測量方法及執(zhí)行該測量方法的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量方法，其中通過依靠顯示設(shè)備預(yù)先確定的照明，利用在光源圖像的平面上的照明光的強度分布，標(biāo)記物體的第一位置，所述顯示設(shè)備特別是全息或自動立體顯示設(shè)備，以及所述物體特別是顯示設(shè)備的觀察者；并且其中在攝像機的坐標(biāo)系中確定物體的第一位置相對于第二位置的相對位置。
【專利說明】測量方法及執(zhí)行該測量方法的裝置
[0001]本發(fā)明涉及一種測量方法以及用于執(zhí)行該測量方法的裝置。
[0002]給予觀察者真實空間一即三維一感知的顯示設(shè)備正變得越來越受歡迎。
[0003]典型地，這些顯示設(shè)備的觀察者需要輔助工具，例如頭戴顯示器、燈具、偏光眼鏡或快門眼鏡，從而能夠通過顯示設(shè)備三維地感知所顯示的場景。
[0004]允許觀察者觀察而無需附加的輔助工具的顯示設(shè)備也是已知的。典型地，對于這些顯示設(shè)備，例如，自動立體顯示設(shè)備(autostereoscopic display device)或全息顯示設(shè)備(holographic display device),需要關(guān)于相對于顯示設(shè)備觀察者所處的地方的信息。
[0005]以往，為了這一目的，使用兩個記錄顯示設(shè)備的前面空間的攝影機。連接到攝影機的估算單元識別顯示設(shè)備的觀察者的臉并且特別是能確定觀察者的眼睛瞳孔的相對于攝影機(camera)位置的位置。在這種情況下，相對于顯示設(shè)備的攝影機的記錄方向(recording direct1n)以固定的方式(fixed way)被預(yù)先確定,從而可以從相對于攝像機的眼睛瞳孔的位置確定相對于顯示設(shè)備的眼睛瞳孔的位置。在裝置的運輸期間，可能發(fā)生的是，相對于顯示設(shè)備的攝像機的位置以及特別是方向被改變。因此，不再能夠準確地或者正確地確定相對于顯示設(shè)備的眼睛瞳孔的位置，并且設(shè)備的重新校準是必要的。
[0006]此外，可以三維地測量物體的專用裝置是已知的。通常，在這些裝置的實例中，用激光在物體上產(chǎn)生線。然后，用攝像機記錄用這些線照明的物體的圖像，并從線的變形(distort1n)計算該物體的形狀且將其存儲為數(shù)字模型。然而，為了給觀察者提供檢驗這一數(shù)字模型的可能性，另一個數(shù)字顯示設(shè)備是額外必要的。
[0007]針對這一背景，因此本發(fā)明的目的是提供一種測量方法和具有減小了設(shè)備支出的
>J-U ρ?α裝直。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，通過獨立專利權(quán)利要求1和15的內(nèi)容來實現(xiàn)這一目的。在引用專利權(quán)利要求1和15的專利權(quán)利要求2至14和16至18中提及了本發(fā)明的有利配置。
[0009]因此，對該目的的解決方案包括在測量方法中，其中，通過依靠顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明，利用在光源圖像的平面上的照明光的強度分布，標(biāo)記物體的第一位置，并且其中在攝像機的坐標(biāo)系中確定物體的第一位置相對于第二位置的相對位置。
[0010]本發(fā)明是基于這樣的構(gòu)思:將顯示設(shè)備本身用作確定相對于物體的第二位置的物體的第一位置的相對位置的裝置。由于通過顯示設(shè)備本身預(yù)先確定對于圖像信息的顯示的照明，因此可能確定物體的第一位置的位置以及，依靠攝像機的坐標(biāo)系中相對于第一位置的第二位置的相對位置，還確定在顯示設(shè)備的坐標(biāo)系中物體的第二位置的位置。
[0011]因此，攝像機的校準，即其相對于顯示設(shè)備的坐標(biāo)系的位置和方向的確定，可以省略。
[0012]通過使用全息顯示設(shè)備，可以通過相干光束的相長干涉或相消干涉產(chǎn)生在光源圖像的平面上的照明光的強度分布。以這種方式，隨著物體與顯示設(shè)備的距離的變化而強烈改變的照明光的強度分布以受控的方式實現(xiàn)。
[0013]自動立體顯示設(shè)備可由比全息顯示設(shè)備更簡單的模塊組成。具體地，自動立體顯示設(shè)備不需要產(chǎn)生具有大的相干長度的光以便呈現(xiàn)三維場景的光源。因此，自動立體顯示設(shè)備的使用可以使該方法更簡單。
[0014]當(dāng)顯示設(shè)備旨在與觀察者交互時，標(biāo)記顯示設(shè)備的觀察者的第一位置尤其是有利的。但是，標(biāo)記無生命物體的第一位置也是可能的，從而它可以被測量或可以有意地照明為具有紋理。
[0015]根據(jù)測量方法的第一改進中，光源圖像的平面中的照明光的強度分布包括一個衍射級的光源圖像。
[0016]顯示設(shè)備通常具有含預(yù)先確定光柵的光的空間調(diào)制器?？臻g調(diào)制器的光柵可以用于作為一種具有預(yù)先確定的光柵周期的天然衍射光柵，使得在光源圖像的平面中的照明光的強度分布可以包括一個衍射級的光源圖像?？梢韵氲绞褂玫贠衍射級的光源圖像，即非衍射光源圖像。然而，也可以使用更高的衍射級。例如為了提高測量方法的精度，由于可以檢測出多個光源圖像，也可以針對生成強度分布使用多個衍射級。由于預(yù)先確定的光柵周期，可以非常精確地預(yù)先確定強度分布中的最大值和/或最小值的間隔?？赡艿氖?，非常精確地預(yù)先確定第一位置相對于第二位置的相對位置的確定的精度。
[0017]根據(jù)測量方法的另一種配置，第二位置是觀察者的眼睛瞳孔，并且在攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)中確定第一位置相對于觀察者的眼睛瞳孔的相對位置。觀察者的眼睛瞳孔是觀察者的臉上非常顯眼的點或區(qū)域。它們因此可以通過連接到攝像機的評價邏輯相對簡單地確認。另外，相對于觀察者的眼睛瞳孔的位置的第一位置的相對位置的確定可以使隨觀察者的眼睛的瞳孔的位置變化的控制成為可能。特別是，在物理地面上不能以其他方式被區(qū)分的觀察者可受益于這一點。
[0018]此外，根據(jù)測定方法的一個示例性實施例，通過預(yù)先確定的照明的變化，使第一位置與觀察者的臉部的預(yù)先確定的區(qū)域相重合，特別是與觀察者的眼睛瞳孔相重合。以這種方式，可以執(zhí)行觀察者的跟蹤。
[0019]在旨在允許觀察者的真正三維感知而無需輔助裝置(例如偏光眼鏡或快門眼鏡)的顯示裝置的情況下，如下可能是有利的:不僅要確定第一位置相對于第二位置的相對位置，還要使得它們直接重合。以這種方式，例如播放電影的場景時，能夠僅故意照亮觀察者的臉部的可預(yù)先確定的區(qū)域。以這種方式，計算三維呈現(xiàn)的計算費用可被減小。
[0020]根據(jù)測量方法的另一改進，要顯示給觀察者的圖像被用作光源圖像的平面中的照明光的強度分布或作為光源圖像。
[0021]使用顯示給觀察者的圖像可使執(zhí)行測量方法成為可能，即使當(dāng)它被用來作為觀察者的顯示裝置。當(dāng)涉及呈現(xiàn)三維場景的顯示裝置時，該呈現(xiàn)可以適合于觀察者的不同位置。
[0022]根據(jù)測量方法的另一配置，該物體的第二位置是以顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明通過第二光源圖像的平面中的照明光的第二強度分布進行界定。
[0023]物體的第一位置與第二位置之間的距離可以以這種方式在顯示設(shè)備的坐標(biāo)系中是已知的，以及因此相對于顯示設(shè)備的攝像機的位置和方向可以從攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置與第二位置的相對距離而確定。
[0024]在第二光源圖像的平面中的照明光的第二強度分布可以具有衍射級的光源圖像。使用衍射級作為光源圖像可以有如下優(yōu)點:它們的距離，或底層的衍射角(underlyingdiffract1n angle),可由顯示設(shè)備的光柵以固定方法而預(yù)先確定。該方法的再現(xiàn)性因此可以提聞。
[0025]此外，根據(jù)測定方法的一個示例性實施例，使可預(yù)先確定的圖案形成于物體上，特別是在觀察者的臉部，通過照明光的第一和第二強度分布，將該圖案的圖像用攝像機記錄，以及檢查該圖案的所記錄的圖像與可預(yù)先確定的圖案的差異。
[0026]通過確定與可預(yù)先確定的圖案的差異,可以想到確定物體的形狀。也可能確定該物體是否對應(yīng)于預(yù)先確定的物體或不同的物體。
[0027]根據(jù)測量方法的另一改進，第一衍射級被用作第一光源圖像以及不同的衍射級被用作第二光源圖像。
[0028]將定義的衍射級用作光源圖像可以具有如下優(yōu)勢:它們的距離可以由顯示設(shè)備的光柵以固定的方式預(yù)先確定，從而使所測量的相對位置可以歸結(jié)為絕對位置。衍射圖案是由顯示設(shè)備的光柵或顯示設(shè)備的可控空間光調(diào)制器的光柵、所用光的一個或多個波長、以及到照射面的距離(即到照明物體的距離)而給出。
[0029]根據(jù)測量方法的另一配置，使用經(jīng)校準的物體。經(jīng)校準的物體是指具有足夠準確已知形狀的物體。根據(jù)攝像機的坐標(biāo)系中的經(jīng)校準的物體的第二位置與物體的第一位置的相對位置的確定，可以相對于顯示設(shè)備的坐標(biāo)系以更高的精度確定攝像機的位置和方向。
[0030]此外，根據(jù)測定方法的一個示例性實施例，攝像機的坐標(biāo)系根據(jù)攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置相對于第二位置的相對位置來相對于顯示設(shè)備的坐標(biāo)系被校準。
[0031]攝像機的坐標(biāo)系的校準可以使得能夠避免連續(xù)測定相對位置，因為顯示設(shè)備的坐標(biāo)系中的物體的第二位置的位置也可以確定而不必通過預(yù)先確定的照明標(biāo)記該物體的第一位置。當(dāng)攝像機的方位和/或位置已經(jīng)改變，校準只需要在相對大的距離上進行。校準可能，特別是，在該裝置的傳輸之后是必要的。在預(yù)定的時間間隔進行校準是可以設(shè)想到的。然而，也可設(shè)想到只響應(yīng)于觀察者的明確要求而進行校準。
[0032]根據(jù)測量方法的另一改進，攝像機被設(shè)置在相對于顯示設(shè)備的預(yù)先確定的距離和/或預(yù)先確定的方向上，以及顯示設(shè)備的坐標(biāo)系中的第二位置的位置可根據(jù)攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置相對于第二位置的相對位置而確定。以這種方式，尤其是物體的形狀可被確定。
[0033]根據(jù)該測定方法的另一配置，第一光源圖像和第二光源圖像由顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)和由具有第一可見光波長和/或第二可見光波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光的可控空間光調(diào)制器的預(yù)先確定的照明產(chǎn)生，以及攝像機和/或另外的攝像機上設(shè)有一個過濾器，它基本上僅僅是針對第一可見光波長和/或第二可見光的波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光是透射的。
[0034]通過具有限定波長的光和對應(yīng)過濾器的使用，信號噪聲比可得到改善。特別地，環(huán)境光對測量結(jié)果的影響可以減小。針對紅外波長的光是透射的過濾器的使用可以是有利的，尤其是當(dāng)記錄觀察者時。例如，當(dāng)攝像機的過濾器僅透射紅外波長的光時，觀察者的眼睛瞳孔的位置有可能更簡單地被確定。
[0035]通常情況下，采用此處描述的類型的顯示設(shè)備，觀察者是由3種波長的光形成的有色光源圖像顯示。通過使用所有3種波長，測量的準確性可以得到改善。
[0036]此外，根據(jù)測量方法的另一示例性實施例，第一位置相對于第二位置的相對位置在第二攝像機的第二坐標(biāo)系中確定。
[0037]通過使用第二攝像機，除了關(guān)于物體第一位置和物體第二位置所在方向的信息，還有可能獲得關(guān)于第一和第二物體與顯示設(shè)備之間的距離的信息。進一步的攝像機有可能進一步提聞空間分辨率。
[0038]根據(jù)測定方法的另一示例性實施例，通過依靠顯示設(shè)備——特別是全息或自動立體顯示設(shè)備——的預(yù)先確定的照明，利用在光源圖像的平面上的照明光的強度分布，標(biāo)記顯示裝置的觀察者的第一位置，顯示給觀察者的圖像的觀察窗被用作光源圖像的平面中的照明光的強度分布或用作光源的圖像，在攝像機的坐標(biāo)系中確定第一位置相對于觀察者的眼睛瞳孔的相對位置，并且通過預(yù)先確定的照明的變化，使第一位置與觀察者的臉部的預(yù)先確定的區(qū)域相重合，特別是與觀察者的眼睛瞳孔相重合。該測量方法可以針對兩個眼睛瞳孔進行?？梢葬槍γ總€眼睛的瞳孔為觀察者提供特定的圖像信息。以這種方式，例如，可以賦予特別好的景深印象。另外，觀察窗可以連續(xù)地跟蹤至眼睛的位置，這樣有可能避免眼睛瞳孔獲得(pickup)更高的衍射級光圖像。
[0039]另一方面，上述的目的是通過用于執(zhí)行測量方法的裝置實現(xiàn)的，其中該裝置包括:顯示設(shè)備，攝像機和用于確定攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置的位置的評估單元。
[0040]關(guān)聯(lián)于這種顯示設(shè)備，特別是關(guān)聯(lián)于全息顯示設(shè)備或自動立體顯示設(shè)備的優(yōu)點，已在關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的上文中描述。
[0041]根據(jù)裝置的第一改進，攝像機包括CXD (電荷耦合元件)傳感器。
[0042]CXD傳感器可以具有特別大的動態(tài)范圍，也就是記錄圖像區(qū)域的非常明亮和非常暗區(qū)域二者。
[0043]作為選擇，攝像機還可以包括CMOS (金屬氧化物半導(dǎo)體元件)傳感器。在一般情況下，CMOS傳感器具有比CXD傳感器更大的動態(tài)范圍，CXD傳感器通常具有與CMOS傳感器相比更高的位深(bit depth)。CMOS傳感器通常還可以記錄長波長的紅外光。
[0044]攝像機還可以是彩色攝像機。通過另外使用顏色信息，相對位置確定的準確度能進一步提聞。
[0045]此外，根據(jù)裝置的一個示例性實施例，該裝置包括光源和光學(xué)系統(tǒng)，以及光源圖像的平面的照明光的的強度分布可以用光源和光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，借助成像于或投射到物體上的照明光的強度分布，該物體的第一位置與物體的第二位置的可靠的相對位置可以在攝像機的坐標(biāo)系中確定，第二位置是觀察者的眼睛瞳孔。
[0047]根據(jù)優(yōu)選實施例，可以使用至少一個窄的帶通濾波器，這樣信號噪聲比可以增加。三帶通濾波器的透射特性顯示在圖5中。在這種情況下，透射率被繪制為所使用的光的波長的函數(shù)。透射可以以這樣一種方式被優(yōu)化，這樣它針對多個窄帶光譜范圍分別起作用。因此，可以使用相應(yīng)的光譜窗，例如為(457±3)nm，(532±3)nm，(640±3)11111和/或(780±5)nm。這樣的光譜過濾器現(xiàn)在已經(jīng)是大規(guī)模的產(chǎn)品，其使用的主要領(lǐng)域是在熒光光學(xué)顯微鏡或物體的顏色分隔的三維呈現(xiàn)中。也可以使用僅僅一個紅外線波長，例如780nm，以被用作一個不可見的部件。這是因為，780nm的波長的光僅在高強度下才能被看到。因此，可以在近紅外范圍內(nèi)或在紅外范圍內(nèi)使用窄的光譜窗。環(huán)境光可以通過例如>200的因子被抑制。
[0048]有利的是，還有可能，例如，借助于根據(jù)本發(fā)明的測量方法的額外的子系統(tǒng)，使用紅外線掃描(即線光柵(line raster))。
[0049]眼睛的位置的檢測或確定可借助CMOS陣列或CMOS線而執(zhí)行。在這種情況下的視網(wǎng)膜掃描構(gòu)成跟蹤眼睛位置的快速可能性。這可以通過使用產(chǎn)生預(yù)先確定的空間相關(guān)性的近紅外LED來實現(xiàn)。因此，眼或瞳孔的位置可以與預(yù)定義的或預(yù)先確定的照明函數(shù)(illuminat1n funct1n)相關(guān)。
[0050]根據(jù)這方面的第一示例性實施例，可以使用多個光源，其中光在不同方向上發(fā)射。因此，有可能從不同的方向照射多個觀察者的頭部和眼睛。不同的照明方向，可例如通過接通和關(guān)斷不同方向的光源，來接通和關(guān)斷。這可以順序地或同時進行，例如在用具有基本相同的波長的光照明的情況下按順序進行。如果使用不同波長的照明光，這也可以同時進行。
[0051]根據(jù)這方面的另一個不例性實施例，可以使用掃描方案。在這種情況下，一個掃描(光柵)可以例如在一個方向或在兩個，三個或更多個不同的方向進行。每個一維掃描(即沿一個基本上直線的光束的各個柵格)給出增加的視網(wǎng)膜反射信號。這里還有，使用窄帶光譜濾波器將掃描儀的光源與環(huán)境光分離，從而增加檢測信號的信號噪聲比。
[0052]眼睛位置的評價或確定可例如在兩個不同的方向依次進行。因此，當(dāng)使用CMOS線檢測器時，眼睛的或眼睛瞳孔的X和y位置可例如在1/1000秒內(nèi)確定。
[0053]此外可以實施不同的掃描方式。例如，可以進行全局掃描，例如在X和y方向上或在交叉方向上。也可以實施角度依賴性的掃描。此外，可以使用α和β角掃描以確定角度掃描線的方向依賴性部分。多個掃描方法可以被組合，以減少或排除在該位置確定中可能的不確定性。
[0054]除了這一點，掃描區(qū)域可被定義或建立。該掃描區(qū)域可能實質(zhì)上小于整體掃描區(qū)域。因此，該掃描可在這些減少的掃描區(qū)域中進行，以使掃描速度和眼睛檢測可以更迅速地進行。
[0055]具體地，在一個示例性實施例中，布置在X方向上或者在水平方向上的線掃描儀，可以設(shè)置在顯示設(shè)備和線性檢測器的一側(cè)，或一種(二維)檢測矩陣可以布置在顯示設(shè)備的另一側(cè)。而且可以將線掃描儀和檢測器提供在顯示設(shè)備的兩側(cè)。類似的布置可以被設(shè)置在顯示設(shè)備的上側(cè)和下側(cè)，例如以實施I掃描。
[0056]例如可以執(zhí)行一個具有成本效益的方案，其中:D0E(衍射光學(xué)兀件)布置在IR-LED (紅外發(fā)光二極管)和一維掃描鏡的前面，IR-LED和一維掃描鏡被布置在也包含所有的電子驅(qū)動的標(biāo)準IC(集成電路)封裝件中，以驅(qū)動小掃描鏡。
[0057]該檢測原理也可以與HMD (頭戴式顯示器，適合于觀察者的頭部的顯示器)一起使用。
[0058]如果，例如，使用一維或二維的CMOS檢測器陣列，這里，可以再次選擇受限制的掃描范圍，使得信號可以從受限制的掃描范圍進行檢測，并以增加的重復(fù)率讀出。為此，例如，可使用用于查找觀察者的頭部的模塊，其僅檢測觀察者的頭部的位置。觀察者的頭部的這些位置數(shù)據(jù)可以用于選擇的掃描范圍，例如通過使用兩個一維掃描儀。
[0059]例如，25毫米X25毫米或甚至基本上更小的小區(qū)域可以被使用，該區(qū)域大致集中在眼睛瞳孔的中間。該區(qū)域或者該表面被一維或二維的線掃描照明?？焖俟怆姍z測二極管可以布置在顯示設(shè)備的邊緣。這些檢測器可以例如被提供有窄帶濾波器，其被調(diào)諧至照明波長，例如近紅外光的發(fā)光二極管。因此，快速子系統(tǒng)從而產(chǎn)生，其可在顯示裝置中使用，特別是當(dāng)顯示設(shè)備被配置成直接觀看裝置，HMD或移動顯示器或平板的形式。光電檢測器或光電二極管也可以具有專門調(diào)整的角度依賴的方向特性，其特別地檢測來自預(yù)先確定的空間區(qū)域或跟蹤區(qū)域的光。同樣以這種方式，不是來自掃描范圍或檢測范圍的光的量可以減小。
[0060]根據(jù)該裝置的另一改進中，該裝置包括一個過濾器，其布置在所述第一攝像機的前面，并且基本上僅對于第一可見光波長和/或第二可見光波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光是透射的。
[0061]相關(guān)的優(yōu)點已經(jīng)在關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的上文中描述了。
[0062]現(xiàn)在將借助附圖更詳細地說明進一步的配置。在示意圖中，
[0063]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的測量方法的示例性實施例的流程圖，
[0064]圖2顯示了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的測量方法的裝置，
[0065]圖3顯示了相對于照明光的光源圖像的觀察者的眼睛在光源圖像的平面上的位置，在本示例性實施例中光源圖像的平面布置為平行于可控空間光調(diào)制器的表面，
[0066]圖4示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的測量方法的裝置和觀察者眼睛的平面圖，以及
[0067]圖5以圖示法示出了三帶通濾波器的透射特性。
[0068]圖1以圖示的方法示出了根據(jù)本發(fā)明的測量方法的示例性實施例的流程圖。
[0069]在第一步驟I中，通過借助顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明照射物體，并且通過光源圖像的平面中的照明光的強度分布標(biāo)記物體的第一位置。
[0070]在第二步驟2中，在攝像機的坐標(biāo)系中確定物體的第一位置與第二位置的相對位置。
[0071]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置3的示例性實施例。裝置3包括顯示設(shè)備4，攝像機5和評估單兀6,顯不設(shè)備包括:光源7,光的空間調(diào)制器8和光學(xué)系統(tǒng)9。
[0072]如果小范圍的光源被擴展到了大面積，這在圖2中表示為7，那么具有至少在一個方向上的聚焦作用的光學(xué)系統(tǒng)至少在一個方向上產(chǎn)生光源圖像，其例如位于靠近平面13。如果7是發(fā)光面，那么在13處具有與發(fā)光面的平面波的頻譜成比例的強度分布。空間調(diào)制器可以在這種情況下引入衍射增寬。
[0073]光的空間調(diào)制器8也被稱為術(shù)語“空間光調(diào)制器”，或簡稱SLM，以及其用于給光施加空間調(diào)制。通常情況下，SLM調(diào)制光的強度。然而，調(diào)制相位的SLM也是已知的，并且另外可以想象用SLM同時調(diào)制相位和強度。
[0074]在所示的示例性實施例中，顯示設(shè)備4由評估單元6通過連接件10驅(qū)動，以及該顯示裝置4照射物體11的照明經(jīng)預(yù)先確定。在本例中，物體11是顯示設(shè)備4的觀察者。通過預(yù)先確定的照明，照明光12的強度分布在光源圖像的平面13中產(chǎn)生，并且從而標(biāo)記物體11的第一位置。
[0075]在一般情況下，在平面13中通過顯示設(shè)備所產(chǎn)生的強度分布可以比圖2中的要小。它可以，例如，包含觀察窗，其具有1mmXlOmm的尺寸，甚至僅僅直徑為3mm。
[0076]使用攝像機5，記錄在光源圖像的平面13內(nèi)的照明光12的強度分布以及使用攝像機5記錄該物體的第一位置。攝像機5同樣地記錄物體11的第二位置，此處為觀察者的眼睛瞳孔14。根據(jù)通過連接件15由攝像機5提供的數(shù)據(jù)，然后評估單元6確定攝像機5的坐標(biāo)系中物體11的第一位置與第二位置的相對位置。
[0077]圖3示出了觀察者眼睛16和17的位置，其臉部(圖3中未示出)由顯示設(shè)備(圖3中未示出)、特別是全息或自動立體顯示設(shè)備所照明。在用顯示設(shè)備照明觀察者期間，該照明光的強度分布常常具有多個衍射級18-30的光源圖像。圖3示出了通過二維編碼方法獲得的并被表示為黑色的圓形區(qū)域的衍射級18-30。非衍射光源圖像18被表示為第O衍射級的光源圖像。包括非衍射光源圖像18并一直延伸到最接近的更高衍射級的頂棚采光光源圖像19-22的區(qū)域，被稱為觀察窗31。觀察窗31被概括為圖3中的橢圓。進一步遠離觀察窗31的光源圖像可以，例如，通過可控的空間調(diào)制器的像素的余弦延伸的切趾曲線降低它們的強度，如W02009/156191 Al中所描述的那樣。如果，如圖3所示，觀察窗31與眼16的位置相重合，那么將其它光源圖像可以被抑制到這樣的程度:它們對于另一只眼睛17不再是可感知的。所以，這可以甚至在眼睛的運動的事件中完成，照明通常是連續(xù)地適應(yīng)于眼睛的位置。被加以考慮的眼球運動由在圖3中的四個短箭頭所示。
[0078]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置32的另一示例性實施例。該裝置32包括一顯示設(shè)備33，兩個攝像機34，35和評估單元36。兩個攝像機34，35相對于顯示設(shè)備33的方向和定位以固定的方式通過安裝被預(yù)先確定。換句話說，兩個照相機34、35的坐標(biāo)系被校準。
[0079]觀察者所處的該裝置32前面的空間通過兩個攝像機34，35記錄，觀察者的臉部借助于攝像機圖像識別。眼睛瞳孔37，38的位置在各攝像機34，35的經(jīng)校準的坐標(biāo)系中被確定。以這種方式，首先，針對眼瞳37，從攝像機34，35的位置延伸出并指向眼睛瞳孔37的方向的兩個方向矢量39，40被獲得。從跨越兩個方向矢量39，40的直線的交叉點處，然后可以確定從顯示設(shè)備33到眼睛瞳孔37的距離，或眼睛瞳孔37和顯示設(shè)備33之間的相對位置。對第二只眼睛瞳孔37進行相同的步驟。
[0080]在裝置32的運輸期間，可能發(fā)生的是，照相機34，35的位置，或它們相對于顯示設(shè)備33的方向被無意地改變。其坐標(biāo)系因此相對于顯示設(shè)備33不再是校準的。
[0081]在物體(參見圖3)上產(chǎn)生的光源圖像的距離可以由顯示設(shè)備33的本地象素光柵(native pixel raster)以固定的方式預(yù)先確定,例如,作為可控空間光調(diào)制器的傅立葉變換，特別是當(dāng)使用根據(jù)W02006/066919 Al的顯示設(shè)備時，或根據(jù)本發(fā)明的測量方法被應(yīng)用于公開于W02006/066919 Al中的顯示設(shè)備時。對于設(shè)備32的校準，多個衍射級18-30的光源圖像，即光源圖像光柵，可以由相應(yīng)的照相機34，35記錄，以及該物體的位置可以從攝像機34，35的各坐標(biāo)系中的光源圖像的相對位置確定。由于光源圖像相對于顯示設(shè)備33的位置是已知的，該裝置因此可以被重新校準。
【權(quán)利要求】
1.一種測量方法，其特征在于， 通過依靠顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明，利用在光源圖像的平面上的照明光的強度分布，標(biāo)記物體的第一位置，所述顯示設(shè)備特別是全息或自動立體顯示設(shè)備，以及所述物體特別是顯示設(shè)備的觀察者；并且 其中在攝像機的坐標(biāo)系中確定物體的第一位置相對于第二位置的相對位置。
2.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，光源圖像的平面中的照明光的強度分布包括一個衍射級的光源圖像。
3.如權(quán)利要求1或2所述的測量方法，其特征在于，第二位置是觀察者的眼睛瞳孔，并且第一位置相對于觀察者的眼睛瞳孔的相對位置是在攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)中確定。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的測量方法，其特征在于，通過預(yù)先確定的照明的變化，使第一位置與觀察者的臉部的預(yù)先確定的區(qū)域相重合，特別是與觀察者的眼睛瞳孔相重合。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的測量方法，其特征在于，顯示給觀察者的圖像的觀察窗被用作光源圖像的平面中的照明光的強度分布或用作光源圖像。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的測量方法，其特征在于，該物體的第二位置是由顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明通過第二光源圖像的平面中的照明光的第二強度分布進行界定。
7.如權(quán)利要求 6所述的測量方法，其特征在于，通過照明光的第一和第二強度分布，將可預(yù)先確定的圖案形成在物體上，特別是在觀察者的臉部，其中該圖案的圖像由攝像機記錄，以及其中檢查該圖案的所記錄的圖像與可預(yù)先確定的圖案的差異。
8.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，第一衍射級被用作第一光源圖像以及不同的衍射級被用作第二光源圖像。
9.如權(quán)利要求1、6、7和8中任一項所述的測量方法，其特征在于，使用經(jīng)校準的物體。
10.如權(quán)利要求6-9中任一項所述的測量方法，其特征在于，攝像機的坐標(biāo)系根據(jù)攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置相對于第二位置的相對位置來相對于顯示設(shè)備的坐標(biāo)系被校準。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的測量方法，其特征在于，攝像機被設(shè)置在相對于顯示設(shè)備的預(yù)先確定的距離和/或預(yù)先確定的方向上，以及其中顯示設(shè)備的坐標(biāo)系中的第二位置的位置可根據(jù)攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置相對于第二位置的相對位置而確定。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的測量方法，其特征在于，第一光源圖像和/或第二光源圖像由顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)和由具有第一可見光波長和/或第二可見光波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光的可控空間光調(diào)制器的預(yù)先確定的照明產(chǎn)生，以及 其中攝像機和/或另外的攝像機上設(shè)有過濾器，它基本上僅僅是針對第一可見光波長和/或第二可見光的波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光是透射的。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的測量方法，其特征在于，第一位置相對于第二位置的相對位置在第二攝像機的第二坐標(biāo)系中確定。
14.如權(quán)利要求4-13中任一項所述的測量方法，其特征在于， 通過依靠顯示設(shè)備的預(yù)先確定的照明，利用在光源圖像的平面上的照明光的強度分布，標(biāo)記顯示裝置的觀察者的第一位置，所述顯示設(shè)備特別是全息或自動立體顯示設(shè)備， 其中顯示給觀察者的圖像的觀察窗被用作光源圖像的平面中的照明光的強度分布或用作光源圖像，其中第一位置相對于觀察者的眼睛瞳孔的相對位置在攝像機的坐標(biāo)系中確定， 其中通過預(yù)先確定的照明的變化，使第一位置與觀察者的臉部的預(yù)先確定的區(qū)域相重合，特別是與觀察者的眼睛瞳孔相重合。
15.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1-14任一項所述的測量方法的裝置，其特征在于，所述裝置包括顯示設(shè)備、攝像機和用于確定攝像機的坐標(biāo)系中的第一位置的位置的評估單元，所述顯示設(shè)備特別是全息顯示設(shè)備或自動立體顯示設(shè)備。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，攝像機包括CXD傳感器或CMOS傳感器，和/或所述攝像機是彩色攝像機。
17.如權(quán)利要求15或16所述的裝置，其特征在于，其包括光源，其中光源圖像的平面上的照明光的強度分布可以用光源和光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生。
18.如權(quán)利要求15-17中任一項所述的裝置，其特征在于， 其中所述裝置包括過濾器，其中該過濾器布置在所述第一攝像機的前面，并且其中該過濾器基本上僅對于第一可見光波長和/或第二可見光波長和/或第三可見光波長和/或紅外波長的光是透射 的。
【文檔編號】G01S17/00GK104205006SQ201280068981
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】杰拉爾德·菲特雷爾 申請人:視瑞爾技術(shù)公司