[发明专利]用于确定至少一个对象的位置的检测器

说明书

提出了一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)。检测器(110)包括：‑至少一个传感器元件(116)，其具有光学传感器(120)的矩阵(118)，每个光学传感器(120)具有光敏区域(122)，其中，传感器元件(116)被配置为确定对象(112)的至少一个反射图像(126)；‑至少一个评估设备(128)，其中，评估设备(128)被配置为选择反射图像(126)的至少一个反射特征，其中，评估设备(128)被配置为通过优化至少一个模糊函数(f_a)来确定反射图像(126)的所选反射特征的至少一个距离估计(130)，其中，距离估计(130)由纵坐标z和误差区间±ε给出，其中，评估设备(128)适于确定至少一个参考图像(134)中的与距离估计(130)对应的至少一个位移区域(132)，其中，评估设备(130)适于将所选反射特征与位移区域(132)内的至少一个参考特征匹配。

技术领域

本发明涉及用于确定至少一个对象的位置的检测器和方法。本发明还涉及用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机界面(interface)、娱乐设备、跟踪系统、相机、扫描系统和检测器设备的各种用途。根据本发明的设备、方法和用途具体地可用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、摄影(诸如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影)、医疗技术、或科学的各个领域。此外，本发明具体地可以用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描场景，诸如用于例如在建筑、测量、考古、艺术、医学、工程或制造的领域中生成对象或场景的深度轮廓(profile)。然而，其它应用也是可能的。

背景技术

在环境引起多次反射的情况下，光学3D感测方法通常可以利用偏置(biasing)光源或反射测量对象来确定不可靠的结果。此外，利用成像能力的3D感测方法通常需要高计算能力来解决对应问题。必要的计算能力可导致处理器或现场可编程门阵列(FPGA)、考虑到通风要求或防水壳体困难的散热、电力消耗(特别是移动设备)、以及此外测量的不确定性中的高成本。

从使用三角测量成像方法的现有技术中已知大量光学设备。例如，结构光方法或立体方法是已知的。例如，使用以固定相对取向的两个相机的无源(passive)立体方法或使用附加光投影仪的有源(active)立体技术。另一个示例是结构光方法，其中使用一个光投影仪和以固定相对取向的一个相机。为了经由三角测量确定深度图像，必须首先解决所谓的对应问题。因此，在无源立体相机技术中，必须在两个相机视图中识别足够对应的特征点。在结构光方法中，必须确定预先存储的与投影的伪随机光图案之间的对应关系。对于这些对应问题的稳健解决方案，必须采用计算成像算法，诸如与投影点图案中的点的数量近似二次缩放的算法。在结构光方法中，例如，使用包括具有固定相对距离的两个检测器的立体系统，光源投影图案，诸如点、伪随机、随机、非周期性或不规则点图案等。每个检测器生成反射图案的图像，并且图像分析任务是识别两个图像中对应的特征。由于固定的相对位置，在两个图像之一中选择的对应特征点位于另一个图像中的对极线(epipolar line)上。然而，解决所谓的对应问题可能很困难。在立体和三角测量系统中，所有特征点沿对极线的距离必须彼此之间具有合理的对应关系。不能一个接一个地作出对应决定。如果一个对应关系是错误的，这会对其它特征点产生影响，诸如不可见性。这通常会产生二次缩放评估算法。

例如，US 2008/0240502 A1和US 2010/0118123 A1描述了一种用于映射对象的设备，包括照射组件，该照射组件包括包含固定斑点图案的单个透明体(transparency)。光源通过光辐射透照单个透明体，以便将图案投影到对象上。图像捕获组件捕获使用单个透明体投影到对象上的图案的图像。处理器处理由图像捕获组件捕获的图像以重建对象的三维图。