光和經(jīng)重定向的第二光；以及 處理單元，所述處理單元連接于所述光學(xué)傳感器并作用以基于從所述光學(xué)傳感器接收的信號(hào)確定所述光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述經(jīng)重定向的第二光和所述第一反射光之間的角距不超過(guò)10°。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述反射的第一光的光路和所述經(jīng)重定向的第二光的光路使所述第一光和第二光朝向所述相機(jī)傳播，以在所述光學(xué)傳感器上產(chǎn)生對(duì)于所述第二折射光和所述第一反射光的兩個(gè)獨(dú)立的非重疊投影。
全文摘要
一種測(cè)量施加于物體上的光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性的方法，該方法包括步驟照亮光學(xué)可變標(biāo)志以形成由標(biāo)志在第一視角反射的第一光和由標(biāo)志在第二視角反射的第二光，該第一光和第二光因光學(xué)可變標(biāo)志而具有不同的光譜組成；使第二反射光折射通過(guò)光學(xué)單元以朝向光學(xué)傳感器重定向第二反射光；用光學(xué)傳感器同時(shí)地捕獲第一光和第二折射光；并基于所捕獲的第一光和第二光確定光學(xué)可變標(biāo)志的光學(xué)特性。
文檔編號(hào)G06K7/10GK102971744SQ201180032665
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
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