專利名稱：距離測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個方面涉及距離測量裝置。距離測量裝置可被使用來例如生成與二維 畫面相關(guān)聯(lián)的所謂的深度圖(Cbpth map)。因此，可以形成場景的三維(3-D)表示，簡略地 說，它是3-D畫面。本發(fā)明的其它方面涉及距離測量的方法、3-D畫面捕獲系統(tǒng)、3-D畫面捕 獲的方法、以及用于使得可編程處理器實(shí)行至少一個上述方法的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
距離指示可以按以下的方式得到。在發(fā)射步驟中，電磁信號被朝向其距離需要確 定的目標(biāo)發(fā)射。在接收步驟中，由該目標(biāo)引起的電磁信號的反射以給定的延遲被接收。距 離指示可以根據(jù)這個延遲被提供。在雷達(dá)設(shè)備中使用的這個原理典型地牽涉到具有給定的取向和給定的定向天線 方向圖的一個或更多個天線。電磁信號以具有特定方向的波束的形式被發(fā)射。天線的取向 和它的定向天線方向圖確定波束的方向，該方向應(yīng)當(dāng)指向其距離需要確定的目標(biāo)。N. Yonemoto 等人的、發(fā)表在 the Proceedings of SPIE 6226，62洸08 0006)的題 巨為"Performance of obstacle detection and collision warning system for civil helicopters”的文章描述了用于民用直升機(jī)的障礙檢測和碰撞報警系統(tǒng)，其中利用彩色照 相機(jī)、紅外照相機(jī)和毫米波(MMW)雷達(dá)作為傳感器。MMW雷達(dá)提供距離信息。個人計算機(jī) (PC)被用作為數(shù)據(jù)處理器，它收集彩色圖像、紅外圖像和雷達(dá)數(shù)據(jù)，以便把增強(qiáng)的障礙圖像 提供在顯示器上。另一個PC控制MMW雷達(dá)及其掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備包括平衡環(huán)。傳感器 被安裝在平衡環(huán)上，用來操控傳感器的軸的方向或消除直升機(jī)振動。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種相對便宜的定向距離測量裝置，尤其是用于消費(fèi)者應(yīng)用。按照本發(fā)明的一方面，距離測量裝置根據(jù)在發(fā)射模式下所發(fā)射的電磁信號與在接 收模式下所接收的該電磁信號的反射之間的延遲，而提供距離指示。該距離測量裝置包括 天線模塊，所述天線模塊包括用于發(fā)射電磁信號和用于接收其反射的多個天線。波束形成 模塊定義對于各個天線的各個幅度和相位關(guān)系，以便使得天線模塊在兩個上述的模式的至 少一個模式下提供定向天線方向圖。這樣的距離測量裝置不需要用于控制實(shí)行距離測量所在的方向的任何電動機(jī)械 模塊。例如，不需要如在上述的文章中提到的平衡環(huán)。實(shí)行距離測量所在的方向可以以完 全的電的方式被控制。這樣的電的方向控制通常比電動機(jī)械方向控制便宜。而且，電的方 向控制通常比具有給定慣性的電動機(jī)械方向控制更快捷。這允許在相對較短的時間間隔內(nèi) 在各個不同的方向上實(shí)行各種距離測量。深度掃描可以相對快捷地實(shí)行。按照本發(fā)明的另一個方面，3-D畫面是借助于以上定義的、能夠?qū)τ谠诙S畫面中 的各個目標(biāo)提供各個距離指示的距離測量裝置而形成的。各個距離指示可以構(gòu)成與二維畫 面相關(guān)聯(lián)的所謂的深度圖。深度圖可包括對于二維畫面的各個部分的各個深度指示。為了生成這樣的深度圖，控制上述的各個幅度和相位關(guān)系的各個方向命令可被施加到距離測量 裝置。因此，該距離測量裝置可以實(shí)行與二維畫面相符的深度掃描。深度圖可以以相對較 簡單的方式得到，尤其是在各個方向命令定義對應(yīng)于在二維畫面上的各個部分的各個方向 的情況下。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)有利地包括一個或更多個以下的附加特征，這些附加特征在對應(yīng)于 各個從屬權(quán)利要求的分開的段落中被描述。優(yōu)選地，天線模塊包括在其上提供多個天線的基底?；變?yōu)選地包括印刷電路板材料。上述的各個幅度和相位關(guān)系優(yōu)選地被控制為隨方向命令而變。波束形成模塊優(yōu)選地包括增益/相位調(diào)節(jié)電路，其包括一對具有不同長度的傳輸 線、一對增益可控制的電路、以及信號組合器。該對傳輸線響應(yīng)于輸入信號而提供第一延遲 信號和第二延遲信號。該對增益可控制的電路分別響應(yīng)于第一延遲信號和第二延遲信號而 提供第一增益調(diào)節(jié)的延遲信號和第二增益調(diào)節(jié)的延遲信號。信號組合器組合第一增益調(diào)節(jié) 的延遲信號和第二增益調(diào)節(jié)的延遲信號。波束形成和操縱控制電路優(yōu)選地控制在由各個增 益可控制的電路提供的各個增益之間的比值。距離檢測模塊優(yōu)選地生成波長范圍被包括在1厘米與1毫米之間的載波，該載波 形成所發(fā)射的電磁信號的組成部分。參照附圖作出的詳細(xì)描述舉例說明了以上概述的本發(fā)明以及附加特征。其中，在 可能的情況下，在所有的圖上，相同的參考標(biāo)號被使用來表示類似的部件或功能。


圖1是舉例說明定向距離測量裝置的框圖。圖2是舉例說明可以形成定向距離測量裝置的組成部分的天線模塊的實(shí)物電路 圖。圖3是舉例說明可以形成定向距離測量裝置的組成部分的增益/相位調(diào)節(jié)電路的 電路圖。圖4是舉例說明包括圖1所舉例說明的定向距離測量裝置的3-D畫面捕獲系統(tǒng)的 框圖。圖5是舉例說明在3-D畫面捕獲系統(tǒng)內(nèi)生成的畫面和與其相關(guān)聯(lián)的深度圖的概念 圖。圖6是舉例說明可被應(yīng)用來在3D畫面捕獲系統(tǒng)中獲益的天線和照相機(jī)傳感器模 塊的實(shí)物電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1舉例說明定向距離測量裝置DDM。該定向距離測量裝置DDM包括天線模塊AM、 波束形成模塊BF、距離確定模塊DD以及波束形成和操縱控制器BC。天線模塊AM包括多個 天線，它們可以存在于例如基底上。波束形成模塊BF包括多個天線端口 APi、AP2、AP3、…、AIV各個天線端口被耦合 到天線模塊AM中所包括的各個天線。波束形成模塊BF還包括發(fā)射輸入TI和接收輸出R0，它們可以在物理上構(gòu)成單個端口或兩個單獨(dú)的端口。距離確定模塊DD包括發(fā)射輸出TO和接收輸入RI，它們分別被耦合到波束形成模 塊BF的發(fā)射輸入TI和接收輸出R0。同樣地，發(fā)射輸出TO和接收輸入RI可以在物理上構(gòu) 成單個端口或兩個單獨(dú)的端口。應(yīng)當(dāng)指出，單個端口并不一定是指時分復(fù)用操作，正如此后 將說明的。波束形成和操縱控制器BC例如可以借助于指令執(zhí)行設(shè)備和在其中裝載有一組指 令的程序存儲器而被實(shí)現(xiàn)，所述指令定義由波束形成和操縱控制器BC實(shí)行的操作，這將在 下文描述。定向距離測量裝置DDM基本上如下地運(yùn)行。距離確定模塊DD產(chǎn)生發(fā)射脈沖TX，該 發(fā)射脈沖TX在給定的時刻出現(xiàn)在它的發(fā)射輸出TO。發(fā)射脈沖TX優(yōu)選地包括波長范圍被 包括在1厘米與1毫米之間的載波。例如，該載波可以具有90 GHz的基頻。波束形成模塊 BF在它的發(fā)射輸入TI處接收發(fā)射脈沖TX，并響應(yīng)于此而產(chǎn)生多個天線驅(qū)動信號。在天線 模塊AM中的各個天線接收各自的天線驅(qū)動信號AD。各個天線驅(qū)動信號AD具有相對于彼此 的特定的幅度和相位關(guān)系。這使得天線模塊AM產(chǎn)生在特定的方向上的發(fā)射波束TB。發(fā)射波束TB可能，可以說，擊中在所涉及的方向上存在的目標(biāo)0，如圖1所例示的。 這將造成從目標(biāo)0到天線模塊AM的反射波束RB。反射波束RB使得在天線模塊AM中的各 個天線產(chǎn)生各自的接收信號RS。這些各自的接收信號RS出現(xiàn)在波束形成模塊BF的相應(yīng)天 線端口 APpAP2、AP3、…、AIV波束形成模塊BF響應(yīng)于來自天線模塊AM中各個天線的各個 接收信號RS而在它的接收輸出RO產(chǎn)生接收脈沖RX。距離確定模塊DD測量在發(fā)射脈沖TX 與接收脈沖RX之間延遲。距離確定模塊DD把這個測量到的延遲有效地轉(zhuǎn)換成距離值DV。 距離值DV代表在所涉及的方向上的目標(biāo)0相對于天線模塊AM的距離。發(fā)射波束TB的方向被如下地確定。波束形成和操縱控制器BC接收方向命令DIR， 其代表發(fā)射波束TB的想要的方向。方向命令WR可以具有例如二進(jìn)制格式的一對值的形 式，一個值代表方位角，另一個值代表標(biāo)高(elevation)。波束形成和操縱控制器BC根據(jù)方 向命令DIR生成一組增益/相位控制信號CS。各個增益/相位控制信號CS施加到從波束形成模塊BF的發(fā)射輸入TI延伸到它 的各個天線端口 APpAP2、AP3、…、々1\的各個發(fā)射信號路徑。施加到特定的發(fā)射信號路徑 的增益/相位控制信號確定這個信號路徑在幅度相對頻率和相位相對頻率方面的響應(yīng)。因 此，這組增益/相位控制信號CS確定各個天線驅(qū)動信號AD相對于彼此所具有的幅度和相 位關(guān)系。如前所述，這個幅度和相位關(guān)系確定發(fā)射波束TB的方向。各個增益/相位控制信號CS可以同樣地施加到從波束形成模塊BF的各個天線端 口 ΑΡρΑΡ2、ΑΡ3、…、延伸到它的接收輸出RO的各個接收信號路徑。在接收信號路徑具 有的響應(yīng)類似于對應(yīng)的發(fā)射信號路徑的響應(yīng)的意義上，各個接收信號路徑可以對應(yīng)于此前 提到的各個發(fā)射信號路徑。在那種情形下，天線模塊AM在發(fā)射模式和接收模式下提供類似 的天線方向圖。因此，天線模塊AM在發(fā)射波束TB發(fā)射所朝向的方向上提供最大接收靈敏 度。然而，這不是必需的。波束形成和操縱控制器BC可以使得天線模塊AM在發(fā)射模式和 接收模式下分別提供不同的天線方向圖。例如，天線模塊AM可以分別提供在發(fā)射模式或在 接收模式下的定向方向圖，和在發(fā)射模式或在接收模式下的全向天線方向圖。 圖2舉例說明天線模塊AM，或更確切地說是它的實(shí)現(xiàn)。天線模塊AM包括提供有多個天線ANT的基底SUB?；譙UB例如可包括標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路板材料，諸如FR4環(huán)氧樹脂。 基底SUB還可包括專門的印刷電路板材料，諸如，以Duroid、Rogers、LTCC (這些是注冊商 標(biāo))的名字而為人所知的那些材料。天線例如可以借助于蝕刻以類似于制造在其上可以安 裝電元件的印刷電路的方式而被形成。圖2所例示的天線模塊AM包括被組織為陣列的60個天線。這些天線可以被等 距離地間隔開，并在網(wǎng)格上以載波波長幾倍的網(wǎng)格距離排列成行。例如，網(wǎng)格距離可以是 波長的2. 25倍。倘若載波的基頻是此前提到的90GHz，則網(wǎng)格距離可以是7. 5mm。天線模 塊AM因此可以是相對較小的，每個具有幾厘米量級的寬度和長度。天線可以具有例如偶極 天線或半偶極天線的形式。天線可以類似于在歐洲專利申請No. 071205 . 8 (代理人案號 PH009022)中描述的天線。這個專利申請描述了適合于在圖1所例示的定向距離測量裝置 DDM中使用的天線模塊AM。圖3舉例說明可被使用來在圖1所例示的波束形成模塊BF中獲益的增益/相位 調(diào)節(jié)電路GPC。上述的從發(fā)射輸入TI延伸到各個天線端口 APi、AP2、AP3、…、各個發(fā) 射信號路徑可每個都包括如圖3所例示的增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC。類似地，上述的從各個 天線端口 ΑΡρΑΡ2、ΑΡ3、…、APn延伸到接收輸出RO的各個接收信號路徑也可每個都包括如 圖3所例示的增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC。如圖3所例示的增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC允許相 對精確的相移而只帶有相對適度的信號損失。增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC包括兩條傳輸線TLl、TL2，兩個增益可控制的電路GCl、 GC2，以及信號組合器CMB。兩條傳輸線TL1、TL2具有不同的長度。兩條傳輸線TL1、TL2例 如可以被實(shí)現(xiàn)于在其上形成天線模塊AM的相同的基底上。兩個增益可控制的電路GCl、GC2 例如可包括放大器，該放大器包括一個或更多個晶體管。兩個增益可控制的電路GC1、GC2 可以同樣地具有例如包括一個或更多個無源元件的衰減器的形式。信號組合器CMB可以是 例如加法器或減法器。倘若相加或相減的信號具有電流的形式，則信號組合器CMB可以具 有例如節(jié)點(diǎn)的形式。增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC基本上如下地操作。增益/相位調(diào)節(jié)電路GPC接收輸入 信號is，該輸入信號被施加到兩條傳輸線TL1、TL2的每一條。兩條傳輸線TL1、TL2由于它 們的不同的長度而提供不同的信號延遲。因此，傳輸線TLl提供相對于輸入信號IS具有給 定延遲的第一延遲信號DSl。傳輸線TL2提供相對于輸入信號IS具有另一個給定延遲的第 二延遲信號DS2。因此，第一延遲信號DSl和第二延遲信號DS2彼此相對地、并且相對于輸 入信號IS被移相。增益可控制的電路GCl接收第一延遲信號DS1。增益可控制電路GC2接收第二延 遲信號DS2。這些增益可控制電路GC1、GC2分別提供依賴于增益/相位控制信號C&c的各 自的增益。更明確地，增益/相位控制信號C&c定義增益比。因此，增益可控制的電路GCl 提供第一延遲的增益調(diào)節(jié)的信號ADS1，以及增益可控制的電路GC2提供第二延遲的增益調(diào) 節(jié)的信號ADS2，這些信號具有由增益/相位控制信號C&c定義的、彼此相對的給定的幅度關(guān) 系。而且，前述的延遲的增益調(diào)節(jié)的信號ADS1、ADS2具有由所述兩條傳輸線TL1、TL2的長 度差定義的、彼此相對的特定的相移。信號組合器CMB把第一延遲的增益調(diào)節(jié)的信號ADSl 和第二延遲的增益調(diào)節(jié)的信號ADS2組合成增益/相位被控制的輸出信號PGS。增益/相位被控制的輸出信號PGS具有相對于輸入信號IS的給定的幅度和相位關(guān)系。這個幅度和相位關(guān)系可以通過改變兩個增益可控制電路GCl、GC2的各自的增益而被 調(diào)節(jié)。更明確地，增益/相位被控制的輸出信號PGS具有相對于輸入信號IS的相移，該相 移可以通過調(diào)節(jié)兩個增益可控制電路GC1、GC2的增益比而被調(diào)節(jié)。例如，假設(shè)增益可控制電路GC2的增益相對于增益可控制電路GCl的增益是微不 足道的。在那種情形下，相移基本上等于由傳輸線TLl引入的相移加上增益可控制電路GCl 可能引入的相移。反過來，現(xiàn)在假設(shè)增益可控制電路GCl的增益相對于增益可控制電路GC2 的增益是微不足道的。在那種情形下，增益/相位被控制的輸出信號PGS的相移基本上等于 由傳輸線TL2引入的相移加上增益可控制電路GC2可能引入的相移。倘若由兩個增益可控 制電路GC1、GC2中的每個增益可控制電路引入的相移可被忽略，則增益/相位被控制的輸 出信號PGS的相移可以在由傳輸線TLl引入的相移與由傳輸線TL2引入的相移之間變化。圖4舉例說明在其中應(yīng)用圖1所例示的定向距離測量裝置DDM的3-D畫面捕獲系 統(tǒng)PCS。該3-D畫面捕獲系統(tǒng)PCS包括形成2-D畫面捕獲路徑的各種功能實(shí)體透鏡LS、照 相機(jī)傳感器(XD、讀出模塊RO和第一存儲器MEMl。該3-D畫面捕獲系統(tǒng)PCS還包括以下功 能實(shí)體控制器CTRL、深度掃描控制器DSC、第二存儲器MEM2和融合(fusion)模塊FUS。照相機(jī)傳感器CCD可以是例如電荷耦合器件類型的。照相機(jī)傳感器CCD典型地包 括光電換能器單元的矩陣，每個單元對應(yīng)于一個像素。照相機(jī)傳感器CCD可以與圖1所例 示的天線模塊AM共同地被實(shí)現(xiàn)在基底SUB上。這將在下文中更詳細(xì)地描述。 讀出模塊RO典型地將是專用于照相機(jī)傳感器CCD的電路，且可包括例如一個或更 多個模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。第一和第二存儲器MEM1、MEM2可以形成例如單個存儲器電路的組 成部分，或可每個構(gòu)成單獨(dú)的存儲器電路?？刂破鰿TRL可以具有例如指令執(zhí)行設(shè)備和程序存儲器的形式，該程序存儲器包 括定義控制器CTRL實(shí)行的操作的一組指令。深度掃描控制器DSC和融合模塊FUS可以以 類似的形式來實(shí)現(xiàn)。而且，控制器CTRL、深度掃描控制器DSC和融合模塊FUS可以共享相同 的指令執(zhí)行設(shè)備，該指令執(zhí)行設(shè)備實(shí)行屬于各個功能實(shí)體的各個操作。3-D畫面捕獲系統(tǒng)PCS基本上如下地運(yùn)行?？刂破鰿TRL觸發(fā)讀出模塊R0，以形成 畫面PI。為了做到這一點(diǎn)，讀出模塊RO接連地讀取由各個光電換能器單元提供的各個信 號。這些信號分別被處理，該處理可牽涉到模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，以便形成用于畫面的各個像素 PX。讀出模塊RO把這些像素PX分別寫入到第一存儲器MEMl的各自存儲單元。讀出模塊 RO借助于寫地址AWl而指定特定的存儲單元。因此，讀出模塊RO在存儲器中例如在逐個像 素的基礎(chǔ)上形成畫面PI。對應(yīng)于特定的光電換能器單元的像素PX具有特定的地址。控制器CTRL還觸發(fā)深度掃描控制器DSC，以把各個方向命令WR接連地施加到定 向距離測量裝置DDM。定向距離測量裝置DDM以如此前參照圖1所描述的方式響應(yīng)于各個 方向命令WR而提供各個距離值DV?？刂破鰿TRL優(yōu)選地觸發(fā)深度掃描控制器DSC，以使得 在形成畫面PI的同時、或之前不久、或之后不久提供各個距離值DV。深度掃描控制器DSC 把各個距離值DV寫入到第二存儲器MEM2的各個存儲單元。深度掃描控制器DSC借助于寫 地址AW2而指定特定的存儲器。因此，深度掃描控制器DSC形成在第二存儲器MEM2中的一 系列距離值。距離值DV具有特定的地址，而且它涉及到從3-D畫面捕獲系統(tǒng)PCS來看的特 定的方向。優(yōu)選地，在第二存儲器MEM2中存在的各個距離值DV可以直接與在第一存儲器MEMl中存在的畫面的各個像素PX相關(guān)聯(lián)。為此，深度掃描控制器DSC優(yōu)選地包括這樣的數(shù) 據(jù)，其定義在畫面上的特定像素或特定像素組與應(yīng)當(dāng)在其上測量距離的方向之間的聯(lián)系。 這個數(shù)據(jù)可以是例如一個或更多個表格的形式。替換地，像素位置與方向之間的關(guān)系可以 借助于包括一個或更多個可被調(diào)節(jié)的參數(shù)的方程而被定義。例如假設(shè)透鏡LS是固定的。在那種情形下，單個表格可以足以把各個距離值DV 與各個像素PX相關(guān)聯(lián)。透鏡LS和照相機(jī)傳感器CCD給出了固定的光學(xué)特征，以使得對于 畫面上的特定的像素可以唯一地定義特定的方向。包括“像素位置”列和“方向”列的表格 可以定義同樣的東西。像素位置可被表示為用于第二存儲器MEM2的寫地址AW2。方向可被 表示為可施加到定向測量系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)姆较蛎頓IR。倘若透鏡LS可被調(diào)節(jié)，這意味著各種透鏡設(shè)置值是可能的，則在像素位置與方向 之間的關(guān)系依賴于透鏡設(shè)置值。在那種情形下，深度掃描控制器DSC可包括對于各個透鏡 設(shè)置值的各個表格，每個表格規(guī)定對于特定的像素位置的特定的方向。由于這些透鏡設(shè)置 值典型地將借助于控制器CTRL被調(diào)節(jié)，所以控制器CTRL將具有，可以說，透鏡設(shè)置值的知 識?？刂破鰿TRL可以把透鏡設(shè)置值傳送到深度掃描控制器DSC，以使得深度掃描控制器DSC 可以選擇適當(dāng)?shù)谋砀?。替換地，倘若像素位置與方向之間的關(guān)系借助于方程來定義，則深度 掃描控制器DSC可以通過根據(jù)來自控制器CTRL的關(guān)于透鏡設(shè)置值的信息來調(diào)節(jié)這個方程 的一個或更多個參數(shù)，從而考慮不同的透鏡設(shè)置值。融合模塊FUS通過把深度圖DM有效地加到被存儲在第一存儲器MEMl中的畫面 PI，從而提供3-D畫面。深度圖DM可以對應(yīng)于被存儲在第二存儲器MEM2中的系列距離值。 當(dāng)在第二存儲器MEM2中存在的各個距離值DV可以直接與在第一存儲器MEMl中存在的各 個像素PX相關(guān)聯(lián)時便是這種情況，正如此前提到的。倘若各個距離值DV不能直接與各個 像素PX相關(guān)聯(lián)，則融合模塊FUS可以借助于在第二存儲器MEM2中存在的距離值DV之間的 內(nèi)插或外推或這二者，而創(chuàng)建深度圖DM。這樣的內(nèi)插和外推在功能上可被看作為等同于此 前提到的表格。圖5舉例說明畫面PI的一部分和與畫面PI相關(guān)聯(lián)的深度圖DM的對應(yīng)部分，它們 聯(lián)合構(gòu)成3-D畫面。該畫面包括借助于具有深灰色填充的相對較小的圓來代表的各種像素 PX。這些像素PX按行和按列被組織，行和列在圖5上被編號。也就是，像素具有定義像素 位置的行號和列號的唯一的組合。深度圖DM包括借助于具有淺灰色填充的相對較大的圓 來代表的各種深度指示值DI。例如，圖5舉例說明深度圖DM具有與畫面上有四個像素的左 上塊相關(guān)聯(lián)的左上方的深度指示值DI，這四個像素即具有位置(1，1) ； (1,2) ； (2，1) ； (2，2) 的像素，由此這些位置用由逗號分隔開的行號和列號來表示。圖5舉例說明深度指示值將DI施加到四個像素PX的群。也就是，四個相鄰的像素 共享相同的深度指示值。因此，如圖5所例示的深度圖DM具有的分辨率是畫面分辨率的四 分之一；分辨率在垂直方向上是二分之一并且在水平方向上是二分之一。這僅僅是一個例 子；深度圖DM的分辨率例如也可以是畫面分辨率的十六分之一。深度圖DM具有比起畫面 分辨率更低的分辨率的優(yōu)點(diǎn)在于可以說，為了測量距離而必須掃描的方向較少。也就是， 深度圖DM的分辨率越低，定向距離測量裝置DDM每單位時間必須生成的距離值DV的數(shù)目 越低。這放寬了對于定向距離測量裝置DDM的要求。有可能通過使用在畫面中所包含的信息，而有效地增加深度圖的分辨率。以編號WO 2007/132397之名公布的國際專利申請描述了這樣的技術(shù)。例如，假設(shè)畫面包括具有給 定的輪廓的目標(biāo)，該輪廓用亮度值或色度值或這二者的改變來標(biāo)記。因此有可能在畫面上 識別這個輪廓，以及，可以說，把這個輪廓映射到更高分辨率深度圖。作為一般規(guī)則，深度指 示值的改變應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于亮度值或色度值或這二者的改變。圖5所例示的深度圖DM的深度指示值DI可以對應(yīng)于由定向距離測量裝置DDM提 供的距離值DV。也就是，深度指示值可以直接表達(dá)在虛擬觀察者(其對應(yīng)于3-D畫面捕獲 系統(tǒng)PCS)與目標(biāo)(其至少部分地由深度指示值所施加到的像素來代表)之間的距離。替換 地，深度指示值可以根據(jù)視差來表達(dá)。距離值可以通過包括各種參數(shù)(所述參數(shù)包括屏幕寬 度和典型的觀看距離)的預(yù)定義的方程而被轉(zhuǎn)換成視差值，且反之亦然。例如，圖4所例示 的融合模塊FUS可以實(shí)施這個方程，以便得到包括視差值的深度圖。假設(shè)深度圖DM對應(yīng)于被存儲在第二存儲器MEM2中的系列距離值DV，正如此前提 到的和在圖4所例示的。在那種情形下，融合模塊FUS可以從在其中存儲畫面PI的第一存 儲器MEMl讀取像素PX或一組像素。為此，融合模塊FUS把對應(yīng)于該像素PX的位置或所涉 組中的像素的各個位置的一個或更多個讀地址ARl施加到第一存儲器MEMl。隨后，無論哪一個施加，融合模塊FUS都可以從第二存儲器MEM2讀取施加到上述 像素PX或上述像素組的距離值DV。為此，融合模塊FUS把在其下存儲距離值DV的讀地址 AR2施加到第二存儲器MEM2。這后一個讀地址AR2與在其下存儲所涉及的一個或更多個像 素的、前述的一個或更多個讀地址ARl相關(guān)聯(lián)。這個關(guān)聯(lián)可以是相對簡單的。例如，圖5所 例示的各個像素位置可被看作為融合模塊FUS施加到第一存儲器MEMl的各個讀地址ARl。 各個深度指示值DI具有在深度圖DM內(nèi)的各自的位置，其可被看作為融合模塊FUS施加到 第二存儲器MEM2的各個讀地址AR2。圖6舉例說明天線和照相機(jī)傳感器模塊AM-CXD，當(dāng)定向距離測量裝置DDM被應(yīng)用 于如圖4所例示的3-D畫面捕獲系統(tǒng)PCS時，該天線和照相機(jī)傳感器模塊可以有利地替代 圖1和2所例示的天線模塊AM。天線和照相機(jī)傳感器模塊AM-CCD可以類似于圖2所例示 的天線模塊AM，只是位于中心的四個天線用照相機(jī)傳感器CCD替代。這個照相機(jī)傳感器可 以是圖4所例示的照相機(jī)傳感器CCD。天線和照相機(jī)傳感器模塊AM-CCD因此包括基底SUB， 它可以類似于此前討論的、圖2所例示的天線模塊AM的基底?；譙UB配備有照相機(jī)傳感 器CXD和圍繞照相機(jī)傳感器CXD的多個天線ANT。能夠產(chǎn)生3-D畫面的Webcam可以借助于 圖6所例示的天線和照相機(jī)傳感器模塊AM-CXD來實(shí)現(xiàn)。這樣的3-D Webcam可以是相對便 宜的，特別是因?yàn)橛糜诙ㄏ蚓嚯x測量裝置的天線ANT可以與照相機(jī)傳感器CCD —起被集成 在單個基底上。結(jié)論性備注
以上參照附圖的詳細(xì)描述僅僅是舉例說明本發(fā)明和在權(quán)利要求中限定的附加特征。本 發(fā)明可以以許多不同的方式來實(shí)現(xiàn)。為了舉例說明這一點(diǎn)，概略地指示某些替換例。本發(fā)明可被應(yīng)用來在涉及到距離測量、尤其是用于生成場景的三維表示的許多類 型的產(chǎn)品或方法中獲益。這個三維表示可以具有例如視頻或靜止畫面——也就是3-D視頻 或3-D照片的形式。有許多實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的距離測量裝置的方式。例如，可以提供兩組不同的天線 一組特別地打算用于發(fā)射，另一組特別地打算用于接收。對于發(fā)射和接收，可以使用不同的定向天線方向圖。例如，可以發(fā)射相對較寬的波束，可以說，它照射整個感興趣的場景。然 后，可以通過提供在不同方向上具有最大值的、不同的定向天線方向圖來僅僅用于接收，從 而得到定向距離測量。測量可包括基于多普勒頻移效應(yīng)的定向速度測量。在其上提供天線 的基底可以具有彎曲的形狀，以便允許在相對較大的各種各樣的方向上的距離測量。這樣 的基底可以具有例如可彎的柔性箔的形式。按照本發(fā)明的距離測量裝置不需要以時分復(fù)用方式運(yùn)行。例如，參照圖1，距離確 定模塊DD可以被調(diào)整成使得調(diào)頻的連續(xù)波被施加到波束形成模塊BF。為此，距離確定模塊 DD可包括頻率可控制的振蕩器，它接收掃描信號作為頻率控制信號。這個掃描信號例如可 以是三角形的或鋸齒形的。距離測量裝置DDS還可配備有環(huán)行器，它有效地分隔開發(fā)射信 號和接收信號。因此，可以實(shí)行距離測量，而同時發(fā)射信號和接收信號，接收的信號是反射。 發(fā)射模式和接收模式可以同時發(fā)生；發(fā)射步驟和接收步驟可以同時實(shí)行。有許多定義對于各個天線的各個幅度和相位關(guān)系的方式。圖3舉例說明了例子， 對其有許多替換例。例如，可以使用所謂的正交振蕩器來提供互相移相90°的一對信號。想 要的相位可以通過使用適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子來組合這些信號而被定義。作為另一個例子，可以 使用所謂的多相濾波器以便得到一對信號，其互相移相90°，并且可用適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子進(jìn)行 組合。各個幅度和相位關(guān)系也可以在數(shù)字域中——也就是借助于數(shù)字電路來定義。載波可 以在數(shù)字域中被生成和處理，并被轉(zhuǎn)換成模擬信號，該模擬信號在發(fā)射模式下直接施加到 天線。術(shù)語“畫面”應(yīng)當(dāng)廣義地被理解。該術(shù)語包括允許視覺呈現(xiàn)的任何實(shí)體，諸如像圖 像、幀、或場。廣義上來說，有許多借助于硬件或軟件或二者的組合而實(shí)現(xiàn)功能實(shí)體的方式。在 這方面，附圖是非常概略的。雖然附圖把不同的功能實(shí)體顯示為不同的塊，但這絕不排除這 樣的實(shí)施，即其中單個實(shí)體實(shí)行幾個功能，或其中幾個實(shí)體實(shí)行單個功能。例如，參照圖4， 讀出模塊R0、控制器CRTL、深度掃描控制器DSC、第一存儲器MEM1、第二存儲器MEM2、和融合 模塊FUS、以及定向距離測量裝置DDM的單元可以共同地借助于適當(dāng)?shù)鼐幊痰奶幚砥骰驅(qū)?用處理器，以包括所有這些功能實(shí)體的集成電路的形式來實(shí)現(xiàn)。有許多存儲和分發(fā)指令組的方式，該指令組也就是允許可編程電路按照本發(fā)明運(yùn) 行的軟件。例如，軟件可被存儲在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，諸如，光盤或存儲器電路中。其中存儲有軟 件的介質(zhì)可以作為單獨(dú)的產(chǎn)品、或連同另外的可以執(zhí)行軟件的產(chǎn)品一起被提供。這樣的介 質(zhì)也可以是使得軟件能夠被執(zhí)行的產(chǎn)品的組成部分。軟件也可以經(jīng)由可以是有線、無線或 混合的通信網(wǎng)被分發(fā)。例如，軟件可以經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)被分發(fā)。軟件可以借助于服務(wù)器而被變 成可通過下載獲得。下載可以是以付費(fèi)為條件的。此前所作的備注表明參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述是舉例說明而不是限制本發(fā)明。 有許多屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的替換例。在權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)當(dāng)被解釋 為限制權(quán)利要求。單詞“包括”不排除在權(quán)利要求中列出的那些單元或步驟之外的其它單 元或步驟的存在。在單元或步驟前面的單詞“一”或“一個”(“a”或“an”)不排除多個這 樣的單元或步驟的存在。僅僅是各個從屬權(quán)利要求定義各個附加特征的事實(shí)不排除對應(yīng)于 從屬權(quán)利要求之組合的附加特征之組合。
權(quán)利要求
1.一種距離測量裝置(DDM)，其根據(jù)在發(fā)射模式下所發(fā)射的電磁信號(TB)與在接收 模式下所接收的該電磁信號的反射(RB)之間的延遲，而提供距離指示(DV)，該距離測量裝 置包括-天線模塊(AM)，包括用于發(fā)射電磁信號和用于接收其反射的多個天線(ANT)；-波束形成模塊(BF)，用于定義對于天線模塊中各個天線的各個幅度和相位關(guān)系， 以使得天線模塊在兩個上述的模式的至少一個模式下提供定向天線方向圖。
2.按照權(quán)利要求1的距離測量裝置，天線模塊(AM)包括在其上提供多個天線(ANT) 的基底(SUB)。
3.按照權(quán)利要求2的距離測量裝置，所述基底(SUB)包括印刷電路板材料。
4.按照權(quán)利要求1的距離測量裝置，包括波束形成與操縱控制模塊(BC)，用于控制各 個幅度和相位關(guān)系為隨方向命令(DIR)而變。
5.按照權(quán)利要求4的距離測量裝置，該波束形成模塊(BF)包括增益/相位調(diào)節(jié)電路 (GPC)，該增益/相位調(diào)節(jié)電路包括-一對具有不同長度的傳輸線(TL1、TL2)，用于響應(yīng)于輸入信號(IS)而提供第一延 遲信號(DSl)和第二延遲信號(DS2)；-一對增益可控制的電路(GC1、GC2)，用于分別響應(yīng)于第一延遲信號和第二延遲信號 而提供第一增益調(diào)節(jié)的延遲信號(ADSl)和第二增益調(diào)節(jié)的延遲信號(ADS2)；以及-信號組合器(CMB)，用于組合第一增益調(diào)節(jié)的延遲信號和第二增益調(diào)節(jié)的延遲信號，-波束形成與操縱控制模塊，其被安排成控制在由各個增益可控制的電路提供的各 個增益之間的比值。
6.按照權(quán)利要求1的距離測量裝置，包括距離檢測模塊(DD)，其被安排成生成波長范 圍被包括在1厘米與1毫米之間的載波，該載波形成被發(fā)射的電磁信號(TB)的組成部分。
7.—種距離測量的方法，包括-發(fā)射步驟，在該步驟中發(fā)射電磁信號(TB)；-接收步驟，在該步驟中接收所述電磁信號的反射(RB)；-距離確定步驟，在該步驟中，根據(jù)在發(fā)射步驟中所發(fā)射的電磁信號與在接收步驟中 所接收的該電磁信號的反射之間的延遲，而提供距離指示(DV)；以及-波束形成步驟，在該步驟中，定義對于天線模塊(AM)中各個天線(ANT)的各個幅度 和相位關(guān)系，以使得天線模塊在以下的兩個上述步驟發(fā)射步驟和接收步驟的至少一個步 驟中提供定向天線方向圖。
8.按照權(quán)利要求7的方法，包括波束形成與操縱控制步驟，在該步驟中，控制各個幅 度和相位關(guān)系為隨方向命令(DIR)而變。
9.一種3-D畫面捕獲系統(tǒng)(PCS)，包括按照權(quán)利要求4的距離測量裝置，以及-畫面捕獲裝置(LS，CXD，R0，MEM1)，用于捕獲二維畫面(PI)；以及-深度圖生成模塊(DSC)，用于把各個方向命令(DIR)施加到距離測量裝置(DDM)，以 便為二維畫面中的各個部分得到各個距離指示(DV)。
10.按照權(quán)利要求8的3-D畫面捕獲系統(tǒng)，其中二維畫面的為其得到各自的距離指示 (DV)的各個部分包括幾個像素(PX)。
11.按照權(quán)利要求8的3-D畫面捕獲系統(tǒng)，其中深度圖生成模塊(DSC)適于為畫面捕 獲裝置中的不同透鏡設(shè)置值來提供不同的各自的方向命令(DIR)。
12.按照權(quán)利要求8的3-D畫面捕獲系統(tǒng)，包括在其上提供天線模塊(AM)的多個天線 (ANT)并且在其上提供畫面捕獲裝置的照相機(jī)傳感器(CXD)的基底(SUB)。
13.—種3-D畫面捕獲的方法，包括-畫面捕獲步驟，在該步驟中捕獲二維畫面(PI)；以及-深度圖生成步驟，在該步驟中對于各個方向命令(DIR)實(shí)行按照權(quán)利要求7的方法 多次，以便得到對于二維畫面中各個部分的各個距離指示(DV)。
14.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括一組指令，當(dāng)該組指令被裝載到可編程處理器中時 使得可編程處理器實(shí)行如在權(quán)利要求7、8和13的任一項(xiàng)中要求的方法。
全文摘要
一種距離測量裝置(DDM)，其根據(jù)在發(fā)射模式下所發(fā)射的電磁信號(TB)與在接收模式下所接收的該電磁信號的反射(RB)之間的延遲，而提供距離指示(DV)。該距離測量裝置包括天線模塊(AM)，其包括用于發(fā)射電磁信號(TB)和用于接收其反射(RB)的多個天線。波束形成模塊(BF)定義對于各個天線的各個幅度和相位關(guān)系，以使得天線模塊(AM)在兩個上述的模式的至少一個模式下提供定向天線方向圖。優(yōu)選地，波束形成與操縱控制模塊(BC)控制各個幅度和相位關(guān)系為隨方向命令(DIR)而變。3-D畫面可以通過施加各個方向命令(DIR)以便得到對于二維畫面中各個部分的各個距離指示(DV)而被形成。
文檔編號G01S13/86GK102105810SQ200980128846
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者維恩斯特拉 H., C. 伯德 N., A. 桑塔納阿奈滋 O., T. M. 范蔡爾 P., 馬特斯森 P. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司