專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)距設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)距設(shè)備，特別涉及一種成像測(cè)距設(shè)備。
成像測(cè)距系統(tǒng)通常對(duì)一個(gè)景象進(jìn)行照射，使從該景象反射的光成像，以確定距離信息。
一種已知的系統(tǒng)稱(chēng)為三角測(cè)量系統(tǒng)，其使用光源而利用光束對(duì)景象進(jìn)行照射，使得在景象內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)光斑。檢測(cè)器以預(yù)定方式相對(duì)于光源定位成使得光斑在景象內(nèi)的位置揭示距離信息。光束可以在方向和高度上對(duì)景象進(jìn)行掃描，以產(chǎn)生整個(gè)景象的距離信息。在一些系統(tǒng)中，光束可以是線光束從而可以同時(shí)采集到一維的距離信息，并且使該線光束在垂直方向掃描，就可以得到另一維的距離信息。
諸如這樣的系統(tǒng)需要掃描，這就增加了費(fèi)用和復(fù)雜性，也意味著要對(duì)快速變化的景象進(jìn)行精確的測(cè)距是不可能的。此外，在已知的三角測(cè)量系統(tǒng)中的照射通常需要激光系統(tǒng)。使用激光系統(tǒng)可能具有安全性的意義，但可能需要復(fù)雜而較不經(jīng)濟(jì)的掃描機(jī)構(gòu)。激光器也是較高的功率源。
US 6,154,279揭示了一種確定埋頭螺孔形狀的方法和設(shè)備。至少一個(gè)激光器將激光指向具有孔的表面從而生成光斑，而這個(gè)光斑相對(duì)于平坦表面的基準(zhǔn)圖像的側(cè)向位移用來(lái)給出深度信息。在一個(gè)實(shí)施例中，激光器可以投射多個(gè)光斑，從而可以對(duì)一個(gè)圖像內(nèi)的許多光斑進(jìn)行分析。然而，如在US 6,154,279中所揭示的這種方法只適合于查看在一個(gè)已知的有限景深內(nèi)的連續(xù)表面，并且要求被觀察表面的模型正確起作用。因此，它不適合根據(jù)包括分布在大景深上的離散目標(biāo)的景象提供距離信息。
US 4,294,544揭示了一種從景象得到三維地形數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。利用多個(gè)激光光束對(duì)景象進(jìn)行照射，這些激光光束按預(yù)定的順序打開(kāi)和關(guān)閉，使得在景象內(nèi)檢測(cè)到的每個(gè)光斑都可以用一個(gè)投射光束進(jìn)行標(biāo)識(shí)。成像器配置成觀察利用每個(gè)不同的光斑圖案照射的景象，一旦已經(jīng)標(biāo)識(shí)了光斑，就可以確定到這個(gè)光斑的距離。然而，這種方法涉及幾個(gè)投影階段，而且使用激光器和比較復(fù)雜的快門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)投射不同的圖案。這些投影階段也需要花費(fèi)時(shí)間，因此與掃描系統(tǒng)類(lèi)似，所揭示的這種設(shè)備不適合用于變化比較快的景象。
US 4,867,570揭示了一種通過(guò)將多個(gè)圖案光束投射到物體上來(lái)得到這個(gè)物體的三維信息的方法和設(shè)備。光源配置在具有多個(gè)窗口的掩模后。透鏡將這個(gè)光源的通過(guò)掩模所看到的圖像投射到要成像的物體上，而另一個(gè)放大率相同的透鏡配置在同一個(gè)平面內(nèi)，其光軸與第一透鏡的光軸平行，該透鏡使景象在CCD陣列上成像。景象內(nèi)這些光斑的位置給出了到該光斑的距離，雖然用來(lái)計(jì)算距離的方法并不清楚。然而，這種投影系統(tǒng)的景深有一定限制，這是因?yàn)槭褂檬故苷丈涞难谀３上竦耐哥R和投射裝置不會(huì)有寬的投射角。因此，該發(fā)明所揭示的只適用于對(duì)一個(gè)窄的作用范圍內(nèi)的有限視場(chǎng)成像。
在美國(guó)專(zhuān)利6,377,353中揭示了另一種測(cè)距系統(tǒng)。其中，將光源配置在其中具有孔徑陣列的圖案式滑片前。為了將光斑陣列投射到景象上，來(lái)自光源的光必須通過(guò)孔徑。在這種設(shè)備內(nèi)的距離信息是通過(guò)分析所形成的光斑的大小和形狀而確定的。然而，這種系統(tǒng)要求光斑的大小和其取向是可確定的，而這需要在光斑的大小上有合理的差別。因此，這種系統(tǒng)必然具有有限的觀察深度，所以實(shí)際上只能用于對(duì)連續(xù)表面的測(cè)距。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能減輕上述缺點(diǎn)中的至少一些缺點(diǎn)和可用于大景深和其中分布有離散物體的景象的測(cè)距設(shè)備。
因此，按照本發(fā)明，提供了一種測(cè)距設(shè)備，這種測(cè)距設(shè)備包括利用二維光斑陣列照射景象的照射裝置，檢測(cè)光斑在景象內(nèi)的位置的檢測(cè)器，以及適合根據(jù)檢測(cè)到的光斑在景象內(nèi)的位置確定到該光斑的距離的處理器。
照射裝置利用光斑陣列照射景象。檢測(cè)器然后查看該景象，而處理器確定光斑在被測(cè)景象內(nèi)的位置。陣列內(nèi)任何光斑的視在位置將由于視差而隨距離改變。由于檢測(cè)器與照射裝置的關(guān)系是已知的，因此陣列內(nèi)任何已知光斑在景象內(nèi)的位置可以得出到該光斑的距離。
當(dāng)然，為了能計(jì)算出到光斑的距離，必須知道正在處理的是陣列內(nèi)的哪個(gè)光斑。在現(xiàn)有技術(shù)的單光斑系統(tǒng)內(nèi)，在景象內(nèi)只有一個(gè)光斑，因此沒(méi)有困難。即使是使用線光束，光束也投射成與一個(gè)方向、例如y方向平行。于是，對(duì)于在y方向上的每個(gè)值，景象內(nèi)的實(shí)際x位置就可以用來(lái)確定距離。
然而，如果所使用的是二維光斑陣列，則光斑沿x和y兩個(gè)方向分布。技術(shù)人員因此不傾向于使用二維光斑陣列，因?yàn)樗麄儠?huì)想這意味著測(cè)距系統(tǒng)不能確定分辨各個(gè)光斑從而不能執(zhí)行測(cè)距，或者會(huì)得出可能有差錯(cuò)的結(jié)果，如果所考慮的是錯(cuò)誤的光斑的話。然而，本發(fā)明確實(shí)可以使用二維光斑陣列來(lái)同時(shí)對(duì)兩維的景象進(jìn)行測(cè)距，并且使用了各種技術(shù)來(lái)避免光斑確定時(shí)的模糊。
US 4,294,544建議使用光斑陣列，但建議以預(yù)定方式將這些光斑打開(kāi)和關(guān)閉，使得每個(gè)光斑可以通過(guò)確定它在哪些幀中出現(xiàn)而唯一地標(biāo)識(shí)。然而，這需要比較復(fù)雜的照射系統(tǒng)，而且還需要攝取幾個(gè)幀的景象，從而增加了獲得距離信息所需的時(shí)間。如果所投射的陣列包括N列光斑，那么US 4,294,544的方法就需要獲取I＝1+log2N個(gè)圖像。
US 6,154,279還建議投射光斑陣列，但只用于模糊不會(huì)是問(wèn)題的景深很有限的測(cè)距這種非常受控的情況，而且僅僅用于可以由測(cè)距設(shè)備建模的已知連續(xù)表面。US 4,867,570還建議投射光斑陣列用來(lái)測(cè)定距離，但沒(méi)有指出怎樣確定距離信息和怎樣可以解決景象內(nèi)的模糊。
本文中所謂的光斑陣列是指任何投射到景象上的具有明顯的強(qiáng)度區(qū)域的陣列。通常，一個(gè)光斑是任何的高強(qiáng)度輻射的明顯區(qū)域，而且如稍后要說(shuō)明的那樣可以有特定的形狀。然而，只要可以識(shí)別不同的光斑，就可以將這些高強(qiáng)度的區(qū)域鏈接起來(lái)。例如，照射裝置可以將交線陣列投射到景象上。線的交點(diǎn)是可以識(shí)別的明顯的點(diǎn)，而且當(dāng)作用于本說(shuō)明書(shū)目的的光斑。
照射裝置和檢測(cè)器可以方便地配置成使得所投射的陣列內(nèi)的每個(gè)光斑在被測(cè)景象內(nèi)呈現(xiàn)為從一個(gè)距離到另一個(gè)距離沿一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，而投射陣列內(nèi)的每個(gè)相鄰光斑的視在運(yùn)動(dòng)的軸是不同的。如稍后要說(shuō)明的那樣，陣列內(nèi)的每個(gè)光斑根據(jù)到目標(biāo)的距離出現(xiàn)在景象內(nèi)的不同點(diǎn)處。如果設(shè)想一個(gè)平的目標(biāo)緩慢地遠(yuǎn)離檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)，則每個(gè)光斑看起來(lái)就橫貫景象移動(dòng)。這種移動(dòng)在調(diào)整得很好的用于某些用途的系統(tǒng)內(nèi)將沿著與連接檢測(cè)器和照射裝置的軸平行的方向，假設(shè)沒(méi)有反光鏡等放置在檢測(cè)器或照射裝置的光路中。然而，每個(gè)光斑將在景象內(nèi)垂直于這個(gè)軸的方向上保持相同的位置。對(duì)于照射裝置和檢測(cè)器的不同配置而言，移動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)為沿著大體會(huì)聚的線。
因此可以說(shuō)，每個(gè)投射光斑在景象內(nèi)具有與在系統(tǒng)的作用范圍內(nèi)不同距離上各個(gè)可能位置相應(yīng)的軌線，也就是說(shuō)視在移動(dòng)的軌線會(huì)是可能出現(xiàn)光斑的視在移動(dòng)的軸的部分，如在建立這個(gè)設(shè)備時(shí)所規(guī)定的。光斑在被測(cè)景象內(nèi)的實(shí)際位置產(chǎn)生了距離信息。如果一個(gè)光斑在不同的距離處的視在移動(dòng)方向恰巧與另一個(gè)光斑的相同，與投射陣列內(nèi)不同光斑相應(yīng)的軌線就可能交疊。在這種情況下，處理器將不能確定正在考慮的是投射陣列內(nèi)的哪個(gè)光斑。如果在投影陣列內(nèi)相鄰的光斑的軌線交疊，特定的光斑在景象內(nèi)的位置的測(cè)量可能與若干不同距離中的任何距離相應(yīng)，而這些可能距離之間只有很小的間隔。例如，設(shè)想光斑陣列是一個(gè)呈x-y正方網(wǎng)格形式的二維光斑陣列，而檢測(cè)器與照射裝置只是沿著x軸分開(kāi)。使用笛卡爾坐標(biāo)標(biāo)識(shí)投影陣列內(nèi)的光斑，其中(0，0)為中央光斑而(1，0)為沿x軸的一個(gè)光斑，在一個(gè)距離處的投影陣列內(nèi)位置(0，0)處的光斑在景象內(nèi)的位置可能與在稍有不同的距離處的投影光斑(1，0)的位置相同，甚至與在再稍有不同的距離處的投影光斑(2，0)的位置相同。景象內(nèi)的這種模糊因此會(huì)使距離測(cè)定非常困難。
然而，如果將檢測(cè)器和照射裝置配置成使得它們之間的軸不與投影陣列的x軸平行也不與投影陣列的y軸平行，那么相鄰光斑就不會(huì)交疊。理論上，投影陣列內(nèi)每個(gè)光斑的軌線不會(huì)與任何其他光斑的軌線交疊，但在實(shí)踐中，由于光斑和陣列比較大，因此這是不可能的。然而，如果配置成使得每個(gè)光斑的軌線僅與陣列內(nèi)一個(gè)離得比較遠(yuǎn)的光斑的軌線交疊，那么雖然仍然還會(huì)存在模糊，但模糊量就會(huì)減少。此外，可能的解之間的距離之差會(huì)相當(dāng)大。例如，如果要在景象內(nèi)的一個(gè)位置檢測(cè)特定投影光斑、例如光斑(0，4)，所確定的距離可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于在景象內(nèi)同一個(gè)位置出現(xiàn)的陣列內(nèi)去除的光斑(5，0)所確定的距離。在一些應(yīng)用中，作用范圍可以使得與光斑在景象內(nèi)各個(gè)可能位置相應(yīng)的軌線在操作窗內(nèi)不會(huì)交疊，從而不會(huì)有模糊。即使是工作距離會(huì)允許一些光斑的軌線交疊，距離上有顯著差別就可能執(zhí)行對(duì)距離的粗估計(jì)，以唯一確定哪個(gè)光斑是哪個(gè)，而每個(gè)光斑在景象內(nèi)的位置用來(lái)給出精距離信息。
確定粗距離信息的一種方便的方式涉及將照射裝置和檢測(cè)器配置成可以使投影光斑陣列在設(shè)備的作用范圍內(nèi)的第一距離處呈現(xiàn)為銳利聚焦而在設(shè)備的作用范圍內(nèi)的第二距離處呈現(xiàn)為沒(méi)有聚焦。處理器可以確定光斑是否聚焦，以便確定粗距離信息。例如，如果檢測(cè)到的光斑可能與打到近距離的目標(biāo)上的投影光斑(0，4)或打到遠(yuǎn)距離的目標(biāo)上的投影光斑(5，0)相應(yīng)，處理器就可以考察光斑的圖像來(lái)確定光斑是否聚焦。如果照射裝置和檢測(cè)器一起配置成使光斑在遠(yuǎn)距離聚焦，那么確定所考慮的光斑是聚焦的就意味著檢測(cè)到的光斑應(yīng)是打到遠(yuǎn)距離的目標(biāo)上的投影光斑(5，0)。如果檢測(cè)到?jīng)]有聚焦的光斑，其應(yīng)與從近距離的目標(biāo)反射的光斑(0，4)相應(yīng)。優(yōu)選的是，為了便于識(shí)別光斑是否聚焦，照射裝置可以投射由聚焦時(shí)是非圓形的(例如是正方形的)光斑組成的光斑陣列。聚焦的光斑于是就是正方形的，而沒(méi)有聚焦的光斑就是圓形的。當(dāng)然也可以用其他粗測(cè)距方法，如可以用光斑大小作為粗距離的指示。
因此，本發(fā)明可以使用單個(gè)獲取的景象幀來(lái)確定景象內(nèi)的距離。這避免了對(duì)于諸如在US 4,294,544中所揭示的可以快速測(cè)距的復(fù)雜的編碼系統(tǒng)的需求。此外，處理器可以使用光斑在景象內(nèi)的位置來(lái)確定可能的距離，并且如果在距離內(nèi)存在可能的模糊，則處理器可以考察諸如光斑的形狀之類(lèi)的輔助特性來(lái)消除可能的任何模糊。因此，處理器可以適合消除景象內(nèi)存在的任何殘留的模糊。當(dāng)然，在評(píng)估是否存在任何模糊方面也可以考慮其他光斑在景象內(nèi)的位置。在以上這個(gè)例子中，如果觀察到的光斑可能與投影光斑(5，0)或(0，4)相應(yīng)，而在景象內(nèi)觀察到的另一個(gè)光斑只可能是由于投影光斑(5，0)引起的或者在景象內(nèi)沒(méi)有別的光斑可能與投影光斑(0，4)相應(yīng)，于是就消除了模糊(雖然這假設(shè)了檢測(cè)器可以看到向景象投射的所有光斑)。
因此，本發(fā)明提供了一種具有大景深的測(cè)距系統(tǒng)，這種測(cè)距系統(tǒng)具有消除在標(biāo)識(shí)觀察到的光斑中的任何模糊的裝置。本發(fā)明可以用于具有許多處在各個(gè)距離上的離散物體的景象，并且提供快速的測(cè)距，因此可以用于正在改變的景象。對(duì)于某些應(yīng)用而言，這種測(cè)距設(shè)備可以在給出大視場(chǎng)的150毫米到2.5米的操作窗內(nèi)解出到景象內(nèi)的物體的距離?？梢允褂酶蟮牟僮鞔盎蛘吒蟮淖畲缶嚯x或更小的最小距離來(lái)配合其他應(yīng)用。如稍后要說(shuō)明的，本發(fā)明的優(yōu)選照射裝置可以有益地產(chǎn)生從150毫米到無(wú)限遠(yuǎn)的景深。
作為消除可能的模糊的一種補(bǔ)充或替代方法，可以使照射裝置周期性地改變二維投射光斑陣列，也就是說(shuō)可以在不同時(shí)間使某些光斑打開(kāi)或關(guān)閉。這種設(shè)備可以周期性地利用不同的光斑陣列照射景象。實(shí)際上，可以將一個(gè)幀分成一系列子幀，在每個(gè)子幀內(nèi)投射一個(gè)子陣列。可以使每個(gè)子陣列在這個(gè)子幀內(nèi)存在很少的距離模糊或沒(méi)有距離模糊。通過(guò)整個(gè)幀可以對(duì)全景細(xì)致而沒(méi)有模糊地成像。雖然這種方法具有要用若干子幀來(lái)成像的缺點(diǎn)。但是不像US 4,294,544中所用的方法要用各個(gè)子幀的照射來(lái)執(zhí)行光斑識(shí)別，本發(fā)明是對(duì)每個(gè)子幀獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行測(cè)距。隨著時(shí)間的推移使用多于一個(gè)子幀，增加了圖像內(nèi)的距離點(diǎn)，因此提高了相對(duì)于距離的圖像分辨率。因此，本發(fā)明可以用比現(xiàn)有技術(shù)少的子幀工作，而仍然可以用來(lái)給出對(duì)變化較快的景象的良好分辨率。
另一個(gè)方法可以是利用整個(gè)光斑陣列照射景象和識(shí)別任何模糊區(qū)域。如果特定的檢測(cè)到的光斑可以與不同距離上的多于一個(gè)投射光斑相應(yīng)，那么可以通過(guò)使這些可能的投射光斑中的一個(gè)或多個(gè)光斑去激活來(lái)消除模糊。這種方法可能需要較多的處理，但是可以較快地進(jìn)行測(cè)距，而且需要獲得最少的輔助子幀來(lái)執(zhí)行測(cè)距，也就是說(shuō)少于在US4,294,544中所揭示的I＝1+log2N個(gè)子幀。按照照射裝置和使個(gè)別光斑關(guān)閉的容易程度，通常取一個(gè)用子組光斑照射的輔助子幀就足以提供全部的測(cè)距信息。
作為補(bǔ)充或者替換方案，使照射裝置產(chǎn)生其中的至少一些投射光斑具有與它們的相鄰光斑不同的特性的光斑陣列。這個(gè)不同的特性可以是顏色或形狀，或者是這兩者。
光斑具有不同顏色或形狀同樣也減少了檢測(cè)到的光斑的模糊。雖然不同的光斑的軌線可能交疊，而且可能存在純粹基于景象內(nèi)光斑位置的模糊，但如果在那些軌線上的投射光斑的顏色和/或形狀是不同的，那么處理器就能確定哪個(gè)光斑是哪個(gè)，從而就不會(huì)有模糊。因此，優(yōu)選的是檢測(cè)器和照射裝置配置成如果一個(gè)投射光斑的軌線與一個(gè)或多個(gè)其他投射光斑的軌線交疊，那么至少具有共同軌線的最近的投射光斑應(yīng)具有不同的特性。
如上面所提到的，光斑可以包括實(shí)線之間的交點(diǎn)。檢測(cè)器于是可以如上面所說(shuō)明的那樣確定光斑或者線相交的區(qū)域的位置。優(yōu)選的是，照射裝置投射兩組規(guī)則地隔開(kāi)的線，這兩組線基本上是正交的。
這樣使用交線使檢測(cè)器可以以與如上面所說(shuō)明的相同方式確定交點(diǎn)的位置。一旦檢測(cè)到和識(shí)別了交點(diǎn)，就還可以將連接線用于距離測(cè)量。實(shí)際上，交點(diǎn)用來(lái)標(biāo)識(shí)投射陣列內(nèi)的各條線，一旦這樣識(shí)別了這些線，就可以利用該線上的所有點(diǎn)給出距離信息。因此，與只用獨(dú)立光斑的測(cè)距設(shè)備相比，測(cè)距設(shè)備的分辨率可以得到改善。
方便的是，檢測(cè)器是二維的CCD陣列，即CCD攝像機(jī)。CCD攝像機(jī)是比較經(jīng)濟(jì)和可靠的部件，對(duì)于確定光斑來(lái)說(shuō)具有良好的分辨率。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員顯然清楚也可以使用其他適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器，其中包括CMOS攝像機(jī)。
照射裝置可以很方便地做成使二維陣列的光斑是紅外光斑。使用紅外輻射意味著光斑不會(huì)影響可見(jiàn)光譜區(qū)內(nèi)的景象。檢測(cè)器可以做成適合獲取景象的可見(jiàn)圖像以及紅外光斑在景象內(nèi)的位置。
檢測(cè)器與照射裝置之間的基線的長(zhǎng)度確定了系統(tǒng)的精度。術(shù)語(yǔ)“基線”是指檢測(cè)器的視線與照射裝置的視線的間距，如熟悉該技術(shù)的人員所理解的。如專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員所理解的，任何特定的光斑在景象內(nèi)在兩個(gè)不同距離之間的視在移動(dòng)的程度將隨著檢測(cè)器與照射裝置之間的間距或基線的增大而增大。景象內(nèi)不同距離之間視在移動(dòng)增大顯然意味著可以更為精確地確定距離上的差別。然而，基線增大同樣也意味著沒(méi)有模糊的工作范圍減小。
因此按照具體用途選擇檢測(cè)器與照射裝置之間的基線。對(duì)于要在例如0.5m到2.0m的作用距離工作的測(cè)距設(shè)備來(lái)說(shuō)，檢測(cè)器與照射裝置的基線典型為大約為60mm。
應(yīng)該注意的是，雖然該設(shè)備的基線通常是檢測(cè)器與照射裝置之間的實(shí)際物理間距，但也不一定總是這種情況。有些實(shí)施例可以在照射裝置和/或景象的光路內(nèi)具有反光鏡、分光鏡等。在這種情況下，實(shí)際的物理間距可以較大，但如熟悉該技術(shù)的人員所理解的，通過(guò)利用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)器件，視在間距或基線仍然是較小的。例如，照射裝置可以直接對(duì)景象進(jìn)行照射，但是靠近照射裝置設(shè)置的反光鏡可以將接收到的幅射導(dǎo)向檢測(cè)器。在這種情況下，實(shí)際的物理間距可以較大，但視在間距或基線將由反光鏡和檢測(cè)器的位置、即在沒(méi)有反光鏡而檢測(cè)器接收同樣的幅射的情況下檢測(cè)器應(yīng)在的位置來(lái)確定。技術(shù)人員可以理解，所謂基線應(yīng)該視為檢測(cè)器與照射裝置之間的視在間距。
檢測(cè)裝置可以做成從多于一個(gè)方向?qū)跋蟪上?。檢測(cè)器可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，以便從不同的視點(diǎn)對(duì)景象成像，或者可以在到檢測(cè)器的光路內(nèi)設(shè)置掃描光學(xué)裝置，以便周期性地改變查看方向。然而，這兩種方法都需要可動(dòng)部件，意味著景象必須通過(guò)子幀成像。作為一個(gè)可替代方案，檢測(cè)器可以包括兩個(gè)檢測(cè)器陣列，每個(gè)檢測(cè)器陣列配置成從不同的方向?qū)跋蟪上?。?shí)際上，可以用兩個(gè)檢測(cè)器(兩個(gè)攝像機(jī))，各從不同的方向?qū)跋蟪上?，因此增加了距離信息量和/或提高了距離信息的質(zhì)量。
從多于一個(gè)方向?qū)跋蟪上窬哂腥舾蓛?yōu)點(diǎn)。顯然，從某些視點(diǎn)看，景象的前景內(nèi)的物體可以遮蔽景象的背景內(nèi)的物體。改變檢測(cè)器的視點(diǎn)可以保證得到全景的距離信息。此外，可利用兩個(gè)圖像之間的差別來(lái)提供有關(guān)景象的距離信息。在兩個(gè)圖像上之間，前景內(nèi)的物體相對(duì)于背景內(nèi)的物體的位置發(fā)生了偏移。這可用來(lái)給出附加的距離信息。此外，如所提到的，在某些視點(diǎn)中，前景內(nèi)的物體可以遮蔽背景內(nèi)的物體，這可用來(lái)給出相對(duì)距離信息。在景象內(nèi)物體的相對(duì)移動(dòng)也可以給出距離信息。例如，前景內(nèi)的物體可以呈現(xiàn)為在景象內(nèi)從一個(gè)視點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)視點(diǎn)的移動(dòng)方式，而背景內(nèi)的物體可以呈現(xiàn)為另一種移動(dòng)方式。因此，優(yōu)選的是處理器對(duì)從每個(gè)視點(diǎn)得到的景象應(yīng)用圖像處理算法，以確定距離信息。所需的這種圖像處理算法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。這樣得出的距離信息可以用來(lái)消除景象內(nèi)各個(gè)光斑之間的任何模糊，從而進(jìn)行精密測(cè)距。因此，本發(fā)明可以使用處理技術(shù)考察兩個(gè)圖像內(nèi)的差別，以利用已知的立體成像技術(shù)確定有關(guān)景象的信息，從而增加通過(guò)分析投射光斑的位置采集的距離信息。
如果使用多于一個(gè)視點(diǎn)，那么這些視點(diǎn)可以具有不同的基線。如所提到的，檢測(cè)器與照射裝置之間的基線對(duì)設(shè)備的距離和模糊度有影響。因此，一個(gè)視點(diǎn)可以與小基線使用，以便在所需的距離范圍內(nèi)給出到景象的精度比較低、但不模糊的距離。這個(gè)粗距離信息于是可以用來(lái)消除從一個(gè)具有較大的基線、因此具有較高的精度的視點(diǎn)看到的景象中的模糊。
作為補(bǔ)充或者替換方案，兩個(gè)視點(diǎn)之間的基線選擇成如果在從一個(gè)視點(diǎn)得到的景象內(nèi)檢測(cè)到的光斑可以與第一組可能距離相應(yīng)，那么在另一個(gè)視點(diǎn)檢測(cè)到的相同光斑只可能與在該第一組距離內(nèi)的一個(gè)距離相應(yīng)。也就是說(shuō)，設(shè)想在從第一視點(diǎn)看到的景象內(nèi)檢測(cè)到光斑，并且這個(gè)光斑可能與第一距離R1處的第一光斑(1，0)、第二距離R2處的第二光斑(2，0)、第三距離R3處的第三光斑(3，0)等等光斑相應(yīng)。在從第二視點(diǎn)觀看時(shí)，相同的光斑也給出一組可能的距離，也就是說(shuō)它可能是距離r1處的光斑(1，0)、距離r2處的光斑(2，0)等等。適當(dāng)?shù)脑O(shè)置兩個(gè)視點(diǎn)和照射裝置，在將這兩組距離比較時(shí)可能只有一個(gè)可能距離為兩個(gè)組所共有，因此這個(gè)距離一定是實(shí)際距離。
在使用多于兩個(gè)視點(diǎn)的情況下，至少其中的兩個(gè)視點(diǎn)的基線可以沿不同的軸設(shè)置。例如，一個(gè)視點(diǎn)可以與照射裝置水平分開(kāi)，而另一個(gè)視點(diǎn)與照射裝置垂直分開(kāi)。兩個(gè)視點(diǎn)可以從不同的角度對(duì)景象共同成像，因此可以減少景象的前景部分對(duì)背景部分的遮蔽的問(wèn)題。兩個(gè)視點(diǎn)還可以如上面所提到的那樣無(wú)模糊地確定任何光斑，但是在不同的軸上隔開(kāi)視點(diǎn)可以有助于對(duì)圖像的后續(xù)處理。利用不同的視點(diǎn)可以例如有助于邊緣檢測(cè)，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)保證兩個(gè)視點(diǎn)垂直分開(kāi)可以有助于景象內(nèi)水平邊緣的檢測(cè)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括至少三個(gè)檢測(cè)器，配置成兩個(gè)檢測(cè)器具有沿第一軸分開(kāi)的視點(diǎn)，而至少第三檢測(cè)器定位成視點(diǎn)不在第一軸上。也就是說(shuō)，其中兩個(gè)檢測(cè)器的視點(diǎn)沿x方向分開(kāi)，而第三個(gè)攝像機(jī)的視點(diǎn)與前兩個(gè)檢測(cè)器分開(kāi)。方便的是，該系統(tǒng)可以包括配置成基本上是直角三角形結(jié)構(gòu)的三個(gè)檢測(cè)器。照射裝置可以方便地與這三個(gè)檢測(cè)器形成長(zhǎng)方形或正方形的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)給出了良好的對(duì)景象的覆蓋度，從而可以通過(guò)對(duì)不同圖像進(jìn)行相關(guān)而無(wú)模糊地確定投射光斑和保證兩對(duì)沿垂直軸分開(kāi)的圖像?？梢詫?duì)兩組圖像對(duì)應(yīng)用立體成像技術(shù)，以對(duì)圖像內(nèi)所有邊緣進(jìn)行分析。
設(shè)備還可以包括多個(gè)照射裝置，配置成從不同方向照射景象。系統(tǒng)可以為周期性地改變用來(lái)照射景象的照射裝置，使得任何時(shí)間只使用一個(gè)照射裝置，或者可以同時(shí)使用兩個(gè)或更多個(gè)照射裝置，而且投射的光斑可以具有不同的諸如形狀或顏色之類(lèi)的特性，以便處理器可以得出哪些光斑是由哪個(gè)照射裝置投射的。具有兩個(gè)照射裝置與如上面所說(shuō)明的具有兩個(gè)檢測(cè)器產(chǎn)生一些相同好處。利用一個(gè)照射裝置，背景內(nèi)的物體可能被前景內(nèi)的物體遮蔽，從而不會(huì)受到照射裝置的照射。因此不可能產(chǎn)生任何距離信息。具有兩個(gè)照射裝置就可以避免這個(gè)問(wèn)題。此外，如果一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器處于離各個(gè)照射裝置的不同基線處，那么這不同的基線也可以用來(lái)幫助消除距離模糊。
理想的是，照射裝置應(yīng)該使用功率較小的光源而產(chǎn)生具有大景深的大而規(guī)則的光斑陣列。在利用各可能距離的大操作窗工作時(shí)大景深是必需的，這是因?yàn)橥队笆菑V角的，也就是說(shuō)光斑應(yīng)該以廣角均勻地投射到景象上，而不是僅僅照射景象的一小部分。優(yōu)選的照射裝置以60°到100°之間的照射角投射光斑陣列。有效的景深可以是從150mm到無(wú)限遠(yuǎn)。
因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，照射裝置包括配置成照射光波導(dǎo)的部分輸入端面的光源，該光波導(dǎo)包括具有基本上是反射性的側(cè)面的導(dǎo)管，與投影光學(xué)裝置一起配置成向景象投射由光源的一些不同的圖像組成的陣列。這個(gè)光波導(dǎo)實(shí)際上起著萬(wàn)花筒的作用。來(lái)自光源的光從導(dǎo)管的側(cè)面反射，可以在導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)歷若干個(gè)反射光路。結(jié)果是產(chǎn)生多個(gè)光源圖像，并且投射到景象上。因此，景象受到由光源圖像組成的陣列的照射。如果光源是簡(jiǎn)單的發(fā)光二極管，景象因此就受到光斑陣列的照射。光波導(dǎo)萬(wàn)花筒給出了很好的圖像重復(fù)特性，并且以廣角投射光波導(dǎo)輸入端面的圖像，即在所有方向上投射大量光斑。此外，萬(wàn)花筒還產(chǎn)生大的景深，因此提供了大的操作窗。
光波導(dǎo)包括具有基本上是反射性的壁的導(dǎo)管。優(yōu)選的是，該導(dǎo)管具有恒定的截面，方便的是正多角形。具有規(guī)則截面意味著光源圖像陣列也是規(guī)則的，這對(duì)保證覆蓋全景是有益的，并且方便了處理。最為優(yōu)選的是導(dǎo)管的截面為正方形。典型的是，光波導(dǎo)的截面積在幾平方毫米到幾十平方毫米的范圍內(nèi)，例如截面積可以在1-50mm2或2-25mm2的范圍內(nèi)。如所提到的，光波導(dǎo)優(yōu)選的是具有規(guī)則形狀的截面，最長(zhǎng)的尺寸為幾毫米，例如1-5mm。如所提到的一個(gè)實(shí)施例是導(dǎo)管的截面為邊長(zhǎng)是2-3mm的正方形，光波導(dǎo)的長(zhǎng)度可以為幾十毫米，光波導(dǎo)可以為10到70mm長(zhǎng)。這樣的光波導(dǎo)可以在50-100度(典型的是光波導(dǎo)內(nèi)的總內(nèi)角的兩倍)上產(chǎn)生光斑柵格。通常發(fā)現(xiàn)，景深大到足以允許在150mm到無(wú)限遠(yuǎn)工作。然而，對(duì)于某些應(yīng)用可以采用其他適當(dāng)?shù)墓獠▽?dǎo)結(jié)構(gòu)。
導(dǎo)管可以包括具有反射性的內(nèi)表面、即鏡式內(nèi)壁的空心管?；蛘?，也可以是用實(shí)心材料做成的導(dǎo)管，并且設(shè)置成使入射到導(dǎo)管材料與周?chē)牧现g的交界面上的絕大部分光都受到全內(nèi)反射。導(dǎo)管材料可以鍍以具有適當(dāng)折射率的鍍層，也可以設(shè)計(jì)成能在空氣內(nèi)工作，在這種情況下光波導(dǎo)材料的折射率應(yīng)該使得在材料與空氣的交界面上出現(xiàn)全內(nèi)反射。
利用這樣的導(dǎo)管作為光波導(dǎo)可以產(chǎn)生多個(gè)光源圖像，可以將這些圖像投射到景象以形成光斑陣列。這種光波導(dǎo)制造、裝配容易，而且可也將來(lái)自光源的光大部分投向景象。因此，可以使用諸如發(fā)光二極管之類(lèi)的小功率光源。由于出口孔徑可以很小，因此設(shè)備還具有大的景深，使設(shè)備可用于需要要將光斑分開(kāi)投射在很寬的距離范圍內(nèi)的測(cè)距應(yīng)用。
可以用靠近光波導(dǎo)的輸入端面的各個(gè)光源各照射部分輸入端面，也可以用一個(gè)或多個(gè)光源通過(guò)掩模來(lái)照射光波導(dǎo)的輸入端面。使用具有透射部分的掩模使光傳播到部分光波導(dǎo)可能比使用單個(gè)光源方便。需要在光波導(dǎo)的輸入端面精確調(diào)準(zhǔn)掩模，但是這可能比精確調(diào)準(zhǔn)LED或LED陣列方便。
優(yōu)選的是，在使用掩模的情況下，照射裝置包括均束器，其設(shè)置在光源與掩模之間，以保證掩模得到均勻的照射。因此，光源可以是任何給出可接受的亮度的光源，而不需要精確調(diào)準(zhǔn)。
投影光學(xué)裝置可以包括投影透鏡。投影透鏡可以設(shè)置在光波導(dǎo)的輸出端面鄰近。在光波導(dǎo)是實(shí)心的一些實(shí)施例中，透鏡可以與光波導(dǎo)整合在一起，也就是說(shuō)可以對(duì)導(dǎo)管在輸出端面處進(jìn)行定形以形成透鏡。
按照本發(fā)明的設(shè)備投射的所有光束通過(guò)光波導(dǎo)的末端，并且可以看作是從光波導(dǎo)的端面中心發(fā)出的光束。于是，投影光學(xué)裝置可以包括半球形透鏡，如果半球形的中心與光波導(dǎo)輸出端面的中心一致，那么光束的視在原點(diǎn)就保持在同一個(gè)點(diǎn)處，也就是說(shuō)每個(gè)投射圖像具有共同的投影原點(diǎn)。在這種結(jié)構(gòu)中，投影器沒(méi)有可以看作廣角輻射光束的光源的軸。本發(fā)明的優(yōu)選照射裝置因此與已知結(jié)構(gòu)的光產(chǎn)生器有相當(dāng)大的不同。這種測(cè)距設(shè)備的問(wèn)題因此是光束的原點(diǎn)與檢測(cè)器的成像透鏡的主點(diǎn)之間的幾何關(guān)系。
優(yōu)選的是，投影光學(xué)裝置可以做成使投射陣列在比較大的距離處聚焦。這就在大距離處提供了清晰的圖像而在較近的距離處提供了模糊的圖像。如以上所說(shuō)明的那樣，模糊量可以給出可用來(lái)消除模糊的比較粗的距離信息。如果光源照射具有諸如正方形之類(lèi)的非圓形形狀的光波導(dǎo)輸入端面，其差別就可得到改善?？梢允褂谜叫喂庠矗部梢詫⒐庠磁c具有正方形透射部分的掩模一起使用。
為了進(jìn)一步消除模糊，圍繞光波導(dǎo)的反射軸形狀不對(duì)稱(chēng)的光源可以照射光波導(dǎo)的輸入端面。如果光源或掩模的透射部分圍繞反射軸不對(duì)稱(chēng)，那么光源的圖像將與它的鏡像不同。在投射陣列內(nèi)的相鄰光斑是互為鏡像的，因此這樣定形光源或掩模的透射部分將可以分辯相鄰的光斑。
設(shè)備可以包括多于一個(gè)光源，每個(gè)光源配置成各照射光波導(dǎo)的部分輸入端面。使用多于一個(gè)光源可以改善景象內(nèi)的光斑分辨率。優(yōu)選的是，將多于一個(gè)的光源配置成規(guī)則圖案。這些光源可以配置成使得不同的光源配置可用來(lái)提供不同的光斑密度。例如，可以將單個(gè)光源設(shè)置在光波導(dǎo)的輸入端面中央，以提供某個(gè)光斑密度。還可以在輸入端面上配置獨(dú)立的2×2光源陣列，可以用來(lái)代替中央光源，從而提供增大了的光斑密度。
或者，也可以將掩模配置成有多個(gè)透射部分，各照射光波導(dǎo)的一部分輸入端面。按照與使用多個(gè)光源類(lèi)似的方式可以增大景象內(nèi)的光斑密度。掩?？梢园姽庹{(diào)制器，因此可以改變?nèi)魏瓮干洳糠值膫鬏斕匦?，也就是說(shuō)掩模內(nèi)的窗可以從透射型切換為非透射型，從而有效地打開(kāi)和關(guān)閉投射陣列內(nèi)的某些光斑。
在使用多于一個(gè)光源的情況下，可以將至少一個(gè)光源配置成以與另一個(gè)光源不同的波長(zhǎng)發(fā)光。或者，在使用具有多個(gè)透射部分的掩模時(shí)不同的透射部分可以發(fā)射不同的波長(zhǎng)。使用具有不同波長(zhǎng)的光源或工作在不同波長(zhǎng)的透射窗意味著投射到景象上的光斑陣列具有不同的波長(zhǎng)，實(shí)際上這些光斑是不同顏色的，雖然專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以理解所謂顏色并不是暗中意味是在可見(jiàn)光譜內(nèi)工作。具有變化的顏色將有助于消除在分辨投射陣列內(nèi)的各個(gè)光斑時(shí)的模糊。
或者，可以與另一個(gè)光源不同地定形至少一個(gè)光源，優(yōu)選的是圍繞光波導(dǎo)的反射軸形狀不對(duì)稱(chēng)的至少一個(gè)光源。定形光源也有助于辨別光斑陣列內(nèi)的光斑，而具有不對(duì)稱(chēng)的形狀意味著鏡像將是不同的，如上面所說(shuō)明的那樣，這進(jìn)一步改善了差別。可以使用掩模通過(guò)適當(dāng)定形透射部分來(lái)達(dá)到同樣的效果。
至少一個(gè)光源可以設(shè)置在光波導(dǎo)內(nèi)與另一個(gè)光源不同的深度處。從萬(wàn)花筒投射的陣列的角間距由它的長(zhǎng)寬比確定，如稍后所說(shuō)明的那樣。將至少一個(gè)光源設(shè)置在萬(wàn)花筒內(nèi)有效地縮短了對(duì)于這個(gè)光源的光波導(dǎo)的有效長(zhǎng)度。因此，所得到的向景象投射的圖案將包括多于一個(gè)的具有不同周期的光斑陣列。光斑的交疊度將因此隨離陣列的中心的距離而改變，這可用來(lái)唯一地標(biāo)識(shí)每個(gè)光斑。
測(cè)距系統(tǒng)還可以具有周期性地使景象內(nèi)的光斑陣列改變方向的裝置。這個(gè)使景象內(nèi)的光斑陣列改變方向的裝置優(yōu)選設(shè)置成移動(dòng)景象內(nèi)的光斑陣列，以便提供新的距離點(diǎn)。因此，可以利用光斑陣列照射景象，確定到每個(gè)光斑的距離。然后，可以移動(dòng)景象內(nèi)的光斑陣列，從而發(fā)現(xiàn)到每個(gè)新的光斑位置的距離。這可以使圖像在測(cè)距方面的分辨率得到提高，從而可以非常精確地對(duì)景象進(jìn)行測(cè)距。
使景象內(nèi)的光斑陣列改變方向的裝置可以包括使照射裝置移動(dòng)或傾斜的裝置。在移動(dòng)照射裝置的情況下，可以改變檢測(cè)器與照射裝置之間的基線，顯然這將需要處理器在計(jì)算到每個(gè)光斑的距離時(shí)予以考慮?；蛘?，稍使照射裝置傾斜而不改變視在基線，但是會(huì)導(dǎo)致輕微的光斑位移。
作為完全是移動(dòng)照射裝置的替代方案，使光斑陣列改變方向的裝置可以包括設(shè)置在照射裝置的光路中的光學(xué)元件。例如可以將折射材料的楔放置在光路中靠近投影光學(xué)裝置的位置。該折射楔可以起著使幅射稍偏離不存在楔時(shí)遵循的路徑。因此，可以將楔插入或退出光路來(lái)改變陣列在景象內(nèi)的方向?；蛘?，也可以是將楔配置成可以圍繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便使入射輻射隨著楔的定位而偏向不同方向。楔可以做成可以在固定位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，而測(cè)距系統(tǒng)做成在每個(gè)位置獲取圖像。因此可以達(dá)到使光斑密度增大為四倍。
本發(fā)明的測(cè)距系統(tǒng)還可以有益地包括位置傳感器。在測(cè)距設(shè)備用于諸如攝像機(jī)之類(lèi)的便攜設(shè)備的情況下，知道攝像機(jī)在獲取圖像時(shí)的位置可能是有益的。知道攝像機(jī)的位置和到所獲取的圖像內(nèi)的物體的距離就可以確定景象內(nèi)物體的位置。這可以用于許多用途，特別是對(duì)于使用所獲取的圖像來(lái)形成景象或物體的三維模型的情況。位置傳感器可以包括給出坐標(biāo)位置的GPS(全球定位系統(tǒng))接收器，或者包括確定相對(duì)某個(gè)固定點(diǎn)的位置的位置傳感器。例如，位置傳感器可以確定測(cè)距設(shè)備相對(duì)于設(shè)置在固定點(diǎn)的標(biāo)志信標(biāo)的位置。
優(yōu)選的是，位置傳感器確定傳感器的取向。這可以是測(cè)距系統(tǒng)俯仰上的取向，即它是仰視還是俯視以及到什么程度，或者是系統(tǒng)的方位，即它是向東看還是向西看等等，也可以是這兩者。取向也可以相對(duì)標(biāo)志信標(biāo)來(lái)確定。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，可以使用任何已知的定向系統(tǒng)，例如羅盤(pán)、傾斜/俯仰傳感器、磁場(chǎng)傳感器等?？梢允褂脩T性傳感器來(lái)跟蹤測(cè)距設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，以便確定位置和/或取向信息。
在已知了圖像的位置和取向信息以及到圖像內(nèi)的物體的距離時(shí)，就可以使用這個(gè)圖像來(lái)形成景象的三維模型。可以利用本發(fā)明的測(cè)距設(shè)備從若干不同的視點(diǎn)對(duì)物體或者諸如房間之類(lèi)的景象成像，使用所記錄的圖像以及位置和距離信息來(lái)形成這個(gè)物體或房間的三維模型。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中不是跟蹤本發(fā)明的測(cè)距設(shè)備的位置和從若干不同的視點(diǎn)攝取物體或景象的圖像，而是將按照本發(fā)明的多個(gè)測(cè)距設(shè)備以相互固定的關(guān)系配置以從不同的視點(diǎn)對(duì)空間成像。設(shè)想，按照本發(fā)明的多個(gè)測(cè)距攝像機(jī)以已知的固定關(guān)系配置，從不同的角度對(duì)同一空間成像。每個(gè)測(cè)距攝像機(jī)從不同的角度對(duì)放置在這個(gè)空間內(nèi)的任意物體成像，從而為每個(gè)視點(diǎn)確定到物體表面的距離。然后可以利用從這些圖像得到的數(shù)據(jù)建立這個(gè)物體的三維模型。這可以用于許多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或者建?；蚍抡鎽?yīng)用。物體不必是無(wú)生命的，也可以是一個(gè)人或動(dòng)物的全體或部分。例如，可以在攝像棚內(nèi)配置若干攝像機(jī)對(duì)一個(gè)人成像，并且確定諸如體格大小的生物測(cè)定信息，其可以用于衣服擬合，或者較小的空間對(duì)腳成像，例如用來(lái)確定鞋的尺碼，或者對(duì)面部成像用來(lái)進(jìn)行面容識(shí)別。
按照本發(fā)明的測(cè)距設(shè)備可以用于各種應(yīng)用。使用按照本發(fā)明的設(shè)備特別是記錄位置信息的實(shí)施例可以有助于測(cè)繪。本發(fā)明可以用于水下成像設(shè)備，其可以有助于勘察、構(gòu)建和海洋考古學(xué)。
可以使用按照本發(fā)明的測(cè)距設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制或輔助自動(dòng)裝配。該設(shè)備可以用來(lái)輔助諸如機(jī)器人視覺(jué)、UAV/UUV(無(wú)人駕駛空中/水下運(yùn)載工具)導(dǎo)航或汽車(chē)駕駛輔助之類(lèi)的自動(dòng)導(dǎo)航。
安全掃描器和鄰近報(bào)警器可以使用距離信息來(lái)幫助標(biāo)識(shí)景象內(nèi)的運(yùn)動(dòng)或?qū)跋髢?nèi)的物體進(jìn)行分類(lèi)。本發(fā)明還可以用于訪問(wèn)控制，可以例如使用人的面部圖像作為部分訪問(wèn)控制裝置，用來(lái)與參考圖像進(jìn)行比較。
由于本發(fā)明允許很快得到距離信息，因此這種測(cè)距設(shè)備可用來(lái)分析運(yùn)動(dòng)。例如，如上面所說(shuō)明的訪問(wèn)控制應(yīng)用可以包括在所記錄的主體說(shuō)口令時(shí)記錄和分析其面部的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)可以與語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備配合來(lái)增加安全性。
如前面所提到的，這些投射光斑可以具有與可見(jiàn)光譜不同的其他波長(zhǎng)。檢測(cè)器必須能檢測(cè)這些光斑，但是它還可以在可見(jiàn)光波長(zhǎng)外工作，例如可以使用紅外攝像機(jī)或紫外攝像機(jī)。
雖然需要能確定距離點(diǎn)的處理器，但設(shè)備可以包括圖像獲取單元，其簡(jiǎn)單地獲取利用光斑陣列照射的景象的圖像以用于以后處理。因此，在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種具有大景深的圖像記錄器，它包括利用光斑陣列照射景象的照射裝置和記錄景象的圖像的成像陣列，這種圖像記錄器的特征是照射裝置適合照射景象，使得光斑在所記錄的圖像內(nèi)的位置可用來(lái)確定距離而沒(méi)有任何模糊。在設(shè)備沒(méi)有集成的處理器時(shí)很明顯當(dāng)時(shí)不可能確定任何可能的模糊的位置，因此照射裝置做成可以對(duì)景象進(jìn)行照射使得在距離測(cè)定中不會(huì)有模糊。所有如上面對(duì)本發(fā)明的第一方面所說(shuō)明的消除模糊的設(shè)備、方法和特征可以用于本發(fā)明的這個(gè)方面，包括在一定距離上聚焦的經(jīng)整形的光斑、經(jīng)著色的光斑、經(jīng)不同著色的光斑和多個(gè)視點(diǎn)/成像陣列。本發(fā)明的這個(gè)方面還可以采用與本發(fā)明的第一方面相同的改善光斑密度分辨率的技術(shù)，諸如使光斑陣列改變方向或在不同時(shí)間激活不同的陣列之類(lèi)的技術(shù)。本發(fā)明這個(gè)方面的照射裝置優(yōu)選的是參照本發(fā)明第一方面所說(shuō)明的照射裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種得到有關(guān)景象的距離信息的方法，這種方法包括下列步驟利用光斑陣列照射景象，拍攝這些光斑在景象內(nèi)的圖像，唯一地標(biāo)識(shí)景象內(nèi)的每個(gè)光斑，以及根據(jù)每個(gè)光斑在景象內(nèi)的位置確定到該光斑的距離。
這種方法可以包括利用具有非圓形形狀的在操作窗內(nèi)一個(gè)距離處聚焦而在操作窗內(nèi)另一個(gè)距離處沒(méi)有聚焦的光斑照射景象的步驟，并且唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟包括確定光斑是否聚焦的步驟。
這種方法還可以包括投射光斑陣列使得至少一些投射光斑具有與其他光斑不同的形狀和/或顏色的步驟，并且唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟包括確定光斑的顏色和/或形狀的步驟。
記錄景象的圖像的步驟可以包括從多個(gè)視點(diǎn)記錄受到同樣照射的景象的圖像的步驟。在這種情況下，唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟可以包括對(duì)從多于一個(gè)視點(diǎn)得到的光斑位置進(jìn)行比較以便唯一標(biāo)識(shí)該光斑的步驟。
這種方法還可以包括為每個(gè)所記錄的圖像記錄有關(guān)從哪個(gè)位置記錄圖像的信息的步驟。
在距離信息是從景象例如從所獲取的特定物體的圖像而獲得的情況下，可以將與檢測(cè)到的物體的形狀有關(guān)的信息與一些基準(zhǔn)形狀或形狀模型相比較，例如用來(lái)進(jìn)行識(shí)別。因此，按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種識(shí)別方法，這種方法包括下列步驟按照如上面所說(shuō)明的方法獲得有關(guān)景象的距離信息，將所述距離信息與需識(shí)別的項(xiàng)相應(yīng)的基準(zhǔn)形狀信息相比較，以及給出檢測(cè)到的形狀與基準(zhǔn)項(xiàng)的匹配質(zhì)量的指示。匹配步驟可以使用模型系數(shù)或最佳擬合方法。需識(shí)別的項(xiàng)可以是希望識(shí)別的任何事物，例如可以將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品與合格產(chǎn)品相比較，以進(jìn)行質(zhì)量控制，如果匹配不好就觸發(fā)報(bào)警器。
下面將結(jié)合以下附圖僅通過(guò)舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，在這些附圖中

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的單光斑測(cè)距系統(tǒng)；圖2示出了本發(fā)明的測(cè)距系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖3示出了適用于本發(fā)明的測(cè)距系統(tǒng)的光斑投影器；圖4表示了圖3所示的光斑投影器的工作原理；圖5示出了另一個(gè)光斑投影器及其輸出；圖6示出了具有可變光斑密度投影的光斑投影器的輸入端面；圖7示出了另一種適當(dāng)?shù)墓獍咄队捌鞯妮斎攵嗣婧投嗣嫔袭a(chǎn)生的圖案；圖8示出了另一種適當(dāng)?shù)墓獍咄队捌鳎粓D9示出了本發(fā)明的使用兩個(gè)攝像機(jī)的實(shí)施例；圖10示出了產(chǎn)生由實(shí)線的交點(diǎn)形成的光斑的光斑投影器的輸入端面；圖11示出了適用于本發(fā)明的光斑投影器的另一個(gè)實(shí)施例；
圖12示出了使光斑投影器的輸出改變方向以提高光斑密度的裝置；以及圖13示出了按照本發(fā)明的三攝像機(jī)測(cè)距系統(tǒng)。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的使用單個(gè)光斑的測(cè)距系統(tǒng)。掃描源2產(chǎn)生單個(gè)向景象投射的光束4。檢測(cè)器6查看景象，檢測(cè)光斑處在景象內(nèi)哪個(gè)位置。圖1a示出了這個(gè)設(shè)備，目標(biāo)8處在第一距離，還表示了檢測(cè)器所看到的景象10。在由角θ1確定的特定位置可以看到光斑12，它本身由到物體的距離確定。
圖1b示出了同樣的設(shè)備，但目標(biāo)8已去掉而引入了離得更遠(yuǎn)的新目標(biāo)14。新的至光斑的角度θ2比θ1小，因此檢測(cè)器6看到光斑12在不同的位置。光斑在景象內(nèi)的視在移動(dòng)由箭頭16示出。
于是可以看到，在將光束從掃描源2以已知角度投射時(shí)，光斑12在檢測(cè)到的景象10內(nèi)的位置可以給出距離信息。隨著目標(biāo)的距離改變，光斑呈現(xiàn)為在景象上移動(dòng)。因此，光斑具有可由源2和檢測(cè)器6的排列確定的隨著距離改變?cè)诰跋笊弦曉谝苿?dòng)的軌線。
然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的局限是光斑必須在整個(gè)景象上掃描，以便產(chǎn)生景象上的距離信息。掃描需要復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，而且意味著對(duì)整個(gè)景象的測(cè)距需要用比較長(zhǎng)的時(shí)間。
本發(fā)明使用二維光斑陣列同時(shí)從整個(gè)景象獲得距離信息。使用二維光斑陣列可以導(dǎo)致如結(jié)合圖2a所說(shuō)明的模糊問(wèn)題。這里，與圖1中相同的部分標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。配置是相同的，只是掃描源2用二維光斑投影器22代替，而且表示了處理器7。光斑投影器22投射多個(gè)在角度上間隔的光束24a、24b(為了清晰起見(jiàn)只示出了兩個(gè)光束)。如果景象是平坦的目標(biāo)，那么檢測(cè)器看到的是方形的光斑陣列12。從圖2a可見(jiàn)，雖然出現(xiàn)在景象內(nèi)特定位置(例如在角度θ1接收到)的光斑可以相應(yīng)于由于光束24b從處在第一距離的目標(biāo)8反射或散射的第一投射光斑，或者相應(yīng)于由于光束24a從處在更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)14反射或散射的不同的第二投射光斑。同樣，陣列內(nèi)的每個(gè)光斑可以認(rèn)為在景象內(nèi)具有一條隨距離改變的軌線?？梢钥吹?，一個(gè)光斑的軌線(箭頭26)可以與其他光斑的位置重疊，從而引起距離模糊。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是通過(guò)將光斑投影器相對(duì)于檢測(cè)器配置成使得光斑陣列投射成相鄰光斑隨距離改變?cè)跈z測(cè)到的景象內(nèi)的可能位置的軌線不相重疊來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題的。為此，圖2b用側(cè)視圖示出了本發(fā)明的設(shè)備。可以看到，檢測(cè)器6與光斑投影器22在y方向和x方向上都是分開(kāi)的。因此，光斑在景象內(nèi)的y位置也隨距離改變，這就影響到視在光斑移動(dòng)的軌線。這種配置選擇成使得相鄰光斑的軌線不相重疊。光斑運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌線由箭頭28表示。通過(guò)將投影器圍繞它的軸轉(zhuǎn)動(dòng)可達(dá)到同樣的效果。
另一個(gè)思路可以是將x軸重新定義為檢測(cè)器與光斑投影器沿之分開(kāi)的軸，或者至少為它們的有效入口/出口光瞳沿之分開(kāi)的軸，如果使用反光鏡或其他轉(zhuǎn)向光學(xué)器件的話。Z軸是至需測(cè)量的景象的距離，而y軸是正交的。因此，檢測(cè)器形成了景象的x-y二維圖像。在這個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)檢測(cè)器與投影器在y方向沒(méi)有間隔，因此投影器以z-y平面內(nèi)某個(gè)角度投射的光斑將始終被檢測(cè)器觀察為處于這個(gè)角度，不論距離如何，也就是說(shuō)這個(gè)光斑在檢測(cè)到的景象內(nèi)將只呈現(xiàn)為沿與x方向平行的方向移動(dòng)。因此，如果陣列關(guān)于x軸配置成使得相鄰的光斑在y方向上具有不同的間距，則相鄰的光斑之間就不會(huì)有模糊。如果陣列是方形的光斑陣列，這實(shí)際上就意味著使陣列傾斜成陣列的軸不沿著如所定義的x軸(即檢測(cè)器與光斑投影器沿之分開(kāi)的軸)。
為了完全不模糊地確定哪個(gè)光斑是哪個(gè)，光斑大小、光斑間的間隙和檢測(cè)器的配置應(yīng)使得每個(gè)光斑的軌線不與任何其他光斑的軌線交疊。然而，由于實(shí)際的分辨原因，優(yōu)選的是用大量比較大的光斑，而且使用大景深的設(shè)備(從而光斑在景象內(nèi)有大的視在移動(dòng))。實(shí)際上，不同的光斑的軌線有時(shí)會(huì)交疊。如圖2b所示，投射光斑30的軌線與投射光斑32交疊，因此在景象內(nèi)沿箭頭28的線檢測(cè)到的光斑可能與在一個(gè)距離處的投射光斑30相應(yīng)，也可能與一個(gè)不同距離處的投射光斑32相應(yīng)。然而，這兩個(gè)距離的差將是明顯的。在有些應(yīng)用中，測(cè)距系統(tǒng)只可以用于狹小的可能距離段，從而在操作窗內(nèi)不會(huì)有模糊。然而，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，必需解決模糊問(wèn)題。然而，由于可能距離的差比較大，就可以用粗測(cè)距技術(shù)來(lái)解決測(cè)距系統(tǒng)所考慮的光斑的模糊，再根據(jù)被唯一標(biāo)識(shí)的光斑的位置來(lái)提供精確的距離信息。
在一個(gè)實(shí)施例中，光斑投影器22投射由在比較遠(yuǎn)的距離處聚焦的方形光斑組成的陣列。如果處理器在檢測(cè)到的景象內(nèi)看到的是方形光斑，這意味著光斑基本上是聚焦的，因此檢測(cè)到的光斑一定是一個(gè)處于比較遠(yuǎn)的距離的光斑。然而，如果觀察到的光斑在近距離處，那么它基本上是沒(méi)有聚焦的、從而將呈現(xiàn)為圓形。典型的焦距可以是800mm。因此，可以用光斑的外形來(lái)提供粗距離信息，以消除檢測(cè)光斑的模糊，而用光斑的位置來(lái)提供精距離信息。
檢測(cè)器6是標(biāo)準(zhǔn)的二維CCD陣列，例如標(biāo)準(zhǔn)的CCD攝像機(jī)，當(dāng)然也可以用CMOS攝像機(jī)來(lái)代替。檢測(cè)器6應(yīng)該具有足夠高的分辨率，以能識(shí)別光斑和光斑在景象內(nèi)的位置。檢測(cè)器6可以用來(lái)獲取可見(jiàn)圖像和檢測(cè)景象內(nèi)的光斑。一旦已經(jīng)處理了距離信息以確定圖像內(nèi)的距離信息，從而產(chǎn)生3D表面，于是可以將可見(jiàn)數(shù)據(jù)疊加在這個(gè)3D表面上，以產(chǎn)生表面細(xì)節(jié)/紋理，或者在面部的情況下，形成“3D掩?！?。
光斑投影器可以投射可由工作在可見(jiàn)光波段的攝像機(jī)檢測(cè)的可見(jiàn)光波段光斑。然而，光斑投影器也可以投射其他波長(zhǎng)的光斑，例如紅外或紫外光斑。如果光斑投影器將紅外光斑投射到景象上，那么所用的檢測(cè)器就是每個(gè)像素組中有四個(gè)像元的CCD攝像機(jī)。一個(gè)像元檢測(cè)紅光，另一個(gè)像元檢測(cè)藍(lán)光，第三個(gè)像元檢測(cè)綠光。該系統(tǒng)中的第四個(gè)像元用來(lái)檢測(cè)適當(dāng)波長(zhǎng)的紅外光。因此，可以使用RGB像元的讀數(shù)來(lái)形成沒(méi)有任何光斑的可見(jiàn)圖像，而將紅外像元的輸出(實(shí)際上只含有紅外光斑)提供給處理器確定距離。然而，如稍后要說(shuō)明的，如果投射的是不同波長(zhǎng)的光斑，檢測(cè)器就必須可以區(qū)別不同的紅外波長(zhǎng)，在這種情況下優(yōu)選的是不同的攝像機(jī)。檢測(cè)器也不局限于工作在可見(jiàn)光波段。例如，可以使用熱輻射攝像機(jī)。倘若檢測(cè)器能夠檢測(cè)所投射的光斑，檢測(cè)器是否還具有接收不同波長(zhǎng)的像元就沒(méi)有關(guān)系。
為了有助于光斑檢測(cè)和避免環(huán)境光引起的問(wèn)題，光斑投影器可以投射經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。處理器可以對(duì)調(diào)制頻率的被檢信號(hào)濾波，以改善信噪比。最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理的方式是用脈沖照射，所謂的頻閃或閃光照射。攝像機(jī)在脈沖為高電平時(shí)獲取一個(gè)幀。還在不投射光斑的情況下獲得參考脈沖。然后，按照背景光偏置量校正這些強(qiáng)度模式的差別。此外，在與均勻照射的LED閃光燈同步時(shí)可以采集第三反射性參考幀，它可以用來(lái)對(duì)強(qiáng)度模式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
圖3示出了適當(dāng)?shù)墓獍咄队捌?2。光源34設(shè)置在鄰近萬(wàn)花筒(kaleidoscope)36的輸入端面處。在另一端設(shè)置了簡(jiǎn)單的投影透鏡38。為了清晰起見(jiàn)，將投影透鏡示為與萬(wàn)花筒分開(kāi)，但通常是與萬(wàn)花筒的輸出端面鄰接的。
光源34是發(fā)射紅外光的發(fā)光二極管(LED)。如以上所說(shuō)明的那樣，紅外光對(duì)于測(cè)距應(yīng)用是很有用的，因?yàn)橥渡涔獍哧嚵胁粫?huì)干擾正在獲取的可見(jiàn)圖像，而且紅外LED和檢測(cè)器是價(jià)格合理的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以在不背離本發(fā)明的精神的情況下使用其它波長(zhǎng)和其它光源用于其它應(yīng)用。
萬(wàn)花筒是帶有內(nèi)部反射壁的空心管。萬(wàn)花筒可以由任何具有適當(dāng)剛度的材料制成，內(nèi)壁鍍有適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)膜。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，萬(wàn)花筒也可以包括實(shí)心材料棒。任何諸如透明的光學(xué)玻璃之類(lèi)的對(duì)LED工作波長(zhǎng)透明的材料都能滿足。材料需要選擇成使得光在萬(wàn)花筒內(nèi)在萬(wàn)花筒與周?chē)諝庵g的界面處全部?jī)?nèi)反射。這可以是利用附加的(銀)鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是在可以用反射率可能匹配的粘合劑/環(huán)氧樹(shù)脂等粘接的區(qū)域。如果要求投影角大，這可能需要將萬(wàn)花筒材料包覆在反射材料中。理想的萬(wàn)花筒具有反射率為100％的完美直壁。應(yīng)該注意的是，空心的萬(wàn)花筒不可以具有這樣的輸入或輸出端面，但為了說(shuō)明起見(jiàn)應(yīng)該將空心萬(wàn)花筒入口和出口看作為端面。
萬(wàn)花筒管的效果是使得在萬(wàn)花筒的輸出端可以看到LED的多個(gè)圖像。其原理將結(jié)合圖4說(shuō)明。來(lái)自LED34的光可以是直接沿著萬(wàn)花筒傳播而在整個(gè)路徑40上沒(méi)有反射。然而，有些光將一次反射并且遵循路徑42。從萬(wàn)花筒的末端來(lái)看，這將導(dǎo)致看到虛像源44。經(jīng)歷兩次反射的光將沿著路徑46傳播，導(dǎo)致看到另一個(gè)虛像源48。
這個(gè)器件的尺寸設(shè)計(jì)成適合所指定的應(yīng)用。設(shè)想LED34將光發(fā)射到全圓角為90°的圓錐。在中心未經(jīng)反射的光斑任何一側(cè)看到的光斑的數(shù)目將等于萬(wàn)花筒的長(zhǎng)度除以它的寬度。光斑間距與光斑尺寸之比由萬(wàn)花筒寬度與LED尺寸之比確定。因此，200μm寬的LED和30mm長(zhǎng)、橫截面為邊長(zhǎng)1mm的方形的萬(wàn)花筒將產(chǎn)生有61個(gè)光斑的正方網(wǎng)格，光斑之間的間隔為光斑寬度的五倍(在聚焦時(shí))。光斑投影器通?？梢允菐资撩组L(zhǎng)，并且具有邊長(zhǎng)在2到5毫米的范圍內(nèi)的方形截面，例如3至4毫米見(jiàn)方。對(duì)于典型的應(yīng)用，光斑投影器設(shè)計(jì)成能產(chǎn)生向景象投射的具有40×30個(gè)或更多一些的光斑的陣列。40×30的陣列在景象內(nèi)產(chǎn)生多達(dá)1200個(gè)距離點(diǎn)，雖然優(yōu)選的是2500個(gè)距離點(diǎn)，如果利用相交線可以多達(dá)10,000個(gè)距離點(diǎn)。
投影透鏡38是簡(jiǎn)單的單透鏡，設(shè)置在萬(wàn)花筒的末端，選擇成將由LED 34的圖像組成的陣列投射到景象上。可以按照應(yīng)用和所需要的景深來(lái)選擇投影的幾何關(guān)系，但簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系是將光斑陣列放置在透鏡的焦平面處或接近透鏡的焦平面。投影系統(tǒng)的景深是很重要的，因?yàn)閮?yōu)選的是具有大的景深，以使測(cè)距設(shè)備能精確地在一個(gè)大的操作窗內(nèi)測(cè)量到物體的距離。從150mm到無(wú)窮遠(yuǎn)的景深是可以實(shí)現(xiàn)的，并且可以確定測(cè)距離的有效操作窗。
如所提到的，LED 34可以是正方形的，投影透鏡38可以用來(lái)使光斑陣列在上部預(yù)期范圍的一定距離處焦距，從而任何特定光斑的聚焦度可以得出粗距離信息。
如所說(shuō)明的光斑投影器具有若干優(yōu)點(diǎn)。萬(wàn)花筒制造方便，成本也低。LED是便宜的器件，而且由于萬(wàn)花筒可以高效地將光從LED耦合給景象，因此可以使用功率較低的光源。如所說(shuō)明的光斑投影器因此是經(jīng)濟(jì)而相當(dāng)耐用的組件，而且還給出對(duì)測(cè)距應(yīng)用非常有用的大的景深。因此，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，基于萬(wàn)花筒的光斑投影器是優(yōu)選的。此外，本發(fā)明的光斑投影器可以設(shè)置成實(shí)際上沒(méi)有特有的軸。如圖4所示，光斑投影器發(fā)射的所有光束都通過(guò)萬(wàn)花筒的末端，并且可以認(rèn)為都通過(guò)輸出端面的中心。如果投影透鏡38是半球形透鏡，其旋轉(zhuǎn)軸與輸出端面的中心一致(如在圖5中結(jié)合集成透鏡58更好地示出)，于是所有光束看起來(lái)來(lái)自萬(wàn)花筒的輸出端面，而投影器起著均勻的廣角投影器的作用。
然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可以使用其他光斑投影器來(lái)形成這個(gè)二維陣列。例如，可以用激光器與衍射器件配合形成為光斑陣列的衍射圖案?；蛘?，也可以將光源與投影光學(xué)器件和開(kāi)有孔徑陣列的掩模配合使用。任何能向景象投射離散的光斑陣列的光源都是可以的，然而發(fā)現(xiàn)利用其他裝置、LED陣列、微透鏡陣列、投影掩模等產(chǎn)生的景深通常在性能上都有相當(dāng)大的限制。
圖2所示的設(shè)備利用如圖3所示的光斑投影器構(gòu)成。光斑投影器利用40×30個(gè)光斑的陣列照射景象。操作窗為60°的全圓角。光斑聚焦在1m的距離處，該測(cè)距裝置在0.5m至2m的距離內(nèi)工作得很好。檢測(cè)器為308k個(gè)像素(VGA)的CCD攝像機(jī)。測(cè)量景象內(nèi)至不同物體(處在中間距離)的距離的精度為0.5mm。
如上所述的設(shè)備在可用于產(chǎn)生距離數(shù)據(jù)前，首先必須加以校準(zhǔn)。原則上，校準(zhǔn)可以根據(jù)系統(tǒng)的幾何關(guān)系進(jìn)行。實(shí)際上，更方便的是執(zhí)行人工校準(zhǔn)。這便于考慮在結(jié)構(gòu)上的不完善，從而可以得到較好的結(jié)果。
校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過(guò)將測(cè)試物體放在一系列已知距離處、記錄作為距離函數(shù)的光斑位置而獲得。最方便的測(cè)試物體是在所有距離上都充滿攝像機(jī)視場(chǎng)的顏色(優(yōu)選的是白色)均勻的平坦而無(wú)光澤的平面。平坦的白色墻壁可能是理想的(顯然，在這種情況下要移動(dòng)攝像機(jī))，然而任何由于平直度而引起的偏差會(huì)影響校準(zhǔn)精度。
最初，將攝像機(jī)放置在離墻壁一段大的距離處，對(duì)于如上所述的系統(tǒng)為1.5m左右，記錄圖像內(nèi)每個(gè)光斑的位置(光斑發(fā)現(xiàn)算法將在下面說(shuō)明)。隨著攝像機(jī)移近墻壁，圖像內(nèi)所有的光斑大體上沿相同的方向移動(dòng)，因此跟蹤它們是相當(dāng)簡(jiǎn)單的事。光斑在圖像中沿著一條直線移動(dòng)，如以上所說(shuō)明的那樣。線性回歸給出每條線的軌跡公式為b＝ma+c其中，光斑的坐標(biāo)為(a，b)。
萬(wàn)花筒投影器的設(shè)計(jì)保證所有光束看起來(lái)來(lái)自共同的原點(diǎn)。因此，所有光斑軌跡在作為光束原點(diǎn)通過(guò)攝像機(jī)透鏡的主要中心投射到攝像機(jī)焦平面上的公共點(diǎn)投影處相交。這個(gè)軌跡原點(diǎn)可以通過(guò)找出測(cè)得的光斑軌跡的交點(diǎn)計(jì)算出來(lái)。在實(shí)踐中，這些光斑軌跡由于測(cè)量中的不定性不太可能都相交于同一個(gè)點(diǎn)。選擇一條軌跡、找出這條軌跡與所有其他軌跡的交點(diǎn)就足夠了。這將產(chǎn)生原點(diǎn)坐標(biāo)的一系列值。原點(diǎn)的位置于是可以通過(guò)選擇各坐標(biāo)的中值來(lái)確定。
校準(zhǔn)程序中的下一步是為每條軌跡確定可以在用攝像機(jī)產(chǎn)生距離數(shù)據(jù)時(shí)用來(lái)確定光斑標(biāo)志的標(biāo)識(shí)符i。已發(fā)現(xiàn)兩種可能的標(biāo)識(shí)符。如果光斑軌跡全都平行，那么所有的線的斜率m就是相同的。于是，截距c就是標(biāo)識(shí)符。如果這些軌跡不平行，那么將每條軌跡的中點(diǎn)連接到軌跡原點(diǎn)的線與x軸之間的夾角就是標(biāo)識(shí)符。校準(zhǔn)的最后一步是確定沿軌跡的光斑位置與距離之間的關(guān)系。這可以按照以下表達(dá)式得出
z-z0＝k/(r-r0)其中，z為沿z軸的距離，而r為光斑沿軌跡的位置。位置r可以沿任何方便的軸進(jìn)行測(cè)量，但最方便的度量是將r表示為離軌跡原點(diǎn)的距離。每條軌跡的常數(shù)k、z0和r0可以通過(guò)使以上表達(dá)式與測(cè)量數(shù)據(jù)擬合來(lái)得出。在對(duì)準(zhǔn)得很好的系統(tǒng)中，k和z0的值對(duì)于所有的軌跡應(yīng)該是類(lèi)似的。
校準(zhǔn)程序的結(jié)果包括軌跡原點(diǎn)和列有每條軌跡的i、m、c、k、r0、z0這六個(gè)數(shù)的表。
校準(zhǔn)后，系統(tǒng)就可以用來(lái)確定距離了。測(cè)距算法包括四個(gè)基本步驟。它們是1.將圖像標(biāo)準(zhǔn)化2.確定圖像內(nèi)光斑的位置3.標(biāo)識(shí)光斑4.計(jì)算距離數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化由于攝像機(jī)已經(jīng)進(jìn)行濾波，以只選擇來(lái)自萬(wàn)花筒的光，因此圖像內(nèi)背景光的級(jí)別非常低。所以，任何與本地背景相比更為明亮的區(qū)域可以合理地認(rèn)為是光斑。然而，不同光斑的相對(duì)亮度將隨目標(biāo)的距離、位置和反射率而改變。因此，方便的是作為第一步先對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以消除不希望有的背景和突出光斑。標(biāo)準(zhǔn)化程序包括計(jì)算每個(gè)像素的鄰域的“平均”亮度，將像素的信號(hào)除以其本地平均值再減1。如果計(jì)算結(jié)果小于零，就將這結(jié)果設(shè)置為零。
光斑定位光斑定位包括兩個(gè)部分。首先是發(fā)現(xiàn)光斑。其次，確定它的中心。光斑檢測(cè)例行程序維護(hù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的圖像的兩個(gè)副本。一個(gè)副本(圖像A)隨著發(fā)現(xiàn)更多的光斑而改變。另一個(gè)(圖像B)固定不變，用來(lái)定位每個(gè)光斑的中心。由于假設(shè)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的圖像內(nèi)的所有明亮特征都是光斑，因此可以簡(jiǎn)單地通過(guò)對(duì)圖像內(nèi)的所有亮區(qū)定位來(lái)檢測(cè)光斑。第一個(gè)光斑假設(shè)為接近圖像A內(nèi)最亮的點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)用來(lái)確定光斑的中心和光斑大小的估計(jì)(見(jiàn)下)。然后，在圖像A內(nèi)，將在光斑中心周?chē)膮^(qū)域(根據(jù)所估計(jì)的光斑大小)內(nèi)的亮度設(shè)置為零。然后利用圖像A內(nèi)剩下的點(diǎn)中最亮的來(lái)找出下一個(gè)光斑，諸如此類(lèi)。
以上說(shuō)明的光斑找到算法將無(wú)限地找到光斑，除非施加一些附加的條件。已確定了三個(gè)條件，來(lái)終止這個(gè)例行程序。在滿足這些條件中的任何一個(gè)條件時(shí)，例行程序終止。第一個(gè)條件是找到的光斑數(shù)目不應(yīng)該超過(guò)一個(gè)固定值。第二個(gè)條件是該例行程序不應(yīng)該反復(fù)找到同一個(gè)光斑。這在有些照明條件下偶然會(huì)出現(xiàn)。第三個(gè)條件是圖像A內(nèi)剩下的最亮的點(diǎn)的亮度下降到預(yù)定閾值以下。這個(gè)條件防止該例行程序在圖像噪聲內(nèi)找到虛假的光斑。通常，將閾值亮度設(shè)置為圖像B內(nèi)最亮光斑的亮度的幾分之一(通常為20％)。
使用光斑找到例行程序確定的位置作為起點(diǎn)就從圖像B找到每個(gè)光斑的中心。從圖像B以這個(gè)點(diǎn)為中心獲取子圖像。該子圖像的大小選擇成稍大于光斑。通過(guò)將每列的亮度值相加，將這個(gè)子圖像降為一維陣列。然后，將這個(gè)陣列(或者它的變型)與高斯函數(shù)(或者它的變型)相關(guān)，再將相關(guān)峰(內(nèi)插到像素的幾分之一)定義為光斑在水平方向上的中心。光斑在垂直方向上的中心可以通過(guò)將子圖像按行而不是按列求和按照類(lèi)似方式得出。
如果由以上程序確定的光斑的中心離起點(diǎn)超過(guò)兩個(gè)像素，就應(yīng)該用計(jì)算得到的中心作為新的起點(diǎn)迭代地重復(fù)這個(gè)程序。這種計(jì)算一直繼續(xù)直到計(jì)算得到的位置保持不變或者達(dá)到最大迭代次數(shù)為止。這考慮到了最亮的點(diǎn)不在光斑中心的可能性。最大迭代次數(shù)(通常為5)用來(lái)防止例行程序搜尋小的區(qū)域。這種迭代方法還允許隨著到物體的距離的改變而對(duì)光斑進(jìn)行跟蹤，只要光斑在相繼的幀之間移動(dòng)得不太遠(yuǎn)。這個(gè)特征在校準(zhǔn)期間是很有用的。
如果找到光斑的中心，則對(duì)子圖像內(nèi)亮度大于閾值(通常為子圖像內(nèi)最亮的像素的亮度的10％)的像素進(jìn)行計(jì)數(shù)。光斑大小定義為光斑數(shù)的平方根，可以用來(lái)提供附加的粗距離信息。
光斑定位程序的結(jié)果是列有一些(a，b)坐標(biāo)的表，每個(gè)坐標(biāo)表示不同的光斑。
光斑標(biāo)識(shí)如果可以確定每個(gè)光斑的標(biāo)志，就僅能計(jì)算到光斑的距離。最簡(jiǎn)單的標(biāo)識(shí)光斑的方法是依次確定從光斑到每條光斑軌跡的距離，剔除那些處在預(yù)先確定的距離(對(duì)于得到很好校準(zhǔn)的系統(tǒng)而言，通常小于一個(gè)像素)外的軌跡。這種方法在存在許多光斑和許多軌跡時(shí)可能是很費(fèi)時(shí)間的。一種更為有效的方法是計(jì)算光斑的標(biāo)識(shí)符，再將它與各個(gè)軌跡的標(biāo)識(shí)符相比較。由于軌跡的標(biāo)識(shí)符可以預(yù)先分類(lèi)，因此搜索可以快得多。以與校準(zhǔn)例行程序中相同的方式計(jì)算標(biāo)識(shí)符。
一旦確定了候選的軌跡，就必須考慮光斑沿軌跡的位置。如果可能距離的范圍是有限的(例如只是從150mm開(kāi)外或者2500mm以內(nèi))，那么許多候選軌跡就可能由于計(jì)算得到的距離在可能范圍之外而被剔除。在調(diào)整得很好的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)最多剩下兩條軌跡。一條軌跡相應(yīng)于近程，而另一條軌跡相應(yīng)于遠(yuǎn)得多的遠(yuǎn)程。
最終檢驗(yàn)是查看所討論的光斑的形狀。如所說(shuō)明的那樣，投影器22產(chǎn)生在遠(yuǎn)距離處聚焦、在近距離處是模糊的光斑。只要投影器內(nèi)的LED具有可識(shí)別的形狀(諸如正方形)，于是光斑在近距離將是圓的，而在遠(yuǎn)距離成方形。這應(yīng)該消除任何剩下的距離模糊。
任何仍未標(biāo)識(shí)的光斑可能根本不是光斑，而是景象內(nèi)的不希望的光點(diǎn)。
距離計(jì)算一旦標(biāo)識(shí)了光斑，就可以計(jì)算它的距離。為了產(chǎn)生景象的有效的三維表示，還需要計(jì)算x和y坐標(biāo)。這可以簡(jiǎn)單地從攝像機(jī)的特性得出。例如，對(duì)于焦距為f、像素間距為p的攝影透鏡，x和y坐標(biāo)可以簡(jiǎn)單地由下式給出x＝zap/f，y＝zbp/f其中，a和b是在像素坐標(biāo)內(nèi)測(cè)得的。
以上所說(shuō)明的實(shí)施例調(diào)整成在可能的光斑之間具有最小的模糊，而且使用焦距來(lái)消除模糊。然而也可以采用其他消除模糊的措施。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備包括大體如結(jié)合圖3所說(shuō)明的光斑投影器，但其中光源定形成可以分辨相鄰的光斑。如果光源圍繞適當(dāng)?shù)姆瓷漭S是對(duì)稱(chēng)的，系統(tǒng)產(chǎn)生的光斑效果上是相同的。然而，如果使用形狀不對(duì)稱(chēng)的光源，相鄰的光斑就是可分辨的相互成鏡像的圖像。其原理如圖5所示。
結(jié)構(gòu)化的光產(chǎn)生器22包括由截面為方形的透明光學(xué)玻璃56形成的實(shí)心管。經(jīng)整形的LED 54設(shè)置在一個(gè)端面處。管56的另一端定形成半球形的投影透鏡58。萬(wàn)花筒56和透鏡58因此集成在一起，從而提高了光效率，而且由于可以采用單件模制步驟，因而制造方便?；蛘?，也可以將獨(dú)立的透鏡光學(xué)粘接在具有平面輸出端面的實(shí)心萬(wàn)花筒的末端。
為了例示起見(jiàn)，LED 54示為指向萬(wàn)花筒一角(圖中為右上角)的箭頭。示出了屏幕60上形成的圖像。所形成的LED的中央圖像62與沒(méi)有受到反射的光斑相應(yīng)，也具有指向右上角的箭頭。注意，實(shí)際上簡(jiǎn)單投影透鏡將投射顛倒的圖像，因此所形成的圖像實(shí)際上是顛倒的。然而，為了說(shuō)明起見(jiàn)，將這些圖像都示為沒(méi)有顛倒。中央光斑上、下的圖像64受到一次反射，因此是相對(duì)x軸的鏡像，也就是說(shuō)箭頭指向右下角。然而在上面或下面的下一個(gè)圖像66經(jīng)相對(duì)x軸的兩次反射，因此與中央圖像相同。類(lèi)似的是，中央圖像左、右的圖像68經(jīng)相對(duì)y軸的一次反射，因此箭頭呈現(xiàn)為指向左上角。與中央光斑對(duì)角相鄰的圖像70經(jīng)相對(duì)x軸的一次反射和相對(duì)y軸的一次反射，因此箭頭呈現(xiàn)為指向左下角。因此，在找到的圖像內(nèi)的箭頭的取向給出了所檢測(cè)的是哪個(gè)光斑的指示。這種技術(shù)可以分辨相鄰的光斑，但不能分辨以后的光斑。
在另一個(gè)實(shí)施例中，使用了多于一個(gè)的光源?？梢杂眠@些光源按照景象內(nèi)的光斑密度來(lái)給出可變的分辨率和/或有助于分辨光斑。
例如，如果使用多于一個(gè)LED，而每個(gè)LED是不同顏色的，則向景象投射的圖案其中就會(huì)具有不同顏色的光斑。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在這里的術(shù)語(yǔ)“顏色”不一定意味著可見(jiàn)光譜內(nèi)的不同波長(zhǎng)而只是指這些LED具有可分辨的波長(zhǎng)。
LED在萬(wàn)花筒的輸入端面上的排列實(shí)現(xiàn)了所投射的光斑陣列，優(yōu)選的是規(guī)則的排列。為了提供規(guī)則的陣列，這些LED應(yīng)該相互規(guī)則地隔開(kāi)，而從LED到萬(wàn)花筒邊緣的距離應(yīng)該為L(zhǎng)ED之間的間距的一半。
圖6示出了可以用來(lái)給出不同的光斑密度的LED的配置情況。十三個(gè)LED配置在截面為正方形的萬(wàn)花筒的輸入端面72上。九個(gè)LED 76、74a-h排列成規(guī)則的3×3的正方形網(wǎng)格圖案，中央的LED 76處在輸入端面的中央。剩下的四個(gè)LED 78a-d配置成給出規(guī)則的2×2網(wǎng)格。于是，結(jié)構(gòu)化的光產(chǎn)生器可以以三種不同的模式工作。可以使中央LED 76自己工作，這會(huì)如上面所說(shuō)明的那樣投射規(guī)則的光斑陣列，或者可以使多個(gè)LED工作。例如，可以照射以2×2排列設(shè)置的四個(gè)LED 78a-d，以給出具有為單獨(dú)使用中央LED 76所產(chǎn)生的四倍的光斑的陣列。
在不同的距離可以使用不同的LED配置。在用來(lái)照射目標(biāo)處在近距離的景象時(shí)，單個(gè)LED可以形成足夠多的用于分辨的光斑。然而，在中間或較遠(yuǎn)的距離，光斑密度可能下降到可接受的程度以下，而在這種情況下可以用2×2或3×3陣列來(lái)提高光斑密度。如所提到的那樣，這些LED可以是不同顏色的，以改善對(duì)不同光斑的分辨。
如果使用多個(gè)光源，適當(dāng)?shù)剡x擇光源的形狀或顏色可以給出進(jìn)一步的分辨率。這種情況將結(jié)合圖7說(shuō)明。在這里，示出了由形狀不同的光源82、84、86、88組成的2×2陣列和所產(chǎn)生的部分圖案。可以將所形成的合成圖案想象成由萬(wàn)花筒的輸入端面80的圖像組成的平鋪陣列，每個(gè)圖像是它的相鄰圖像對(duì)適當(dāng)?shù)妮S的鏡像。僅就x軸來(lái)看，陣列將由與LED 82和84相應(yīng)的光斑和后面的與它們的鏡象相應(yīng)的光斑構(gòu)成。合成的圖案意味著每個(gè)光斑沿每個(gè)方向與其后面三個(gè)最鄰近光斑不同，從而減少了由檢測(cè)器進(jìn)行觀察的光斑的模糊度。
如果使用多個(gè)光源，可以將這些光源配置成可以獨(dú)立地打開(kāi)和關(guān)閉，以進(jìn)一步有助于進(jìn)行分辨。例如，可以使用若干個(gè)LED，如以上所說(shuō)明的那樣排列，依次激活每個(gè)LED?；蛘?，陣列一般也可以用所有的LED照射進(jìn)行工作，但是響應(yīng)來(lái)自處理器的控制信號(hào)，該處理器建議一些模糊可以用來(lái)相應(yīng)地激活或去激活某些LED。
所有以上使用成形的LED或者不同顏色的LED的實(shí)施例可以結(jié)合適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器和光斑投影器的配置，使得在一個(gè)光斑的軌線與另一個(gè)光斑交疊的情況下在這條軌線上的相鄰光斑具有不同的特性。例如，再來(lái)看圖2b，可以看到這種配置使得光斑30的軌線與光斑32交疊，也就是說(shuō)在所示出的光斑32的位置處找到的光斑可以相應(yīng)于從在第一距離處的目標(biāo)反射的投射光斑32，或者相應(yīng)于從在另一個(gè)距離處的目標(biāo)反射的投射光斑30。然而，可以設(shè)想使用的是圖5的光斑投影器的情況?？梢钥吹剑绻渡涞墓獍?0是指向右上角的箭頭，那么投射光斑32由于它在陣列內(nèi)的位置將是指向左上角的箭頭。因此，在辨別各個(gè)光斑時(shí)不會(huì)存在模糊，這是因?yàn)榧^的方向指出了正在觀察的是哪個(gè)光斑。
在圖11所示的光斑投影器的另一個(gè)實(shí)施例中，光源130通過(guò)掩模132照射萬(wàn)花筒136。萬(wàn)花筒136和投影透鏡138可以與上面結(jié)合圖5所說(shuō)明的相同。光源130是明亮的LED光源，配置成通過(guò)均束器134照射掩模132。均束器134只是用來(lái)保證均勻地照射掩模132，因此可以是簡(jiǎn)單而較為經(jīng)濟(jì)的塑料光管。
掩模132配置成具有多個(gè)透射部分、即窗，使得來(lái)自LED 130的光只有部分入射到萬(wàn)花筒136的輸入端面上。適當(dāng)?shù)难谀Ｊ緸?32a，它具有多個(gè)用來(lái)透射光的孔142。每個(gè)孔以與上面對(duì)圖6所說(shuō)明的相同方式起著獨(dú)立的光源的作用，因此萬(wàn)花筒將復(fù)制掩模132a內(nèi)這些孔的圖像，并且將光斑陣列投射到景象上。
可以比需要小LED的LED陣列更容易地制造掩模132，并且使其相對(duì)于萬(wàn)花筒136精確對(duì)準(zhǔn)。因此，通過(guò)使用掩?？梢院?jiǎn)化光斑投影器的制造。掩模的這些透射部分可以做成不同形狀，以便起著如上面對(duì)圖5和7所說(shuō)明的定形的光源的作用。因此，掩?？梢酝渡溆梢恍┚哂胁煌螤畹墓獍呓M成的陣列，而使掩模的這些透射部分做成不同形狀也可以比提供定形的光源更容易。
此外，掩模的不同透射部分也可以透射不同的波長(zhǎng)，也就是說(shuō)，這些窗可以具有不同的濾色鏡。掩模132c示出了具有兩種不同顏色的窗的陣列，窗144例如可以是紅的，而窗146可以是綠的。然而，同樣本發(fā)明既不局限于特定的顏色也不局限于在可見(jiàn)光波段工作。
一些透射窗可以具有能受到調(diào)制的傳輸特性，例如，掩?？梢园姽庹{(diào)制器。掩模內(nèi)某些窗可以從透射的切換到非透射的，以使投射陣列內(nèi)的某些光斑去激活。這可以以類(lèi)似的方式用于結(jié)合圖6所說(shuō)明的各種陣列，以給出不同的光斑密度，或者可以用來(lái)對(duì)陣列內(nèi)的某些光斑去激活，以消除可能的模糊。
在又一個(gè)實(shí)施例中，將光源配置在萬(wàn)花筒內(nèi)不同的深度。從萬(wàn)花筒發(fā)出的相鄰光束的角間距取決于如以上所說(shuō)明的萬(wàn)花筒的長(zhǎng)度與寬度之比。圖8示出了截面為正方形的萬(wàn)花筒96和投影透鏡98。萬(wàn)花筒管96由兩段材料96a和96b形成。第一LED 98如以上所說(shuō)明的那樣設(shè)置在萬(wàn)花筒的輸入端面處。第二LED 100設(shè)置在萬(wàn)花筒內(nèi)的不同深度，位于萬(wàn)花筒的兩段96a和96b之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道怎樣將萬(wàn)花筒的兩段96a和96b連接在一起以保證效率最大和怎樣將第二LED100安置在這兩段之間。
所得到的圖案含有兩個(gè)具有不同周期的柵格，與第二LED 100相應(yīng)的柵格部分地遮蔽了與第一LED 98相應(yīng)的柵格。如可以看到的那樣，兩個(gè)光斑之間的分離度隨離中央光斑的距離而改變。兩個(gè)柵格的分離度或偏置量于是可用來(lái)唯一地識(shí)別光斑。LED 98、100可以如上面所說(shuō)明的是不同顏色的，以改善其識(shí)別。
應(yīng)該注意的是，術(shù)語(yǔ)“光斑”應(yīng)意味著可分辨的光點(diǎn)。這并不局限于完全分開(kāi)的光域。
例如，圖10例示了另一個(gè)可以使用的光斑投影器。這里，將十字形LED 120用在萬(wàn)花筒的輸入端面上。LED 120延伸到萬(wàn)花筒的側(cè)壁，因此投射的圖案將是如圖所示的由實(shí)線組成的柵格。這些線的交點(diǎn)提供了可定位的可識(shí)別區(qū)域或光斑，和以與上面所說(shuō)明的相同的方式確定的距離。
一旦已經(jīng)確定了到交點(diǎn)的距離，就可以利用從交點(diǎn)獲得的信息確定到通過(guò)該交點(diǎn)的線上的任意點(diǎn)的距離。因此，這個(gè)系統(tǒng)的分辨率大大增強(qiáng)。利用如上面所說(shuō)明的相同的40×30的投影系統(tǒng)，但其中如圖10所示的LED配置存在1200個(gè)可為具有多得多的距離點(diǎn)的系統(tǒng)識(shí)別的交點(diǎn)。因此，這種設(shè)備可以與配置成識(shí)別每個(gè)交點(diǎn)和確定到每個(gè)交點(diǎn)的距離再計(jì)算出到連接線上每個(gè)點(diǎn)的距離的處理器配合使用?；蛘撸諰ED可以包括獨(dú)立的可以單獨(dú)照射的中央部分124。LED中央部分124的照射可以如早先所說(shuō)明的使光斑陣列投射。一旦已經(jīng)確定了到每個(gè)光斑的距離，就可以激活十字LED 120的其余部分，確定到連接線上各個(gè)點(diǎn)的距離。首先只照射中央部分可以更容易根據(jù)投射光斑的形狀解決模糊。也可以利用具有如圖11所示的掩模的光斑投影器產(chǎn)生交叉線陣列。掩模132c示出了適合產(chǎn)生線陣列的掩模。同樣，這個(gè)掩模的一些部分可以是可切換的，以便如果需要的話在光斑陣列和線陣列之間切換。
圖9示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在這里，使用了兩個(gè)CCD攝像機(jī)6、106來(lái)考察景象。光斑投影器22可以是任何上面所說(shuō)明的光斑投影器，投射規(guī)則的光斑陣列或十字陣列。CCD攝像機(jī)6與上面對(duì)圖2所說(shuō)明的相同。所配置的第二個(gè)攝像機(jī)106與攝像機(jī)6相同。配置了分光鏡104，使來(lái)自景象的一些光傳送給攝像機(jī)6，而將一些光反射給攝像機(jī)106。攝像機(jī)106相對(duì)于分光鏡104配置成使得在兩個(gè)攝像機(jī)的有效位置上存在小的差別108。因此，每個(gè)攝像機(jī)看到稍有不同的景象。如果這兩個(gè)攝像機(jī)離得足夠遠(yuǎn)，則可以省略分光鏡104，可以將它們定向成直接對(duì)著景象觀察，但是組件的尺寸和所要求的間距可能不允許這樣的配置。
攝像機(jī)6的輸出于是可以用來(lái)如上面所說(shuō)明的那樣計(jì)算到景象的距離。攝像機(jī)106也可以用來(lái)計(jì)算到景象的距離。每個(gè)攝像機(jī)的輸出可能如上面所說(shuō)明的那樣是模糊的，找到的光斑可以與若干在不同距離上的可能的投射光斑中的任何一個(gè)光斑相應(yīng)。然而，由于兩個(gè)攝像機(jī)處在不同的間距上，因此為每個(gè)檢測(cè)到的光斑計(jì)算得出的這組可能距離將有不同。因此，對(duì)于任何檢測(cè)到的光斑，只有一個(gè)可能距離，即實(shí)際距離，將是為每個(gè)攝像機(jī)計(jì)算得出的這兩組所共有的。
在攝像機(jī)6定位成離光斑投影器有非常小的基線(即視線間距)時(shí)，由不同距離上的光斑在景象內(nèi)的各個(gè)可能位置形成的相應(yīng)軌線是很短的?；氐綀D2a，可以看到，如果檢測(cè)器6到光斑投影器22的間距很小，在不同距離上的光斑在景象內(nèi)的視在移動(dòng)就不大。因此，這些軌線將是短的，在操作窗內(nèi)不同光斑的軌線之間可能就沒(méi)有交疊，也就是說(shuō)沒(méi)有模糊。然而，可能位置的有限軌線意味著該系統(tǒng)不如移動(dòng)度較大的系統(tǒng)精確。對(duì)于具有合理的精度和距離的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，典型的是基線近似為60mm。如圖9所示，如果攝像機(jī)6設(shè)置成接近光斑投影器的視線，攝像機(jī)6的輸出可以是不模糊的，但是測(cè)量精度低。然而，可以將攝像機(jī)106設(shè)置在離光斑投影器22適當(dāng)?shù)幕€處，以給出精確的結(jié)果。攝像機(jī)6輸出的低精度讀數(shù)可用來(lái)消除攝像機(jī)106的讀數(shù)的任何模糊。
或者，也可以用兩個(gè)攝像機(jī)本身的輸出給出粗測(cè)距。如果配置成攝像機(jī)之間的基線很短，例如2mm左右，則光斑在兩個(gè)攝像機(jī)內(nèi)檢測(cè)到的位置之差可以用來(lái)給出距離的粗略估計(jì)。然而，任一個(gè)攝像機(jī)與投影器之間的基線可以是較長(zhǎng)的。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)攝像機(jī)看到的是有著很小差別的圖像。這種攝像機(jī)與投影器的配置需要通過(guò)將所恢復(fù)的光斑與所存儲(chǔ)的高斯亮度分布進(jìn)行相關(guān)來(lái)確定光斑位置，以優(yōu)化對(duì)光斑位置的測(cè)量。這是合理的，但不是完美的匹配，這是因?yàn)楣獍叩拇笮‰S距離改變，而反射率在光斑上也可以改變。目標(biāo)的表面斜率也可以影響視在形狀。這種攝像機(jī)-攝像機(jī)系統(tǒng)從兩個(gè)視點(diǎn)考察相同而可能有失真的光斑，這意味著相關(guān)始終是接近完美匹配的。這種添加攝像機(jī)通道來(lái)完全消除模糊或增添信息的原理可以有益地利用攝像機(jī)生成接近正交的基線和/或一組三個(gè)攝像機(jī)從而產(chǎn)生兩個(gè)正交的立體系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖13示出了一種將三個(gè)攝像機(jī)160和光斑投影器22以呈正方形設(shè)置在同一個(gè)平面內(nèi)的三攝像機(jī)系統(tǒng)的配置。這種配置使攝像機(jī)160a和160b生成一對(duì)垂直圖像，使攝像機(jī)160b和160c生成一對(duì)水平圖像，從而可以對(duì)這兩對(duì)圖像應(yīng)用立體成像技術(shù)。這可以分析圖像內(nèi)的一些邊緣，將這些邊緣與通過(guò)處理光斑位置得到的距離信息聯(lián)系起來(lái)。
為了改善所獲取的距離點(diǎn)的分辨率，圖12所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例具有使投射的陣列在景象內(nèi)位移的光學(xué)裝置。如上面所說(shuō)明的光斑投影器22與攝像機(jī)6配置在一起。然而，在光斑投影器22前的是折射楔150。折射楔的作用是使來(lái)自光斑投影器的光稍有偏轉(zhuǎn)。如圖所示，光被從在沒(méi)有楔的情況下的路徑偏轉(zhuǎn)了小的角度φ。楔150安裝成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，隨著它的轉(zhuǎn)動(dòng)其改變了光偏轉(zhuǎn)的方向。圖12a示出了第一位置，而圖12b示出了楔轉(zhuǎn)動(dòng)了180°后的情況。楔配置成可在四個(gè)各相隔90°的位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，攝像機(jī)在每個(gè)位置攝取圖像。這樣做的效果是使光斑陣列在景象內(nèi)抖動(dòng)。角度φ小到使得光斑只移動(dòng)所觀察到的光斑之間的間距的幾分之一。這樣，在所獲取的四個(gè)圖像的每個(gè)圖像內(nèi)觀察到光斑處在不同的位置，從而取得較多的到景象的距離點(diǎn)，可以將這些距離點(diǎn)合在一起給出精確的距離映象。
通常要注意的是，由于如上面所說(shuō)明的萬(wàn)花筒光斑投影器沒(méi)有象通常所理解的光軸，因此不必將這個(gè)光軸與檢測(cè)器的主軸對(duì)準(zhǔn)。它通常配置成在光斑投影器相對(duì)于檢測(cè)器傾斜時(shí)在作用范圍內(nèi)觀察到最佳光斑圖案，從而在可能的工作距離處將光斑圖案的最亮區(qū)域放置在檢測(cè)器圖像的中央。甚至在使用具有光軸的光斑投影器時(shí)，最佳結(jié)果通常仍然利用傾斜的軸得到，而不必如US 4,867,570中所提出的利用平行的軸。
如所說(shuō)明的測(cè)距系統(tǒng)可用于許多應(yīng)用。由于這種光斑投影系統(tǒng)制造容易而經(jīng)濟(jì)，而且不會(huì)與實(shí)際獲取的可見(jiàn)圖像干擾，因此可以將任何攝像機(jī)系統(tǒng)與按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的測(cè)距系統(tǒng)整合在一起。按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的測(cè)距系統(tǒng)可以用來(lái)改善成像目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，這是因?yàn)榈骄跋蟮木嚯x會(huì)揭示有關(guān)物體邊緣的輔助信息。這可以用于入侵者報(bào)警等的保安應(yīng)用?；蛘撸嚯x信息可以改善例如面部識(shí)別之類(lèi)的目標(biāo)標(biāo)識(shí)。
這種設(shè)備還可以用于多種勘察或測(cè)繪應(yīng)用。在用于這樣的應(yīng)用時(shí)，測(cè)距攝像機(jī)可以包括確定攝像機(jī)在記錄景象的每個(gè)圖像時(shí)的位置的位置傳感器。位置傳感器可以包括GPS接收器、傾斜/俯仰傳感器和磁場(chǎng)傳感器?；蛘撸部梢詫⒅T如磁場(chǎng)源之類(lèi)的信標(biāo)放置在已知的位置上，而利用磁場(chǎng)梯度測(cè)定儀來(lái)確定攝像機(jī)相對(duì)這個(gè)信標(biāo)的位置。還可以利用慣性傳感器來(lái)記錄攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。這樣，攝像機(jī)在攝取圖像時(shí)的位置和取向就是已知的。知道了攝像機(jī)的精確位置和取向意味著可以將到景象內(nèi)的物體的距離信息轉(zhuǎn)換為與景象有關(guān)的位置信息。例如，設(shè)想從不同的視點(diǎn)攝取一個(gè)房間的若干圖像?？梢杂妹總€(gè)圖像(在這里圖像意味著所記錄的光斑在所觀察的景象內(nèi)的布局，而不一定是景象的完全反差圖像)來(lái)建立景象的所觀察的部分的模型。在攝取若干圖像和每次攝像機(jī)的位置已知時(shí)，可利用來(lái)自各個(gè)圖像的數(shù)據(jù)建立這個(gè)房間的一個(gè)三維模型。如所提到的，這可以應(yīng)用于測(cè)繪。物體也可以根據(jù)各個(gè)方向和用來(lái)建立三維模型的數(shù)據(jù)成像，這對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬或建模以及形成虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境是有用的。
這種系統(tǒng)顯然可以用于接近度傳感器，例如在交通工具中所用的那些傳感器。此外，在交通工具中，可以采集有關(guān)乘員位置的距離信息，用于安全部署諸如充氣袋之類(lèi)的應(yīng)急安全設(shè)備。這種設(shè)備可以用于機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)，因?yàn)榫嚯x信息會(huì)幫助機(jī)器人系統(tǒng)導(dǎo)航。它還可以用來(lái)幫助對(duì)UV(無(wú)人駕駛運(yùn)載工具)進(jìn)行駕駛。
距離信息可以用來(lái)獲得對(duì)物體建模有用的三維信息?？梢垣@得生物測(cè)定信息，以保證正確估計(jì)衣服的尺寸?？梢蕴峁┭b備有多個(gè)攝像機(jī)和光斑投影器的對(duì)整個(gè)人身(可能從多于一個(gè)的觀察方向)成像的攝像棚。于是，人可以暫時(shí)站立在這樣一個(gè)攝像棚內(nèi)，并且從多個(gè)方向?qū)χ上窈蜏y(cè)距?？梢垣@取和處理這信息，建立這個(gè)人的一個(gè)模型，以用于各種設(shè)計(jì)或衣服擬合應(yīng)用。由于這些攝像機(jī)處在相互固定的關(guān)系，就不需要獲得任何附加的位置信息。
另一個(gè)有用的實(shí)施例是用于文件掃描。掃描諸如書(shū)本之類(lèi)的文件通常需要將書(shū)本的頁(yè)面盡可能平地壓到要使書(shū)本或文件成像的透明表面上。然而，利用這樣的方式使文件成像并不總是切實(shí)可行的。如果文件只是攤開(kāi)成像，書(shū)本的彎曲意味著將得到一個(gè)失真的圖像。但是在將這個(gè)成像器與如所說(shuō)明的測(cè)距設(shè)備相結(jié)合的情況下，到書(shū)本表面的距離可以揭示書(shū)本的彎曲情況。于是可以利用圖像處理算法來(lái)校正成像頁(yè)面的彎曲，給出一個(gè)“平的”圖像。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)本發(fā)明其他應(yīng)用和實(shí)施例都是顯而易見(jiàn)的，然而沒(méi)有背離本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)距設(shè)備，所述測(cè)距設(shè)備包括利用所投射的二維光斑陣列照射景象的照射裝置，檢測(cè)光斑在景象內(nèi)的位置的檢測(cè)器，以及適合根據(jù)檢測(cè)到的光斑在景象內(nèi)的位置確定到該光斑的距離的處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置和檢測(cè)器配置成使得所投射的陣列內(nèi)的每個(gè)光斑在檢測(cè)到的景象內(nèi)呈現(xiàn)沿一個(gè)軸從一個(gè)距離到另一個(gè)距離移動(dòng)，而所投射的陣列內(nèi)的每個(gè)相鄰光斑的視在移動(dòng)的軸是不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置適合投射在第一距離聚焦而在第二距離沒(méi)有聚焦的光斑陣列，所述第一和第二距離在所述設(shè)備的作用范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置適合投射由聚焦時(shí)為非圓形的光斑組成的光斑陣列。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器適合消除在到每個(gè)光斑的距離中的任何可能的模糊。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置具有大的景深。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置適合周期性地改變二維投射光斑陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置適合周期地利用不同的光斑陣列照射景象。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器適合確定在檢測(cè)到的陣列內(nèi)的任何模糊區(qū)域，以及對(duì)一個(gè)或多個(gè)投射光斑去激活，以便消除模糊。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置適合產(chǎn)生光斑陣列，在這個(gè)光斑陣列中至少一些投射光斑具有與相鄰光斑不同的特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述特性是顏色。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述特性是形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光斑包括實(shí)線之間的交點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置投射兩組規(guī)則地隔開(kāi)的線，這兩組線基本上是正交的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器適合確定到這些實(shí)線之間的交點(diǎn)的距離，再用所確定的距離信息確定到實(shí)線上其他點(diǎn)的距離。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述檢測(cè)器包括二維CCD或CMOS陣列。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置使得二維光斑陣列中的光斑是紅外光斑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述檢測(cè)器適合獲取景象的可見(jiàn)圖像以及紅外光斑在景象內(nèi)的位置。
19.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置與檢測(cè)器之間的基線在50到100mm之間。
20.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)適合從多于一個(gè)方向?qū)跋蟪上瘛?br> 21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述設(shè)備包括設(shè)置在至檢測(cè)器的光路內(nèi)的掃描光學(xué)裝置，適合周期性地改變檢測(cè)器的觀察方向。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述檢測(cè)器包括兩個(gè)檢測(cè)器陣列，每個(gè)檢測(cè)器陣列配置成從不同的方向?qū)跋蟪上瘛?br> 23.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述設(shè)備包括多個(gè)檢測(cè)器，每個(gè)檢測(cè)器配置成從不同的方向?qū)跋蟪上瘛?br> 24.根據(jù)權(quán)利要求20至23中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器對(duì)從每個(gè)視點(diǎn)得到的景象應(yīng)用圖像處理算法，據(jù)此確定距離信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述檢測(cè)裝置適合在每個(gè)視點(diǎn)具有不同的到照射裝置的基線。
26.根據(jù)權(quán)利要求20至25中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器適合確定從每個(gè)視點(diǎn)到景象的可能距離，再對(duì)這些可能距離進(jìn)行比較，以消除任何模糊。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述這些視點(diǎn)中至少有兩個(gè)視點(diǎn)的基線處在不同的軸上。
28.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括多個(gè)照射裝置，配置成從不同的方向照射景象。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述設(shè)備適合周期性地改變照射景象所用的照射裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述處理器適合確定在用每個(gè)照射裝置照射時(shí)到景象的可能距離，再對(duì)這些可能距離進(jìn)行比較，以消除任何模糊。
31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中每個(gè)所述照射裝置配置成具有不同的到所述檢測(cè)器或檢測(cè)器陣列或每個(gè)檢測(cè)器或檢測(cè)器陣列的基線。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中至少兩個(gè)照射裝置投射具有不同特性的光斑。
33.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置包括配置成照射光波導(dǎo)的部分輸入端面的光源，所述光波導(dǎo)包括具有基本上是反射性的側(cè)面的導(dǎo)管，與投影光學(xué)裝置一起配置成向景象投射由光源的不同的圖像組成的陣列。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光波導(dǎo)包括具有方形截面的導(dǎo)管。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或權(quán)利要求34所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光波導(dǎo)包括具有反射性的內(nèi)表面的導(dǎo)管。
36.根據(jù)權(quán)利要求33或權(quán)利要求34所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光波導(dǎo)包括固體材料的導(dǎo)管，適合使入射到導(dǎo)管材料與周?chē)牧现g的交界面上的絕大部分光受到全內(nèi)反射。
37.根據(jù)權(quán)利要求33至36中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述投影光學(xué)裝置包括投影透鏡。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光源配置成通過(guò)掩模照射光波導(dǎo)的輸入端面。
39.根據(jù)權(quán)利要求27至31中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光源以非圓形照射光波導(dǎo)的輸入端面。
40.根據(jù)權(quán)利要求32所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光源以對(duì)光波導(dǎo)的反射軸不對(duì)稱(chēng)的形狀照射光波導(dǎo)的輸入端面。
41.根據(jù)權(quán)利要求33至40中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述照射裝置包括多于一個(gè)光源，每個(gè)光源配置成照射光波導(dǎo)的部分輸入端面。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述光源配置成規(guī)則圖案。
43.根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述這些光源配置成提供不同的光斑密度。
44.根據(jù)權(quán)利要求41至43中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中至少一個(gè)光源發(fā)射波長(zhǎng)與另一個(gè)光源不同的光。
45.根據(jù)權(quán)利要求41至44中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中至少一個(gè)光源做成與另一個(gè)光源不同的形狀。
46.根據(jù)權(quán)利要求41至45中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中至少一個(gè)光源具有對(duì)光波導(dǎo)的反射軸不對(duì)稱(chēng)的形狀。
47.根據(jù)權(quán)利要求41至46中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中至少一個(gè)光源設(shè)置在光波導(dǎo)內(nèi)深度與另一個(gè)光源不同的位置。
48.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，所述測(cè)距設(shè)備還包括周期性地使光斑陣列在景象內(nèi)改變方向的裝置。
49.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，所述測(cè)距設(shè)備還包括位置傳感器。
50.一種接近度傳感器，所述接近度傳感器裝有根據(jù)權(quán)利要求1至49中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備。
51.一種目標(biāo)識(shí)別設(shè)備，所述目標(biāo)識(shí)別設(shè)備裝有根據(jù)權(quán)利要求1至49中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備。
52.一種入侵者檢測(cè)系統(tǒng)，所述入侵者檢測(cè)系統(tǒng)裝有根據(jù)權(quán)利要求1至49中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備。
53.一種生物測(cè)定建模設(shè)備，所述生物測(cè)定建模設(shè)備裝有根據(jù)權(quán)利要求1至49中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備。
54.一種文件掃描器，所述文件掃描器包括成像器和根據(jù)權(quán)利要求1至40中任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備，其中所述成像器適合處理從文件得到的距離信息，從而確定文件的彎曲程度，再對(duì)檢測(cè)到的圖像進(jìn)行處理，以校正任何彎曲。
55.一種具有大景深的圖像記錄器，所述圖像記錄器包括利用光斑陣列照射景象的照射裝置，和用于記錄景象的圖像的成像陣列，其特征是所述照射裝置適合照射景象，使得光斑在所記錄的圖像內(nèi)的位置可用來(lái)確定距離而沒(méi)有任何模糊。
56.一種得到有關(guān)景象的距離信息的方法，所述方法包括下列步驟利用光斑陣列照射景象，攝取這些光斑在景象內(nèi)的圖像，唯一地標(biāo)識(shí)景象內(nèi)的每個(gè)光斑，以及根據(jù)每個(gè)光斑在景象內(nèi)的位置確定到該光斑的距離。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的得到有關(guān)景象的距離信息的方法，其中所述照射景象的步驟包括利用在一個(gè)距離上聚焦而在另一個(gè)距離上沒(méi)有聚焦的非圓形光斑照射景象的步驟，而所述唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟包括確定光斑是否聚焦。
58.根據(jù)權(quán)利要求56或權(quán)利要求57所述的得到有關(guān)景象的距離信息的方法，其中所述照射景象的步驟包括投射光斑陣列使得至少一些投射光斑具有與其他光斑不同的形狀和/或顏色的步驟，而所述唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟包括確定光斑的顏色和/或形狀的步驟。
59.根據(jù)權(quán)利要求56至58中任一項(xiàng)所述的得到有關(guān)景象的距離信息的方法，其中所述記錄景象圖像的步驟包括從受到同樣的照射的多個(gè)視點(diǎn)記錄景象圖像的步驟。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的得到有關(guān)景象的距離信息的方法，其中所述唯一標(biāo)識(shí)景象內(nèi)每個(gè)光斑的步驟包括對(duì)從多于一個(gè)的視點(diǎn)得到的光斑位置進(jìn)行比較以便唯一標(biāo)識(shí)該光斑的步驟。
61.根據(jù)權(quán)利要求56至60中任一項(xiàng)所述的得到有關(guān)景象的距離信息的方法，所述方法還包括為每個(gè)所記錄的圖像記錄有關(guān)開(kāi)始記錄該圖像時(shí)的位置的信息的步驟。
62.一種標(biāo)識(shí)方法，所述方法包括下列步驟按照權(quán)利要求56至61中任一項(xiàng)得到有關(guān)景象的距離信息，將所述距離信息與相應(yīng)于要識(shí)別的項(xiàng)的參考形狀信息進(jìn)行比較，以及給出對(duì)于檢測(cè)到的形狀與參考項(xiàng)的匹配質(zhì)量的指示。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述匹配步驟使用模型系數(shù)或最佳擬合方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能同時(shí)測(cè)量到三維景象的距離的測(cè)距設(shè)備。照射裝置(22)利用二維光斑陣列(12)照射景象。檢測(cè)器(6)設(shè)置在照射裝置(22)附近，用來(lái)查看景象。處理器(7)響應(yīng)檢測(cè)器(6)的輸出，根據(jù)光斑在景象圖像內(nèi)的位置確定到這個(gè)光斑的距離?？梢杂酶鞣N技術(shù)來(lái)消除在確定所考慮的是哪個(gè)投射光斑時(shí)的模糊。
文檔編號(hào)G01S17/89GK1735789SQ200380108595
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月11日
發(fā)明者A·C·萊溫, D·A·奧爾查德, S·C·伍茲 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司