專利名稱：圖像拍攝系統及用于分析圖像數據的方法
技術領域：
本發明涉及圖像拍攝系統以及用于分析圖像數據的方法。
背景技術：
在用于諸如印刷紙張、箔片或紡織物片之類的材料片的制造系統中使 用了用于圖像數據分析的圖像拍攝系統及方法。
如圖1所示，拍攝裝置110可用于檢測印刷材料片101上的圖像 100。在掃描過程中，在特定時間點檢測圖像。可在掃描過程中不同時間 點連續檢測圖像，例如通過電動機160驅動而經由軌道系統161以橫向運 動的方式與材料片的方向A相交叉。例如通過沿材料片方向A移動材料片 101，可以沿材料方向A來進行掃描。圖像數據可經由線路162傳輸至控 制及處理單元163，在此處對圖像數據進行處理。可在諸如監控器的輸出 終端164上為使用者顯示結果。顯示例如可被用于評估印刷材料片101的 打印品質。可以使用諸如鍵盤的輸入終端165來向控制及處理單元163發 送命令，由此也向拍攝裝置IIO發送命令。控制及處理單元163也可向電 動機160發送命令。
當拍攝了材料片101上的圖像100時，會希望觀察較大拍攝區域內特 定較小的區域，SP，獲得圖像100的放大視圖(變焦)。這是為了對印刷 材料片上的印刷進行評估所需要的。上述系統的實施例包括具有可變焦距 的變焦鏡頭，其能夠通過鏡頭內的光學部件的排列來拍攝圖像的不同區 域。變焦鏡頭具有更復雜的設計，并且更加昂貴，且其成像品質也遜于具 有固定焦距的定焦鏡頭。
發明內容
本說明書揭示了圖像拍攝系統以及用于分析圖像數據的方法。根據一個方面， 一種用于拍攝圖像平面內的圖像的系統包括一個第一 傳感器裝置和一個第一成像裝置以及一個第二傳感器裝置和至少一個第二 成像裝置。所述系統被設計為拍攝所述圖像平面中的第一拍攝區域和至少 一個第二拍攝區域。
在各個實施例中，系統或方法可具有以下一個或多個特征。所述傳感 器裝置以及所述成像裝置可以被設置為使得所述第二拍攝區域小于所述第 一拍攝區域。所述傳感器裝置以及所述成像裝置可以被設置為使得所述第 二拍攝區域包括所述第一拍攝區域的局部部分。所述傳感器裝置以及所述 成像裝置可以被設置為使得所述第二拍攝區域位于所述第一拍攝區域內。
所述第一成像裝置可包括第一光軸，而所述第二成像裝置可包括第二 光軸。所述第一傳感器裝置可以被設置為使得所述第一傳感器裝置的中心 相對于所述第一光軸存在偏移量。所述第一傳感器裝置可以被設置為使得 所述第一傳感器裝置的中心位于穿過所述第一拍攝區域的中心和所述第一 成像裝置的中心的直線上。所述第二傳感器裝置可相對于所述第二光軸對 中布置。所述第一傳感器裝置及所述第一成像裝置可以被設置為使得所述 第一拍攝區域被所述第一成像裝置映像，并由所述第一傳感器裝置檢測 (或拍攝)。所述第二傳感器裝置及所述第二成像裝置可以被設置為使得 所述第二拍攝區域被所述第二成像裝置映像，并由所述第二傳感器裝置檢 測。所述第二傳感器裝置可以被設置為使得所述第二傳感器裝置的中心相 對于所述第二光軸存在偏移量。所述第二傳感器裝置可以被設置為使得所 述第二傳感器裝置的中心位于穿過所述第二拍攝區域的中心和所述第二成 像裝置的中心的直線上。所述第一傳感器裝置可相對于所述第一光軸對中 布置。所述第一傳感器裝置和所述第一成像裝置可以被設置為使得所述第 二拍攝區域被所述第一成像裝置映像，并由所述第一傳感器裝置檢測。所 述第二傳感器裝置及所述第二成像裝置可以被設置為使得所述第一拍攝區 域被所述第二成像裝置映像，并由所述第二傳感器裝置檢測。所述第一光 軸可與所述第二光軸彼此平行。所述第一傳感器裝置可布置在與所述圖像 平面平行的平面中。所述第二傳感器裝置可布置在與所述圖像平面平行的 平面中。所述第一成像裝置及所述第二成像裝置可具有不同的焦距。所述
7第一成像裝置可具有比所述第二成像裝置更短的焦距。所述系統可以被設 置為使得所述第二傳感器裝置拍攝相較于所述第一傳感器裝置放大的圖像 (較小的圖像區域)。所述圖像可位于材料片上。所述第一和/或第二成像 裝置可包括鏡頭部件。所述第一和/或第二成像裝置可以是定焦鏡頭。所述
第一和/或第二傳感器置可以是CMOS芯片。
根據一個方面， 一種用于分析圖像數據的方法包括用于拍攝圖像平面
內的圖像的一個第一拍攝裝置及至少一個第二拍攝裝置。該方法還包括 拍攝第一拍攝區域以獲得第一組圖像數據，并拍攝至少一個第二拍攝區域 以獲得第二組圖像數據。最終，該方法包括評估所述第一和/或第二圖像數 據。
在各個實施例中，該方法或系統可具有以下一個或更多特征。所述分 析/評估步驟可包括計算所述第一和/或第二組圖像數據的一個映像區域的 圖像數據(數字變焦)。所述分析步驟可包括基于所述第一和/或第二圖像 數據來計算尺寸無級增大或減小(無級數字變焦)的映像區域的圖像數 據。所述方法可包括如果所述映像區域位于所述第二拍攝區域內，則評 估所述第二圖像數據。所述方法可包括如果所述映像區域位于所述第一 拍攝區域內但位于所述第二拍攝區域外，則評估所述第一圖像數據。所述 方法還可包括檢測(或拍攝)色彩基準以獲得色彩基準數據。所述分析 步驟可包括基于所述色彩基準數據來計算色彩校正數據。所述分析步驟 可包括基于所述色彩校正數據來校正圖像數據的色彩。拍攝所述第一或 第二拍攝區域的步驟可包括拍攝所述色彩基準。所述色彩基準可布置在 所述第一拍攝區域的邊界區域中。所述第一圖像數據可具有第一分辨率， 所述第二圖像數據可具有第二分辨率。所述第一分辨率可小于所述第二分 辨率。第一拍攝裝置可包括第一傳感器裝置及第一成像裝置。第二拍攝裝 置可包括第二傳感器裝置及第二成像裝置。可利用第一拍攝裝置來拍攝第 一拍攝區域。可利用第二拍攝裝置來拍攝第二拍攝區域。第二拍攝裝置可 拍攝相較于第一拍攝裝置較大的圖像(較小的圖像區域)。可在處理單元 中選擇第一和/或第二圖像數據。可在處理單元內進行對第一和/或第二圖 像數據的分析。可在輸出終端上顯示映像區域。本發明的實施例可提供以下任一、全部優點或不提供以下優點。利用 兩個定焦鏡頭，系統可拍攝兩個不同尺寸的拍攝區域，例如，變焦區域及 廣角區域。此外，可以提供兩種不同分辨率，由此能夠在不使用變焦鏡頭 的情況下，以足夠的分辨率數字在較大圖像區域內進行數字變焦。由此也 允許對選擇的任何映像區域的圖像數據進行色彩校正。
根據另一方面，圖像拍攝系統包括沿主軸布置以拍攝圖像的拍攝裝置 以及用于產生散射/漫散光的照明裝置。照明裝置包括光導裝置及至少一個 光源，光源的光線被導入光導裝置并在光導內傳播。光導裝置被設計為使 得在光導裝置中傳播的光在光導裝置的至少一個表面區域上以散射狀態離 開。
在不同實施例中，上述裝置可具有以下一個或多個特征。光導裝置可 包括平板。在此情況下，光導裝置可以被設置為使得平板位于與目標平面 (即，圖像所處的平面)平行的平面內。可以就光導裝置的表面區域(除 了發出的光被導入的表面區域以及傳播光以散射狀態出射的表面區域之 外)來設計光導裝置以具有鏡面或反射涂層。發出的光被導入的表面區域 可以是光滑的，具體而言，是被拋光的。光導裝置可由包含擴散粒子的材 料制成，由此傳播光在至少一個表面區域以散射方式出射。光導裝置還可 由透明材料(具體地，丙烯酸玻璃)制成。可替代地，光導裝置可被設計 為具有位于其中拍攝裝置對圖像進行拍攝的區域內的切口。光導裝置可布 置在拍攝裝置與圖像之間。光導裝置還可布置在與拍攝裝置相反的一側。 照明裝置可具體包括至少兩個光導裝置及至少一個用于選擇性地對在一個 光導裝置內傳播的光進行阻擋或不進行阻擋的開關裝置。在此情況下，可 交替設置至少兩個光導裝置及至少一個開關裝置。可以設計照明裝置以使 至少兩個光導裝置具有三角形形狀。可以繞中心點設置所述至少兩個光導 裝置及至少一個開關裝置，以形成封閉區域。照明裝置可包括至少第一和 第二光源。第一和第二光源可位于光導裝置的相反兩側。第一和第二光源 可以是不同類型的光源。該系統可包括用于選擇性打開和關閉第一或第二 光源的控制裝置。最終，圖像可位于材料片上，并且至少一個光源可以是 氣體放電燈，具體如閃光管。本發明的實施例可提供以下任一或全部優點，或不提供以下優點。系 統可在拍攝圖像過程中提供均勻分布的照明，由此實現良好的圖像品質。 可以可靠地防止因拍攝與照明方向相同而在拍攝圖像過程中在背景板(例 如，在發亮高透明箔片上)上產生陰影。此外，系統將具有緊湊的設計， 并可具有較小的安裝深度。拍攝裝置及照明裝置可構成單一單元，由此可 便于安裝及布置。此外，系統可用于各種應用，而無需為各個單獨的應用 研發專用且昂貴的照明構思設計。還可便于提供不同尺寸的系統。
以下將參考附圖基于優選實施例來描述本發明。
圖l示出了用于拍攝材料片上的圖像的系統； 圖2A示出了用于對拍攝區域進行拍攝的系統； 圖2B示出了在圖像平面中圖2A中的兩個拍攝區域的俯視圖； 圖3示出了具有兩個鏡頭的圖像拍攝系統；
圖4示出了具有兩個鏡頭以及一個照明裝置的圖像拍攝系統； 圖5A示出了具有一個拍攝裝置以及一個照明裝置的圖像拍攝系統； 圖5B示出了具有一個拍攝裝置以及兩個照明裝置的圖像拍攝系統； 圖6示出了具有四個光導裝置以及四個開關裝置的一個照明裝置；并
且
圖7示出了具有兩個光源的一個照明裝置。
具體實施例方式
圖2A (未按比例繪制)示出了用于拍攝圖像平面E中的圖像的系統 210。圖像可位于諸如紙片或箔片之類的印刷材料片上。但是，圖像也可 位于諸如紙張或印刷電路板之類的材料件上。系統包括第一傳感器裝置 211和第一成像裝置213，以及第二傳感器裝置212和第二成像裝置214。 第一傳感器裝置211和第二傳感器裝置212每個均被設置在與圖像平面E 平行的平面內。第一成像裝置213和第二成像裝置214分別位于圖像平面 E與第一傳感器裝置211之間和圖像平面E與第二傳感器裝置212之間。系統可拍攝圖像平面E中的第一拍攝區域231和第二拍攝區域232。在圖 2A中，第二拍攝區域232 (變焦區域)小于第一拍攝區域231 (廣角區 域)。
圖2B示出了在圖像平面E中圖2A的拍攝區域的俯視圖(從圖2A所 示的系統210觀察)。在圖2B中，第二拍攝區域232包括第一拍攝區域 231的一部分，并位于第一拍攝區域231內。第一拍攝區域231的中心以 及第二拍攝區域232的中心一起落于中心點230， S卩，第二拍攝區域232 繞中心點230位于第一拍攝區域231的中心。應當理解，將第二拍攝區域 部分或完全布置在第一拍攝區域內的任意其他定位方式也是可行的，例 如，位于第一拍攝區域的邊界區域內。可使用諸如CMOS陣列芯片之類的 CMOS芯片作為第一和/或第二傳感器裝置，來對圖像平面中的圖像進行檢 測。應當理解，利用諸如CCD芯片之類的其他任何合適類型的傳感器裝
置進行檢測也是可選的。
在圖2A所示的系統中，第一傳感器裝置211包括第一光軸215，其由 穿過成像裝置213的中心的垂直虛線表示。類似的，第二傳感器裝置212 包括第二光軸216。在圖2A中，第一光軸215與第二光軸216彼此平行。 第一和/或第二成像裝置可由一個或更多透鏡部件構成，或可包括一個或更 多透鏡部件。成像裝置例如也可被理解為透鏡部件系統或照相機鏡頭。圖 2A和圖2B所示的第一和第二成像裝置213和214均為定焦鏡頭。僅作為 示例說明，可使用20mm鏡頭作為第一成像裝置，并可使用8mm鏡頭作 為第二成像裝置。但是，應當理解，可取決于不同的應用來選擇成像裝 置。
在圖2A中，設置第一傳感器裝置211，使得第一傳感器裝置211的中 心M1相對于第一光軸215存在偏移量219。在圖2A中，偏移量219表示 為穿過第一成像裝置213的中心的第一光軸215與穿過中心點Ml的垂直 虛線之間的距離。第一傳感器裝置211的中心點Ml位于穿過第一拍攝區 域231的中心230和第一成像裝置213的中心的直線上。因此，例如使用 兩個定焦鏡頭(物鏡)，可以拍攝兩個不同尺寸的拍攝區域，即變焦區域 和廣角區域。可以利用截線定理來計算第一傳感器裝置211的位置及偏移
ii量。偏移量的程度取決于系統的各個設計因素(例如，距圖像平面E的距
離)。僅作為示例，偏移量可以小于lmm，例如為0.7mm。
如圖3所示，第一成像裝置213和第二成像裝置214具有不同的焦 距。第一成像裝置具有焦距Bl，而第二成像裝置214具有焦距B2。第一 成像裝置213的焦距比第二成像裝置214的焦距短，換言之，焦距Bl小 于焦距B2。第一傳感器裝置211以及具有較短焦距Bl的第一成像裝置 213被設置為使得第一拍攝區域231 (圖2A及圖2B示出的廣角區域)被 第一成像裝置213映像并被第一傳感器裝置211檢測。類似地，第二傳感 器裝置212以及第二成像裝置214被設置為使得第二拍攝區域232 (圖2A 及圖2B示出的變焦區域)被第二成像裝置214映像并被第二傳感器裝置 212檢測。在圖3中，相較于第一傳感器裝置211，第二傳感器裝置212檢 測到較大的圖像，B口，第二傳感器裝置212比第一傳感器裝置211檢測更 小的圖像部分(變焦)。如前所述，第一傳感器裝置211及第二傳感器裝 置212每個均位于與圖像平面E平行的平面內。如圖所示，這些平面優選 地為兩個不同平面。因為其不同的焦距B1及B2，兩個拍攝裝置位于不同 平面內。取決于不同設計因素，兩個平面也可形成為同一平面。
在一種應用中，如圖2A，圖2B及圖3所示，使第二傳感器裝置212 可相對于第二光軸216對中。第二傳感器裝置212的中心M2位于第二拍 攝裝置的光軸216上。
在另一應用中，可以與上述第一拍攝裝置相同的方式來使第二傳感器 裝置相對于光軸發生偏移。在此情況下，將第二傳感器裝置設置為使得第 二傳感器裝置的中心相對于第二光軸產生偏移。因此，將第二傳感器裝置 設置為使得第二傳感器裝置的中心位于穿過第二拍攝區域的中心及第二成 像裝置的中心的直線上。
應當理解，可以使用多于一個第二傳感器裝置及多于一個第二成像裝 置來拍攝多于一個第二拍攝區域。僅作為示例，可以使用總共三個傳感器 裝置及三個成像裝置來分別拍攝三個拍攝區域中的各個。因而，可使第三 拍攝區域位于第二拍攝區域內，并使第二拍攝區域位于第一拍攝區域內。 由此允許多個變焦區域。應當理解，上述設置對于第一及第二拍攝裝置而言可以互換。第一傳 感器裝置可相對于第一光軸對中，而第二傳感器裝置可相對于第二光軸產 生偏移。如上所述，兩個拍攝裝置均可相對于各個光軸偏移。第二拍攝區 域也可被第一成像裝置映像并被第一傳感器裝置檢測，由此第一拍攝區域 可被第二成像裝置映像并被第二傳感器裝置檢測。
對于圖像拍攝系統而言，對獲得的圖像進行進一步處理(圖像處理)
也非常重要。以下將參考圖2A及圖2B來描述用于分析圖像數據的方法。
可結合上述系統來應用該方法。該方法可包括以下步驟
用于拍攝圖像平面E中的圖像的第一拍攝裝置及至少一個第二拍攝裝
置；
拍攝第一拍攝區域231以獲得第一圖像數據； 拍攝第二拍攝區域232以獲得第二圖像數據；并且 對第一和/或第二組圖像數據進行分析。
如圖2A所示，第一拍攝裝置包括第一傳感器裝置211及第一成像裝 置213。因此，第二拍攝裝置包括第二傳感器裝置212及第二成像裝置 214。利用第一拍攝裝置執行對第一拍攝區域231的拍攝，利用第二拍攝 裝置執行對第二拍攝區域232的拍攝。在圖2A及圖2B中，第二拍攝區域 232位于第一拍攝區域231內。相較于第一拍攝裝置，第二拍攝裝置拍攝 放大圖像(較小圖像區域)。假定第一圖像數據具有第一分辨率而第二圖 像數據具有第二分辨率，則第一分辨率小于第二分辨率。因此，提供了兩 個不同的分辨率，其可用于對圖像進行處理。例如，圖像數據的分辨率可 以表示為相對于長度物理單位的圖像素子的數量，例如dpi (每英寸點 數)或ppi (每英寸像素)。第一及第二圖像數據可一起存儲在存儲單元 中。
在上述應用中，還可包括基于第一和/或第二圖像數據來對圖2B所示 的映像區域233的圖像數據進行評估/分析及計算(數字變焦)。可以在例 如可從存儲單元讀取圖像數據的處理單元中選擇第一和/或第二圖像數據。 可以自動地或由使用者來選擇數據。如果自動地選擇圖像數據，則可以如 下進行選擇。如果映像區域233位于第二拍攝區域232 (圖2B中未示出該情況)內，則將分析第二組圖像數據以計算映像區域233的圖像數據。但 是，如果映像區域233位于第一拍攝區域231內但位于第二拍攝區域232 外(如圖2B中點劃線所示)，則將分析第一組圖像數據以計算映像區域 233的圖像數據。因此，該變焦并不是類似于變焦鏡頭的光學變焦，而是 數字變焦。兩個不同分辨率的存在使得不使用變焦鏡頭就可在較大圖像區 域中以足夠高的分辨率提供數字變焦能力。
可以在處理單元中執行基于第一及/或第二圖像數據對映像區域233的 圖像數據的分析及計算。可使用常規圖像處理方法來確定相關區域233的 圖像數據。例如可通過在第一和/或第二圖像數據的各個像素值之間進行插 值來計算上述圖像數據。然后可將相關區域發送至輸出終端，例如監控 器。還可以實現畫中畫功能，其中輸出終端在較大視窗中顯示基于第一圖 像數據計算得到的映像區域，而在較小視窗中顯示基于第二圖像數據計算 得到的映像區域，或者反之亦然。
也可由使用者預先定義或自由選擇映像區域233。也可使用無級增大 (縮小)或減小(放大)的映像區域233，可基于第一和/或第二圖像數據 來無級地計算其圖像數據(無級數字變焦)。對于映像區域無級減小的情 況， 一旦映像區域233變為第二拍攝區域的一部分時，可將具有低分辨率 的第一圖像數據的分析切換為具有高分辨率的第二圖像數據的分析。由此 允許無延時且以足夠高的分辨率在較大圖像區域內的無級數字變焦。
例如由于當照明變化時RGB (紅綠藍)分量會改變，所以存在拍攝的
圖像數據不能反映真實色彩的情況。由此，在另一實施例中，上述方法可 包括檢測諸如色彩基準條之類的色彩基準的能力，從而獲得色彩基準數據 (色彩校正)。對色彩基準的拍攝可以是對第一或第二拍攝區域的拍攝工 作的一部分。為此，可將色彩基準布置在圖2B所示的第一拍攝區域231 的邊界區域內。色彩基準例如可位于在第一拍攝裝置(見圖2A)內并可 映像在第一拍攝區域231的邊界區域上。在分析處理中，例如通過將色彩 基準數據與圖像數據進行比較，可基于色彩基準數據來確定色彩校正數
據。如果檢測圖像數據相對于色彩基準數據的偏差，則由此可為任何選擇 的映像區域來校正圖像的色彩。使用變焦鏡頭則不可能實現以上目的，這
14是因為如果色彩基準位于邊界區域內，則不可能為每一個選擇的映像區域 都檢測該色彩基準。如上所述，通過使用包括定焦鏡頭的兩個拍攝裝置， 可以為各個選擇的映像區域提供色彩校正。
當然，應當理解，可以上述方法來使上述系統工作，即上述方法可應 用于上述系統。
圖4示出了用于利用兩個成像裝置或鏡頭213和214以及照明裝置 220來拍攝圖像平面中的圖像(未示出)的系統210。在進行拍攝時，第 一拍攝區域(廣角區域)被第一成像裝置213映像并由第一傳感器裝置 211檢測，并且/或者第二拍攝區域(變焦區域)被第二成像裝置214映像 并由第二傳感器裝置212檢測。可自動地或由使用者經由控制單元來選擇 第一和/或第二拍攝區域。在進行上述拍攝時，可通過照明裝置220使圖像 曝露于光線。圖4所示的照明裝置220包括光導裝置221，其在布置有第 一鏡頭213及第二鏡頭214的區域內具有貫通開口 241。以下將更詳細地 描述照明裝置。
圖5A (未按比例繪制)示出了用于利用拍攝裝置210及照明裝置220 來拍攝圖像200的系統。圖像位于處于圖像平面E內的目標201 (例如材 料片)上。圖像可以是靜止畫面，視頻畫面或任何其他合適類型的畫面。 拍攝裝置沿主軸H布置。拍攝裝置例如可以是CCD或CMOS相機，或者 任何其他類型的拍攝裝置。
在圖5A中，用于產生散射光的照明裝置220包括光導裝置221及光 源222。設置光源222使得其發射的光被導入光導裝置221并在光導裝置 221中傳播。然后，在光導裝置221中傳播的光在光導裝置221的朝向圖 像200的表面區域223或面223上以散射方式出射。由此為拍攝圖像200 提供了均勻照明，并提供了良好的圖像品質。可使用額外裝置來實現最佳 照明，例如圖5A中具有散射白色表面的壁290，其提供了照明裝置220與 圖像200之間的通道。由此，可將散射光理想地導向需要照明的區域，并 可以提高該區域內的光強。除了其他優點之外，這確保了對全息圖或鏡面 的良好再現。
在圖5A中，光導裝置221是在中心圍繞拍攝裝置210的主軸H的平板。平板位于與目標平面E平行的平面內，由此也允許均勻照明。通過使 用平板，照明裝置重量較輕，并可形成為不同尺寸。這意味著也可提供不 同尺寸的系統。光導裝置也可圍繞拍攝裝置的主軸偏心設置。在上述構造 將為各種應用提供最佳照明的情況下，光導裝置也可遠離或靠近拍攝裝置 設置。
通過由靠近平板221的表面區域224或面224的光源222來提供光。 為了實現更好的光耦合，圍繞光源222布置反射器227。反射器227反射 從光源222發出的光，從光源222發出的光也向空間中其他方向發射，如 果不存在反射器，則其不會被導入光導裝置。反射器227可以呈環狀，以 例如最佳地將光向面224反射。如果反射器227具有拋物面形狀，則可使 光源222緊鄰拋物面的焦點布置。也可使用用于更好的光耦合的其他合適 的裝置。發出的光被導入的表面區域224可以較光滑，具體而言被拋光或 以其他方式精整。發出的光在光導裝置221中傳播(圖5A中箭頭所 示)。在光導裝置的遠離圖像200的一側，傳播的光被(完全)反射。為 此，光導裝置可具有鏡面涂層或反射層228。也可使用用于產生反射的其 他合適的方式。在板的與面224相對的一面，因為鏡面涂層或反射層229 的原因，也實現了全反射。鏡面和反射涂層對從面223離開的光的散射量 可以不同。如果反射層將光擴散地反射進入光導裝置221，則相較于鏡面 表面，更多的散射光會在面223離開。另一方面，可使用鏡面表面，通過 在光導裝置221中多次反射，來實現更均勻的光分布。在這里，應當理解 的是，光導裝置的表面區域可以是面的一部分以及光導裝置的整個面。
由此設計圖5A中的光導裝置，使得除了發出的光被導入的表面區域 224以及傳播光以散射狀態離開的表面區域223之外，例如通過鏡面或反 射涂層228、 229來使得傳播光被光導裝置221的全部表面區域及面全反 射。為了確保傳播光以散射狀態離開表面區域223，光導裝置221可由包 含擴散粒子的材料制成。光導裝置的材料自身可以是諸如PMMA之類的 透明聚合物。該材料也可以是玻璃或類似材料。材料中的擴散粒子可以是 有機物和/或無機物。擴散粒子具有與光導材料的折射率不同的折射率。除 了其他因素，光散射的強度取決于擴散粒子的尺寸以及光導材料與擴散粒子的折射率之間的差異。在其能夠產生擴散照明的情況下，光導裝置例如 也可以是諸如特殊光學膜等的其他合適類型。
在圖5A中，光導裝置221位于拍攝裝置210與圖像200之間。光導 裝置221可由透明材料制成，例如玻璃或丙烯酸玻璃。在此情況下，如圖 5A所示，拍攝裝置210可以通過光導裝置221拍攝圖像200。照明裝置 220可被直接安裝在拍攝裝置210上，或安裝在支撐拍攝裝置210的部分 上。由此允許緊湊地設計系統，并且系統可呈現較小的安裝深度。由此拍 攝裝置210及照明裝置220可形成便于使用的單元。此外，可以各種方式 來使用系統而無需開發獨立且昂貴的光照構思設計。
光導裝置也設計為具有在拍攝裝置210對圖像200進行拍攝的區域 (在圖5A中，該區域由兩條斜虛線表示)內的切口。在圖5A中，上述切 口位于反射層228內。如圖所示，切口可以貫通或僅形成為凹坑，只要其 允許拍攝裝置拍攝圖像即可。這意味著拍攝裝置對圖像進行拍攝的區域可 具有較薄的反射層，通過該反射層拍攝裝置能夠拍攝圖像。切口也可直接 位于在光導裝置內。該切口可位于在光導裝置的中心，被構造為圍繞中心 點，但也可位于在光導裝置內任何其他合適的位置。在拍攝裝置對圖像進 行拍攝的上述區域內，光導裝置完全透明或半透明。
光導裝置221可以不直接布置在拍攝裝置210與圖像200之間(如圖 5A所示)，而是如上所述，其可布置在適于各種應用的任何位置。還如 圖5B所示，照明裝置220'可布置在圖像200的與拍攝裝置210相反的一 側。如圖5B所示，照明裝置220'也可包括光導裝置221'以及光源222'， 光源222'被設置使得發出的光被導入光導裝置221'并在光導裝置221'內傳 播。還如圖5B所示，光源222'可被反射器227'包圍。圖像200的位于與 拍攝裝置210相反一側的上述構造例如可被用于拍攝透明材料片上的圖 像。在此情況下，照明裝置220'將從一側照明材料片201，同時拍攝裝置 210將從另一側拍攝圖像(背面光照)。由此可避免使用彩色光背景金屬 板及可能的陰影。這種構造也提供了均勻的照明。
圖6示出了具有四個光導裝置321a-d以及四個開關裝置325a-d的照 明裝置320。在圖6中，以交替順序來設置光導裝置321a-d和開關裝置
17325a-d。開關裝置325a-d用于選擇性地對在光導裝置321a-d中傳播的光進 行阻擋和不進行阻擋。開關裝置可以是LCD或任何其他合適類型的光開 關裝置。光在光導裝置321a的一側從光源322發出。
發出的光在光導裝置321a內傳播，并在開關裝置325d阻擋光并且開 關裝置325a使光通過的情況下，發出的光傳播進入光導裝置321b。當開 關裝置325b也使光通過時，光可傳播進入光導裝置321c，由此進行下 去。由此提供了僅對特定區域進行選擇性照明的選擇，這例如會在拍攝/檢 測紡織品時有所需要。可以方便地調節照明而無需為各個應用研發獨立且 昂貴的構思設計。
圖6示出了呈三角形的四個光導裝置321a-d。四個三角形光導裝置 321a-d以及四個開關裝置325a-d繞中心點340設置并形成封閉區域。在中 心點340處可設置開口，拍攝裝置能夠通過該開口拍攝圖像。應當注意， 照明裝置可包括任意數量的光導裝置，例如僅2個，8個，或更多光導裝 置。例如，可以彼此相鄰設置兩個矩形照明裝置，在兩者之間設置開關裝 置，或者類似于圖6中的構造，以八角形設置8個三角形光導裝置。開關 裝置可設置在一個平面內，但也可在設置在彼此呈一定角度的數個平面 內。例如，如圖6所示的四個光導裝置可以設置成金字塔形狀。對光導裝 置及開關裝置的任何合適的構造及設計均是可行的。
也可存在將光導入光導裝置的多個光源。
這意味著可以選擇并調節照明程度。可以為拍攝裝置選擇極高程度的 照明，使得可僅在閃光的瞬間拍攝品質較好的圖像。這可替代拍攝裝置中 光圈的功能。
圖7示出了具有兩個光源(一個第一光源422a以及第二光源422b) 的照明裝置420。第一和第二光源422a和422b布置在光導裝置421的相 反兩側。在兩側424a及424b，發出的光可分別被導入光導裝置421。光在 光導裝置421內傳播并散射離開光導裝置421的面423 (圖7中箭頭所 示)。第一和第二光源422a和422b可以是相同類型或不同類型的光源。 如果其是不同類型，則其中一者是UV光源而另一者是白光光源。這些不 同的光源可被用于不同的應用。在此情況下，系統可包括控制裝置450，用于選擇性地打開和關閉第一或第二光源422a或422b。
光源可以是氣體放電燈，具體指閃光管，例如氙氣閃光管。允許使用 任何合適類型的光源以產生閃光。閃光的持續時間在數微秒的范圍內，諸 如l至100微秒的范圍內，例如10微秒。
權利要求
1. 一種系統(210)，用于拍攝圖像平面(E)內的圖像，其包括第一傳感器裝置(211)和第一成像裝置(213)；至少一個第二傳感器裝置(212)和至少一個第二成像裝置(214)；其中所述系統被設計為拍攝所述圖像平面(E)中的第一拍攝區域(231)和至少一個第二拍攝區域(232)。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述傳感器裝置(211， 212) 以及所述成像裝置(213， 214)被設置為使得所述第二拍攝區域(232) 小于所述第一拍攝區域(231)。
3. 根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述傳感器裝置(211， 212)以及所述成像裝置(213， 214)被設置為使得所述第二拍攝區域(232)包括所述第一拍攝區域(231)的局部部分。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其中，所述傳感器裝置 (211， 212)以及所述成像裝置(213， 214)被設置為使得所述第二拍攝區域(232)位于所述第一拍攝區域(231)內。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的系統，其中，所述第一成像裝 置(213)包括第一光軸(215)，所述第二成像裝置(214)包括第二光 軸(216)。
6. 根據權利要求5所述的系統，其中，所述第一傳感器裝置(211) 被設置為使得所述第一傳感器裝置(211)的中心(Ml)相對于所述第一 光軸(215)存在偏移量(219)。
7. 根據權利要求5或6所述的系統，其中，所述第一傳感器裝置 (211)被設置為使得所述第一傳感器裝置(211)的中心(Ml)位于穿過所述第一拍攝區域(231)的中心和所述第一成像裝置(213)的中心的直 線上。
8. 根據權利要求5至7中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感器 裝置(212)相對于所述第二光軸(216)對中布置。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的系統，其中，所述第一傳感器 裝置(211)和所述第一成像裝置(213)被設置為使得所述第一拍攝區域(231)被所述第一成像裝置(213)映像，并由所述第一傳感器裝置(211) 拍攝。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感 器裝置(212)和所述第二成像裝置(214)被設置為使得所述第二拍攝區 域(232)被所述第二成像裝置(214)映像，并由所述第二傳感器裝置(212) 拍攝。
11. 根據權利要求5至10中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感 器裝置(212)被設置為使得所述第二傳感器裝置(212)的中心(M2)相 對于所述第二光軸(216)存在偏移量。
12. 根據權利要求5至11中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感 器裝置(212)被設置為使得所述第二傳感器裝置(212)的中心(M2)位 于穿過所述第二拍攝區域(232)的中心和所述第二成像裝置(214)的中 心的直線上。
13. 根據權利要求5至12中任一項所述的系統，其中，所述第一傳感 器裝置(211)相對于所述第一光軸(215)對中布置。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的系統，其中，所述第一傳感 器裝置(211)和所述第一成像裝置(213)被設置為使得所述第二拍攝區 域(232)被所述第一成像裝置(213)映像，并由所述第一傳感器裝置(211) 拍攝。
15. 根據權利要求1至14中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感 器裝置(212)和所述第二成像裝置(214)被設置為使得所述第一拍攝區 域(231)被所述第二成像裝置(214)映像，并由所述第二傳感器裝置(212) 拍攝。
16. 根據權利要求5至15中任一項所述的系統，其中，所述第一光軸 (215)與所述第二光軸(216)彼此平行。
17. 根據權利要求1至16中任一項所述的系統，其中，所述第一傳感 器裝置(211)布置在與所述圖像平面(E)平行的平面中。
18. 根據權利要求1至17中任一項所述的系統，其中，所述第二傳感 器裝置(212)布置在與所述圖像平面(E)平行的平面中。
19. 根據權利要求1至18中任一項所述的系統，其中，所述第一成像 裝置(213)和所述第二成像裝置(214)具有不同的焦距。
20. 根據權利要求19所述的系統，其中，所述第一成像裝置(213) 具有比所述第二成像裝置(214)更短的焦距。
21. 根據權利要求1至20中任一項所述的系統，其中，所述系統被用 于使得所述第二傳感器裝置(212)拍攝相較于所述第一傳感器裝置(211)放大的圖像。
22. 根據權利要求1至21中任一項所述的系統，其中，所述圖像位于 材料片上。
23. 根據權利要求l至22中任一項所述的系統，其中，所述第一和/或 第二成像裝置(213， 214)包括鏡頭。
24. 根據權利要求1至23中任一項所述的系統，其中，所述第一和/或 第二成像裝置(213， 214)是定焦鏡頭。
25. 根據權利要求l至24中任一項所述的系統，其中，所述第一和/或 第二傳感器置(211， 212)是CMOS芯片。
26. —種用于分析圖像數據的方法，包括設置用于拍攝圖像平面(E)內的圖像的第一拍攝裝置和至少一個第 二拍攝裝置，拍攝第一拍攝區域(231)以獲得第一圖像數據， 拍攝至少一個第二拍攝區域(232)以獲得第二圖像數據，并且 評估所述第一和/或第二圖像數據。
27. 根據權利要求26所述的方法，其中，所述評估步驟包括計算所述 第一和/或第二圖像數據的映像區域(233)的圖像數據。
28. 根據權利要求26或27所述的方法，其中，所述評估步驟包括基 于所述第一和/或第二圖像數據來計算尺寸無級增大或減小的映像區域(233)的圖像數據。
29. 根據權利要求26至28中任一項所述的方法，包括如果所述映像區域(233)位于所述第二拍攝區域(232)內，則評估所述第二圖像數 據。
30. 根據權利要求26至29中任一項所述的方法，包括如果所述映 像區域(233)位于所述第一拍攝區域(231)內但位于所述第二拍攝區域(232)夕卜，則評估所述第一圖像數據。
31. 根據權利要求26至30中任一項所述的方法，還包括拍攝色彩 基準以獲得色彩基準數據。
32. 根據權利要求26至31中任一項所述的方法，其中，所述評估步 驟包括基于所述色彩基準數據來確定色彩校正數據。
33. 根據權利要求26至32中任一項所述的方法，其中，所述評估步 驟包括基于所述色彩校正數據來校正圖像數據的色彩。
34. 根據權利要求26至33中任一項所述的方法，其中，拍攝所述第 一或第二拍攝區域的步驟包括拍攝所述色彩基準。
35. 根據權利要求26至34中任一項所述的方法，其中，所述色彩基 準布置在所述第一拍攝區域的邊界區域中。
36. 根據權利要求26至35中任一項所述的方法，其中，所述第一圖 像數據具有第一分辨率，所述第二圖像數據具有第二分辨率。
37. 根據權利要求36所述的方法，其中，所述第一分辨率小于所述第 二分辨率。
全文摘要
本發明涉及圖像拍攝系統及用于分析圖像數據的方法。用于拍攝處于圖像平面(E)中的圖像的系統(310)包括第一傳感器裝置(311)和第一成像裝置(313)以及第二傳感器裝置(312)和第二成像裝置(314)。該系統可用于拍攝圖像平面(E)中的第一拍攝區域(331)和第二拍攝區域(332)。
文檔編號H04N5/225GK101534389SQ20091000868
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月11日 優先權日2008年2月11日
發明者尤爾根·埃森 申請人:得克斯瑪格銷售有限責任公司