[发明专利]基于距离的感测

说明书

本发明涉及基于距离的感测，并且特别地但不仅仅地涉及在多个不同工作距离的基于距离的感测。

使用结构光投影的测距装置的有效工作距离将通常由各种设计参数来确定，并且在这一工作距离之外，取决于装置的实施，准确度和一致性被降低，或者有效测距可能是不可能的。

申请人的WO 2004/0044525描述了一种使用斑点（spot）投影器和探测器的测距设备，其被布置成解决不同距离之间的模糊。

本发明的目的是提供改进的测距设备和关联的方法。

于是根据本发明的第一方面，提供测距设备，其包括：

结构光发生器，其适于利用光点的第一结构图案和光点的第二结构图案照射场景，所述第一和第二图案被配置用于在不同距离的操作；

探测器，用于检测投影在所述场景中的光点的位置；以及

处理器，用于从所述场景中的投影点的检测的位置来确定到所述点的距离。

通过提供为了在不同工作距离上提供有效测距或深度确定而优化的不同结构光图案，增加了总的工作距离。根据不同实施例，这两个不同光图案的不同工作距离或范围可以是重叠的、邻近的（contiguous）或者由未使用的区域或一组距离分隔开。必要时可以采用第三或者甚至更多的不同光图案以适合给定的应用。

通过使用能够检测来自两个图案的投影光点的单个探测器，在一些实施例中提供另一优点。此外，一些实施例将有利地使用单个处理器。

将会理解，光点的结构图案是指具有以已知的、预定义的几何形状的多个可识别特征的图案。常见结构光图案包括斑点的阵列、平行线或线的栅格。在一些实施例中，结构光图案可包括单个光点以提供粗略测距。本文使用的术语“光点”是指这种图案的任何可识别特征。

结构光发生器能够适于或者根据定时控制自动地或者响应于来自照射场景的感测信息自适应地在所述第一和第二结构图案之间来回切换。可替换地，结构光发生器能够适于同时投影第一和第二图案。在同时投影多于一个图案的实施例中，与不同图案对应的光点优选地能够通过形状、颜色、偏振或结构（configuration）来区分。各个光点的形状可以是例如正方形或圆形，并且颜色能够在可见光谱内进行改变而且也能够在可见光谱之外进行改变，从而允许在探测器处采用波长辨别。就例如正方形或六边形阵列、成角度的或倾斜的阵列中的点的布置而言或者通过引入另外的图案特征（例如线或曲线），可以改变光点的结构。将会理解，大量的不同图案是可能的，其允许通过检测一个图案的全部或仅仅一部分来区分该图案与另一图案。因此，能够执行检测的光点或特征的图像和/或波长分析，并且这一信息能够被传递给处理器以用于确定检测的点、一组点或特征属于哪个图案。

在一次仅投影单个图案的实施例中，处理器能够或者根据控制投影图案的信号（例如定时控制信号）或者根据例如从结构光发生器输出的状态来有利地确定哪个图案有效，并且因此确定当前检测的光点属于哪个图案。

正如以下将相对于附图更详细地描述的那样，在优选实施例中通过适当选择变量（包括视场、角度（angular）光点间距、光点的数量和光输出功率）的范围来实现第一和第二图案的结构。通过选择一个或多个光源以及适于从源接收光并输出结构光的所期望的图案的一个或多个光调制器或图案发生器，能够适当地改变这些和其他变量。

在一个实施例中，采用在产生不同结构图案的第一和第二状态之间可配置的图案发生器。然而，可替换的实施例将采用适于产生不同结构图案的第一和第二单独的图案发生器。在任一情况下，当需要不同结构图案时，可以采用相同的光源，或者能够提供并选择两个或更多个不同光源。因此，通过共享相同的结构光发生器部件中的一些、全部、或者不共享结构光发生器部件，可实现不同结构光图案的提供。

本发明的特别优选实施例采用具有光源的结构光发生器，所述光源被布置成照射具有内反射侧的棱镜光导的输入面。这样，将优选地具有正多边形横截面的棱镜光导在其输出处充当产生光源的多个图像的万花筒。优选地，投影光学器件（例如准直透镜）被提供在或被集成到光导的输出端以把结构光投影到场景中。优选地，光源包括LED或LED阵列。在参考所针对的申请人的WO 2004/044523中更详细地解释了这种结构光发生器的形式。

在这种实施例中，一些或全部棱镜光导可被常用于第一和第二光图案的投影。例如，单个棱镜光导能够由两个不同光源照射以产生两个不同图案。可替换地，能够控制单个可配置光源以产生不同光输入图案。