CN111512180A - 调整距离传感器的投影系统以优化光束布局 - Google Patents

调整距离传感器的投影系统以优化光束布局 Download PDF

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Abstract

从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体上。投影图案由从投影点投影的多个光束创建。多个光束创建布置在物体的表面上的多个投影伪像。多个投影伪像的布局取决于投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系。在投影所述图案之前，优化了定义投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与投影伪像相关联的轨迹的重叠。捕获物体的图像，包括至少一部分经调整的投影图案。使用来自图像的信息来计算从距离传感器到物体的距离。

Description

调整距离传感器的投影系统以优化光束布局
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月22日提交的美国临时专利申请序列号62/575,505的优先权，该美国临时专利申请通过引用整体地并入本文中。本申请还是2018年10月3日提交的美国专利申请序列号16/150,918的部分延续，该美国临时专利申请通过引用整体地并入本文中。
背景技术
美国专利申请序列号14/920,246、15/149,323和15/149,429描述了距离传感器的各种配置。这样的距离传感器在各种应用中可能是有用的，该各种应用包括安全、游戏、无人驾驶车辆的控制以及其他应用。
在这些应用中描述的距离传感器包括：投影系统（例如，包括激光器、衍射光学元件和/或其他协作组件），该投影系统将光束投影到视场中。光束散开以创建图案（点的图案、长划（dash）的图案或其他伪像的图案）。当图案入射到视场中的物体上时，可以基于图案在一个或多个视场图像中的外观（例如，点、长划或其他伪像的位置关系）来计算从传感器到物体的距离，可以由传感器的光接收系统（例如，透镜、图像捕获设备和/或其他组件）来捕获该一个或多个视场图像。还可以确定物体的形状和尺寸。
发明内容
在示例中，一种方法包括：从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体的表面上，其中该投影图案由从该投影点投影的多个光束创建，其中该多个光束创建布置在物体的表面上的多个投影伪像，其中多个投影伪像的布局取决于投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系，并且其中在投影之前，已经优化了定义投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠；捕获物体的图像，包括至少一部分经调整的投影图案；以及使用来自图像的信息来计算从距离传感器到物体的距离。
在另一个示例中，非暂时性机器可读存储介质利用由处理器可执行的指令进行编码。在执行时，指令使处理器实行以下操作，包括：从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体的表面上，其中该投影图案由从投影点投影的多个光束创建，其中多个光束创建布置在物体的表面上的多个投影伪像，其中多个投影伪像的布局取决于投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系，并且其中在投影之前，已经优化了定义投影点与距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠；捕获物体的图像，包括至少一部分经调整的投影图案；以及使用来自图像的信息来计算从距离传感器到物体的距离。
在另一示例中，一种装置包括：图像捕获设备，其被定位成捕获视场的图像；以及投影点，其被定位在图像捕获设备的透镜的外周之外，该投影点被配置成将多个投影光束投影到视场中，其中调整定义了图像捕获设备与投影点之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与由多个投影光束创建的多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠。
附图说明
图1是图示了距离传感器的元件的示意图；
图2图示了针对作为由距离传感器的投影点投影的示例图案的一部分的多个点的轨迹；
图3A图示了从投影点投影的光束的布置的一个示例的侧视图；
图3B图示了由图3A的光束的布置创建的投影图案的正面视图；
图3C图示了在图3A和图3B中图示的投影图案的简化等距视图；
图3D图示了在半球形视场中的图3A-3C的投影图案的总体形状；
图4A图示了从投影点投影的光束的布置的一个示例的侧视图；
图4B图示了由图4A的光束的布置创建的投影图案402的正面视图；
图4C图示了在图4A和图4B的图案投影到平坦表面上时，图4A和4B的投影伪像的轨迹的正面视图；
图5A图示了从投影点投影的光束的布置的一个示例的侧视图；
图5B图示了由图5A的光束的布置创建的投影图案的正面视图；
图5C图示了被投影到平坦表面上的图5A和5B的投影图案的侧视图；
图5D图示了被投影到平坦表面上的图5A和5B的投影图案的正面视图；
图5E图示了在图5A-5D的图案投影到平坦表面上时，图5A-5D的投影伪像的轨迹的正面视图；
图5F图示了在半球形视场中的图5A-5E的投影图案的总体形状；
图6A图示了从投影点投影的光束的布置的一个示例的侧视图；
图6B图示了由图6A的光束的布置创建的投影图案的正面视图；
图6C图示了被投影到平坦表面上的图6A和6B的投影图案的侧视图；
图6D图示了被投影到平坦表面上的图6A和6B的投影图案的正面视图；
图6E图示了在图6A-6D的图案投影到平坦表面上时，图6A-6D的投影伪像的轨迹的正面视图；
图7图示了本公开的示例投影光束对准；
图8图示了用于计算从传感器到物体的距离的示例方法的流程图；
图9A是图示了具有投影点的距离传感器的元件的侧视图的示意图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图9B是图示了图9A的距离传感器的元件的顶视图的示意图；
图10A图示了示例投影点与距离传感器的示例图像捕获设备之间的位置关系的侧视图；
图10B进一步图示了图10A的距离传感器的元件；
图10C图示了当调整了投影图案的中心与图10A的图像捕获设备的光轴之间的角度时对投影点轨迹的影响；
图10D图示了当调整了投影图案的中心与图10A的图像捕获设备的光轴之间的角度时对投影点轨迹的影响；
图11A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图11B图示了图11A中图示的传感器组件的顶视图；
图11C-11G是标绘了由图11A和11B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图12A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图12B图示了图12A中图示的传感器组件的顶视图；
图12C-12G是标绘了由图12A和12B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图13A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图13B图示了图13A中图示的传感器组件的顶视图；
图13C-13G是标绘了由图13A和13B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图14A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图14B图示了图14A中图示的传感器组件的顶视图；
图14C-14G是标绘了由图14A和14B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图15A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图15B图示了图15A中图示的传感器组件的顶视图；
图15C-15E是标绘了由15A和15B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图16A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图16B图示了图16A中图示的传感器组件的顶视图；
图16C-16E是标绘了由图16A和16B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图17A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图17B图示了图17A中图示的传感器组件的顶视图；
图17C是标绘了由图17A和17B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图18A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图18B图示了图18A中图示的传感器组件的顶视图；
图18C是标绘了由图18A和18B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图19A图示了具有投影点的传感器的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；
图19B图示了图19A中图示的传感器组件的顶视图；
图19C是标绘了由图19A和19B的距离传感器发射的投影点的轨迹的图表；
图20图示了用于计算从传感器到物体的距离的示例方法的流程图；以及
图21描绘了用于计算从传感器到物体的距离的示例电子设备的高级框图。
具体实施方式
本公开广泛地描述了用于调整距离传感器的投影系统以优化用于球形三角测量计算的光束布局的装置、方法和非暂时性计算机可读介质。如上面讨论的，诸如美国专利申请序列号14/920,246、15/149,323和15/149,429中所描述的那些距离传感器之类的距离传感器通过投影光束来确定到物体的距离（以及可能地，确定该物体的形状和尺寸），该光束在包括物体的视场中散开以创建图案（例如，点的图案、长划的图案或其他伪像的图案）。在一些示例中，传感器包括多个“投影点”，其中可以从每个投影点投影多个光束。多个光束可以成扇形散开以形成图案的一部分。图案的外观可能会随着到物体的距离而变化。例如，如果图案包括点的图案，则当物体更靠近传感器时，点可以看起来彼此更靠近，并且当物体更远离传感器时，点可以看起来彼此更远离。
例如，图1是图示了与美国专利申请序列号14/920,246、15/149,323和15/149,429中描述的传感器相似的距离传感器的元件的示意图。如图示的，传感器可以包括图像捕获设备的透镜100。透镜100的视场可以由f表示。传感器还可以包括围绕透镜100的周界布置的多个投影点（例如，由光源、衍射光学元件和/或其他组件的组合形成）；图1图示了一个这样的投影点102，其中其他投影点可以被类似地配置并被放置在透镜100周围的不同位置处。从透镜100的中心轴到投影点102的中心轴的距离d也可以被称为传感器的“基线”。
投影点102投影光的多个光束1041-104n（在下文中单独地被称为“光束104”或统称为“光束104”），这些光束成扇形散开，并在光束104入射在表面上时形成投影伪像（例如，点、长划等等）的图案106。图案106的平面可以平行于传感器的基线d。在图1中图示的示例中，投影伪像是点。图1图示了在图案106出现在距基线d的第一距离D1处并且也在其出现在距基线d的第二距离D2处时的图案106。
从同一个投影点102投影的所有光束104将根据如上所述的物距沿着基线d在同一方向上移动。然而，随着从同一投影点102投影的光束104的数量增加，由光束104产生的伪像（例如，点）的轨迹（即，移动范围）可能看起来更靠近在一起，并且在某些情况下甚至可能重叠。
投影伪像的轨迹由距离传感器的投影光学系统（例如，光学器件组，包括光源、衍射光学元件和投影光束的其他组件）与光接收光学系统（例如，透镜、图像捕获设备和捕获投影伪像的图像的其他组件）之间的在平面（例如，横向）方向和高度方向（例如，垂直于横向方向的方向）上的位置关系来确定。投影伪像的轨迹可以表现为径向图案或线，并且随着传感器与投影图案被投影到其中的物体之间的距离变化而描述投影伪像的移动。更具体地，投影伪像的轨迹描述了随着距离上的变化，投影伪像相对于距离传感器的图像捕获设备的移动。
例如，图2图示了针对多个点的轨迹200，这些点是由距离传感器的投影点（例如，诸如图1的投影点102）投影的示例图案的一部分。没有阴影的点表示与传感器基线相距第一距离处的点的位置，而有阴影的点表示与传感器基线相距第二距离处的点的位置。将没有阴影的点连接到有阴影的点的线或轨迹200表示没有阴影的点和有阴影的点是同一个点，以距传感器基线不同的距离进行描绘。如图2中所示，一些点的轨迹200可能重叠。由圆圈202示出了重叠的轨迹200。当轨迹200的重叠发生时，可能难以确定从投影点投影的哪些光束对应于投影图案中的哪些点。这进而可能会使距离测量计算变复杂，因为准确的计算可能依赖于识别创建了图像中可见的点的光束的能力。
因此，从距离传感器的投影点投影的光束数量的增加可能增加由光束创建的投影伪像的轨迹中将存在重叠的可能性（并且因此增加了距离计算的难度）。另一方面，通常认为大量光束是有利的，因为它为距离计算目的提供了传感器视场的更好空间覆盖。作为附加考虑，可能合期望的是将投影点的数量保持为最少，以便最小化制造成本、传感器大小以及由于组件损坏所致的传感器故障。但是，为了维持具有较少投影点的空间覆盖范围，可能有必要从投影点投影更大数量的光束。
本公开的示例提供了一种用于距离传感器的光束布置，该光束布置随着从传感器投影点投影的光束的数量增加而使投影伪像轨迹的重叠最小化。特别地，本公开的示例提供了具有投影伪像的分布的图案，该分布将对空间覆盖的需求与要最小化投影伪像轨迹的重叠的需求进行了平衡。可以通过从每个投影点投影从中心光束对称地（至少在x和y方向上）成扇形散开的多个光束来实现所公开的图案的示例。
如上面讨论的，投影伪像的轨迹可以表现为径向图案或线。本公开的示例考虑以下事实：投影伪像轨迹和包括多个投影伪像的投影图案的线两者都可能看起来是线性的。照此，可以调整投影伪像与距离传感器的图像捕获设备、中心投影伪像的方向或由多个投影伪像创建的投影图案的旋转相位之间的位置关系，以使形成投影图案的多个投影伪像的轨迹中的重叠最小化。本公开的另外的示例计及以下事实：当形成投影图案的平面弯曲时，由投影伪像轨迹和投影图案的线形成的角度可以逐渐变化，这使得轨迹重叠在整个投影图案上的均匀消除更具挑战性。
本公开的示例提供了一种距离传感器，其中，在平面（例如，横向）方向和高度方向（例如，垂直于横向方向的方向）中的至少一个上调整距离传感器的投影光学系统与光接收光学系统之间的位置关系。例如，可以调整每一个投影点以调整投影点的位置，并且由此也调整投影点与光接收光学系统的位置关系。该位置关系的调整允许以最小化投影点轨迹的重叠的方式来优化投影图案。
在本公开的情境中，“调整”投影点是指在工厂内进行的对投影点与图像捕获设备之间的位置关系的调整。例如，可以通过在组装之前为距离传感器的组件计算并选择适当的尺寸和位置来进行调整。组件也可以在距离传感器的组装过程中进行“预调整”。然而，关于“调整”投影点或其位置的任何讨论并不意味着暗示在组装（例如在现场）之后该投影点是可调整的。
本公开的其他示例描述了具有大体上矩形形状的投影图案（即，由多个投影伪像创建的图案），其中，投影伪像以多行和多列布置。在此情境中，位于投影图案中心的投影伪像可以被认为是投影图案的“原点”。与原点相交的行可以被称为投影图案的“纬度”线，而与原点相交的列可以被称为投影图案的“经度”线。在一个示例中，可以调整一个或多个光束从投影点的投影角度，使得投影图案的纬度和经度线中的一条或多条旋转预定角度，以实现使投影伪像轨迹的重叠最小化的经调整的投影图案。
图3A图示了从投影点300投影的光束的布置的一个示例的侧视图，而图3B图示了由图3A的光束的布置创建的投影图案302的正面视图。在图3A和3B的示例中，光束的布置被投影到球形表面304上，该球形表面304即是具有圆形（非平坦）形状的表面。
如图示的，投影点300投影了多个光束3061-306m（在下文中单独地被称为“光束306”或统称为“光束306”）。多个光束306包括中心光束306i。剩余的光束306在沿x轴的两个方向上和沿Y轴的两个方向上从中心光束306i成扇形散开。为了简化附图，没有在图3A中图示可以驻留在第一光束3061与中心光束306i之间，以及驻留在中心光束306i与最后光束306m之间的光束306。
由多个光束306创建的合成图案302包括：以矩形网格布置的多个投影伪像（例如，点），如图3B中所示。网格的行沿图示坐标系的x轴延伸，而网格的列沿y轴延伸。以根据预定义规则的间隔（例如，相等的角度间隔、相等的正弦值间隔等）、从中心光束306i以与x轴和y轴相对应的位置角来布置行和列。
投影伪像可以以交错的图案（例如，其中每行或每列都从相邻的行或列偏移，使得沿行或沿列的所有投影伪像可能不是共线的）或以连续的图案（例如，其中每行或每列与相邻的行或列对齐，使得沿行或沿列的所有投影伪像都是共线的）来布置。无论投影伪像的图案是交错的还是连续的，图案都是规则的（即，投影伪影的安置是规则的而不是随机的），其可以从由中心光束306i创建的中心投影伪像308向外延伸。中心投影伪像308位于“经度线”310（或中心列）和“纬度线”312（或中心行）的交点处，并且可以被认为是图案302的“原点”。
在一个示例中，当图案302被投影到球形表面304上时，经度线310可以绕y轴旋转第一预定角度。替换地或另外，纬度线312可以绕x轴旋转第二预定角度。这在图3B中示出，其中图案302的形状发生弯曲以符合球形表面304的圆形形状。
由于中心投影伪像308、旋转的经度线310和/或旋转的纬度线312投影到其上的球形表面304始终是一个平面，因此图案302的每行或每列将包括穿过中心投影伪像308的平面。如图3C中所示（图3C图示了图3A和图3B中图示的投影图案302的简化等距视图），投影到球形表面304的平面上的投影伪像的每条线将变为直线。
在图3C中图示的示例中，由投影点300和图案302的纬度线形成的表面是圆锥形的（其中以投影点300作为圆锥的顶端或窄端），而由投影点300和图案302的经度线形成的表面是平坦或平的表面。这就是为何由投影点形成的网格线变为曲线的原因。被布置在经度线上的网格线是直线，而矩形形状（由各条线形成的角度）相对于三维位置的差是均匀的。在一个示例中，根据示例投影图案302，从距离传感器到物体的距离对应于以距离传感器的透镜的主点为中心的球形表面304的半径。传感器可以被定位在包括投影点300的多个投影点的中心，并且主点可以是传感器透镜的前节点。
图3D图示了在半球形视场中的图3A-3C的投影图案302的总体形状。更具体地，图3D图示了投影图案的网格线相对于投影点300的取向。如图示的，可以通过将纬度线326和经度线328中的一条或多条分别旋转预定角度η和θ来调整投影图案302。η和θ可以相等或不相等，这取决于投影图案302要投影到其上的物体的形状和应用。
例如，纬度线326可以在y方向上（即，在沿y轴的方向上）移位到新位置322。在一个示例中，通过使纬度线326旋转角度η来实现纬度线326到新位置322的移位。
经度线328可以在x方向上（即，在沿x轴的方向上）移位到新位置324。在一个示例中，通过使经度线328旋转角度θ来实现经度线328到新位置324的移位。
图3D图示了可以由该光束布局创建的几个示例投影伪像。除了位于纬度线326（对其而言η=0）和经度线328（对其而言θ=0）的原始位置的交点处的中心投影伪像308之外，还示出了以下投影伪像：投影伪像330，其位于距中心投影伪像308的（θ，η）坐标处（例如，在x方向和y方向两者上都移位），并且表示中心投影伪像308在经调整的图案中的新位置；投影伪像332，其位于坐标（θ，0）处；以及投影伪像334，其位于坐标（0，η）处。
图4A图示了从投影点400投影的光束的布置的一个示例的侧视图，而图4B图示了由图4A的光束的布置创建的投影图案402的正面视图。在图4A和4B的示例中，光束的布置被投影到平坦表面404上。
如图示的，投影点400投影了多个光束4061-406m（在下文中单独地被称为“光束406”或统称为“光束406”）。多个光束406包括中心光束406i。剩余的光束406在沿x轴的两个方向上和在沿y轴的两个方向上从中心光束406i成扇形散开。为了简化附图，没有在图4A中图示可以驻留在第一光束4061与中心光束406i之间，以及驻留在中心光束406i与最后光束406m之间的光束406。
由多个光束406创建的合成图案402包括：以矩形网格布置的多个投影伪像（例如，点），如图4B中所示。网格的行沿所图示坐标系的x轴延伸，而网格的列沿y轴延伸。以根据预定义规则的间隔（例如，相等的角度间隔、相等的正弦值间隔等）、从中心光束406i以与x轴和y轴相对应的位置角来布置行和列。
投影伪像可以以交错的图案（例如，其中每行或每列都从相邻的行或列偏移，使得沿行或沿列的所有投影伪像可能不是共线的）或以连续图案（例如，其中每行或每列与相邻的行或列对齐，使得沿行或沿列的所有投影伪像都是共线的）来布置。无论投影伪像的图案是交错的还是连续的，图案都是规则的（即，投影伪像的安置是规则的而不是随机的），并且可以从由中心光束406i创建的中心投影伪像408向外延伸。中心投影伪像408位于经度线410和纬度线412的交点处，并且可以被认为是图案402的“原点”。
图4C图示了在图4A和4B的图案402被投影到平坦表面404上时，图4A和4B的投影伪像的轨迹414的正面视图。如图示的，轨迹414并不重叠。
图4C还示出了透镜416相对于投影点400的位置。如由基线418所示，投影点400被定位成在径向或x方向上距透镜416一定距离a。然而，在y方向上，投影点416的位置与透镜之间存在零差。换言之，透镜416和投影点400可以安装在同一平面中，例如，使得投影点400在图像捕获设备的光轴的方向上与透镜的图像捕获设备的主点（例如，前节点）齐平。
图5A图示了从投影点500投影的光束的布置的一个示例的侧视图，而图5B图示了由图5A的光束的布置创建的投影图案502的正面视图。在图5A和5B的示例中，光束的布置被投影到球形表面504上，该球形表面即是具有圆形（非平坦）形状的表面。
如图示的，投影点500投影多个光束5061-506m（在下文中单独地被称为“光束506”或统称为“光束506”）。多个光束506包括中心光束506i。剩余的光束506在沿x轴的两个方向上和沿y轴的两个方向上从中心光束506i成扇形散开。为了简化附图，没有在图5A中图示可以驻留在第一光束5061与中心光束506i之间，以及驻留在中心光束506i与最后光束506m之间的光束506。
由多个光束506创建的合成图案502包括：以矩形网格布置的多个投影伪像（例如，点），如图5B中所示。网格的行沿所图示坐标系的x轴延伸，而网格的列沿y轴延伸。以根据预定义规则的间隔（例如，相等的角度间隔、相等的正弦值间隔等）、从中心光束506i以与x轴和y轴相对应的位置角来布置行和列。
投影伪像可以以交错的图案（例如，其中每行或每列都从相邻的行或列偏移，使得沿行或沿列的所有投影伪像可能不是共线的）或以连续图案（例如，其中每行或每列与相邻的行或列对齐，使得沿行或沿列的所有投影伪像都是共线的）来布置。无论投影伪像的图案是交错的还是连续的，图案都是规则的（即，投影伪像的安置是规则的而不是随机的），并且可以从由中心电子光束506i创建的中心投影伪像508向外延伸。中心投影伪像508位于经度线510和纬度线512的交点处，并且可以被认为是图案502的“原点”。
图5C图示了被投影到平坦表面516上的图5A和5B的投影图案502的侧视图，而图5D图示了被投影到平坦表面516上的图5A和5B的投影图案502的正面视图。如图5C中图示的，与在图案502被投影到平坦表面516上时不同，图案502发生弯曲。如在下文结合图5E所讨论的，这可能导致投影伪像的轨迹重叠。这与图5A和5B的示例形成对照，在图5A和5B的示例中图案502被投影到球形表面504上并维持其大体上矩形的网格形状。
图5E图示了在图5A-5D的图案502投影到平坦表面520上时，图5A-5D的投影伪像的轨迹514的正面视图。如图示的，轨迹514在被投影到平坦表面520上时重叠。
图5E还示出了透镜516相对于投影点500的位置。如基线518所示，投影点500被定位成在径向或x方向上距透镜516一定距离a。然而，在y方向上，投影点500的位置与透镜516之间存在零差。换言之，透镜516和投影点500可以安装在同一平面上，例如，使得投影点500在图像捕获设备的光轴方向上与透镜的图像捕获设备的主点（例如，前节点）齐平。
图5F图示了在半球形视场中的图5A-5E的投影图案502的总体形状。更具体地，图5F图示了投影图案的网格线相对于投影点500的取向。如图示的，可以通过将纬度线526和经度线528中的一条或多条分别旋转预定角度η和θ来调整投影图案502。η和θ可以相等或不相等，这取决于投影图案502要投影到其上的物体的形状和应用。
例如，纬度线526可以在y方向上（即，在沿y轴的方向上）移位到新位置522。在一个示例中，通过使纬度线526旋转角度η来实现纬度线526到新位置522的移位。
经度线528可以在x方向上（即，在沿着x轴的方向上）移位到新位置524。在一个示例中，通过使经度线528旋转角度θ来实现经度线528到新位置524的移位。
图5F图示了可以由该光束布局创建的几个示例投影伪像。除了位于纬度线526（对于其而言θ=0）和经度线528（对于其而言η=0）的原始位置的交点处的中心投影伪像508之外，还示出了以下投影伪像：投影伪像530，其位于距中心投影伪像508的坐标（θ，η）处（例如，在x方向和y方向上均移位），并表示中心投影伪像508在经调整的图案中的新位置；投影伪像532，其位于坐标（0，η）处；以及投影伪像534，其位于坐标（θ，0）处。
图6A图示了从投影点600投影的光束的布置的一个示例的侧视图，而图6B图示了由图6A的光束的布置创建的投影图案602的正面视图。在图6A和6B的示例中，光束的布置被投影到球形表面604上，该球形表面604即是具有圆形（非平坦）形状的表面。
如图示的，投影点600投影了多个光束6061-606m（在下文中单独地被称为“光束606”或统称为“光束606”）。多个光束606包括中心光束606i。剩余的光束606在沿x轴的两个方向上和沿y轴的两个方向上从中心光束606i成扇形散开。为了简化附图，没有在图6A中图示可以驻留在第一光束6061与中心束606i之间，以及驻留在中心光束606i与最后光束606m之间的光束606。
由多个光束606创建的合成图案602包括：以矩形网格布置的多个投影伪像（例如，点），如图6B中所示。网格的行沿所图示坐标系的x轴延伸，而网格的列沿y轴延伸。以根据预定义规则的间隔（例如，相等的角度间隔、相等的正弦值间隔等）、从中心光束606i以与x轴和y轴相对应的位置角来布置行和列。
投影伪像可以以交错的图案（例如，其中每行或每列都从相邻的行或列偏移，使得沿行或沿列的所有投影伪像可能不是共线的）或以连续图案（例如，其中每行或每列与相邻的行或列对齐，使得沿行或沿列的所有投影伪像都是共线的）来布置。
无论投影伪像的图案是交错的还是连续的，图案都是规则的（即，投影伪像的安置是规则的而不是随机的），并且可以从由中心光束606i创建的中心投影伪像608向外延伸。中心投影伪像608位于经度线610和纬度线612的交点处，并且可以被认为是图案602的“原点”。
在一个示例中，当图案602被投影到以中心投影伪像608为中心的球形表面604上时，图案602可以采取类似于从地球赤道正上方直接看地球的经度线（例如，子午线）和纬度线（例如，赤道）的形状，如图6B中所示。
图6C图示了被投影到平坦表面上的图6A和图6B的投影图案602的侧视图，而图6D图示了被投影到平坦表面上的图6A和6B的投影图案602的正面视图。
图6E图示了在图6A-6D的图案602被投影到平坦表面614上时，图6A-6D的投影伪像的轨迹620的正面视图。如图示的，轨迹620不重叠。
图6E还示出了透镜616相对于投影点600的位置。如基线618所示，投影点600被定位成在径向或x方向上距透镜616一定距离a。然而，在y方向上，投影点600的位置与透镜616之间存在零差。换言之，透镜616和投影点600可以安装在同一平面上，例如，使得投影点600在图像捕获设备的光轴的方向上与透镜的图像捕获设备的主点（例如，前节点）齐平。
图7图示了本公开的示例投影光束对准。特别地，图7图示了距离传感器的各个组件，包括透镜/图像捕获设备的前节点700、第一投影点7021和第二投影点7022。
如图示的，前节点700被定位成距第一投影点7021和第二投影点7022中的每一个横向距离（例如，沿着x轴）a。第一投影点7021和第二投影点7022被定位成在前节点700后面（例如，沿z轴）距离b处。此外，在第一投影点7021与第二投影点7022之间（以及在可以是距离传感器的一部分的任何其他投影点之间）限定角度ω。
以第一投影点7021作为示例，第一投影点7021投影了多个光束，包括中心光束704。为了简单起见，在图7中仅图示了中心光束704。中心光束704创建由多个光束创建的投影图案的中心投影伪像706。为了简单起见，在图7中仅图示了中心投影伪像706。
中心光束704相对于第一投影点7021的取向可以由多个角度来描述。例如，可以在由中心光束704限定的平面708与穿过前节点700的中心轴712和第一投影点7021的径向线710之间限定角度α。
滚动轴线ε示出了可以如何旋转中心光束706以调整中心投影伪像706的位置。中心光束可以沿着y轴旋转角度θ和/或沿着x轴旋转角度η。此外，在中心光束706与以平行于前节点700的中心轴712的角度穿过第一投影点7021的线之间限定角度δ。
图8图示了用于计算从传感器到物体的距离的示例方法800的流程图。在一个实施例中，可以由集成在成像传感器（诸如距离传感器的任何成像传感器）中的处理器或者如在图9中图示并在下文讨论的通用计算设备来实行该方法800。
方法800以步骤802开始。在步骤804中，可以从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体上。如上面讨论的，可以通过从投影点投影多个光束来创建投影图案，以使得当多个光束入射到物体上时，投影伪像的图案（例如，点、长划、x等等）至少由成像传感器是可见的。该图案可以包括投影伪像被布置（例如，布置为多个行和多个列）到其中的矩形网格。
如也在上面讨论的，在投影图案的经度线（例如，中心列）和纬度线（例如，中心行）的交点处创建投影图案的中心投影伪像。
在步骤806中，可以将经度线和纬度线中的至少一个进行投影所处的角度旋转预定义的量以调整投影图案的形状，从而导致将经调整的投影图案投影到物体上。在一个示例中，调整投影图案的形状以补偿投影图案被投影到其上的物体的形状。例如，如果物体具有球形或圆形表面，则如果调整不当，投影图案可能出现畸变。这种畸变可能引起某些投影伪像的轨迹重叠。在一个示例中，经度线可以从其原始位置旋转第一预定角度，而纬度线从其原始位置旋转第二预定角度。该第一预定角度和第二预定角度可以相等或不相等。
在步骤808中，可以捕获该物体的至少一个图像。经调整的投影图案的至少一部分可以在物体的表面上是可见的。
在步骤810中，使用来自在步骤808中捕获的（一个或多个）图像的信息来计算从距离传感器到物体的距离。在一个实施例中，使用三角测量技术来计算距离。例如，构成投影图案的多个投影伪像之间的位置关系可以被用作计算的基础。
该方法800以步骤812结束。对于距离传感器的附加投影点，可以重复（并行或顺序地重复）方法800。
应当注意的是，尽管没有明确详述，但是上述方法800的一些框、功能或操作可以包括用于特定应用的存储，显示和/或输出。换言之，方法800中讨论的任何数据、记录、字段和/或中间结果都可以被存储、显示和/或输出到另一个设备，这取决于特定的应用。此外，图8中的陈述确定操作或涉及判定的框、功能或操作并不暗示该确定操作的两个分支都被实践。换言之，取决于确定操作的结果，可以不实行确定操作的分支之一。
如上所述，本公开的示例提供了一种距离传感器，其中，距离传感器的投影光学系统与光接收光学系统之间的位置关系在平面（例如，横向）方向和高度方向（例如，垂直于横向方向的方向）中的至少一个上可自由调整。
例如，图9A是图示了具有投影点的距离传感器900的元件的侧视图的示意图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图9B是图示了图9A的距离传感器900的元件的顶视图的示意图。如图示的，传感器900可以包括图像捕获设备的透镜902。传感器900还可以包括围绕透镜902的周界布置的多个投影点（例如，由光源、衍射光学元件和/或其他组件的组合形成）；图9A和9B图示了一个这样的投影点904，其中其他投影点可以被类似地配置并被放置在透镜902周围的不同位置处。从透镜902的前节点到投影点904的中心轴的横向距离L（例如，在垂直于图像捕获设备的光轴的方向上）也可以被称为传感器900的“基线”。
投影点904投影了光的多个光束9061-906n（在下文中单独地被称为“光束906”或统称为“光束906”），当光束906入射在表面上时，这些光束成扇形散开并形成投影伪像（例如，点、长划等等）的图案，如上文所讨论的。图案中心的方向可以垂直于传感器900的基线L，而投影图案可以相对于投影图案的中心围绕轴线对称。
在一个示例中，可以调整投影点904以调整投影点904投影多个光束906所处的方向和/或角度。以这种方式对投影点904的调整还调整了投影点904与传感器的光接收光学系统（包括透镜902）的位置关系。在这种情况下，投影点904的三维位置可以由基线L的长度并且还可以由投影点904与图像捕获设备的前节点在图像捕获设备的光轴的方向上的高度差b来确定。在图9a和9b中图示的示例中，b＝0。
投影图案的中心相对于图像捕获设备的光轴的方向可以由相对于光轴在径向方向上的角度θ来确定，其中θ指示创建投影图案的中心的投影光束与图像捕获设备的光轴之间的角度。另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴平行的轴线来限定旋转角α。
例如，图10A图示了示例投影点1000与距离传感器的示例图像捕获设备1002之间的位置关系的侧视图。图10B进一步图示了图10A的距离传感器的元件。由投影点1000投影到平坦表面1008上的投影图案1006的中心由附图标记1004表示。
如图10A所示，尺寸“b”定义了投影点1000的高度与图像捕获设备的前节点的高度（其中，高度是在图像捕获设备的光轴方向上定义的）之间的差。尺寸“a”定义了距离传感器的基线的长度。本公开的示例允许尺寸b被调整，这进而将调整投影点的轨迹1012的发散角，以使轨迹重叠最小化。以这种方式，投影点轨迹1012和投影点的线1010（例如，行）的倾斜根据投影图案1006与投影平面之间的位置关系而变化。然而，当线1010形成如图10B中所示的直线时，与使线1010变得弯曲时相比，可以更容易地进行对于使轨迹重叠最小化的调整。
本公开的其他示例还允许相对于从投影点1000投影的投影光束的散布和距离传感器的大小来调整角度θ和α。例如，图10C和图10D图示了当调整投影图案1004的中心与图10A的图像捕获设备1002的光轴之间的角度θ时对投影点轨迹的影响。
图11A图示了具有可调整投影点的传感器1100的示例配置的组件的侧视图。图11B图示了图11A中图示的传感器组件的顶视图。
如图11A和11B中所示，传感器1100包括：图像捕获设备1102，其包括透镜；以及多个投影点11041-1104N（在下文中单独地被称为“投影点1104”或统称为“投影点1104”）。在一个示例中，传感器1100包括：每一个图像捕获设备1102的四个投影点1104，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
可以由相对于光轴1106在径向方向上的角度θ来确定相对于图像捕获设备1102的光轴1106的、由投影点1104（例如，投影点11041）发射的投影图案的中心的方向，其中θ指示由投影点1104投影的中心投影光束1108（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1102的光轴1106之间的角度。在图11A和11B中图示的示例中，θ的值是四十度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1106平行的轴线来限定旋转角α。在图11A和11B中图示的示例中，α的值是零度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1104的中心轴1110的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1102的光轴1106的方向上）。
投影点1104与图像捕获设备1102的前节点之间在图像捕获设备的光轴1106的方向上的高度差b可以被定义为b。在图11A和11B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1106的线1112与垂直于中心光束1108的线1114之间的角度可以被定义为β。在图11A和11B中图示的示例中，β的值是四十度。
利用这些定义，由此可以将图像捕获设备1102与提供最佳投影图案以便使投影点轨迹重叠最小化的投影点1104之间的位置关系定义为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
（公式1）。
图11C-11G是标绘了由图11A和11B的距离传感器1100发射的投影点的轨迹的曲线图。在图11C-11G中图示的示例中，针对β的最佳值是-40°；然而，实际值可以大于或小于-40°。因此，图11C-11G示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图11C的示例中，α= 0°、θ= 40°、β= -40°并且Δβ= 0。因此，图11C图示了相对于θ的针对β的最佳值的一个示例。如所示的，图11C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
在图11D的示例中，α＝ 0°、θ＝ 40°、β＝ -46.7°并且Δβ＝ -6.7。将这方面与图11E的示例进行比较，其中α＝ 0°、θ＝ 40°、β＝ -53.7°并且Δβ＝ -13.7。与图11D的示例相比，图11E的示例中的轨迹间隔更加均匀。然而，β的值偏离最佳值40°。
在图11F的示例中，α＝ 0°、θ＝ 40°、β＝ -31.2°并且Δβ＝ 7.8。将这方面与图11G的示例进行比较，其中α＝ 0°、θ＝ 40°、β＝ 15.6°并且Δβ＝ 13.1。同样地，β的值偏离最佳值40°。
图12A图示了具有投影点的传感器1200的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图12B图示了图12A中图示的传感器组件的顶视图。
如图12A和图12B中所示，传感器1200包括：包括透镜的图像捕获设备1202，以及多个投影点12041-1204n（在下文中单独地被称为“投影点1204”或统称为“投影点1204”）。在一个示例中，传感器1200包括每一个图像捕获设备1202的四个投影点1204，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1204（例如，投影点12041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1202的光轴1206的方向可以由相对于光轴1206在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1204投影的中心投影光束1208（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1202的光轴1206之间的角度。在图12A和12B中图示的示例中，θ的值是四十度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1206平行的轴线来限定旋转角α。在图12A和12B中图示的示例中，α的值是三十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1204的中心轴1210的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1202的光轴1206的方向上）。
投影点1204与图像捕获设备1202的前节点之间在图像捕获设备的光轴1206方向上的高度差b可以被定义为b。在图12A和12B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1206的线1212与垂直于中心光束1208的线1214之间的角度可以被定义为β。在图12A和12B中图示的示例中，β的值是三十六度。
图12C-12G是标绘了由图12A和12B的距离传感器1200发射的投影点的轨迹的曲线图。在图12C-12G中图示的示例中，针对β的最佳值是-36°；然而，实际值可以大于或小于-36°。因此，图12C-12G示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图12C的示例中，α= 30°、θ= 40°、β= -36°并且Δβ= 0。因此，图12C图示了相对于θ的针对β的最佳值的一个示例。如所示的，图12C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
在图12D的示例中，α＝ 30°、θ＝ 40°、β＝ -42.3°并且Δβ＝ -6.3。将这方面与图12E的示例进行比较，其中α＝ 30°、θ＝ 40°、β＝ -46.7°并且Δβ＝ -10.7。在图12F的示例中，α＝ 30°、θ＝ 40°、β＝ -24.4°并且Δβ＝ 11.6。将这方面与图12G的示例进行比较，其中α= 30°、θ= 40°、β= 16.9°并且Δβ= 19.1。
图13A图示了具有投影点的传感器1300的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案。图13B图示了图13A中图示的传感器组件的顶视图。
如图13A和图13B中所示，传感器1300包括：包括透镜的图像捕获设备1302，以及多个投影点13041-1304n（在下文中单独地被称为“投影点1304”或统称为“投影点1304”）。在一个示例中，传感器1300包括每一个图像捕获设备1302的四个投影点1304，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1304（例如，投影点13041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1302的光轴1306的方向可以由相对于光轴1306在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1304投影的中心投影光束1308（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1302的光轴1306之间的角度。在图13A和13B中图示的示例中，θ的值是四十度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1306平行的轴线来限定旋转角α。在图13A和13B中图示的示例中，α的值是六十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1304的中心轴1310的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1302的光轴1306的方向上）。
投影点1304与图像捕获设备1302的前节点之间在图像捕获设备的光轴1306的方向上的高度差b可以被定义为b。在图13A和13B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1306的线1312与垂直于中心光束1308的线1314之间的角度可以被定义为β。在图13A和13B中图示的示例中，β的值是二十三度。
图13C-13G是标绘了由图13A和13B的距离传感器1300发射的投影点的轨迹的曲线图。在图13C-13G中图示的示例中，针对β的最佳值是-22.8°。然而，实际值可以大于或小于-22.8°。因此，图13C-13G示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图13C的示例中，α＝ 60°、θ＝ 40°、β＝ 22.8°并且Δβ＝0。因此，图13C图示了相对于θ的针对β的最佳值的一个示例。如所示的，图13C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
在图13D的示例中，α＝ 60°、θ＝ 40°、β＝ -35.9°并且Δβ＝ -13.1。将这方面与图13E的示例进行比较，其中α＝ 60°、θ＝ 40°、β＝ -41.2°并且Δβ＝ -18.4。在图13F的示例中，α＝ 60°、θ＝ 40°、β＝ -15.0°并且Δβ＝ 7.8。将这方面与图13G的示例进行比较，其中α= 60°、θ= 40°、β= 6.65°并且Δβ= 16.1。
图14A图示了具有投影点的传感器1400的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图14B图示了图14A中图示的传感器组件的顶视图。
如图14A和图14B中所示，传感器1400包括：包括透镜的图像捕获设备1402，以及多个投影点14041-1404n（在下文中单独地被称为“投影点1404”或统称为“投影点1404”）。在一个示例中，传感器1400包括每一个图像捕获设备1402的四个投影点1404，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1404（例如，投影点14041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1402的光轴1406的方向可以由相对于光轴1406在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1404投影的中心投影光束1408（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1402的光轴1406之间的角度。在图14A和14B中图示的示例中，θ的值是四十度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1406平行的轴线来限定旋转角α。在图14A和14B中图示的示例中，α的值是九十度。
基线a定义了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1404的中心轴1410的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1402的光轴1406的方向上）。
投影点1404与图像捕获设备1402的前节点之间在图像捕获设备的光轴1406的方向上的高度差b可以被定义为b。在图14A和14B中图示的示例中，b的值是零。
垂直于图像捕获设备的光轴1406的线1412与垂直于中心光束1408的线1414之间的角度可以被定义为β。在图14A和14B中图示的示例中，β的值是零度。
图14C-14G是标绘了由图14A和14B的距离传感器1400发射的投影点的轨迹的曲线图。在14C-14G中图示的示例中，针对β的最佳值是0°；然而，实际值可以大于或小于0°。因此，图14C-14G示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图14C的示例中，α= 90°、θ= 40°、β= 0°并且Δβ= 0。因此，图14C图示了相对于θ的β的最佳值的一个示例。如所示的，图14C中的投影点轨迹的重叠是最小的。因此，可以通过设置b＝ 0和β＝ 0来优化投影图案（即，使轨迹重叠最小化），而无需对传感器1400的组件进行任何修改。
在图14D的示例中，α＝ 90°、θ＝ 40°、β＝ -8.6°并且Δβ＝ -8.6。将这方面与图14E的示例进行比较，其中α= 90°、θ= 40°、β= -16.9°并且Δβ= -16.9。在图14F的示例中，α＝ 90°、θ＝ 40°、β＝ 8.6°并且Δβ＝ 8.6。将这方面与图14G的示例进行比较，其中α=90°、θ= 40°、β= 16.9°并且Δβ= 16.9。
图15A图示了具有投影点的传感器1500的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图15B图示了图15A中图示的传感器组件的顶视图。
如图15A和15B所示，传感器1500包括：包括透镜的图像捕获设备1502，以及多个投影点15041-1504n（在下文中单独地被称为“投影点1504”，或者统称为“投影点1504”）。在一个示例中，传感器1500包括每一个图像捕获设备1502的四个投影点1504，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1504（例如，投影点15041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1502的光轴1506的方向可以由相对于光轴1506在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1504投影的中心投影光束1508（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1502的光轴1506之间的角度。在图15A和15B中图示的示例中，θ的值是八十度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1506平行的轴线来限定旋转角α。在图15A和15B中图示的示例中，α的值是九十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1504的中心轴1510的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1502的光轴1506的方向上）。
投影点1504与图像捕获设备1502的前节点之间在图像捕获设备的光轴1506的方向上的高度差b可以被定义为b。在图15A和15B中图示的示例中，b的值是零。
垂直于图像捕获设备的光轴1506的线1512与垂直于中心光束1508的线1514之间的角度可以被定义为β。在图15A和15B中图示的示例中，β的值是零度。
图15C-15E是标绘了由图15A和15B的距离传感器1500发射的投影点的轨迹的曲线图。在15C-15E中图示的示例中，针对β的最佳值是0°；然而，实际值可以大于或小于0°。因此，图15C-15E示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图15D的示例中，α= 90°、θ= 80°、β= 0°并且Δβ= 0。因此，图15D图示了相对于θ的针对β的最佳值的一个示例。如所示的，图15D中的投影点轨迹的重叠是最小的。因此，可以通过设置b＝ 0和β＝ 0来优化投影图案（即，使轨迹重叠最小化），而不对传感器1500的组件进行任何修改。
在图15C的示例中，α＝ 90°、θ＝ 80°、β＝ -16.9°并且Δβ＝ -16.9。将这方面与图15E的示例进行比较，其中α＝ 90°、θ＝ 80°、β＝ -16.9°并且Δβ＝ 16.9。
图16A图示了具有投影点的传感器1600的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图16B图示了图16A中图示的传感器组件的顶视图。
如图16A和16B中所示，传感器1600包括：包括透镜的图像捕获设备1602，以及多个投影点16041-1604N（在下文中分别被称为“投影点1604”或统称为“投影点1604”）。在一个示例中，传感器1600包括每一个图像捕获设备1602的四个投影点1604，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1604（例如，投影点16041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1602的光轴1606的方向可以由相对于光轴1606在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1604投影的中心投影光束1608（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1602的光轴1606之间的角度。在图16A和16B中图示的示例中，θ的值是70度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1606平行的轴线来限定旋转角α。在图16A和16B中图示的示例中，α的值是九十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1604的中心轴1610的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1602的光轴1606的方向上）。
投影点1604与图像捕获设备1602的前节点之间在图像捕获设备的光轴1606的方向上的高度差b可以被定义为b。在图16A和16B中图示的示例中，b的值是零。
垂直于图像捕获设备的光轴1606的线1612与垂直于中心光束1608的线1614之间的角度可以被定义为β。在图16A和16B中图示的示例中，β的值是零度。
图16C-16E是标绘了由图16A和16B的距离传感器1600发射的投影点的轨迹的曲线图。在图16C-16E中图示的示例中，针对β的最佳值是0°；然而，实际值可以大于或小于0°。因此，图16C-16E示出了投影点轨迹的重叠可以如何随Δβ的变化（即，针对β的最佳值与实际值之间的差）而变化。在图16D的示例中，α= 90°、θ= 60°、β= 0°并且Δβ= 0。因此，图16D图示了相对于θ的针对β的最佳值的一个示例。如所示的，图16D中的投影点轨迹的重叠是最小的。因此，可以通过设置b= 0和β= 0来优化投影图案（即，使轨迹重叠最小化），而无需对传感器1600的组件进行任何修改。
在图16C的示例中，α＝ 90°、θ＝ 60°、β＝ -16.9°并且Δβ＝ -16.9。将这方面与图16E的示例进行比较，其中α＝ 90°、θ＝ 60°、β＝ -16.9°并且Δβ＝ 16.9。
本公开的其他示例考虑以下事实：三角测量的基本长度由
Figure DEST_PATH_IMAGE004
给出。因此，传感器的基线（“a”）的长度越长，在三角测量中的距离分辨率（即，投影图案的图像相对于距传感器的距离上的变化的移动量）将会越高。照此，当传感器的大小在基线方向上受到限制时，可以有可能通过增加投影点与图像捕获设备的前节点之间在图像捕获设备的光轴的方向上的高度差（“b”）来“增加”基线长度。在这种情况下，可以有可能通过调整角度θ和α的值来优化高度差b。
图17A图示了具有投影点的传感器1700的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图17B图示了图17A中图示的传感器组件的顶视图。
如图17A和图17B中所示，传感器1700包括：包括透镜的图像捕获设备1702，以及多个投影点17041-1704n（在下文中单独地被称为“投影点1704”或统称为“投影点1704”）。在一个示例中，传感器1700包括每一个图像捕获设备1702的四个投影点1704，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1704（例如，投影点17041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1702的光轴1706的方向可以由相对于光轴1706在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1704投影的中心投影光束1708（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1702的光轴1706之间的角度。在图17A和17B中图示的示例中，θ的值是70度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1706平行的轴线来限定旋转的角线α。在图17A和17B中图示的示例中，α的值是三十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1704的中心轴1710的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1702的光轴1706的方向上）。
投影点1704与图像捕获设备1702的前节点之间在图像捕获设备的光轴1706的方向上的高度差b可以被定义为b。在图17A和17B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1706的线1712与垂直于中心光束1708的线1714之间的角度可以被定义为β。在图17A和17B中图示的示例中，β的值是67度。
图17C是标绘了由图17A和17B的距离传感器1700发射的投影点的轨迹的曲线图。在图17C中图示的示例中，针对β的最佳值是67.2°。在图17C的示例中，α＝ 30°、θ＝ 70°、β＝ -66.8°并且Δβ＝ 0.4。如所示的，图17C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
在图17A-17C的示例中，针对旋转角α的值是相对较大的（例如，更接近九十度而不是四十五度）。照此，投影图案方向（例如，中心光束1708的投影方向）接近图像捕获设备1702的圆周的切线方向。这可能会使投影图案干扰投影点。此外，取决于组件的布局，在针对旋转角α的方向上可能存在附加限制。因此，本公开的示例通过适当地选择针对α、θ和b的值来使干扰最小化。
图18A图示了具有投影点的传感器1800的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图18B图示了图18A中图示的传感器组件的顶视图。
如图18A和18B中所示，传感器1800包括：包括透镜的图像捕获设备1802，以及多个投影点18041-1804n（在下文中单独地被称为“投影点1804”或统称为“投影点1804”）。在一个示例中，传感器1800包括每一个图像捕获设备1802的四个投影点1804，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1804（例如，投影点18041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1802的光轴1806的方向可以由相对于光轴1806在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1804投影的中心投影光束1808（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1802的光轴1806之间的角度。在图18A和18B中图示的示例中，θ的值是70度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1806平行的轴线来限定旋转角α。在图18A和18B中图示的示例中，α的值是六十度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1804的中心轴1810的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1802的光轴1806的方向上）。
投影点1804与图像捕获设备1802的前节点之间在图像捕获设备的光轴1806的方向上的高度差b可以被定义为b。在图18A和18B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1806的线1812与垂直于中心光束1808的线1814之间的角度可以被定义为β。在图18A和18B中图示的示例中，β的值是54度。
图18C是标绘了由图18A和18B的距离传感器1800发射的投影点的轨迹的曲线图。在图18C中图示的示例中，针对β的最佳值是-53.9°。在图18C的示例中，α＝ 60°、θ＝ 70°、β＝ -53.5°并且Δβ＝ 0.4。如所示的，图18C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
图19A图示了具有投影点的传感器1900的示例配置的组件的侧视图，该投影点的位置被调整以优化投影图案；图19B图示了图19A中图示的传感器组件的顶视图。
如图19A和图19B中所示，传感器1900包括：包括透镜的图像捕获设备1902，以及多个投影点19041-1904n（在下文中单独地被称为“投影点1904”或统称为“投影点1904”）。在一个示例中，传感器1900包括每一个图像捕获设备1902的四个投影点1904，但是在其他示例中可以包括更多或更少个投影点。
如上所述，由投影点1904（例如，投影点19041）发射的投影图案的中心相对于图像捕获设备1902的光轴1906的方向可以由相对于光轴1906在径向方向上的角度θ确定，其中θ指示由投影点1904投影的中心投影光束1908（即，创建投影图案的中心的光束）与图像捕获设备1902的光轴1906之间的角度。在图19A和19B中图示的示例中，θ的值是70度。
另外，可以围绕与图像捕获设备的光轴1906平行的轴线来限定旋转角α。在图19A和19B中图示的示例中，α的值是零度。
基线a限定了从图像捕获设备的透镜的前节点到投影点1904的中心轴1910的横向距离（例如，在垂直于图像捕获设备1902的光轴1906的方向上）。
投影点1904与图像捕获设备1902的前节点之间在图像捕获设备的光轴1906的方向上的高度差b可以被定义为b。在图19A和19B中图示的示例中，b的值不为零。
垂直于图像捕获设备的光轴1906的线1912与垂直于中心光束1908的线1914之间的角度可以被定义为β。在图19A和19B中图示的示例中，β的值是70度。
图19C是标绘了由图19A和19B的距离传感器1900发射的投影点的轨迹的曲线图。在图19C中图示的示例中，针对β的最佳值是-70°。在图19C的示例中，α＝ 0°、θ＝ 70°、β＝-69.9°并且Δβ＝ 0.1。如所示的，图19C中的投影点轨迹的重叠是最小的。
尽管可以通过公式1唯一确定针对a、b、α、β和θ的值，但是可能会出现在设置这些值时的一些错误。在某些情况下，为了方便起见，可能合期望的是采用与最佳值稍微偏离（例如，在某个预定义公差内）的值。例如，在图11A-19C中图示的示例中，当β的值在与最佳值相差+/- 10°以内时，仍然获得良好的结果（即，投影点轨迹的最小重叠）。
图20图示了用于计算从传感器到物体的距离的示例方法2000的流程图。在一个实施例中，可以由集成在成像传感器（诸如任何的距离传感器的成像传感器）中的处理器或者如在图21中图示并在下文讨论的专用计算设备来实行该方法2000。
方法2000以步骤2002开始。在步骤2004中，可以从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体上。在一个示例中，在对投影图案进行投影之前，可以调整或优化距离传感器的投影光学系统（例如，包括投影点的一组光学器件，包括光源、衍射光学元件和其他组件）与光接收光学系统（例如，包括图像捕获设备的一组光学器件，包括透镜和其他组件）之间的位置关系（例如，通过调整定义了该位置关系的至少一个参数来进行调整或优化）。例如，可以在距离传感器的组件的选择和设计和/或距离传感器的组件的组装期间调整该位置关系。在一个示例中，通过调整以下参数中的至少一个来调整该位置关系：由投影光学系统的投影点投影的中心投影光束与光接收光学系统的光轴之间的角度θ、围绕与光接收光学系统的光轴平行的轴线的旋转角α、基线a（即，从光接收光学系统的透镜的前节点到投影点的中心轴、在垂直于光接收光学系统的光轴的方向上的横向距离）、投影点与前节点之间在光接收光学系统的光轴方向上的高度差b，以及垂直于光接收光学系统的光轴的线与垂直于从投影点投影的中心光束的线之间的角度β。A、b、α、β和θ之间的关系可以根据上面的图1来定义。
如上面讨论的，可以通过从投影点投影多个光束来创建在步骤2004中投影的投影图案，以使得在多个光束入射到物体上时，投影伪像的图案（例如，点、长划、x等等）至少由成像传感器是可见的。同样如上面讨论的，投影伪像的布局可以取决于距离传感器的投影光学系统与光接收光学系统之间在平面（例如，横向）方向和高度方向（例如，垂直于横向方向的方向）上的位置关系。
在步骤2006中，可以捕获物体的至少一个图像。投影图案的至少一部分可以在物体的表面上是可见的。
在步骤2008中，可以使用来自在步骤2006中捕获的（一个或多个）图像的信息来计算从距离传感器到物体的距离。在一个实施例中，使用三角测量技术来计算该距离。例如，构成投影图案的多个投影伪像之间的位置关系可以被用作计算的基础。
该方法2000在步骤2010中结束。可以针对距离传感器的附加投影点（并行或顺序地）重复方法2000。
应当注意到，尽管没有明确指定，但是上述方法2000的一些框、功能或操作可以包括用于特定应用的存储、显示和/或输出。换言之，方法2000中讨论的任何数据、记录、字段和/或中间结果都可以被存储、显示和/或输出到另一个设备，这取决于特定的应用。此外，叙述确定操作或涉及判定的图20中的框、功能或操作并不暗示该确定操作的两个分支都被实践。换言之，取决于确定操作的结果，可以不实行确定操作的分支之一。
图21描绘了用于计算从传感器到物体的距离的示例电子设备2100的高级框图。照此，电子设备2100可以被实现为电子设备或系统（诸如距离传感器）的处理器。
如在图21中描绘的，电子设备2100包括硬件处理器元件2102（例如中央处理单元（CPU）、微处理器、或多核处理器）、存储器2104（例如随机存取存储器（RAM）和/或只读存储器（ROM））、用于计算从传感器到物体的距离的模块2105，以及各种输入/输出设备2106，例如，存储设备（包括但不限于磁带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或紧凑盘驱动器）、接收器、发射器、显示器、输出端口、输入端口和用户输入设备（诸如键盘、小键盘、鼠标、传声器等等）。
尽管示出了一个处理器元件，但是应该注意的是，电子设备2100可以采用多个处理器元件。此外，尽管在图中示出了一个电子设备2100，但是如果对于特定说明性示例以分布式或并行方式来实现如上文讨论的（一个或多个）方法（即，跨多个或并行电子设备来实现（一个或多个）上述方法的框或（一个或多个）整个方法），则意图使该图的电子设备2100表示那些多个电子设备中的每一个。
应当注意到，本公开可以由机器可读指令和/或机器可读指令和硬件的组合来实现，例如，使用专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑阵列（PLA），包括现场可编程门阵列（FPGA）或部署在硬件设备、通用计算机或任何其他硬件等效物上的状态机，例如与上述讨论（一个或多个）方法有关的计算机可读指令可以被用来配置硬件处理器以实行上述公开的（一个或多个）方法的框、功能和/或操作。
在一个示例中，用于本模块或过程2105的用于计算从传感器到物体的距离的指令和数据（例如机器可读指令）可以被加载到存储器2104中，并由硬件处理器元件2102执行以实现上文结合方法800或方法2000所讨论的框、功能或操作。此外，当硬件处理器执行指令以实行“操作”时，这可以包括：硬件处理器直接实行操作，和/或促成、指导另一个硬件设备或组件（例如，协处理器等等）或与其协作来实行该操作。
执行与上述（一个或多个）方法有关的机器可读指令的处理器可以被认为是经编程的处理器或专门的处理器。照此，本公开的用于计算从传感器到物体的距离的本模块2105可以被存储在有形或物理（宽泛地为非暂时性）计算机可读存储设备或介质（例如，易失性存储器、非易失性存储器、ROM存储器、RAM存储器、磁性或光学驱动器、设备或磁盘等等）上。更具体地，该计算机可读存储设备可以包括提供存储信息（诸如要被处理器或电子设备（诸如安全传感器系统的计算机或控制器）访问的数据和/或指令）的能力的任何物理设备。
将领会到，以上公开的和其它特征和功能的变体或其替代方式可以被组合到许多其它不同的系统或应用中。随后可以做出各种目前未预见或未意料到的其中的替代、修改、或变化，这些也意图被所附权利要求涵盖。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体的表面上，其中所述投影图案由从所述投影点投影的多个光束创建，其中所述多个光束创建布置在所述物体的表面上的多个投影伪像，其中所述多个投影伪像的布局取决于所述投影点与所述距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系，并且其中在投影之前，已经优化了定义所述投影点与所述距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与所述多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠；
捕获所述物体的图像，包括至少一部分投影图案；以及
使用来自所述图像的信息来计算从所述距离传感器到所述物体的距离。
2.一种利用由处理器可执行的指令进行编码的非暂时性机器可读存储介质，其中，在执行时，所述指令使所述处理器实行以下操作，包括：
从距离传感器的投影点将投影图案投影到物体的表面上，其中所述投影图案由从所述投影点投影的多个光束创建，其中所述多个光束创建布置在所述物体的表面上的多个投影伪像，其中所述多个投影伪像的布局取决于所述投影点与所述距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系，并且其中在投影之前，已经优化了定义所述投影点与所述距离传感器的图像捕获设备之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与所述多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠；
捕获所述物体的图像，包括至少一部分投影图案；以及
使用来自所述图像的信息来计算从所述距离传感器到所述物体的距离。
3. 一种装置，包括：
图像捕获设备，其被定位成捕获视场的图像；以及
投影点，其被定位在所述图像捕获设备的透镜的外周之外，所述投影点被配置成将多个投影光束投影到所述视场中，
其中，调整定义了所述图像捕获设备与所述投影点之间的位置关系的至少一个参数，以最小化与由所述多个投影光束创建的多个投影伪像相关联的多个轨迹的重叠。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，在垂直于所述图像捕获设备的光轴的方向上调整所述位置关系。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，在与所述图像捕获设备的光轴平行的方向上调整所述位置关系。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数包括：所述多个投影光束中的中心投影光束与所述图像捕获设备的光轴之间的角度。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数包括：围绕与所述图像捕获设备的光轴平行的轴线的旋转角。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数包括：在垂直于所述图像捕获设备的光轴的方向上、从所述图像捕获设备的透镜的前节点到所述投影点的中心轴的横向距离。
9.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数包括：所述投影点与所述图像捕获设备的透镜的前节点之间在所述图像捕获设备的光轴的方向上的高度差。
10.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数包括：垂直于所述图像捕获设备的光轴的第一线与垂直于所述多个投影光束的中心光束的第二线之间的角度。
11. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述位置关系是根据以下公式定义的：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中β是垂直于所述图像捕获设备的光轴的第一线与垂直于所述多个投影光束的中心光束的第二线之间的角度，b是所述投影点与所述图像捕获设备的前节点之间在所述图像捕获设备的光轴方向上的高度差，a是从所述图像捕获设备的前节点到所述投影点的中心轴的横向距离，θ是所述中心光束与所述图像捕获设备的光轴之间的角度，以及α是围绕与所述图像捕获设备的光轴平行的轴线限定的旋转角。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α=0°，θ= 40°，并且β= 40°。
13. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α＝30°，θ＝ 40°，并且β＝36°。
14. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α= 60°，θ= 40°，并且β= 23°。
15. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α＝ 30°，θ＝ 70°，并且β＝ 67°。
16. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α＝ 60°，θ＝ 70°，并且β＝ 54°。
17. 根据权利要求11所述的装置，其中，b≠0，α=0°，θ= 70°，并且β= 70°。
18. 根据权利要求11所述的装置，其中，b＝0，α＝ 90°，θ＝ 40°，并且β＝ 0°。
19. 根据权利要求11所述的装置，其中，b＝0，α＝90°，θ＝80°，并且β＝ 0°。
20. 根据权利要求11所述的装置，其中，b＝0，α＝90°，θ＝60°，并且β＝ 0°。
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