CN111033300B - 用于确定至少一项几何信息的测距仪 - Google Patents

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Abstract

用于确定至少一项几何信息的测距仪提供了用于确定关于至少一个对象(112)的至少一项几何信息的测距仪(110)。测距仪(110)包括：‑至少一个照射源(114)，其适于生成至少一个照射图案(116)，其中，所述照射源(114)适于用所述照射图案(116)在倾斜角度下照射所述对象(112)；‑至少一个光学传感器(118)，其具有至少一个感光区(120)，其中，所述光学传感器(118)被设计为响应于由源自所述对象(112)的至少一个反射图案(124)对其感光区(120)的照射而生成至少一个图像矩阵(122)；‑至少一个评估装置(126)，其被配置为通过在假设所述反射图案(124)中存在至少一个几何构象(128)的情况下评估所述图像矩阵(122)来根据所述反射图案(124)确定关于所述对象(112)的所述几何信息。

Description

用于确定至少一项几何信息的测距仪
技术领域
本发明涉及用于确定关于至少一个对象的至少一项几何信息的测距仪、方法以及该测距仪的用途。根据本发明的装置、方法和用途具体地可用于例如以下各种领域：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、文件或技术目的数字摄影或视频摄影；医疗技术或科学。但是，其它应用也是可能的。
背景技术
众所周知，测距仪例如通过使用飞行时间(ToF)信息来测量从装置到目标的距离。
此类装置的示例包括BOSCH GLM40。特别地，US 7,855,778 B2描述了一种与激光测距仪一起使用的设备，该激光测距仪被配置为将激光束朝向场景引导以测量到场景中目标的距离，并且具有用于显示数据的测距仪显示器，该数据包括指示到目标的距离的数据，其中，该设备包括：保护性壳体；位于壳体中的相机模块，该相机模块包括安装在壳体前端部分中的透镜，以及通过透镜到图像传感器的光路；可操作地连接到相机模块以接收由相机模块捕获的图像的图像传感器；用于选择性地存储来自图像传感器的图像的数据的电子存储器；用于控制图像传感器和存储器的操作的电路；位于壳体中的相机，其可操作地连接到图像传感器以接收图像数据并提供图像的视觉显示；以及用于将图像数据存储在存储器中的开关。
例如，US 2002/075471 A1描述了一种用于测量对象的距离和位置的系统和方法。该系统包括以公知的配置对准的光信号发生器，用于将二维几何图形投射到待测量的对象上或投射到附着在该对象上的目标上。该系统获取所投影图形的图像，确定该图形的精确几何形状(例如，面积或圆周)，并基于该几何形状与激光标线器的已知配置的比较来计算到对象的距离。本发明同时确定对象的相对X和Y位置，从而给出准确的X、Y和Z坐标。
然而，在不进行进一步操作的情况下，使用这些装置不可能确定独立对象的宽度。例如，测距仪需要放置在对象的一侧，而另一辅助目标则保持在对象的另一侧，以便可以确定到辅助目标的距离。因此，通常需要存在一种不需要另外的辅助目标也可进行测量的测距仪。另外，诸如在对象不应被触摸或难以进入的商店、施工场地等中，无直接接触的测量将是期望的。
此外，基于三角测量的距离测量装置是已知的。然而，该基于三角测量的距离测量装置生成高度依赖于测量装置和对象的相对位置的深度信息，以使得使用移动测距仪对独立对象进行距离测量可能导致高度不确定性，或者甚至错误的结果。
另外，像素化的ToF相机和立体相机会生成大量信息，以使得评估、处理和使用需要低计算需求的移动装置非常具有挑战性。例如，US2008/240502 A1和US 2010/118123 A1描述了用于对对象进行构图的设备，该设备包括照射组件，该照射组件包括包含固定的斑点图案的单个透明体。光源用光辐射透照单个透明体，从而将图案投射到对象上。图像捕获组件使用单个透明体捕获投射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，以便重建对象的三维(3D)图。
US 2008/106746 A1描述了一种用于构图的方法，该方法包括将具有各自位置和形状的多个斑点的图案投射到对象上，以使得图案中的斑点的位置不相关，而其形状共享共同特征。捕获并处理对象上的斑点图像，以便导出对象的三维(3D)图。
US 2016/377417 A1描述了一种用于量尺寸的3D扫描仪，该扫描仪具有两个投影仪以投射两种不同的光图案。基于对特定对象的扫描要求，可以使用两个投射图案之一来获取关于对象的形状的信息。此形状信息用于获取对象的尺寸。
因此，对于移动应用而言，需要处理尽可能少的信息。然而，在单一尺寸的ToF装置中记录的信息太少是不利的，因为距离测量取决于倾斜角度。
本发明解决的问题
因此，本发明的目的是提供面对已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体地，本发明的目的是提供能够以减少的工作量可以可靠地确定关于对象的几何信息的装置和方法。
发明内容
该问题由具有独立专利权利要求的特征的本发明来解决。在从属权利要求和/或以下说明书和具体实施例中呈现本发明的可单独地或组合地实现的有利进展。
如下文所使用的，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任何语法变体以非排他性的方式使用。因此，这些术语可以指除了由这些术语引入的特征之外，在此上下文中描述的实体中不存在其它特征的情形，也可以指存在一个或多个其它特征的情形。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”可以指A中除了B之外不存在其它要素(即，A仅仅且排他性地由B组成)的情形，也可以指实体A中除了B之外还存在一个或多个其它要素的情形，诸如还存在要素C、要素C和D、或者甚至其它要素的情形。
此外，应注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或者指示特征或要素可以存在一次或多于一次的类似表述通常将仅在引入相应的特征或要素时使用一次。在下文中，在多数情况下，当提及相应的特征或要素时，不会重复“至少一个”或“一个或多个”的表述，但是承认相应的特征或要素可以存在一次或多于一次的事实。
此外，如下文所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语可以与可选特征结合使用，而不限制其它可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选的特征，并不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如技术人员将认识到的，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在为可选的特征，而对本发明的替代实施例没有任何限制，对本发明的范围没有任何限制，并且关于对以此方式引入的特征与本发明的其它可选的或非可选的特征的组合的可能性没有任何限制。
在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定关于至少一个对象的至少一项几何信息的测距仪。如本文所使用的，术语“对象”通常指任意塑造或设计的测量对象，特别是对象的点或区域。对象可以包括至少一个壁和/或至少一个开口和/或至少一个边缘和/或至少一个体积和/或至少一个特征形状和/或至少一个建筑构件和/或至少一件家具和/或至少一个包装和/或至少一个包裹和/或至少一个封装和/或至少一个罐和/或至少一个凸几何形状和/或至少一个容器和/或至少一个容纳箱。如本文所使用的，术语“几何信息”指关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置和/或取向的至少一项信息。几何信息可以包括以下至少一者：关于至少一个对象的至少一项范围信息；关于至少一个对象的至少一项空间信息；关于至少一个对象的至少一项角度信息。几何信息可以暗示对象的至少一个点和测距仪之间的至少一个距离。该距离可以是纵向坐标，或者可以有助于确定对象的纵向坐标。范围信息可以包括从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于对象的面积(extent)的信息；关于对象的尺寸的信息；关于对象的大小的信息；关于对象的形状特征的信息；关于对象的形状类别的信息；关于对象的体积的信息；关于对象和至少一个其它对象之间的距离的信息；关于对象的两个部分之间的距离的信息。角度信息可以包括关于至少一个空间角度的信息，例如，关于对象的至少两个壁或至少两个边缘之间的至少一个角度的信息。几何信息可以是从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的至少一个空间角度的信息；关于至少一个表面的至少一个曲度的信息；关于至少两个边界之间的至少一个范围的信息；关于至少一个对象的至少一个尺寸的信息；关于至少一个对象的至少一个形状的信息；关于至少一个对象的至少一个体积的信息。
附加地或替代地，测距仪可以适于确定有关对象和/或对象的至少一部分的位置和/或取向的一项或多项其它信息。作为示例，附加地或替代地，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。因此，几何信息可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵向坐标。附加地或替代地，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。附加地或替代地，几何信息可以暗示对象的至少一项取向信息，该取向信息指示对象在空间中的取向和/或相对于测距仪的取向的取向。
所述测距仪包括：
-至少一个照射源，其适于生成至少一个照射图案，其中，所述照射源适于用所述照射图案在倾斜角度下照射所述对象；
-至少一个光学传感器，其具有至少一个感光区，其中，所述光学传感器被设计为响应于对源自所述对象的至少一个反射图案对其感光区的照射而生成至少一个图像矩阵；
-至少一个评估装置，其被配置为通过在假设所述反射图案中存在至少一个几何构象的情况下评估所述图像矩阵来根据所述反射图案来确定关于所述对象的所述几何信息。
如本文所使用的，术语“测距仪”指适于确定对象距离、空间角度、对象形状、对象尺寸、对象体积和对象范围中的至少一者的装置。测距仪可以是便携式的。测距仪可以是可由用户指向诸如至少一个壁和/或至少一个边缘等之类的对象的手持装置。测距仪可以包括容纳照射源、光学传感器和评估装置中的一者或多者的至少一个壳体。虑到运输或测量过程中跌落或碰撞造成的损坏，壳体可以适于保护照射源和/或光学传感器和/或评估装置。测距仪可以包括至少一个显示装置，该显示装置适于向用户显示几何信息和/或其它信息，例如，显示一系列可能的几何构象和/或反射图案和几何构象的匹配结果。测距仪可以包括至少一个用户接口，诸如至少一个按钮和/或触摸显示器和/或语音控件，其允许用户输入数据和/或控制测距仪，和/或打开和/或关闭测距仪，和/或调整照射源的至少一个特性，和/或选择几何构象。测距仪可以包括到诸如计算机或移动电话之类的其它装置的接口。该接口可以是无线接口。测距仪可以包括至少一个电源，例如可再充电电源。
如本文所使用的，术语“照射源”指适于生成至少一个照射图案的装置。测距仪可被配置为使得照射图案从测距仪，特别是从壳体的至少一个开口，沿着和/或平行于测距仪的光轴朝向对象传播。为此，测距仪可以包括至少一个反射元件，优选地包括至少一个棱镜，用于使照射图案偏转，以使得照射图案沿着或平行于光轴传播。具体地，照射源可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。附加地或替代地，可以使用非激光源，诸如LED和/或灯泡。如本文所使用的，术语“图案”指包括至少一个任意形状的特征的任意已知的或预定的布置。图案可以包括多个特征。图案可以包括周期性或非周期性特征的布置。如本文所使用的，术语“照射图案”是指由照射源生成的图案，照射源适于取决于照射图案照射对象的至少一部分。照射图案可以表现出从包括以下各项的组中选择的至少一个照射特征：至少三个点；至少四个点；至少一条线；至少两条线，诸如平行线或相交线；至少一个点和一条线。术语“表现出至少一个照射特征”指照射图案包括照射特征，或包括包含照射特征的至少一个特征。例如，照射图案可以包括照射区域，其中该区域的边缘或轮廓可被视为照射特征。例如，照射图案可以包括至少一个参考符号，其中，诸如外轮廓之类的轮廓可被视为照射图案。照射图案可以包括至少一个棋盘图案，其中，棋盘的边缘可被视为照射特征。棋盘图案可以包括点和线。例如，照射源可以适于生成和/或投射点云。照射源可以包括以下各项中的一者或多者：至少一个光投射器、至少一个数字光处理(DLP)投影仪、至少一个LCoS投影仪、至少一个空间光调制器、至少一个衍射光学元件、至少一个发光二极管阵列、至少一个激光源阵列。例如，照射图案可以包括至少一个条纹图案。照射源可以适于生成至少一个条纹图案。特别地，照射源可以包括至少一个条纹投影仪，该条纹投影仪可以适于通过条纹投影来生成。条纹图案可以包括相同或不同尺寸的条纹。条纹图案可以包括至少一个格雷码。条纹图案的条纹可以彼此平行地对齐或彼此合并。条纹图案可以包括任意的2D结构。照射源可以包括适于直接生成照射图案的至少一个光源。例如，照射源可以包括至少一个激光源，诸如，至少一个线激光器。线激光器可以适于向对象发送激光线，例如，水平或垂直激光线。照射源可以包括多个线激光器。例如，照射源可以包括至少两个线激光器，这两个线激光器可被布置为使得照射图案包括至少两条平行线或相交线。作为线激光器的补充或替代，照射源可以包括至少一个光投射器，该光投射器适于生成点云，以使得照射图案可以包括多条线和/或多个点。照射源可以包括至少一个掩模，该掩模适于根据由照射源生成的至少一个光束生成照射图案。照射图案可以包括在至少一个方向上封闭的至少一个照射特征。例如，照射特征可以包括至少一个轮廓，诸如外轮廓。
照射图案可以包括具有至少两个不同波长的至少两个特征。照射图案的至少一个第一特征可以具有在可见光范围内的波长，并且照射图案的至少一个第二特征可以具有在红外光范围内的波长。照射源可以包括适于生成具有至少两个不同波长的至少一个光束的至少两个光源和/或适于生成具有至少两个不同波长的至少一个光束的至少一个光源。例如，第一特征可以包括至少一个线图案，从而在对象上在可见光范围内生成至少一个线照射，而第二特征可以包括至少一个线图案，从而在红外光范围内生成至少一个线照射。这样的照射图案允许在对象上看到减少的照射图案，并且简化测距仪相对于对象的定位。
如本文所使用的，术语“射线”通常指垂直于光波前的线，其指向能量流的方向。如本文所使用的，术语“束”通常指射线的集合。在下文中，术语“射线”和“束”将用作同义词。如本文进一步使用的，术语“光束”通常指一定量的光，具体地是基本上在同一方向上行进的一定量的光，包括光束具有发散角或扩大角的可能性。具体地，照射源可以适于生成包括从500nm至780nm，最优选地从650nm至750nm或从690nm至700nm的可见光谱范围内的特征的照射图案。具体地，照射源可以生成包括具体地在780nm至3.0微米的范围内，优选地在770nm至1000nm的范围内的红外光谱范围内的特征的照射图案。
照射源适于在倾斜角度下照射对象。术语“倾斜角度”指照射图案照射在对象上的空间角度。特别地，具有照射图案的特征的光束可以垂直地照射在对象上或偏离垂直取向照射在对象上。倾斜角度指相对于垂直取向的角度。倾斜角度可以是相对于垂直取向从0°到±90°的角度。
如本文所使用的，“光学传感器”通常指用于检测诸如反射图案的至少一个反射光束的光束的感光装置。如本文进一步使用的，“感光区”通常指光学传感器的可被反射光束照射的区域，响应于该照射生成至少一个传感器信号。感光区具体可以位于相应光学传感器的表面上。然而，其它实施例也是可能的。作为示例，光学传感器可以是像素化光学装置的一部分或构成像素化光学装置。作为示例，光学传感器可以是具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS装置的一部分或构成该至少一个CCD和/或CMOS装置，每个像素形成一个感光区。如本文所使用的，术语“图像矩阵”指由光学传感器生成的任意图像。如本文进一步使用的，术语“矩阵”通常指采用预定几何顺序的多个元件的布置。如将在下面进一步详细概述的，“矩阵”具体地可以是或可以包括具有一行或多行以及一列或多列的矩形矩阵。行和列具体可以以矩形的方式布置。然而需要指出，诸如非矩形布置的其它布置也是可能的。作为示例，圆形布置也是可能的，其中，元件围绕中心点以同心圆或椭圆布置。例如，矩阵可以是单行像素。其它布置也是可能的。图像矩阵可以包括由像素矩阵中的像素确定的子图像的图像内容。图像矩阵可以包括列和行。图像矩阵的使用提供了多种优点和优势。因此，例如除了确定对象的纵向坐标之外，图像矩阵的使用还允许确定对象的横向坐标。
光学传感器在紫外光谱范围、可见光谱范围或红外光谱范围中的一者或多者内是敏感的。光学传感器具体可以在红外光谱范围内，特别是在780nm至3.0微米的范围内，和/或在可见光谱范围内，特别是在380nm至780nm的范围内是敏感的。具体地，光学传感器可以在近红外区域的一部分中是敏感的，在该部分中，特别是在700nm至1000nm范围内，硅光电二极管适用。
具体地，光学传感器可以是或可以包括从包括以下各项的组中选择的至少一个元件：CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或它们的任何组合。可以使用任何其它类型的感光元件。感光元件通常可以完全或部分地由无机材料制成和/或可以完全或部分地由有机材料制成。例如，可以使用一个或多个光电二极管，诸如可商购的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。光学传感器可以包括包含独立的光学传感器的至少一个矩阵。因此，可以组成无机光电二极管的矩阵。然而，可替代地，可以使用可商购的矩阵，诸如CCD检测器(诸如CCD检测器芯片)和/或CMOS检测器(诸如CMOS检测器芯片)中的一者或多者。
因此，通常，测距仪可以包括多个光学传感器，光学传感器可以形成诸如上述矩阵的传感器阵列或者可以是诸如上述矩阵的传感器阵列的一部分。因此，作为示例，测距仪可以包括具有m行和n列的诸如矩形阵列的光学传感器阵列，其中，m、n独立地为正整数。优选地，给定多于一列和多于一行，即，n＞1，m＞1。因此，作为示例，n可以为2至16或更大，并且m可以为2至16或更大。优选地，行数与列数之比接近于1。作为示例，可以选择n和m，以使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似的值。作为示例，该阵列可以是具有相等的行数和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2、n＝2或m＝3、n＝3等。
图像矩阵具体可以是具有至少一行的，优选地具有多行的，并且具有多列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以基本垂直地定向。如本文所使用的，术语“基本垂直”指垂直取向的条件，公差为例如±20°或更小，优选地公差为±10°或更小，更优选地公差为±5°或更小。类似地，术语“基本平行”指平行取向的条件，公差为例如±20°或更小，优选地公差为±10°或更小，更优选地公差为±5°或更小。为了提供宽广的视野，矩阵具体地可以具有至少10行，优选地具有至少50行，更优选地具有至少100行。类似地，矩阵可以具有至少10列，优选地具有至少50列，更优选地具有至少100列。矩阵可以包括至少50个光学传感器，优选地包括至少100个光学传感器，更优选地包括至少500个光学传感器。矩阵可以包括数百万像素范围内的多个像素。然而，其它实施例也是可能的。因此，如上面所概述的，在期望轴向旋转对称的设置中，可以优选圆形布置或同心布置的光学传感器(也可被称为像素)的矩阵。
如上面进一步概述，优选地，光学传感器可以基本垂直于测距仪的光轴定向。同样，关于术语“基本垂直”，可以参考上面给出的定义和公差。光轴可以是直的光轴，或者可以是弯曲的，甚至是分离的，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或通过使用一个或多个分束器，其中，在后一种情况下，基本垂直地定向可以指光学设置的相应分支或光束路径中的局部光轴。
感光区具体地可以朝向对象定向。如本文所使用的，术语“朝向对象定向”通常指可以从对象处完全或部分地可见的感光区的相应表面的情况。具体地，对象的至少一点和相应的感光区的至少一点之间的至少一条相互连接的线可以与感光区的表面元件形成不同于0°的角度，诸如在20°至90°的范围内的，优选地在80°至90°的范围内的角度，诸如90°。因此，当对象位于光轴上或靠近光轴时，从对象朝向检测器传播的光束可以基本平行于光轴。如本文所使用的，术语“基本垂直”指垂直取向的条件，公差为例如±20°或更小差，优选地公差为±10°或更小，更优选地公差为±5°或更小。类似地，术语“基本平行”是平行取向的条件，公差为例如±20°或更小，优选地公差为±10°或更小，更优选地公差为±5°或更小。
如本文所使用的，术语“反射图案”指响应于由照射图案的照射，由对象特别是通过在对象表面处反射或散射照射而生成的响应图案。反射图案可以包括与照射图案的至少一个特征相对应的至少一个特征。与照射图案相比，反射图案可以包括至少一个畸变图案，其中，畸变取决于对象的距离，诸如对象的表面特性。
如本文进一步使用的，术语“评估装置”通常指适于执行所提到的操作的任意装置，优选地通过使用至少一个数据处理装置，更优选地通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路来执行所提到的操作的任意装置。因此，作为示例，至少一个评估装置可以包括其上存储有包括多个计算机命令的软件代码的至少一个数据处理装置。评估装置可以提供用于执行所提到的操作中的一者或多者的一个或多个硬件元件和/或可以提供上面运行有用于执行所提到的操作中的一者或多者的软件的一个或多个处理器。
评估装置被配置为通过在假设在反射图案中存在至少一个几何构象的情况下评估图像矩阵来根据反射图案确定关于对象的几何信息。评估装置可被配置在反射图案中存在对象的至少一个几何构象的情况下，通过评估图像矩阵来根据反射图案确定关于对象的几何信息。如本文所使用的，术语“几何构象”指任意的一维、二维或三维形状或图形。几何构象可以是从包括以下各项的组中选择的至少一个构象：至少一个平面；至少一条直线；至少一个边界；至少一个边缘；至少一个几何形状；至少一个曲度；至少一个凸几何形状。术语“曲度”指半径、直径、弯曲、凸曲度和凹曲度中的一者或多者。术语“凸几何形状”是指具有向外延伸的至少一个表面或至少一条线的形状。
几何构象的假设可以包括有关带测量的对象或场景的特定空间布置的假设，诸如有关真实世界中对象的空间布置的假设。关于对象的几何信息的评估可以基于该假设。例如，如果待测量的对象是边缘，则有关空间布置的假设可以是两个相交的平面。该假设可被用作确定例如对象的角度的基础。该假设可直接影响评估和分析的结果。例如，如果以不适当的假设为基础，则评估和分析可能生成不正确的测量结果。
例如，可以将几何构象假设为至少一个第一表面和至少一个第二表面。几何信息可以是关于在至少两个表面之间的至少一个空间角度的信息。照射图案可以包括适于在至少一个第一表面上限定至少一个第一平面的至少一个第一照射图案和适于在至少一个第二表面上限定至少一个第二平面的至少一个第二照射图案。评估装置可被配置为确定照射特征中的每一者的位置。评估装置可以适于确定包括与至少一个第一照射图案相对应的反射图案的第一平面，以及包括与至少一个第二照射图案相对应的反射图案的第二平面。如将在下面详细概述的，评估装置可以适于确定至少一个第一平面和至少一个第二平面之间的空间角度。
例如，可以将几何构象假设为至少一个第一边界和至少一个第二边界。几何信息可以是关于至少两个边界之间的至少一个范围的信息。照射图案可以包括适于限定至少一个第一边界的至少一个第一照射图案和适于限定至少一个第二边界的至少一个第二照射图案。评估装置可被配置为确定照射特征中的每一者的位置。评估装置可以适于确定包括与至少一个第一照射图案相对应的反射图案的第一边界，以及包括与至少一个第二照射图案相对应的反射图案的第二边界。如将在下面详细概述的，评估装置可以适于确定至少两个边界之间的范围。
例如，可以将几何构型假设为至少一个圆柱面。几何信息可以是关于至少一个半径和至少一个取向的信息。照射图案可以适于限定至少一个圆柱面。例如，照射图案可以包括限定圆柱面的四个点。评估装置可被配置为确定照射特征中的每一者的位置。评估装置可以适于确定包括与至少一个照射图案相对应的反射图案的圆柱面。评估装置可以适于确定至少两个边界之间的范围。
评估装置可以包括至少一个存储装置。存储装置可以包括潜在几何构象的至少一个数据库和/或查找表。几何构象可以由用户和/或由评估装置选择。例如，用户可以选择至少一种特定模式，在该模式中假设反射图案中存在至少一个特定几何构象。具体地，用户可以基于用户对至少一个几何构象的选择来选择至少一种特定模式。例如，用户可以选择“边缘模式”，在该模式中评估装置假设反射图案中存在至少一个边缘。例如，用户可以选择“曲度模式”，在该模式中装置假设反射图案中存在至少一个曲度，诸如圆柱箱的表面等。例如，用户可以选择“凸几何形状”模式，在该模式中装置假设反射图案中存在至少一个凸几何形状，诸如球体、矩形箱等。诸如线模式、宽度模式、角度模式、对象尺寸模式、对象类型模式等之类的其它模式也是可能的。附加地或替代地，评估装置可以适于分析反射图案以及确定和/或提出和/或选择至少一个几何构象，例如，最佳匹配的构象。评估装置可以适于确定最佳匹配的几何构象。例如，评估装置可以适于顺序地(例如，随机地或以特定顺序地)选择潜在的几何构象，并且可以确定潜在的几何构象和反射图案的特征之间的匹配质量。在匹配质量高于预先确定或预先定义的匹配阈值的情况下，可以将潜在的几何构象选择为最佳匹配的几何构象。
如本文所使用的，术语“假设”指在假设下考虑和/或预设和/或评估图像矩阵中的一者或多者。如本文所使用的，术语“存在的几何构象”指以下事实：存在至少一个几何构象和/或可以根据图像矩阵来确定至少一个几何构象。评估装置可以适于根据图像矩阵来确定几何信息。评估装置可以适于根据单个图像矩阵来确定几何信息。特别地，与需要附加信息的方法，诸如，需要诸如相机之类的检测器和/或诸如堆叠之类的不仅仅是图像矩阵的位置的方法相比，评估装置可以适于特别是在无需任何附加信息的假设图像矩阵中存在几何构象的情况下基于图像矩阵确定几何信息。评估装置可以适于独立于用户的位置来确定几何信息。
如上面所概述的，照射源可以适于以图案化的方式照射对象，以使得与响应于完全照射的对象而生成的反射图像相比，背景消减之后的图像矩阵包括减少的照射的图像区域的量。因此，与使用整个图像的已知方法相比，测距仪可以允许使用减小的深度图。特别地，包括深度信息的图像矩阵的像素量可以小于图像矩阵的总像素量的50％，优选地小于25％，更优选地小于5％。特别地，包括评估装置用于确定几何信息的深度信息的图像矩阵的像素量可以小于不包括深度信息的图像矩阵的像素量。这样可以减少计算时间和功耗。
评估装置可以适于定位和/或识别图像矩阵中的至少一个特征。评估装置可以适于根据图像矩阵来确定和/或检测至少一个特征。评估装置可以适于在图像矩阵中搜索潜在的几何构象。评估装置可以适于选择至少一个几何构象和/或用户可以选择至少一个几何构象。评估装置可以适于在图像矩阵中确定和/或识别假设的几何构象。评估装置可以适于使假设的几何构象与图像矩阵的至少一个特征匹配。评估装置可以适于执行至少一项图像分析和/或图像处理，以便识别假设的构象。图像分析和/或图像处理可以使用至少一种特征检测算法。图像分析和/或图像处理可以包括以下各项中的一者或多者：筛选；选择至少一个感兴趣的区域；反转图像矩阵；背景校正；背景消减；在不同时间创建的图像矩阵之间形成差异图像；分解成彩色通道；分解成色调、饱和度以及亮度通道；阈值处理；创建二进制图像。感兴趣区域可以由用户手动确定或可以诸如通过识别图像矩阵内的几何构象来自动确定。评估装置可以适于搜索图像矩阵和/或比较图像矩阵和所选择的几何构象并且在图像矩阵中定位几何构象。例如，评估装置可以确定在图像矩阵的每一列中的具有最高的表示相应像素的照度的像素值的至少一个像素。评估装置可以适于针对像素矩阵的每一列来确定取决于最高像素值至少一个阈值。阈值可以是从最高像素值的0.5倍到最高像素值的0.99倍的值。例如，阈值可以是最高像素值的0.95倍。评估装置可以适于确定在每一列中的具有大于或等于相应阈值的像素值的像素。评估装置可以适于确定至少一个二进制图像。评估装置可以适于标记和/或确定在每一列中的具有大于或等于相应阈值的像素值的像素。此外，在假设存在所选择的几何构象的情况下，评估装置可以适于取消选择和/或划定和/或去除在每一列中具有不合理的像素值，特别是不明确的像素值的像素。例如，如果所选择的几何构象是水平线并且图像矩阵在一列中包括大于或等于该列的阈值的一个以上的像素，则可以取消选择和/或划定和/或去除阈值以上的所有不明确的像素，不再进一步考虑它们。评估装置可以适于在像素强度之间进行插值，以进一步提高识别最大值的可能位置的准确性。
测距仪可以适于确定至少一个非图案化图像矩阵。评估装置可以适于使用非图案化图像矩阵从图像矩阵中去除由环境光和/或背景光造成的影响。例如，测距仪可以适于用不活动(inactive)的照射源来确定和/或记录至少一个的图像矩阵，表示为非图案化图像矩阵。可以在响应于反射图案而生成图像矩阵之后或之前的最短时间内确定和/或记录非图案化图像矩阵。评估装置可以适于从响应于反射图案而生成的图像矩阵(也被表示为图案化图像矩阵)中消减非图案化图像矩阵。可以确定非图案化图像矩阵，以使得测距仪与响应于反射图案而生成的图像矩阵的位置相比位于相同的位置。评估装置可以适于重建和/或考虑确定的非图案化图像矩阵和响应于反射图案而生成的图像矩阵之间的移动。因此，评估装置可以适于将非图案化图像矩阵的至少一个特征与响应于反射图案而生成的图像矩阵的对应的特征进行匹配，以及使非图案化图像矩阵移位，以使得匹配的特征对齐。
评估装置可以适于确定沿着至少一个横向轴，例如沿着x轴和/或沿着y轴的至少一个距离分布。如本文所使用的，术语“距离分布”指纵向坐标沿着横向轴的分布。
评估装置可以适于通过使用光切处理来确定对象的纵向坐标。评估装置可以适于根据所定位和/或所识别的图像矩阵的特征中的每一者的行高来确定纵向坐标。评估装置可以适于针对所定位和/或所识别的图像矩阵的特征中的每一者来确定高度位置h和角度α，其中，h对应于图像矩阵中的y位置，其对应于图像矩阵中的行，角度α其可以是对应于图像矩阵中的x位置的并且对应于图像矩阵中的列的角度。评估装置可以适于根据 来确定距离z，其中，h∞与无限远处的对象的图像矩阵中的行高相对应，并且c0是常数。评估装置可以适于逐列确定z并确定沿着x轴的距离分布。评估装置可以适于通过根据x＝z·tan(α)确定x分量来确定对象的位置。y分量可以在极平面内延伸，并且可以取决于照射源、可选的传送装置和传感器元件的相对位置。评估装置可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。
评估装置可以适于通过导出商信号来确定对象的纵向坐标z，其中，x是横向坐标，A1和A2是图像矩阵中反射图案的不同区，以及I(x)表示图像强度。测距仪可以包括至少一个传送装置，并且光学传感器可以定位在传送装置的焦距处。照射图案可以包括至少一个特征，该特征被设计和布置为使得反射图案的对应特征在图像矩阵中被分割。A2可以对应于图像矩阵中包括基本中心信息的该特征区，而A1可以对应于包括基本边缘信息的区。如本文所使用的，术语“基本中心信息”通常指与中心信息的比例(即，对应于中心的强度分布的比例)相比，边缘信息的比例较低(即，对应于边缘的强度分布的比例)。优选地，中心信息具有边缘信息的比例小于10％，更优选地小于5％，最优选地，中心信息不包括边缘内容。如本文所使用的，术语“基本边缘信息”通常指与边缘信息的比例相比，中心信息的比例较低。边缘信息可以包括整个特征的信息，特别是来自中心区域和边缘区域的信息。边缘信息可以具有中心信息的比例小于10％，优选地小于5％，更优选地，边缘信息不包括中心内容。如果特征的至少一个区靠近或围绕中心并且包括基本中心信息，则可以将该特征的至少一个区确定和/或选择为A2。如果特征的至少一个区包括来自从特征的中心区进一步向外延伸到特征的边缘区域的区域中的至少一部分，则该特征的至少一个区可被确定和/或选择为A1。在图像矩阵中，每一列可以包括中心区中的强度的中心信息和来自从特征的中心区进一步向外延伸到特征的边缘区域的区域中的强度的边缘信息。
特别地，照射图案可以表现出至少一个点。A1可以与具有对应反射图案中的至少一个点的整个半径的区相对应。A2可以是对应反射图案中的至少一个点的中心区。中心区可以是恒定值。中心区可以具有一个与整个半径相比的半径。例如，中心区的半径可以具有从0.1至0.9的整个半径，优选地具有从0.4至0.6的整个半径。
商q可以通过使用各种手段来确定。作为示例，可以使用并且可以在评估装置中实现用于导出商的软件手段和/或用于导出商的硬件手段。因此，作为示例，评估装置可以包括至少一个除法器，其中，该除法器被配置用于导出商。除法器可以完全或部分地实现为软件除法器或硬件除法器中的一者或全部两者。
评估装置可被配置为使用商信号q和纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定纵向坐标。该预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析推导关系中的一者或多者。评估装置可以包括用于存储诸如查找列表或查找表的预定关系的至少一个数据存储装置。评估装置可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。关于商信号的确定和评估，参考于2016年10月17日提交的EP 16199397.7，其全部内容通过引用并入此文。
在一个实施例中，光学传感器可以包括至少一个纵向光学传感器阵列，每个纵向光学传感器具有至少一个传感器区域，其中，纵向光学传感器中的每一者被设计为以取决于反射图案的反射光束对传感器区域的照射的方式来生成至少一个纵向传感器信号。在给定相同的总照射功率的情况下，纵向传感器信号可以取决于反射光束在传感器区域中的束横截面。评估装置可被设计为通过评估纵向传感器信号来生成关于对象的纵向位置的至少一项信息。关于光学传感器的设计和实施例，例如可以参考WO2012/110924 A1、WO 2014/097181 A1或WO 2016/120392 A1。如本文所使用的，纵向光学传感器通常是被设计为以取决于光束对传感器区域的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号的装置，其中，在给定相同的总照射功率的情况下，纵向传感器信号取决于光束在传感器区域中的束横截面。评估装置可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。
评估装置可以适于评估所确定的距离分布。具体地，评估装置可以适于根据距离分布来确定对象的位置，特别是沿着至少一个横向坐标x和/或y的特定位置处的纵向坐标z，和/或确定空间角度和/或范围，诸如，对象的宽度。评估装置可以适于在评估距离分布，在假设图像矩阵包括至少一个几何构象的情况下，至少一个几何构象诸如为至少一个平面和/或至少一个线性形状和/或至少一个线性边缘。具体地，评估装置可以适于将距离分布精简到线，特别是直线。评估装置可以适于执行以下算法：
a)从距离分布的多个点P中选择两个点pi、pj；
b)用线L连接这些点；
c)针对P的所有点确定到L的最短距离di；
d)确定质量
e)比较G与阈值，诸如预先确定或预先定义的阈值，如果G小于阈值，则重复迭代步骤a)至d)，或者如果G大于或等于阈值，则存储相应的L；
f)标记所有点pi∈P，其中常数c∈(0,1)；所标记的点由数量描述，/>
g)选择最大连接数量M*，其中，
h)从M中去除属于M*的部分的所有点，并且重复迭代步骤a)至g)，直至M为空。
评估装置可以适于根据所评估的距离分布来确定对象的位置，特别是沿着至少一个横向坐标x和/或y的特定位置处的纵向坐标z，和/或根据距离分布来确定空间角度和/或范围。
例如，评估装置可以适于确定并输出光轴的位置处的测量点(x,z)。附加地或替代地，评估装置可以适于确定所评估的距离分布的至少两条线与光轴的相交点并确定该相交点的纵向坐标。
例如，评估装置可以适于确定对象的空间角度，例如两个边缘或壁之间的角度。空间角度可以位于感兴趣的区域内。评估装置可以适于确定和/或选择包含待确定的角度的所评估距离分布的至少两条线和/或接近对象，特别是接近两个边缘或壁的至少两条线。优选地，评估装置可以适于选择接近测距仪的光轴的线。评估装置可以适于根据来确定空间角度β。
例如，评估装置可以适于根据所评估的距离分布来确定对象的宽度，诸如壁或开口的宽度。评估装置可以适于确定包括待测量的宽度的至少两个点的位置并确定这些点之间的距离。评估装置可以适于诸如沿着距离分布通过确定反射图案中的变化，诸如在给定横向距离之内的诸如距离方面的大变化，诸如大于给定的距离阈值的大变化，来确定两个点。
在已知的装置中，例如由于用户的操纵造成的倾斜角度，特别是测距仪的取向可能影响几何信息的确定，特别是范围信息、空间信息或角度信息的确定。例如，测距仪的取向可能偏离与待测量的对象的表面正交的取向，从而导致对对象宽度确定错误。例如，测距仪的取向可能偏离与建立待测量的角度的两个平面正交的取向，从而导致对角度确定错误。相反，评估装置可以适于独立于倾斜角度来确定几何信息。特别低，评估装置可以适于独立于倾斜角度来确定角度信息。照射图案可以包括至少三个照射特征，例如三个照射点。照射特征可以被布置为使得它们在对象上形成至少一个平面。照射特征被布置为使得他们相对于彼此交错。照射特征被布置为使得他们不能通过一条直线连接。评估装置可被配置为通过评估图像矩阵来确定照射特征中的每一者在对象上的位置，具体为(x,y,z)。评估装置可以适于确定对象上的至少一个平面。评估装置可以适于根据照射点的位置来确定平面的法向量评估装置可以适于根据/>来确定法向量/>其中(xi,yi,zi)是至少三个照射特征的确定位置。
照射图案可以包括至少三个照射特征，其中,至少三个照射特征限定至少一个平面。评估装置可以适于通过基于对象的几何构象，诸如对象的预先确定和/或预先定义和/或假设的空间布置，评估图像矩阵来确定至少三个照射特征中的每一者的位置(xi,yi,zi)，其中，i是关于各个照射特征的索引。评估装置可以适于根据所确定的位置来确定由照射特征限定的平面的法向量。评估装置可以适于通过确定法向量的长度来确定范围信息。
例如，几何信息可以是关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的空间角度的信息。照射源可以适于生成包括至少三个第一照射特征的至少一个第一照射图案和包括至少三个第二照射特征的至少一个第二照射图案。照射源可以适于以第一照射图案照射第一表面并且以第二照射图案照射第二表面。三个第一照射特征可以在第一表面上形成第一平面，并且三个第二照射特征可以在第二表面上形成第二平面。评估装置可被配置为确定照射特征中的每一者的位置。评估装置可以适于确定第一平面和第二平面之间的空间角度。评估装置可以适于确定第一表面的第一法向量和第二表面的至少一个第二法向量评估装置可以适于根据/> 来确定空间角度。
例如，几何信息可以是关于范围的信息。照射图案可以包括至少四个照射特征。照射特征可以被布置为使得待确定的范围可以由照射特征界定。照射特征中的至少两者可以位于范围的第一边界处，并且照射特征中的至少另外两者可以位于范围的第二边界处。评估装置可以适于确定连接第一边界处的照射特征的第一线和连接第二边界处的照射特征的第二线。评估装置可以适于确定第一线和第二线之间的距离。
与三角测量装置或ToF装置相比，测距仪可以适于使用减少数量的支撑点来确定几何信息。如上文所概述的，可以通过一次单一的测量来确定诸如两个壁的两个平面之间的角度和/或范围。此外，测距仪可确定几何信息，而无需用户的任何位置估计或姿势估计。这样可减少计算需求，从而能够显著降低成本并允许在移动装置或室外装置中使用。
上述包括确定几何信息的操作可以由至少一个评估装置执行。因此，作为示例，评估装置可以包括一个或多个可编程装置，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或被配置为执行上述评估的数字信号处理器(DSP)。然而，附加地或替代地，评估装置也可以完全或部分地由硬件实施。
测距仪可以包括至少一个传送装置。术语“传送装置”通常可以指适于诸如通过修改光束的光束参数、光束的宽度或光束的方向中的一者或多者来修改光束的一个或多个光学元件。传送装置可以适于将光束引导到光学传感器上。传送装置具体可以包括以下各项中一者或多者：至少一个透镜，例如从包括以下各项的组中选择的至少一个透镜：至少一个可调焦透镜、至少一个非球面透镜、至少一个球面透镜、至少一个菲涅耳透镜；至少一个衍射光学元件；至少一个凹面镜；至少一个光束偏转元件，优选地为至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地为分束立方体或分束镜中的至少一者；至少一个多透镜系统。传送装置可以具有焦距。如本文所使用的，术语传送装置的“焦距”指可照射传送装置的入射准直射线进入也被称为“聚焦点”的“焦点”所经过的距离。因此，焦距成为传送装置会聚入射光束能力的量度。因此，传送装置可以包括一个或多个成像元件，这些元件可以具有会聚透镜的作用。举例来说，传送装置可以具有一个或多个透镜，特别是一个或多个折射透镜，和/或一个或多个凸面镜。在该示例中，焦距可被定义为从薄折射透镜的中心到薄透镜的主焦点的距离。对于会聚的薄折射透镜，诸如凸或双凸薄透镜，焦距可被视为正的，并且可以提供照射作为传送装置的薄透镜的准直光束被聚焦到单个点上所处的距离。另外，传送装置可以包括至少一个波长选择元件，例如至少一个滤光器。附加地，传送装置可以被设计为例如在传感器区域，尤其是在传感器区的位置上将预定的光束轮廓施加在电磁辐射上。传送装置的上述可选实施例原则上可以单独地或以任何期望的组合来实现。
传送装置可以具有光轴。特别地，测距仪和传送装置具有共同的光轴。如本文所使用的，术语“传送装置的光轴”通常指透镜或透镜系统的镜面对称轴或旋转对称轴。测距仪的光轴可以是测距仪的光学设施的对称线。传送装置可以包括至少一个光束路径，其中，位于光束路径中的传送装置的元件关于光轴以旋转对称的方式定位。另外，位于光束路径中的一个或多个光学元件也可以偏离中心或关于光轴倾斜。然而，在这种情况下，光轴可被顺序地定义，诸如通过互相连接光束路径中的光学元件的中心，例如通过互相连接透镜的中心，其中，在这种情景下，光学传感器不算作光学元件。光轴通常可以表示光束路径。其中，测距仪可以具有单个光束路径，光束可以沿着该光束路径从对象传播向光学传感器行进，或者可以具有多个光束路径。作为示例，可以给出单个光束路径，或者可以将光束路径分成两个或更多个部分光束路径。在后一种情况下，每个部分光束路径可以具有其自己的光轴。光学传感器可以位于一个和相同的光束路径或部分光束路径中。然而，替代地，光学传感器也可以位于不同的部分光束路径中。
传送装置可以构成坐标系，其中，纵向坐标l是沿着光轴的坐标，并且其中d是距光轴的空间偏移。坐标系可以是极坐标系，其中，传送装置的光轴形成z轴，并且其中，距z轴的距离和极角可以用作附加坐标。与z轴平行或反向平行的方向可被视为纵向方向，沿着z轴的坐标可被视为纵向坐标l。与z轴垂直的任何方向可被视为横向方向，并且极坐标和/或极角可被视为横向坐标。因此，术语“对象的纵向坐标”指对象的z坐标。对象的纵向坐标可以是测距仪和对象之间的距离。对象的纵向坐标可以是光轴上的位置或坐标。
测距仪可以被配置为评估单个光束或多个光束。在多个光束从对象向测距仪传播的情况下，可以提供用于区分光束的手段。因此，光束可以具有不同的光谱特性，并且检测器可以包括用于区分不同的光束的一个或多个波长选择元件。然后可以独立地评光束中的每一者。作为示例，波长选择元件可以是或可以包括一个或多个滤波器、一个或多个棱镜、一个或多个光栅、一个或多个二向色镜或它们的任意组合。此外，附加地或替代地，为了区分两个或更多个光束，可以以特定方式调制光束。因此，作为示例，可以对光束进行频率调制，并且可以解调传感器信号，以便根据其解调频率部分地区分源自不同光束的传感器信号。调制频率可以与信号记录或快门速度同步。这些技术通常是高频电子设备领域的技术人员已知的。通常，评估装置可以被配置为区分具有不同调制的不同光束。
如上文所概述的，测距仪可以进一步包括一个或多个附加元件，诸如一个或多个附加光学元件。此外，检测器可以完全或部分地集成到至少一个壳体中。
在进一步的方面，本发明公开了一种用于确定关于至少一个对象的至少一项几何信息的方法，特别地通过使用测距仪，诸如根据本发明的测距仪，诸如根据涉及上面公开的或如下文进一步详细公开的测距仪的实施例中的一个或多个实施例的测距仪。但是，也可以使用其它类型的检测器。所述方法包括以下方法步骤，其中，所述方法步骤可以以给定的顺序执行，也可以以不同的顺序执行。此外，可能存在一个或多个未列出的附加方法步骤。此外，可以重复地执行所述方法步骤中的一个、多于一个或者甚至全部步骤。
所述方法包括以下方法步骤：
-通过使用至少一个照射源来生成至少一个照射图案，并且用所述照射图案在倾斜角度下照射所述对象；
-响应于源自所述对象的至少一个反射图案对至少一个光学传感器的至少一个感光区的照射而生成至少一个图像矩阵；
-通过在假设所述反射图案中存在至少一个几何构象的情况下评估所述图像矩阵来根据所述反射图案来确定所述几何信息。
对于细节、选项和定义，可以参考上面讨论的测距仪。因此，具体地，如上文所概述的，所述方法可以包括使用根据本发明的测距仪，诸如根据上面给出的或下面进一步给出的一个或多个实施例的测距仪。
评估装置可以是或可以包括诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)之类的一个或多个集成电路；和/或一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机的，优选地一个或多个微计算机和/或微控制器；现场可编程阵列或数字信号处理器。可以包括附加部件，诸如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，诸如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，诸如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。进一步地，评估装置可以包括一个或多个测量装置，诸如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量装置。进一步地，评估装置可以包括一个或多个数据存储器件。进一步地，评估装置可以包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
至少一个评估装置可以适于执行至少一个计算机程序，诸如适于执行或支持根据本发明的方法的方法步骤中的一个、多个甚至全部步骤的至少一个计算机程序。作为示例，可以实施一个或多个算法，所述算法通过使用传感器信号作为输入变量，可以确定对象的位置。
评估装置可以被连接到或可以包括至少一个其它数据处理装置，该至少一个其它数据处理装置可用于信息(诸如，由光学传感器和/或由评估装置获得的信息)的显示、可视化、分析、分发、传送或进一步处理中的一者或多者。作为示例，数据处理装置可以被连接或并入显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多声道声音系统、LED图案或其它可视化装置中的至少一者。它可以进一步被连接或并入能够使用电子邮件，文本消息，电话，蓝牙，Wi-Fi，红外或互联网接口、端口或连接中的一者或多者发送加密或未加密的信息的通信装置或通信接口、连接器或端口中的至少一者。它可被进一步连接或并入处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、片上系统(诸如，Apple A系列或SamsungS3C2系列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储块(诸如，ROM、RAM、EEPROM或闪存)、定时源(诸如，振荡器或锁相环、计数定时器、实时定时器)、或电动复位发生器、稳压器、电源管理电路或DMA控制器中的至少一者。各个单元还可以通过诸如AMBA总线之类的总线进行连接，或者集成在物联网或工业4.0型网络中。
评估装置和/或数据处理装置可以通过其它外部接口或端口连接，或具有其它外部接口或端口，诸如串行或并行接口或端口USB、Centronics Port、FireWire、HDMI、Ethernet、Bluetooth、RFID、Wi-Fi、USART或SPI，或模拟接口或端口(诸如ADC或DAC中的一者或多者)，或到其它装置(例如，使用诸如CameraLink之类的RGB接口连接到的2D相机装置)的标准化接口或端口中的一者或多者。评估装置和/或数据处理装置还可以通过处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口、或串行或并行接口端口中的一者或多者连接。评估装置和数据处理装置还可以连接到光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪存驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态磁盘或固态硬盘中的一者或多者。
评估装置和/或数据处理装置可以通过一个或多个其它外部连接器连接，或具有一个或多个其它外部连接器，诸如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、公母(hermaphrodite)连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320C14连接器、光纤连接器、D超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器中的一者或多者，和/或可以并入用于这些连接器中的一者或多者的至少一个插座。
合并根据本发明的检测器、评估装置或数据处理装置中的一者或多者，诸如合并光学传感器、光学系统、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、片上系统、显示装置或其它电子装置中的一者或多者的单个装置的可能的实施例包括：移动电话、个人计算机、平板计算机、电视、游戏机或其它娱乐装置。在进一步的实施例中，将在下面进一步详细概述的3D相机功能可以被集成到常规2D数字相机配备的装置中，而该装置的壳体或外观上没有明显的差别，其中用户能注意到的差别只是获得和/或处理3D信息的功能。进一步地，根据本发明的装置可以用在360°数字相机或全景相机中。
具体地，合并测距仪和/或其部分的，诸如合并评估装置和/或数据处理装置的实施例可以是用于3D相机功能的合并显示装置、数据处理装置、光学传感器、可选地合并传感器光学器件和评估装置的移动电话。根据本发明的测距仪具体地适于集成在娱乐装置和/或诸如移动电话之类的通信装置中。
在本发明的进一步的方面中，提出了根据本发明，诸如根据上面给出或下面进一步详细给出的实施例中的一者或多者的测距仪的用途，为了使用的目的，所述用途从包括以下各项的组中选择：自助型应用；施工应用；交通技术中的位置测量；规划应用；物流应用；跟踪应用；摄影应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
对象通常可以是有生命的或没有生命的对象。测距仪可以包括至少一个对象，因此对象形成检测器系统的一部分。然而，优选地，对象可以在至少一个空间维度上独立于测距仪来移动。对象通常可以是任意对象。在一个实施例中，对象可以是刚性对象。其它实施例也是可能的，诸如对象是非刚性对象或可改变其形状的对象的实施例。
如将在下面进一步详细描述的，本发明可以具体地用于施工应用和/或规划应用和/或物流应用的目的。具体地，在该实施例或其它实施例中，对象可以从包括以下各项的组中选择：一件家具，诸如椅子、床、橱柜、架子、家用装备等；建筑物的一部分，诸如墙壁、门、开口、窗户等；物流过程中的物品，诸如盒子、包装、容纳箱、容器等。
测距仪可以被配置为在物流和/或仓储应用中评估对象的大小和/或形状和/或尺寸。例如，测距仪可以被配置为将包装的形状分类在诸如矩形、球形、圆柱形等的类别中。此外，测距仪可以适于确定对象的尺寸和/或特征参数，诸如高度、长度、深度、半径、直径等。此外，测距仪可以适于将所确定的数据存储在数据库中，该数据库可以被集成到测距仪中和/或测距仪可以适于经由无线或有线通信网络将所确定的数据传送到数据库。此外，测距仪可以适于建议在给定空间内以最优方式(诸如，紧凑方式)对对象进行排序。
因此，通常，根据本发明的装置，诸如测距仪，可以在各个使用领域中应用。具体地，测距仪可以应用于从包括以下各项的组中选择的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；构图应用，用于生成至少一个空间的地图，诸如用于生成从包括房间、建筑物和街道的组中选择的至少一个空间的地图；移动应用；网络摄像头；音频装置；杜比环绕音频系统；计算机外围装置；游戏应用；相机或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑物应用；施工应用；制图应用；制造应用。附加地或替代地，可以提及本地和/或全球定位系统中的应用，尤其是基于地标的定位和/或导航，具体地用于汽车或其它车辆(诸如火车、摩托车、自行车、用于货物运输的卡车)、机器人，或者供行人使用。此外，可以提及室内定位系统作为潜在的应用，诸如用于家用应用和/或用于制造、物流、监视或维护技术中使用的机器人。
根据本发明的装置可用于移动电话、平板计算机、便携计算机、智能面板或其它固定或移动或可穿戴的计算机或通信应用中。因此，根据本发明的装置可以与至少一个有源光源(诸如，可见光范围或红外光谱范围内发射光的光源)组合，以增强性能。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作相机和/或传感器，诸如与用于扫描和/或检测环境、对象和生物的移动软件组合。为了提高成像效果，根据本发明的装置甚至可以与诸如常规相机的2D相机组合。根据本发明的装置可进一步用于监视和/或用于记录目的，或者用作控制移动装置的输入装置，尤其是与语音和/或手势识别相结合。因此，具体地，根据本发明的充当人机接口的装置，也被称为输入装置，可用于移动应用，诸如用于经由诸如移动电话的移动装置来控制其它电子装置或部件。作为示例，包括至少一个根据本发明的装置的移动应用可用于控制电视机、游戏机、音乐播放器或音乐装置或其它娱乐装置。
此外，根据本发明的装置可用于施工工具，诸如测距仪，其确定到对象或墙壁的距离，以评估表面是否平整，以有序地对齐对象或放置对象，或者可用于在施工环境等中使用的检查相机中。
根据本发明的装置还可用于生产中的质量控制，例如与其它传感器(如2D成像、雷达、超声、IR等)结合使用，诸如用于质量控制或其它目的。此外，根据本发明的装置可用于评估表面质量，诸如用于测量产品的表面平整度或对从微米范围至米范围的特定尺寸的遵从度。其它质量控制应用也是可能的。
此外，根据本发明的装置通常可用于建筑、建造和制图领域。因此，通常，可以使用根据本发明的一个或多个装置以测量和/或监测环境区，例如乡村或建筑。其中，根据本发明的一个或多个装置可以与其它方法和装置组合，或者可以单独地使用，以便监视建筑项目、正变化的对象、房屋等的进度和准确度。根据本发明的装置可用于生成被扫描的环境的三维模型，以便从地面或从空中或两者构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领域可以是建筑、制图、房地产管理、土地测量等。作为示例，根据本发明的装置可用于无人机或多功能机(multicopter)中，以监视建筑物、生产基地、烟囱、农业生产环境(诸如田地、生产工厂或景观)，以支持救援操作，支持在危险环境中工作，支持在室内或室外燃烧位置的消防队，或发现或监测一个或多个人或动物等，或用于娱乐目的，诸如跟随和记录正在进行诸如滑雪或骑行等之类的运动的一个或多个人的无人机，可以通过跟随头盔、标记、信标装置等来实现此目的。可以使用根据本发明的装置来识别障碍物，遵循预定路线、沿着边缘、管道、建筑物等，或者记录环境的全局或局部地图。此外，根据本发明的装置可用于无人机的室内或室外定点和定位，用于在气压传感器不够精确的情况下稳定室内无人机的高度，或者用于多个无人机的协作，诸如用于若干无人机的协调运动，或者在空中充电或加油等。
此外，根据本发明的装置可在家用电器的互连网络内使用，诸如，在CHAIN(Cedec家用电器交互操作网络)内使用，以在家中互连、自动执行和控制基本的电器相关服务，例如能源或负荷管理、远程诊断、宠物相关电器、儿童相关电器、儿童监视、电器相关监视、对老人或病人的帮助或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的远程控制以及自动维修帮助。此外，根据本发明的装置可用于诸如空调系统之类的加热或冷却系统，以定位房间的哪个部分应达到特定的温度或湿度，特别是取决于一个或多个人的位置。此外，根据本发明的装置可用于家庭机器人中，诸如可用于家务劳动的服务或自主机器人。根据本发明的装置可用于许多不同的目的，诸如用于避免碰撞或对环境进行构图，但还用于识别用户，针对给定用户个性化设置的机器人的性能，为了安全目的，或者用于手势或人脸识别。作为示例，根据本发明的装置可用于机器人真空吸尘器、地板清洗机器人、干扫机器人、用于熨烫衣服的熨烫机器人、诸如狗或猫砂(litter)机器人之类的动物垃圾机器人、用于电动汽车的充电机器人、检测入侵者的安保机器人、自动操作的草坪割草机、自动泳池清洗器、雨槽清洁机器人、自动操作的购物车、行李运输机器人、线跟踪机器人、洗衣机器人、熨烫机器人、窗户清洗机器人、玩具机器人、患者监护机器人、婴儿监护机器人、老年人监护机器人、儿童监护机器人、运输机器人、远端临场机器人、专业服务机器人、可编程玩具机器人、探路机器人、为活动较少人员提供陪伴的社交机器人、跟随机器人、智能卡跟随机器人、心理治疗机器人或者将语音翻译为手语或将手语翻译为语音的机器人。在诸如老年人之类的活动较少人员的情景下，可以使用具有根据本发明的装置的家用机器人来拾取对象，运输对象以及以安全的方式与对象和用户进行交互。此外，根据本发明的装置可用于类人机器人，尤其是在使用类人的手臂来拾取或握持或放置对象的情景下。此外，根据本发明的装置可以与音频接口结合使用，特别是与家用机器人结合使用，这些家用机器人可用作能够与在线或离线计算机应用对接的数字助手。此外，根据本发明的装置可用于能够出于工业和家用目的来控制开关和按钮的机器人。此外，根据本发明的装置可用于智能家居机器人，诸如梅菲尔德(Mayfield)的库里(Kuri)。此外，根据本发明的装置可用于处理危险材料或对象的机器人或处于危险环境中的机器人。作为非限制性的示例，根据本发明的装置可用于机器人或无人遥控车辆中，以便特别是在灾害之后处理诸如化学品或放射性材料之类的危险材料，或处理诸如地雷、未爆炸的武器等之类的其它危险或潜在危险的对象，或者在不安全的环境中工作或探查诸如接近燃烧对象的或灾后地区之类的不安全的环境，或者在空中、海上、地下等执行有人或无人救援操作。
此外，根据本发明的装置可以在全球定位系统(GPS)不够可靠的情况下用于导航目的。GPS信号通常使用无线电波，这些无线电波在室内或者在室外的山谷中或林木线下方的森林中可能被阻挡或难以被接收。此外，特别是在无人驾驶的自动驾驶车辆中，系统的重量很关键。特别是无人驾驶的自动驾驶车辆需要高速位置数据以获得可靠的反馈其控制系统的稳定性。使用根据本发明的装置可以允许在不使用重型装置增加重量的情况下在短时间内进行响应和定位。
此外，根据本发明的装置可用于为老年人或行动不便者或视力有限或无视力的人提供帮助，诸如在家务劳动中或在工作中，诸如在用于保持、承载或拾取对象的装置中，或者在发信号指示环境中的障碍物的具有光学或声学信号的安全系统中。
根据本发明的一个或多个装置可进一步诸如与CAD或类似的软件相组合地用于扫描对象，诸如用于增材制造和/或3D打印。其中，可以使用根据本发明的装置的高尺寸精度，例如在x、y或z方向上或诸如同时地在这些方向的任意组合上。
此外，根据本发明的装置可用于手持装置，诸如用于扫描包装或包裹以优化物流过程和/或仓储过程。此外，根据本发明的装置可用于其它手持装置，诸如个人购物装置；RFID读取器；条形码读取器；QR码读取器；用于医院或健康环境的手持装置，诸如用于医疗用途或用于获得、交换或记录与患者或患者的健康有关的信息的手持装置；用于零售或健康环境的智能徽章等。
如上所述，根据本发明的装置可进一步用于制造、质量控制或识别应用，诸如用于产品识别或尺寸识别(诸如用于发现最佳位置或包装以减少浪费等)中。此外，根据本发明的装置可用于物流应用。因此，根据本发明的装置可用于优化的装载或包装容器或车辆。此外，根据本发明的装置可用于其它手持装置，诸如个人购物装置、RFID读取器、条形码读取器、QR码读取器、手持装置等。此外，根据本发明的装置可以使用至少一个图像矩阵来分析至少一个QR码、条形码、预先记录的符号等。此外，可以通过使用至少一个图像矩阵，并且将预先记录的大小与条形码、QR码或预先记录的符号的记录图像的测量特性进行比较，诸如将符号的宽度或高度与预先记录的值进行比较，使用已知大小的条形码、QR码或预先记录的符号来重新校准根据本发明的装置。
此外，在虚拟现实或增强现实的情景下，根据本发明的装置可用于控制虚拟现实应用或增强现实应用的动作或功能，在虚拟世界中移动或操纵虚拟对象。
此外，根据本发明的装置可在自助或专业工具的情景中使用，特别是电力或马达驱动的工具或电动工具，诸如钻孔机、锯子、凿子、锤子、扳手、钉枪、盘刀、金属剪和冲切机、角磨机、模具电磨、钻头、锤钻、热风枪、扳手、砂光机、雕刻机、敲钉机、钢丝锯、细木工、木铣刀、刨床、抛光机、瓷砖切割机、清洗器、滚筒、墙壁开槽机、车床、冲击改锥、接缝机、油漆滚筒、喷枪、插线钳或电焊机，尤其是为了在制造中保持精度，保持最小或最大距离或用于安全措施。
此外，根据本发明的装置可在仓储、物流、分配、运输、装载、卸载、智能制造、工业4.0等情景中使用。
根据本发明的测距仪可以进一步与一个或多个其它类型的传感器或检测器组合。因此，测距仪可以进一步包括至少一个附加的检测器。该至少一个附加的检测器可以适于检测至少一个参数，诸如以下至少一者：周围环境的参数，诸如周围环境的温度和/或亮度；有关检测器的位置和/或取向的参数；指定待检测的对象的状态的参数，诸如对象的位置，例如对象的绝对位置和/或对象在空间中的取向。因此，测距仪可以包括陀螺仪和/或其它MEMS传感器，诸如在博世(Boschs)XDK 110中。因此，通常，本发明的原理可以与其它测量原理结合，以便获得附加的信息，和/或以便验证测量结果或减少测量误差或噪声。
总之，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1：一种用于确定关于至少一个对象的至少一项几何信息的测距仪，所述测距仪包括：
-至少一个照射源，其适于生成至少一个照射图案，其中，所述照射源适于用所述照射图案以倾斜角度照射所述对象；
-至少一个光学传感器，其具有至少一个感光区，其中，所述光学传感器被设计为响应于源自所述对象的至少一个反射图案对其感光区的照射而生成至少一个图像矩阵；
-至少一个评估装置，其被配置为通过在假设所述反射图案中存在至少一个几何构象的情况下评估所述图像矩阵来根据所述反射图案确定关于所述对象的所述几何信息。
实施例2：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述评估装置适于独立于所述倾斜角度来确定所述几何信息。
实施例3：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述照射图案包括至少三个照射特征，其中，所述至少三个照射特征限定至少一个平面，其中，所述评估装置适于通过基于所述对象的所述几何构象评估所述图像矩阵来确定所述至少三个照射特征中的每一者的位置(xi,yi,zi)，其中，i是关于所述各个照射特征的索引，其中，所述评估装置适于根据所确定的位置来确定由所述照射特征限定的所述平面的法向量。
实施例4：根据前述实施例中任一项所述的测距仪，其中，所述几何构象是从包括以下各项的组中选择的至少一个构象：至少一个平面；至少一条直线；至少一个曲度；至少一个凸几何形状；至少一个边界；至少一个边缘。
实施例5：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置包括至少一个存储装置，其中，所述存储装置包括潜在的几何构象的至少一个数据库和/或查找表。
实施例6：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何构象由用户选择和/或由所述评估装置选择。
实施例7：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置适于将所述反射图案与所述几何构象进行匹配。
实施例8：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述评估装置适于确定最佳匹配的几何构象。
实施例9：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置适于根据单个图像矩阵来确定所述几何信息。
实施例10：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述测距仪适于确定至少一个非图案化图像矩阵，其中，所述评估装置适于使用所述非图案化图像矩阵从所述图像矩阵中去除由环境光造成的影响。
实施例11：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何信息包括以下至少一者：关于所述至少一个对象的至少一项范围信息；关于所述至少一个对象的至少一项空间信息；关于所述至少一个对象的至少一项面积信息；关于所述至少一个对象的至少一项尺寸信息；关于所述至少一个对象的至少一项角度信息；关于所述至少一个对象的至少一项体积信息；关于所述至少一个对象的至少一项形状种类信息。
实施例12：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何信息是从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的至少一个空间角度的信息；关于至少一个表面的至少一个曲度的信息；关于至少两个边界之间的至少一个范围的信息；关于至少一个对象的至少一个尺寸的信息；关于至少一个对象的至少一个形状的信息；关于至少一个对象的至少一个体积的信息。
实施例13：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射图案包括具有至少两个不同波长的至少两个特征。
实施例14：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述照射图案的至少一个第一特征具有在可见光范围内的波长，其中，所述照射图案的至少一个第二特征具有在红外光范围内的波长。
实施例15：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射源包括至少一个激光源。
实施例16：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射图案包括在至少一个方向上封闭的至少一个照射特征。
实施例17：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射图案表现出从包括以下各项的组中选择的至少一个照射特征：至少三个点；至少四个点；至少一条线；至少两条线，诸如平行线或相交线；至少一个点和一条线。
实施例18：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射源适于以图案化的方式照射所述对象，以使得与响应于完全照射的对象而生成的反射图像相比，背景消减之后的图像矩阵包括减少的照射图像区域。
实施例19：根据前述实施例中任一中所述的测距仪，其中，述评估装置适于独立于用户的位置来确定所述几何信息。
实施例20：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射图案包括至少三个照射特征，其中，所述照射特征被布置为使得它们在所述对象上形成至少一个平面，其中，所述评估装置被配置为通过评估所述图像矩阵来确定所述照射特征中的每一者在所述对象上的位置。
实施例21：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述评估装置适于根据所述照射特征的位置来确定所述平面的法向量
实施例22：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述评估装置适于根据来确定法向量/>其中(xi,yi,zi)是至少三个照射特征的确定位置。
实施例23：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何信息是关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的空间角度的信息，其中，所述照射源适于生成包括至少三个第一照射特征的至少一个第一照射图案和包括至少三个第二照射特征的至少一个第二照射图案，其中，所述照射源适于以所述第一照射图案来照射所述第一表面并且以所述第二照射图案来照射所述第二表面，其中，所述三个第一照射特征在所述第一表面上形成第一平面，并且所述三个第二照射特征在所述第二表面上形成第二平面，其中，所述评估装置被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置适于确定所述第一平面和所述第二平面之间的空间角度。
实施例24：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述评估装置适于确定所述第一表面的第一法向量和所述第二表面的至少一个第二法向量/>其中，所述评估装置适于根据/>来确定所述空间角度。
实施例25：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述照射图案包括至少四个照射点，其中，所述照射特征被布置为使得待确定的范围由所述照射特征界定，其中，所述照射特征中的至少两者位于所述范围的第一边界处，并且所述照射特征中的至少另外两者位于所述范围的第二边界处，其中，所述评估装置适于确定连接所述第一边界处的照射特征的第一线和连接所述第二边界处的照射特征的第二线，其中，所述评估装置适于确定所述第一线和所述第二线之间的距离。
实施例26：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置适于确定沿着至少一个横向轴的至少一个距离分布。
实施例27：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何信息是从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的至少一个空间角度的信息；关于至少一个表面的至少一个曲度的信息；关于至少两个边界之间的至少一个范围的信息；关于至少一个对象的至少一个尺寸的信息；关于至少一个对象的至少一个形状的信息；关于至少一个对象的至少一个体积的信息。
实施例28：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述几何构象被假设为至少一个第一表面和至少一个第二表面，其中，所述几何信息是关于所述至少两个表面之间的至少一个空间角度的信息，其中，所述照射图案包括适于在所述至少一个第一表面上限定至少一个第一平面的至少一个第一照射图案以及适于在所述至少一个第二表面上限定至少一个第二平面的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一平面以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二平面，其中，所述评估装置适于确定所述至少一个第一平面和所述至少一个第二平面之间的空间角度。
实施例29：根据前述实施例中任一项所述的测距仪，其中，所述几何构象被假设为至少一个第一边界和至少一个第二边界，其中，所述几何信息是关于所述至少两个边界之间的至少一个范围的信息，其中，所述照射图案包括适于限定至少一个第一边界的至少一个第一照射图案以及适于限定至少一个第二边界的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一边界以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二边界，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少两个边界之间的范围。
实施例30：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中所述几何构象被假设为至少一个圆柱面，其中，所述几何信息是关于至少一个半径和至少一个取向的信息，其中，所述照射图案适于限定至少一个圆柱面，其中，所述评估装置被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置适于确定包括与所述至少一个照射图案相对应的所述反射图案的圆柱面，其中，所述评估装置适于确定所述至少两个边界之间的范围。
实施例31：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置适于通过使用光切处理来确定所述对象的至少一个纵向坐标。
实施例32：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述评估装置适于通过导出商信号来确定所述对象的所述纵向坐标，其中，x是横向坐标，其中，A2对应于所述图像矩阵中包括基本中心信息的至少一个特征的区域，A1对应于所述图像矩阵中包括基本边缘信息的该特征的区域，其中，I(x)指示图像强度。
实施例33：根据前述实施例所述的测距仪，其中，所述照射特征中的至少一者是至少一个点，其中，A1对应于具有所述对应反射图案中的至少一个点的整个半径的区，其中，A2是所述对应反射图案中的所述至少一个点的中心区。
实施例34：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述光学传感器包括至少一个纵向光学传感器阵列，所述纵向光学传感器中的每一者具有至少一个传感器区域，其中，所述纵向光学传感器中的每一者被设计为以取决于由所述反射图案的反射光束对所述传感器区域的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号，其中，在给定相同总照射功率的情况下，所述纵向传感器信号取决于所述反射光束在所述传感器区域中的束横截面，其中，所述评估装置被设计为通过评估所述纵向传感器信号来生成关于所述对象的纵向位置的至少一项信息。
实施例35：根据前述实施例中任一者所述的测距仪，其中，所述光学传感器包括至少一个像素矩阵。
实施例36：根据前述实施例所述的测距仪，其中，包括所述评估装置用于确定所述几何信息的深度信息的所述图像矩阵的像素量小于不包括深度信息的图像矩阵的像素量的50％，优选地小于25％，更优选地小于5％。
实施例37：根据前述实施例中任一项所述的测距仪，其中，所述光学传感器包括至少一个CMOS传感器。
实施例38：根据前述实施例中任一项所述的测距仪，其中，所述测距仪包括至少一个传送装置。
实施例39：一种用于确定关于至少一个对象的至少一项几何信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个照射源来生成至少一个照射图案，并且用所述照射图案在倾斜角度下照射所述对象；
-响应于源自所述对象的至少一个反射图案对至少一个光学传感器的至少一个感光区的照射而生成至少一个图像矩阵；
-通过在假设所述反射图案中存在至少一个几何构象的情况下评估所述图像矩阵来根据所述反射图案来确定所述几何信息。
实施例40：一种根据关于测距仪的前述实施例中任一者所述的测距仪的用途，为了使用的目的，所述用途从包括以下各项的组中选择：自助型应用；施工应用；交通技术中的位置测量；规划应用；物流应用；跟踪应用；摄影应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
附图说明
根据与从属权利要求结合的优选示例性实施例的描述，本发明的另外可选的细节和特征将是显而易见的。在该上下文中，特定的特征可以以单独的或与其它特征组合的方式实现。本发明并不限于示例性实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中的相同参考标记指示相同的元件或具有相同功能的元件，或者指示功能彼此对应的元件。
具体地，在附图中：
图1示出了根据本发明的测距仪的实施例；
图2A至图2D示出了几何信息的实施例；
图3A至图3C示出了从图案化图像矩阵中消减非图案化图像矩阵；
图4A至图4C示出了图像矩阵中的至少一个特征的定位和识别；
图5A至图5C示出了确定距离分布的不同实施例；
图6A至图6F示出了距离分布的示例评估；
图7示出了独立于倾斜角度的角度信息的确定；以及
图8示出了独立于倾斜角度的范围信息的确定。
具体实施方式
在图1中，示出了一种用于确定关于至少一个对象112的至少一项信息的测距仪110的实施例的示意图。对象112可以包括至少一个壁和/或至少一个开口和/或至少一个边缘和/或至少一个体积和/或至少一种特征形状和/或至少一个建筑部件和/或至少一件家具和/或至少一个包装和/或至少一个凸几何形状和/或至少一个包裹和/或至少一个封装和/或至少一个罐和/或至少一个容器和//或至少一个容纳箱。
测距仪110包括至少一个照射源114。照射源114适于生成一个照射图案116。照射源114适于用照射图案116在倾斜角度下照射对象112。测距仪110包括至少一个光学传感器118，其具有至少一个感光区129。光学传感器118被设计为响应于源自对象112的至少一个反射图案124对其感光区的照射而生成至少一个图像矩阵122，例如，图4A至图4C所示。测距仪110包括至少一个评估装置126，其被配置为通过在假设反射图案124中存在至少一个几何构象128的情况下评估图像矩阵122来根据反射图案124来确定关于对象112的几何信息。
测距仪110可以包括至少一个传感器光学器件，例如，至少一个传送装置130。测距仪110可以是便携式的。测距仪110可以是由用户指向朝向诸如至少一个壁和/或至少一个边缘等之类的对象112的手持装置。测距仪110可以包括容纳照射源114、光学传感器118和评估装置126中的一者或多者的至少一个壳体。考虑到运输或测量过程中跌落或碰撞造成的损坏，壳体可以适于保护照射源114和/或光学传感器118和/或评估装置126。测距仪110可以包括至少一个显示装置132，该显示装置适于向用户显示几何信息和/或其它信息，例如，显示一系列可能的几何构象和/或反射图案和几何构象的匹配结果。测距仪110可以包括至少一个用户接口，诸如至少一个按钮和/或触摸显示器和/或语音控件，其允许用户输入数据和/或控制测距仪110，和/或打开和/或关闭测距仪110，和/或调整照射源114的至少一个特性，和/或选择几何构象128。测距仪可以包括到诸如计算机或移动电话之类的其它装置的接口。该接口可以是无线接口。测距仪110可以包括至少一个电源，例如可再充电电源。
几何信息可以包括以下至少一者：关于至少一个对象的至少一项范围信息；关于至少一个对象的至少一项空间信息；关于至少一个对象的至少一项角度信息。几何信息可以暗示对象的至少一个点和测距仪之间的至少一个距离。该距离可以是纵向坐标，或者可以有助于确定对象的纵向坐标。范围信息可以包括从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于对象的面积的信息；关于对象的尺寸的信息；关于对象的大小的信息；关于对象和至少一个其它对象之间的距离的信息；关于对象的两个部分之间的距离的信息。角度信息可以包括关于至少一个空间角度的信息，例如，关于对象的至少两个壁或至少两个边缘之间的至少一个角度的信息。图2A至图2D示出了几何信息的示例。例如，图2A示出了范围信息的测量，特别是对象112的宽度。图2B示出了角度信息的测量，诸如对象112的两个部分之间的角度的测量。图2C示出了距离测量。图2D示出范围信息的测量，特别是诸如开口的两个对象112之间的距离的测量。附加地或替代地，测距仪110可以适于确定有关对象112和/或对象112的至少一部分的位置和/或取向的一项或多项其它信息。作为示例，附加地，可以确定对象112和/或对象112的至少一部分的至少一个横向坐标。因此，几何信息可以暗示对象112和/或对象112的至少一部分的至少一个纵向坐标。附加地或替代地，对象112的位置可以暗示对象112和/或对象112的至少一部分的至少一个横向坐标。附加地或替代地，几何信息可以暗示对象112的至少一项取向信息，该取向信息指示对象112在空间中的取向和/或相对于测距仪110的取向的取向。
测距仪110可以被配置为使得照射图案116从测距仪110，特别是从壳体的至少一个开口，沿着和/或平行于测距仪110的光轴134朝着对象112传播。为此，测距仪110可以包括至少一个反射元件，优选地包括至少一个棱镜，用于将照射图案116偏转，以使得其沿着或平行于光轴134传播。具体地，照射源114可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。附加地或替代地，可以使用非激光源，诸如LED和/或灯泡。照射图案116可以包括多个特征136。照射图案116可以包括周期性或非周期性特征的布置。照射图案116可以包含从包括以下各项的组中选择的至少一个照射特征：至少三个点；至少四个点；至少一条线；至少两条线，诸如平行线或相交线；至少一个点和一条线。例如，照射源可以适于生成和/或投射点云。照射源114可以包括以下各项中的一者或多者：至少一个光投射器、至少一个数字光处理(DLP)投影仪、至少一个LCoS投影仪、至少一个空间光调制器、至少一个衍射光学元件、至少一个发光二极管阵列、至少一个激光源阵列中的一者或多者。照射源可以包括适于直接生成照射图案的至少一个光源。例如，在图1所示的实施例中，照射源114可以包括至少一个激光源，诸如至少一个线激光器。线激光器可以适于向对象发送激光线，例如，水平或垂直激光线。照射源114可以包括多个线激光器。例如，照射源114可以包括至少两个线激光器，这两个线激光器可被布置为使得照射图案116包括至少两条平行线或相交线。作为线激光器的补充或替代，照射源114可以包括至少一个光投射器，其适于生成点云，以使得照射图案116可以表现出多条线和/或多个点。照射源114可以包括至少一个掩模，该掩模适于根据由照射源生成的至少一个光束生成照射图案116。照射图案116可以包括在至少一个方向上封闭的至少一个特征136。
具体地，照射源114可以适于生成包括从500nm至780nm，最优选地从650nm至750nm或从690nm至700nm的可见光谱范围内的特征的照射图案116。具体地，照射源114可以生成包括具体地在780nm至3.0微米的范围内，优选地在770nm至1000nm的范围内的红外光谱范围内的特征的照射图案116。
具体地，照射源114可以适于以两个波长生成照射图案116，诸如使用可见光谱范围内的一个波长和红外光谱范围内的一个波长。具体地，照射源114可以通过使用第一波长来生成照射图案116的第一部分，并且通过使用第二波长来生成照射图案116的第二部分。具体地，照射源114可以包括两个分离的激光二极管和/或两个分离的衍射光学元件。具体地，照射源114可以在空间上分成两个照射源。具体地，照射图案116的可见光部分可用于引导用户和/或用于测量至少一个对象，而照射图案116的红外部分可用于测量至少一个对象。
感光区120可以具体地位于光学传感器118的表面上。但是，其它实施例也是可能的。作为示例，光学传感器118可以是像素化光学器件的一部分或可以构建像素化光学器件。作为示例，光学传感器118可以是具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS器件的一部分或可以构建该至少一个CCD和/或CMOS器件，每个像素形成一个感光区。
图像矩阵122可以是或可以包括具有一行或多行以及一列或多列的矩形矩阵。行和列具体地可以以矩形的方式布置。然而需要指出，诸如非矩形布置的其它布置也是可能的。作为示例，圆形布置也是可能的，其中，元件围绕中心点以同心圆或椭圆布置。例如，矩阵可以是单行像素。其它布置也是可能的。图像矩阵122可以具有包括由像素矩阵中的像素确定的子图像的图像内容。图像矩阵122可以包括列和行。图像矩阵122的使用提供了多种优点和优势。因此，例如，除了确定对象112的纵向坐标之外，图像矩阵122的使用还允许确定对象112的横向坐标。
光学传感器118在紫外光谱范围、可见光谱范围或红外光谱范围中的一者或多者内是敏感的。光学传感器118具体可以在红外光谱范围内，特别是在780nm至3.0微米的范围内，和/或在可见光谱范围内，特别是在380nm至780nm的范围内是敏感的。具体地，光学传感器118可以在近红外区域的一部分中是敏感的，在该部分中，特别是在700nm至1000nm范围内，硅光电二极管适用。
具体地，光学传感器118可以是或可以包括从包括以下各项的组中选择的至少一个元件：CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或它们的任何组合。可以使用任何其它类型的感光元件。感光元件通常可以完全或部分地由无机材料制成和/或可以完全或部分地由有机材料制成。例如，可以使用一个或多个光电二极管，诸如可商购的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。光学传感器可以包括包含独立的光学传感器的至少一个矩阵。因此，可以组成无机光电二极管的矩阵。然而，可替代地，可以使用可商购的矩阵，诸如CCD检测器(诸如CCD检测器芯片)和/或CMOS检测器(诸如CMOS检测器芯片)中的一者或多者。
测距仪100可以包括多个光学传感器118，光学传感器可以形成传感器阵列或者可以是传感器阵列的一部分。因此，作为示例，测距仪可以包括具有m行和n列的诸如矩形阵列的光学传感器118阵列，其中，m、n独立地为正整数。优选地，给定多于一列和多于一行，即，n＞1，m＞1。因此，作为示例，n可以为2至16或更大，并且m可以为2至16或更大。优选地，行数与列数之比接近于1。作为示例，可以选择n和m，使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似的值。作为示例，该阵列可以是具有相等行数和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2、n＝2或m＝3、n＝3等。
如上所概述的，图像矩阵122具体地可以是具有至少一行，优选地具有多行，并且具有多列的矩形。作为示例，行和列可以基本垂直地定向。为了提供宽广的视野，矩阵具体地可以具有至少10行，优选地具有至少50行，更优选地具有至少100行。类似地，矩阵可以具有至少10列，优选地具有至少50列，更优选地具有至少100列。矩阵可以包括至少50个光学传感器118，优选地包括至少100个光学传感器118，更优选地包括至少500个光学传感器118。矩阵可以包括数百万像素范围内的多个像素。然而，其它实施例也是可能的。因此，如上面所概述的，在期望轴向旋转对称的设置中，可以优选圆形布置或同心布置的光学传感器(也可被称为像素)的矩阵。
至少一个评估装置126可以包括其上存储有包括多个计算机命令的软件代码的至少一个数据处理装置。评估装置126可以提供用于执行所提到的操作中的一者或多者的一个或多个硬件元件和/或可以提供上面运行有用于执行所提到的操作中的一者或多者的软件的一个或多个处理器。
测距仪110可以适于确定至少一个非图案化图像矩阵138。评估装置126可以适于使用非图案化图像矩阵138从图像矩阵122中去除由环境光造成的影响。例如，测距仪110可以适于用不活动的照射源来确定和/或记录至少一个图像矩阵，表示为非图案化图像矩阵138。可以在响应于反射图案124而生成图像矩阵122之后或之前的最短时间内确定和/或记录非图案化图像矩阵138。非图案化图像矩阵138和响应于反射图案124的图像矩阵122可以交替地生成。非图案化图像矩阵138和响应于反射图案124的图像矩阵122可以生成若干次，和/或可以被平均化，和/或可以使用较短或较长的记录时间来记录，例如在不易照明的情况下，诸如在强烈的环境光下。评估装置126可以适于从响应于反射图案而生成的图像矩阵122中消减非图案化图像矩阵138。可以确定非图案化图像矩阵138，以使得测距仪110与响应于反射图案而生成图像矩阵122的位置相比位于相同的位置。图3A以示意图的方式示出了在测距仪110在以不活动的激光器和活动的激光器的测量之间移动的情况下，从图像矩阵122中消减非图案化图像矩阵138。因此，在移动的情况下，图像矩阵的消减将导致不完全地消除由环境光造成的影响。评估装置126可以适于重建和/或考虑非图案化图像矩阵138和响应于反射图案而生成的图像矩阵122的确定之间的移动。因此，如图3B所示，评估装置可以适于识别这两个图像矩阵中的特征点或区域(示出为圆)，并且将非图案化图像矩阵138的至少一个特征与图像矩阵122的对应特征进行匹配。评估装置可以适于使非图案化图像矩阵138移位，以使得匹配的特征对齐。图3C示出了对齐的非图案化图像矩阵138和图像矩阵122的相减。
评估装置126可以适于定位和/或识别图像矩阵122中的至少一个特征136。图4A至图4C示出了图像矩阵122中的至少一个特征136的定位和识别。反射图案124可以包括与照射图案116的至少一个特征相对应的至少一个特征136。与照射图案116相比，反射图案124可以包括至少一个畸变图案，其中，该畸变取决于对象112的距离，诸如对象112的表面特性。评估装置126可以适于在图像矩阵122中搜索潜在的几何构象128。评估装置126可以适于选择至少一个几何构象128和/或用户可以选择至少一个几何构象128。评估装置126可以适于搜索和/或比较图像矩阵122和所选择的几何构象128，并且定位图像矩阵122中的几何构象128。例如，如图4A所示，评估装置126可以确定在图像矩阵122的每一列中的具有最高的表示相应像素的照度像素值的至少一个像素。作为示例，在x方向上识别到第六列中的像素140。评估装置126可以适于针对像素矩阵的每一列确定取决于最高像素值的至少一个阈值。每列中的评估方向用箭头表示。阈值可以是从最高像素值的0.5倍到最高像素值的0.99倍的值。例如，阈值可以是最高像素值的0.95倍。评估装置126可以适于确定在每一列中的具有大于或等于相应阈值的像素值的像素。评估装置126可以适于标记和/或确定每一列中的像素值大于或等于相应阈值的像素。图4B示出了仅包括大于或等于相应阈值的像素的图像矩阵122的二进制图像矩阵。此外，在假设存在所选择的几何构象的情况下，评估装置126可以适于取消选择和/或划分和/或去除每一列中的具有不合理的像素值，特别是不明确的像素值的像素。例如，在图4A至图4C所示的示例中，几何构象128可以是水平线。如图4B所示，图像矩阵的一列中包括大于或等于该列的阈值的多于一个像素。评估装置126可以适于取消选择和/或划分和/或去除所有不明确的像素，不再进一步考虑它们，参见图4C。评估装置可以适于在像素强度之间进行插值，以进一步提高识别最大值的可能位置的准确性。
几何构象128可以是从以包括以下各项的组中选择的至少一个构象：至少一个平面；至少一条直线；至少一个边界；至少一个边缘。评估装置126可以包括至少一个存储装置。存储装置可以包括潜在的几何构象的至少一个数据库和/或查找表。几何构象128可以由用户和/或由评估装置选择。例如，用户可以选择至少一种特定模式，在该模式中假设反射图案中存在至少一个特定几何构象。例如，用户可以选择“边缘模式”，在该模式中评估装置假设反射图案中存在至少一个边缘。诸如线模式、曲度模式、宽度模式、角度模式、对象尺寸模式、对象类型模式等之类的其它模式也是可能的。附加地或替代地，评估装置126可以适于分析反射图案124并且确定和/或提出和/或选择至少一个几何构象128，例如，最佳匹配的构象。评估装置126可以适于确定最佳匹配的几何构象。
评估装置126可以适于确定沿着至少一个横向轴，例如沿着x轴和/或沿着y轴的至少一个距离分布。例如，评估装置126可以适于通过使用光切处理来确定对象112的纵向坐标。评估装置126可以适于根据所定位的和/或所识别的图像矩阵122的特征中的每一者的行高来确定纵向坐标。评估装置126可以适于针对所定位和/或所识别的图像矩阵122的特征中的每一者确定高度位置h和角度α，其中，h对应于图像矩阵122中的y位置，其对应于图像矩阵122中的行，角度α可以是与图像矩阵122中的x位置相对应的并且与图像矩阵122中的列相对应的角度。评估装置126可以适于根据来确定距离z，其中，h∞与无限远处的对象的图像矩阵中的行高相对应，并且c0是常数。对于图4A至图4C所示的示例，图5A示出了作为角度α的函数的高度位置。虚线142示出h∞。评估装置126可以适于逐列确定z并确定沿着x轴的距离分布。评估装置126可以适于通过根据x＝z·tan(α)确定x分量来确定对象的位置。y分量可以在极平面内延伸，并且可以取决于照射源、可选的传送装置和传感器元件的相对位置。评估装置126可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。
图5B和图5C示出确定沿着至少一个横向轴的至少一个位置处的纵向坐标z的进一步的实施例。评估装置126可以适于通过导出商信号来确定对象112的纵向坐标z，其中，x是横向坐标，A1和A2是图像矩阵122中反射图案124的不同区，并且I(x)表示图像强度。测距仪110可以包括至少一个传送装置130，并且光学传感器118可以定位在传送装置130的焦距处。照射图案116可以包括至少一个特征，该特征被设计和布置为使得反射图案124的对应特征在图像矩阵122中被分割。A2可以对应于图像矩阵122中包括基本中心信息的特征区，而A1可以对应于包括基本边缘信息的区。优选地，中心信息具有边缘信息的比例小于10％，更优选地小于5％，最优选地，中心信息不包括边缘内容。边缘信息可以包括整个特征的信息，具体为来自中心区域和边缘区域的信息。边缘信息具有中心信息的比例可以小于10％，优选地小于5％，更优选地，边缘信息不包括中心内容。如果特征的至少一个区靠近或围绕中心并且包括基本中心信息，则可以将该特征的至少一个区确定和/或选择为A2。如果特征的至少一个区包括来自从特征的中心区进一步向外延伸到特征的边缘区域的区域中的至少一部分，则该特征的至少一个区可被确定和/或选择为A1。在图像矩阵122中，每一列可以包括中心区中的强度的中心信息和来自从特征的中心区进一步向外延伸到特征的边缘区域的区域中的强度的边缘信息。
图5B示出了一个示例，其中，照射图案116可以表现出一个或多个点。A1可以与具有对应反射图案124中的至少一个点的整个半径的区域相对应，反射图案124在对应照射图案116中表现出至少一个点。A2可以是对应反射图案124中的点的中心区，反射图案124在对应照射图案116表现出的至少一个点。中心面积可以是恒定值。中心区可以具有一个与整个半径相比的半径。例如，中心区的半径可以具有从0.1至0.9的整个半径，优选地具有从0.4至0.6的整个半径。
商q可以通过使用各种手段来确定。作为示例，可以使用并且可以在评估装置中实现用于导出商的软件手段和/或用于导出商的硬件手段。因此，作为示例，评估装置126可以包括至少一个除法器，其中，该除法器被配置用于导出商。除法器可以完全或部分地实现为软件除法器或硬件除法器中的一者或全部两者。
评估装置126可被配置为使用商信号q和纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定纵向坐标。该预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析推导关系中的一者或多者。评估装置126可以包括用于存储诸如查找列表或查找表的预定关系的至少一个数据存储器件。评估装置126可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。关于商信号的确定和评估，参考于2016年10月17日提交的EP 16199397.7，其全部内容通过引用并入此文。
图5C示出一个实施例，其中，光学传感器118可以包括包括至少一个纵向光学传感器146阵列，每个纵向光学传感器具有至少一个传感器区域148，其中，纵向光学传感器146中的每一者可以被设计为以取决于反射图案124的反射光束对传感器区域148的照射的方式来生成至少一个纵向传感器信号。在给定相同总照射功率的情况下，纵向传感器信号可以取决于反射光束在传感器区域148中的束横截面。评估装置126可被设计为通过评估纵向传感器信号来生成关于对象112的纵向位置的至少一项信息。关于光学传感器118的设计和实施例，例如可以参考WO 2012/110924 A1、WO 2014/097181 A1或WO 2016/120392 A1。评估装置可以适于逐列确定纵向坐标z并确定沿着x轴的距离分布。
评估装置126可以适于评估所确定的距离分布。具体地，评估装置126可以适于根据距离分布来确定对象112的位置，特别是沿着至少一个横向坐标x和/或y的特定位置处的纵向坐标z，和/或确定空间角度和/或范围诸如，对象112的宽度。评估装置126可以适于评估距离分布，在假设图像矩阵122包括至少一个几何构象128的情况下，至少一个几何构象128诸如为至少一个平面和/或至少一个线性、弯曲或圆柱形状和/或至少一个线性边缘。具体地，评估装置126可以适于将距离分布精简到线，特别是直线。图6A至图6F示出了距离分布的评估。评估装置126可以适于执行以下算法：
a)从距离分布的多个点P中选择两个点pi、pj；
b)用线L连接这些点；
c)针对P的所有点确定到L的最短距离di；
d)确定质量
e)比较G与阈值，诸如预先确定或预先定义的阈值，如果G小于阈值，则重复迭代步骤a)至d)，或者如果G大于或等于阈值，则存储相应的L＝Lmax；
f)标记所有点pi∈P，其中常数c∈(0,1)；所标记的点由数量描述，/>
g)选择最大连接数量M*，其中，
h)从M中去除属于M*的部分的所有点，并且重复迭代步骤a)至g)，直至M为空。
图6A中示出了步骤a)至c)。具体地，通过线L连接两个随机选择的点。图6B示出评估具有最大质量G的线Lmax。图6C示出了在有限次数的迭代中确定的Lmax。图6D示出了在标记靠近或接近Lmax的所有点，选择最大连接量M*并去除了作为M*部分的所有点之后的距离分布。图6E示出了在进一步的迭代步骤之后的距离分布的剩余点。图6F示出了结果，即，所确定的与距离分布最佳匹配的线。
评估装置126可以适于根据所评估的距离分布来确定对象112的位置，特别是沿着至少一个横向坐标x和/或y的特定位置处的纵向坐标z，和/或根据距离分布来确定空间角度和/或范围。图7示出了独立于倾斜角度的角度信息的确定。照射图案116可以包括至少三个照射特征，诸如至少三个照射点。照射特征可以被布置为使得它们在对象112上形成至少一个平面。照射特征被布置为相对于彼此交错。照射特征被布置为使得它们不能通过一条直线连接。评估装置126可被配置为通过评估图像矩阵122来确定照射特征中的每一者在对象上的位置，具体为(x,y,z)。评估装置126可以适于确定对象112上的至少一个平面。评估装置126可以适于根据照射点的位置来确定平面的法向量评估装置126可以适于根据 来确定法向量/>其中(xi,yi,zi)是至少三个照射特征的确定位置。例如，在图7的实施例中，照射图案116例如包括被布置为平行线的实线图案和虚线图案。几何信息可以是关于至少一个第一表面150和至少一个第二表面152之间的空间角度的信息。照射源114可以适于生成包括至少三个第一照射特征的至少一个第一照射图案和包括至少三个第二照射特征的至少一个第二照射图案。在图7中，第一照射图案可以是在第一表面150上可见的照射图案116的一部分，而第二照射图案可以是在第二表面152上可见的照射图案116的一部分。例如，在第一表面150和第二表面152中的每一者上，虚线图案的至少两个点和实线图案的至少一个点在对象上形成至少一个平面。评估装置126可以适于确定第一表面150和第二表面152中的每一者上的相应三个点的位置，并且确定平面的法向量/>
照射源114可以适于以第一照射图案照射第一表面150并且以第二照射图案照射第二表面152。三个第一照射特征可以在第一表面150上形成第一平面，并且三个第二照射特征可以在第二表面152上形成第二平面。评估装置126可被配置为确定照射特征中的每一者的位置。评估装置126可以适于确定第一平面和第二平面之间的空间角度。评估装置126可以适于确定第一表面150的第一法向量和第二表面152的至少一个第二法向量/>评估装置126可以适于根据/>来确定空间角度。
照射图案116可以包括具有至少两个不同波长的至少两个特征。例如，例如，第一波长可以在可见光范围内，并且可用于引导用户和确定几何信息。第二波长可以在不可见光范围内，诸如在红外范围内，并且也可用于确定几何信息。但是，由于该第二波长对于用户不可见，因此不会打扰或混淆用户。照射图案116的至少一个第一特征可以具有在可见光范围内的波长，并且照射图案116的至少一个第二特征可以具有在红外光范围内的波长。照射源114可以包括适于生成具有至少两个不同波长的至少一个光束的至少两个光源和/或适于生成具有至少两个不同波长的至少一个光束的至少一个光源。例如，在图7的实施例中，第一特征可以包括至少一个实线图案，使得在对象112上在可见光范围内生成至少一个线照射，而第二特征可以包括至少一个虚线图案，使得在红外范围内生成至少一个虚线照射。这样的照射图案允许在对象上看到减少的照射图案，并且简化测距仪110相对于对象112的定位。
图8示出了独立于倾斜角度的范围信息的确定，例如，对象112的宽度d的确定。照射图案116可以包括至少四个照射特征，例如p1、p2、q1和q2。照射特征可以被布置为使得宽度d可以由照射特征界定。照射特征中的至少两者(图8中的q1和p1)可以位于范围的第一边界处，并且照射特征中的至少另外两者(图8中的q2和p2)可以位于范围的第二边界处。评估装置126可以适于确定连接第一边界处的照射特征q1和p1的第一线L1和连接第二边界处的照射特征q2和p2的第二线L2。评估装置可以适于确定第一线L1和第二线L2之间的距离，该距离对应于宽度d。
参考标号列表
110 测距仪
112 对象
114 照射源
116 照射图案
118 光学传感器
120 感光区
122 图像矩阵
124 反射图案
126 评估装置
128 几何构象
130 传送装置
132 显示装置
134 光轴
136 特征
138 非图案化图像矩阵
140 像素
142 线
144 箭头
146 纵向光学传感器
148 传感器区域
150 第一表面
152 第二表面
引用的文献
US 7,855,778 B2
WO 2012/110924 A1
WO 2014/097181 A1
WO 2016/120392 A1
EP 16199397.7
US 2008/240502 A1
US 2010/0118123 A1
US 2002/075471 A1
US 2008/106746 A1
US 2016/377417 A1

Claims (16)

1.一种用于确定关于至少一个对象(112)的至少一项几何信息的测距仪(110)，所述测距仪(110)包括：
-至少一个照射源(114)，其适于生成至少一个照射图案(116)，其中，所述照射源(114)适于用所述照射图案(116)在倾斜角度下照射所述对象(112)；
-至少一个光学传感器(118)，其具有至少一个感光区(120)，其中，所述光学传感器(118)被设计为响应于由源自所述对象(112)的至少一个反射图案(124)对其感光区(120)的照射而生成至少一个图像矩阵(122)；
-至少一个评估装置(126)，其被配置为通过在假设所述反射图案(124)中存在至少一个几何构象(128)的情况下评估所述图像矩阵(122)来根据所述反射图案(124)确定关于所述对象(112)的所述几何信息；
其中，所述几何构象(128)被假设为：
至少一个第一表面(150)和至少一个第二表面(152)，其中，所述几何信息是关于所述至少两个表面(150、152)之间的至少一个空间角度的信息，其中，所述照射图案包括适于在所述至少一个第一表面(150)上限定至少一个第一平面的至少一个第一照射图案以及适于在所述至少一个第二表面(152)上限定至少一个第二平面的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一平面以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二平面，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少一个第一平面和所述至少一个第二平面之间的空间角度；
至少一个第一边界和至少一个第二边界，其中，所述几何信息是关于所述至少两个边界之间的至少一个范围的信息，其中，所述照射图案包括适于限定至少一个第一边界的至少一个第一照射图案以及适于限定至少一个第二边界的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一边界以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二边界，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少两个边界之间的范围；或者
至少一个圆柱面，其中，所述几何信息是关于至少一个半径和至少一个取向的信息，其中，所述照射图案适于限定至少一个圆柱面，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个照射图案相对应的所述反射图案的圆柱面，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少两个边界之间的范围。
2.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述评估装置(126)适于独立于所述倾斜角度来确定所述几何信息。
3.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述评估装置(126)适于根据单个图像矩阵来确定所述几何信息。
4.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述测距仪(110)适于确定至少一个非图案化图像矩阵(138)，其中，所述评估装置(126)适于使用所述非图案化图像矩阵(138)从所述图像矩阵(122)中去除由环境光造成的影响。
5.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述照射图案(116)包括具有至少两个不同波长的至少两个特征，其中，所述照射图案(116)的至少一个第一特征具有在可见光范围内的波长，其中，所述照射图案(116)的至少一个第二特征具有在红外光范围内的波长。
6.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述照射图案(116)表现出从包括以下各项的组中选择的至少一个照射特征：至少三个点；至少四个点；至少一条线；至少两条线；至少一个点和一条线。
7.根据权利要求6所述的测距仪(110)，其中，所述至少两条线包括平行线或相交线。
8.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述照射图案(116)包括至少三个照射特征，其中，所述照射特征被布置为使得它们在所述对象(112)上形成至少一个平面，其中，所述评估装置被配置为通过评估所述图像矩阵(122)来确定所述照射特征中的每一者在所述对象(112)上的位置。
9.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述几何信息是从包括以下各项的组中选择的至少一项信息：关于至少一个第一表面和至少一个第二表面之间的至少一个空间角度的信息；关于至少一个表面的至少一个曲度的信息；关于至少两个边界之间的至少一个范围的信息；关于至少一个对象的至少一个尺寸的信息；关于至少一个对象的至少一个形状的信息；关于至少一个对象的至少一个体积的信息。
10.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述评估装置(126)适于确定沿至少一个横向轴的至少一个距离分布。
11.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述评估装置(126)适于通过使用光切处理来确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标。
12.根据权利要求11所述的测距仪(110)，其中，所述评估装置(126)适于通过导出商信号来确定所述对象(112)的所述纵向坐标，
其中，x是横向坐标，其中，A2对应于所述图像矩阵(112)中包括基本中心信息的至少一个特征的区，A1对应于所述图像矩阵(112)中包括基本边缘信息的该特征的区，其中，I(x)指示图像强度。
13.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述光学传感器(118)包括至少一个纵向光学传感器(146)阵列，所述纵向光学传感器(146)中的每一者具有至少一个传感器区域(148)，其中，所述纵向光学传感器(146)中的每一者被设计为以取决于由所述反射图案的反射光束对所述传感器区域(148)的照射的方式来生成至少一个纵向传感器信号，其中，在给定相同的总照射功率的情况下，所述纵向传感器信号取决于所述反射光束在所述传感器区域(148)中的束横截面，其中，所述评估装置(126)被设计为通过评估所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一项信息。
14.根据权利要求1所述的测距仪(110)，其中，所述光学传感器(118)包括至少一个像素矩阵。
15.一种用于确定关于至少一个对象(112)的至少一项几何信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个照射源(114)来生成至少一个照射图案(116)，并且用所述照射图案(116)在倾斜角度下照射所述对象(112)；
-响应于由源自所述对象(112)的至少一个反射图案(124)对至少一个光学传感器(118)的至少一个感光区(120)的照射而生成至少一个图像矩阵(122)；
-通过在假设所述反射图案(124)中存在至少一个几何构象(128)的情况下评估所述图像矩阵(122)来根据所述反射图案(124)确定所述几何信息；
其中，所述几何构象(128)被假设为：
至少一个第一表面(150)和至少一个第二表面(152)，其中，所述几何信息是关于所述至少两个表面(150、152)之间的至少一个空间角度的信息，其中，所述照射图案包括适于在所述至少一个第一表面(150)上限定至少一个第一平面的至少一个第一照射图案以及适于在所述至少一个第二表面(152)上限定至少一个第二平面的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一平面以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二平面，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少一个第一平面和所述至少一个第二平面之间的空间角度；
至少一个第一边界和至少一个第二边界，其中，所述几何信息是关于所述至少两个边界之间的至少一个范围的信息，其中，所述照射图案包括适于限定至少一个第一边界的至少一个第一照射图案以及适于限定至少一个第二边界的至少一个第二照射图案，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个第一照射图案相对应的所述反射图案的第一边界以及包括与所述至少一个第二照射图案相对应的所述反射图案的第二边界，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少两个边界之间的范围；或者
至少一个圆柱面，其中，所述几何信息是关于至少一个半径和至少一个取向的信息，其中，所述照射图案适于限定至少一个圆柱面，其中，所述评估装置(126)被配置为确定所述照射特征中的每一者的位置，其中，所述评估装置(126)适于确定包括与所述至少一个照射图案相对应的所述反射图案的圆柱面，其中，所述评估装置(126)适于确定所述至少两个边界之间的范围。
16.一种根据关于测距仪的前述权利要求中任一项所述的测距仪(110)的用途，为了使用的目的，所述用途从包括以下各项的组中选择：自助型应用；施工应用；交通技术中的位置测量；规划应用；物流应用；跟踪应用；摄影应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
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