CN102105810B

CN102105810B - 三维（3-d）画面捕获

Info

Publication number: CN102105810B
Application number: CN2009801288460A
Authority: CN
Inventors: P.T.M.范蔡尔; P.马特斯森; O.A.桑塔纳阿奈滋; H.维恩斯特拉; N.C.伯德
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: EP2307907A1; US8514125B2; WO2010010486A1; JP2011529181A; CN102105810A; US20110122012A1; KR20110042194A

Abstract

一种距离测量装置(DDM)，其根据在发射模式下所发射的电磁信号(TB)与在接收模式下所接收的该电磁信号的反射(RB)之间的延迟，而提供距离指示(DV)。该距离测量装置包括天线模块(AM)，其包括用于发射电磁信号(TB)和用于接收其反射(RB)的多个天线。波束形成模块(BF)定义对于各个天线的各个幅度和相位关系，以使得天线模块(AM)在两个上述的模式的至少一个模式下提供定向天线方向图。优选地，波束形成与操纵控制模块(BC)控制各个幅度和相位关系为随方向命令(DIR)而变。3-D画面可以通过施加各个方向命令(DIR)以便得到对于二维画面中各个部分的各个距离指示(DV)而被形成。

Description

三维(3-D)画面捕获

技术领域

本发明的一个方面涉及三维(3-D)画面捕获系统。3-D画面捕获系统可被使用来获得场景的三维(3-D)表示，简略地说，它是3-D画面。本发明的其它方面涉及3-D画面捕获的方法、以及用于使得可编程处理器实行此方法的计算机程序产品。

背景技术

场景的三维(3-D)表示可以通过生成与二维画面相关联的所谓的深度图(depth map)而被形成。深度图包括对于二维画面中各个部分的各个距离指示。

距离指示可以按以下的方式得到。在发射步骤中，电磁信号被朝向其距离需要被确定的目标发送。在接收步骤中，由该目标引起的电磁信号的反射以给定的延迟被接收。距离指示可以根据这个延迟提供。

在雷达设备中使用的这个原理典型地牵涉到具有给定的取向和给定的定向天线方向图的一个或更多个天线。电磁信号以具有特定方向的波束的形式被发射。天线的取向和它的定向天线方向图确定波束的方向，该方向应当指向其距离需要被确定的目标。

N.Yonemoto等人的、发表在the Proceedings of SPIE 6226, 622608(2006)的题目为 “Performance of obstacle detection and collision warning system for civil helicopters”的文章描述了用于民用直升机的障碍检测和碰撞报警系统，其中利用彩色照相机、红外照相机和毫米波(MMW)雷达作为传感器。MMW雷达提供距离信息。个人计算机(PC)被用作为数据处理器，它收集彩色图像、红外图像和雷达数据，以便把增强的障碍图像提供在显示器上。另一个PC控制MMW雷达及其扫描设备，该扫描设备包括平衡环。传感器被安装在平衡环上，用来操控传感器的轴的方向或消除直升机振动。

发明内容

需要一种允许以相对较简单的方式生成深度图的3-D画面捕获技术。

按照本发明的一方面，3-D画面捕获系统包括：

- 画面捕获装置，用于捕获二维画面；

- 距离测量装置，其根据在发射模式下所发射的电磁信号与在接收模式下所接收的该电磁信号的反射之间的延迟，而提供距离指示，该距离测量装置包括:

- 天线模块，包括用于发射电磁信号和用于接收其反射的多个天线；

- 波束形成模块,用于定义对于天线模块中各个天线的各个幅度和相位关系，以使得天线模块在两个上述的模式的至少一个模式下提供定向天线方向图；和

- 波束形成与操纵控制模块，用于控制各个幅度和相位关系为随方向命令而变；以及

- 深度图生成模块，用于把各个方向命令施加到距离测量装置，以便为二维画面中的各个部分得到各个距离指示。

这样的3-D画面捕获系统不需要用于控制实行距离测量所在的方向的电动机械模块。例如，不需要如在上述的文章中提到的平衡环。实行距离测量所在的方向可以以完全的电的方式被控制。这样的电的方向控制通常比电动机械方向控制便宜。而且，电的方向控制通常比具有给定惯性的电动机械方向控制更快捷。这允许在相对较短的时间间隔内在各个不同的方向上实行各种距离测量。深度扫描可以相对快捷地实行。深度图可以以相对较简单的方式得到。

本发明的实现有利地包括一个或更多个以下的附加特征，这些附加特征在对应于各个从属权利要求的分开的段落中被描述。

优选地，天线模块包括在其上提供多个天线的基底。

基底优选地包括印刷电路板材料。

波束形成模块优选地包括增益/相位调节电路，其包括一对具有不同长度的传输线、一对增益可控制的电路、以及信号组合器。该对传输线响应于输入信号而提供第一延迟信号和第二延迟信号。该对增益可控制的电路分别响应于第一延迟信号和第二延迟信号而提供第一增益调节的延迟信号和第二增益调节的延迟信号。信号组合器组合第一增益调节的延迟信号和第二增益调节的延迟信号。波束形成和操纵控制电路优选地控制在由各个增益可控制的电路提供的各个增益之间的比值。

距离检测模块优选地生成波长范围被包括在1厘米与1毫米之间的载波，该载波形成所发射的电磁信号的组成部分。

二维画面的为其得到各自的距离指示的各个部分优选地包括几个像素。

深度图生成模块优选地适于为画面捕获装置中的不同透镜设置值来提供不同的各个方向命令。

画面捕获装置优选地包括照相机传感器，该照相机传感器连同天线模块的多个天线一起被提供在基底上。

参照附图作出的详细描述举例说明了以上概述的本发明以及附加特征。其中，在可能的情况下，在所有的图上，相同的参考标号被使用来表示类似的部件或功能。

附图说明

图1是举例说明定向距离测量装置的框图。

图2是举例说明可以形成定向距离测量装置的组成部分的天线模块的实物电路图。

图3是举例说明可以形成定向距离测量装置的组成部分的增益/相位调节电路的电路图。

图4是举例说明包括图1所举例说明的定向距离测量装置的3-D画面捕获系统的框图。

图5是举例说明在3-D画面捕获系统内生成的画面和与其相关联的深度图的概念图。

图6是举例说明可被应用来在3D画面捕获系统中获益的天线和照相机传感器模块的实物电路图。

具体实施方式

图1举例说明定向距离测量装置DDM。该定向距离测量装置DDM包括天线模块AM、波束形成模块BF、距离确定模块DD以及波束形成和操纵控制器BC。天线模块AM包括多个天线，它们可以存在于例如基底上。

波束形成模块BF包括多个天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N。各个天线端口被耦合到天线模块AM中所包括的各个天线。波束形成模块BF还包括发射输入TI和接收输出RO，它们可以在物理上构成单个端口或两个单独的端口。

距离确定模块DD包括发射输出TO和接收输入RI，它们分别被耦合到波束形成模块BF的发射输入TI和接收输出RO。同样地，发射输出TO和接收输入RI可以在物理上构成单个端口或两个单独的端口。应当指出，单个端口并不一定是指时分复用操作，正如此后将说明的。

波束形成和操纵控制器BC例如可以借助于指令执行设备和在其中装载有一组指令的程序存储器而被实现，所述指令定义由波束形成和操纵控制器BC实行的操作，这将在下文描述。

定向距离测量装置DDM基本上如下地运行。距离确定模块DD产生发射脉冲TX，该发射脉冲TX在给定的时刻出现在它的发射输出TO。发射脉冲TX优选地包括波长范围被包括在1厘米与1毫米之间的载波。例如，该载波可以具有90 GHz的基频。波束形成模块BF在它的发射输入TI处接收发射脉冲TX，并响应于此而产生多个天线驱动信号。在天线模块AM中的各个天线接收各自的天线驱动信号AD。各个天线驱动信号AD具有相对于彼此的特定的幅度和相位关系。这使得天线模块AM产生在特定的方向上的发射波束TB。

发射波束TB可能，可以说，击中在所涉及的方向上存在的目标O，如图1所例示的。这将造成从目标O到天线模块AM的反射波束RB。反射波束RB使得在天线模块AM中的各个天线产生各自的接收信号RS。这些各自的接收信号RS出现在波束形成模块BF的相应天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N。波束形成模块BF响应于来自天线模块AM中各个天线的各个接收信号RS而在它的接收输出RO产生接收脉冲RX。距离确定模块DD测量在发射脉冲TX与接收脉冲RX之间延迟。距离确定模块DD把这个测量到的延迟有效地转换成距离值DV。距离值DV代表在所涉及的方向上的目标O相对于天线模块AM的距离。

发射波束TB的方向被如下地确定。波束形成和操纵控制器BC接收方向命令DIR，其代表发射波束TB的想要的方向。方向命令DIR可以具有例如二进制格式的一对值的形式，一个值代表方位角，另一个值代表标高（elevation）。波束形成和操纵控制器BC根据方向命令DIR生成一组增益/相位控制信号CS。

各个增益/相位控制信号CS施加到从波束形成模块BF的发射输入TI延伸到它的各个天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N的各个发射信号路径。施加到特定的发射信号路径的增益/相位控制信号确定这个信号路径在幅度相对频率和相位相对频率方面的响应。因此，这组增益/相位控制信号CS确定各个天线驱动信号AD相对于彼此所具有的幅度和相位关系。如前所述，这个幅度和相位关系确定发射波束TB的方向。

各个增益/相位控制信号CS可以同样地施加到从波束形成模块BF的各个天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N延伸到它的接收输出RO的各个接收信号路径。在接收信号路径具有的响应类似于对应的发射信号路径的响应的意义上，各个接收信号路径可以对应于此前提到的各个发射信号路径。在那种情形下，天线模块AM在发射模式和接收模式下提供类似的天线方向图。因此，天线模块AM在发射波束TB发射所朝向的方向上提供最大接收灵敏度。然而，这不是必需的。波束形成和操纵控制器BC可以使得天线模块AM在发射模式和接收模式下分别提供不同的天线方向图。例如，天线模块AM可以分别提供在发射模式或在接收模式下的定向方向图，和在发射模式或在接收模式下的全向天线方向图。

图2举例说明天线模块AM，或更确切地说是它的实现。天线模块AM包括提供有多个天线ANT的基底SUB。基底SUB例如可包括标准的印刷电路板材料，诸如FR4环氧树脂。基底SUB还可包括专门的印刷电路板材料，诸如，以Duroid、Rogers、LTCC（这些是注册商标）的名字而为人所知的那些材料。天线例如可以借助于蚀刻以类似于制造在其上可以安装电元件的印刷电路的方式而被形成。

图2所例示的天线模块AM包括被组织为阵列的60个天线。这些天线可以被等距离地间隔开，并在网格上以载波波长几倍的网格距离排列成行。例如，网格距离可以是波长的2.25倍。倘若载波的基频是此前提到的90GHz，则网格距离可以是7.5mm。天线模块AM因此可以是相对较小的，每个具有几厘米量级的宽度和长度。天线可以具有例如偶极天线或半偶极天线的形式。天线可以类似于在欧洲专利申请No.07120529.8(代理人案号PH009022)中描述的天线。这个专利申请描述了适合于在图1所例示的定向距离测量装置DDM中使用的天线模块AM。

图3举例说明可被使用来在图1所例示的波束形成模块BF中获益的增益/相位调节电路GPC。上述的从发射输入TI延伸到各个天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N的各个发射信号路径可每个都包括如图3所例示的增益/相位调节电路GPC。类似地，上述的从各个天线端口AP₁、AP₂、AP₃、…、AP_N延伸到接收输出RO的各个接收信号路径也可每个都包括如图3所例示的增益/相位调节电路GPC。如图3所例示的增益/相位调节电路GPC允许相对精确的相移而只带有相对适度的信号损失。

增益/相位调节电路GPC包括两条传输线TL1、TL2，两个增益可控制的电路GC1、GC2，以及信号组合器CMB。两条传输线TL1、TL2具有不同的长度。两条传输线TL1、TL2例如可以被实现于在其上形成天线模块AM的相同的基底上。两个增益可控制的电路GC1、GC2例如可包括放大器，该放大器包括一个或更多个晶体管。两个增益可控制的电路GC1、GC2可以同样地具有例如包括一个或更多个无源元件的衰减器的形式。信号组合器CMB可以是例如加法器或减法器。倘若相加或相减的信号具有电流的形式，则信号组合器CMB可以具有例如节点的形式。

增益/相位调节电路GPC基本上如下地操作。增益/相位调节电路GPC接收输入信号IS，该输入信号被施加到两条传输线TL1、TL2的每一条。两条传输线TL1、TL2由于它们的不同的长度而提供不同的信号延迟。因此，传输线TL1提供相对于输入信号IS具有给定延迟的第一延迟信号DS1。传输线TL2提供相对于输入信号IS具有另一个给定延迟的第二延迟信号DS2。因此，第一延迟信号DS1和第二延迟信号DS2彼此相对地、并且相对于输入信号IS被移相。

增益可控制的电路GC1接收第一延迟信号DS1。增益可控制电路GC2接收第二延迟信号DS2。这些增益可控制电路GC1、GC2分别提供依赖于增益/相位控制信号CSx的各自的增益。更明确地，增益/相位控制信号CSx定义增益比。因此，增益可控制的电路GC1提供第一延迟的增益调节的信号ADS1，以及增益可控制的电路GC2提供第二延迟的增益调节的信号ADS2，这些信号具有由增益/相位控制信号CSx定义的、彼此相对的给定的幅度关系。而且，前述的延迟的增益调节的信号ADS1、ADS2具有由所述两条传输线TL1、TL2的长度差定义的、彼此相对的特定的相移。信号组合器CMB把第一延迟的增益调节的信号ADS1和第二延迟的增益调节的信号ADS2组合成增益/相位被控制的输出信号PGS。

增益/相位被控制的输出信号PGS具有相对于输入信号IS的给定的幅度和相位关系。这个幅度和相位关系可以通过改变两个增益可控制电路GC1、GC2的各自的增益而被调节。更明确地，增益/相位被控制的输出信号PGS具有相对于输入信号IS的相移，该相移可以通过调节两个增益可控制电路GC1、GC2的增益比而被调节。

例如，假设增益可控制电路GC2的增益相对于增益可控制电路GC1的增益是微不足道的。在那种情形下，相移基本上等于由传输线TL1引入的相移加上增益可控制电路GC1可能引入的相移。反过来，现在假设增益可控制电路GC1的增益相对于增益可控制电路GC2的增益是微不足道的。在那种情形下，增益/相位被控制的输出信号PGS的相移基本上等于由传输线TL2引入的相移加上增益可控制电路GC2可能引入的相移。倘若由两个增益可控制电路GC1、GC2中的每个增益可控制电路引入的相移可被忽略，则增益/相位被控制的输出信号PGS的相移可以在由传输线TL1引入的相移与由传输线TL2引入的相移之间变化。

图4举例说明在其中应用图1所例示的定向距离测量装置DDM的3-D画面捕获系统PCS。该3-D画面捕获系统PCS包括形成2-D画面捕获路径的各种功能实体：透镜LS、照相机传感器CCD、读出模块RO和第一存储器MEM1。该3-D画面捕获系统PCS还包括以下功能实体：控制器CTRL、深度扫描控制器DSC、第二存储器MEM2和融合（fusion）模块FUS。

照相机传感器CCD可以是例如电荷耦合器件类型的。照相机传感器CCD典型地包括光电换能器单元的矩阵，每个单元对应于一个像素。照相机传感器CCD可以与图1所例示的天线模块AM共同地被实现在基底SUB上。这将在下文中更详细地描述。

读出模块RO典型地将是专用于照相机传感器CCD的电路，且可包括例如一个或更多个模拟到数字转换器。第一和第二存储器MEM1、MEM2可以形成例如单个存储器电路的组成部分，或可每个构成单独的存储器电路。

控制器CTRL可以具有例如指令执行设备和程序存储器的形式，该程序存储器包括定义控制器CTRL实行的操作的一组指令。深度扫描控制器DSC和融合模块FUS可以以类似的形式来实现。而且，控制器CTRL、深度扫描控制器DSC和融合模块FUS可以共享相同的指令执行设备，该指令执行设备实行属于各个功能实体的各个操作。

3-D画面捕获系统PCS基本上如下地运行。控制器CTRL触发读出模块RO，以形成画面PI。为了做到这一点，读出模块RO接连地读取由各个光电换能器单元提供的各个信号。这些信号分别被处理，该处理可牵涉到模拟到数字转换，以便形成用于画面的各个像素PX。读出模块RO把这些像素PX分别写入到第一存储器MEM1的各自存储单元。读出模块RO借助于写地址AW1而指定特定的存储单元。因此，读出模块RO在存储器中例如在逐个像素的基础上形成画面PI。对应于特定的光电换能器单元的像素PX具有特定的地址。

控制器CTRL还触发深度扫描控制器DSC，以把各个方向命令DIR接连地施加到定向距离测量装置DDM。定向距离测量装置DDM以如此前参照图1所描述的方式响应于各个方向命令DIR而提供各个距离值DV。控制器CTRL优选地触发深度扫描控制器DSC，以使得在形成画面PI的同时、或之前不久、或之后不久提供各个距离值DV。深度扫描控制器DSC把各个距离值DV写入到第二存储器MEM2的各个存储单元。深度扫描控制器DSC借助于写地址AW2而指定特定的存储器。因此，深度扫描控制器DSC形成在第二存储器MEM2中的一系列距离值。距离值DV具有特定的地址，而且它涉及到从3-D画面捕获系统PCS来看的特定的方向。

优选地，在第二存储器MEM2中存在的各个距离值DV可以直接与在第一存储器MEM1中存在的画面的各个像素PX相关联。为此，深度扫描控制器DSC优选地包括这样的数据，其定义在画面上的特定像素或特定像素组与应当在其上测量距离的方向之间的联系。这个数据可以是例如一个或更多个表格的形式。替换地，像素位置与方向之间的关系可以借助于包括一个或更多个可被调节的参数的方程而被定义。

例如假设透镜LS是固定的。在那种情形下，单个表格可以足以把各个距离值DV与各个像素PX相关联。透镜LS和照相机传感器CCD给出了固定的光学特征，以使得对于画面上的特定的像素可以唯一地定义特定的方向。包括“像素位置”列和“方向”列的表格可以定义同样的东西。像素位置可被表示为用于第二存储器MEM2的写地址AW2。方向可被表示为可施加到定向测量系统的适当的方向命令DIR。

倘若透镜LS可被调节，这意味着各种透镜设置值是可能的，则在像素位置与方向之间的关系依赖于透镜设置值。在那种情形下，深度扫描控制器DSC可包括对于各个透镜设置值的各个表格，每个表格规定对于特定的像素位置的特定的方向。由于这些透镜设置值典型地将借助于控制器CTRL被调节，所以控制器CTRL将具有，可以说，透镜设置值的知识。控制器CTRL可以把透镜设置值传送到深度扫描控制器DSC，以使得深度扫描控制器DSC可以选择适当的表格。替换地，倘若像素位置与方向之间的关系借助于方程来定义，则深度扫描控制器DSC可以通过根据来自控制器CTRL的关于透镜设置值的信息来调节这个方程的一个或更多个参数，从而考虑不同的透镜设置值。

融合模块FUS通过把深度图DM有效地加到被存储在第一存储器MEM1中的画面PI，从而提供3-D画面。深度图DM可以对应于被存储在第二存储器MEM2中的系列距离值。当在第二存储器MEM2中存在的各个距离值DV可以直接与在第一存储器MEM1中存在的各个像素PX 相关联时便是这种情况，正如此前提到的。倘若各个距离值DV不能直接与各个像素PX相关联，则融合模块FUS可以借助于在第二存储器MEM2中存在的距离值DV之间的内插或外推或这二者，而创建深度图DM。这样的内插和外推在功能上可被看作为等同于此前提到的表格。

图5举例说明画面PI的一部分和与画面PI相关联的深度图DM的对应部分，它们联合构成3-D画面。该画面包括借助于具有深灰色填充的相对较小的圆来代表的各种像素PX。这些像素PX按行和按列被组织，行和列在图5上被编号。也就是，像素具有定义像素位置的行号和列号的唯一的组合。深度图DM包括借助于具有浅灰色填充的相对较大的圆来代表的各种深度指示值DI。例如，图5举例说明深度图DM具有与画面上有四个像素的左上块相关联的左上方的深度指示值DI，这四个像素即具有位置(1,1);(1,2);(2,1);(2,2)的像素，由此这些位置用由逗号分隔开的行号和列号来表示。

图5举例说明深度指示值将DI施加到四个像素PX的群。也就是，四个相邻的像素共享相同的深度指示值。因此，如图5所例示的深度图DM具有的分辨率是画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。这仅仅是一个例子；深度图DM的分辨率例如也可以是画面分辨率的十六分之一。深度图DM具有比起画面分辨率更低的分辨率的优点在于：可以说，为了测量距离而必须扫描的方向较少。也就是，深度图DM的分辨率越低，定向距离测量装置DDM每单位时间必须生成的距离值DV的数目越低。这放宽了对于定向距离测量装置DDM的要求。

有可能通过使用在画面中所包含的信息，而有效地增加深度图的分辨率。以编号WO 2007/132397之名公布的国际专利申请描述了这样的技术。例如，假设画面包括具有给定的轮廓的目标，该轮廓用亮度值或色度值或这二者的改变来标记。因此有可能在画面上识别这个轮廓，以及，可以说，把这个轮廓映射到更高分辨率深度图。作为一般规则，深度指示值的改变应当对应于亮度值或色度值或这二者的改变。

图5所例示的深度图DM的深度指示值DI可以对应于由定向距离测量装置DDM提供的距离值DV。也就是，深度指示值可以直接表达在虚拟观察者（其对应于3-D画面捕获系统PCS）与目标（其至少部分地由深度指示值所施加到的像素来代表）之间的距离。替换地，深度指示值可以根据视差来表达。距离值可以通过包括各种参数（所述参数包括屏幕宽度和典型的观看距离）的预定义的方程而被转换成视差值，且反之亦然。例如，图4所例示的融合模块FUS可以实施这个方程，以便得到包括视差值的深度图。

假设深度图DM对应于被存储在第二存储器MEM2中的系列距离值DV，正如此前提到的和在图4所例示的。在那种情形下，融合模块FUS可以从在其中存储画面PI的第一存储器MEM1读取像素PX或一组像素。为此，融合模块FUS把对应于该像素PX的位置或所涉组中的像素的各个位置的一个或更多个读地址AR1施加到第一存储器MEM1。

随后，无论哪一个施加，融合模块FUS都可以从第二存储器MEM2读取施加到上述像素PX或上述像素组的距离值DV。为此，融合模块FUS把在其下存储距离值DV的读地址AR2施加到第二存储器MEM2。这后一个读地址AR2与在其下存储所涉及的一个或更多个像素的、前述的一个或更多个读地址AR1相关联。这个关联可以是相对简单的。例如，图5所例示的各个像素位置可被看作为融合模块FUS施加到第一存储器MEM1的各个读地址AR1。各个深度指示值DI具有在深度图DM内的各自的位置，其可被看作为融合模块FUS施加到第二存储器MEM2的各个读地址AR2。

图6举例说明天线和照相机传感器模块AM-CCD，当定向距离测量装置DDM被应用于如图4所例示的3-D画面捕获系统PCS时，该天线和照相机传感器模块可以有利地替代图1和2所例示的天线模块AM。天线和照相机传感器模块AM-CCD可以类似于图2所例示的天线模块AM，只是位于中心的四个天线用照相机传感器CCD替代。这个照相机传感器可以是图4所例示的照相机传感器CCD。天线和照相机传感器模块AM-CCD因此包括基底SUB，它可以类似于此前讨论的、图2所例示的天线模块AM的基底。基底SUB配备有照相机传感器CCD和围绕照相机传感器CCD的多个天线ANT。能够产生3-D画面的Webcam可以借助于图6所例示的天线和照相机传感器模块AM-CCD来实现。这样的3-D Webcam可以是相对便宜的，特别是因为用于定向距离测量装置的天线ANT可以与照相机传感器CCD一起被集成在单个基底上。

结论性备注

以上参照附图的详细描述仅仅是举例说明本发明和在权利要求中限定的附加特征。本发明可以以许多不同的方式来实现。为了举例说明这一点，概略地指示某些替换例。

本发明可被应用来在涉及到距离测量、尤其是用于生成场景的三维表示的许多类型的产品或方法中获益。这个三维表示可以具有例如视频或静止画面——也就是3-D视频或3-D照片的形式。

有许多实现按照本发明的距离测量装置的方式。例如，可以提供两组不同的天线:一组特别地打算用于发射，另一组特别地打算用于接收。对于发射和接收，可以使用不同的定向天线方向图。例如，可以发射相对较宽的波束，可以说，它照射整个感兴趣的场景。然后，可以通过提供在不同方向上具有最大值的、不同的定向天线方向图来仅仅用于接收，从而得到定向距离测量。测量可包括基于多普勒频移效应的定向速度测量。在其上提供天线的基底可以具有弯曲的形状，以便允许在相对较大的各种各样的方向上的距离测量。这样的基底可以具有例如可弯的柔性箔的形式。

按照本发明的距离测量装置不需要以时分复用方式运行。例如，参照图1，距离确定模块DD可以被调整成使得调频的连续波被施加到波束形成模块BF。为此，距离确定模块DD可包括频率可控制的振荡器，它接收扫描信号作为频率控制信号。这个扫描信号例如可以是三角形的或锯齿形的。距离测量装置DDS还可配备有环行器，它有效地分隔开发射信号和接收信号。因此，可以实行距离测量，而同时发射信号和接收信号，接收的信号是反射。发射模式和接收模式可以同时发生；发射步骤和接收步骤可以同时实行。

有许多定义对于各个天线的各个幅度和相位关系的方式。图3举例说明了例子，对其有许多替换例。例如，可以使用所谓的正交振荡器来提供互相移相90⁰的一对信号。想要的相位可以通过使用适当的加权因子来组合这些信号而被定义。作为另一个例子，可以使用所谓的多相滤波器以便得到一对信号，其互相移相90⁰，并且可用适当的加权因子进行组合。各个幅度和相位关系也可以在数字域中——也就是借助于数字电路来定义。载波可以在数字域中被生成和处理，并被转换成模拟信号，该模拟信号在发射模式下直接施加到天线。

术语“画面”应当广义地被理解。该术语包括允许视觉呈现的任何实体，诸如像图像、帧、或场。

广义上来说，有许多借助于硬件或软件或二者的组合而实现功能实体的方式。在这方面，附图是非常概略的。虽然附图把不同的功能实体显示为不同的块，但这绝不排除这样的实施，即其中单个实体实行几个功能，或其中几个实体实行单个功能。例如，参照图4，读出模块RO、控制器CRTL、深度扫描控制器DSC、第一存储器MEM1、第二存储器MEM2、和融合模块FUS、以及定向距离测量装置DDM的单元可以共同地借助于适当地编程的处理器或专用处理器，以包括所有这些功能实体的集成电路的形式来实现。

有许多存储和分发指令组的方式，该指令组也就是允许可编程电路按照本发明运行的软件。例如，软件可被存储在适当的介质，诸如，光盘或存储器电路中。其中存储有软件的介质可以作为单独的产品、或连同另外的可以执行软件的产品一起被提供。这样的介质也可以是使得软件能够被执行的产品的组成部分。软件也可以经由可以是有线、无线或混合的通信网被分发。例如，软件可以经由互联网被分发。软件可以借助于服务器而被变成可通过下载获得。下载可以是以付费为条件的。

此前所作的备注表明：参照附图进行的详细描述是举例说明而不是限制本发明。有许多属于所附权利要求的范围内的替换例。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制权利要求。单词“包括”不排除在权利要求中列出的那些单元或步骤之外的其它单元或步骤的存在。在单元或步骤前面的单词“一”或“一个”（“a”或“an”）不排除多个这样的单元或步骤的存在。仅仅是各个从属权利要求定义各个附加特征的事实不排除对应于从属权利要求之组合的附加特征之组合。

Claims

1.一种3-D画面捕获系统(PCS)，包括：

- 画面捕获装置(LS,CCD,RO,MEM1)，用于捕获二维画面(PI)；

- 距离测量装置(DDM)，其根据在发射模式下所发射的电磁信号(TB)与在接收模式下所接收的该电磁信号的反射(RB)之间的延迟，而提供距离指示(DV)，该距离测量装置包括：

- 天线模块(AM)，包括用于发射电磁信号和用于接收其反射的多个天线(ANT);

- 波束形成模块(BF)，用于定义对于天线模块中各个天线的各个幅度和相位关系，以使得天线模块在两个上述的模式的至少一个模式下提供定向天线方向图；和

- 波束形成与操纵控制模块(BC)，用于控制各个幅度和相位关系为随方向命令(DIR)而变；以及

- 深度图生成模块(DSC)，用于把各个方向命令(DIR)施加到距离测量装置(DDM)，以便为二维画面中的各个部分得到各个距离指示(DV)。

2.按照权利要求1的3-D画面捕获系统，该天线模块(AM)包括在其上提供多个天线(ANT)的基底(SUB)。

3.按照权利要求2的3-D画面捕获系统，所述基底(SUB)包括印刷电路板材料。

4.按照权利要求1的3-D画面捕获系统，该波束形成模块(BF)包括增益/相位调节电路(GPC)，该增益/相位调节电路包括：

- 一对具有不同长度的传输线(TL1、TL2)，用于响应于输入信号(IS)而提供第一延迟信号(DS1)和第二延迟信号(DS2);

- 一对增益可控制的电路(GC1、GC2)，用于分别响应于第一延迟信号和第二延迟信号而提供第一增益调节的延迟信号(ADS1)和第二增益调节的延迟信号(ADS2)；以及

- 信号组合器(CMB)，用于组合第一增益调节的延迟信号和第二增益调节的延迟信号，

- 波束形成与操纵控制模块，其被安排成控制在由各个增益可控制的电路提供的各个增益之间的比值。

5.按照权利要求1的3-D画面捕获系统，其中所述距离检测模块(DD)被安排成生成波长范围被包括在1厘米与1毫米之间的载波，该载波形成被发射的电磁信号(TB)的组成部分。

6.按照权利要求1的3-D画面捕获系统，其中二维画面的为其得到各自的距离指示(DV)的各个部分包括几个像素(PX)。

7.按照权利要求1的3-D画面捕获系统，其中深度图生成模块(DSC)适于为画面捕获装置中的不同透镜设置值来提供不同的各自的方向命令(DIR)。

8.按照权利要求2的3-D画面捕获系统，其中画面捕获装置包括照相机传感器(CCD)，该照相机传感器连同天线模块(AM)的多个天线(ANT)一起被提供在基底(SUB)上。

9.一种3-D画面捕获的方法，包括：

- 画面捕获步骤，在该步骤中捕获二维画面(PI)；以及

- 深度图生成步骤，在该步骤中对于各个方向命令(DIR)实行以下步骤多次，以便得到对于二维画面中各个部分的各个距离指示(DV)：

- 发射步骤，在该步骤中发射电磁信号(TB)；

- 接收步骤，在该步骤中接收所述电磁信号的反射 (RB)；

- 距离确定步骤，在该步骤中，根据在发射步骤中所发射的电磁信号与在接收步骤中所接收的该电磁信号的反射之间的延迟，而提供距离指示(DV)；以及

- 波束形成步骤，在该步骤中，定义对于天线模块(AM)中各个天线(ANT)的各个幅度和相位关系，以使得天线模块在以下的两个上述步骤：发射步骤和接收步骤的至少一个步骤中提供定向天线方向图。