CN111587384A - 用于确定至少一个对象的位置的检测器 - Google Patents
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Abstract
提出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‑具有光学传感器矩阵(132)的至少一个传感器元件(130)，每个光学传感器具有光敏区，其中，每个光学传感器(134)被设计为响应于由从对象(112)传播到检测器(110)的光束(141)对每个光学传感器(134)的相应光敏区(136)的照射而生成至少一个传感器信号，其中，传感器元件(130)适于确定至少一个反射图像；‑至少一个评估装置(146)，其中，评估装置(146)适于在反射图像中的至少一个第一图像位置(150)处选择反射图像的至少一个反射特征，其中，评估装置(146)被配置为通过根据传感器信号评估组合信号来确定对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中，评估装置(146)适于在参考图像中与至少一个反射特征相对应的至少一个第二图像位置(154)处确定至少一个参考图像中的至少一个参考特征，其中，参考图像和反射图像在两个不同空间配置下确定，其中，空间配置在相对空间星座方面不同，其中，评估装置(146)适于根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置(150、154)来确定相对空间星座。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、一种用于通过使用用于确定至少一个对象的位置的至少一个检测器来确定相对空间星座(constellation)的方法以及一种用于校准至少一个检测器的方法。本发明进一步涉及用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统、以及检测器装置的各种用途。根据本发明的装置、方法和用途具体可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术，诸如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影的摄影、医疗技术的各种领域或用于科学中。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，诸如用于生成对象或场景的深度分布，例如，在建筑、计量、考古、艺术、医学、工程或制造领域。但是，其他应用也是可能的。
背景技术
光学3D感测方法通常会在环境导致多次反射的情况下，用偏置光源或反射测量对象来确定不可靠的结果。此外，具有成像能力的3D感测方法，诸如使用结构化光或立体相机的三角测量方法，经常遭受解决对应问题的计算功率的高要求。必要的计算功率可能会导致处理器或现场可编程门阵列(FPGA)的成本较高，针对通风需求或防水外壳困难方面的散热，针对电力消耗，尤其是在移动装置中，以及另外导致测量不确定性。在计算功率方面的高要求可能无法实现实时应用，高帧率或甚至是每秒25帧的标准视频速度帧率。
根据现有技术已知大量的使用三角测量成像方法的光学装置。例如，结构化光方法或立体方法是已知的。例如，使用固定相对取向的两个相机的被动立体方法或主动立体技术，其中，使用了额外的光投射器。另一个示例是结构光方法，其中，使用固定相对朝向的一个光投射器和一个相机。为了经由三角测量确定深度图像，必须首先解决对应关系问题。因此，在被动立体相机技术中，必须在两个相机视图中都标识足够的对应特征点。在结构化光方法中，必须确定预存和投射的伪随机光图案之间的对应关系。为了可靠地解决这些对应关系问题，必须采用计算成像算法，诸如采用投射的点图案中的点数近似二次缩放的算法。在结构化光方法中，例如，使用包括两个具有固定相对距离的检测器的立体系统，光源投射图案，诸如点、伪随机、随机、非周期性或不规则等。检测器中的每一者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的对应特征。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沿着另一图像中的极线放置。然而，解决所谓的对应关系问题可能是困难的。在立体和三角测量系统中，沿极线的所有特征点的距离必须彼此具有合理的对应关系。不能一个接一个地做出对应关系决定。如果一个对应关系有误，则这对其他特征点有影响，诸如不可见。通常这会产生非线性(诸如二次缩放评估)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，该设备包括照射组件，该照射组件包括包含固定光斑图案的单个透明体体。光源用光辐射透射单个透明体，从而将图案投射到对象上。图像捕获组件捕获使用单个透明体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，以重建对象的三维图。
此外，已知用于距离确定的所谓的姿势估计或根据运动的结构或根据运动的形状的3D感测方法，例如参见Ramalingam等人的“使用点和线进行地理定位的姿势估计”，其在机器人与自动化(ICRA)中出版，2011年IEEE国际会议，出版商：IEEE ISBN：978-1-61284-385-8(Ramalingam et al.,“Pose Estimation using Both Points and Lines for Geo-Localization”,published in Robotics and Automation(ICRA),2011IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,Publisher:IEEE ISBN:978-1-61284-385-8)。术语“来自运动的结构”将用作来自运动的结构和来自运动的形状的同义词。在姿势估计算法中，记录相机图片，并估计相机的姿势，诸如观察方向、与对象的距离、相机的速度。以相同的方式，在根据运动算法的结构中，对象的3D结构是通过估计相机的姿势以及因此图像特征相对于彼此的位置来记录的。不受此理论的束缚，这两种算法都基于这样的观察：在运动的相机，靠近相机的对象的移动速度快于远离相机的对象。通过跟踪图像到图像的特征点，可以推断出到相机的距离。
此外，WO 2017/012986 A1描述了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。该检测器包括：-至少一个光学传感器，该光学传感器被配置为检测由从对象传播到该检测器的至少一个光束产生的至少一个光斑，该光学传感器具有至少一个像素矩阵，每个像素适于响应于光束对该像素的照射而产生至少一个像素信号si,j；-至少一个非线性化装置，其被配置为将所有像素i，j或至少一组像素的像素信号si,j转换为非线性像素信号s′i,j，非线性像素信号s′i,j每一个都是相应像素的照射功率pij的非线性函数；-至少一个求和装置，其被配置为将所有像素i，j或至少一组像素的非线性像素信号s′ij相加，并生成至少一个非线性和信号S′＝∑ij s′ij；-至少一个评估装置，其被配置为通过评估非线性和信号S′来确定对象的至少一个纵向坐标z。
尽管上述装置和检测器暗含许多优点，但仍存在若干技术挑战。
因此，在已知3D感测方法中所使用的评估算法需要很高的计算功率，这是服务器成本驱动因素。此外，由于所需计算资源的能量消耗和热量产生，计算需求限制了这种3D传感器方法在室外和移动应用中的使用。
此外，三角测量系统严重依赖于例如使用结构化光或激光三角测量的检测器中的照射源和传感器之间或者例如立体系统的两个传感器之间的固定、不变的机械连接。正确了解照射源与传感器或两个传感器之间的距离是距离测量的基础。距离的变化可能会导致误差，例如距离测量中的偏移、线性、二次或更高阶误差。在已知的3D感测方法中，要花费大量的机械努力和成本来产生稳定的距离。尤其在老化、温度变化、机械应力等方面存在稳定性问题。
此外，姿势估计算法无法确定相机是靠近以及慢速移动还是远离以及快速移动。因此，这些算法缺少缩放系数以允许绝对测量。在使用移动相机的已知3D感测方法中，相机的速度通常由相机的惯性测量单元测量，但是其精度有限。
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可以可靠地确定对象在空间中的位置的装置和方法，优选地具有低技术努力并且在技术资源和成本方面具有低要求。
发明内容
该问题由本发明采用独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中呈现了可以单独地或组合地实现的本发明的有利发展。
如以下所使用的，术语“具有”、“包含”或“包括”或其任何语法变体以非排他的方式使用。因此，这些术语可以指除了由这些术语引入的特征之外，在该情景中描述的实体中不存在另外特征的情况；以及存在一个或多个另外特征的情况。作为示例，表达“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”可以指除了B之外，A中不存在其它元素的情况(即，A仅并且排它地由B组成的情况)；以及除了B之外，在实体A中存在一个或多个另外的元素，诸如元素C、元素C和D或甚至另外的元素。
此外，应当注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或类似的表达，表示特征或元素可以一次或多于一次地存在，通常在引入各个特征或元素时仅使用一次。在下面，在大多数情况下，当提及各个的特征或元素时，表达“至少一个”或“一个或多个”将不再重复，不反对各个的特征或元素可以存在一次或多于一次的事实。
此外，如以下使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语与可选特征结合使用，没有限制替代的可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如本领域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”或类似表达引入的特征旨在是可选特征，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，并且对以这种方式引入的特征与本发明的其它可选或非可选特征相结合的可能性没有任何限制。
在本发明的第一方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。如本文所用，术语“对象”是指发射至少一个光束的点或区域。光束可以源自对象，诸如通过对象和/或集成或附接到发射光束的对象的至少一个照射源，或者可以源自不同的照射源，诸如源自直接或间接照射对象的照射源，其中光束被对象反射或散射。如本文所使用的，术语“位置”指的是关于对象和/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。因此，至少一项信息可以暗指对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。如下面将进一步详细描述的，距离可以是纵向坐标，或者可以有助于确定对象的点的纵向坐标。另外或可替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一部分的位置和/或取向的一个或多个其它信息项。作为示例，另外，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，对象的位置可以暗指对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵向坐标。另外或可替代地，对象的位置可以暗指对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。另外或可替代地，对象的位置可以暗指对象的至少一个取向信息，指示对象在空间中的取向。
检测器包括：
-具有光学传感器矩阵的至少一个传感器元件，光学传感器具有光敏区，其中每个光学传感器被设计为响应于从对象传播到检测器的光束对每个光学传感器的相应光敏区的照射而生成至少一个传感器信号，其中传感器元件适于确定至少一个反射图像；
-至少一个评估装置，其中，该评估装置适于在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，其中，评估装置被配置为通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估装置适于在参考图像中与至少一个反射特征对应的至少一个第二图像位置处确定至少一个参考图像中的至少一个参考特征，其中，参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在相对空间星座方面不同，其中，评估装置适于根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定相对空间星座。
如本文所使用的，术语“传感器元件”通常是指被配置为感测至少一个参数的装置或多个装置的组合。在当前情况下，参数具体可以是光学参数，并且传感器元件具体可以是光学传感器元件。传感器元件可以被形成为单一的单个装置或若干装置的组合。如本文所使用的，“光学传感器”通常是指用于检测光束的光敏装置，诸如用于检测由至少一个光束产生的照射和/或光斑的光敏装置。
如本文中进一步使用的，术语“矩阵”通常是指多个元件以预定几何顺序的布置。如将在下面更详细地概述的，矩阵具体地可以是或可以包括具有一个或多个行和一个或多个列的矩形矩阵。具体地，行和列可以以矩形方式布置。然而，应当概述其他布置也是可行的，诸如三角形、圆形、六边形、或者进一步的非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中元件以围绕中心点的同心圆或椭圆布置。例如，矩阵可以是单行像素。其他布置是可行的。
矩阵的光学传感器具体可以在尺寸、灵敏度和其他光学、电和机械特性中的一个或多个方面相等。具体地，矩阵的所有光学传感器的光敏区可以位于公共平面中，该公共平面优选地面向对象，以使得从对象传播到检测器的光束可以在公共平面上生成光斑。
如本文中进一步使用的，“光敏区”通常是指由至少一个光束从外部照射的光学传感器的区，响应于该照射生成至少一个传感器信号。光敏区可以具体地位于相应光学传感器的表面上。然而，其他实施例是可行的。如本文所使用的，术语“每一个具有至少一个光敏区的光学传感器”是指具有多个单个光学传感器的配置，每个单个光学传感器具有一个光敏区；以及指具有一个组合光学传感器的配置，该组合光学传感器具有多个光敏区。因此，术语“光学传感器”进一步指被配置为生成一个输出信号的光敏装置，而在本文中，被配置为生成两个或更多个输出信号的光敏装置，例如至少一个CCD和/或CMOS装置被称为两个或更多个光学传感器。如将在下面进一步详细概述的，每个光学传感器可以被实施为使得在相应的光学传感器中精确地存在一个光敏区，诸如通过精确地提供一个可以被照射的光敏区，响应于精确地照射为整个光学传感器产生一个均匀的传感器信号。因此，每个光学传感器可以是单区光学传感器。然而，单区光学传感器的使用使得检测器的设置特别简单和有效。因此，作为示例，可以在设置中使用可商购的光传感器，诸如可商购的硅光电二极管，每个光传感器精确地具有一个的敏感区。然而，其他实施例是可行的。因此，作为示例，可以使用包括两个、三个、四个或四个以上的光敏区的光学装置，其在本发明的上下文中被视为两个、三个、四个或四个以上的光传感器。如上所述，传感器元件包括光学传感器的矩阵。因此，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至少一个CCD和/或CMOS装置，每个像素形成光敏区。
如上所述，光学传感器具体地可以是或可以包括光电检测器，优选地无机光电检测器，更优选地无机半导体光电检测器，最优选地硅光电检测器。具体地，光学传感器可能在红外光谱范围内敏感。矩阵的所有光学传感器或矩阵的至少一组光学传感器具体可以是相同的。可以为不同的光谱范围专门提供矩阵的相同光学传感器组，或者就光谱灵敏度而言，所有光学传感器可以相同。此外，光学传感器的尺寸和/或关于其电子或光电特性可以相同。
具体地，光学传感器可以是或可以包括在红外光谱范围内，优选在780nm至3.0微米范围内敏感的无机光电二极管。具体地，光学传感器在近红外区域的一部分中可能敏感，其中硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm的范围。可以用于光学传感器的红外光学传感器可以是可商购的红外光学传感器，诸如可从德国阿默湖畔黑尔兴D-82211的滨松光子技术德国公司(Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH D-82211 Herrsching amAmmersee)商购的红外光学传感器。因此，作为示例，光学传感器可以包括固有光伏型的至少一个光学传感器，更优选地，选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展的InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。另外或替代地，光学传感器可以包括非固有光伏型的至少一个光学传感器，更优选地，选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge:Au光电二极管、Ge:Hg光电二极管、Ge:Cu光电二极管、Ge:Zn光电二极管、Si:Ga光电二极管、Si:As光电二极管。另外或替代地，光学传感器可以包括至少一个辐射热计，优选地选自包括VO辐射热计和非晶Si辐射热计的组的辐射热计。
矩阵可以包括独立的光学传感器。因此，可以构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，检测器的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，诸如上述矩阵。因此，作为示例，检测器可以包括具有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，给定多于一列且多于一行，即，n＞1，m＞1。因此，作为示例，n可以为2至16或更高，并且m可以为2至16或更高。优选地，行数与列数的比值接近于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。
具体地，矩阵可以是具有至少一行的矩形矩阵，优选地，多行和多列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以被定向为基本上垂直，其中，相对于术语“基本上垂直”，可以参考上面给定的定义。因此，作为示例，小于20°，具体是小于10°或甚至小于5°的公差是可以接受的。为了提供宽广的视野，矩阵具体可以具有至少10行，优选地至少50行，更优选地至少100行。类似地，矩阵可具有至少10列，优选至少50列，更优选至少100列。矩阵可以包括至少50个光学传感器，优选地至少100个光学传感器，更优选地至少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，其他实施例是可行的。因此，在期望轴向旋转对称的设置中，矩阵的光学传感器(也可以称为像素)的圆形布置或同心布置可能是优选的。
优选地，传感器元件可以基本上垂直于检测器的光轴定向。同样，关于术语“基本上垂直”，可以参考上面给定的定义和公差。光轴可以是直的光轴，或者可以弯曲或甚至分离，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，基本上垂直的取向可以指在光学设置的相应分支或束路径中的局部光轴。
如本文所使用的，术语“从对象传播的光束”是指可以源自对象或者可以源自照射源(诸如源自直接或间接照射对象的照射源)的至少一个光束，其中，光束由对象反射或散射，并且由此至少部分地导向检测器。从对象传播的光束在下面也可以被称为“反射光束”。该检测器可用于主动和/或被动照射场景。例如，至少一个照射源可以适于例如通过将光束导向反射该光束的对象来照射该对象。照射源可以是或可以包括至少一个多光束光源。例如，照射源可以包括至少一个激光源和一个或多个衍射光学元件(DOE)。另外或替代地，检测器可以使用场景中已经存在的辐射，诸如来自至少一个环境光源的辐射。
从对象传播到检测器的光束具体地可以完全照射光学传感器中的至少一个，以使得该至少一个光学传感器完全位于光束内，其中，光束宽度大于从其产生传感器信号的至少一个光学传感器的光敏区。相反，优选地，反射光束具体地可以在整个矩阵上产生小于矩阵的光斑，以使得光斑完全位于矩阵内。光学领域的技术人员可以通过选择一个或多个对光束具有聚焦或散焦效应的合适的透镜或元件来容易地调节这种情况，诸如，通过使用如将在下面进一步详细概述的合适的传送装置。如本文中进一步使用的，“光斑”通常是指由光束对物品、区域或对象的可见或可检测的圆形或非圆形照射。
如本文进一步使用的，“传感器信号”通常是指由光学传感器响应于光束的照射而生成的信号。具体地，传感器信号可以是或可以包括至少一个电信号，诸如至少一个模拟电信号和/或至少一个数字电信号。更具体地，传感器信号可以是或可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。更具体地，传感器信号可以包括至少一个光电流。此外，可以使用原始传感器信号，或者检测器、光学传感器或任何其它元件可适于处理或预处理传感器信号，从而生成也可以用作传感器信号的次级传感器信号，诸如通过滤波的预处理等。
光敏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”通常是指光敏区的各个表面从对象完全或部分可见的情况。具体地，在对象的至少一个点与相应的光敏区的至少一个点之间的至少一条互连线可以与光敏区的表面元件形成不同于0°的角度，诸如，在20°至90°的范围内的角度，优选地在80°至90°范围内的角度，诸如90°的角度。因此，当对象位于光轴上或靠近光轴时，从对象朝传播到检测器的光束可以基本上平行于光轴。如本文中所使用的，术语“基本上垂直”是指垂直取向的条件，其公差为例如±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“基本上平行”是指平行取向的条件，其公差为例如±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“光线”通常是指垂直于光的波前的线，其指向能量流的方向。如本文所使用得，术语“束”通常是指射线的集合。在下文中，术语“射线”和“束”将用作同义词。如本文中进一步使用的，术语“光束”通常是指一定量的光，具体是基本上沿相同方向行进的一定量的光，包括光束具有发散角或扩散角的可能性。光束可以具有空间延伸性。具体地，光束可以具有非高斯束轮廓。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角束轮廓；锥形束轮廓。梯形束轮廓可以具有平台区域和至少一个边缘区域。光束具体地可以是高斯光束或高斯光束的线性组合，如将在下面更详细地概述的。然而，其他实施例是可行的。传送装置可以被配置为用于以下一项或多项：调节、限定和确定束轮廓，特别是束轮廓的形状。
光学传感器在紫外、可见或红外光谱范围内敏感。具体地，光学传感器在从390nm至780nm的可见光谱范围内、、最优选地在650nm至750nm或在690nm至700nm处敏感。具体地，光学传感器在近红外区域可能是敏感的。具体地，光学传感器在近红外区域的一部分中可能是敏感的，其中硅光电二极管具体适用于700nm至1000nm的范围内。具体地，光学传感器在红外光谱范围内，具体地在780nm至3.0微米的范围内可能是敏感的。例如，光学传感器各自独立地可以是或可以包括选自包括以下各项的组的至少一个元件：光电二极管、光电池、光导体、光电晶体管或其任何组合。例如，光学传感器可以是或可以包括选自包括以下各项的组的至少一个元件：CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光导体、光电晶体管或其任何组合。可以使用任何其他类型的光敏元件。如将在下面进一步详细概述的，光敏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。最常见的是，如将在下面更详细地概述的，可以使用一个或多个光电二极管，诸如商业上可购的光电二极管，例如，无机半导体光电二极管。
如本文所使用的，术语“反射图像”是指由传感器确定的包括至少一个反射特征的图像。如本文所使用的，术语“反射特征”是指由对象响应于照射而生成的像平面中的特征，例如具有至少一个照射特征。如本文所使用的，术语“照射特征”是指由至少一个环境光源或适于照射对象的至少一个照射源生成的至少一个任意成形的特征。如本文所用，术语“确定至少一个反射图像”是指对反射图像的成像、记录和生成中的一种或多种。
如本文所使用的，术语“选择至少一个反射特征”是指对反射图像的至少一个反射特征进行识别、确定和选择中的一种或多种。
评估装置可以适于执行至少一个图像分析和/或图像处理，以便识别反射特征。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项或多项：滤波；选择至少一个感兴趣的区域；在由传感器信号产生的图像和至少一个偏移之间形成差异图像；通过反转由传感器信号产生的图像来反转传感器信号；由传感器信号在不同时间产生的图像之间形成差异图像；背景校正；分解成颜色通道；分解成色调；饱和度；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用坎尼(Canny)边缘检测器；应用高斯滤波器的拉普拉斯算子(Laplacian)；应用差分高斯滤波器；应用索伯(Sobel)算子；应用拉普拉斯算子；应用沙尔(Scharr)算子；应用普威特(Prewitt)算子；应用罗伯茨(Roberts)算子；应用柯尔希(Kirsch)算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅立叶变换；应用拉东(Radon)变换；应用霍夫(Hough)变换；应用小波变换；设阈值；产生二进制图像。感兴趣的区域可以由用户手动确定或可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象。
术语“反射图像中的图像位置”是指在反射图像中反射特征的任意位置。例如，在点状反射特征的情况下，图像位置可以是反射特征的x和y坐标。例如，在扩展反射特征的情况下，图像位置可以是诸如反射特征中心的x和y坐标的坐标。纵向坐标z可以对应于反射特征的第一图像位置。术语“第一”，“第二”，“第三”等图像位置仅用作名称，而不是指图像位置的顺序。
评估装置被配置用于通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标z。评估装置，特别是评估装置的至少一个除法器，可以被配置用于通过以下方式中的一种或多种来评估组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标：除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合。如本文所用，术语“组合信号Q”是指通过组合传感器信号，特别是通过除以传感器信号、除以传感器信号的倍数或除以传感信号的线性组合中的一种或多种而生成的信号。评估装置可以被配置为通过对除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合中的一种或多种来导出组合信号Q。评估装置可以被配置为使用组合信号Q和纵向区域之间的至少一个预定关系来确定纵向区域。例如，评估装置可以被配置用于通过以下公式来导出组合信号Q：
其中，x和y为横向坐标，A1和A2为从对象传播到检测器的光束在传感器位置处的至少一个束轮廓的不同区，以及E(x,y,zo)表示在物距zo处给定的束轮廓。区A1和区A2可不同。特别地，A1和A2不一致。因此，A1和A2可以在形状或内容中的一项或多项上不同。如本文所使用的，术语“束轮廓”涉及光束强度的空间分布，特别是在垂直于光束传播的至少一个平面内的空间分布。束轮廓可以是光束的横向强度轮廓。束轮廓可以是光束的横截面。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓和高斯束轮廓的线性组合。通常，束轮廓取决于亮度L(zo)和束形状S(x，y，zo)，E(x，y，zo)＝L·S。因此，通过导出组合信号，可以允许独立于亮度确定纵向坐标。另外，使用组合信号允许独立于对象尺寸确定距离zo。因此，组合信号允许独立于对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性并且独立于光源的改变(诸如通过透镜上的制造精度、热量、水、污垢、损坏等)来确定距离zo。
传感器信号中的每一者可以包括光束的束轮廓的至少一个区的至少一项信息。如本文中所使用的，术语“束轮廓的区”通常指用于确定组合信号Q的传感器位置处的束轮廓的任意区域。光敏区可以被布置为使得第一传感器信号包括束轮廓的第一区的信息并且第二传感器信号包括束轮廓的第二区的信息。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区可以是相邻区域或重叠区域中的一者或两者。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区在面积上可以不一致。
评估装置可以被配置为确定和/或选择束轮廓的第一区和束轮廓的第二区。束轮廓的第一区可以包括束轮廓的基本上边缘信息，并且束轮廓的第二区可以包括束轮廓的基本上中心信息。束轮廓可以具有中心，即束轮廓的最大值和/或束轮廓的平台的中心点和/或光斑的几何中心；以及从中心延伸的下降缘。第二区可以包括横截面的内部区域，并且第一区可以包括横截面的外部区域。如本文所用，术语“基本上中心信息”通常是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(即，对应于边缘的强度分布的比例)较低。优选地，中心信息具有小于10％的边缘信息的比例，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“基本上边缘信息”通常是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束轮廓的信息，特别是来自中心和边缘区域的信息。边缘信息可具有小于10％的中心信息的比例，优选地小于5％，更优选地边缘信息不包括中心内容。如果束轮廓的至少一个区靠近或围绕中心并且包括基本上中心信息，则可以将该束轮廓的至少一个区域确定和/或选择为束轮廓的第二区。如果束轮廓的至少一个区包括横截面的下降缘的至少一部分，则可以将该束轮廓的至少一个区确定和/或选择为束轮廓的第一区。例如，可以将横截面的整个区确定为第一区。束轮廓的第一区可以是区A2，束轮廓的第二区可以是区A1。
边缘信息可以包括与束轮廓的第一区中的光子数有关的信息，并且中心信息可以包括与束轮廓的第二区中的光子数有关的信息。评估装置可以适于确定束轮廓的面积积分。评估装置可以适于通过对第一区积分和/或求和来确定边缘信息。评估装置可以适于通过对第二区积分和/或求和来确定中心信息。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且评估装置可以适于确定梯形的积分。此外，当可以假设梯形束轮廓时，可以通过利用梯形束轮廓的特性的等效评估(诸如对边缘的斜率和位置的确定和对中心平台的高度的确定)并通过几何考虑导出边缘和中心信息来代替对边缘和中心信号的确定。
另外或替代地，评估装置可以适于从光斑的至少一个切片或切口确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。例如，这可以通过用沿着切片或切口的线积分来代替组合信号Q中的面积分来实现。为了提高准确性，可以使用穿过光斑的若干切片或切口并求平均。在椭圆形光斑轮廓的情况下，对若干切片或切口求平均可导致改善的距离信息。
评估装置可以被配置为通过除以边缘信息和中心信息、除以边缘信息和中心信息的倍数、除以边缘信息和中心信息的线性组合中的一种或多种来导出组合信号Q。因此，基本上，光子比率可用作该方法的物理基础。
例如，从对象传播到检测器的光束可以以至少一种线图案照射传感器元件。线图案可以由对象产生，例如响应于由至少一个照射源以包括至少一个线图案的照射图案的照射。A1可以对应于在光学传感器的矩阵中具有线图案的整个线宽的区域。与照射图案的线图案相比，光学传感器的矩阵中的线图案可以被加宽和/或移位和/或旋转，使得光学传感器的矩阵中的线宽增加。特别地，矩阵中的线图案的线宽可以从一列到另一列改变。A2可以是光学传感器矩阵中的线图案的中心区。中心区的线宽可以是恒定值，并且可以特别地对应于照射图案中的线宽。中心区可以具有与整个线宽相比的较小的线宽。例如，中心区的线宽可以为整个线宽的0.1至0.9，优选为整个线宽的0.4至0.6。线图案可以在光学传感器的矩阵中分段。每个列可以包括线图案的中心区中的中心强度信息和来自从线图案的中心区向边缘区进一步向外延伸的区域的边缘强度信息。
例如，从对象传播到检测器的光束可以用至少一个点图案来照射传感器元件。该点图案可以由该对象例如响应于由至少一个光源用包括至少一个点图案的照射图案的照射而生成。A1可以与具有光学传感器矩阵中的点图案的点的整个半径的区相对应。A2可以是光学传感器矩阵中的点图案中的点的中心区。中心区可以是恒定值。中心区可以具有与整个半径相比的半径。例如，中心区的半径可以是整个半径的0.1至0.9倍，优选地是整个半径的0.4至0.6倍。
从对象传播到检测器的光束可以用包括点图案和线图案两者的反射图案照射传感器元件。除了线图案和点图案之外或作为替代，其他实施例是可行的。
评估装置可以被配置用于通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定反射图像的所选择的反射特征的至少一个纵向区域。评估装置可以适于通过评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z，其中，纵向区域由纵向坐标z和误差区间±ε给出。评估装置，例如评估装置的至少一个除法器可以被配置为通过评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z。误差ε可以取决于光学传感器的测量不确定性。例如，误差区间可以为±10％，优选为±5％，更优选为±1％。
评估装置可以被配置为通过使用传感器信号之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。特别地，评估装置被配置为通过使用从传感器信号导出的组合信号和纵向坐标之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个坐标z。预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析得出的关系中的一种或多种。评估装置可以包括用于存储该预定关系的至少一个数据存储装置，诸如查找列表或查找表。
可以通过使用各种手段来确定组合信号Q。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信号的软件手段、用于导出商信号的硬件手段或两者。因此，作为示例，评估装置可以包括至少一个除法器，其中除法器被配置为用于导出商信号。除法器可以全部或部分地实现为软件除法器或硬件除法器中的一者或两者。除法器可以完全或部分地集成到传感器元件应答器中，或者可以完全或部分地独立于传感器元件而实现。
如本文进一步使用的，术语“评估装置”通常是指适于执行指定的操作的任意装置，优选地通过使用至少一个数据处理装置，并且更优选地，通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路。因此，作为示例，至少一个评估装置可以包括至少一个数据处理装置，该至少一个数据处理装置具有存储在其上的包括多个计算机命令的软件代码。评估装置可以提供用于执行一个或多个指定的操作的一个或多个硬件元件，和/或可以提供在其上运行的用于执行一个或多个指定的操作的软件。
包括确定对象的至少一个纵向坐标的上述操作由至少一个评估装置执行。因此，作为示例，诸如可以通过实现一个或多个查找表，以软件和/或硬件来实现上述关系中的一个或多个。因此，作为示例，评估装置可以包括被配置为执行上述评估的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)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)，以便确定对象的至少一个纵向坐标。然而，另外或替代地，评估装置也可以全部或部分地由硬件实现。
评估装置可以被配置为通过以下方式评估传感器信号：
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器并形成至少一个中心信号；
b)评估矩阵的光学传感器的传感器信号并形成至少一个和信号；
c)通过组合中心信号与和信号来确定至少一个组合信号；以及
d)通过评估组合信号来确定所选择的特征的至少一个纵向坐标z。
如所说明的，例如在WO 2012/110924 A1或WO 2014/097181 A1中，典型地，在光斑尺寸(诸如光斑直径、束腰或等效直径)与对象的纵向坐标之间存在预定或可确定的关系，光束从该对象传播到检测器。不希望受到该理论的束缚，光斑可以通过以下两个测量变量来表征：在光斑中心或光斑中心附近的小测量小块中测量的测量信号，也称为中心信号；以及在有或没有中心信号的情况下在光斑上积分的积分或和信号。对于具有在光束加宽或聚焦时不变化的一定总功率的光束，和信号应独立于光斑的光斑尺寸，并且因此，至少当使用在其相应的测量范围的线性光学传感器时，和信号应当独立于对象和检测器之间的距离。但是，中心信号取决于光斑尺寸。因此，中心信号通常在光束聚焦时增大，并且在光束散焦时减小。通过比较中心信号与和信号，因此，可以生成关于由光束生成的光斑的尺寸的信息项，并且因此生成关于对象的纵向坐标的信息项。作为示例，中心信号与和信号的比较可以通过从中心信号与和信号形成组合信号Q，并且通过使用用于导出纵向坐标的纵向坐标和商信号之间的预定或可确定的关系来完成。
光学传感器的矩阵的使用提供了许多优点和益处。因此，由光束在传感器元件上(诸如在传感器元件矩阵的光学传感器的光敏区的公共平面上)生成的光斑的中心可以随对象的横向位置变化。通过使用光学传感器的矩阵，根据本发明的检测器可以适配于这些条件的变化，并且因此可以简单地通过比较传感器信号来确定光斑的中心。因此，根据本发明的检测器本身可以选择中心信号并确定和信号，并从这两种信号中导出包含关于对象的纵向坐标的信息的组合信号。通过评估该组合信号，因此可以确定对象的纵向坐标。因此，光学传感器的矩阵的使用在对象的位置方面、具体是在对象的横向位置方面提供了显着的灵活度。
光斑在光学传感器的矩阵上的横向位置，诸如生成传感器信号的至少一个光学传感器的横向位置，甚至可以用作附加信息项，从该附加信息中可以导出关于对象的横向位置的至少一项信息，例如如WO 2014/198629 A1所公开的。另外或替代地，如将在下面进一步详细概述的，根据本发明的检测器可以包含至少一个附加的横向检测器，用于除了对象的至少一个纵向坐标之外，还检测对象的至少一个横向坐标。
因此，根据本发明，术语“中心信号”通常是指包括束轮廓的基本上中心信息的至少一个传感器信号。如本文所用，术语“最高传感器信号”是指局部最大值或感兴趣区域中的最大值中的一者或两者。例如，中心信号可以是具有多个传感器信号中的最高传感器信号的至少一个光学传感器的信号，该多个传感器信号由整个矩阵的或矩阵内的感兴趣区域的光学传感器生成，其中，感兴趣区域可以在由矩阵的光学传感器生成的图像内预先确定或可确定。如将在下文进一步详细概述的，中心信号可以从单个光学传感器产生，或者从光学传感器组产生，其中，在后者的情况下，作为示例，为了确定该中心信号，光学传感器组的传感器信号可以将相加、积分或平均。产生中心信号的光学传感器组可以是相邻光学传感器组，诸如与具有最高传感器信号的实际光学传感器相距小于预定距离的光学传感器，或者可以是生成在距最高传感器信号的预定范围内的传感器信号的光学传感器组。为了允许最大的动态范围，可以选择尽可能大的产生中心信号的光学传感器组。评估装置可以适于通过多个传感器信号(例如，在具有最高传感器信号的光学传感器周围的多个光学传感器)的积分来确定中心信号。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且评估装置可以适于确定梯形的积分，尤其是梯形的平台的积分。
如上所述，中心信号通常可以是单个传感器信号，例如来自光斑中心的光学传感器的传感器信号，也可以是多个传感器信号的组合，诸如从光斑中心的光学传感器产生的传感器信号的组合，或通过对由上述可能性中的一者或多者导出的传感器信号处理而导出的次级传感器信号。中心信号的确定可以以电子方式执行，因为通过常规的电子器件相对简单地实现传感器信号的比较；或者可以完全或部分地通过软件执行。具体地，中心信号可以从包括以下各项的组中选择：最高传感器信号；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和相邻光学传感器的预定组的传感器信号的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和相邻光学传感器的预定组的传感器信号的和；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的和；高于预定阈值的传感器信号组的平均值；高于预定阈值的传感器信号组的和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和相邻光学传感器的预定组的传感器信号的积分；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的积分；高于预定对象的传感器信号组的积分。
类似地，术语“和信号”通常是指包括束轮廓的基本上边缘信息的信号。例如，可通过对整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的传感器信号求平均、将传感器信号相加、或对传感器信号积分来导出和信号，其中，感兴趣区域可以在由矩阵的光学传感器生成的图像中预先确定或是可确定的。当对传感器信号相加、积分或求平均时，可以从相加、积分或求平均中省去生成传感器信号的实际光学传感器，替代地，可以将实际光学传感器包括在相加、积分或求平均中。评估装置可以适于通过对整个矩阵或矩阵内感兴趣区域的信号积分来确定和信号。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且评估装置可以适于确定整个梯形的积分。此外，当可以假设梯形束轮廓时，可以通过利用梯形束轮廓的特性的等效评估(诸如对边缘的斜率和位置的确定和对中心平台的高度的确定)并通过几何考虑导出边缘和中心信息来代替边缘和中心信号的确定。
类似地，中心信号和边缘信号也可以通过使用束轮廓的分段(诸如束轮廓的圆形分段)来确定。例如，束轮廓可以由不穿过束轮廓中心的割线或弦线分成两个部分。因此，一个分段将基本上包含边缘信息，而另一分段将基本上包含中心信息。例如，为了进一步减少中心信号中的边缘信息量，可以进一步从中心信号中减去边缘信号。
另外或替代地，评估装置可以适于从光斑的至少一个切片或切口确定中心信息或边缘信息中的一者或二者。例如，这可以通过用沿着切片或切口的线积分代替组合信号Q中的面积分来实现。为了提高准确性，可以使用穿过整个光斑的若干切片或切口并求对其平均。在椭圆形光斑轮廓的情况下，对若干切片或切口求平均可导致改善的距离信息。
组合信号可以是通过组合中心信号和和信号而生成的信号。具体地，该组合可以包括以下各项中的一项或多项：形成中心信号与和信号的商，或者反之；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，或者反之；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，或者反之。另外或替代地，组合信号可以包括包含关于中心信号与和信号之间的比较的至少一项信息的任意信号或信号组合。
光学传感器的原始传感器信号可以用于评估或由此导出次级传感器信号。如本文所使用的，术语“次级传感器信号”通常是指通过处理(诸如通过滤波、平均、解调等)一个或多个原始信号获得的信号，诸如电子信号，更优选地是模拟和/或数字信号。因此，图像处理算法可以用于从矩阵的或矩阵内的感兴趣区域的总的传感器信号生成次级传感器信号。具体地，检测器，诸如评估装置，可以被配置为用于转换光学传感器的传感器信号，从而生成次级光学传感器信号，其中，评估装置被配置为通过使用次级光学传感器信号执行步骤a)-d)。传感器信号的转换具体可以包括从包括以下各项的组中选择的至少一种转换：滤波；选择至少一个感兴趣的区域；在由传感器信号产生的图像和至少一个偏移之间形成差异图像；通过反转由传感器信号产生的图像来反转传感器信号；由传感器信号在不同时间产生的图像之间形成差异图像；背景校正；分解成颜色通道；分解成色调；饱和度；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用坎尼边缘检测器；应用高斯滤波器的拉普拉斯算子；应用差分高斯滤波器；应用索伯算子；应用拉普拉斯算子；应用沙尔算子；应用普威特算子；应用罗伯茨算子；应用柯尔希算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅立叶变换；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波变换；设阈值；产生二进制图像。感兴趣区域可以由用户手动确定或可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象。作为示例，可以通过在图像内的，即在由光学传感器生成的传感器信号的整体内的自动图像识别来确定车辆、人或另一种类型的预定对象，并且可以选择感兴趣区域，以使得对象位于感兴趣区域内。在这种情况下，可以仅对感兴趣区域执行评估，诸如确定纵向坐标。但是，其他实施方式也是可行的。
如上所述，可以完全或部分地以电子方式或完全或部分地使用一种或多种软件算法执行对光斑的中心的检测，即中心信号和/或从其产生中心信号的至少一个光学传感器的检测。具体地，评估装置可以包括至少一个中心检测器，以用于检测至少一个最高传感器信号和/或用于形成中心信号。中心检测器具体地可以全部或部分地用软件实施和/或可以全部或部分地用硬件实施。中心检测器可以被完全或部分地集成到至少一个传感器元件中和/或可以完全或部分地独立于传感器元件实施。
如上所述，和信号可以从矩阵的所有传感器信号、从在感兴趣区域内的传感器信号或从这些可能性之一导出，其中，排除对中心信号有贡献的光学传感器产生的传感器信号。在每种情况下，可以生成可靠的和信号，该可靠的和信号可以与中心信号可靠地比较，以便确定纵向坐标。通常，和信号可以选自包括以下各项的组：矩阵的所有传感器信号的平均值；矩阵的所有传感器信号之和；矩阵的所有传感器信号的积分；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的平均值；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号之和；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的积分；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号之和；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；光学传感器的某个阈值以上的传感器信号之和，这些光学传感器位于距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内；光学传感器的某个阈值以上的传感器信号的积分，这些光学传感器位于距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内。但是，还存在其他选择。
求和可以完全或部分地用软件执行和/或可以完全或部分地用硬件执行。通过纯电子手段进行求和通常是可行的，该纯电子手段通常可以很容易地在检测器中实现。因此，在电子技术领域中，通常已知用于对两个或多个电信号(模拟信号和数字信号二者)求和的求和装置。因此，评估装置可以包括用于形成和信号的至少一个求和装置。求和装置可以被完全或部分地集成到传感器元件中，或者可以完全或部分地独立于传感器元件实施。求和装置可以完全或部分地以在硬件或软件的一者或两者来实施。
如上所述，具体地，可以通过形成一个或多个商信号来执行中心信号与和信号之间的比较。因此，通常，组合信号可以是商信号Q，其通过以下各项中的一项或多项导出：形成中心信号与和信号的商，或者反之；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，或者反之；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，或者反之；形成中心信号与和信号和中心信号的线性组合的商，或者反之；形成和信号与和信号和中心信号的线性组合的商，或者反之；形成中心信号的幂与和信号的幂的商，或者反之。但是，还存在其他选择。评估装置可以被配置为用于形成一个或多个商信号。评估装置可以进一步被配置为用于通过评估至少一个商信号来确定至少一个纵向坐标。
如上所述，评估装置具体地可以被配置为用于使用在组合信号Q和纵向坐标之间的至少一个预定的关系，以便确定至少一个纵向坐标。因此，由于以上公开的原因以及由于光斑的特性对纵向坐标的依赖性，组合信号Q通常是对象的纵向坐标和/或诸如光斑的直径或等效直径的光斑尺寸的单调函数。因此，作为示例，具体地在使用线性光学传感器的情况下，传感器信号Scenter与和信号Ssum的商Q＝Scenter/Ssum可以是距离的单调递减函数。不希望受到该理论的束缚，相信这是由于以下事实：在上述优选设置中，因为到达检测器的光量减少，中心信号Scenter与和信号Ssum均随着到光源的距离的增加而成平方函数地减小。但是，其中，中心信号Scenter比和信号Ssum减小得更快，因为在如实验使用的光学装置中，像平面中的光斑会增大，并且因此会散布在较大的面积上。因此，中心信号与和信号的商随着光束直径或矩阵的光学传感器的光敏区上的光斑的直径的增大而连续减小。此外，因为光束的总功率在中心信号与和信号中均形成一个因数，商通常独立于光束的总功率。因此，组合信号Q可以形成次级信号，该次级信号在中心信号和和信号与光束的尺寸或直径之间提供唯一且明确的关系。另一方面，因为光束的尺寸或直径取决于光束从其传播到检测器的对象与检测器本身之间的距离，即取决于对象的纵向坐标，所以一方面中心信号和和信号与另一方面纵向坐标之间可存在唯一和明确的关系。对于后者，可以参考上述现有技术文献中的一者或多者，诸如，WO 2014/097181 A1。预定关系可以通过以下方式来确定：通过分析考虑，诸如通过假设高斯光束的线性组合；通过经验测量，诸如测量组合信号和/或中心信号和和信号或者从其导出的作为对象的纵向坐标的函数的次级信号的测量结果，或两种方法兼有。
因此，通常，评估装置可以被配置为通过评估组合信号Q来确定纵向坐标。该确定可以是一步过程，诸如通过直接组合中心信号和和信号并导出其纵向坐标，或者可以是多步过程，诸如，首先从中心信号和和信号中导出组合信号，其次，从组合信号中导出纵向坐标。本发明应包括两种选项，即步骤c)和d)是分开的且独立的步骤的选项，以及步骤c)和d)是完全或部分组合的选项。
如上所述，通过评估组合信号，可以使检测器确定对象的至少一个纵向坐标，包括确定整个对象或对象的一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，此外，对象的其他坐标，包括一个或多个横向坐标和/或旋转坐标，可以由检测器确定，具体是由评估装置确定。因此，作为示例，一个或多个横向传感器可以用于确定对象的至少一个横向坐标。如上所述，例如，产生的中心信号的至少一个光学传感器的位置可以提供有关对象的至少一个横向坐标的信息，其中，作为示例，简单的透镜方程可用于光学变换并用于导出横向坐标。另外或替代地，一个或多个附加的横向传感器可以被使用并且可以由检测器包括。各种横向传感器在本领域中通常是已知的，诸如WO 2014/097181 A1中公开的横向传感器和/或其他位置敏感器件(PSD)，诸如象限二极管、CCD或CMOS芯片等。另外或替代地，作为示例，根据本发明的检测器可以包括R.A.街道(教育)：非晶硅技术和应用，施普林格海德堡2010年，第346-349页(R.A.Street(Ed.):Technology and Applications of Amorphous Silicon,Springer-Verlag Heidelberg,2010,pp.346-349)中公开的一个或多个PSDs。其他实施例是可行的。这些装置通常也可以在根据本发明的检测器中实现。作为示例，光束的一部分可以通过至少一个分束元件在检测器内分隔开。作为示例，分隔开的部分可以被朝向诸如CCD或CMOS芯片或相机传感器的横向传感器引导，并且可以确定由分隔开的部分生成光斑在横向传感器上的横向位置，从而确定对象的至少一个横向坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单的距离测量装置，或者可以被实施为二维检测器或甚至三维检测器。此外，如以上所概述的或如在下面进一步详细概述的，通过以一维方式扫描场景或环境，还可以产生三维图像。因此，根据本发明的检测器具体地可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一者。评估装置可以进一步被配置为确定对象的至少一个横向坐标x、y。评估装置可以适于组合纵向坐标和横向坐标的信息并确定对象在空间中的位置。
如上所述，评估装置适于确定与至少一个反射特征相对应的、至少一个参考图像中至少一个第二图像位置处的至少一个参考特征。具体地，评估装置，例如评估装置的至少一个图像处理装置，可以被配置为执行至少一个图像分析，以确定参考图像中与反射特征相对应的参考特征。如本文所使用的，术语“参考图像”是指与反射图像不同的图像。可以通过记录至少一个参考特征、对至少一个参考特征成像、计算参考图像中的一项或多项来确定参考图像。参考图像和反射图像是在两个不同的空间配置下确定的。例如，参考图像和反射图像中的一者可以由第一光学传感器在第一空间位置和/或空间取向下确定，其中，参考图像和反射图像中的另一者可以由第二光学传感器在与第一空间位置和/或取向不同的第二空间位置和/或空间取向下确定。例如，参考图像和反射图像可以由相同的光学传感器在不同的时间点和/或在不同的空间位置和/或在不同的空间取向下来确定。评估装置可以包括至少一个存储装置，在该至少一个存储装置中，可以存储至少一个参考图像。参考图像可以是预定的和/或已知的参考图像。例如，在使用结构化光的情况下，评估装置可以适于根据结构化光的至少一种图案选择和/或确定相应的参考图像。
如本文所使用的，术语“空间配置”是指参考图像和反射图像在空间中的布置，诸如取向，特别是空间角度和/或扭转角度、和/或位置。特别地，空间配置可以指至少两个传感器元件和/或至少一个传感器元件和至少一个照射源在空间中的布置，例如定向，特别是空间角度和/或扭转角、和/或位置。如本文所使用的，术语“相对空间星座”是指参考图像和反射图像在空间中的相对对准。相对空间星座可以是从由以下各项组成的组中选择的至少一个星座：相对空间取向；相对角位置；相对距离；相对位移；相对运动。例如，相对空间星座可以是至少两个传感器元件和/或至少一个传感器元件和至少一个照射源的相对空间取向和/或相对角位置和/或相对距离和/或相对位移和/或相对运动。相对空间星座可以是基线。如本文所使用的，术语“基线”是指相对空间取向和/或相对角位置，诸如相对角度或相对扭转角和/或相对距离和/或相对位移。评估装置可以适于存储相对空间星座的确定值。
在一个实施例中，检测器可以包括由相对空间星座(特别是基线)分开的至少两个传感器元件。至少一个第一传感器元件可以适于记录参考图像，并且至少一个第二传感器元件可以适于记录反射图像。具体地，第一传感器元件可以被配置为成像参考图像，并且至少一个第二传感器元件可以被配置为成像反射图像。第一光学传感器可以被布置为使得其传感器元件接收参考特征的至少一个图像。第二光学传感器可以被布置为使得其传感器元件接收反射特征的至少一个图像。第一传感器元件和第二传感器元件可以通过机械连接器分开。机械连接器可以是可调的和/或永久的。该检测器可以包括至少一个立体相机。
在一实施例中，检测器可适于在不同时间使用光学传感器的相同矩阵来记录反射图像和参考图像。例如，传感器元件可以适于例如以恒定或可变的速度从第一空间配置移动到或被移动到第二空间配置。具体地，检测器可以被配置为将光学传感器的矩阵定位在第一位置，其中光学传感器的矩阵可以被配置为在第一位置成像参考图像。检测器可以被配置为将光学传感器的矩阵定位在与第一位置不同的第二位置，其中光学传感器的矩阵可以被配置为在第二位置成像反射图像。
在一个实施例中，检测器可以包括至少一个照射源。照射源和至少一个传感器元件可以被基线分开，例如被机械连接器分开。机械连接器可以是可调的和/或永久的。
如本文所使用的，术语“确定与至少一个参考特征相对应的、至少一个参考图像中至少一个第二图像位置处的至少一个参考特征”是指在参考图像中选择与反射特征相对应的参考特征。如上所述，评估装置可以适于进行图像分析并识别参考图像的特征。评估装置可以适于识别参考图像中的具有与所选择的反射特征基本上相同的纵向坐标的至少一个参考特征。术语“基本上相同”是指在10％以内，优选5％，最优选1％以内相同。可以使用极线几何来确定与反射特征相对应的参考特征。为了描述极线几何，请参见X.Jiang，H.Bunke：“DreiDimensiones Computersehen”Springer，柏林海德堡，1997年中的第2章(chapter 2in X.Jiang,H.Bunke:“Dreidimensionales Computersehen”Springer,BerlinHeidelberg,1997)。极线几何可以假定参考图像和反射图像可以是在例如参考图像和反射图像的记录期间具有固定距离的不同空间位置和/或空间取向下确定的对象的图像。该距离可以是相对距离，也称为基线。评估装置可以适于确定参考图像中的极线。参考图像和反射图像的相对位置可以是已知的。例如，参考图像和反射图像的相对位置可以存储在评估装置的至少一个存储单元内。评估装置可以适于确定从反射图像的所选择的反射特征延伸到其源自的真实世界特征的直线。因此，该直线可以包括与所选择的反射特征相对应的可能对象特征。直线和基线跨越极线平面。由于参考图像是在与反射图像不同的相对星座下确定的，因此对应的可能对象特征可能会在参考图像中的直线(称为极线)上成像。极线可以是极平面和参考图像的相交线。因此，与反射图像的所选择的特征相对应的参考图像的特征位于极线上。由于图像的失真或系统参数的变化，诸如由于老化、温度变化、机械应力等导致的，极线可能彼此相交或非常接近和/或参考特征与反射特征之间的对应关系可能不清楚。此外，现实世界中的每个已知位置或对象都可以投射到参考图像上，反之亦然。由于检测器的校准，可以知道投影，而该校准与特定相机的极线几何的教导相当。
取决于到对象的距离，与反射特征的第二图像位置相对应的参考特征与第一图像位置相比可以在参考图像内移位。参考图像可以包括至少一个位移区域，在改位移区域中，可以对与所选择的反射特征相对应的参考特征成像。位移区域可以仅包括一个参考特征。位移区域还可以包括一个以上的参考特征。位移区域可以包括极线或极线的一部分。位移区域可以包括一条以上的极线或一条以上的极线的更多部分。位移区域可以沿着极线、正交于极线或两者延伸。评估装置可以适于确定沿着极线的参考特征。评估装置可适于根据组合信号来确定针对反射特征的纵向坐标z和误差区间±ε，以确定与z±ε相对应的沿着极线或者正交于极线的位移区域。因为测量不确定度对于不同方向可能不同，因此使用组合信号Q的距离测量的测量不确定度可能导致第二图像中的非圆形的位移区域。具体地，沿着一条或多条极线的测量不确定度可能大于相对于一条或多条极线的正交方向上的测量不确定度。位移区域可包括相对于一条或多条极线在正交方向上的延伸。评估装置可以确定反射特征的图像位置周围的位移区域。评估装置适于使所选择的反射特征与位移区域内的至少一个参考特征匹配。如本文所使用的，术语“匹配”是指确定和/或评估对应的参考和反射特征。评估装置可以适于通过使用考虑所确定的纵向坐标z的至少一个评估算法将反射图像的所选择的特征与位移区域内的参考特征进行匹配。评估算法可以是线性缩放算法。评估装置可以适于确定最靠近位移区域和/或在位移区域内的极线。评估装置可以适于确定最靠近反射特征的第二图像位置的极线。沿着极线的位移区域的范围可以大于与极线正交的位移区域的范围。评估装置可以适于在确定对应的参考特征之前确定极线。评估装置可以确定每个反射特征的第二图像位置周围的位移区域。评估装置可以适于诸如通过最靠近位移区域和/或在位移区域内和/或沿与极线正交的方向最靠近位移区域分配极线，来将极线分配到反射特征的每个第二图像位置的每个位移区域。评估装置可以适于通过确定最靠近所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或沿着所分配的极线最靠近所分配的位移区域和/或沿着所分配的极线在所分配的位移区域内的参考特征，来确定与参考特征的第二图像位置相对应的参考特征。
另外或替代地，评估装置可以被配置为执行以下步骤：
-确定针对每个反射特征的第二图像位置的位移区域；
-将极线分配给每个反射特征的位移区域，诸如通过最靠近位移区域和/或在位移区域内和/或沿正交于极线的方向最靠近位移区域分配极线；
-将至少一个参考特征分配给和/或确定给每个反射特征，诸如通过最靠近所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或沿所分配的极线最靠近所分配的位移区域和/或沿所分配的极线在所分配的位移区域内来分配参考特征。
另外或替代地，评估装置可以适于在待分配到反射特征的一条以上的极线和/或参考特征之间做决定，诸如通过比较第二图像内的极线和/或反射特征的距离，和/或通过比较误差加权距离，诸如第二图像内极线和/或反射特征的ε-加权距离，并将较短距离和/或ε-加权距离的极线和/或参考特征分配给参考特征和/或反射特征。
评估装置可以适于确定参考特征和反射特征的位移。评估装置可以适于确定匹配的参考特征和所选择的反射特征的位移。评估装置，例如评估装置的至少一个数据处理装置可以被配置为特别是通过比较参考图像和反射图像的相应图像位置来确定参考特征和反射特征的位移。如本文所使用的，术语“位移”是指参考图像中的图像位置与反射图像中的图像位置之间的差异。评估装置可以适于使用纵向坐标和位移之间的预定关系来确定匹配特征的纵向信息。如本文所使用的，术语“纵向信息”是指与纵向坐标ztriang有关的信息。例如，纵向信息可以是距离值。评估装置可以适于通过使用三角测量方法来确定预定关系。在所选择的反射特征在反射图像中的位置和匹配的参考特征的位置和/或所选择的反射特征和匹配的参考特征的相对位移已知的情况下，则可以通过三角测量确定对应的对象特征的纵向坐标。因此，评估装置可适于例如连续地和/或逐列地选择反射特征，并使用三角测量为参考特征的每个潜在位置确定对应的距离值。位移和对应的距离值可以存储在评估装置的至少一个存储装置中。作为示例，评估装置可以包括至少一个数据处理装置，诸如至少一个处理器、至少一个DSP、至少一个FPGA和/或至少一个ASIC。此外，为了存储纵向坐标z和位移之间的至少一个预定或可确定的关系，可以提供至少一个数据存储装置，诸如用于提供用于存储预定关系的一个或多个查找表。评估装置可以适于存储用于相机和/或检测器的固有和/或非固有校准的参数。评估装置可以适于诸如通过执行Tsai相机校准来生成用于相机和/或检测器的固有和/或非固有校准的参数。评估装置可以适于计算和/或评估参数，诸如传送装置的焦距、径向透镜畸变系数、径向透镜畸变中心的坐标、缩放因子，以解决由于用于扫描和数字化的硬件时序缺陷导致的任何不确定性、世界和相机坐标之间转换的旋转角度、世界和相机坐标之间转换的转化分量、孔径角、图像传感器格式、主点、偏斜系数、相机中心、相机头(heading)、基线、相机和/或照射源之间的旋转或平移参数、孔径、焦距等。
使用组合传感器信号允许估计距离，诸如误差区间±ε内的纵向坐标z。通过确定与估计的纵向坐标相对应的位移区域和对应的误差区间，允许显着减少沿极线的可能的解数。可能的解数甚至可以减少到一个。纵向坐标z和误差区间的确定可以在匹配所选择的反射特征和参考特征之前的预评估期间执行。这可以允许减少计算需求，以使得显着降低成本并允许在移动装置或室外设备中使用成为可能。此外，通常在三角测量系统中，基线必须较大以检测大的距离。使用组合传感器信号对纵向坐标z和误差区间的预评估以及对所选择的反射特征和参考特征的后续匹配可以允许使用短基线，以使得提供紧凑的装置成为可能。此外，与常规三角测量系统相比，使用组合传感器信号对纵向坐标z和误差区间的预评估以及对所选择的反射特征和参考特征的顺序匹配可以提高准确度和/或速度，和/或者可以降低计算需求。此外，如下面进一步详细描述的，可以减少照射特征的数量，诸如照射图案中的照射点的数量，以增加每个照射点中的光强度，从而与环境光竞争，同时遵守眼睛安全法规。常规三角测量系统中照射特征数量的减少可能会增加匹配反射特征和参考特征的难度。此外，可以增加照射特征的数量，诸如照射图案中的诸如照射点的数量，从而增加距离测量的分辨率，从而以增加所获得的深度图的分辨率而不增加诸如在移动应用中的评估装置的处理能力。
评估装置可以适于根据纵向坐标z以及第一图像位置和第二图像位置来确定相对空间星座。如上所述，极线几何可能需要对反射图像和参考图像的相对空间星座(尤其是基线)有良好的了解。然而，例如由于热影响或机械应力，诸如照射源和传感器元件之类的检测器组件或至少两个传感器元件的相对空间星座可能是未知的和/或可能在测量时间期间变化。根据组合信号Q确定的纵向坐标z可以用于重新校准三角测量系统。如上所述，评估装置可以适于确定参考特征和反射特征的位移。评估装置可以适于通过使用对象的三角测量纵向坐标ztriang与位移之间的预定关系来确定对象的至少一个三角测量纵向坐标ztriang。三角测量纵向坐标ztriang可以使用假定固定的空间相对星座并且具有空间相对星座的预定值和/或预先确定值的极线几何从第一和第二图像位置确定。如本文所使用的，术语“预定关系”是指假定关系和/或预先确定关系和/或预设关系。特别地，预定义关系可以取决于相对空间星座。评估装置可以适于存储预定关系。评估装置可以适于比较根据组合信号Q确定的纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang。评估装置可以适于考虑所确定的相对空间星座来确定纵向坐标z和位移之间的实际关系。评估装置，例如评估装置的至少一个数据处理装置可以被配置为考虑所确定的相对空间星座来确定纵向坐标z和位移之间的实际关系。术语“实际关系”是指例如由于运动或诸如温度之类的环境影响而引起的相对空间星座(尤其是基线)的变化，其导致三角测量纵向坐标与位移之间的关系变化。评估装置可以适于根据实际关系来调整预定关系。评估装置可以适于通过实际关系来代替预定的关系，特别是所存储的预定的关系，和/或评估可以适合于确定移动平均值并通过移动平均值来代替预定的关系。评估装置可以适于确定纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang之间的差异。评估装置可以适于将所确定的差异与至少一个阈值进行比较，并且在确定的差异大于或等于阈值的情况下调整预定关系。评估装置可以适于根据际关系和纵向坐标z确定相对空间星座。例如，检测器可以包括至少一个系统，该系统包括至少一个照射源和传感器元件，其中b是基线，d是在传感器上的位移，f是检测器的传送装置的焦距，β是照射源和基线之间的角度。对于β＝90°是
因此，在到对象的绝对距离，即根据组合信号Q确定的纵向坐标z已知的情况下，可以用z代替ztriang，并且可以通过以下公式计算校正后的基线bcor：
对于小于90°的β为
因此，在到对象的绝对距离z已知的情况下，可以通过以下公式计算校正后的基线bcor
并且角度β可以根据以下公式确定
由于β和b可能同时变化，因此可以使用连续测量来确定这两个值。因此，根据组合传感器信号Q对特征点纵向坐标z的绝对测量值可以用于校正该预定关系，对于该特征点，另外已知三角测量纵向坐标ztriang，即通过三角测量确定的从传感器元件到对象的距离。评估装置可以适于通过使用纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang来确定和/或校正和/或校准相对空间星座的值，例如基线的值。
评估装置可以适于使用数学模型来确定校正的相对空间关系的估计，该数学模型包括诸如各种传感器信号和/或位置和/或图像位置和/或系统特性和/或纵向坐标(诸如Q，d，f，温度，ztriang，β，b，z等)之类的参数等，其中，数学模型可以选自卡尔曼(Kalman)滤波器、线性二次估计、卡尔曼-布西(Kalman-Buch)滤波器、斯特拉托诺维奇-卡尔曼-布西(Stratonovich-Kalman-Buch)滤波器、卡尔曼-布西-斯特拉托诺维奇(Kalman-Buch-Stratonovich)滤波器、最小方差估计器、贝叶斯估计器、最佳线性无偏估计器、不变估计器、维纳(Wiener)滤波器等，考虑到每个传感器信号都会遭受测量误差和不准确度。在诸如卡尔曼滤波器等的上述数学模型之一内的这些传感器信号的融合可以产生对诸如相对空间星座和/或纵向坐标z的测量和/或三角测量纵向坐标ztriang和/或校正后的基线bcor的改进的估计，并且进一步有助于改善误差补偿。
可以针对多个特征点确定纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang，特别是以获得校准关系和/或校准相对空间星座的统计确认值。由于相对空间星座不会突然改变，因此这种统计评估可能非常适合。
评估装置可以适于重复确定相对空间星座和/或重新校准相对空间星座。传感器元件可以适于响应于由从对象传播到检测器的至少一个另外的光束对传感器元件的照射而生成至少两个另外的传感器信号。传感器元件可以适于确定至少一个第二反射图像。评估装置可适于在第二反射图像中的至少一个第三图像位置处选择第二反射图像的至少一个第二反射特征，并通过根据两个另外的传感器信号评估组合信号Q来确定第二反射特征的至少一个第二纵向坐标z。评估装置可以适于确定第二参考图像中的至少一个第四图像位置处的、至少一个第二参考图像中与至少一个第二反射特征相对应的至少一个第二参考特征。可以在两个第二不同的空间配置下确定第二参考图像和第二反射图像。空间配置可以在实际相对空间星座方面不同。评估装置可以适于根据第二纵向坐标z以及第三和第四图像位置确定实际相对空间星座。评估装置可以适于比较第一相对空间星座和实际相对空间星座。评估装置可以适于根据实际相对空间星座来调整第一相对空间星座。评估装置可以适合于用实际相对星座来代替第一相对空间星座和/或评估可以适合于确定移动平均值并用移动平均值来代替第一相对空间星座。评估装置可以适于确定第一相对空间星座与实际相对空间星座之间的差异。评估装置可以适于将所确定的差异与至少一个阈值进行比较，并在所确定的差异大于或等于阈值的情况下调整第一相对空间星座。
可能会发生基线漂移，特别是由于温度变化和机械损坏。该检测器可以包括至少一个温度确定单元。温度确定单元可以适于确定检测器的至少一个温度值。评估装置可以适合于考虑温度值来确定相对空间星座和/或根据温度值来调整相对空间星座。评估设备可以适于监视相对空间星座的评估和/或变化。可以通过监视系统的温度，尤其是形成基线的机械连接的温度，来改善相对空间星座的监视。
评估装置可以适于设置包括至少一个传感器元件和至少一个照射源的系统。至少一个传感器元件和照射源可以被设置在固定的位置，但是没有预先确定的和/或直接的和/或甚至稳定的机械连接。机械连接器可以是可调的和/或永久的。至少一个传感器和照射源的相对空间星座可以手动地或自动地(诸如通过使用电机自动地或由用户手动地)调整或在制造步骤期间调整。相对空间星座甚至可以在使用期间改变或调整。评估装置可以适于根据组合信号Q确定由传感器元件确定的反射图像中的至少一个反射特征的纵向坐标z。评估装置可以适于使用如上所述的纵向坐标z确定照射源和传感器元件的相对空间星座并且因此校准系统。
评估装置可以适于设置具有灵活的相对星座，特别是灵活的基线的移动立体声系统，其包括第一传感器元件和第二传感器元件。第一传感器元件和第二传感器元件可以被设置在固定的位置，但是没有预先确定的和/或直接的和/或甚至稳定的机械连接。机械连接可以是经由机械连接器的连接。机械连接可以是可调的和/或永久的。
至少第一传感器元件和第二传感器元件的相对空间星座可以手动地或自动地(诸如通过使用电机自动地或由用户手动地)调整或在制造步骤期间调整。相对空间星座甚至可以在使用期间改变或调整。评估装置可以适于根据组合信号Q确定由传感器元件之一确定的反射图像中的至少一个反射特征的纵向坐标z。评估装置可以适于使用如上所述的纵向坐标z确定第一传感器元件和第二传感器元件的相对空间星座，并且因此校准系统。
如上所述，检测器可以进一步包括至少一个照射源。作为示例，照射源可以被配置为生成用于照射对象的照射光束。检测器可以被配置为使得照射光束沿着检测器的光轴从检测器朝向对象传播。为此目的，检测器可包括至少一个反射元件，优选地至少一个棱镜，以用于将照射光束偏转到光轴上。
照射源可以适于生成用于照射对象的至少一个照射图案。特别地，检测器可适于通过使用结构化光确定到对象的至少一个距离。检测器可以被配置为使得照射图案从检测器，特别是从壳体的至少一个开口，沿着和/或平行于检测器的光轴朝向对象传播。为此目的，检测器可以包括至少一个反射元件，优选地至少一个棱镜，以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。另外或可替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。如本文所使用的，术语“图案”是指包括至少一个任意形状的特征的任意已知或预定的布置。图案可包括至少一个特征，诸如点或符号。图案可以包括多个特征。图案可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”是指照射对象的图案。照射图案可以由环境光生成，诸如由至少一个环境光源，或由至少一个照射源生成。照射图案可以包括选自包括以下各项的组的至少一个图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案或随机点图案；至少一个索伯图案；至少一个准周期图案；包括至少一个已知特征的至少一个图案；至少一个规则图案；至少一个三角形图案；至少一个六边形图案；至少一个矩形图案；包括凸的均匀拼接的至少一个图案；包括至少一条线的至少一个线图案；包括诸如平行线或交叉线的至少两条线的至少一个图案；至少一个条纹图案。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项或多项：至少一个光投射器、至少一个数字光处理(DLP)透射器、至少一个LCoS透射器、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、至少一个激光光源阵列。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。例如，照射源可以包括至少一个线激光器。线激光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，该至少两个线激光器可以被布置为使得照射图案包括至少两个平行或交叉线。照射源可包括适于生成点云的至少一个光投射器，以使得照射图案可包括多个点图案。照射源可包括至少一个掩模，该至少一个掩模适于从由照射源生成的至少一个光束生成照射图案。照射源可以是附接到或集成到诸如智能电话的移动装置中的一种。照射源可用于在确定图像中使用的其他功能，诸如用于自动聚焦功能。可以将照射装置附接到移动装置，诸如通过使用连接器，诸如USB连接器或电话连接器，诸如耳机插孔。
具体地，照射源可以被配置为用于发射红外光谱范围内的光。然而，应注意，另外或可替代地，其他光谱范围也是可行的。此外，如上所述，照射源具体地可以被配置为用于发射调制或非调制光。在使用多个照射源的情况下，不同的照射源可以具有不同的调制频率或者调制图案，如在下面进一步详细概述的，不同调制频率或者调制图案以后可以用于区分光束。检测器可以被配置为用于评估单个光束或多个光束。在多个光束从对象传播到检测器的情况下，可以提供用于区分光束的装置。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光束的一个或多个波长选择元件。然后可以独立地评估光束中的每一者。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、一个或多个二向色反射镜或其任意组合。此外，另外或可替代地，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，可以对光束频率调制，并且可以对传感器信号解调，以便根据它们的解调频率来部分地区分源自不同光束的传感器信号。对于这些技术通常是高频电子领域的技术人员已知的。通常，评估装置可以被配置为用于区分具有不同调制的不同光束。
照射源可以适于生成和/或投射点云，以使得在例如CMOS检测器的光学传感器的矩阵上生成多个照射区域。另外，光学传感器矩阵上可能存在干扰，诸如由于散斑和/或外来光和/或多次反射引起的干扰。该评估装置可以适于确定至少一个感兴趣的区域，例如被光束照射的一个或多个像素，该一个或多个像素用于确定对象的纵向坐标。例如，评估装置可以适于执行滤波方法，例如blob分析和/或边缘滤波器和/或对象识别方法。
传感器元件可以适于确定至少一个反射图案。如本文所使用的，术语“反射图案”是指通过光在对象表面处的反射或散射而生成的响应图案，特别是由对象响应于照射图案的照射而生成的响应图案。如上所述，照射图案包括适于照射对象的至少一个特征。如上所述，照射特征可以由环境光或至少一个照射源生成。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。如上所述，评估装置可以适于选择反射图案的至少一个特征并且通过从传感器信号评估组合信号Q来确定反射图案的所选择的特征的纵向区域。
例如，参考图像可以是在照射源的位置处的图像平面处的照射图案的图像。评估装置可以适于确定参考图像中与反射图案的选择特征的纵向区域相对应的位移区域。评估装置可以适于将反射图案的所选择的特征与位移区域内的参考图案的至少一个特征匹配。
例如，检测器可以包括至少两个传感器元件，每一个具有光学传感器的矩阵。至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件可以位于不同的空间位置和/或取向。至少一个第一传感器元件可以适于确定至少一个第一反射图案，特别是至少一个第一反射特征，并且至少一个第二传感器元件可以适于确定至少一个第二反射图案，特别是至少一个第二反射特征。评估装置可以适于选择由第一传感器元件或第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，并且选择由第一传感器元件或第二传感器元件中的另一者确定的至少一个图像作为参考图像。评估装置可以适于选择反射图案中的至少一个反射特征并通过从传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的特征的纵向区域。评估装置可以适于确定参考图像中与反射图案的所选择的特征的纵向区域相对应的位移区域。评估装置可以适于将反射图案的所选择的特征与位移区域内的参考图案的至少一个特征匹配。
在一个实施例中，检测器可适于使用相同的光学传感器矩阵来记录反射图像和参考图像，其中，传感器元件例如以恒定或可变的速度从第一空间配置移动或被移动到至少一个第二空间配置。检测器可以包括可移动或固定的至少一个照射源。该检测器可以适于确定多个图像，特别是连续确定多个图像，其中，可以选择这些图像中的一个作为反射图像，而可以选择另一个作为参考图像。评估装置可以适于执行3D感测方法，例如来自运动或姿势估计的结构，例如如在以下文献中描述的：Ramalingam的“使用点和线进行地理定位的姿势估计”，发布于机器人技术和自动化(ICRA)，2011年IEEE机器人技术和自动化国际会议，出版商：IEEE ISBN：978-1-61284-385-8(Ramalingam et al.“Pose Estimation usingBoth Points and Lines for Geo-Localization”,published in Robotics andAutomation(ICRA),2011IEEE International Conference on Robotics andAutomation,Publisher:IEEE ISBN:978-1-61284-385-8)。术语“来自运动的结构”将用作来自运动的结构和来自运动的形状的同义词。参考图像和反射图像的固定的相对空间星座(诸如基线)的缺乏，可能会导致所谓的尺度漂移和距离确定精度的损失，或者可能在没有附加信息的情况下无法进行绝对距离测量。如果传感器元件靠近并且移动缓慢，或者如果传感器元件远离并且快速移动，则来自运动和姿势估计算法的结构不能仅根据由移动的传感器元件确定的图像的图像信息来重建。特别地，来自运动和姿势估计算法的结构可以将纵向和横向信息(诸如对象的大小、尺寸、距离和/或取向)仅确定到缩放因子，而缩放因子将评估装置的的内部任意距离单元缩放到绝对的真实世界距离尺度。特别地，来自运动和姿势估计算法的结构需要用于图像重建的附加信息，以便将图像信息缩放到绝对距离尺度。评估装置可以适于确定相对空间星座的至少一个缩放因子。评估设备可以被配置为例如通过使用至少一个处理器确定缩放因子。评估装置可以被配置为通过使用组合信号Q来执行对纵向坐标z的绝对测量，并且根据纵向坐标z确定缩放因子。如本文所使用的，术语“缩放因子”，也表示为尺度因子，是指将评估装置的距离单元缩放为绝对尺度的变换，特别是因子。例如，在包括至少一个图像传感器和至少一个照射源的结构光系统中，基线可能会由于系统的温度升高而延长，从而导致至少一个图像传感器和至少一个照射源之间的距离增加，而诸如至少一个透镜的传送元件的焦距和透镜到传感器的距离保持固定。在该示例中，当比较反射图像中具有相同位置的两个对象时，其中第一对象在第一测量中用原始基线进行测量，而第二对象在第二测量中用延长的基线进行测量，用延长的基线测量的第二对象看起来比用原始基线测量的对象更远。对于两个对象，基线和连接反射图像中的特征点与对象本身上的相应特征点的直线之间的角度可以相同，使得可以使用相似三角形的原理比较这两个测量。对象的距离沿直线测量。在该示例中，根据相似三角形的原理，对于用原始基线的测量和对于用延长的基线的测量，对象到透镜的距离与基线的商可以相同。因此，将原始基线缩放到延长的基线的缩放因子可以与将原始对象距离缩放到增加的对象距离的缩放因子相同。因此，根据相似三角形的原理，基线的缩放因子也缩放距离z。评估装置可以适于通过使用组合信号Q来执行对纵向坐标z的绝对测量。评估装置可以适于根据纵向坐标z确定缩放因子。缩放因子的确定可以通过使用来自惯性测量单元的传感器数据进一步完善。
评估装置可以适于针对由传感器元件记录的至少一个图像的至少一个特征点根据相应的组合传感器信号确定纵向坐标z，并从其确定缩放因子。对于其余的测量，和/或只要至少一个特征点可以从一个图像被跟踪到另一个图像和/或可以在测量期间中重新计算该缩放因子，则可以保持缩放因子。例如，可以在由传感器元件记录的每个图像中确定缩放因子。这可以确保缩放因子的统计验证和一致的测量。
缩放因子可以根据图像的单个测量点确定，和/或缩放因子可以根据多个测量确定。特别地，评估装置可以适于确定中间缩放因子。
评估装置可以适于根据反射图像和/或参考图像的至少一个特征的至少一个确定的纵向坐标分别推断出反射图像和/或参考图像的至少一个相邻特征的至少一个纵向坐标。评估装置可以适于根据第一图像位置的纵向坐标z推断出反射图像的至少一个另外的图像位置处的至少一个另外的特征i的至少一个纵向坐标zi。术语“推断”可以指推导或确定纵向坐标zi。
为了在照射源和/或传感器元件或两个传感器元件的相对平移运动的情况下确定缩放因子，检测器可以适于确定至少两个图像，其中，每个图像包括至少四个特征点。为了在例如传感器元件的组件旋转的情况下确定缩放因子，检测器可适于确定至少两个图像，其中，每个图像包括至少六个特征点。优选地，每个图像的特征点的数量远大于六个，诸如大于60个或大于600个特征点。优选地，图像中的特征点彼此对应。
如上所述，检测器适于通过评估组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标。在一个实施例中，如上所述，检测器可以被设计为包括两个光学传感器的立体声系统，该两个光学传感器由相对空间星座分开。在该实施例中，检测器可以适于通过使用立体的三角测量来确定从对象到检测器和/或相对空间星座的距离。作为对使用立体的三角测量的补充或替代，检测器可以被设计为包括至少一个光学传感器和至少一个照射源的结构化光系统。在该实施例中，如上所述，检测器可以适于通过使用结构化光来确定从对象到检测器和/或相对空间星座的距离。作为对使用结构化光和/或立体的三角测量的补充或替代，如上所述，检测器可用于通过使用来自运动的结构或来自运动方法的形状来确定从对象到检测器和/或相对空间星座的距离。在替代的实施例中，其中，检测器可以不被设计为立体声系统，而是被设计为单个光学传感器，如上所述，该检测器可以适于通过使用结构化光来确定从对象到检测器和/或相对空间星座的距离。作为使用结构化光的补充或替代，如上所述，检测器可以通过使用来自运动的结构或来自运动方法的形状来确定从对象到检测器和/或相对空间星座的距离。
该检测器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。
该检测器可以包括选自由以下组成的组的至少一个光学元件：传送装置，诸如至少一个透镜和/或至少一个透镜系统；至少一个衍射光学元件。术语“传送装置”(也称为“传送系统”)通常可以指一个或多个光学元件，其适于修改光束，例如通过修改光束的束参数、光束的宽度或光束的方向中的一种或多种来修改光束。传送装置可以适于将光束引导到光学传感器上。传送装置具体地可以包括以下中的一种或多种：至少一个透镜，诸如选自由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、至少一个菲涅尔透镜组成的组中的至少一个透镜；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，优选至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选为分束立方体或分束镜中的至少一种；至少一个多透镜系统。如本文中所使用的，术语传送装置的“焦距”是指可以入射到传送装置上的入射准直光线被带到“聚焦”(也成为“焦点”)所跨越的距离。因此，焦距构成传送装置会聚入射光束的能力的量度。因此，传送装置可以包括能够具有会聚透镜的作用的一个或多个成像元件。通过示例的方式，传送装置可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，焦距可以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)，焦距可以被视为正值，并且可以提供将入射到作为传送装置的薄透镜上的准直光束聚焦为单个点的距离。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。另外，传送装置可以被设计成将预定的束轮廓施加在电磁辐射上，例如，在传感器区域并且特别是传感器区的位置处。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，检测器和传送装置具有共同的光轴。如本文所用的，术语“传送装置的光轴”通常是指透镜或透镜系统的镜面对称轴或旋转对称轴。检测器的光轴可以是检测器的光学设置的对称线。该检测器包括至少一个传送装置，优选地具有至少一个透镜的至少一个传送系统。作为示例，传输系统可以包括至少一个束路径，其中束路径中的传送系统的元件相对于光轴旋转对称地定位。仍然，如还将在下面更详细地概述的，位于束路径内的一个或多个光学元件也可以相对于光轴偏心或倾斜。然而，在这种情况下，可以依次定义光轴，诸如通过互连束路径中的光学元件的中心，例如，通过互连透镜的中心，其中，在这种情况下，光学传感器不算作光学元件。光轴通常可以表示束路径。其中，检测器可以具有单个束路径，光束可以沿着该束路径从对象行进到光学传感器；或者可以具有多个束路径。作为示例，可以给出单个束路径，或者可以将束路径分成两个或更多个部分束路径。在后一种情况下，每个部分束路径可以具有其自己的光轴。光学传感器可以位于一个相同的束路径或部分束路径中。然而，替代地，光学传感器也可以位于不同的部分束路径中。
传送装置可以构成坐标系，其中纵向坐标l是沿光轴的坐标，并且其中d是相对于光轴的空间偏移。坐标系可以是极坐标系，其中传送装置的光轴形成z轴，并且其中与z轴的距离和极角可以用作附加坐标。平行于或反平行于z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着z轴的坐标可以被认为是纵向坐标l。垂直于z轴的任何方向都可以被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。
在本发明的另一方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。检测器系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上面公开的一个或多个实施例或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器。检测器系统进一步包括至少一个信标装置，该信标装置适于将至少一个光束朝着检测器引导，其中，信标装置是可附接到对象、可被对象保持和可集成到对象中的至少一种。下面将给出关于信标装置、包括其潜在实施例的进一步细节。因此，至少一个信标装置可以是或可以包括至少一个有源信标装置，该有源信标装置包括一个或多个照射源，诸如像激光器、LED、灯泡等的一个或多个光源。作为示例，由照射源发射的光可以具有390-780nm的波长。替代地，如上所述，可以使用诸如在780nm至3.0μm的范围内的红外光谱范围。具体地，可以使用具体地在700nm至1000nm范围内硅光电二极管适用的近红外区域。如上所述，由一个或多个信标装置发射的光可以是非调制的，或者可以是调制的，以便区分两个或多个光束。另外或可替代地，至少一个信标装置可以适于诸如通过包括一个或多个反射元件将一个或多个光束朝向检测器反射。此外，至少一个信标装置可以是或可以包括适于散射光束的一个或多个散射元件。在此，可以使用弹性或非弹性散射。在至少一个信标装置适于将初级光束朝向检测器反射和/或散射的情况下，信标装置可以适于使光束的光谱特性不受影响，或者可替代地可以适于诸如通过修改光束的波长来改变光束的光谱特性。
在本发明的另一方面，公开了一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口。人机接口包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。在此，至少一个信标装置适于是直接或间接地附接到用户或由用户保持中的至少一种。人机接口被设计为借助于检测器系统确定用户的至少一个位置，其中，人机接口被设计为将至少一项信息分配给该位置。
在本发明的另一方面，公开了一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置。娱乐装置包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个人机接口。娱乐装置被配置为使得玩家能够借助于人机接口输入至少一项信息。娱乐装置进一步被配置为根据信息改变娱乐功能。娱乐装置可以是或可以包括选自由以下构成的组的至少一种装置：电视机、智能电话、游戏机、录像机、DVD播放器、个人计算机、笔记本电脑、平板电脑、至少一个虚拟现实装置或其组合。
在本发明的另一方面，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。跟踪系统包括根据涉及如上所公开的和/或下面进一步详细公开的检测器系统的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器。轨迹控制器适于在特定时间点跟踪对象一系列位置。
在本发明的另一方面，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。该相机包括根据涉及如上所公开的检测器或下面进一步详细公开的检测器的任何一个实施例的至少一个检测器。
在本发明的另一方面，提供了一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，该扫描系统还可以暗含确定至少一个对象的至少一个位置。该扫描系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在以上列出的一个或多个实施例和/或下面一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。扫描系统进一步包括至少一个照射源，该至少一个照射源适于用至少一个光束扫描场景，该至少一个光束也可以称为照射光束或扫描光束。如本文所使用的，术语“场景”通常是指检测器可见的二维或三维范围，以使得可以用检测器评估二维或三维范围的至少一个几何或空间特性。如本文进一步使用的，术语“扫描”通常是指在不同区域中的连续测量。因此，具体地，扫描可以暗指用以第一方式定向或指向的照射光束的至少一个第一测量，以及用以第二方式定向或指向的照射光束的至少一个第二测量，该第二方式与第一方式不同。扫描可以是连续扫描或步进扫描。因此，在连续或步进的方式中，照射光束可以被引导到场景的不同区域中，并且检测器可以被检测以针对每一区域生成至少一项信息，诸如至少一个纵向坐标。作为示例，为了扫描对象，一个或多个照射光束可以连续地或以步进的方式在对象的表面上产生光斑，其中，为光斑生成纵向坐标。然而，可替代地，可以将光图案用于扫描。扫描可以是点扫描或线扫描或者甚至具有更复杂的光图案的扫描。扫描系统的照射源可以与检测器的可选照射源不同。然而，可替代地，扫描系统的照射源也可以与检测器的至少一个可选照射源完全或部分相同或集成到检测器的至少一个可选照射源中。
因此，扫描系统可以包括至少一个照射源，该至少一个照射源适于发射被配置为照射位于至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点的至少一个光束。如本文所使用的，术语“点”是指待由照射源照射的对象表面的一部分上的区域，具体是小区域，其可以例如由扫描系统的用户选择。优选地，点可以表现如下尺寸：一方面该尺寸可以尽可能小，以便允许扫描系统尽可能精确地确定由扫描系统所包含的照射源与该点所位于的对象表面的一部分之间的距离的值，并且另一方面，该尺寸可以尽可能大，以便允许扫描系统的用户或扫描系统本身特别地通过自动程序来检测对象表面的相关部分上的点的存在。
为该目的，照射源可以包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。作为示例，由照射源发射的光可以具有390-780nm的波长。另外或可替代地，可以使用红外光谱范围内的光，诸如，780nm到3.0μm范围内的光。具体地，可以使用具体地在700nm至1000nm范围内硅光电二极管适用的近红外区域。由于它们通常定义的束轮廓和其它可操作性的特性，因此使用至少一个激光源作为照射源是特别优选的。在此，特别是在提供可以由用户容易地存储和运输的紧凑扫描系统是重要的情况下，可以优选使用单个激光源。因此，照射源可以优选地是检测器的组成部分，并且因此可以特别地集成到检测器中，诸如集成到检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以包括至少一个显示器，该显示器被配置为诸如以易于阅读的方式向用户提供距离相关信息。在另一优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体可另外包括至少一个按钮，该按钮可被配置为操作与扫描系统相关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在另外优选的实施例中，特别地，扫描系统的壳体可另外包括至少一个紧固单元，该紧固单元可被配置为将扫描系统紧固到另一表面，诸如橡胶脚、底板或墙壁保持器，诸如包括磁性材料的底板或保持器，特别用于提高距离测量精度和/或用户对扫描系统的可操作性。
特别地，扫描系统的照射源因此可以发射单个激光束，该单个激光束可以被配置为照射位于对象表面的单个点。因此，通过使用根据本发明的至少一个检测器，可以生成关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一项信息。因此，优选地，诸如通过利用如由至少一个检测器所包括的评估装置，可以确定如由扫描系统所包括的照射系统与如由照射源生成的单个点之间的距离。然而，扫描系统可以进一步包括附加评估系统，该附加评估系统特别地可以适用于该目的。可替代地或另外，可以考虑扫描系统(特别是扫描系统的壳体)的尺寸，并且因此可替代地可以确定扫描系统的壳体上的特定点(诸如壳体的前边缘或后边缘)与该单个点之间的距离。照射源可以包括以下各项中的一项或多项：至少一个数字光处理(DLP)投射器、至少一个LCoS投射器、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、至少一个激光光源阵列
可替代地，扫描系统的照射源可以发射两个独立的激光束，该两个独立的激光束可以被配置为在光束发射方向之间提供相应的角度，诸如直角，由此可以照射位于同一对象的表面处的或两个单独对象的两个不同表面处的两个相应点。然而，两个独立的激光束之间的相应角度的其它值也是可行的。特别地，该特征可以用于间接测量功能，诸如用于导出诸如由于扫描系统和点之间存在一个或多个障碍物而可能不能直接访问或者否则可能很难到达的间接距离。通过示例的方式，通过测量两个独立的距离并通过使用毕达哥拉斯公式(Pythagoras formula)导出高度来确定对象高度的值是可行的。特别地，为了能够关于对象保持预定水平，扫描系统可以进一步包括至少一个调平单元，特别是集成的气泡小瓶，其可以用于由用户保持预定水平。
作为另一替代方案，扫描系统的照射源可以发射多个独立的激光束，诸如激光束阵列，其可以相对于彼此表现出相应的节距，特别是规则的节距，并且可以以为了生成位于至少一个对象的至少一个表面上的点阵列的方式来布置。为该目的，可以提供具体适配的光学元件，诸如分束装置和反射镜，其可以允许所描述的激光束阵列的生成。特别地，可以通过使用一个或多个可移动镜重定向光束来将照射源引导为以周期性或非周期性方式扫描一个区或体积。
因此，扫描系统可以提供位于一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个点的静态布置。可替代地，扫描系统的照射源，特别是一个或多个激光束(诸如上述激光束阵列)可以被配置为提供一个或多个光束，该一个或多个光束可以表现出随时间变化的强度和/或可以在一段时间内经受交替的发射方向，特别是通过移动一个或多个镜子，诸如包括在所提到的微镜阵列内的微镜。结果，照射源可以被配置为通过使用具有如由扫描装置的至少一个照射源生成的交替特征的一个或多个光束来扫描至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，扫描系统因此可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，诸如以顺序地或同时扫描一个或多个对象的一个或多个表面。因此，扫描系统可以适于通过测量三个或更多个点来测量角度，或者扫描系统可以适于测量诸如屋顶的山墙的角落或狭窄区域，而使用常规测量棒很难靠近这些角落或狭窄区域。作为非限制性示例，扫描系统可以用在安全激光扫描仪中，例如，在生产环境中；和/或在用于确定对象的形状的诸如与3D打印、身体扫描、质量控制连接的3D扫描装置中；在施工应用中，例如，作为测距仪；在物流应用中，例如，用于确定包裹的尺寸或体积；在家庭应用中，例如，在机器人真空吸尘器或割草机中；或在可能包括扫描步骤其他类型的应用。作为非限制性示例，扫描系统可以用于工业安全帘应用。作为非限制性示例，扫描系统可以用于执行清扫、吸尘、拖地或打蜡功能，或执行院子或花园护理功能，诸如割草或耙草。作为非限制性示例，扫描系统可以采用具有准直光学器件的LED照射源，并且可以适于将照射源的频率移动到不同的频率以获得更准确的结果和/或采用滤波器衰减某些频率同时透射其他频率。作为非限制性示例，可以使用专用电机将扫描系统和/或照射源整体旋转或仅旋转特定的光学器件，诸如反射镜、分束器等，从而在操作中，扫描系统可具有完整的360度视图，或者甚至可以移出或旋转出平面，以进一步增加扫描区域。此外，照射源可以主动地对准预定方向。此外，为了允许有线电气系统的旋转，可以采用滑环、光学数据传送或电感耦合。
作为非限制性示例，扫描系统可以被附接到三脚架并且指向具有若干角和表面的对象或区域。一个或多个柔性可移动激光源被附接到扫描系统。移动一个或多个激光源，以使其照射感兴趣的点。当按下扫描系统上的指定按钮时，测量照射点相对于扫描系统的位置，并且位置信息经由无线接口传送到移动电话。位置信息存储在移动电话应用中。移动激光源以照射其他感兴趣的点，这些感兴趣的点的位置将被测量并传送给移动电话应用。通过将相邻点与平面相连，移动电话应用可以将点集转换为3d模型。3d模型可以被存储并进一步处理。所测量的点或表面之间的距离和/或角度可以直接显示在附接到扫描系统的显示器上或位置信息被传送到的移动电话上。
作为非限制性示例，扫描系统可以包括用于投射点的两个或更多个柔性可移动激光源，以及投射线的另外一个可移动激光源。该线可以用于沿着一条线布置两个或更多个激光点，并且扫描装置的显示器可以显示可以沿着该线诸如以相等的距离布置的两个或更多个激光点之间的距离。在两个激光点的情况下，可以使用单个激光源，而使用一个或多个分束器或棱镜来修改投射点的距离，其中分束器或棱镜可以移动使得投射的激光点彼此分开或靠近。此外，扫描系统可以适于投射其他图案，诸如直角、圆形、正方形、三角形等，沿着这些图案可以通过投射激光点并测量其位置来进行测量。
作为非限制性示例，扫描系统可以适于利用诸如木材或金属加工工具之类的工具(诸如锯、钻床等)来支持工作。因此，扫描系统可以适于在两个相反的方向上测量距离，并在显示器中显示测量的两个距离或距离的和。此外，扫描系统可以适于测量到表面边缘的距离，以使得当将扫描系统放置在表面上时，激光点沿着表面自动远离扫描系统移动，直到距离测量显示由于角或表面边缘而导致的突变为止。这样就可以在扫描装置放置在木板上但远离木板端部时测量木板端部的距离。此外，扫描系统可以在一个方向上测量板端部的距离，并在相反的方向上以指定的距离投射线或圆或点。扫描系统可适于在取决于在相反方向上测量的距离(诸如，取决于预定的和距离)的距离处投射线、圆或点。这允许在投射位置处使用诸如锯子或钻床之类的工具进行作业，同时将扫描系统放置在距工具的安全距离，并同时使用工具在距板边缘预定距离进行处理。此外，扫描系统可以适于在预定的距离以两个相反的方向投射点或线等。当距离之和改变时，仅投射距离之一改变。
作为非限制性示例，扫描系统可以适于放置在表面上，诸如执行任务的表面上，诸如切割、锯切、钻孔等，并且适于在预定距离将线投射到表面上，该预定距离可以诸如用扫描装置上的按钮调整。
作为非限制性示例，扫描系统可以用于例如生产环境中的安全激光扫描仪中，和/或在用于确定对象的形状的诸如与3D打印、身体扫描、质量控制连接的3D扫描装置中；在施工应用中，例如，作为测距仪；在物流应用中，例如，用于确定包裹的尺寸或体积；在家庭应用中，例如，在机器人真空吸尘器或割草机中；或在可能包括扫描步骤的其他类型的应用中。
如以上所解释的，传送装置可以被设计成将从对象传播到检测器的光(优选连续地)馈送到光学传感器中。如上所述，可以借助于传送装置的成像或者非成像特性来可选地实现该馈送。特别地，传送装置同样可以设计成在电磁辐射被馈送到光学传感器之前收集电磁辐射。传送装置也可以全部或部分地作为至少一个可选照射源的组成部分，例如通过照射源被设计成提供具有限定的光学特性的光束，例如具有限定的或精确已知的束轮廓，例如高斯光束的至少一个线性组合，特别是具有已知束轮廓的至少一个激光束。
对于可选照射源的潜在实施例，可以参考WO 2012/110924 A1。其它实施例仍是可行的。从对象出射的光可以源于对象本身，但是也可以可选地具有不同的源，并且从该源传播到对象并且随后朝向横向和/或纵向光学传感器传播。后一种情况可以例如通过使用的至少一个照射源实现。该照射源可以例如是或包括环境照射源和/或可以是或可以包括人造照射源。通过示例的方式，检测器本身可以包括至少一个照射源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体照射源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于其通常限定的束分布和其它可操作性的特性，特别优选的是使用一个或多个激光器作为照射源或作为其部分。照射源本身可以是检测器的组成部分，或者可以独立于检测器形成。照射源可以特别地集成到检测器中，诸如检测器的壳体中。可替代地或另外地，至少一个照射源也可以被集成到至少一个信标装置中或集成到信标装置中的一个或多个中和/或集成到对象中或者连接到或空间耦合到对象。
因此，从一个或多个可选信标装置出射的光(可替代地或另外，来自于所述光源自相应的信标装置自身的选项)可以从照射源出射和/或被照射源激发。通过示例的方式，从信标装置出射的电磁光可以在其被馈送到检测器之前由信标装置自身发射和/或由信标装置反射和/或由信标装置散射。在这种情况下，电磁辐射的发射和/或散射可以在不具有电磁辐射的光谱影响的情况下或者在具有这样的影响的情况下实现。因此，通过示例的方式，例如根据斯托克斯或拉曼，在散射期间也可能发生波长偏移。此外，可以例如通过初级照射源激发光的发射，例如通过激发对象或对象的部分区域来生成发光，特别是磷光和/或荧光。原则上，其他发射过程也是可能的。如果发生反射，则对象可以具有例如至少一个反射区域，特别是至少一个反射表面。所述反射表面可以是对象自身的一部分，但也可以是例如连接或空间耦合到对象的反射器，例如连接到对象的反射器板(plaque)。如果使用至少一个反射器，则其进而也可以被视为连接到对象的检测器的一部分，例如独立于检测器的其他组成部分。
关于信标装置的设计和特性，参考如上所述或者如下面更详细的描述的照射源的描述。
将光束馈送到可选的光学传感器，特别地可以以在光学传感器的可选传感器区上产生例如具有圆形、椭圆形或不同配置的横截面的光斑的方式实现。通过示例的方式，检测器可以具有视觉范围，特别是立体角范围和/或空间范围，在该范围内可以检测对象。优选地，传送装置可以以如下方式设计，即例如在对象布置在检测器的可视范围内的情况下，光斑完全布置在光学传感器的传感器区域或传感器区上。通过示例的方式，传感器区可以被选择为具有对应的尺寸，以便确保该条件。
在另一方面，本发明公开了一种用于电子装置中的惯性测量单元。如本文所使用的，术语“惯性测量单元”是指包括至少两个检测器单元的系统，并且该系统被配置为确定线性运动和角运动。该电子装置可以是移动电子装置。电子装置可以是相机。电子装置可以是移动电话。惯性测量单元适于接收由根据本发明的至少一个检测器确定的数据，诸如，根据涉及如上面公开的或下面进一步详细地公开的检测器的一个或多个实施例。如本文所使用的，术语“由至少一个检测器确定的数据”是指关于相对空间星座和/或至少一个纵向坐标z的至少一种信息。惯性测量单元还适于接收由选自以下组成的组的至少一个另外的传感器确定的数据：轮速传感器、转向速率传感器、倾斜传感器、取向传感器、运动传感器、磁流体动力传感器、力传感器、角度传感器、角速率传感器、磁场传感器、磁力计、加速度计；陀螺仪。如本文所使用的，术语“由至少一个另外的传感器确定的数据”是指选自由以下各项组成的组的至少一种信息：角度信息；速度信息；转向速率信息；有关倾斜的信息。惯性测量单元适于通过评估来自检测器和至少一个另外的传感器的数据来确定电子装置的至少一种特性，该至少一种特性选自：空间中的位置、空间中的相对运动或绝对运动、旋转、加速度、取向、角位置、倾斜度、转向速率、速度。惯性测量单元可以包括至少一个处理器。处理器可以适于评估由另一传感器记录的数据。特别地，处理器可以适于确定和/或计算空间位置、空间取向、运动和速度中的一种或多种。惯性测量单元可以包括多个另外的传感器。惯性测量单元可以适于融合从至少两个另外的传感器确定的信息。惯性测量单元可以适于通过使用至少一个数学模型来融合至少两个另外的传感器的信息，而该数学模型可以选自卡尔曼滤波器、线性二次估计、卡尔曼-布西滤波器、斯特拉托诺维奇-卡尔曼-布西滤波器、卡尔曼-布西-斯特拉托诺维奇滤波器、最小方差估计器、贝叶斯估计器、最佳线性无偏估计器、不变估计器、维纳滤波器等。如上所述，检测器可以适于提供纵向坐标z的绝对测量。此外，如上所述，检测器可以适于确定和/或校准和/或重新校准至少两个传感器元件之间的相对空间星座。处理器，例如如上所述的评估装置可以适于考虑纵向坐标z和/或确定的相对空间星座和/或重新校准的相对空间星座来融合至少两个另外的传感器的信息。可以在数学模型内使用各种传感器信号，而数学模型可以选自卡尔曼滤波器、线性二次估计、卡尔曼-布西滤波器、斯特拉托诺维奇-卡尔曼-布西滤波器、卡尔曼-布西-斯特拉托诺维奇滤波器、最小方差估计器、贝叶斯估计器、最佳线性无偏估计器、不变估计器、维纳滤波器等，以考虑每个传感器信号都会受到测量误差和不准确度的影响。在诸如卡尔曼滤波器的上述数学模型之一内的这些传感器信号的融合可以产生诸如对相对空间星座和/或纵向坐标的测量的改进的估计。
在另一方面，本发明公开了一种通过使用诸如根据本发明的检测器(诸如根据如上面所公开或如下面进一步公开的涉及检测器的一个或多个实施例)的检测器来确定相对空间星座。尽管如此，可以使用其它类型的检测器。该方法包括以下方法步骤，其中方法步骤可以以给定顺序执行或者可以以不同顺序执行。此外，可以存在未列出的一个或多个附加方法步骤。此外，可以重复执行一个、一个以上或甚至所有方法步骤。
该方法包括以下方法步骤：
-响应于由从对象传播到检测器的至少一个光束对具有光学传感器的矩阵的至少一个传感器元件的照射，生成至少两个传感器信号，该光学传感器每一个具有光敏区；
-通过使用传感器元件来确定至少一个反射图像；
-在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置根据传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在相对空间星座方面不同；
-在参考图像中与纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置处确定参考图像中的至少一个参考特征；
-根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定相对空间星座。
有关详细信息、选项和定义，可以参考如上讨论的检测器。因此，具体地，如上所述，该方法可以包括使用根据本发明(诸如根据上面给出的或者下面进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器。
如本文所使用的，术语“提供至少一个参考图像”是指例如从多个存储的参考图像中确定至少一个参考图像、记录至少一个参考图像、选择至少一个参考图像中的一种或多种。
该方法可以包括监视相对空间星座。相对空间星座可以重复确定。
该方法可以包括至少一个温度确定步骤。在温度确定步骤中，可以确定检测器的至少一个温度值。可以考虑温度值来确定相对空间星座和/或可以根据温度值来适配相对空间星座。
该检测器可以包括至少一个照射源。该方法可以用于确定传感器元件和照射源的相对位置。
该检测器可以包括至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件。第一传感器元件和至少一个第二传感器元件可以在不同的空间配置下定位。该方法可以包括：选择由第一传感器元件或第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，以及选择由第一传感器元件或第二传感器元件中的另一个确定的至少一个图像作为参考图像。该方法可以用于确定第一传感器元件和第二传感器元件的相对空间星座。
在另一方面，本发明公开了一种用于校准至少一个检测器的方法，所述检测器诸如是根据本发明的检测器，诸如根据上面公开的或下面进一步详细公开的涉及检测器的一个或多个实施例的检测器。另外，可以使用其他类型的检测器。该方法包括以下方法步骤，其中该方法步骤可以以给定的顺序执行或可以以不同的顺序执行。此外，可以存在未列出的一个或多个其他方法步骤。此外，可以重复地执行方法步骤种的一个、一个以上、甚至所有方法步骤。
该方法包括以下方法步骤：
-响应于由从对象传播到检测器的至少一个光束，对具有光学传感器的矩阵的至少一个传感元件的照射，生成至少两个传感器信号，每个光学传感器具有光敏区；
-通过使用传感器元件确定至少一个反射图像；
-在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置根据传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中，参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置第一相对空间星座方面不同；
-在参考图像中与纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置处确定参考图像中的至少一个参考特征；
-根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定第一相对空间星座，
-其中，评估装置适于存储第一相对空间星座。
该方法可以包括确定参考特征和反射特征的位移以及确定对象的纵向坐标与位移之间的关系。
该方法可以包括重新校准步骤，该重新校准步骤包括以下步骤：
-响应于由从对象传播到检测器的至少一个两外的光束对传感器元件的照射，生成至少两个另外的传感器信号；
-通过使用传感器元件确定至少一个另外的反射图像；
-在反射图像中的至少一个第三图像位置处选择该另外的反射图像的至少一个另外的反射特征，并且通过根据另外的传感器评估组合信号Q来确定另外的反射特征的至少一个第二纵向坐标z；
-提供至少一个另外的参考图像，其中，该另外的参考图像和该另外的反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在实际的相对空间星座方面而不同；
-在另外的参考图像中的与第二纵向坐标z相对应的至少一个第四图像位置处，确定另外的参考图像中的至少一个另外的参考特征；
-根据第二纵向坐标z以及第三和第四图像位置确定实际的相对空间星座，
-比较第一相对空间星座和实际的相对空间星座，并根据实际的相对空间星座调整第一相对空间星座。
该方法还可以包括至少一个温度确定步骤，其中，确定检测器的至少一个温度值。可以考虑温度值来确定第一相对空间星座和/或实际相对空间星座和/或根据温度值来调整第一相对空间星座和/或实际相对空间星座。
在本发明的另一方面中，提出了根据本发明(诸如根据上面给出的或者下面进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器的用途，为了使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监控应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；用于生成至少一个空间的地图的绘图应用；车辆的归位或跟踪的信标检测器；户外应用；移动应用；通信应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
对象通常可以是活体或非活体对象。检测器或检测器系统甚至可以包括至少一个对象，该对象由此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检测器而移动。对象通常可以是任意的对象。在一个实施例中，对象可以是刚性对象。其他实施例是可行的，诸如对象是非刚性对象或可以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，诸如为了控制机器、游戏或运动模拟的目的，本发明可以具体地用于跟踪人的位置和/或运动。在该实施例或其他实施例中，具体地，该对象可以选包括以下部分的组：运动器材物品，优选地选自包括球拍、球杆、球棒的组的物品；一件衣物；帽子；鞋。
因此，通常，根据本发明的装置，诸如检测器，可以应用于各种用途领域。具体地，可以将检测器应用于从包括以下各项的组中选择的用途目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于生成至少一个空间的地图的绘图应用，诸如选自房间、建筑物和街道的组中的至少一个空间；移动应用；网络摄像头；音频装置；杜比环绕音响系统；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；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用。另外或可选地，可以指定在尤其是基于地标的定位和/或导航的本地和/或全球定位系统中的应用，具体是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)、机器人中或由行人使用。此外，室内定位系统可以被指定为潜在应用，诸如用于家庭应用和/或用于制造、物流、监视或维修技术中的机器人。
根据本发明的装置可以用于移动电话、平板计算机、膝上型计算机、智能面板或其它固定或移动或可穿戴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(诸如发射在可见光范围或红外光谱范围中的光的光源)组合，以便提高性能。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。根据本发明的装置甚至可以与2D相机(诸如常规相机)组合，以便增加成像效果。根据本发明的装置可以进一步用于监视和/或用于记录目的，或者作为输入装置以控制移动装置，尤其是与语音和/或手势识别相结合。因此，具体地，用作人机接口(也称为输入装置)的根据本发明的装置可以用于移动应用中，诸如用于经由移动装置(诸如移动电话)控制其它电子装置或组件。作为示例，包括根据本发明的至少一个装置的移动应用可以用于控制电视机、游戏控制台、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以用于网络摄像头或用于计算应用的其它外围装置。因此，作为示例，根据本发明的装置可以与用于成像、记录、监视、扫描或运动检测的软件组合使用。如在人机接口和/或娱乐装置的情景中所描述的，根据本发明的装置对于通过面部表情和/或身体表达来给出命令是特别有用的。根据本发明的装置可以与其它输入生成装置组合，例如鼠标、键盘、触摸板、麦克风等。此外，根据本发明的装置可以诸如通过使用网络摄像头而用于游戏应用中。此外，根据本发明的装置可以用于虚拟训练应用和/或视频会议中。此外，根据本发明的装置可以用于识别或跟踪在虚拟或增强现实应用中使用的手、手臂或对象，尤其是当佩戴头戴式显示器时。
此外，根据本发明的装置可以用于移动音频装置、电视装置和游戏装置中，如以上部分地解释的。具体地，根据本发明的装置可以用作用于电子装置、娱乐装置等的控制器或控制装置。此外，根据本发明的装置可以用于诸如在2D和3D显示技术中的眼睛检测或眼睛跟踪，尤其是采用用于增强现实应用和/或用于识别是否正在观看显示器和/或从哪个角度观看显示器的透明显示器。此外，根据本发明的装置可以用于探索与虚拟或增强现实应用相关联的房间、边界、障碍物，特别是当佩戴头戴式显示器时。
此外，根据本发明的装置可以用于或用作数码相机，诸如DSC相机；和/或用于或用作反射相机，诸如SLR相机。对于这些应用，可以参考根据本发明的装置在如上所公开的诸如移动电话的移动应用中的用途。
此外，根据本发明的装置可以用于安全或监视应用。因此，作为示例，根据本发明的至少一个装置可以与一个或多个数字和/或模拟电子器件组合，如果对象在预定区域的内部或外部，则该一个或多个数字和/或模拟电子器件将给出信号(例如用于银行或博物馆中的监视应用)。具体地，根据本发明的装置可以用于光学加密。通过使用根据本发明的至少一个装置的检测可以与其它检测装置组合以补充波长，诸如与IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声波检测器组合。根据本发明的装置可以进一步与有源红外光源组合以允许在低光环境中检测。与有源检测器系统相比，根据本发明的装置通常是有利的，具体地是因为根据本发明的装置可以避免主动发送可以由第三方检测到的信号，如在例如在雷达应用、超声波应用、LIDAR或类似的有源检测器装置中的情况。因此，通常，根据本发明的装置可以用于无法识别和不可检测的移动对象的跟踪。另外，根据本发明的装置与常规装置相比通常更少倾向于操纵和刺激。
此外，考虑到通过使用根据本发明的装置的3D检测的容易度和准确度，根据本发明的装置通常可以用于面部、身体和人的识别和标识。在此，根据本发明的装置可以与用于识别或个性化目的(诸如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段)的其它检测装置组合。因此，通常，根据本发明的装置可以用于安全装置和其它个性化应用中。
此外，根据本发明的装置可以用作用于产品标识的3D条形码读取器。
除了上述的安全和监视应用之外，根据本发明的装置通常可以用于对空间和区域进行监视和监测。因此，根据本发明的装置可以用于监视和监测空间和区域，并且作为示例，用于在入侵禁止区域的情况下触发或执行警报。因此，通常，根据本发明的装置可以用于建筑物监视或博物馆中的监视目的，可选地与其它类型的传感器组合，诸如与运动或热传感器组合，与图像增强器或图像加强装置和/或光电倍增管组合。此外，根据本发明的装置可以在公共空间或拥挤的空间中使用以检测潜在的危险活动，诸如在停车场中或无人值守的对象(诸如机场中的无人值守的行李)中的盗窃之类的犯罪行为。
此外，根据本发明的装置可以有利地应用于相机应用中，诸如视频和摄像机应用。因此，根据本发明的装置可以用于运动捕捉和3D电影记录。在此，根据本发明的装置通常提供了优于常规光学装置的大量优点。因此，根据本发明的装置在光学组件方面通常需要较低复杂性。因此，作为示例，与常规光学装置相比，诸如通过提供仅具有一个透镜的根据本发明的装置，可以减少透镜的数量。由于复杂性降低，非常紧凑的装置是可能的，诸如用于移动用途。具有两个或更多个具有高质量的透镜的常规光学系统通常是庞大的，诸如由于通常需要大量的分束器。此外，根据本发明的装置通常可以用于聚焦/自动聚焦装置，诸如自动聚焦相机。此外，根据本发明的装置也可以用于光学显微镜，特别是用于共焦显微镜。
此外，根据本发明的装置通常可应用于汽车技术和运输技术的技术领域。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作距离和监视传感器，诸如用于自适应巡航控制、紧急制动辅助、车道偏离警告、环绕视图、盲点检测、交通标志检测、交通标志识别、车道识别、后方交叉交通警报、根据前方接近交通或前方行驶的车辆来适配前灯强度和范围的光源识别、自适应前照明系统、远光头灯的自动控制、前照明系统中的自适应关灯、无眩光远光前照明系统、由前灯照明标记动物、障碍物等、后方交叉交通警报以及诸如先进的驾驶员辅助系统或其他自动或交通应用的其它驾驶员辅助系统。此外，根据本发明的装置可以用在驾驶员辅助系统中，该系统为避免碰撞等而预先预期驾驶员的动作。此外，根据本发明的装置也可以用于速度和/或加速度测量，诸如通过分析使用根据本发明的检测器获得的位置信息的第一和第二时间导数。该特征通常可应用于汽车技术、运输技术或一般交通技术中。在其它技术领域中的应用是可行的。在室内定位系统中的具体应用可以是检测乘客在运输中的位置，更具体地以电子地控制诸如安全气囊的安全系统的使用。在乘客处于如气囊的使用可能对乘客造成严重的伤害的情况下，可以防止使用气囊。此外，在诸如汽车、火车、飞机等的交通工具中，特别是在自动驾驶的交通工具中，根据本发明的装置可以用于确定驾驶员是否注意交通或分心、瞌睡、疲倦或诸如由于饮酒或类似原因导致无法驾驶。
在这些或其它应用中，通常，根据本发明的装置可以作为独立装置使用或者与其它传感器装置组合使用，诸如与雷达和/或超声装置组合使用。具体地，根据本发明的装置可以用于自主驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，根据本发明的装置可以与红外传感器、雷达传感器(其可以是声传感器)、二维相机或其它类型的传感器组合使用。在这些应用中，根据本发明的装置的普遍无源性质是有利的。因此，由于根据本发明的装置通常不需要发射信号，所以可以避免有源传感器信号与其它信号源的干扰的风险。根据本发明的装置具体可以与识别软件组合使用，诸如标准图像识别软件。因此，如由根据本发明的装置提供的信号和数据通常易于处理，并且因此通常比建立的3D测量系统要求较低的计算能力。假定低的空间需求，根据本发明的装置(诸如相机)可以放置在车辆中的几乎任何地方，诸如在窗口屏幕上或窗口屏幕后面、前罩上、保险杠上、灯上、后视镜上，或其它地方等。可以组合根据本发明的各种检测器，诸如基于本发明内公开的效应的一个或多个检测器，诸如以便允许自主驾驶车辆或以便增加主动安全概念的性能。因此，根据本发明的各种装置可以与根据本发明的一个或多个其它装置和/或常规传感器组合，诸如在像后窗、侧窗或前窗的窗户中，在保险杠上或在灯上。
根据本发明的至少一个装置(诸如根据本发明的至少一个检测器)与一个或多个雨检测传感器的组合也是可能的。这是由于根据本发明的装置通常比常规传感器技术(诸如雷达)有利的事实，特别是在大雨期间。根据本发明的至少一个装置与至少一种常规感测技术(诸如雷达)的组合可以允许软件根据天气条件选择正确的信号组合。
此外，根据本发明的装置通常可以用作中断辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可以集成在车辆中，或者可以在车辆外部使用，诸如以便在交通控制中测量其它汽车的速度。此外，根据本发明的装置可以用于检测停车场中的免费停车位。
此外，根据本发明的装置可以用于医疗系统和运动领域中。因此，在医疗技术领域中，可指定例如用于内窥镜的手术机器人，因为如上所述，根据本发明的装置可以仅需要小的体积并且可以集成到其它装置中。具体地，根据本发明的最多具有一个透镜的装置可以用于在医疗装置中(诸如在内窥镜中)捕获3D信息。此外，根据本发明的装置可以与适当的监控软件组合，以便能够跟踪和分析移动。这可以允许医疗装置(诸如内窥镜或解剖刀)的位置与来自医疗成像的(诸如从磁共振成像、x射线成像或超声成像获得的)结果的即时叠加。例如在精确的位置信息很重要的医疗治疗中，诸如在脑部手术和远距离诊断和远程医疗中，这些应用是特别有价值的。此外，根据本发明的装置可以用于3D身体扫描。身体扫描可以在医疗情景中应用，诸如在牙科手术、整容手术、减肥手术或美容整形手术中，或者其可以应用在医疗诊断的情景中，诸如应用在肌筋膜痛综合征、癌症、身体畸形障碍或其它疾病的诊断中。身体扫描可以进一步应用于运动领域，以评估运动器材的人体工程学应用或适配。此外，根据本发明的装置可以用在可穿戴机器人中，诸如外骨骼或假体等中。
身体扫描可以进一步用于服装的情景中，诸如以确定衣服的合适的尺寸和适配。该技术可以用于定制服装的情景中，或者用于从因特网或者诸如微型信息亭装置或客户礼宾装置的自助购物装置订购服装或鞋子的情景中。在服装的情景中的身体扫描对扫描充分装扮的客户尤其重要。
此外，根据本发明的装置可以在人员计数系统的情景中使用，诸如以对电梯、火车、公共汽车、汽车或飞机中的人数计数，或者对通过走廊、门、通道、零售店、体育馆、娱乐场所、博物馆、图书馆、公共场所、电影院、剧院等的人数计数。此外，人员计数系统中的3D功能可以用于获得或估计关于被计数的人的进一步信息，诸如身高、体重、年龄、身体健康等。该信息可用于商业智能度量，和/或用于进一步优化人们可以被计数的地区以使其更具吸引力或安全性。在零售环境中，根据本发明的在人员计数的情景中的装置可以用于识别返回的客户或交叉顾客，以评估购物行为，以评估进行购买的访客的百分比，以优化员工班次，或者以监测每个访客的购物商场的成本。此外，人员计数系统可用于人体测量。此外，根据本发明的装置可以用于公共交通系统中，用于根据运输长度对乘客自动收费。此外，根据本发明的装置可以用于儿童游乐场中，以识别受伤的儿童或从事危险活动的儿童，以允许与操场玩具的附加互动，以确保操场玩具的安全使用等。
此外，根据本发明的装置可以用于施工工具，诸如确定到对象或墙壁的距离的测距仪，以评估表面是否是平面的，将对象对准或将对象以有序的方式放置，或用于施工环境的检查相机等。
此外，根据本发明的装置可以应用于运动和锻炼领域中，诸如用于训练、远程指令或竞赛目的。具体地，根据本发明的装置可以应用于跳舞、有氧运动、足球、英式足球、篮球、棒球、板球、曲棍球、田径、游泳、马球、手球、排球、橄榄球、相扑、柔道、击剑、拳击、高尔夫、赛车、激光标签、战场模拟等。根据本发明的装置可用于在运动中和比赛中检测球、球拍、剑、运动等的位置，诸如以监测比赛，支持裁判或用于判断，具体是自动判断运动中的具体情况，诸如判断一个点或一个目标是否实际发生。
此外，根据本发明的装置可以用于汽车赛车或汽车驾驶员训练或汽车安全训练等领域中，以确定汽车的位置或汽车轨迹，或者与先前轨迹或理想轨迹的偏差等。
根据本发明的装置还可以用于支持乐器的实践，特别是远程课程，例如弦乐器的课程，诸如小提琴(fiddles)、小提琴(violins)、中提琴、大提琴、低音提琴、竖琴、吉他、班卓琴、或尤克里里琴、键盘乐器，诸如钢琴、风琴、电子钢琴(keyboards)、拨弦键琴、黄风琴、或手风琴和/或打击乐器，诸如鼓、定音鼓、木琴、柔音木琴、电颤琴、邦高鼓、康加鼓、蒂姆巴尔鼓、珍贝鼓或手鼓。
根据本发明的装置可进一步用于康复和物理治疗，以便鼓励训练和/或以便调查和纠正移动。在此，根据本发明的装置也可以应用于距离诊断。
此外，根据本发明的装置可以应用于机器视觉领域。因此，根据本发明的装置中的一个或多个可用作例如自动驾驶和/或机器人工作的无源控制单元。结合移动机器人，根据本发明的装置可以允许用于自动移动和/或部件中的故障的自动检测。根据本发明的装置也可用于制造和安全监视，诸如以便避免包括但不限于机器人、生产部件和生物之间的碰撞的事故。在机器人技术中，人类与机器人之间的安全和直接的交互通常是一个问题，因为机器人在人类没有被识别的情况下可能会严重伤害人类。根据本发明的装置可以帮助机器人更好更快地定位对象和人类，并允许安全的交互。假定根据本发明的装置的无源特性，根据本发明的装置可以比有源装置更有利，和/或可以与现有的解决方案(如雷达、超声波、2D相机、IR检测等)互补使用。根据本发明的装置的一个特别优点是低的信号干扰的可能性。因此，多个传感器可以在同一环境中同时工作，而不会产生信号干扰的风险。因此，根据本发明的装置通常可能在高度自动化的生产环境中是有用的，例如，但不限于汽车、采矿、钢铁等。根据本发明的装置也可以用于生产中的质量控制，例如与其它传感器(如2D成像、雷达、超声波、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以用于从微米范围到米范围的表面质量的评估，诸如用于测量产品的表面平整度或到特定尺寸的粘附度。其它质量控制应用是可行的。在制造环境中，根据本发明的装置对于处理具有复杂的三维结构的天然产品(诸如食品或木材)以避免大量的废料是特别有用的。此外，根据本发明的装置可用于监测罐、仓库等的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于检查针对缺失部件、不完整部件、松散部件、低质量部件等的复杂产品，诸如在诸如印刷电路板的自动光学检查、组件或子组件的检查、工程部件的检验、发动机部件检查、木材质量检查、标签检查、医疗设备的检查、产品取向的检查、包装检查、食品包装检查等。
此外，根据本发明的装置可以用于车辆、火车、飞机、船舶、航天器和其他交通应用中。因此，除了上述在交通应用的情景中的应用之外，还可以指定用于飞机、车辆等的无源跟踪系统。根据本发明的至少一个装置(诸如根据本发明的至少一个检测器)的用于监测移动对象的速度和/或方向是可行的。具体地，可以指定在陆上、海上以及包括太空在内的空中的快速移动对象的跟踪。根据本发明的至少一个装置，诸如根据本发明的至少一个检测器具体可以安装在静止的和/或移动的装置上。根据本发明的至少一个装置的输出信号可以例如与用于另一对象的自主或引导运动的引导机构组合。因此，用于避免跟踪的和操纵的对象之间的碰撞或用于使跟踪的和操纵的对象之间能够碰撞的应用是可行的。由于所需的计算功率低、即时响应以及由于与有源系统(例如雷达)相比通常更难以检测和干扰的检测系统的无源性质，所以根据本发明的装置通常是有用和有利的。根据本发明的装置是特别有用于但不限于例如速度控制和空中交通管制装置。此外，根据本发明的装置可用于道路收费的自动收费系统。
根据本发明的装置通常可以被用于无源应用中。无源应用包括对港口或危险区域中的船舶以及对着陆或起飞时的飞机的指导。其中，固定的已知的有源目标可以用于精确的指导。同样的情况可用于处于危险但是明确限定的路线上行驶的车辆，诸如采矿车辆。此外，根据本发明的装置可以用于检测快速接近的对象，例如汽车、火车、飞行对象、动物等。此外，根据本发明的装置可以用于检测对象的速度或加速度，或者通过依据时间跟踪对象的位置、速度和/或加速中的一个或多个来预测对象的移动。
此外，如上所述，根据本发明的装置可以用于游戏领域中。因此，根据本发明的装置可以是无源的，用于相同或不同尺寸、颜色、形状等的多个对象，诸如与用于将移动并入到其内容中的软件结合的移动检测。特别地，应用在将运动实现到图形输出中是可行的。此外，根据本发明的用于给出命令的装置的应用是可行的，诸如通过使用根据本发明的装置中的一个或多个来进行手势或面部识别。根据本发明的装置可以与有源系统组合以便在例如低光条件下或在需要增强周围环境条件的其它情况下工作。另外或可替代地，根据本发明的一个或多个装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的。根据本发明的检测器与特殊装置的组合同样是可能的，这可以通过系统及其软件容易地区分，例如但不限于特殊的颜色、形状、距其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制装置上的光源的频率、表面特性、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，该装置可以类似于棒、球拍、球杆、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、汤匙、叉子、立方体、骰子、人物、木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器的辅助装置，诸如琴拔、鼓槌等。其它选项是可行的。
此外，根据本发明的装置可以用于检测和/或跟踪诸如由于高温或进一步的发光过程而由其自身发光的对象。发光部可以是排气流等。此外，根据本发明的装置可以用于跟踪反射对象并分析这些对象的旋转或取向。
此外，根据本发明的装置通常可以用于建筑、施工和制图领域。因此，通常，可以使用根据本发明的一个或多个装置以便测量和/或监控环境区域，例如农村或建筑物。在此，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，或者可以单独使用，以便监控建筑物项目的进展和准确度、变化的对象、房屋等。根据本发明的装置可以用于生成扫描环境的三维模型，以便从地面或空中构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领域可能是施工、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以用于遥控飞机或多旋翼机以便监控建筑物、生产现场、烟囱、农业生产环境(诸如田地)、生产设备或景观，以支持救援行动，以支持危险环境中的工作，以支持室内或室外燃烧位置的消防队，或寻找或监视一个或多个人或动物等，或用于娱乐目的，诸如跟踪并记录从事诸如滑雪或骑自行车之类的运动的一个或多个人的无人机，这可以通过戴头盔、标记、信标装置等来实现。根据本发明的装置可以用于识别障碍物，遵循预定路线，遵循边缘、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以用于室内或室外无人机的定位和放置，以在大气压力传感器不够精确的室内稳定无人机的高度，或用于多个无人机的交互，诸如多个无人机的演出运动或在空中进行充电或加油等。
此外，根据本发明的装置还可以用于诸如CHAIN(Cedec家用电器互操作网络(Cedec Home Appliances Interoperating Network))的家用电器的互连网络内，以在家庭中互连、自动化和控制基本的电器相关服务，例如，能量或负载管理、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、对老年人或病人的支持或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的遥控、和自动维护支持。此外，根据本发明的装置可以用在诸如空调系统的制热或制冷系统中，以定位房间的哪一部分应该调到一定的温度或湿度，特别地取决于一个或多个人的位置。此外，根据本发明的装置可以用于家用机器人，诸如可用于家务的服务或自主机器人。根据本发明的装置可以用于许多不同的目的，诸如避免碰撞或对环境制图、还可以用于识别用户、针对给定用户个性化机器人的性能，为了安全的目的，或者用于手势或面部识别。作为示例，根据本发明的装置可以用于机器人真空吸尘器、地板洗涤机器人、干扫机器人、用于熨烫衣服的熨烫机器人、诸如狗或猫排泄物机器人的动物排泄物机器人、用于电动交通工具的充电机器人、检测入侵者的安全机器人、机器人割草机、自动泳池清洁器，雨水槽清洁机器人、机器人购物车、行李搬运机器人、线跟随机器人、洗衣机器人、熨烫机器人、洗窗机器人、玩具机器人、患者监控机器人、婴儿监控机器人、老人监控机器人、儿童监控机器人、运输机器人、远端呈现机器人、专业服务机器人、可编程玩具机器人、探路者机器人、向少移动的人提供服务的社交机器人、跟随机器人、智能卡跟随机器人、心理治疗机器人或将语音翻译成符号语言或将符号语言翻译成语音的机器人。在少移动人群(诸如老年人)的情景下，具有根据本发明的装置的家用机器人可以用于拾取对象、运送对象、并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以用在人形机器人中，特别是在使用人形手来拾取或握持或放置对象的情景中。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，该家用机器人可以用作具有到在线或离线计算机应用的接口的数字助理。此外，根据本发明的装置可以用在可以控制工业和家用目的的开关和按钮的机器人中。此外，根据本发明的装置可以用在诸如Mayfield’Kuri之类的智能家居机器人中。此外，根据本发明的装置可以用于使用危险材料或对象或在危险环境中操作的机器人。作为非限制性示例，根据本发明的装置可以用于机器人或无人驾驶的遥控车辆中，以便操作尤其是在灾难之后的诸如化学材料或放射性材料之类的危险材料或其他危险或潜在危险的对象，诸如地雷、未爆炸的武器等，或在不安全的环境中操作或调查不安全的环境，例如靠近燃烧的对象或灾后区域，或用于空中、海上、地下等进行有人或无人救援作业。
此外，根据本发明的装置可以用于检查粘合珠、密封珠等，诸如以识别破坏、粗节、收缩、不对称、局部缺陷等。此外，根据本发明的装置可用于对诸如传送带上的干燥水果之类的对象进行计数，诸如在困难的情况下，诸如当相似颜色和形状的水果可彼此直接接触时。此外，根据本发明的装置可用于压铸或注射成型部件的质量控制，诸如以确保无缺陷的铸造或成型、识别表面损坏、工具磨损等。此外，根据本发明的装置可以用于光刻，诸如用于激光的质量控制和定位。此外，根据本发明的装置可以用于分类系统，诸如检测对象的位置、旋转和形状，将其与对象数据库进行比较，并对对象分类。此外，根据本发明的装置可以用于压印部件检查、包装检查，诸如食品和药品包装检查、细丝检查(filamentinspection)等。
此外，在全球定位系统(GPS)不够可靠的情况下，根据本发明的装置可以用于导航目的。GPS信号通常使用无线电波，这些无线电波在室内或山谷或林线以下的森林中的室外中可能会被阻挡或难以接收。此外，特别是在无人自动驾驶的交通工具中，系统的重量可能至关重要。特别是无人自动驾驶车辆需要高速位置数据，以实现可靠的反馈和控制系统的稳定度。使用根据本发明的装置可以允许短时间响应和定位，而不会由于笨重的而增加重量。
此外，根据本发明的装置可以用在家用、移动或娱乐装置中，诸如冰箱、微波炉、洗衣机、窗帘或百叶窗、家用报警器、空调装置、加热装置、电视机、音响装置、智能手表、移动电话、电话机、洗碗机、灶具等，以检测人的存在，以监控装置的内容或功能，或者与人交互和/或与其他家庭、移动或娱乐装置共享关于该人的信息。
此外，根据本发明的装置可以用于支持老年人或残疾人或视力受限或没有视力的人，诸如在家务中或在工作中，诸如在用于握持、携带或拾取对象的装置中；或者在利用光学或声音信号指示环境中的障碍物的安全系统中。
根据本发明的装置可以进一步在农业中使用，例如完全或部分地检测和分类害虫、杂草和/或感染的农作物，其中农作物可能被真菌或昆虫感染。此外，为了收获作物，根据本发明的装置可以用于检测动物，诸如鹿，否则这些动物可能受到收获装置伤害。此外，根据本发明的装置可以用于监控田间或温室中植物的生长，特别地以针对田间或温室中给定区域或者甚至是针对给定植物来调节水或肥料的量或作物保护产品的量。此外，在农业生物技术中，根据本发明的装置可以用于监控植物的尺寸和形状。
此外，根据本发明的装置可以用于在剃刮、剪发或化妆过程等期间引导用户。此外，根据本发明的装置可以用于记录或监视诸如小提琴的乐器上演奏的内容。此外，根据本发明的装置可以用在诸如智能冰箱的智能家庭应用中，以便监视冰箱的内容并根据内容发送通知。此外，根据本发明的装置可以用于监视或跟踪人类、动物或植物的种群，诸如森林中的鹿或树木的种群。此外，根据本发明的装置可以用于收割机器，诸如用于收割农作物、花卉或水果，诸如葡萄、玉米、啤酒花、苹果、谷物、大米、草莓、芦笋、郁金香、玫瑰、大豆等。此外，根据本发明的装置可以用于诸如在育种、食品生产、农业或研究应用中监控植物、动物、藻类、鱼类等的生长，以控制灌溉、施肥、湿度、温度、除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、灭鼠剂的使用等。此外，根据本发明的装置可以用于动物或宠物的喂养机器中，诸如牛、猪、猫、狗、鸟、鱼等。此外，根据本发明的装置可以用在动物产品的生产过程中，诸如用于收集牛奶、鸡蛋、毛皮、肉等，诸如在自动挤奶或屠宰过程中。此外，根据本发明的装置可以用于自动播籽机、播种机或种植机中，诸如用于种植玉米、大蒜、树木、色拉等。此外，根据本发明的装可以用于评估或监控天气现象，例如云、雾等，或者用于警告雪崩、海啸、大风、地震、雷暴等的危险。此外，根据本发明的装置可以用于测量运动、冲击、震荡等，以监控地震风险。此外，根据本发明的装置可以用在交通技术中以监控危险的路口，根据交通来控制交通灯，监控公共场所，监控道路、体育馆、体育场、滑雪场、公共活动等。此外，根据本发明的装置可以用于医疗应用中，以便监控或分析组织、医疗或生物学测定、诸如痣或黑素瘤等的组织中的变化，以对细菌、血细胞、细胞、藻(algae)等计数，用于视网膜扫描、呼吸或脉搏测量、胃镜检查、患者监测等。此外，根据本发明的装置可以用于监控液滴、水流、射流等的形状、尺寸或周长，或者用于分析，评估或监控诸如风道中的分布或气流或液流等。此外，根据本发明的装置可用于在驾驶员生病或疲倦等时警告驾驶员，诸如汽车或火车驾驶员。此外，根据本发明的装置可用于材料测试中以识别应变或张力或裂缝等。此外，根据本发明的装置可以用于航行中，以诸如自动地监控和优化航行位置。此外，根据本发明的装置可以用于燃料液位计。
此外，根据本发明的装置可以与检测化学品或污染物的传感器、电子鼻片、检测细菌或病毒等的微生物传感器芯片、盖革(Geiger)计数器、触觉传感器、热传感器等组合。这可以例如用于构建智能机器人，该智能机器人被配置为用于处理危险或困难的任务，诸如治疗高度感染的患者、处理或去除高度危险的情况、清洁高度污染区，诸如高度放射性区或化学物质泄漏、或用于农业中的病虫害防治。
根据本发明的一个或多个装置可进一步用于扫描对象，诸如与CAD或类似软件组合，诸如用于附加制造和/或3D打印。其中，可以例如在x-、y-或z-方向中或以这些方向的任意组合诸如同时地使用根据本发明的装置的高尺寸精度。此外，根据本发明的装置可以用于检查和维护中，诸如管道检测计。此外，在生产环境中，根据本发明的装置可以用于处理形状不规则的对象，诸如天然生长的对象，诸如通过形状或尺寸分选蔬菜或其它天然产物或切割产品，诸如肉或以低于加工步骤所需精度的精度制造的对象。
此外，根据本发明的装置还可以用于本地导航系统中以允许通过室内或室外空间自动或部分自动地移动的车辆或多个直升机等。非限制性示例可以包括车辆移动通过自动仓库，用于拾取对象并将它们放置在不同位置。室内导航可进一步用于商场、零售商店、博物馆、机场或火车站，以跟踪移动商品、移动装置、行李、客户或员工的位置，或向用户提供位置特定信息，诸如地图上的当前位置、或出售的商品上的信息等。
此外，根据本发明的装置可以用于通过监控速度、倾斜度、即将到来的障碍物、道路的不平整性或曲线等来确保摩托车的安全驾驶，诸如用于摩托车的驾驶辅助。此外，根据本发明的装置可以用于火车或电车中以避免碰撞。
此外，根据本发明的装置可以用于手持装置中，诸如用于扫描包装或包裹以优化物流过程。此外，根据本发明的装置可以用于另外的手持装置，诸如个人购物装置、RFID读取器、用于医院或诸如用于医疗用途的健康环境的手持装置，或以获得、交换或记录患者或患者健康相关信息、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以进一步用于制造、质量控制或识别应用中，诸如用于产品识别或尺寸识别中(诸如用于找到最优位置或包装，以减少浪费等)。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装载或包装容器或交通工具。此外，可以通过使用至少一个图像矩阵并且将预先记录的尺寸与条形码、QR码或预先记录的符号的记录图像的测量特性进行比较，诸如通过将符号的宽度或高度与预先记录的值进行比较，使用已知尺寸的条形码、QR码或预先记录的符号重新校准根据本发明的装置。此外，根据本发明的装置可用于制造领域中的表面损坏的监控或控制，用于监控或控制租赁对象(诸如租赁车辆)和/或用于保险应用，诸如用于损坏评估。此外，根据本发明的装置可以用于识别材料、对象或工具的尺寸，诸如用于最优材料处理，特别是与机器人组合。此外，根据本发明的装置可以用于生产中的过程控制，例如用于观察罐的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于维护生产资产，例如但不限于罐、管道、反应器、工具等。此外，根据本发明的装置可用于分析3D质量标记。此外，根据本发明的装置可以用于制造定制商品，诸如牙嵌、牙支架、假体、衣服等。根据本发明的装置同样可以与用于快速原型设计、3D复制等的一个或多个3D打印机组合。此外，根据本发明的装置可以用于检测一个或多个物品的形状，诸如用于防盗版和防伪的目的。
因此，具体地，本申请可以应用于摄影领域。因此，检测器可以是摄影装置的一部分，具体是数字相机的一部分。具体地，检测器可以用于3D摄影，具体用于数字3D摄影。因此，检测器可以形成数字3D相机，或者可以是数字3D相机的一部分。如在此所使用的，术语摄影通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如在此进一步使用的，相机通常是适于执行摄影的装置。如在此进一步使用的，术语数字摄影通常是指通过使用适于生成指示照射的强度和/或颜色的电信号(优选数字电信号)的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如在此进一步使用的，术语3D摄影通常是指在三个空间维度中获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适于执行3D摄影的装置。相机通常可以适于获取单个图像，诸如单个3D图像，或者可以适于获取多个图像，诸如图像序列。因此，相机同样可以是适于视频应用(诸如用于获取数字视频序列)的相机。
因此，通常，本发明进一步涉及用于对至少一个对象成像的相机，具体地，数字相机，更具体地，3D相机或数字3D相机。如上所述，如在此所使用的术语成像通常是指获取至少一个对象的图像信息。相机包括根据本发明的至少一个检测器。如上所述，相机可以适于获取单个图像或适于获取多个图像，诸如图像序列，优选地适于获取数字视频序列。因此，作为示例，相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下，相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
如在本发明中使用的，表述“位置”通常是指关于对象的一个或多个点的绝对位置和取向中的一个或多个的至少一项信息。因此，具体地，可以在检测器的坐标系中，诸如在笛卡尔坐标系中确定位置。然而，另外或可替代地，可以使用其他类型的坐标系，诸如极坐标系和/或球坐标系。
如上所述和如下面将进一步详细描述的，本发明优选地可以应用于人机接口领域、运动领域和/或计算机游戏领域。因此，优选地，对象可以选自包括以下各项的组：运动器材物品(优选地从球拍、球杆、球棒组成的组中选择的物品)；衣服；帽子；鞋。其他实施例是可行的。
如本文所使用的，对象通常可以是从活体对象和非活体对象中选择的任意对象。因此，作为示例，至少一个对象可以包括一个或多个物品和/或物品的一个或多个部分。另外或可替代地，对象可以是或可以包括一个或多个生物和/或其一个或多个部分，诸如人(例如，用户)和/或动物的一个或多个身体部分。
关于用于确定对象的位置的坐标系(其可以是检测器的坐标系)，检测器可以构成如下坐标系，其中检测器的光轴形成z轴，并且其中可以另外提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴。作为示例，检测器和/或检测器的一部分可以停留在该坐标系中的特定点处，诸如在该坐标系的原点处。在该坐标系中，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于纵向方向的任意方向可以被认为是横向方向，并且x和/或y坐标可以被认为是横向坐标。
可替代地，可以使用其它类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，其中光轴形成z轴，并且其中距z轴的距离和极角用作附加坐标。再次，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。
检测器可以是被配置为提供关于至少一个对象和/或其一部分的位置的至少一项信息的装置。因此，优选地在检测器的坐标系中，位置可以指完全描述对象或其一部分的位置的信息项，或者可以指仅部分地描述位置的部分信息。检测器通常可以是适于检测光束(诸如从信标装置朝向检测器传播的光束)的装置。
评估装置和检测器可以完全或部分地集成到单个装置中。因此，评估装置通常也可以形成检测器的一部分。可替代地，评估装置和检测器可以完全或部分地体现为分开的装置。检测器可以包括另外的组件。
检测器可以是固定装置或可移动装置。此外，检测器可以是独立装置，或者可以形成另一装置(诸如计算机、车辆或任何其它装置)的一部分。此外，检测器可以是手持装置。检测器的其它实施例是可行的。
与全光或光场相机相比，检测器具体可用于记录位于检测器的透镜或透镜系统后面的光场。因此，具体地，检测器可以被实现为适于(诸如同时)获取在多个焦平面中的图像的光场相机。这里使用的术语光场通常是指检测器内部(诸如相机内部)的光的空间光传播。根据本发明的具体地具有光学传感器的堆叠的检测器可以具有直接记录检测器或相机内(诸如在透镜后面)的光场的能力。多个传感器可以记录距透镜不同距离处的图像。使用例如基于卷积的算法(诸如“聚焦深度”或“散焦深度”)，可以使透镜后面的光的传播方向、焦点和扩散进行模型化。根据透镜后面光的模型化传播，可以提取到透镜不同距离处的图像、可以优化景深、可以提取在不同距离处聚焦的图像、或可以计算对象的距离。可以提取进一步的信息。
若干光学传感器的使用还允许在记录图像之后的图像处理步骤中校正透镜误差。当需要校正透镜误差时，光学仪器通常变得昂贵并且在构造上具有挑战性。这些在显微镜和望远镜中尤其成问题。在显微镜中，典型的透镜误差是距光轴不同距离的光线畸变(球面像差)。在望远镜中，大气中不同的温度可能会引起变化的焦点。可以通过在校准步骤中确定这些误差，然后使用固定的图像处理(诸如固定的一组像素和传感器)或者使用利用光传播信息的更多所涉及的处理技术来校正静态误差(诸如球面像差)或来自生产的另外的误差。在透镜误差强烈依赖于时间，即，依赖于望远镜中的天气条件的情况下，可以通过使用透镜后面的光传播、计算延伸的景深图像、使用聚焦深度技术以及其他来校正透镜误差。
根据本发明的检测器可以进一步允许颜色检测。为了颜色检测，可以使用具有不同光谱特性的多个光学传感器，并且可以比较这些光学传感器的传感器信号。此外，根据本发明的装置可以用于姿态识别的背景。在这种情景下，与根据本发明的装置组合的姿态识别特别可以用作人机接口，用于经由身体、身体部位或对象的运动向机器传送信息。在此，信息优选地可以经由手部或诸如手指之类的手部部位的运动来传送，特别是通过指向对象；应用手语(诸如针对聋人)；做出数字、赞成、不赞成等手势；通过挥手，诸如在要求某人靠近、离开、或向某人打招呼、按压对象、拿取对象时，或者在体育或音乐领域中、在手部或手指锻炼方面，诸如热身锻炼。此外，可以通过手臂或腿部的运动，诸如旋转、踢、抓、扭、旋转、滚动、浏览、推动、弯曲、拳打、摇晃手臂、腿、双臂或双腿或手臂和腿的组合，诸如用于运动或音乐目的，诸如用于机器的娱乐、锻炼或训练功能。此外，可以通过整个身体或其主要部位的运动来传送信息，诸如跳跃、旋转或做出复杂的手势，诸如在机场或通过交警使用手语来传送信息，例如“向右转”、“向左转”、“前进”、“减速”、“停止”或“停止引擎”；或通过假装游泳、潜水、跑步、射击等来传送信息；或通过做出复杂的动作或身体位置，诸如瑜伽、普拉提、柔道、空手道、跳舞或芭蕾舞来传送信息。此外，可以通过使用用于控制与该实物模型装置相对应的虚拟装置的真实装置或实物模型装置来传送信息，诸如使用用于控制计算机程序中的虚拟吉他功能的实物模型吉他、使用用于控制计算机程序中的虚拟吉他功能的真实吉他、使用用于阅读电子书或移动页面或浏览虚拟文档的真实或实物模型书、使用用于在计算机程序中绘图的真实或实物模型笔等。此外，信息的传送可以被耦合到对用户的反馈，诸如声音、振动或运动。
在音乐和/或乐器的情景中，与姿态识别组合的根据本发明的装置为了练习目的，可以用于乐器的控制、乐器的记录、通过使用实物模型乐器或仅假装有乐器存在(诸如弹奏空气吉他)以避免噪音或进行录音，来演奏或记录音乐；或者为了锻炼、练习、记录或娱乐目的等，可以用于指挥虚拟乐团、合奏、乐队、大乐队、合唱团等。
此外，在安全和监视的情景下，与姿态识别组合的根据本发明的装置可以用于识别人的运动轮廓，诸如通过步行或移动身体的方式来识别人，或者用于使用手势或运动或身体部位或整个身体的手势或运动作为接入或识别控件，诸如个人识别手势或个人识别运动。
此外，在智能家居应用或物联网的情景下，与姿态识别组合的根据本发明的装置可以用于家用装置的中央或非中央控制，该家用装置可以是家用器具和/或家用装置(诸如冰箱、中央供暖、空调、微波炉、制冰机或热水器)；或娱乐装置(诸如电视机、智能手机、游戏机、录像机、DVD播放器、个人计算机、笔记本电脑、平板电脑或其组合)；或家用装置和娱乐装置的组合的互连网络的一部分。
此外，在虚拟现实或增强现实的情景中，与姿态识别组合的根据本发明的装置可以用于控制虚拟现实应用或增强现实应用的运动或功能，诸如使用手势、姿态、身体运动或身体部位运动等玩或控制游戏；在虚拟世界中移动；操纵虚拟对象；使用虚拟对象，诸如球、象棋图、围棋、仪器、工具、刷子来练习、锻炼或玩体育项目、艺术品、手工艺品、音乐或游戏。
此外，在医疗情景中，与姿态识别组合的根据本发明的装置可以用于支持康复训练、远程诊断、或者用于监控或调查手术或治疗，以叠加和显示具有医用装置的位置的医疗图像，或将诸如来自磁共振断层扫描或X射线等的预先记录的医疗图像与在手术或治疗中记录的来自内窥镜或超声等的图像叠加显示。
此外，在制造和过程自动化的情景下，与手势识别组合的根据本发明的装置可以用于控制、示教或编程机器人、无人机、无人驾驶自动汽车、服务机器人、可移动对象等，诸如用于编程、控制、制造、操纵、维修或示教目的；或用于远程操纵对象或区域，诸如，用于安全目的或用于维修目的。
此外，在商业智能度量的情景中，与手势识别组合的根据本发明的装置可以用于人员计数、调查客户移动、客户花费时间的区、对象、客户测试、获取、探测等。
此外，根据本发明的装置可以用于自助或专业工具，特别是电动或马达驱动工具或电力工具，诸如钻孔机、锯、凿子、锤子、扳手、拉钉枪、圆盘刀、金属剪、冲剪机、角向磨光机、模磨机、钻头、锤钻，热风枪、扳手、砂光机、雕刻机、打钉机、曲线锯、饼干榫机、木刻机、刨床、抛光机、瓷砖切割机、洗涤器、滚子、墙开槽机、车床、冲击起子、接缝机、油漆滚筒、喷枪、插线板或焊接机，特别地，用于支持制造的精度、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以用于辅助视觉受损的人。此外，根据本发明的装置可以在触摸屏中使用，诸如用于诸如出于卫生原因避免直接接触，其可以在零售环境、医疗应用、生产环境等中使用。此外，根据本发明的装置可用于农业生产环境中，诸如稳定的清扫机器人、收蛋机、挤奶机、收割机、农用机械、收获机、集运机、联合收获机、拖拉机、中耕机、耕犁、除草机、耙、条耕机、播种机、种植机(诸如马铃薯种植机)、肥料播撒机、喷雾器、洒水系统、割晒机、打捆机、装载机、叉车、割草机等。
此外，根据本发明的装置可用于为诸如儿童或残障人士等的沟通能力或可能性有限的人或动物选择和/或改装衣服、鞋子、眼镜、帽子、假肢、牙套。此外，根据本发明的装置可以在仓库、物流、分配、船运、装载、卸载、智能制造、工业4.0等情景中使用。此外，在制造情景中，根据本发明的装置可以用于处理、分发、弯曲、材料处理等情景中。
评估装置可以是或可以包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机，优选是一个或多个微型计算机和/或微控制器、现场可编程阵列或数字信号处理器。附加的部件可以包括，诸如一个或多个预处理装置和/或数据获取装置，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。此外，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。此外，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外，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/或一个或多个有线绑定接口。
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一个或多个或甚至全部方法步骤的至少一个计算机程序。作为示例，可以实现一个或多个算法，其通过使用传感器信号作为输入变量来确定对象的位置。
评估装置可以连接到或可以包括至少一个另外的数据处理装置，该至少一个另外的数据处理装置可以用于信息(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、分配、通信或进一步处理中的一种或多种。作为示例，数据处理装置可以连接或包括显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多通道声音系统、LED模式或另外的可视化装置中的至少一种。它可以进一步连接或引入能够使用以下各项中的一种或多种发送加密或未加密信息的通信装置或通信接口、连接器或端口中的至少一种：电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外或因特网接口、端口或连接。它可以进一步连接或引入以下中的至少一种：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(诸如来自Apple A系列或三星S3C2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、或通电复位发生器)、电压调节器、电源管理电路或DMA控制器。独立的单元可以进一步通过诸如AMBA总线的总线连接，或者集成在物联网或工业4.0类型的网络中。
评估装置和/或数据处理装置可以通过另外的外部接口或端口连接到诸如2D相机装置的另外的装置(使用诸如CameraLink的RGB接口)或具有另外的外部接口或端口，该另外的外部接口或端口是诸如串行或并行接口或端口、USB、Centronics端口、FireWire、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI中的一个或多个；或者诸如ADC或DAC中的一个或多个的模拟接口或端口；或者标准化接口或端口。评估装置和/或数据处理装置可以进一步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个或多个连接。评估装置和数据处理装置可以进一步连接到光盘驱动器、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个或多个。
评估装置和/或数据处理装置可以通过一个或多个另外的外部连接器连接或具有一个或多个另外的外部连接器，该另外的外部连接器诸如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、公母连接器(hermaphrodite connector)、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；和/或可以包含用于这些连接器中的一个或多个的至少一个合适的插座。
包含根据本发明的检测器、评估装置或数据处理装置中的一种或多种，诸如包含光学传感器、光学系统、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、片上系统、显示装置或其他电子装置中的一种或多种的单个装置的可能的实施例为：移动电话、个人计算机、平板电脑、电视机、游戏控制台或其他娱乐装置。在另外的实施例中，将在下面进一步详细描述的3D相机功能可以集成在常规2D数字相机可用的装置中，而在装置的壳体或外观上没有显著差异，其中对于用户而言的显著差异可能只是获得和或处理3D信息的功能。此外，根据本发明的装置可以用在360°数字相机或环视相机中。
具体地，包含检测器和/或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)的实施例可以是：包含显示装置的移动电话、数据处理装置、光学传感器、可选的传感器光学部件和评估装置，用于3D相机功能。根据本发明的检测器具体可以适用于集成在娱乐装置和/或通信装置(诸如移动电话)中。
本发明的另外的实施例可以是将检测器或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)并入用于汽车的装置中、用于自动驾驶的装置中或者用于诸如戴姆勒的智能驱动系统的汽车安全系统的装置中，其中，作为示例，包含光学传感器、可选地一个或多个光学系统、评估装置、可选地通信装置、可选地数据处理装置、可选地一个或多个接口、可选地片上系统、可选地一个或多个显示装置、或者可选地另外的电子装置中的一个或多个的装置可以是车辆、汽车、卡车、火车、自行车、飞机、船舶、摩托车的一部分。在汽车应用中，将该装置集成到汽车设计中可能需要光学传感器、可选地光学部件或位于从外部或内部最小可见度处的装置的集成。检测器或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)可能尤其适合于到汽车设计中的这种集成。
如本文所使用的，术语光通常是指在可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一个或多个中的电磁辐射。在此，术语可见光谱范围通常是指380nm至780nm的光谱范围。术语红外光谱范围通常是指在780nm至1mm范围内，优选在780nm至3.0微米范围内的电磁辐射。术语紫外光谱范围通常是指在1nm至380nm范围内，优选在100nm至380nm范围内的电磁辐射。优选地，本发明中使用的光是可见光，即，在可见光谱范围内的光。
术语光束通常可以指发射和/或反射到特定方向的光量。因此，光束可以是在与光束的传播方向垂直的方向上具有预定延伸的光线束。优选地，光束可以是或可以包括一个或多个高斯光束，诸如高斯光束的线性组合，该高斯光束可以由一个或多个高斯束参数表征，该高斯束参数诸如束腰、瑞利长度或适合于表征束直径和/或束传播在空间中的发展的任何其他束参数或的束参数的组合中的一种或多种。
根据本发明的检测器可以进一步与一个或多个其他类型的传感器或检测器组合。因此，检测器可以进一步包括至少一个附加检测器。至少一个附加检测器可以适于检测至少一个参数，诸如以下参数中的至少一个：周围环境的参数，诸如周围环境的温度和/或亮度；关于检测器的位置和/或取向的参数；指示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，通常，本发明的原理可以与其他测量原理结合以便获得附加信息和/或以便验证测量结果或减少测量误差或噪声。
人机接口可以包括多个信标装置，其适于是直接或间接地附接到用户和由用户保持中的至少一种。因此，每个信标装置可以通过任何合适的装置(诸如通过适当的固定装置)单独地附接到用户。另外或可替代地，用户可以在他或她的手中和/或通过身体部位上佩戴至少一个信标装置和/或包含信标装置的服装来保持和/或携带至少一个信标装置或信标装置中的一个或多个。
信标装置通常可以是可由至少一个检测器检测的和/或便于由至少一个检测器检测的任意装置。因此，如上所述或者如将在下面进一步详细描述的，信标装置可以是适于生成待由检测器检测的至少一个光束的有源信标装置，诸如通过具有用于生成至少一个光束的一个或多个照射源。另外或可替代地，信标装置可以完全或部分地被设计为无源信标装置，诸如通过提供适于反射由单独的照射源生成的光束的一个或多个反射元件。至少一个信标装置可以以直接或间接的方式永久地或临时地附接到用户和/或可以由用户携带或保持。该附接可以通过使用一个或多个附接装置和/或通过用户他/他自己(诸如通过用户用手保持至少一个信标装置和/或通过用户佩戴信标装置)来进行。
另外或可替代地，信标装置可以是被附接到对象和集成到用户所保持的对象中的至少一种，在本发明的意义上，被集成到用户所保持的对象应被包括在用户保持信标装置的选项的意义中。因此，如下面将进一步详细描述的，信标装置可以被附接到或集成到控制元件中，该控制元件可以是人机接口的一部分以及可以由用户保持或携带并且其取向可以被检测器装置识别。因此，通常，本发明还涉及一种检测器系统，其包括根据本发明的至少一个检测器装置，并且可以进一步包括至少一个对象，其中信标装置是附接到该对象、由该对象保持以及集成到该对象中的至少一种。作为示例，对象优选可以形成控制元件，该控制元件的取向可以被用户识别。因此，检测器系统可以是如上所述的或如下面进一步详细描述的人机接口的一部分。作为示例，用户可以以特定方式处理控制元件，以便将一个或多项信息发送给机器，诸如以便将一个或多个命令发送给机器。
可替代地，检测器系统可以以其他方式使用。因此，作为示例，检测器系统的对象可以不同于用户或用户的身体部分，并且作为示例，可以是独立于用户而移动的对象。作为示例，检测器系统可以用于控制装置和/或工业过程，诸如制造过程和/或机器人过程。因此，作为示例，对象可以是机器和/或机器部件，诸如机器人手臂，其取向可以通过使用检测器系统来检测。
人机接口可以以检测器装置生成关于用户或用户的至少一个身体部分的位置的至少一项信息的方式适配。具体地，在已知至少一个信标装置到用户的附接方式的情况下，通过评估至少一个信标装置的位置，可以获得关于用户或用户的身体部分的位置和/或取向的至少一项信息。
信标装置优选地是可附接到用户的身体或身体部分的信标装置和可由用户保持的信标装置中的一种。如上所述，信标装置可以完全或部分地被设计为有源信标装置。因此，信标装置可以包括至少一个照射源，其适于生成待发送到检测器的至少一个光束，优选具有已知束特性的至少一个光束。另外或可替代地，信标装置可以包括适于反射由照射源生成的光的至少一个反射器，由此生成待被发送到检测器的反射光束。
可以形成检测器系统的一部分的对象通常可以具有任意形状。优选地，如上所述，作为检测器系统的一部分的对象可以是可以由用户操作(诸如手动操作)的控制元件。作为示例，控制元件可以是或者可以包括选自包括以下各项的组中的至少一个元件：手套、外套、帽子、鞋子、裤子和西装；可以用手保持的棍子；球棒；球杆；球拍；手杖；玩具，诸如玩具枪。因此，作为示例，检测器系统可以是人机接口和/或娱乐装置的一部分。
如本文所使用的，娱乐装置是可以用于一个或多个用户的休闲和/或娱乐目的的装置，该一个或多个用户在下文中也被称为一个或多个玩家。作为示例，娱乐装置可以用于游戏(优选地为计算机游戏)的目的。因此，娱乐装置可以被实现为计算机、计算机网络或计算机系统，或者可以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机系统。
娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口，诸如根据以上公开的一个或多个实施例和/或根据下面公开的一个或多个实施例的至少一个人机接口。娱乐装置被设计为使得至少一项信息能够由玩家借助于人机接口输入。至少一项信息可以被发送给娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可以被娱乐装置的控制器和/或计算机使用。因此，作为示例，至少一项信息优选地可以包括适于影响游戏进程的至少一个命令。因此，作为示例，至少一项信息可以包括关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部分的至少一个取向的至少一项信息，从而允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或取向和/或动作。作为示例，可以模拟以下移动中的一个或多个并将其传送给娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；奔跑；跳跃；挥动球拍；挥动球棒；挥动球杆；将对象指向另一对象，诸如将玩具枪指向目标。
作为一部分或作为整体的娱乐装置，优选地娱乐装置的控制器和/或计算机，被设计为根据该信息而改变娱乐功能。因此，如上所述，根据至少一项信息可能影响游戏进程。因此，娱乐装置可以包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可以与至少一个检测器的评估装置分开和/或可以与至少一个评估装置完全或部分相同、或者甚至可能包括至少一个评估装置。优选地，该至少一个控制器可能包括一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机和/或微控制器。
如在本文进一步使用的，跟踪系统是适于收集关于至少一个对象和/或对象的至少一部分的一系列的过去位置的信息的装置。另外，跟踪系统可以适于提供关于至少一个对象或对象的至少一部分的至少一个预测的未来位置和/或取向的信息。跟踪系统可以具有至少一个轨迹控制器，该轨迹控制器可以完全地或部分地实现为电子装置，优选地实现为至少一个数据处理装置，更优选地实现为至少一个计算机或微控制器。此外，至少一个轨迹控制器可以完全或部分地包括至少一个评估装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分和/或可以完全或部分地与至少一个评估装置相同。
跟踪系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或如在下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器。该轨迹控制器适于跟踪对象在特定时间点处的一系列位置，诸如通过记录数据组或数据对，每个数据组或数据对包括至少一个位置信息和至少一个时间信息。
跟踪系统可以进一步包括根据本发明的至少一个检测器系统。因此，除了至少一个检测器和至少一个评估装置以及可选的至少一个信标装置之外，跟踪系统可以进一步包括对象本身或对象的一部分，诸如包括多个信标装置或至少一个信标装置的至少一个控制元件，其中该控制元件可直接或间接地附接到或集成到待跟踪的对象中。
跟踪系统可以适用于启动跟踪系统本身和/或一个或多个单独的装置的一个或多个动作。为了后一目的，跟踪系统，优选地轨迹控制器可以具有用于启动至少一个动作的一个或多个无线和/或有线接口和/或其他类型的控制连接。优选地，至少一个轨迹控制器可以适于根据对象的至少一个实际位置来启动至少一个动作。作为示例，该动作可以选自包括以下各项的组：对象的未来位置的预测；将至少一个装置指向对象；将至少一个装置指向检测器；照射对象；照射检测器。
作为跟踪系统的应用的示例，跟踪系统可用于将至少一个第一对象持续指向至少一个第二对象，即使第一对象和/或第二对象可能移动。此外，潜在的示例也可以在工业应用中找到，诸如在机器人领域和/或用于诸如在生产线或装配线中的制造过程中在物品上持续工作，即使物品正在移动。另外或可替代地，跟踪系统可能用于照射目的，诸如用于通过将照射源持续地指向对象来持续地照射对象，即使对象可能正在移动。可以在通信系统中找到进一步的应用，诸如通过将发射器指向移动的对象来持续地向移动对象发送信息。
所提出的装置和方法相对于这种已知的检测器提供了许多优点。因此，检测器通常可以避免上述已知的现有技术系统的缺点。具体地，检测器可以避免使用FiP传感器，从而允许例如使用简单且便宜且可商购的半导体传感器，诸如硅光电二极管。这些光电二极管通常不显示亮度依赖性，并且以上公开的方法通常独立于场景的亮度和/或光束上的光斑的亮度。因此，与上面公开的装置中的许多装置相比，在本发明中，关于进入检测器的光束的亮度或总功率的测量范围通常更大。此外，通过使用根据本发明的检测器的测量通常独立于目标光斑尺寸，即独立于对象的尺寸、投射到对象上的光斑的尺寸或信标装置的尺寸，该信标装置是被附接到对象、集成到对象中或由对象保持中的一种或多种。
根据本发明的检测器可以被实现为将距离测量或z坐标测量的功能于测量一个或多个横向坐标的附加选项结合的简单装置，从而集成了PSD的功能。
测量结果，即由检测器确定的位置(诸如至少一个纵向坐标)可以被独立于场景的亮度和/或对象的亮度、至少一个信标装置的亮度、至少一个照射源的亮度或从对象传播到检测器的光束的总功率广泛地渲染。此外，由于在亮度方面的这种独立性和宽的测量范围，可以使用反射对象或非反射对象。
当提及测量范围时，测量范围可以均指可以与根据本发明的检测器一起使用的亮度范围，诸如光束的总功率的范围，或者可以指可以测量的检测器和对象之间的距离范围。诸如根据上面列出的文献中的一者或多者，常规检测器通常在两个测量范围内受到限制。相反，如上所述，商信号的使用提供了宽范围的连续和单调递减或递增的函数，这些函数可以用与从商信号来确定纵向坐标。因此，就对象与检测器之间的距离而言，给出了非常宽的测量范围。类似地，由于商信号通常独立于光束的总功率，因此至少只要没有达到一个或两个光学传感器的饱和度，就亮度而言，即就光束的总功率而言，这也提供非常宽的测量范围。
在检测器内，光束通常可以沿着检测器的光轴传播。但是，光束也可以以沿光轴以外的其他方式传播。作为示例，可以生成生成照射光束，该照射光束沿着光轴传播或平行于光轴或以与光轴成不同于0°的一定角度(诸如1°到20°的角度)传播。其他实施例是可行的。
总之，在本发明的情景中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括
-具有光学传感器矩阵的至少一个传感器元件，每个光学传感器具有光敏区，其中，每个光学传感器被设计为响应于由从对象传播到检测器的光束对每个光学传感器的相应的光敏区的照射而生成至少一个传感器信号，其中传感器元件适于确定至少一个反射图像；
-至少一个评估装置，其中，该评估装置适于在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，其中，评估装置被配置为通过根据传感器信号评估组合信号来确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估装置适于在参考图像中与至少一个反射特征对应的至少一个第二图像位置处确定至少一个参考图像中的至少一个参考特征，其中，参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在相对空间星座方面不同，其中，评估装置适于根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置来确定相对空间星座。
实施例2：根据前一实施例的检测器，其中，相对空间星座是选自由以下各项组成的组的至少一个星座：相对空间取向；相对角位置；相对距离；相对位移；相对运动。
实施例3：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，该检测器包括由相对空间星座分开的至少两个传感器元件，其中，至少一个第一传感器元件适于记录参考图像，并且至少一个第二传感器元件适于记录反射图像。
实施例4：根据前一实施例的检测器，其中，第一传感器元件和第二传感器元件由机械连接器分开。
实施例5：根据前一实施例的检测器，其中，机械连接器是可调整的和/或永久的。
实施例6：根据前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，检测器适于在不同时间使用光学传感器的相同矩阵来记录反射图像和参考图像。
实施例7：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于为相对空间星座确定至少一个缩放因子。
实施例8：根据前述两个实施例中的任一项的检测器，其中，评估装置适于根据第一图像位置的纵向坐标z推断出反射图像的至少一个另外的图像位置处的至少一个另外的特征i的至少一个纵向坐标zi。
实施例9：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，评估装置适于根据反射图像和/或参考图像的至少一个特征的至少一个确定的纵向坐标分别推断出反射图像和/或参考图像的至少一个相邻特征的至少一个纵向坐标。
实施例10：根据前述实施例中的任一项的检测器，其中，评估装置适于确定参考特征和反射特征的位移。
实施例11：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于使用对象的三角测量纵向坐标ztriang与位移之间的预定关系来确定对象的至少一个三角测量纵向坐标ztriang。
实施例12：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于比较纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang。
实施例13：根据前述三个实施例中任一项的检测器，其中，评估装置适于考虑所确定的相对空间星座来确定纵向坐标z与位移之间的实际关系。
实施例14：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于根据实际关系来调整预定关系。
实施例15：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于通过实际关系代替预定关系，和/或评估适于确定移动平均值并通过移动平均值代替预定关系。
实施方式16：根据前述两个实施例中任一项的检测器，其中，评估装置适于确定纵向坐标z和三角坐标ztriang之间的差异，其中，评估装置适于将所确定的差异与至少一个阈值进行比较，并且在所确定的差异大于或等于阈值的情况下调整预定关系。
实施例17：根据前述四个实施例中任一项的检测器，其中，评估装置被配置为使用数学模型来确定校正的相对空间关系的估计，该数学模型包括参数，诸如各种传感器信号和/或位置和/或图像位置系统特性和/或纵向坐标，诸如组合信号Q、传感器上的位移d、传送装置的焦距f、温度、ztriang，照射源与基线之间的角度β、基线b、纵向坐标z等，其中数学模型是选自以下的至少一个数学模型：卡尔曼滤波器、线性二次估计、卡尔曼-布西滤波器、斯特拉托诺维奇-卡尔曼-布西滤波器、卡尔曼-布西-斯特拉托诺维奇滤波器、最小方差估计器、贝叶斯估计器、最佳线性无偏估计器、不变估计器、维纳滤波器等。
实施例18：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，纵向坐标z对应于反射特征的第一图像位置。
实施例19:根据前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，传感器元件适于响应于由从对象传播到检测器的至少一个另外的光束对传感器元件的照射而生成至少两个另外的传感器信号，其中，传感器元件适于确定至少一个第二反射图像，其中所述评估装置适于在第二反射图像中的至少一个第三图像位置处选择第二反射图像的至少一个第二反射特征并通过根据两个另外的传感器信号评估组合信号Q来确定第二反射特征的至少一个第二纵向坐标z，其中，评估装置适于在第二参考图像中的至少一个第四图像位置处确定至少一个第二参考图像中的与至少一个第二反射特征相对应的至少一个第二参考特征的，其中，第二参考图像和第二反射图像在两个第二不同的空间配置下确定，其中，空间配置在实际的相对空间星座方面不同，其中，评估装置适于根据第二纵向坐标z以及第三和第四图像位置确定实际的相对空间星座，其中，评估装置适于比较第一相对空间星座和实际的相对空间星座。
实施例20：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于根据实际的相对空间星座来调整第一相对空间星座。
实施例21：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于通过实际的相对星座来代替第一相对空间星座，和/或评估适于确定移动平均值并且通过移动平均值来代替第一相对空间星座。
实施例22：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置适于确定第一相对空间星座与实际的相对空间星座之间的差异，其中，评估装置适于将所确定的差异与至少一个阈值进行比较，并在所确定的差异大于或等于阈值的情况下调整第一相对空间星座。
实施例23：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置适于通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定反射特征的至少一个纵向区域，其中，纵向区域由纵向坐标z和误差区间±ε给出。
实施例24：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于确定参考图像中与所述纵向区域相对应的至少一个位移区域，其中，评估装置适于确定参考图像中的极线，其中，位移区域沿着极线延伸，其中，评估装置适于确定沿着极线的参考特征，其中，评估装置适于根据组合信号Q确定反射特征的纵向坐标z和误差区间±ε，以确定沿着极线的与z±ε相对应的位移区域。
实施例25：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置被配置为执行以下步骤：
-针对每个反射特征的第二图像位置确定位移区域；
-将极线分配给每个反射特征的位移区域，诸如通过最靠近位移区域和/或在位移区域内和/或沿着正交于极线的方向最靠近位移区域分配极线；
-将至少一个参考特征分配给和/或确定给每个反射特征，诸如通过最靠近所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或沿所分配的极线最靠近所分配的位移区域和/或沿所分配的极线在所分配的位移区域内来分配参考特征。
实施例26：根据前述两个实施例中任一项的检测器，其中，评估装置适于将反射特征与位移区域内的参考特征匹配。
实施例27：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，评估装置被配置为通过以下各项中的一项或多项来导出组合信号Q：除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合。
实施例28：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，检测器包括至少一个温度确定单元，其中，温度确定单元适于确定检测器的至少一个温度值。
实施例29：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置适于考虑温度值来确定相对空间星座和/或根据温度值来调整相对空间星座。
实施例30：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，评估装置被配置为使用组合信号Q与纵向区域之间的至少一个预先确定关系来确定纵向坐标z。
实施例31：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，评估装置被配置为通过以下公式导出组合信号Q
其中，x和y是横向坐标，A1和A2是从对象传播到检测器的光束的至少一个束轮廓在传感器位置处的不同区，以及E(x，y，zo)表示在对象距离zo处给出的束轮廓，其中，每个传感器信号包括从对象传播到检测器的光束的束轮廓的至少一个区的至少一个信息。
实施例32：根据前一实施例的检测器，其中，光敏区被布置为使得第一传感器信号包括束轮廓的第一区的信息，并且第二传感器信号包括束轮廓的第二区的信息，其中，束轮廓的第一区和束轮廓的第二区是相邻区域或重叠区域中的一者或两者。
实施例33：根据前一实施例的检测器，其中，评估装置被配置为确定束轮廓的第一区和束轮廓的第二区，其中，束轮廓的第一区基本上包括束轮廓的边缘信息并且束轮廓的第二区基本上包括束轮廓的中心信息，其中，边缘信息包括与束轮廓的第一区中的光子数有关的信息，而中心信息包括与束轮廓的第二区中的光子数有关的信息。
实施例34：根据前述三个实施例中任一项的检测器，其中，从对象传播到检测器的光束以至少一个线图案照射传感器元件，其中，A1对应于光学传感器矩阵中的线图案的全线宽的区，其中，A2是光学传感器矩阵中的线图案的中心区。
实施例35：根据前述四个实施例中任一项的检测器，其中，从对象传播到检测器的光束以至少一个点图案照射传感器元件，其中，A1对应于光学传感器矩阵中的点图案的点的整个半径的区，其中，A2是光学传感器矩阵中的点图案中的点的中心区。
实施例36：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，至少一个评估装置被配置为通过以下方式评估传感器信号：
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器并形成至少一个中心信号；
b)评估矩阵的光学传感器的传感器信号并形成至少一个和信号；
c)通过组合中心信号和和信号来确定至少一个组合信号；以及
d)通过评估组合信号确定纵向区域。
实施例37：根据前一实施例的检测器，其中，组合信号是由以下一项或多项导出的商信号Q：形成中心信号与和信号的商，或者反之；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，或者反之；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，或者反之。
实施例38：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，检测器包括至少一个照射源。
实施例39：根据前一实施例的检测器，其中，照射源和至少一个传感器元件通过机械连接器分开。
实施例40：根据前一实施例的检测器，其中，机械连接器是可调的和/或非永久的。
实施例41：根据前述两个实施例中任一项的检测器，其中，照射源适于产生用于照射对象的至少一个照射图案，其中，照射图案包括选自由以下组成的组的至少一种图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案或随机点图案；至少一个索伯图案；至少一个准周期图案；包括至少一个已知特征的至少一个图案；至少一个规则图案；至少一个三角形图案；至少一个六边形图案；至少一个矩形图案；包括凸的均匀拼接的至少一个图案；至少一个条纹图案；包括至少一条线的至少一个线图案；包括诸如平行线或交叉线的至少两条线的至少一个图案。
实施例42：根据前一实施例的检测器，其中，传感器元件适于确定至少一个反射图案，其中，评估装置适于选择反射图案的至少一个特征并通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定反射图案的所选择的特征的纵向坐标z。
实施例43：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，该检测器包括至少两个传感器元件，每个传感器元件具有光学传感器矩阵，其中，至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件在不同的空间配置下定位，其中至少一个第一传感器元件适于确定至少一个第一反射图案，并且至少一个第二传感器元件适于确定至少一个第二反射图案，其中，评估装置适于选择由第一传感器元件或第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，并选择由第一传感器元件或第二传感器元件中的另一个确定的至少一个图像作为参考图像。
实施例44：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，该检测器系统包括根据前述实施例中任一项的至少一个检测器，该检测器系统还包括至少一个信标装置，该至少一个信标装置适于将至少一个光束朝向检测器引导，其中，信标装置是可附接到对象、可被对象保持和可集成到对象中的至少一种。
实施例45：一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口，其中，人机接口包括根据前一实施例的至少一个检测器系统，其中，至少一个信标设备适于是直接或间接地附接到用户和由用户保持中的至少一种，其中，人机接口被设计为借助于检测器系统确定用户的至少一个位置，其中，人机接口被设计为将至少一项信息分配给该位置。
实施例46：一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置，其中，该娱乐装置包括根据前一实施例的至少一个人机接口，其中，该娱乐装置被设计为使玩家能够借助于人机接口输入至少一项信息，其中，娱乐装置被设计为根据信息改变娱乐功能。
实施例47：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，该跟踪系统包括根据涉及检测器系统的前述实施例中任一项的至少一个检测器系统，该跟踪系统还包括至少一个轨迹控制器，其中，轨迹控制器适于在特定时间点跟踪对象的一系列位置。
实施例48：一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，该扫描系统包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器，该扫描系统还包括至少一个适于用至少一个光束扫描场景的至少一个照射源。
实施例49：一种用于对至少一个对象成像的相机，该相机包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器。
实施例50：一种用于电子装置中的惯性测量单元，其中，惯性测量单元适于接收由根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器所确定的数据，其中，所述惯性测量单元还适于接收由至少一个另外的传感器确定的数据，该至少一个另外的传感器选自：轮速传感器、转向速率传感器、倾斜传感器、取向传感器、运动传感器、磁流体动力传感器、力传感器、角度传感器、角速率传感器、磁场传感器、磁力计、加速度计；陀螺仪，其中，惯性测量单元适于通过评估来自检测器(110)和至少一个另外的传感器的数据来确定电子装置的至少种个特性，该至少一种特性选自：空间中的位置、空间中的相对运动或绝对运动、旋转、加速度、取向、角位置、倾斜度、转向速率、速度。
实施例51：一种通过使用根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器来确定相对空间星座的方法，该方法包括以下步骤：
-响应于由从从对象传播到检测器的至少一个光束对具有光学传感器矩阵的至少一个传感器元件的照射，生成至少两个传感器信号，每个光学传感器具有光敏区；
-通过使用传感器元件确定至少一个反射图像；
-在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置根据传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中，参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在相对空间星座方面不同；
-在参考图像中与纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置处确定参考图像中的至少一个参考特征；
-根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定相对空间星座。
实施例52：根据前述实施例的方法，其中，该方法包括监视相对空间星座，其中，该相对空间星座被重复确定。
实施例53：根据前述两个实施例中任一项的方法，其中，该方法包括至少一个温度确定步骤，其中，确定检测器的至少一个温度值。
实施例54：根据前一实施例的方法，其中，考虑温度值来确定相对空间星座，和/或根据温度值来适配相对空间星座。
实施例55：根据前述四个实施例中任一项的方法，其中，检测器包括至少一个照射源，其中，该方法用于确定传感器元件和照射源的相对位置。
实施例56，根据前述五个实施例中任一项的方法，其中，检测器包括至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件，其中，第一传感器元件和至少一个第二传感器元件在不同的空间配置下定位，其中，该方法包括选择由第一传感器元件或第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，以及选择由第一传感器元件或第二传感器中的另一个确定的至少一个图像作为参考图像，其中，该方法用于确定第一传感器元件和第二传感器元件的相对空间星座。
实施例57：一种用于校准根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器的方法，该方法包括以下步骤：
-响应于由从从对象传播到检测器的至少一个光束对具有光学传感器矩阵的至少一个传感器元件的照射，生成至少两个传感器信号，每个光学传感器具有光敏区；
-通过使用传感器元件确定至少一个反射图像；
-在反射图像中的至少一个第一图像位置处选择反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置根据传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中，参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在第一相对空间星座方面不同；
-在参考图像中与纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置处确定参考图像中的至少一个参考特征；
-根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定第一相对空间星座，
-其中评估装置适于存储第一相对空间星座。
实施例58：根据前一实施例的方法，其中，该方法包括确定参考特征和反射特征的位移以及确定对象的纵向坐标与位移之间的关系。
实施例59：根据前述实施例中任一项的方法，其中，该方法包括重新校准步骤，该重新校准步骤包括以下步骤：
-响应于由从对象传播到检测器的至少一个另外的光束对传感器元件的照射而生成至少两个另外的传感器信号；
-通过使用传感器元件确定至少一个另外的反射图像；
-在反射图像中的至少一个第三图像位置处选择另外的反射图像的至少一个另外的反射特征，并且通过根据另外的传感器信号评估组合信号Q来确定另外的反射特征的至少一个第二纵向坐标z；
-提供至少一个另外的参考图像，其中，另外的参考图像和另外的反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在实际的相对空间星座方面不同；
-在另外的参考图像中的与第二纵向坐标z相对应的至少一个第四图像位置处，确定另外的参考图像中的至少一个另外的参考特征；
-根据第二纵向坐标z以及第三和第四图像位置确定实际的相对空间星座；
-比较第一相对空间星座和实际的相对空间星座，并根据实际的相对空间星座调整第一相对空间星座。
实施例60：根据前述三个实施例中任一项的方法，其中，该方法包括至少一个温度确定步骤，其中，确定检测器的至少一个温度值。
实施例61：根据前一实施例的方法，其中，考虑温度值来确定第一相对空间星座和/或实际的相对空间星座和/或根据温度值来调整第一相对空间星座和/或实际的相对空间星座。。
实施例62：根据涉及检测器的前述实施例中任一项的检测器的用途，出于使用目的，该用途选自由以下组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监视应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；跟踪应用；户外应用；移动应用；通信应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
附图说明
从随后与从属实施例相结合的优选示例性实施例的描述，本发明的进一步的可选细节和特征是明显的。在该情景中，可以以单独的方式或与其他特征组合来实现特定特征。本发明不限于示例性的实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中相同的参考标号涉及相同元件或具有相同功能的元件，或者关于它们的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检测器、检测器系统、相机、娱乐装置和跟踪系统的第一实施例；
图2示出了根据本发明的检测器、检测器系统、相机、娱乐装置和跟踪系统的第二实施例；
图3A和3B示出产品概念的实施例；
图4示出了根据本发明的检测器的另一实施例；
图5示出了用于获得相对空间星座的三种情况；以及
图6示出了使用线图案确定纵向坐标z的实施例。
具体实施方式
图1以高度示意性的图示示出了用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的第一实施例。检测器110具体地可以被实现为相机114和/或可以是相机114的一部分。相机114可以被制造用于成像，具体地用于3D成像，并且可以被制造用于获取静止图像和/或图像序列，例如数字视频剪辑。其他实施例是可行的。图1进一步示出了检测器系统116的实施例，该检测器系统116除了至少一个检测器110之外，还包括一个或多个信标装置118，在该示例中，该信标装置118可以被附接和/或集成到对象112中，对象的位置将通过使用检测器110来检测。图1还示出了包括至少一个检测器系统116的人机接口120的示例性实施例，并且还示出了包括人机接口120的娱乐装置122的示例性实施例。图1还示出了用于跟踪对象112的位置的跟踪系统124的实施例，跟踪系统124包括检测器系统116。下面将进一步详细说明装置和系统的组件。
在该示例性实施例中，其位置可以被检测的对象112可以被设计为运动器材的物品和/或可以形成控制元件或控制装置，该控制元件或控制装置的位置可以由用户113操纵。作为示例，对象112可以是或可以包括球拍、球杆、球棒或运动器材和/或仿运动器材的任何其他物品。其他类型的对象112是可能的。此外，用户113他或她自己可以被认为是其位置应被检测的对象112。
图1还示出了用于扫描包括对象112的场景的扫描系统126的示例性实施例，例如用于扫描对象112和/或用于确定至少一个对象112的至少一个位置。扫描系统126包括至少一个检测器110，以及可选地，还包括至少一个照射源128，以及可选地，至少一个另外的照射源，这里未示出。通常，照射源128被配置为发射至少一个照射光束，诸如用于照射至少一个点，例如，位于信标设备118的一个或多个位置和/或对象112的表面上的点。扫描系统126可以被设计为生成包括对象112的场景的轮廓和/或对象112的轮廓，和/或可以被设计为通过使用至少一个检测器110来生成关于至少一个点与扫描系统126(具体是检测器110)之间的距离的至少一项信息。
检测器110包括具有光学传感器134的矩阵132的至少一个传感器元件130。每个光学传感器134具有光敏区136。传感器元件130可以形成为一体的单个装置或形成为几个装置的组合。矩阵132具体可以是或可以包括具有一或多个行和一或多个列的矩形矩阵。具体地，行和列可以以矩形方式布置。然而，其他布置也是可行的，例如三角形、圆形、六边形或其他非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中元件围绕中心点布置成同心圆或椭圆形。例如，矩阵132可以是单行像素。其他布置是可行的。
矩阵132的光学传感器134具体地可以在尺寸、灵敏度和其他光学、电学和机械特性中的一者或多者上相等。具体地，矩阵132的所有光学传感器134的光敏区136可以位于公共平面中，该公共平面优选地面向对象112，使得从对象传播到检测器110的光束可以在公共平面上生成光斑。光敏区136可以具体地位于相应的光学传感器134的表面上。然而，其他实施例是可行的。光学传感器134可以包括例如至少一个CCD和/或CMOS装置。作为示例，光学传感器134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至少一个CCD和/或CMOS装置，每个像素形成光敏区136。
光学传感器134具体地可以是或可以包括光电检测器，优选地，无机光电检测器，更优选地，无机半导体光电检测器，最优选地，硅光电检测器。具体地，光学传感器134可以在红外光谱范围内敏感。矩阵132的所有光学传感器134或矩阵132的至少一组光学传感器134具体可以相同。具体地，可以为不同的光谱范围提供矩阵132的相同光学传感器134的组，或者就光谱灵敏度而言，所有光学传感器可以相同。此外，光学传感器1340在尺寸上和/或关于其电子或光电特性而言可以相同。矩阵132可以包括独立的光学传感器134。因此，可以包括无机光电二极管的矩阵132。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。
光学传感器134可以形成传感器阵列或者可以是传感器阵列的一部分，诸如上述矩阵的一部分。因此，作为示例，检测器110可以包括光学传感器134的阵列，例如具有m行和n列的矩形阵列，其中m，n分别是正整数。优选地，给出多于一列且多于一行，即，n＞1，m＞1。因此，作为示例，n可以为2至16或更高，并且m可以为2至16或更高。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，该阵列可以是正方形阵列，其具有相等数量的行和列，诸如通过选择m＝2，n＝2或m＝3，n＝3等。
矩阵132具体地可以是具有至少一行(优选地多行)和多列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以基本上垂直地取向。为了提供宽的视野范围，矩阵118具体可以具有至少10行，优选地至少50行，更优选地至少100行。类似地，矩阵132可以具有至少10列，优选地至少50列，更优选地至少100列。矩阵132可以包括至少50个光学传感器134，优选地至少100个光学传感器134，更优选地至少500个光学传感器134。矩阵132可以包括数百万像素范围内的多个像素。然而，其他实施例是可行的。
在图1所示的实施例中，检测器110还包括照射源138，该照射源在该实施例中与照射源128相同。作为示例，照射源138可以被配置为产生用于照射对象112的照射光束。检测器110可以被配置为使得照射光束沿着检测器110的光轴从检测器110朝向对象112传播。为此，检测器110可以包括至少一个反射元件，优选地，至少一个棱镜，以用于将照射光束偏转到光轴上。
照射源138可适于产生用于照射对象112的至少一个照射图案。具体地，照射源138可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。另外或替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。图案可包括多个特征。图案可以包括周期性或非周期性特征的布置。照射图案可以包括选自以下的至少一种图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案；以及包括至少一个已知特征的至少一个点图案。例如，照射源138可以适于生成和/或投射点云。照射源138可包括以下各项中的一项或多项：至少一个光投射器、至少一个数字光处理(DLP)投射器、至少一个LCoS投射器、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、至少一个激光光源阵列。照射源138可包括适于直接生成照射图案的至少一个光源。照射源138可包括适于生成点云的至少一个光投射器，以使得照射图案可包括多个点图案。照射源138可以包括至少一个掩模，该至少一个掩模适于从由照射源138生成的至少一个光束中生成照射图案。照射源138可以用照射图案照射至少一个对象112。照射图案可以包括作为图像特征的多个点。这些点被示为从照射源138射出的光束140。
每个光学传感器134被设计为响应于从对象112传播到检测器110的光束141对其相应的光敏区136的照射而产生至少一个传感器信号。
此外，传感器元件130适于确定至少一个反射图像142。矩阵132可以包括反射图像142。反射图像142可以包括作为反射特征的点。这些点由源自至少一个对象112的光束141产生。
检测器110可包括至少一个传送装置144，该传送装置144包括以下各项中的一项或多项：至少一个透镜，例如从包括至少一个可调聚透镜、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的组中选择的至少一个透镜；至少一个衍射光学元件；至少一个凹面镜；至少一个束偏转元件，优选至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选分束立方体或分束镜中的至少一者；至少一个多透镜系统。特别地，传送装置144可包括至少一个准直透镜，该至少一个准直透镜适于将至少一个对象点聚焦在像平面中。
检测器110包括至少一个评估装置146。
如上所述，通过使用检测器110对对象112和/或其一部分的位置的确定可以用于提供人机接口120，以便向机器提供至少一项信息，这里没有显示。该机器可以是计算机和/或可以包括计算机。其他实施例是可行的。评估装置146甚至可以完全或部分地集成到机器中，诸如集成到计算机中。
跟踪系统124包括检测器110和至少一个轨迹控制器147。轨迹控制器147可以适于在特定时间点跟踪对象112的一系列位置。轨迹控制器147可以是独立的装置，和/或可以完全或部分地集成到机器(具体是计算机)中，和/或如图1所示，集成到评估装置146中。
类似地，如上所述，人机接口120可以形成娱乐装置122的一部分。机器，具体是计算机，也可以形成娱乐装置122的一部分。因此，借助于用作对象112的用户113和/或借助于手持用作对象112的控制装置的用户113，用户113可以将至少一项信息，诸如至少一项控制命令输入到计算机中，从而改变娱乐功能，诸如控制计算机进程。
评估装置146适于选择至少一个第一图像位置148处的反射图像142的至少一个反射特征。评估装置146可以适于执行至少一个图像分析和/或图像处理，以识别反射特征。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项或多项：滤波；选择至少一个感兴趣区域；在由传感器信号产生的图像和至少一个偏移之间形成差异图像；通过反转由传感器信号产生的图像来反转传感器信号；由传感器信号在不同时间产生的图像之间形成差异图像；背景校正；分解成颜色通道；分解成色调；饱和度；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用坎尼边缘检测器；应用高斯滤波器的拉普拉斯算子；应用差分高斯滤波器；应用索伯算子；应用拉普拉斯算子；应用沙尔算子；应用普威特算子；应用罗伯茨算子；应用柯尔希算子；应用高通滤波器；应用blob分析；应用边缘滤波器；应用低通滤波器；应用傅立叶变换；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波变换；设阈值；产生二进制图像。感兴趣的区域可以由用户手动确定或可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器134生成的图像内的对象。
评估装置146被配置为通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定对象112的至少一个纵向坐标z。评估装置146可以适于通过评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z，其中纵向区域由纵向坐标z和误差区间±ε给出。误差ε可以取决于光学传感器的测量不确定度。例如，误差区间可以为±10％，优选为±5％，更优选为±1％。评估装置146可以被配置为通过除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合中的一种或多种来导出组合信号Q。评估装置146可以被配置为使用组合信号Q和纵向区域之间的至少一个预定关系来确定纵向区域。例如，评估装置146可以被配置为通过以下公式导出组合信号Q：
其中，x和y为横向坐标，A1和A2为从对象传播到检测器的光束在传感器位置处的至少一个束轮廓的不同区，以及E(x,y,zo)表示在物距zo处给定的束轮廓。区A1和区A2可不同。特别地，A1和A2不一致。因此，A1和A2可以在形状或内容中的一项或多项上不同。束轮廓可以是光束的横向强度轮廓。束轮廓可以是光束的横截面。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓；和高斯束轮廓的线性组合。通常，束轮廓取决于亮度L(zo)和束形状S(x，y，zo)，E(x，y，zo)＝L·S。因此，通过导出组合信号，可以允许独立于亮度确定纵向坐标。另外，使用组合信号允许独立于对象尺寸确定距离zo。因此，组合信号允许独立于对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性并且独立于光源的改变(诸如通过透镜上的制造精度、热量、水、污垢、损坏等)来确定距离zo。
传感器信号中的每一者可以包括光束的束轮廓的至少一个区的至少一项信息。光敏区136可以被布置为使得第一传感器信号包括束轮廓的第一区的信息并且第二传感器信号包括束轮廓的第二区的信息。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区可以是相邻区域或重叠区域中的一者或两者。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区在面积上可以不一致。
评估装置146可以被配置为确定和/或选择束轮廓的第一区和束轮廓的第二区。束轮廓的第一区可以包括束轮廓的基本上边缘信息，并且束轮廓的第二区可以包括束轮廓的基本上中心信息。束轮廓可以具有中心，即束轮廓的最大值和/或束轮廓的平台的中心点和/或光斑的几何中心；以及从中心延伸的下降边缘。第二区可以包括横截面的内部区域，并且第一区可以包括横截面的外部区域。优选地，中心信息具有小于10％的边缘信息的比例，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束轮廓的信息，特别是来自中心和边缘区域的信息。边缘信息可具有小于10％的中心信息的比例，优选地小于5％，更优选地边缘信息不包括中心内容。如果束轮廓的至少一个区靠近或围绕中心并且包括基本上中心信息，则可以将该束轮廓的至少一个区域确定和/或选择为束轮廓的第二区。如果束轮廓的至少一个区包括横截面的下降边缘的至少一部分，则可以将该束轮廓的至少一个区确定和/或选择为束轮廓的第一区。例如，可以将横截面的整个区确定为第一区。束轮廓的第一区可以是区A2，束轮廓的第二区可以是区A1。类似地，中心信号和边缘信号也可以通过使用束轮廓的分段(诸如束轮廓的圆形分段)来确定。例如，束轮廓可以由不穿过束轮廓中心的割线或弦线分成两个部分。因此，一个分段将基本上包含边缘信息，而另一分段将包含基本上中心信息。例如，为了进一步减少中心信号中的边缘信息量，可以进一步从中心信号中减去边缘信号。
边缘信息可以包括与束轮廓的第一区中的光子数有关的信息，并且中心信息可以包括与束轮廓的第二区中的光子数有关的信息。评估装置146可以适于确定束轮廓的面积积分。评估装置146可以适于通过对第一区积分和/或求和来确定边缘信息。评估装置146可以适于通过对第二区积分和/或求和来确定中心信息。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且评估装置可以适于确定梯形的积分。此外，当可以假设梯形束轮廓时，可以通过利用梯形束轮廓的特性的等效评估(诸如对边缘的斜率和位置的确定和对中心平台的高度的确定)并通过几何考虑导出边缘和中心信息来代替边缘和中心信号的确定。
例如，从对象112传播到检测器110的光束141可以用至少一个线图案178照射传感器元件130。图6示出了传感器元件130上的线图案178。线图案178可以通过以下方式由对象112产生：例如，对象112响应于至少一个照射源138用包括至少一个照射线图案的照射图案的照射。A1可以对应于具有光学传感器134的矩阵132中的线图案178的整个线宽的区域。与照射图案的线图案相比，光学传感器134的矩阵132中的线图案178可以被加宽和/或移位，使得光传感器134的矩阵132中的线宽增加。特别地，矩阵132中的线图案178的线宽可以从一列改变到另一列。A2可以是光学传感器134的矩阵132中的线图案178的中心区。中心区的线宽可以是恒定值，并且可以特别地对应于照射图案中的线宽。与整个线宽相比，中心区可以具有较小的线宽。例如，中心区的线宽可以为全线宽的0.1至0.9，优选为全线宽的0.4至0.6。线图案178可以在光学传感器134的矩阵132中分段。每个列可以包括线图案178的中心区中的中心强度信息和来自从线图案的中心区到边缘区进一步向外延伸的区域的边缘强度信息。
另外或可替代地，评估装置146可以适于从光斑的至少一个切片或切口确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。例如，这可以通过用沿着切片或切口的线积分来代替组合信号Q中的面积分来实现。为了提高准确性，可以使用穿过光斑的若干切片或切口并对其求平均。在椭圆形光斑轮廓的情况下，对若干切片或切口求平均可导致改善的距离信息。
例如，评估装置146可以被配置为通过以下步骤评估传感器信号：
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器134并形成至少一个中心信号；
b)评估矩阵132的光学传感器134的传感器信号并形成至少一个和信号；
c)通过组合中心信号和和信号来确定至少一个组合信号；以及
d)通过评估组合信号来确定所选择的特征的至少一个纵向坐标z。
例如，中心信号可以是具有多个传感器信号中的最高传感器信号的至少一个光学传感器134的信号，该多个传感器信号由整个矩阵132的或矩阵132内的感兴趣区域的光学传感器134生成，其中，感兴趣区域可以在由矩阵132的光学传感器生成的图像内预先确定或可确定。中心信号可以从单个光学传感器134产生，或者从光学传感器134的组产生，其中，在后者的情况下，作为示例，为了确定该中心信号，可以将光学传感器134的组的传感器信号相加、积分或平均。产生中心信号的光学传感器134的组可以是相邻光学传感器组，诸如与具有最高传感器信号的实际光学传感器相距小于预定距离的光学传感器134，或者可以是生成在与最高传感器信号预定范围内的传感器信号的光学传感器组。为了允许最大的动态范围，可以选择尽可能大的产生中心信号的光学传感器134的组。评估装置146可以适于通过多个传感器信号(例如，在具有最高传感器信号的光学传感器周围的多个光学传感器)的积分来确定中心信号。
中心信号的确定可以以电子方式执行，因为通过常规的电子器件相对简单地实现传感器信号的比较；或者可以完全或部分地通过软件(诸如固件)执行。可以完全或部分地以电子方式或完全或部分地使用一种或多种软件算法执行对光斑的中心的检测，即中心信号和/或产生中心信号的至少一个光学传感器的检测。具体地，评估装置146可以包括至少一个中心检测器，以用于检测至少一个最高传感器信号和/或用于形成中心信号。中心检测器具体地可以全部或部分地用软件实施和/或可以全部或部分地用硬件实施。中心检测器可以被完全或部分地集成到至少一个传感器元件中和/或可以完全或部分地独立于传感器元件实施。
具体地，中心信号可以从包括以下各项的组中选择：最高传感器信号；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器134的光学传感器组和相邻光学传感器134的预定组的传感器信号的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器134的光学传感器134的组和相邻光学传感器134的预定组的传感器信号的和；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的和；高于预定预值的传感器信号组的平均值；高于预定预值的传感器信号组的和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器134的光学传感器134的组和相邻光学传感器的预定组的传感器信号的积分；在距最高传感器信号预定公差范围内的传感器信号组的积分；高于预定预值的传感器信号组的积分。
例如，可通过对整个矩阵132或矩阵内的感兴趣区域的传感器信号求平均、将传感器信号相加、或对传感器信号积分来导出和信号，其中，感兴趣区域可以在由矩阵132的光学传感器134生成的图像中预先确定或是可确定的。当对传感器信号相加、积分或求平均时，可以从相加、积分或求平均中省去生成传感器信号的实际光学传感器，替代地，可以将实际光学传感器包括在相加、积分或求平均中。评估装置146可以适于通过对整个矩阵132或矩阵132内感兴趣区域的信号积分来确定和信号。此外，当可以假设梯形束轮廓时，可以通过利用梯形束轮廓的特性的等效评估(诸如对边缘的斜率和位置的确定和对中心平台的高度的确定)并通过几何考虑导出边缘和中心信息来代替对边缘和中心信号的确定。
和信号可以从矩阵132的所有传感器信号、从在感兴趣区域内的传感器信号或从这些可能性之一导出，其中，排除对中心信号有贡献的光学传感器134产生的传感器信号。在每种情况下，可以生成可靠的和信号，该可靠的和信号可以与中心信号可靠地比较，以便确定纵向坐标。通常，和信号可以选自包括以下各项的组：矩阵132的所有传感器信号的平均值；矩阵132的所有传感器信号之和；矩阵132的所有传感器信号的积分；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器134的传感器信号之外，矩阵132的所有传感器信号的平均值；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器134的传感器信号之外，矩阵132的所有传感器信号之和；除来自对中心信号有贡献的那些光学传感器134的传感器信号之外，矩阵132的所有传感器信号的积分；在距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器134的传感器信号之和；在距具有最高传感器信号的光学传感器134预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；光学传感器的某个阈值以上的传感器信号之和，这些光学传感器位于距具有最高传感器信号的光学传感器134预定范围内；光学传感器134的某个阈值以上的传感器信号的积分，这些光学传感器134位于距具有最高传感器信号的光学传感器134预定范围内。但是，还有其他选择。求和可以完全或部分地用软件执行和/或可以完全或部分地用硬件执行。通过纯电子手段进行求和通常是可行的，该纯电子手段通常可以很容易地在检测器中实现。因此，在电子技术领域中，通常已知用于对两个或多个电信号(模拟信号和数字信号二者)求和的求和装置。因此，评估装置146可以包括用于形成和信号的至少一个求和装置。求和装置可以完全或部分地集成到传感器元件中，或者可以完全或部分地独立于传感器元件实施。求和装置可以被完全或部分地以硬件或软件中的一者或两者来实施。
组合信号可以是通过组合中心信号与和信号而生成的信号。具体地，该组合可以包括以下各项中的一项或多项：形成中心信号与和信号的商，或者反之；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，或者反之；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，或者反之。另外或可替代地，组合信号可以包括包含关于中心信号与和信号之间的比较的至少一项信息的任意信号或信号组合。评估装置146可以被配置为通过使用传感器信号之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。特别地，评估装置146可以被配置为通过使用从传感器信号导出的商信号与纵向坐标之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定至少一个坐标z。
具体地，可以通过形成一个或多个商信号来执行中心信号与和信号之间的比较。因此，通常，组合信号可以是商信号Q，其通过以下各项中的一项或多项导出：形成中心信号与和信号的商，或者反之；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，或者反之；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，或者反之；形成中心信号与和信号和中心信号的线性组合的商，或者反之；形成和信号与和信号和中心信号的线性组合的商，或者反之；形成中心信号的幂与和信号的幂的商，或者反之。但是，还存在其他选项。评估装置146可以被配置为形成一个或多个商信号。评估装置146可以进一步被配置为通过评估至少一个商信号来确定至少一个纵向坐标。
评估装置146具体地可以被配置为使用组合信号Q和纵向坐标之间的至少一个预定的关系，以便确定至少一个纵向坐标。因此，由于以上公开的原因以及由于光斑的特性对纵向坐标的依赖性，组合信号Q通常是对象的纵向坐标和/或诸如光斑的直径或等效直径的光斑尺寸的单调函数。因此，作为示例，具体地在使用线性光学传感器的情况下，传感器信号Scenter与和信号Ssum的简单商Q＝Scenter/Ssum可以是距离的单调递减函数。不希望受到理论的束缚，相信这是由于以下事实：在上述优选设置中，因为到达检测器的光量减少，中心信号Scenter与和信号Ssum均随着到光源的距离的增加而成平方函数地减小。但是，其中，中心信号Scenter比和信号Ssum减小得更快，因为在如实验使用的光学装置中，像平面中的光斑会增大，并且因此会散布在较大的面积上。因此，中心信号与和信号的商随着光束直径或矩阵的光学传感器的光敏区上的光斑的直径的增大而连续减小。此外，因为光束的总功率在中心信号与和信号中均形成一个因数，商通常独立于光束的总功率。因此，组合信号Q可以形成次级信号，该次级信号提供中心信号和和信号与光束的尺寸或直径之间唯一且明确的关系。另一方面，因为光束的尺寸或直径取决于光束从其传播到检测器的对象与检测器本身之间的距离，即取决于对象的纵向坐标，所以一方面中心信号和和信号与另一方面纵向坐标之间可存在唯一和明确的关系。对于后者，可以参考上述现有技术文献中的一者或多者，诸如，WO 2014/097181 A1。预定关系可以通过以下方式来确定：通过分析考虑，诸如通过假设高斯光束的线性组合；通过经验测量，诸如测量组合信号和/或中心信号和和信号或从其导出的作为对象的纵向坐标的函数的次级信号的测量结果，或两种方法兼有。
评估装置146可以被配置为使用在组合信号和纵向坐标之间的至少一个预定关系。预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析导出的关系中的一种或多种。评估装置146可以包括用于存储预定关系的至少一个数据存储装置，诸如查找列表或查找表。
传感器元件130可以适于确定至少一个反射图案。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。如上所述，评估装置146可适于选择反射图案的至少一个特征并通过根据传感器信号评估组合信号Q来确定反射图案的所选择的特征的纵向区域。
评估装置146适于确定与至少一个反射特征相对应的、在参考图像中的至少一个第二图像位置处的、至少一个参考图像中的至少一个参考特征。参考图像和反射图像在两个不同的空间配置下确定。空间配置以相对的空间星座而不同。在图1所示的实施例中，参考图像可以是在照射源128的位置处的图像平面处的照射图案的图像。评估装置146可以适于执行图像分析并识别参考图像的特征。评估装置146可以适于识别参考图像中的至少一个参考特征，该至少一个参考特征具有与所选择的反射特征基本相同的纵向坐标。可以使用对极线几何来确定与反射特征相对应的参考特征。极线几何可以假设参考图像和反射图像可以是在不同空间位置和/或空间取向下确定的对象112的图像，该不同空间位置和/或空间取向例如在参考图像和反射图像的记录期间具有固定距离。该距离可以是相对距离，也表示为基线。评估装置146可以适于确定参考图像中的极线。参考图像和反射图像的相对位置可以是已知的。例如，参考图像和反射图像的相对位置可以存储在评估装置的至少一个存储单元内。评估装置146可以适于确定从反射图像的所选择的反射特征延伸到其源自的真实世界特征的直线。因此，直线可以包括与所选择的反射特征相对应的可能对象特征。直线和基线跨越极平面。由于参考图像是在与反射图像不同的相对空间星座下确定的，因此相应的可能对象特征可以成像在在参考图像中的直线(称为极线)上。极线可以是极平面和参考图像的交线。因此，与反射图像的所选择的特征相对应的参考图像的特征位于极线上。
根据与对象112的距离，与反射特征的第二图像位置相对应的参考特征与第一图像位置相比在参考图像内移位。参考图像可以包括至少一个位移区域，在该位移区域中可以对与所选择的反射特征相对应的参考特征成像。位移区域可以仅包括一个参考特征。位移区域可以沿着极线延伸。评估装置可适于根据组合信号确定针对反射特征的纵向坐标z和误差区间±ε，以确定与z±ε相对应的沿着极线极线的位移区域。评估装置146可适于将所选择的反射特征与位移区域内的至少一个参考特征匹配。评估装置146可适于通过使用考虑所确定的纵向坐标z的至少一种评估算法来将反射图像的所选择的特征与位移区域内的参考特征匹配。评估算法可以是线性缩放算法。
评估装置146可适于确定参考特征和反射特征的位移。评估装置146可适于确定匹配的参考特征和所选择的反射特征的位移。评估装置146可适于使用纵向坐标和位移之间的预定关系来确定匹配特征的纵向信息。例如，纵向信息可以是距离值。评估装置146可适于通过使用三角测量方法来确定预定关系。在已知所选择的反射特征在反射图像中的位置以及匹配的参考特征的位置和/或所选择的反射特征和匹配的参考特征的相对位移的情况下，可以通过三角测量确定相应的对象特征的纵向坐标。因此，评估装置146可适于例如顺序地和/或逐列地选择反射特征，并且可适于使用三角测量针对参考特征的每个潜在位置确定的相应的距离值。位移和相应的距离值可以存储在评估装置146的至少一个存储装置中。作为示例，评估设装置46可以包括至少一个数据处理装置，诸如至少一个处理器、至少一个DSP、至少一个FPGA和/或至少一个ASIC。此外，为了存储纵向坐标z和位移之间的至少一个预定或可确定的关系，可以提供至少一个数据存储装置，诸如用于提供一个或多个查找表，以存储预定的关系。
评估装置146可适于根据纵向坐标z以及第一图像位置和第二图像位置来确定相对空间星座。如上所述，极线几何形状可能需要对反射图像和参考图像的相对空间星座、尤其是基线有良好的了解。然而，诸如照射源138和传感器元件130之类的检测器组件的相对空间星座可能是未知的和/或可能在测量时间内改变，例如由于热影响。从组合信号Q确定的纵向坐标z可以用于重新校准三角测量系统。如上所述，评估装置146可以适于确定参考特征和反射特征的位移。评估装置146可以适于使用对象的三角测量纵向坐标ztriang与位移之间的预定关系来确定对象的至少一个三角测量纵向坐标ztriang。三角测量纵向坐标ztriang可以使用假定固定的相对空间星座并且具有相对空间星座的预定值和/或预先确定值的极线几何从第一和第二图像位置确定。特别地，预定关系可以取决于相对空间星座。评估装置可以适于存储预定关系。评估装置146可以适于比较根据组合信号Q确定的纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang。评估装置146可以适于考虑所确定的相对空间星座来确定纵向坐标z和位移之间的实际关系。评估装置146可以适于根据实际关系调整预定关系。评估装置146可以适于通过实际关系代替预定关系，特别是所存储的预定关系，和/或评估可以适于确定移动平均值并通过移动平均值代替预定关系。评估装置146可以适于确定纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang之间的差异。评估装置146可以适于将所确定的差异与至少一个阈值进行比较，并且在所确定的差异大于或等于阈值的情况下调整预定关系。评估装置146可以适于根据实际关系和纵向坐标z确定相对空间星座。例如，照射源138和传感器元件130可以由基线b分开，d是传感器上的位移，f是检测器的传送装置的焦距，并且β是照射源和基线之间的角度。基线和位移的典型值由Kurt Konolige等人在2008年5月19日至23日于美国加利福尼亚州帕萨迪纳举行的2008年IEEE机器人与自动化国际会议上发表的“低成本激光距离传感器”(Kurt Konolige et al.,A Low-Cost Laser Distance Sensor,2008IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,Pasadena,CA,USA,May 19-23,2008)中进行了讨论。对于β＝90°是
因此，在到对象的绝对距离即根据组合信号Q确定的纵向坐标z已知的情况下，可以用z代替ztriang，并且可以通过以下公式计算校正后的基线bcor：
对于小于90°的β为
因此，可以通过以下公式计算校正后的基线bcor
并且角度β可以根据以下公式确定
由于β和b可能同时变化，因此可以使用连续测量来确定这两个值。因此，根据组合传感器信号Q对特征点的纵向坐标z的绝对测量可以用于校正该预定关系，对于该特征点，另外已知三角测量纵向坐标ztriang，即通过三角测量确定的从传感器元件到对象的距离。评估装置146可以适于通过使用纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang来确定和/或校正和/或校准相对空间星座的值，例如基线的值。可以在数学模型内使用各种传感器信号，而数学模型可以选自卡尔曼滤波器、线性二次估计、卡尔曼-布西滤波器、斯特拉托诺维奇-卡尔曼-布西滤波器、卡尔曼-布西-斯特拉托诺维奇滤波器、最小方差估计器、贝叶斯估计器、最佳线性无偏估计器、不变估计器、维纳滤波器等，考虑到每个传感器信号都会遭受测量误差和不精确度，而在诸如卡尔曼滤波器的数学模型内的这些传感器信号的融合可以产生诸如对相对空间星座和/或纵向坐标的测量的改进的估计。
可以针对多个特征点确定纵向坐标z和三角测量纵向坐标ztriang，特别是以获得校准关系和/或校准相对空间星座的统计确认值。由于相对空间星座不会突然改变，因此这种统计评估可能非常适合。
图2示出了检测器110、检测器系统116、相机114、娱乐装置122和跟踪系统124的第二实施例。关于检测器110、检测器系统116、相机114、娱乐装置122和跟踪系统124，可以参考参考图1的描述。除了图1之外，在该实施例中，检测器110可以包括两个传感器元件130，第一传感器元件150和第二传感器元件152。第一传感器元件150和第二传感器元件152可以通过机械连接器156连接。机械连接器156可以是可调的和/或永久的。一些点可以由可选的照射源138照射并且可以由两个传感器元件130检测。评估装置146可以被配置为通过根据第一传感器元件150和/或第二传感器元件152的至少两个传感器信号评估组合信号Q来确定对象112的纵向坐标z。第一传感器元件150和第二传感器元件152可以适于成像对象特征，特别是由可选照射源138照射的点的对象特征。可以选择第一传感器元件150或第二传感器元件152的图像作为反射图像，其中可以选择另一个传感器元件的另一个对应图像作为参考图像。评估装置146可适于确定至少一个第一图像位置148处的至少一个反射特征，并确定至少第二图像位置154处与反射特征相对应的参考特征，如关于图1所描述的。评估装置146可以适于根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置来确定相对空间星座，特别是基线，如关于图1所描述的。
可以针对由第一传感器元件150和/或第二传感器元件152确定的图像中的单个反射特征或多个或所有反射的对象特征来执行组合信号Q的确定。没有被可选的照射源138照射的特征点可以用于计算附加的组合信号Q和/或可以用于计算姿势估计。
图3A和3B示出了产品概念的实施例。图3A示出了产品包装158，其包括检测器110的组件，特别是传感器元件130、传送装置144、照射源138、机械连接器156、评估装置146和用于连接各个部件的多条电缆160。至少一个传送装置144和至少一个传感器元件130可以被预组装在产品包装158中。产品包装158内的其他检测器组件可以被存储为单独的未组装的组件。用户可以从包装中移除组件，可以通过机械连接器156和电缆160连接组件。评估装置146可以适合于设置检测器110。组装的检测器110在图3B中示出并且对应于图2中所描绘的检测器设置。评估装置146可适于根据组合信号Q确定反射图像中至少一个反射特征的纵向坐标z，该反射图像由一个或两个传感器元件130确定，如关于图2概述的。评估装置可以适于使用如上所述的纵向坐标z来确定照射源和传感器元件的相对空间星座，从而校准系统。
图4示出了检测器110的另一实施例，该检测器110特别用于使用来自运动3D感测方法的结构的移动系统中。评估装置可以适于建立具有灵活的相对星座，特别是灵活的基线的移动系统。与如图1所示的传感器元件130和可选的照射源138的机械连接相反，如图4所示的检测器110的传感器元件130和可选的照射源138可以不机械连接。可选照射源138的位置和/或取向可以相对于传感器元件130改变。检测器110可以适于在第一空间配置162下确定第一图像。可选照射源138可以是适于照射可以被检测为第一图像中的反射特征的一些点。评估装置146可以适于确定针对这些点的组合信号Q。此外，可以由传感器元件检测和/或成像附加特征，特别是未被照射源138照射的点。替代地，实施例是可行的，其中，检测器可以不包括可选的照射源138。特征点可以被设计为使得可以从其无源地产生组合的传感器信号。例如，特征点可以是白色圆圈。
检测器110可适于使用光学传感器134的相同矩阵132来记录反射图像和参考图像。特别地，如图4所示，传感器元件130可以例如以恒定或者可变的速度从第一空间配置162到至少一个第二空间配置164移动或者被移动。照射源138可适于在第二空间配置164中照射一些点，这些点可以被检测为第二图像中的反射特征。评估装置146可以适于确定针对这些点的组合信号Q。此外，可以由传感器元件130检测和/或成像附加特征，特别是未被照射源138照射的点。
检测器110可以适于确定多个图像，特别是连续地，其中，可以选择其中一个图像作为反射图像，而可以选择另一个作为参考图像。评估设备146可以适于执行3D感测方法，诸如来自运动或姿势估计的结构，例如如在以下文献中描述的：Ramalin-gam等人的“使用点和线进行地理定位的姿势估计”，发布于机器人与自动化(ICRA)，2011年IEEE机器人与自动化国际会议，出版商：IEEE ISBN：978-1-61284-385-8(Ramalingam et al.“PoseEstimation using Both Points and Lines for Geo-Localization”,published inRobotics and Automation(ICRA),2011IEEE International Conference on Roboticsand Automation,Publisher:IEEE ISBN:978-1-61284-385-8)。术语“来自运动的结构”将用作来自运动的结构和来自运动的形状的同义词。评估装置可以适于使用未被照射的特征点来估计传感器元件130的姿势，并且可以适于将相对空间星座估计到缩放因子。缩放因子可以从针对其计算出组合信号的特征点获得。
参考图像和反射图像的固定的相对空间星座(诸如基线)的缺乏，可能会导致所谓的尺度漂移和距离确定精度的损失，或者可能在没有附加信息的情况下无法进行绝对距离测量。特别地，来自运动和姿势估计算法的结构可以将纵向和横向信息(诸如对象的大小、尺寸、距离和/或取向)仅确定到缩放因子，而缩放因子将评估装置146的内部任意距离单元缩放到到绝对的真实世界距离尺度。特别地，来自运动和姿势估计算法的结构需要用于图像重建的附加信息，以便将图像信息缩放到绝对距离尺度。评估装置146可以适于确定相对空间星座的至少一个缩放因子。例如，在包括至少一个图像传感器和至少一个照射源的结构化光系统中，基线由于系统的温度升高而延长，从而导致至少一个图像传感器和至少一个照射源之间的距离增加，而透镜的焦距和透镜到传感器的距离保持固定。在此示例中，当比较在反射图像中具有相同位置的两个对象时，而第一对象在第一测量中用原始基线进行测量，而第二对象在第二测量中用延长的基线进行测量，用延长的基线测量的对象比用原始基线测量的对象远。对于两个对象，基线与连接反射图像中的特征点与对象本身上的相应特征点的直线之间的角度是相同的，使得可以使用相似三角形的原理比较这两个测量。对象的距离沿直线测量。在该示例中，根据相似三角形的原理，对象到透镜的距离和基线的商对于用原始基线的测量和对于用延长基线的测量是相同的。因此，将原始基线缩放到延长基线的缩放因子与将原始对象距离缩放到增加的对象距离的缩放因子相同。因此，根据相似三角形的原理，基线的缩放因子也缩放距离z。评估装置146可以适于通过使用组合信号Q来执行纵向坐标z的绝对测量。评估装置146可以适于根据纵向坐标z确定缩放因子。缩放因子的确定可以通过使用来自惯性测量单元的传感器数据进一步完善。
评估装置146可以适于例如在第一空间配置162下根据相应的组合传感器信号确定由传感器元件130所记录的至少一个图像的至少一个特征点的纵向坐标z，并从其确定缩放因子。对于其余的测量，和/或只要至少一个特征点可以从一个图像被跟踪到另一个图像和/或可以在测量期间重新计算该缩放因子，则可以保持缩放因子。例如，可以在由传感器元件130记录的每个图像中确定缩放因子。这可以确保缩放因子的统计验证和一致的测量。
缩放因子可以根据图像的单个测量点确定，和/或缩放因子可以根据多个测量确定。特别地，评估装置可以适于确定中间缩放因子。
例如，图4所示的实施例中的检测器可以用在移动电话或智能电话中。光学传感器124可以是通常用于照片或视频的集成CMOS。照射源138可以是用于自动聚焦的集成激光器，也可以是经由耳机插孔等附接并连接的附加照射源。可以使用附加的附接方式。照射源138和光学传感器124之间的距离可以取决于移动电话类型或智能电话类型，并且可以借助于本发明来确定。例如，可以使用组合信号Q来确定相对空间星座，并且可以将来自运动的结构用于距离确定。
图5示出了获得相对空间星座的三种情况。分配一个图像作为反射图像以及一个图像作为参考图像是完全可以互换的，仅是为了便于讨论而分配的，并且不应该限制其一般性。
在图5所示的第一情况下，确定第一反射图像166和参考图像168。相对空间星座可以诸如从工厂校准中获知。可以通过以下方式获得对象112的距离：确定相应的特征点170和172的图像位置、确定特征点的位移以及使用预定的关系通过三角测量计算来获得对象的距离。该距离确定可以在结构化光和立体系统中执行或使用。
在图5所示的第二种情况下，与第一种情况相比，例如由于温度影响，基线b已延长。在第一反射图像166和第二反射图像174中的相同图像位置处的特征点170与在延长的基线情况下增加的对象距离相对应。由于焦距不变，因此参考图像168中的相应特征点172与第一情况相比相同。由于基线的长度增加且相应特征点不变，因此在第一和第二种情况下所有角度均相同。由于所有角度都相同，因此相似三角形的原理得出两条基线的商等于两个距离的商。在第二情况下，正确的距离可以通过使用根据组合信号Q和三角测量纵向坐标ztriang确定的至少一个纵向坐标z来确定。商z/ztriang可以给出缩放因子，以缩放从第一情况到第二情况通过三角测量确定的距离。相对空间星座的这种确定通常可以在结构化光和立体系统中应用。应用于参考图像168、第一反射图像166或第二反射图像174中的至少一个的姿势估计算法可以允许估计，无论是在两种情况下仅基线还是其他参数(例如定向角度)已改变。
此外，在图5中，示出了具有改变的极线和改变的取向的第三种情况。特别地，可以确定第三反射图像176。与第一种情况相比，基线和取向角已改变。来自运动算法的姿势估计或结构可能会产生这样的事实，即使用至少六个特征点改变了取向角。此外，来自运动算法的姿势估计或结构可能能够确定特征点与检测器之间的相对距离和取向角。但是，由于基线长度未知，因此在确定相对距离和角度之后，确定绝对距离的问题与第二种情况可比较。因此，在确定相对距离和取向角之后，使用针对一个特征点的组合信号Q对纵向坐标z的单次绝对距离测量就足以确定将相对距离缩放到绝对值的缩放因子。作为示例，原始基线长度或近似基线长度可以用于使用新的取向角来计算三角测量距离。然后，缩放因子由z/ztriang给出，这类似于第二种情况。相对空间星座的这种确定可以适用于立体、结构化光和来自运动系统的结构。
参考标号清单
110 检测器
112 对象
113 用户
114 相机
116 检测器系统
118 信标装置
120 人机接口
122 娱乐装置
124 跟踪系统
126 扫描系统
128 照射源
130 传感器元件
132 矩阵
134 光学传感器
136 光敏区
138 照射源
140 光束
141 光束
142 反射图像
144 传送装置
146 评估装置
147 轨迹控制器
148 第一图像位置
150 第一传感器元件
152 第二传感器元件
154 第二图像位置
156 机械连接器
158 产品包装
160 电缆
162 第一空间配置
164 第二空间配置
166 第一反射图像
168 参考图像
170 特征点
172 特征点
174 第二反射图像
176 第三反射图像
178 线图案
引用文件
US 2008/0240502 A1；
US 2010/0118123 A1；
Ramalingam et al.,“Pose Estimation using Both Points and Lines forGeo-Localization”,published in Robotics and Automation(ICRA),2011 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,Publisher:IEEE ISBN:978-1-61284-385-8。术语“来自运动的结构”将用作来自运动的结构和来自运动的形状的同义词。
chapter 2in X.Jiang,H.Bunke:“Dreidimensionales Computersehen”Springer,Berlin Heidelberg,1997；
Kurt Konolige et al.,A Low-Cost Laser Distance Sensor,2008IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,Pasadena,CA,USA,May 19-23,2008.
WO 2012/110924 A1；
WO 2014/097181 A1；
WO 2014/198629 A1；
R.A.Street(Ed.):Technology and Applications of Amorphous Silicon,Springer-Verlag Heidelberg,2010,pp.346-349
WO 2017/012986 A1
Claims (27)
1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，所述检测器(110)包括
-具有光学传感器矩阵(132)的至少一个传感器元件(130)，每个所述光学传感器具有光敏区，其中，每个光学传感器(134)被设计为响应于由从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的光束(141)对每个光学传感器(134)的相应光敏区(136)的照射而生成至少一个传感器信号，其中，所述传感器元件(130)适于确定至少一个反射图像；
-至少一个评估装置(146)，其中，所述评估装置(146)适于在所述反射图像中的至少一个第一图像位置(150)处选择所述反射图像的至少一个反射特征，其中，所述评估装置(146)被配置为通过根据所述传感器信号评估组合信号来确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中，所述评估装置(146)适于在参考图像中与所述至少一个反射特征相对应的至少一个第二图像位置(154)处确定至少一个参考图像中的至少一个参考特征，其中，所述参考图像和所述反射图像在两个不同空间配置下确定，其中，所述空间配置在相对空间星座方面不同，其中，所述评估装置(146)适于根据所述纵向坐标z以及第一和第二图像位置(150、154)来确定相对空间星座。
2.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述相对空间星座是选自以下的至少一个星座：相对空间取向；相对角位置；相对距离；相对位移；相对运动。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括由相对空间星座分开的至少两个传感器元件(130)，其中，至少一个第一传感器元件(150)适于记录参考图像，并且至少一个第二传感器元件(152)适于记录反射图像。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)适于在不同时间使用光学传感器(134)的相同矩阵(132)记录反射图像和参考图像。
5.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于为所述相对空间星座确定至少一个缩放因子。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于确定所述参考特征和所述反射特征的位移。
7.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于使用所述对象(112)的三角测量纵向坐标ztriang与所述位移之间的预定关系来确定所述对象(112)的至少一个三角测量纵向坐标ztriang。
8.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于考虑所确定的相对空间星座来确定所述纵向坐标z与所述位移之间的实际关系，其中，所述评估装置(146))用于根据所述实际关系调整所述预定的关系。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于通过根据所述传感器信号评估所述组合信号Q来确定所述反射特征的至少一个纵向区域，其中，所述纵向区域由所述纵向坐标z和误差区间±ε给出，其中，所述评估装置(146)适于确定所述参考图像中与所述纵向区域相对应的至少一个位移区域，其中，所述评估装置(146)适于确定所述参考图像中的极线，其中，所述位移区域沿着所述极线延伸，其中，所述评估装置(146)适于确定沿着所述极线的与所述纵向坐标z对应的所述参考特征，并确定沿着所述极线的与所述误差区间±ε对应的位移区域的范围。
10.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)被配置为执行以下步骤：
-针对每个反射特征的所述第二图像位置确定位移区域；
-将极线分配给每个反射特征的所述位移区域，诸如通过最靠近位移区域和/或在位移区域内和/或沿着正交于所述极线的方向最靠近位移区域分配所述极线，
-将至少一个参考特征分配给和/或确定给每个反射特征，诸如通过最靠近所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或沿所分配的极线最靠近所分配的位移区域和/或沿所分配的极线在所分配的位移区域内来分配所述参考特征。
11.根据前述两个权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)适于将所述反射特征与所述位移区域内的所述至少一个参考特征匹配。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)被配置为通过以下各项中的一项或多项来导出所述组合信号Q：除以所述传感器信号、除以所述传感器信号的倍数、除以所述传感器信号的线性组合。
13.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)被配置为使用所述组合信号Q与所述纵向区域之间的至少一个预先确定关系来确定所述纵向坐标z。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)被配置为通过以下公式导出组合信号Q
其中，x和y是横向坐标，A1和A2是从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的所述光束的至少一个束轮廓在所述传感器位置处的不同区，并且E(x，y，zo)表示在所述(112)距离zo处给出的束轮廓，其中，每个传感器信号包括从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的所述光束的所述束轮廓的至少一个区的至少一个信息。
15.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，光敏区(136)被布置为使得第一传感器信号包括束轮廓的第一区的信息，第二传感器信号包括束轮廓的第二区的信息，其中，光束轮廓的第一区和束轮廓的第二区相邻区域或重叠区域中的一者或两者。
16.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(146)被配置为确定所述束轮廓的所述第一区和所述束轮廓的所述第二区，其中，所述束轮廓的所述第一区基本上包括束轮廓的边缘信息并且所述束轮廓的所述第二区基本上包括所述束轮廓的中心信息，其中，所述边缘信息包括与所述束轮廓的所述第一区中的光子数有关的信息，并且所述中心信息包括与所述束轮廓的所述第二区中的光子数有关的信息。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少一个照射源，其中，所述照射源适于产生用于照射所述对象(112)的至少一个照射图案，其中，所述照射图案包括选自由以下组成的组的至少一种图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案；包括至少一个已知特征的至少一个图案。
18.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器系统(116)，所述检测器系统包括根据前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)，所述检测器系统还包括至少一个信标装置(118)，所述至少一个信标装置(118)适于将至少一个光束朝向所述检测器(110)引导，其中，所述信标装置(118)是可附接到所述对象(112)、可被所述对象(112)保持和可集成到所述对象(112)中的至少一种。
19.一种用于在用户(113)和机器之间交换至少一项信息的人机几口(120)，其中，所述人机接口(120)包括根据前一权利要求所述的至少一个检测器系统(116)，其中，所述至少一个信标装置(118)适于是直接或间接附接到所述用户(113)和由所述用户(113)保持中的至少一种，其中，所述人机接口(120)被设计为借助于所述检测器系统(116)确定所述用户(113)的至少一个位置，其中，所述人机接口(120)被设计为向所述位置分配至少一项信息。
20.一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置(122)，其中，娱乐装置(122)包括根据前一权利要求所述的至少一个人机接口(120)，其中，所述娱乐装置(120)被设计成使得玩家能够借助于所述人机接口(120)输入至少一项信息，其中，所述娱乐装置(122)被设计成根据所述信息改变娱乐功能。
21.一种用于跟踪至少一个可移动对象(112)的位置的跟踪系统(124)，所述跟踪系统(124)包括根据涉及检测器系统的前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器系统(116)，所述跟踪系统(124)还包括至少一个轨迹控制器(147)，其中，所述轨迹控制器(147)适于在特定时间点跟踪所述对象(112)的一系列位置。
22.一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统(126)，所述扫描系统(126)包括根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)，所述扫描系统(126)还包括适于用至少一个光束扫描所述场景的至少一个照射源(128)。
23.一种用于对至少一个对象(112)成像的相机(114)，所述相机包括根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)。
24.一种用于电子装置中的惯性测量单元，其中，所述惯性测量单元适于接收由根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)确定的数据，其中，所述惯性测量单元还适于接收由至少一个另外的传感器确定的数据，所述至少一个另外的传感器选自：轮速传感器、转向速率传感器、倾斜传感器、取向传感器、运动传感器、磁流体动力传感器、力传感器、角度传感器、角速率传感器、磁场传感器、磁力计、加速度计；陀螺仪，其中，所述惯性测量单元适于通过评估来自所述检测器(110)和至少一个另外的传感器的数据来确定所述电子装置的至少一种特性，所述至少以种特性选自：空间中的位置、空间中的相对运动或绝对运动、旋转、加速度、取向，角位置、倾斜度、转向速率、速度。
25.一种用于通过使用根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)来确定相对空间星座的方法，所述方法包括以下步骤：
-响应于由从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的至少一个光束对具有光学传感器(134)的矩阵(132)的至少一个传感器元件(130)的照射，生成至少两个传感器信号，每个所述光学传感器(134)具有光敏区(136)；
-通过使用所述传感器元件(130)确定至少一个反射图像；
-在所述反射图像中的至少一个第一图像位置(148)处选择所述反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置(146)根据传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中，所述参考图像和所述反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，空间配置在所述相对空间星座方面不同；
-在所述参考图像中与所述纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置(154)处确定所述参考图像中的至少一个参考特征；
-根据所述纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定相对空间星座。
26.一种用于校准根据涉及检测器前述权利要求中的任一项所述的至少一个检测器(110)的方法，所述方法包括以下步骤：
-响应于由从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的至少一个光束(141)对具有光学传感器(134)的矩阵(132)的至少一个传感器元件(130)的照射而生成至少两个传感器信号，每个所述光学传感器(134)具有光敏区(136)；
-通过使用所述传感器元件(130)确定至少一个反射图像；
-在所述反射图像中的至少一个第一图像位置(148)处选择所述反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估装置(146)根据所述传感器信号评估组合信号Q来确定所选择的反射特征的至少一个纵向坐标z；
-提供至少一个参考图像，其中，所述参考图像和所述反射图像在两个不同的空间配置下确定，其中，所述空间配置在第一相对空间星座方面不同；
-在所述参考图像中与所述纵向坐标z相对应的至少一个第二图像位置(154)处确定所述参考图像中的至少一个参考特征；
-根据纵向坐标z以及第一和第二图像位置确定所述第一相对空间星座，
-其中，所述评估装置适于存储所述第一相对空间星座。
27.一种根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)的用途，出于使用目的，所述用途选自由以下组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监视应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；跟踪应用；户外应用；移动应用；通信应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
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