CN117957419A - 具有两个或更多个独立驱动的区域的发射器阵列 - Google Patents

具有两个或更多个独立驱动的区域的发射器阵列 Download PDF

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Abstract

提出了一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)。该检测器(110)包括‑至少一个投影仪(116)，该至少一个投影仪用于利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象(112)，其中，该投影仪(116)包括至少一个发射器(120)阵列(118)，其中，这些发射器(120)中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器(120)阵列(118)包括至少两个独立驱动的阵列区域(122)；‑至少一个控制单元(128)，该至少一个控制单元被配置用于控制这些阵列区域(122)的光发射；‑至少一个相机(132)，该至少一个相机具有至少一个传感器元件(134)，该至少一个传感器元件具有光学传感器(136)矩阵，这些光学传感器(136)各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器(136)被设计为响应于从该对象传播到该相机(132)的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，其中，该相机(132)被配置用于成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象(112)响应于由第一阵列区域(138)产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，并且其中，该相机(132)被配置用于成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象(112)响应于由第二阵列区域(140)产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面(144)；‑至少一个评估装置(146)，该至少一个评估装置被配置用于通过对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面(144)的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。

Description

具有两个或更多个独立驱动的区域的发射器阵列
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、移动装置、方法以及多种用途。根据本发明的装置、方法和用途具体地可以用于各个领域，例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安保技术、摄影(比如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影)、医疗技术、家庭护理、智能生活或用于科学。进一步地，本发明具体可以用于例如在建筑学、计量学、考古学、艺术、医学、工程或制造领域中扫描一个或多个对象和/或扫描风景，比如用于生成对象或风景的深度剖面。然而，其他应用也是可能的。
背景技术
本发明涉及使用射束剖面分析(beam profile analysis，BPA)的深度测量，也称为光子比率深度(depth-from-photon-ratio，DPR)技术。关于BPA，请参考以下文献：WO2018/091649 A1；WO 2018/091638 A1；WO 2018/091640A1；以及C.Lennartz、F.Schick、S.Metz的“Whitepaper-Beam Profile Analysis for 3D imaging and materialdetection[白皮书-用于3D成像和材料检测的射束剖面分析]”，2021年4月28日，德国路德维希港，这些文献的完整内容通过引用包括在本文中。BPA可以与结构光技术相结合，例如如WO 2019/042956中所述的。通常，在这些装置和方法中，投射点图案，并记录和评估反射的图案。例如，通过使用至少一个发射器(比如，垂直腔面发射激光器(VCSEL))阵列来生成该图案。对于户外应用，尽管有阳光，仍可能有必要为投射图案提供高脉冲功率。然而，在移动装置(特别是移动电话或智能电话)中，可能无法实现高脉冲功率，因为所述装置具有的用于驱动发射器的电流通常是有限的。
对于比如在US2020/0256669A1、US2020/0256993A1中描述的飞行时间(ToF)感测方法，已知包括辐射源的深度感测设备，该辐射源包括布置成多个组的第一发射器阵列，该第一发射器阵列被配置为向目标场景发射第一多个脉冲光辐射束。第二多个感测元件被布置成第二阵列，并且被配置为输出指示光子入射在这些感测元件上的相应时间的信号，其中，该第二多个超过该第一多个。物镜光学器件在该感测元件阵列上形成目标场景的图像。处理和控制电路系统交替地致动该多个组，并且响应于输出信号来识别从目标场景的对应区反射的光辐射脉冲所入射的第二阵列的区域。
WO 2020/169727 A1描述了一种检测器，该检测器包括用于利用两个照射图案来照射对象的投影仪。该投影仪包括可调谐激光源和衍射光学元件。该投影仪被配置为通过控制该可调谐激光源的特性来生成两个照射图案，每个照射图案包括多个照射特征。该投影仪包括用于控制该可调谐激光源的特性的控制单元。该检测器包括传感器元件，该传感器元件具有用于生成传感器信号的光学传感器矩阵。该检测器包括评估装置，该评估装置用于选择反射图像的至少一个反射特征并且用于通过评估来自传感器信号的组合信号Q来确定所选反射特征的纵坐标z。
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优选地以较小的技术努力并且在技术资源和成本方面以较低的要求而允许可靠地确定对象在空间中的位置的装置和方法。
发明内容
该问题通过具有专利独立权利要求的特征的本发明来解决。可以单独或组合地实现的本发明的有利发展在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中呈现。
在本发明的第一方面，披露了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。
如本文所使用的，术语“检测器”通常可以是指被配置用于确定和/或检测和/或感测至少一个对象的任意传感器装置。检测器可以是固定装置或移动装置。进一步地，检测器可以是独立的装置，也可以形成另一装置(比如，计算机、车辆或任何其他装置)的一部分。进一步地，检测器可以是手持式装置。检测器的其他实施例也是可行的。检测器可以是附接到或集成在移动装置(比如，移动电话或智能电话)中的一种。检测器可以集成在移动装置中，例如在移动装置的外壳内。附加地或可替代地，检测器或检测器的至少一个部件可以比如通过使用如USB等连接器或如耳机插孔等电话连接器来附接到移动装置。
如本文所使用的，术语“对象”可以是指被配置为至少部分地反射照射到该对象上的至少一个光束的任意对象，特别是表面或区。光束可以源自投影仪，该投影仪照射对象，其中，光束被对象反射或散射。
如本文所使用的，术语“位置”可以是指关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置的至少一项信息。因此，该至少一项信息可以暗示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。该距离可以是对象的点的纵坐标，或者可以有助于确定其纵坐标。附加地或可替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一部分的位置的一项或多项其他信息。作为示例，附加地，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。因此，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵坐标。附加地或可替代地，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。此外，位置可以暗示关于对象在空间中的取向的信息。如本文所使用的，术语“取向”是指对象在空间中的角位置。取向可以由三个空间角度给出。
该检测器包括
-至少一个投影仪，该至少一个投影仪用于利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象，其中，该投影仪包括至少一个发射器阵列，其中，这些发射器中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器阵列包括至少两个独立驱动的阵列区域；
-至少一个控制单元，该至少一个控制单元被配置用于控制这些阵列区域的光发射；
-至少一个相机，该至少一个相机具有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器矩阵，这些光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被设计为响应于从该对象传播到该相机的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，
其中，该相机被配置用于成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象响应于由第一阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，并且
其中，该相机被配置用于成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象响应于由第二阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，
其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面；
-至少一个评估装置，该至少一个评估装置被配置用于通过对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
如本文所使用的，术语“投影仪”也被表示为光投影仪，它可以是指被配置为将至少一个照射图案投射到对象上、具体地投影到对象的表面上的光学装置。
如本文所使用的，术语“图案”可以是指包括多个任意形状的特征(比如，符号)的任意已知的或预定的布置。图案可以包括多个特征。图案可以包括周期性或非周期性特征的布置。如本文所使用的，术语“至少一个照射图案”可以是指包括适于照射对象的至少一部分的照射特征的至少一个任意图案。
如本文所使用的，术语“照射特征”是指图案的至少一个至少部分延伸的特征。照射图案包括多个照射特征。照射图案可以选自由以下各项组成的组：至少一个点图案；至少一个线图案；至少一个条纹图案；至少一个棋盘图案；包括周期性或非周期性特征的布置的至少一个图案。照射图案可以包括规则的和/或恒定的和/或周期性的图案，比如三角形图案、矩形图案、六边形图案或包括进一步的凸镶嵌的图案。照射图案可以表现出选自由以下各项组成的组中的至少一个照射特征：至少一个点；至少一条线；至少两条线，比如平行线或交叉线；至少一个点和一条线；周期性或非周期性特征的至少一种布置；至少一个任意形状的特征。照射图案可以包括选自由以下各项组成的组中的至少一个图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案；随机点图案或准随机图案；至少一个Sobol图案；至少一个准周期性图案；包括至少一个预先知道的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、包括凸均匀镶嵌的至少一个图案；包括至少一条线的至少一个线图案；包括如平行线或交叉线等至少两条线的至少一个线图案。例如，投影仪可以被配置用于生成和/或投射点云或非点状特征。例如，投影仪可以被配置用于生成点云或非点状特征，使得照射图案可以包括多个点特征或非点状特征。照射图案可以包括规则的和/或恒定的和/或周期性的图案，比如三角形图案、矩形图案、六边形图案或包括进一步的凸镶嵌的图案。照射图案可以在每个区域包括尽可能多的特征，使得六边形图案可以是优选的。相应照射图案的两个特征之间的距离和/或至少一个照射特征的面积可以取决于由至少一个检测器确定的图像中的弥散圆。例如，照射图案可以包括周期性点图案。
如本文进一步使用的，术语“利用至少一个照射图案来照射”是指提供至少一个照射图案用于照射至少一个对象。如本文所使用的，术语“射线”通常是指垂直于光的波前、指向能量流方向的线。如本文所使用的，术语“射束”通常是指射线的集合。在下文中，术语“射线”和“射束”将作为同义词使用。如本文进一步使用的，术语“光束”通常是指一定量的光，具体地是指基本上沿相同方向行进的一定量的光，包括光束具有扩展角或加宽角的可能性。光束可以具有空间延伸。具体地，光束可以具有非高斯射束剖面。射束剖面可以选自由以下各项组成的组：梯形射束剖面；三角形射束剖面；锥形射束剖面。梯形射束剖面可以具有高台区和至少一个边缘区。光束具体可以是高斯光束或高斯光束的线性组合，如下面将进一步详细概述的。然而，其他实施例也是可行的。
由发射器产生的光束通常可以平行于光轴传播或相对于光轴倾斜(例如，包括与光轴成一定角度)传播。检测器可以被配置为使得一个或多个光束沿着该检测器的光轴从该检测器向对象传播。为此目的，检测器可以包括用于将光束偏转到光轴上的至少一个反射元件，优选地偏转到至少一个棱镜。作为示例，光束与光轴可以包括小于10°，优选地小于5°或者甚至小于2°的角度。然而，其他实施例也是可行的。进一步地，光束可以位于光轴上或在光轴外。作为示例，一个或多个光束可以平行于光轴，并且与光轴的距离小于10mm，优选地与光轴的距离小于5mm或者甚至小于1mm，或者甚至可以与光轴重合。
投影仪包括至少一个发射器阵列。如本文所使用的，术语“发射器”可以是指被配置用于提供至少一个光束以照射对象的至少一个任意装置。这些发射器中的每一个可以是和/或可以包括选自由至少一个激光源和至少一个非激光光源组成的组中的至少一个元件，该至少一个激光源比如为至少一个半导体激光器、至少一个双异质结构激光器、至少一个外腔激光器、至少一个分离约束异质结构激光器、至少一个量子级联激光器、至少一个分布式布拉格反射激光器、至少一个极化激元激光器、至少一个混合硅激光器、至少一个扩展腔二极管激光器、至少一个量子点激光器、至少一个体布拉格光栅激光器、至少一个砷化铟激光器、至少一个砷化镓激光器、至少一个晶体管激光器、至少一个二极管泵浦激光器、至少一个分布式反馈激光器、至少一个量子阱激光器、至少一个带间级联激光器、至少一个半导体环形激光器、至少一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)、特别是至少一个VCSEL阵列；该至少一个非激光光源比如为至少一个LED或至少一个灯泡。
该发射器阵列可以是二维或一维阵列。阵列可以包括布置成矩阵的多个发射器。如本文进一步使用的，术语“矩阵”通常可以是指多个要素按照预定几何顺序的布置。具体地，矩阵可以是或者可以包括具有一行或多行和一列或多列的矩形矩阵。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，比如非矩形布置。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，发射器可以是VCSEL阵列。如本文所使用的，术语“垂直腔面发射激光器”是指被配置用于相对于顶表面垂直地发射激光束的半导体激光二极管。VCSEL的示例可以例如在en.wikipedia.org/wiki/Vertical-cavity_surface-emitting_laser中找到。VCSEL通常是技术人员已知的，比如从WO 2017/222618 A中可知。VCSEL中的每一个被配置用于产生至少一个光束。VCSEL可以布置在公共的衬底上或不同的衬底上。阵列可以包括最多2500个VCSEL。例如，阵列可以包括38x 25个VCSEL，比如具有3.5W的高功率阵列。例如，阵列可以包括10x 27个VCSEL，具有2.5W。例如，阵列可以包括96个VCSEL，具有0.9W。例如具有2500个元件的阵列的尺寸可以最多为2mm x 2mm。
由相应的发射器所发射的光束可以具有的波长为300至1100nm，优选地为500至1100nm。例如，光束可以具有的波长为940nm。例如，可以使用红外光谱范围内的光，比如780nm至3.0μm范围内的光。具体地，可以使用硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1100nm的范围内)的光。发射器可以被配置用于在红外区、特别是在近红外区内生成至少一个照射图案。使用近红外区内的光可以允许光不被人眼检测到或仅微弱地被人眼检测到，并且仍然可由硅传感器、特别是标准硅传感器检测到。例如，发射器可以是VCSEL阵列。VCSEL可以被配置用于发射波长范围为800至1000nm的光束。例如，VCSEL可以被配置用于发射808nm、850nm、940nm或980nm的光束。优选地，VCSEL发射940nm的光，因为地面太阳辐射在该波长处具有辐照度的局部最小值，例如如CIE 085-1989“Solar spectralIrradiance[太阳光谱辐照度]”中所述。
该发射器阵列包括至少两个独立驱动的阵列区域。如本文所使用的，术语“阵列区域”可以是指阵列的任意形状的子部分和/或部分。这些发射器可以划分为阵列的子部分和/或部分。相应的阵列区域可以包括阵列的至少一个发射器，特别是阵列的多个发射器。例如，阵列可以划分为两个区域。阵列区域可以具有相同数量或不同数量的发射器。例如，阵列可以划分为左阵列区域和右阵列区域，其中，相对于阵列的前视图，左阵列区域可以包括布置在阵列的对称轴线左侧的发射器，并且其中，右阵列区域可以包括布置在阵列的对称轴线右侧的发射器。发射器可以划分为阵列区域，使得在三角测量的方向上不会产生重叠的照射特征。
相应阵列区域的发射器可以被设计为相同，也可以具有不同的特性。例如，左阵列区域的发射器具有的特性可以与右区域的发射器不同。
如本文所使用的，术语“独立驱动的”可以是指阵列区域在不同时间点和/或非同时(比如交替)地发射光。该控制单元被配置用于控制阵列区域的光发射。例如，投影仪包括至少一个快门。如本文所使用的，术语“快门”可以是指被配置用于阻挡光通过的光学元件。快门可以被配置用于暂时阻挡来自这些阵列区域之一的光并允许来自另一个阵列区域的光通过。该阻挡可以包括完全阻挡光和/或至少部分阻挡光，使得来自阵列区域的相应发射器的光不会对照射图案产生作用。例如，阻挡可以包括阻挡超过80％的入射强度，优选地阻挡超过90％的入射强度。控制单元可以被配置用于控制快门例如通过旋转和/或机械地打开和关闭光圈以在阵列区域之间切换。附加地或可替代地，控制单元可以被配置用于驱动阵列区域，使得这些阵列区域之一暂时不发光，而另一个阵列区域发射光。控制单元可以被配置用于关闭这些阵列区域之一的发射器并打开另一个阵列区域的发射器。控制单元被配置用于在阵列区域之间切换。例如，可以独立于该阵列中的其他发射器来控制这些发射器中的每一个。该控制可以通过硬件(比如通过至少一个电路)和/或通过软件来执行。该控制单元可以被配置用于直接控制VCSEL阵列的阵列区域。这可以允许较低的峰值电流。
阵列区域之间的切换可以执行为使得这些阵列区域交替(比如周期性)地处于活动。阵列区域之间的切换和相机的成像可以是同步的。例如，该切换可以执行为使得在第一相机帧中，这些阵列区域之一发射光，并且成像出第一反射图像，并且在第二相机帧中，另一个阵列区域发射光，并且成像出第二反射图像。
该检测器可以被配置用于模拟卷帘快门相机。如本文所使用的，术语“卷帘快门相机”是广义术语，并且将被赋予其对于本领域普通技术人员而言普通和常规的含义并且不限于特殊或自定义含义。该术语具体可以是指但不限于被配置用于执行图像捕获方法的相机，在该方法中，在不同时间(例如，连续地)对要成像的场景的至少两个区进行成像。例如，在普通的卷帘快门相机中，场景例如是以垂直方式、水平方式或旋转方式中的一种或多种被扫描的。这种技术可以由检测器如下进行模拟。相机可以被配置用于在不同时间对要成像的完整或整个场景进行成像(即，作为全局快门相机操作)。控制单元可以被配置用于控制投影仪，使得在不同的时间照射场景的不同区。因此，由相机成像出的图像包括不同的被照射区，并且可以通过使用评估装置被拼接在一起，例如通过使用至少一种拼接算法。拼接算法通常是技术人员已知的。可以通过使用控制单元使照射和成像同步。例如，投影仪可以被配置用于照射要成像的场景，使得投影仪在不同时间照射三个区。相机可以在投影仪照射期间对整个场景进行成像。评估装置可以被配置用于通过将三个区的图像拼接在一起来生成该场景的图像。
如本文进一步使用的，术语“控制单元”通常是指被配置用于通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路来控制投影仪的任意装置。因此，作为示例，控制单元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上存储有软件代码，该软件代码包括多个计算机命令。控制单元可以提供用于执行指定操作中的一个或多个指定操作的一个或多个硬件元件和/或可以提供一个或多个在其上运行软件以执行指定操作中的一个或多个指定操作的处理器。因此，作为示例，控制单元可以包括一个或多个可编程装置，比如被配置为执行上述控制的一个或多个计算机、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)。然而，附加地或可替代地，控制单元还可以完全或部分地由硬件实施。
投影仪可以包括被配置用于生成照射图案的至少一个衍射光学元件(DOE)。DOE可以被配置用于从单个入射光束产生多个光束。
如本文所使用的，术语“相机”可以是指具有至少一个成像元件的装置，该至少一个成像元件被配置用于记录或捕获空间解析的一维、二维或甚至三维光学数据或信息。作为示例，相机可以包括至少一个相机芯片，比如被配置用于记录图像的至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片。如本文所使用的，非限制性地，术语“图像”具体地可以涉及通过使用相机记录的数据，比如来自成像装置的多个电子读数，比如相机芯片的像素。
如本文所使用的，术语“传感器元件”通常可以是指被配置用于感测至少一个参数的装置、或多个装置的组合。在这种情况下，参数具体地可以为光学参数，并且传感器元件具体地可以为光学传感器元件。传感器元件可以形成为整体的单个装置或者形成为若干装置的组合。具体地，矩阵可以是或者可以包括具有一行或多行和一列或多列的矩形矩阵。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，比如非矩形布置。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，矩阵可以是单行像素。其他布置也是可行的。
如本文所使用的，“光学传感器”通常可以是指用于检测光束(比如用于检测由至少一个光束生成的照射和/或光斑)的光敏装置。如本文进一步使用的，“光敏区域”通常是指光学传感器的可以由至少一个光束从外部照射的区域，响应于该照射，生成该至少一个传感器信号。光敏区域具体地可以位于相应光学传感器的表面上。然而，其他实施例也是可行的。具体地，矩阵的光学传感器在尺寸、敏感性和其他光学特性、电特性和机械特性中的一个或多个方面可以相同。具体地，矩阵的所有光学传感器的光敏区域可以位于公共平面内，该公共平面优选面向对象，使得从对象传播到检测器的光束可以在该公共平面上产生光斑。
如本文所使用的，术语“各自具有至少一个光敏区域的光学传感器”是指各自具有一个光敏区域的多个单一光学传感器的配置以及具有多个光敏区域的一个组合光学传感器的配置。因此，术语“光学传感器”还是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器件)被称为两个或更多个光学传感器。每个光学传感器可以被实施为使得在相应光学传感器中存在恰好一个光敏区域，比如通过提供恰好一个可以被照射的光敏区域，响应于该照射，为整个光学传感器生成恰好一个统一的传感器信号。因此，每个光学传感器可以是单区域光学传感器。然而，单区域光学传感器的使用使得检测器的设置具体地变得特别简单和高效。因此，作为示例，可以在设置中使用各自仅具有一个敏感区域的可商购的光电传感器，比如可商购的硅光电二极管。然而，其他实施例也是可行的。因此，作为示例，可以使用包括两个、三个、四个或多于四个的光敏区域的光学装置，该光学装置在本发明的上下文中被视为两个、三个、四个或多于四个的光学传感器。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，光学传感器可以是至少一个具有像素矩阵的CCD和/或CMOS器件的一部分或构成至少一个CCD和/或CMOS器件，每个像素形成一个光敏区域。
具体地，光学传感器可以是或可以包括光电检测器，优选为无机光电检测器，更优选为无机半导体光电检测器，最优选为硅光电检测器。具体地，光学传感器可以在红外光谱范围内是敏感的。具体地，矩阵的所有光学传感器或者矩阵的至少一组光学传感器可以是相同的。具体地，可以针对不同的光谱范围提供矩阵中的多组相同的光学传感器，或者所有光学传感器在光谱敏感度方面可以是相同的。进一步地，光学传感器在尺寸上和/或在它们的电子或光电特性方面可以是相同的。
具体地，光学传感器可以是或者可以包括在红外光谱范围内、优选地在780nm至3.0微米的范围内具有敏感性的无机光电二极管。具体地，光学传感器可以在硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1000nm的范围内)是敏感的。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，比如可从德国莱茵河畔路德维希港(D-67056)的trinamiX GmbH公司以商品名HertzstueckTM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至少一个本征光伏型的光学传感器，更优选地选自由以下各项组成的组中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、扩展型InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。附加地或可替代地，光学传感器可以包括至少一个非本征光伏型的光学传感器，更优选地选自由以下各项组成的组中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。附加地或可替代地，光学传感器可以包括至少一个辐射热计，优选地选自由VO辐射热计和非晶Si辐射热计组成的组中的辐射热计。
矩阵可以由独立的光学传感器组成。因此，矩阵可以由无机光电二极管组成。然而，可替代地，可以使用可商购矩阵，比如CCD检测器(比如CCD检测器芯片)和/或CMOS检测器(比如CMOS检测器芯片)中的一者或多者。
因此，一般来说，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(比如上述矩阵)的一部分。因此，作为示例，检测器可以包括光学传感器的阵列，比如具有m行和n列的矩形阵列，其中，m、n分别为正整数。优选地多于一列和多于一行，即，n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，并且m可以是2至16或更高。优选地，行数与列数之比接近1。作为示例，可以将n和m选择成使得0.3≤m/n≤3，比如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9等等。作为示例，阵列可以是具有相同数量的行和列的正方形阵列，比如通过选择m＝2、n＝2或m＝3、n＝3等。
具体地，矩阵可以为具有至少一行(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定向，其中，关于术语“基本上垂直”，可以参考下文给出的定义。因此，作为示例，小于20°、具体地小于10°或者甚至小于5°的公差可以是可接受的。为了提供宽范围的视野，矩阵具体地可以具有至少10行，优选地至少50行，更优选地至少100行。类似地，矩阵可以具有至少10列，优选地至少50列，更优选地至少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像素数量。然而，其他实施例也是可行的。因此，在预期具有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。再次，关于术语“基本上垂直”，可以参考下文给出的定义和公差。光轴可以是笔直的光轴，或可以是弯曲的或甚至是分离的(比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是指光学设置的相应分支或射束路径中的局部光轴。
反射光束可以从对象向相机传播。反射光束可以源自对象。投影仪可以利用至少一个照射图案来照射对象，并且光被对象再发射、反射和/或散射，并且由此至少部分地作为反射光束被引导至相机。
具体地，反射光束可以完全照射传感器元件，使得传感器元件完全位于光束内，其中，光束的宽度大于矩阵。反之，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，使得光斑完全位于矩阵内。这种情况可以由光学领域的技术人员通过选择对光束具有聚焦或散焦效果的一个或多个合适的透镜或元件(比如通过使用合适的传递装置，其将在下文进一步详细地概述)来容易地调整。
具体地，光敏区域可以定向为朝向对象。如本文所使用的，术语“定向为朝向对象”通常是指从对象上完全或部分可见光敏区域的相应表面的情况。具体地，对象的至少一点与相应的光敏区域的至少一点之间的至少一条互连线可以与光敏区域的表面元件形成不为0°的角度，比如角度在20°至90°范围内，优选地80°至90°，比如90°。因此，当对象位于光轴上或接近光轴时，从对象向检测器传播的光束可以基本上平行于光轴。如本文所使用的，术语“基本上垂直”是指垂直取向的状况，公差为例如±20°或更小，优选地公差为±10°或更小，更优选公差为±5°或更小。类似地，术语“基本上平行”是指平行取向的条件，公差例如为±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。
光学传感器可以在紫外光谱范围、可见光谱范围或红外光谱范围中的一个或多个光谱范围中是敏感的。具体地，光学传感器可以在500nm至780nm的可见光谱范围内、最优选地在650nm至750nm或在690nm至700nm是敏感的。具体地，光学传感器可以在近红外区中是敏感的。具体地，光学传感器可以在硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1000nm的范围内)是敏感的。具体地，光学传感器可以在红外光谱范围内、具体地在780nm至3.0微米的范围内是敏感的。例如，光学传感器均独立地可以是或者可以包括选自由光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或以上各项的任意组合组成的组中的至少一个元件。例如，光学传感器可以是或者可以包括选自由CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或以上各项的任意组合组成的组中的至少一个元件。可以使用任何其他类型的光敏元件。如下面将进一步详细概述的，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，可以使用一个或多个光电二极管，比如可商购的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。
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者可以包括至少一个电信号，比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者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。进一步地，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他元件可以被配置用于处理或预处理传感器信号(比如通过滤波等进行预处理)，从而生成次级传感器信号，这些次级传感器信号也可以用作传感器信号。
如本文所使用的，术语“反射图像”通常可以是指由光学传感器确定的包括多个反射特征的图像。如本文所使用的，术语“反射特征”通常可以是指由对象响应于利用至少一个照射特征进行照射而产生的图像平面中的特征。反射图像可以包括包含反射特征的至少一个反射图案。如本文所使用的，术语“成像出至少一个反射图像”是指捕获、记录以及生成反射图像中的一项或多项。
这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面。如本文所使用的，术语“射束剖面”通常可以是指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中的空间分布。射束剖面可以是光束的横向强度剖面。射束剖面可以是光束的截面。射束剖面可以选自由以下各项组成的组：梯形射束剖面；三角形射束剖面；圆锥形射束剖面、以及高斯射束剖面的线性组合。然而，其他实施例也是可行的。
评估装置可以被配置用于选择相应的第一和第二反射图像的反射特征。如本文所使用的，术语“选择至少一个反射特征”通常可以是指识别、确定以及选择反射图像的至少一个反射特征中的一项或多项。评估装置可以被配置用于执行至少一种图像分析和/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一项或多项：滤波；选择至少一个关注区；形成由传感器信号创建的图像与至少一个偏移之间的差分图像；通过反转由传感器信号创建的图像来反转传感器信号；形成由传感器信号在不同时间创建的图像之间的差分图像；背景校正；分解为颜色通道；分解为色调；饱和度；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用Canny边缘检测器；应用高斯拉普拉斯滤波器；应用高斯差分滤波器；应用Sobel算子；应用拉普拉斯算子；应用Scharr算子；应用Prewitt算子；应用罗伯茨算子；应用Kirsch算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅里叶变换；应用Radon变换；应用霍夫变换；应用小波变换；阈值化；创建二值图像。关注区可以是由用户手动确定的或可以是比如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象来自动确定的。
评估装置可以被配置用于执行至少一种图像校正。图像校正可以包括至少一种背景减除。评估装置可以适于例如通过在没有另外的照射的情况下成像来从射束剖面中去除背景光的影响。
术语“评估装置”通常可以是指适于优选地通过使用至少一个数据处理装置、更优选地通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路执行指定操作的任意装置。因此，作为示例，该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上存储有软件代码，该软件代码包括多个计算机命令。评估装置可以提供用于执行指定操作中的一个或多个指定操作的一个或多个硬件元件和/或可以提供一个或多个在其上运行软件以执行指定操作中的一个或多个指定操作的处理器。操作包括对图像进行评估。具体地，可以由该至少一个评估装置来执行确定射束剖面和对表面的指示。因此，作为示例，一个或多个指令可以以软件和/或硬件来实施。因此，作为示例，评估装置可以包括一个或多个可编程装置，比如被配置为执行上述评估的一个或多个计算机、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)。然而，附加地或可替代地，评估装置还可以完全或部分地由硬件实施。
评估装置可以是或可以包括一个或多个集成电路(比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(比如一个或多个计算机，优选地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。可以包括附加部件，比如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，比如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，比如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。进一步地，评估装置可以包括一个或多个测量装置，比如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量装置。进一步地，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。进一步地，评估装置可以包括一个或多个接口，比如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
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，该数据处理装置可以用于显示、可视化、分析、分发、传送或进一步处理信息(比如光学传感器和/或评估装置获得的信息)中的一项或多项。作为示例，数据处理装置可以连接或合并有显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多通道音响系统、LED图案、或另一可视化装置中的至少一个。数据处理装置可以进一步连接或合并有通信装置或通信接口、连接器或端口中的至少一个，能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外或互联网接口、端口或连接件中的一种或多种来发送加密或未加密的信息。数据处理装置可以进一步连接到或合并有以下各项中的至少一个：处理器、图形处理器、CPU、开放多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、片上系统(比如来自Apple A系列或三星S3C2系列的产品)、微控制器或微处理器，一个或多个存储器块(比如ROM、RAM、EEPROM或闪存)、比如振荡器或锁相环等定时源、计数器-定时器、实时定时器、或上电复位发生器、电压调节器、电源管理电路、或DMA控制器。各个单元可以进一步通过总线(比如AMBA总线)连接，或者集成到物联网或工业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或具有另外的外部接口或端口，比如以下中的一个或多个：串行或并行接口或端口、USB、Centronics端口、火线、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI、或者模拟接口或端口，比如ADC或DAC中的一个或多个，或者到其他装置(比如使用RGB接口(比如CameraLink)的2D相机装置)的标准化接口或端口。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、或者串行或并行接口端口中的一个或多个来连接。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，比如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、雌雄同体连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320C14连接器、光纤连接器、D-超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器中的一个或多个，和/或可以合并有用于这些连接器中的一个或多个连接器的至少一个合适的插座。
检测器进一步可以包括至少一个传递装置，该至少一个传递装置被配置用于将光束引导到光学传感器上并用于在传感器元件上形成反射图像。检测器可以进一步包括一个或多个附加元件，比如一个或多个附加光学元件。检测器可以包括选自由以下各项组成的组中的至少一个光学元件：传递装置，比如至少一个透镜和/或至少一个透镜系统、至少一个衍射光学元件。术语“传递装置”(也表示为“传递系统”)通常可以是指适于改变光束(比如通过改变光束的射束参数、光束的宽度或光束的方向中的一个或多个)的一个或多个光学元件。传递装置可以适于将光束引导到光学传感器上。传递装置具体地可以包括以下各项中的一项或多项：至少一个透镜，例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、至少一个菲涅耳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；至少一个射束偏转元件，优选为至少一个反射镜；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者；至少一个多透镜系统。如本文所使用的，传递装置的术语“焦距”是指可以照射在传递装置上的入射准直射线“聚焦”(也可以表示为“焦点”)的距离。因此，焦距构成传递装置使照射光束会聚的能力的量度。因此，传递装置可以包括一个或多个成像元件，成像元件可以具有会聚透镜的作用。例如，传递装置可以具有一个或多个透镜，特别是一个或多个折射透镜、和/或一个或多个凸面镜。在这个示例中，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。对于会聚薄折射透镜(比如凸或双凸薄透镜)，焦距可以被认为是正的并且可以提供当照射在作为传递装置的薄透镜上的准直光束可以聚焦成单个光斑的距离。附加地，传递装置可以包括至少一个波长选择元件，例如至少一个光学滤波器。附加地，传递装置可以被设计为例如在传感器区、特别是传感器区域的位置处对电磁辐射施加预定义的射束剖面。原则上，传递装置的上述可选实施例可以单独地或以任何期望的组合来实现。
传递装置可以具有光轴。特别地，检测器和传递装置具有公共光轴。如本文所使用的，术语“传递装置的光轴”通常是指透镜或透镜系统的镜面对称轴线或旋转对称轴线。检测器的光轴可以是检测器的光学设置的对称线。例如，该检测器包括至少一个传递装置，优选地具有至少一个透镜的至少一个传递系统。作为示例，传递系统可以包括至少一个射束路径，该射束路径中的传递系统元件相对于光轴以旋转对称的方式定位。然而，位于射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，可以顺序地限定光轴，比如通过将射束路径中的光学元件的中心互连，例如通过将透镜的中心互连，其中，在本上下文中，光学传感器不被算作光学元件。光轴通常可以表示射束路径。其中，检测器可以具有单个射束路径，光束可以沿着该单个射束路径从对象行进到光学传感器，也可以具有多个射束路径。作为示例，可以给出单个射束路径，也可以将射束路径分离成两个或更多个部分射束路径。在后一种情况下，每个部分射束路径可以具有其自己的光轴。光学传感器可以位于同一个射束路径或部分射束路径中。然而，可替代地，光学传感器也可以位于不同的部分射束路径中。
传递装置可以构成坐标系，其中，纵坐标是沿光轴的坐标。坐标系可以是极坐标系，其中传递装置的光轴形成z轴，并且其中，距z轴的距离、以及极角可以用作附加坐标。例如，传递装置可以构成坐标系，其中，检测器的光轴形成z轴，并且其中，附加地，可以设置垂直于z轴且彼此垂直的x轴和y轴。作为示例，检测器可以停留在该坐标系中的特定点处，比如该坐标系的原点处。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坐标。可替代地，可以使用其他类型的坐标系。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、以及极角可以用作附加坐标。同样，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坐标。
评估装置被配置用于通过对这些反射特征的射束剖面的分析确定其中每一个反射特征的至少一个纵坐标，也表示为zDPR。如本文所使用的，术语“射束剖面的分析”通常可以是指射束剖面的评估，并且可以包括至少一个数学运算和/或至少一个比较和/或至少一个对称化和/或至少一个滤波和/或至少一个归一化。例如，射束剖面的分析可以包括直方图分析步骤、差异量度的计算、神经网络的应用、机器学习算法的应用中的至少一个。评估装置可以被配置用于将射束剖面对称化和/或归一化和/或滤波，特别是去除来自在较大角度的、记录边缘等下的记录的噪声或不对称性。评估装置可以通过去除高空间频率(比如通过空间频率分析和/或中值滤波等)来对射束剖面滤波。可以通过光斑的强度中心并对距中心相同距离处的所有强度进行平均来执行汇总。评估装置可以被配置用于将射束剖面归一化至最大强度，特别是考虑由于所记录的距离而导致的强度差异。评估装置可以被配置用于例如通过在没有照射的情况下成像来从射束剖面中去除背景光的影响。
反射特征可以覆盖图像的至少一个像素或者可以延伸于其上。例如，反射特征可以覆盖多个像素或者可以延伸于其上。评估装置可以被配置用于确定和/或选择连接到和/或属于反射特征(例如光斑)的所有像素。评估装置可以被配置用于通过下式确定强度中心：
其中，Rcoi是强度中心的位置，rpixel是像素位置，并且且l＝∑jItotal，其中，j是连接到和/或属于反射特征的像素的数量j，并且Itotal是总强度。
评估装置可以被配置用于通过使用光子比率深度技术(也表示为射束剖面分析)来确定这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标。关于光子比率深度(DPR)技术，请参考以下文献：WO 2018/091649 A1；WO 2018/091638A1；WO 2018/091640A1；以及C.Lennartz、F.Schick、S.Metz的“Whitepaper-Beam Profile Analysis for 3D imaging andmaterial detection[白皮书-用于3D成像和材料检测的射束剖面分析]”，2021年4月28日，德国路德维希港，这些文献的完整内容通过引用包括在本文中。
评估装置可以被配置用于确定这些反射特征中的每一个反射特征的射束剖面。如本文所使用的，术语“确定射束剖面”是指识别由光学传感器提供的至少一个反射特征和/或选择由光学传感器提供的至少一个反射特征，并评估该反射特征的至少一个强度分布。作为示例，可以使用和评估矩阵区来确定强度分布，比如三维强度分布或二维强度分布，比如沿穿过矩阵的轴线或线。作为示例，可以比如通过确定具有最高照射度的至少一个像素来确定光束的照射中心，并且可以通过照射中心选择截面轴线。强度分布可以是随着沿穿过照射中心的该截面轴线的坐标而变化的强度分布。其他评估算法也是可行的。
这些反射特征之一的射束剖面的分析可以包括确定射束剖面的至少一个第一区域和至少一个第二区域。射束剖面的第一区域可以是区域A1并且射束剖面的第二区域可以是区域A2。评估装置可以被配置用于对第一区域和第二区域积分。评估装置可以被配置为通过以下各项中的一项或多项得出组合信号Q(也表示为商Q)：经积分的第一区域和经积分的第二区域相除，经积分的第一区域和经积分的第二区域的倍数相除，经积分的第一区域和经积分的第二区域的线性组合相除。
评估装置可以被配置用于确定射束剖面的至少两个区域和/或将射束剖面分段成包括射束剖面的不同区域的至少两个部段，其中，只要这些区域不全等，这些区域的重叠就可以是可能的。例如，评估装置可以被配置用于确定多个区域，比如两个、三个、四个、五个或最多十个区域。评估装置可以被配置用于将光斑分段成射束剖面的至少两个区域和/或将射束剖面分段成包括射束剖面的不同区域的至少两个部段。评估装置可以被配置用于针对区域中的至少两个确定射束剖面在相应区域上的积分。评估装置可以被配置用于比较所确定的积分中的至少两个。具体地，评估装置可以被配置用于确定射束剖面的至少一个第一区域和至少一个第二区域。如本文所使用的，术语“射束剖面的区域”通常是指用于确定组合信号的光学传感器的位置处的射束剖面的任意区。射束剖面的第一区域和射束剖面的第二区域可以是相邻或重叠区中的一者或两者。射束剖面的第一区域和射束剖面的第二区域可以在面积上不全等。例如，评估装置可以被配置用于将传感器元件的传感器区划分为至少两个子区，其中，评估装置可以被配置用于将传感器元件的传感器区划分为至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上部部分和至少一个下部部分和/或至少一个内部部分和至少一个外部部分。附加地或可替代地，检测器可以包括至少两个光学传感器，其中，第一光学传感器的光敏区域和第二光学传感器的光敏区域可以被布置为使得第一光学传感器适于确定反射特征的射束剖面的第一区域，并且第二光学传感器适于确定反射特征的射束剖面的第二区域。评估装置可以适于对第一区域和第二区域积分。
射束剖面的第一区域可以包括射束剖面的基本上边缘信息，并且射束剖面的第二区域包括射束剖面的基本上中心信息，和/或射束剖面的第一区域可以包括基本上关于射束剖面的左侧部分的信息，并且射束剖面的第二区域包括基本上关于射束剖面的右侧部分的信息。射束剖面可以具有中心(即射束剖面的最大值和/或射束剖面的高台的中心点和/或光斑的几何中心)、以及从中心延伸的下降边缘。第二区可以包括截面的内部区并且第一区可以包括截面的外部区。如本文所使用的，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)低。优选地，中心信息具有不到10％、更优选地不到5％的边缘信息比例，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，中心信息的比例低。边缘信息可以包括整个射束剖面的信息，特别是来自中心和边缘区的信息。边缘信息可以具有不到10％、优选地不到5％的中心信息比例，更优选地边缘信息不包括中心内容。如果射束剖面的至少一个区域靠近或围绕中心并且包括基本上中心信息，则可以将该区域确定和/或选择为射束剖面的第二区域。如果射束剖面的至少一个区域包括截面的下降边缘的至少多个部分，则可以将该区域确定和/或选择为射束剖面的第一区域。例如，可以将截面的整个区域确定为第一区。
第一区域A1和第二区域A2的其他选择也可以是可行的。例如，第一区域可以包括射束剖面的基本上外部区，并且第二区域可以包括射束剖面的基本上内部区。例如，在二维射束剖面的情况下，射束剖面可以划分为左侧部分和右侧部分，其中，第一区域可以包括基本上射束剖面的左侧部分的区域，并且第二区域可以包括基本上射束剖面的右侧部分的区域。
边缘信息可以包括与射束剖面的第一区域中的光子数量有关的信息，并且中心信息可以包括与射束剖面的第二区域中的光子数量有关的信息。评估装置可以被配置用于确定射束剖面的面积积分。评估装置可以被配置用于通过对第一区域进行积分和/或求和来确定边缘信息。评估装置可以被配置用于通过对第二区域进行积分和/或求和来确定中心信息。例如，射束剖面可以是梯形射束剖面，并且评估装置可以被配置用于确定梯形的积分。进一步地，当可以假设梯形射束剖面时，对边缘信号和中心信号的确定可以被替换为利用对梯形射束剖面的特性进行的等效评估，比如确定边缘的斜率和位置以及中心高台的高度并通过几何考虑得出边缘信号和中心信号。
在一个实施例中，A1可以对应于特征点在光学传感器上的全部或完整区域。A2可以是特征点在光学传感器上的中心区域。中心区域可以是恒定值。与特征点的整个区域相比，中心区域可以更小。例如，在圆形特征点的情况下，中心区域的半径可以为特征点全半径的0.1至0.9，优选地为全半径的0.4至0.6。
在一个实施例中，照射图案可以至少包括点图案。A1可以对应于点图案在光学传感器上的点的全半径的区域。A2可以是点图案中在光学传感器上的点的中心区域。中心区域可以是恒定值。中心区域可以具有与全半径相比的半径。例如，中心区域的半径可以为全半径的0.1至0.9，优选地为全半径的0.4至0.6。
评估装置可以被配置为通过以下各项中的一项或多项得出商Q：第一区域和第二区域相除，第一区域和第二区域的倍数相除，第一区域和第二区域的线性组合相除。评估装置可以被配置用于通过下式得出商Q：
其中，x和y是横坐标，A1和A2分别是射束剖面的第一区域和第二区域，E(x,y)表示射束剖面。
附加地或可替代地，评估装置可以适于根据光斑的至少一个切片或切割确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。这可以例如通过用沿切片或切割的线积分代替商Q中的面积积分来实现。为了提高准确性，可以使用光斑的若干个切片或切割并对其进行平均。在椭圆形光斑剖面的情况下，对若干个切片或切割进行平均可以得到改进的距离信息。
例如，在光学传感器具有像素矩阵的情况下，评估装置可以被配置用于通过以下方式评估射束剖面：
-确定具有最高传感器信号的像素并形成至少一个中心信号；
-评估矩阵的传感器信号并形成至少一个总和信号；
-通过将中心信号与总和信号相组合来确定商Q；以及
-通过评估商Q来确定对象的至少一个纵坐标z。
传感器信号可以是由光学传感器和/或光学传感器的至少一个像素响应于照射而生成的信号。具体地，传感器信号可以是或者可以包括至少一个电信号，比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者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。进一步地，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他元件可以适于处理或预处理传感器信号(比如通过滤波等进行预处理)，从而生成次级传感器信号，这些次级传感器信号也可以用作传感器信号。术语“中心信号”通常是指包括射束剖面的基本上中心信息的至少一个传感器信号。如本文所使用的，术语“最高传感器信号”是指局部最大值或关注区中的最大值中的一者或两者。例如，中心信号可以是在整个矩阵中或矩阵内关注区中的像素生成的多个传感器信号中具有最高传感器信号的像素的信号，其中，该关注区可以是预定的或可在由矩阵的像素生成的图像内确定。中心信号可以源自单一像素或一组光学传感器，其中，在后一种情况下，作为示例，该组像素的传感器信号可以被相加、积分或平均，以便确定中心信号。产生中心信号的该组像素可以是一组相邻的像素，比如与具有最高传感器信号的实际像素相距小于预定距离的像素，也可以是生成的传感器信号在最高传感器信号的预定范围内的一组像素。可以以尽可能大的方式来选择产生中心信号的该组像素，以便允许最大动态范围。评估装置可以适于通过对多个传感器信号(例如具有最高传感器信号的像素周围的多个像素)进行积分来确定中心信号。例如，射束剖面可以是梯形射束剖面，并且评估装置可以适于确定梯形的积分，特别是梯形的高台的积分。
如上所述，中心信号通常可以是单个传感器信号，比如来自光斑中心的像素的传感器信号，也可以是多个传感器信号的组合，比如，由光斑中心的像素产生的传感器信号的组合，还可以是通过处理由一种或多种上述可能性得出的传感器信号而得出的次级传感器信号。由于常规电子设备能相当简单地实施传感器信号的比较，因此中心信号的确定可以以电子方式执行，或者可以完全或部分地通过软件执行。具体地，中心信号可以选自由以下各项组成的组：最高传感器信号；处于与最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的平均值；来自一组像素(其包含具有最高传感器信号的像素和一组预定的相邻像素)的传感器信号的平均值；来自一组像素(其包含具有最高传感器信号的像素和一组预定的相邻像素)的传感器信号的总和；处于与最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的总和；高于预定阈值的一组传感器信号的平均值；高于预定阈值的一组传感器信号的总和；来自一组光学传感器(其包含具有最高传感器信号的光学传感器和一组预定的相邻像素)的传感器信号的积分；处于与最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的积分；高于预定阈值的一组传感器信号的积分。
类似地，术语“总和信号”通常是指包括射束剖面的基本上边缘信息的信号。例如，可以通过将传感器信号相加、对传感器信号进行积分或者对整个矩阵中或矩阵内的关注区中的传感器信号求平均来得出总和信号，其中，该关注区可以是预定的或可在由矩阵的光学传感器生成的图像内确定。当对传感器信号进行相加、积分或平均时，生成传感器信号的实际光学传感器可以被排除在相加、积分或平均之外，可替代地，其也可以被包括在相加、积分或平均中。评估装置可以适于通过对整个矩阵中或矩阵内的关注区中的信号进行积分来确定总和信号。例如，射束剖面可以是梯形射束剖面，并且评估装置可以适于确定整个梯形的积分。进一步地，当可以假设梯形射束剖面时，对边缘信号和中心信号的确定可以被替换为利用对梯形射束剖面的特性进行的等效评估，比如确定边缘的斜率和位置以及中心高台的高度并通过几何考虑得出边缘信号和中心信号。
类似地，也可以通过使用射束剖面的部段(比如射束剖面的圆形部段)来确定中心信号和边缘信号。例如，可以通过不经过射束剖面的中心的割线或弦将射束剖面划分为两个部段。因此，一个部段将基本上包含边缘信息，而另一部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。
商Q可以是通过组合中心信号与总和信号而生成的信号。具体地，该确定可以包括以下各项中的一项或多项：形成中心信号与总和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数与总和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合与总和信号的线性组合的商，反之亦然。附加地或可替代地，商Q可以包括包含关于中心信号与总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。
如本文所使用的，术语“对象的纵坐标”是指光学传感器与对象之间的距离。评估装置可以被配置用于使用组合信号与纵坐标之间的至少一个预定关系来确定纵坐标。该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个或多个。评估装置可以包括至少一个数据存储装置，用于存储预定关系，比如查找列表或查找表。因此，这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标可以是光学传感器与由相应的照射特征在对象上生成的光斑之间的距离，该相应的照射特征可以被成像为相应的反射图像中的反射特征。
评估装置可以被配置用于执行至少一种光子比率深度算法，该算法计算具有零阶和更高阶的所有反射特征的距离。
评估装置可以被配置用于将所述反射特征指派给对应的发射器。如本文所使用的，术语“将所述反射特征指派给阵列的对应的发射器”通常可以是指特别是明确地确定阵列中已发射引起所选反射特征的照射特征的一个发射器。在已知的3D感测装置(比如使用三角测量或结构光技术的装置)中，解决该对应关系问题是复杂且耗时的。评估装置可以被配置用于通过使用纵坐标zDPR来明确地匹配反射特征与对应的发射器。利用光子比率深度技术确定的纵坐标可以用于解决对应关系问题。这样，可以将每个反射特征的距离信息用于找到已知发射器阵列的对应关系。如本文所使用的，术语“匹配”可以是指识别和/或确定和/或评估对应的发射器和反射特征。如本文所使用的，术语“对应的发射器和反射特征”可以是指这样的事实：照射图案的这些照射特征中的每一个照射特征由发射器之一生成、被投射到对象并由相机成像为反射特征，其中，所成像的反射特征被指派给已生成所述反射特征的照射特征。如本文所使用的，术语“明确地匹配”可以是指只有一个反射特征被指派给一个照射特征(并且因此，发射器)，和/或没有其他反射特征可以被指派给相同的匹配照射特征。
可以使用对极几何来确定与反射特征相对应的照射特征(并且因此，发射器)。对于对极几何的描述，请参考例如编者为X.Jiang和H.Bunke的“三维计算机视觉[Dreidimensionales Computersehen]”中第2章，施普林格，柏林海德堡，1997年。对极几何可以假设照射图像(即，未畸变的照射图案的图像)和反射图像可以是在具有固定距离的不同空间位置和/或空间取向处确定的图像。该距离可以是相对距离，也表示为基线。照射图像也可以被表示为参考图像。评估装置可以适于确定参考图像中的对极线。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反射特征延伸到该反射特征所源自的真实世界特征的直线。因此，该直线可以包括与所选反射特征相对应的可能对象特征。该直线和基线张成对极平面。由于参考图像是在与反射图像不同的相对星座处确定的，因此对应的可能对象特征可能被成像在参考图像中的一条直线上，这条直线被称为对极线。对极线可以是对极平面与参考图像的相交。因此，与反射图像的所选特征相对应的参考图像的特征位于对极线上。
取决于距已反射照射特征的对象的距离，与照射特征相对应的反射特征可以在反射图像内位移。参考图像可以包括至少一个位移区，与所选反射特征相对应的照射特征将被成像在该区中。位移区可以仅包括一个照射特征。位移区还可以包括多于一个照射特征。位移区可以包括对极线或对极线的一部分。位移区可以包括多于一条对极线或多于一条对极线的多个部分。位移区可以沿着对极线延伸、正交于对极线延伸或以这两种方式延伸。评估装置可以适于确定沿着对极线的照射特征。评估装置可以适于根据组合信号Q确定反射特征的纵坐标z以及误差间隔±ε，以便确定沿着对极线的与z±ε相对应的位移区或者与对极线正交的位移区。使用组合信号Q进行距离测量的测量不确定度可能导致第二图像中非圆形的位移区，因为测量不确定度在不同方向上可能不同。具体地，沿着一条或多条对极线的测量不确定度可能大于在相对于一条或多条对极线的正交方向上的测量不确定度。位移区可以包括在相对于一条或多条对极线的正交方向上的延伸。评估装置可以适于将所选反射特征与位移区内的至少一个照射特征进行匹配。评估装置可以适于在考虑所确定的纵坐标zDPR的情况下通过使用至少一种评估算法来将反射图像的所选特征与位移区内的照射特征进行匹配。评估算法可以是线性缩放算法。评估装置可以适于确定与位移区最接近和/或在位移区内的对极线。评估装置可以适于确定与反射特征的图像位置最接近的对极线。沿着对极线的位移区的范围可以大于与对极线正交的位移区的范围。评估装置可以适于在确定对应的照射特征之前确定对极线。评估装置可以确定每个反射特征的图像位置周围的位移区。评估装置可以适于向反射特征的每个图像位置的每个位移区指派对极线，比如通过指派与位移区最接近和/或在位移区内和/或与沿正交于对极线的方向的位移区最接近的对极线。评估装置可以适于通过确定与指派位移区最接近和/或在指派位移区内和/或与沿指派对极线的指派位移区最接近和/或在沿指派对极线的指派位移区内的照射特征，来确定与反射特征相对应的照射特征。
附加地或可替代地，评估装置可以被配置为执行以下步骤：
-确定每个反射特征的图像位置的位移区；
-向每个反射特征的位移区指派对极线，比如通过指派与位移区最接近和/或在位移区内和/或与沿正交于对极线的方向的位移区最接近的对极线；
-为每个反射特征指派和/或确定至少一个照射特征，比如通过指派与指派位移区最接近和/或在指派位移区内和/或与沿指派对极线的指派位移区最接近和/或在沿指派对极线的指派位移区内的照射特征。
附加地或可替代地，评估装置可以适于在要指派给一个反射特征的多于一条/个对极线和/或照射特征之间进行判定，比如通过比较照射图像内的反射特征和/或对极线的距离，和/或通过比较照射图像内照射特征和/或对极线的误差加权距离(比如ε加权距离)，并将距离和/或ε加权距离较短的对极线和/或照射特征指派给照射特征和/或反射特征。
评估装置可以被配置用于通过使用至少一种三角测量方法来确定至少一个纵坐标ztriang。评估装置可以适于确定照射特征和反射特征的位移。评估装置可以适于确定匹配的照射特征和所选反射特征的位移。评估装置(例如评估装置的至少一个数据处理装置)可以被配置为确定照射特征和反射特征的位移，特别是通过比较照射图像和反射图像的相应图像位置。如本文所使用的，术语“位移”可以是指照射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第二纵坐标与位移之间的预定关系来确定相匹配特征的第二纵坐标。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。用于确定至少一个纵坐标的其他方法(比如离焦深度和/或结构光技术)也是可能的。
在另一方面中，披露了一种被配置用于确定至少一个对象的位置的移动装置。该移动装置包括至少一个根据本发明(比如根据上文披露的一个或多个实施例或根据下文进一步详细披露的一个或多个实施例)的检测器。细节、选项和定义可以参考上文讨论的检测器。
该移动装置是移动通信装置(比如蜂窝电话或智能电话)、平板计算机、便携式计算机中的一个或多个。
在另一方面中，本发明披露了一种方法，该方法用于通过使用至少一个根据本发明(比如根据上文披露的一个或多个实施例或根据下文进一步详细披露的一个或多个实施例)的检测器来确定至少一个对象的位置。
这些方法步骤可以以给定的顺序执行或者可以以不同的顺序执行。进一步地，可以存在未列出的一个或多个额外的方法步骤。进一步地，可以重复执行其中一个、多于一个或者甚至所有方法步骤。细节、选项和定义可以参考上文讨论的检测器。
该方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个投影仪利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象，其中，该投影仪包括至少一个发射器阵列，其中，这些发射器中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器阵列包括至少两个独立驱动的阵列区域；
-通过使用至少一个控制单元控制这些阵列区域的光发射；
-通过使用至少一个相机，成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象响应于由第一阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，以及成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象响应于由第二阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面，其中，该相机具有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器矩阵，这些光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被设计为响应于从该对象传播到该相机的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个评估装置对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
在另一方面中，一种计算机程序，其包括用于当在计算机上或计算机网络上执行该程序时执行根据本发明的方法的计算机可执行指令。具体地，计算机程序可以存储在计算机可读数据载体和/或计算机可读存储介质上。如本文所使用的，术语“计算机可读数据载体”和“计算机可读存储介质”具体地可以是指非暂态数据存储装置，比如其上存储有计算机可执行指令的硬件存储介质。计算机可读数据载体或存储介质具体地可以是或可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)等存储介质。因此，具体地，如上所指示的方法步骤中的一个、多于一个或者甚至所有都可以通过使用计算机或计算机网络、优选地通过使用计算机程序来执行。
本文进一步披露和提出了一种具有程序代码装置的计算机程序产品，以便当程序在计算机或计算机网络上执行时执行本文所包含的一个或多个实施例中的根据本发明的方法。具体地，程序代码装置可以存储在计算机可读数据载体和/或计算机可读存储介质上。
本文进一步披露和提出了一种其上存储有数据结构的数据载体，该数据载体在加载到计算机或计算机网络中(比如加载到计算机或计算机网络的工作存储器或主存储器中)之后，可以执行根据本文所披露的一个或多个实施例的方法。
本文进一步披露和提出了一种计算机程序产品，其具有存储在机器可读载体上的程序代码装置，以便当该程序在计算机或计算机网络上执行时执行根据本文所披露的一个或多个实施例的方法。如本文所使用的，计算机程序产品是指作为可交易产品的程序。产品通常可以以任意格式存在，比如以纸质格式，或者存在于计算机可读数据载体和/或计算机可读存储介质上。具体地，计算机程序产品可以通过数据网络分布。
最后，本文披露和提出了一种调制数据信号，其包含计算机系统或计算机网络可读的指令，用于执行根据本文所披露的一个或多个实施例的方法。
参考本发明的计算机实施的方面，根据本文披露的实施例中的一个或多个的方法的方法步骤中的一个或多个或者甚至所有方法步骤可以通过使用计算机或计算机网络来执行。因此，通常，包括数据的提供和/或操控的方法步骤中的任一个可以通过使用计算机或计算机网络来执行。通常，这些方法步骤可以包括任何方法步骤，但通常需要手动工作的方法步骤除外，比如提供样本和/或执行实际测量的某些方面。
具体地，本发明进一步披露了：
-一种计算机或计算机网络，其包括至少一个处理器，其中，该处理器适于执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法，
-一种计算机可加载数据结构，其适于当在计算机上执行该数据结构时，执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法，
-一种计算机程序，其中，该计算机程序适于当在计算机上执行该程序时，执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法，
-一种计算机程序，其包括用于当在计算机上或计算机网络上执行该计算机程序时执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法的程序装置，
-一种计算机程序，其包括根据前述实施例的程序装置，其中，该程序装置存储在计算机可读的存储介质上，
-一种存储介质，其中，数据结构存储在该存储介质上，并且其中，该数据结构适于在被加载到计算机或计算机网络的主存储设备和/或工作存储设备中之后执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法，以及
-一种具有程序代码装置的计算机程序产品，其中，该程序代码装置可以存储在或被存储在存储介质上，用于当在计算机或计算机网络上执行该程序代码装置时执行根据本说明书中描述的实施例之一的方法。
在本发明的另一方面中，提出了根据本发明(比如根据上文给出的或下文进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器的用于选自由以下各项组成的组的使用目的的用途：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；人机界面应用；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；步态监测应用；人体监测应用；家庭护理；智能生活、汽车应用。
关于本发明的检测器和装置的另外用途，请参考以下文献：WO 2018/091649A1；WO2018/091638 A1；WO 2018/091640 A1；以及C.Lennartz、F.Schick、S.Metz，“Whitepaper-Beam Profile Analysis for 3Dimaging and material detection[白皮书-用于3D成像和材料检测的射束剖面分析]”，2021年4月28日，德国路德维希港，这些文献的内容通过引用包括在本文中。
如本文所使用的，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任何任意语法变型以非排他性方式使用。因此，这些术语既可以指的是除了这些术语引入的特征之外，在该上下文中描述的实体中不存在另外特征的情况，又可以指的是存在一个或多个另外特征的情况。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”既可以指的是除B之外，A中不存在另外要素的情况(即，A仅且单独地由B组成的情况)，又可以指的是除了B之外，实体A中还存在一个或多个另外要素(比如要素C、要素C和D或者甚至另外要素)。
进一步地，应当注意，术语“至少一个”、“一个或多个”、或指示特征或要素可能出现一次或不止一次的类似表达典型地仅在引入相应的特征或要素时使用一次。本文中，在大多数情况下，当提及相应特征或要素时，表述“至少一个”或“一个或多个”不被重复，但是相应特征或要素可以出现一次或多于一次。
进一步地，如本文所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语与可选特征结合使用，而不限制替代性的可能性。因此，这些术语引入的特征是可选特征并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。正如技术人员认识到的，本发明可以通过使用替代性特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在是可选特征，而不对本发明的替代性实施例有任何限制，不对本发明的范围有任何限制，并且不对以这种方式引入的特征与本发明的其他可选或非可选特征组合的可能性有任何限制。
总体上，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1.一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括
-至少一个投影仪，该至少一个投影仪用于利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象，其中，该投影仪包括至少一个发射器阵列，其中，这些发射器中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器阵列包括至少两个独立驱动的阵列区域；
-至少一个控制单元，该至少一个控制单元被配置用于控制这些阵列区域的光发射；
-至少一个相机，该至少一个相机具有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器矩阵，这些光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被设计为响应于从该对象传播到该相机的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，
其中，该相机被配置用于成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象响应于由第一阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，并且
其中，该相机被配置用于成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象响应于由第二阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，
其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面；
-至少一个评估装置，该至少一个评估装置被配置用于通过对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
实施例2.根据前一实施例所述的检测器，其中，该阵列划分为左阵列区域和右阵列区域。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该评估装置被配置用于通过使用光子比率深度技术来确定这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标。
实施例4.根据前一实施例所述的检测器，其中，该射束剖面的分析包括确定该射束剖面的至少一个第一区域和至少一个第二区域，其中，该评估装置被配置用于通过以下各项中的一项或多项来得出组合信号Q：该第一区域和该第二区域相除，该第一区域和该第二区域的倍数相除，该第一区域和该第二区域的线性组合相除，其中，该评估装置被配置用于使用该组合信号Q与该纵坐标之间的至少一个预定关系来确定纵坐标。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该评估装置被配置用于选择该反射图像的至少一个反射特征并用于将所述反射特征指派给对应的发射器，其中，该评估装置被配置用于通过使用至少一种三角测量方法来确定至少一个纵坐标ztriang。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该投影仪包括至少一个快门，其中，该快门被配置用于暂时阻挡来自这些阵列区域之一的光并允许来自另一个阵列区域的光通过，其中，该控制单元被配置用于控制该快门以在阵列区域之间切换。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该控制单元被配置用于驱动这些阵列区域，使得这些阵列区域之一暂时不发光而另一个阵列区域发光，其中，该控制单元被配置用于在这些阵列区域之间切换。
实施例8.根据前述两项实施例中任一项所述的检测器，其中，这些阵列区域之间的切换和该相机的成像是同步的。
实施例9.根据前述三项实施例中任一项所述的检测器，其中，这些阵列区域之间的切换是周期性地执行的。
实施例10.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该发射器中的每一个是和/或包括选自由至少一个激光源和至少一个非激光光源组成的组中的至少一个元件，该至少一个激光源比如为至少一个半导体激光器、至少一个双异质结构激光器、至少一个外腔激光器、至少一个分离约束异质结构激光器、至少一个量子级联激光器、至少一个分布式布拉格反射激光器、至少一个极化激元激光器、至少一个混合硅激光器、至少一个扩展腔二极管激光器、至少一个量子点激光器、至少一个体布拉格光栅激光器、至少一个砷化铟激光器、至少一个砷化镓激光器、至少一个晶体管激光器、至少一个二极管泵浦激光器、至少一个分布式反馈激光器、至少一个量子阱激光器、至少一个带间级联激光器、至少一个半导体环形激光器、至少一个垂直腔面发射激光器、特别是至少一个VCSEL阵列；该至少一个非激光光源比如为至少一个LED或至少一个灯泡。
实施例11.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该投影仪包括被配置用于生成照射图案的至少一个衍射光学元件(DOE)。
实施例12.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该光学传感器包括至少一个CCD传感器或至少一个CMOS传感器。
实施例13.根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该检测器包括至少一个传递装置，该至少一个传递装置被配置用于将光束引导到这些光学传感器上并用于在该传感器元件上形成该反射图像。
实施例14.一种被配置用于确定至少一个对象的位置的移动装置，其中，该移动装置包括至少一个根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，该移动装置是移动通信装置、平板计算机、便携式计算机中的一个或多个。
实施例15.一种方法，该方法用于通过使用至少一个根据前述涉及检测器的实施例中任一项所述的检测器来确定至少一个对象的位置，该方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个投影仪利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象，其中，该投影仪包括至少一个发射器阵列，其中，这些发射器中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器阵列包括至少两个独立驱动的阵列区域；
-通过使用至少一个控制单元控制这些阵列区域的光发射；
-通过使用至少一个相机，成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象响应于由第一阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，以及成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象响应于由第二阵列区域产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面，其中，该相机具有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器矩阵，这些光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被设计为响应于从该对象传播到该相机的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个评估装置对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
实施例16.一种计算机程序，其包括用于当在计算机上或计算机网络上执行该程序时执行根据前一实施例所述的方法的计算机可执行指令。
实施例17.一种计算机可读存储介质，包括指令，这些指令在由根据前述涉及检测器的实施例中任一项所述的检测器执行时使该检测器执行根据实施例15所述的方法。
实施例18.一种非暂态计算机可读介质，包括指令，这些指令在由一个或多个处理器执行时使该一个或多个处理器执行根据实施例15所述的方法。
实施例19.根据前述涉及检测器的实施例中任一项所述的检测器的用于选自由以下各项组成的组的使用目的的用途：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；人机界面应用；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；步态监测应用；人体监测应用；家庭护理；智能生活、汽车应用。
附图说明
根据下面结合从属权利要求对优选示例性实施例的描述，本发明的另外可选的细节和特征是明显的。在本上下文中，特定特征可以以单独的方式或与其他特征组合来实现。本发明不限于示例性实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中相同的附图标记指的是相同的元件或具有相同功能的元件，或者在其功能方面彼此对应的元件。
具体地，在附图中：
图1示出了根据本发明的检测器的实施例；
图2示出了根据本发明的移动装置的实施例；
图3示出了检测器的投影仪的实施例；
图4示出了根据本发明的用于确定至少一个对象的位置的方法的实施例的流程图；以及
图5示出了根据本发明的用于模拟卷帘快门相机的照射方案和成像。
具体实施方式
图1以高度示意性的方式示出了根据本发明的用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的实施例。在图2中示出了示例性的对象112。如图2进一步所示，检测器110可以是附接到或集成在移动装置114(比如，移动电话或智能电话)中的一种。检测器110可以集成在移动装置114中，例如在移动装置114的外壳内。移动装置114是移动通信装置(比如蜂窝电话或智能电话)、平板计算机、便携式计算机中的一个或多个。
检测器110包括用于利用至少一个照射图案来照射对象112的至少一个投影仪116。照射图案包括适于照射对象112的至少一部分的多个照射特征。
照射图案可以选自由以下各项组成的组：至少一个点图案；至少一个线图案；至少一个条纹图案；至少一个棋盘图案；包括周期性或非周期性特征的布置的至少一个图案。照射图案可以包括规则的和/或恒定的和/或周期性的图案，比如三角形图案、矩形图案、六边形图案或包括进一步的凸镶嵌的图案。照射图案可以表现出选自由以下各项组成的组中的至少一个照射特征：至少一个点；至少一条线；至少两条线，比如平行线或交叉线；至少一个点和一条线；周期性或非周期性特征的至少一种布置；至少一个任意形状的特征。照射图案可以包括选自由以下各项组成的组中的至少一个图案：至少一个点图案，特别是伪随机点图案；随机点图案或准随机图案；至少一个Sobol图案；至少一个准周期性图案；包括至少一个预先知道的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、包括凸均匀镶嵌的至少一个图案；包括至少一条线的至少一个线图案；包括如平行线或交叉线等至少两条线的至少一个线图案。例如，投影仪116可以被配置用于生成和/或投射点云或非点状特征。例如，投影仪116可以被配置用于生成点云或非点状特征，使得照射图案可以包括多个点特征或非点状特征。照射图案可以包括规则的和/或恒定的和/或周期性的图案，比如三角形图案、矩形图案、六边形图案或包括进一步的凸镶嵌的图案。照射图案可以在每个区域包括尽可能多的特征，使得六边形图案可以是优选的。相应照射图案的两个特征之间的距离和/或至少一个照射特征的面积可以取决于由至少一个检测器确定的图像中的弥散圆。例如，照射图案可以包括周期性点图案。
投影仪116包括至少一个发射器120阵列118，例如如图3所示。这些发射器120中的每一个被配置用于产生至少一个光束。这些发射器120中的每一个可以是和/或可以包括选自由至少一个激光源和至少一个非激光光源组成的组中的至少一个元件，该至少一个激光源比如为至少一个半导体激光器、至少一个双异质结构激光器、至少一个外腔激光器、至少一个分离约束异质结构激光器、至少一个量子级联激光器、至少一个分布式布拉格反射激光器、至少一个极化激元激光器、至少一个混合硅激光器、至少一个扩展腔二极管激光器、至少一个量子点激光器、至少一个体布拉格光栅激光器、至少一个砷化铟激光器、至少一个砷化镓激光器、至少一个晶体管激光器、至少一个二极管泵浦激光器、至少一个分布式反馈激光器、至少一个量子阱激光器、至少一个带间级联激光器、至少一个半导体环形激光器、至少一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)、特别是至少一个VCSEL阵列；该至少一个非激光光源比如为至少一个LED或至少一个灯泡。
发射器120阵列118可以是二维或一维阵列。阵列118可以包括布置成矩阵的多个发射器120。如图3所示，具体地，矩阵可以是或者可以包括具有一行或多行和一列或多列的矩形矩阵。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，比如非矩形布置。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，发射器120可以是VCSEL阵列118。VCSEL的示例可以例如在en.wikipedia.org/wiki/Vertical-cavity_surface-emitting_laser中找到。VCSEL通常是技术人员已知的，比如从WO 2017/222618 A中可知。VCSEL中的每一个被配置用于产生至少一个光束。VCSEL可以布置在公共的衬底上或不同的衬底上。阵列118可以包括最多2500个VCSEL。例如，阵列118可以包括38x 25个VCSEL，比如具有3.5W的高功率阵列。例如，阵列可以包括10x 27个VCSEL，具有2.5W。例如，阵列可以包括96个VCSEL，具有0.9W。例如具有2500个元件的阵列的尺寸可以最多为2mm x 2mm。
由相应的发射器120所发射的光束可以具有的波长为300至1100nm，优选地为500至1100nm。例如，光束可以具有的波长为940nm。例如，可以使用红外光谱范围内的光，比如780nm至3.0μm范围内的光。具体地，可以使用硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1100nm的范围内)的光。发射器120可以被配置用于在红外区、特别是在近红外区内生成至少一个照射图案。使用近红外区内的光可以允许光不被人眼检测到或仅微弱地被人眼检测到，并且仍然可由硅传感器、特别是标准硅传感器检测到。例如，发射器120可以是VCSEL阵列。VCSEL可以被配置用于发射波长范围为800至1000nm的光束。例如，VCSEL可以被配置用于发射808nm、850nm、940nm或980nm的光束。优选地，VCSEL发射940nm的光，因为地面太阳辐射在该波长处具有辐照度的局部最小值，例如如CIE 085-1989“Solarspectral Irradiance[太阳光谱辐照度]”中所述。
发射器120阵列118包括至少两个独立驱动的阵列区域122。阵列区域122可以是指阵列的任意形状的子部分和/或部分。发射器120可以划分为阵列118的子部分和/或部分。相应的阵列区域122可以包括阵列118的至少一个发射器120，特别是阵列118的多个发射器120。在图3的实施例中，阵列118可以划分为两个区域。阵列区域122可以具有相同数量或不同数量的发射器120。例如，阵列118可以划分为左阵列区域124和右阵列区域126，其中，相对于阵列118的前视图，左阵列区域124可以包括布置在阵列118的对称轴线左侧的发射器120，并且其中，右阵列区域126可以包括布置在阵列118的对称轴线右侧的发射器120。发射器120可以划分为阵列区域122，使得在三角测量的方向上不会产生重叠的照射特征。
阵列区域122可以在不同时间点和/或非同时(比如交替)地发射光。检测器110包括至少一个控制单元128，该至少一个控制单元被配置用于控制阵列区域122的光发射。例如，投影仪116包括至少一个快门130。快门130可以是被配置用于阻挡光通过的光学元件。快门130可以被配置用于暂时阻挡来自这些阵列区域122之一的光并允许来自另一个阵列区域122的光通过。该阻挡可以包括完全阻挡光和/或至少部分阻挡光，使得来自阵列区域的相应发射器的光不会对照射图案产生作用。例如，阻挡可以包括阻挡超过80％的入射强度，优选地阻挡超过90％的入射强度。控制单元128可以被配置用于控制快门130例如通过旋转和/或机械地打开和关闭光圈以在阵列区域122之间切换。
附加地或可替代地，控制单元128可以被配置用于驱动阵列区域122，使得这些阵列区域122之一暂时不发光，而另一个阵列区域122发射光。控制单元128可以被配置用于关闭这些阵列区域122之一的发射器120并打开另一个阵列区域122的发射器120。控制单元128被配置用于在阵列区域122之间切换。例如，可以独立于阵列118中的其他发射器120来控制这些发射器120中的每一个。该控制可以通过硬件(比如通过至少一个电路)和/或通过软件来执行。
阵列区域122之间的切换可以执行为使得这些阵列区域122交替(比如周期性)地处于活动。阵列区域122之间的切换和检测器110的相机132的成像可以是同步的。例如，该切换可以执行为使得在第一相机帧中，这些阵列区域122之一发射光，并且成像出第一反射图像，并且在第二相机帧中，另一个阵列区域122发射光，并且成像出第二反射图像。
投影仪116可以包括被配置用于生成照射图案的至少一个衍射光学元件(DOE)，在此未示出。DOE可以被配置用于从单个入射光束产生多个光束。投影仪116可以包括另外的光学元件，比如至少一个传递装置，例如为至少一个准直透镜，在此未示出。
检测器110包括至少一个相机132，该至少一个相机具有至少一个传感器元件134，该至少一个传感器元件具有光学传感器136矩阵。光学传感器136各自具有光敏区域。每个光学传感器136被设计为响应于从对象112传播到相机132的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号。相机132可以是或可以包括至少一个成像元件，该至少一个成像元件被配置用于记录或捕获空间解析的一维、二维或甚至三维光学数据或信息。作为示例，相机132可以包括至少一个相机芯片，比如被配置用于记录图像的至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片。
具体地，光学传感器136可以是或可以包括至少一个光电检测器，优选为无机光电检测器，更优选为无机半导体光电检测器，最优选为硅光电检测器。具体地，光学传感器136可以在红外光谱范围内是敏感的。矩阵的所有像素或矩阵的光学传感器中的至少一组光学传感器具体地可以是相同的。具体地，可以针对不同的光谱范围提供矩阵中的相同像素的组，或者所有像素在光谱敏感性方面可以是相同的。进一步地，像素在尺寸方面和/或关于它们的电子特性或光电特性方面可以是相同的。具体地，光学传感器136可以是或者可以包括至少一个在红外光谱范围内、优选地在700nm至3.0微米的范围内敏感的无机光电二极管。具体地，光学传感器136可以在硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1100nm的范围内)是敏感的。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，比如可从德国莱茵河畔路德维希港(D-67056)的trinamiXTM GmbH公司以商品名HertzstueckTM商购的红外光学传感器。因此，作为示例，光学传感器136可以包括至少一个本征光伏型光学传感器，更优选地至少一个选自由以下各项组成的组中的半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展型InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。附加地或可替代地，光学传感器136可以包括至少一个非本征光伏类型的光学传感器，更优选地至少一个选自由以下各项组成的组中的半导体光电二极管：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。附加地或可替代地，光学传感器136可以包括至少一个光导式传感器，比如PbS传感器或PbSe传感器、辐射热测量计(优选地选自由VO辐射热测量计和非晶Si辐射热测量计组成的组的辐射热测量计)。
光学传感器136可以在紫外光谱范围、可见光谱范围或红外光谱范围中的一个或多个中是敏感的。具体地，光学传感器可以在500nm至780nm的可见光谱范围内、最优选地在650nm至750nm或在690nm至700nm是敏感的。具体地，光学传感器136可以在近红外区中是敏感的。具体地，光学传感器136可以在硅光电二极管适用的近红外区的部分中(具体地是在700nm至1000nm的范围内)是敏感的。具体地，光学传感器136可以在红外光谱范围内、具体地在780nm至3.0微米的范围内是敏感的。例如，光学传感器均独立地可以是或者可以包括选自由光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或以上各项的任意组合组成的组中的至少一个元件。例如，光学传感器136可以是或者可以包括选自由CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或以上各项的任意组合组成的组中的至少一个元件。可以使用任何其他类型的光敏元件。光敏元件通常可以全部或部分地由无机材料制成和/或可以全部或部分地由有机材料制成。最常见的是，可以使用一个或多个光电二极管，比如可商购的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。
光学传感器136可以包括传感器元件134，该传感器元件包括像素矩阵。因此，作为示例，光学传感器136可以是像素化光学装置的一部分或构成像素化光学装置。例如，光学传感器136可以是和/或可以包括至少一个CCD和/或CMOS器件。作为示例，光学传感器136可以是至少一个具有像素矩阵的CCD和/或CMOS器件的一部分或构成至少一个CCD和/或CMOS器件，每个像素形成一个光敏区域。传感器元件可以形成为整体的单个装置或者形成为若干装置的组合。具体地，矩阵可以是或者可以包括具有一行或多行和一列或多列的矩形矩阵。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，比如非矩形布置。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，矩阵可以是单行像素。其他布置也是可行的。
具体地，矩阵的像素在尺寸、敏感性和其他光学特性、电特性和机械特性中的一个或多个方面可以相同。具体地，矩阵的所有光学传感器136的光敏区域可以位于公共平面内，该公共平面优选面向场景，使得从对象112传播到检测器110的光束可以在该公共平面上产生光斑。光敏区域具体地可以位于相应光学传感器136的表面上。然而，其他实施例也是可行的。相机132可以包括例如至少一个CCD和/或CMOS器件。作为示例，相机132可以构成像素化光学装置或是其一部分。作为示例，光学传感器136可以是至少一个具有像素矩阵的CCD和/或CMOS器件的一部分或构成至少一个CCD和/或CMOS器件，每个像素形成一个光敏区域。
相机132被配置用于成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由对象112响应于由第一阵列区域138产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征。相机132被配置用于成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由对象112响应于由第二阵列区域140产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征。这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面142(图2中示出了示例性的射束剖面)。
反射图像可以是由光学传感器136确定的包括多个反射特征的图像。反射特征可以是由对象112响应于例如利用至少一个照射特征进行照射而产生的图像平面中的特征。反射图像可以包括包含反射特征的至少一个反射图案。
射束剖面144可以是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中的空间分布。射束剖面144可以是光束的横向强度剖面。射束剖面144可以是光束的截面。射束剖面144可以选自由以下各项组成的组：梯形射束剖面；三角形射束剖面；圆锥形射束剖面、以及高斯射束剖面的线性组合。然而，其他实施例也是可行的。
检测器110包括至少一个评估装置146，该至少一个评估装置被配置用于通过对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
评估装置146可以被配置用于选择相应的第一和第二反射图像的反射特征。该选择可以包括识别、确定以及选择反射图像的至少一个反射特征中的一项或多项。评估装置146可以被配置用于执行至少一种图像分析和/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一项或多项：滤波；选择至少一个关注区；形成由传感器信号创建的图像与至少一个偏移之间的差分图像；通过反转由传感器信号创建的图像来反转传感器信号；形成由传感器信号在不同时间创建的图像之间的差分图像；背景校正；分解为颜色通道；分解为色调；饱和度；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用Canny边缘检测器；应用高斯拉普拉斯滤波器；应用高斯差分滤波器；应用Sobel算子；应用拉普拉斯算子；应用Scharr算子；应用Prewitt算子；应用罗伯茨算子；应用Kirsch算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅里叶变换；应用Radon变换；应用霍夫变换；应用小波变换；阈值化；创建二值图像。关注区可以是由用户手动确定的或可以是比如通过识别由光学传感器136生成的图像内的对象来自动确定的。
评估装置146被配置用于通过对这些反射特征的射束剖面144的分析确定其中每一个反射特征的至少一个纵坐标，也表示为zDPR。射束剖面144的分析可以包括射束剖面的评估，并且可以包括至少一个数学运算和/或至少一个比较和/或至少一个对称化和/或至少一个滤波和/或至少一个归一化。例如，射束剖面的分析可以包括直方图分析步骤、差异量度的计算、神经网络的应用、机器学习算法的应用中的至少一个。评估装置146可以被配置用于将射束剖面对称化和/或归一化和/或滤波，特别是去除来自在较大角度的、记录边缘等下的记录的噪声或不对称性。评估装置146可以通过去除高空间频率(比如通过空间频率分析和/或中值滤波等)来对射束剖面滤波。可以通过光斑的强度中心并对距中心相同距离处的所有强度进行平均来执行汇总。评估装置146可以被配置用于将射束剖面归一化至最大强度，特别是考虑由于所记录的距离而导致的强度差异。评估装置146可以被配置用于例如通过在没有照射的情况下成像来从射束剖面中去除背景光的影响。
反射特征可以覆盖图像的至少一个像素或者可以延伸于其上。例如，反射特征可以覆盖多个像素或者可以延伸于其上。评估装置146可以被配置用于确定和/或选择连接到和/或属于反射特征(例如光斑)的所有像素。评估装置146可以被配置用于通过下式确定强度中心：
其中，Rcoi是强度中心的位置，rpixel是像素位置，并且且l＝∑jItotal，其中，j是连接到和/或属于反射特征的像素的数量j，并且Itotal是总强度。
评估装置146可以被配置用于通过使用光子比率深度技术(也表示为射束剖面分析)来确定这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标。关于光子比率深度(DPR)技术，请参考以下文献：WO 2018/091649 A1；WO 2018/091638A1；WO 2018/091640A1；以及C.Lennartz、F.Schick、S.Metz的“Whitepaper-Beam Profile Analysis for 3D imagingand material detection[白皮书-用于3D成像和材料检测的射束剖面分析]”，2021年4月28日，德国路德维希港，这些文献的完整内容通过引用包括在本文中。
这些反射特征之一的射束剖面144的分析可以包括确定射束剖面144的至少一个第一区域和至少一个第二区域。射束剖面的第一区域可以是区域A1并且射束剖面的第二区域可以是区域A2。评估装置146可以被配置用于对第一区域和第二区域积分。评估装置146可以被配置为通过以下各项中的一项或多项得出组合信号Q(也表示为商Q)：经积分的第一区域和经积分的第二区域相除，经积分的第一区域和经积分的第二区域的倍数相除，经积分的第一区域和经积分的第二区域的线性组合相除。评估装置146可以被配置用于使用组合信号与纵坐标之间的至少一个预定关系来确定纵坐标。该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个或多个。评估装置146可以包括至少一个数据存储装置，用于存储该预定关系，比如查找列表或查找表。
评估装置146可以被配置用于将所述反射特征指派给对应的发射器120。将反射特征指派给阵列118的对应的发射器120可以包括特别是明确地确定阵列118中已发射引起所选反射特征的照射特征的一个发射器120。在已知的3D感测装置(比如使用三角测量或结构光技术的装置)中，解决该对应关系问题是复杂且耗时的。评估装置146可以被配置用于通过使用纵坐标zDPR来明确地匹配反射特征与对应的发射器120。利用光子比率深度技术确定的纵坐标可以用于解决对应关系问题。这样，可以将每个反射特征的距离信息用于找到已知发射器阵列的对应关系。该匹配可以包括识别和/或确定和/或评估对应的发射器120和反射特征。
可以使用对极几何来确定与反射特征相对应的照射特征(并且因此，发射器120)。对于对极几何的描述，请参考例如编者为X.Jiang和H.Bunke的“三维计算机视觉[Dreidimensionales Computersehen]”中第2章，施普林格，柏林海德堡，1997年。对极几何可以假设照射图像(即，未畸变的照射图案的图像)和反射图像可以是在具有固定距离的不同空间位置和/或空间取向处确定的图像。该距离可以是相对距离，也表示为基线。照射图像也可以被表示为参考图像。评估装置146可以适于确定参考图像中的对极线。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146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反射特征延伸到该反射特征所源自的真实世界特征的直线。因此，该直线可以包括与所选反射特征相对应的可能对象特征。该直线和基线张成对极平面。由于参考图像是在与反射图像不同的相对星座处确定的，因此对应的可能对象特征可能被成像在参考图像中的一条直线上，这条直线被称为对极线。对极线可以是对极平面与参考图像的相交。因此，与反射图像的所选特征相对应的参考图像的特征位于对极线上。
取决于距已反射照射特征的对象112的距离，与照射特征相对应的反射特征可以在反射图像内位移。参考图像可以包括至少一个位移区，与所选反射特征相对应的照射特征将被成像在该区中。位移区可以仅包括一个照射特征。位移区还可以包括多于一个照射特征。位移区可以包括对极线或对极线的一部分。位移区可以包括多于一条对极线或多于一条对极线的多个部分。位移区可以沿着对极线延伸、正交于对极线延伸或以这两种方式延伸。评估装置146可以适于确定沿着对极线的照射特征。评估装置146可以适于根据组合信号Q确定反射特征的纵坐标z以及误差间隔±ε，以便确定沿着对极线的与z±ε相对应的位移区或者与对极线正交的位移区。使用组合信号Q进行距离测量的测量不确定度可能导致第二图像中非圆形的位移区，因为测量不确定度在不同方向上可能不同。具体地，沿着一条或多条对极线的测量不确定度可能大于在相对于一条或多条对极线的正交方向上的测量不确定度。位移区可以包括在相对于一条或多条对极线的正交方向上的延伸。评估装置146可以适于将所选反射特征与位移区内的至少一个照射特征进行匹配。评估装置146可以适于在考虑所确定的纵坐标zDPR的情况下通过使用至少一种评估算法来将反射图像的所选特征与位移区内的照射特征进行匹配。评估算法可以是线性缩放算法。评估装置146可以适于确定与位移区最接近和/或在位移区内的对极线。评估装置146可以适于确定与反射特征的图像位置最接近的对极线。沿着对极线的位移区的范围可以大于与对极线正交的位移区的范围。评估装置146可以适于在确定对应的照射特征之前确定对极线。评估装置146可以确定每个反射特征的图像位置周围的位移区。评估装置146可以适于向反射特征的每个图像位置的每个位移区指派对极线，比如通过指派与位移区最接近和/或在位移区内和/或与沿正交于对极线的方向的位移区最接近的对极线。评估装置146可以适于通过确定与指派位移区最接近和/或在指派位移区内和/或与沿指派对极线的指派位移区最接近和/或在沿指派对极线的指派位移区内的照射特征，来确定与反射特征相对应的照射特征。
评估装置146可以被配置用于通过使用至少一种三角测量方法来确定至少一个纵坐标ztriang。评估装置146可以适于确定照射特征和反射特征的位移。评估装置146可以适于确定匹配的照射特征和所选反射特征的位移。评估装置146(例如评估装置的至少一个数据处理装置)可以被配置为确定照射特征和反射特征的位移，特别是通过比较照射图像和反射图像的相应图像位置。位移可以是照射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146可以适于使用第二纵坐标与位移之间的预定关系来确定相匹配特征的第二纵坐标。评估装置146可以适于通过使用三角测量方法来确定预定关系。用于确定至少一个纵坐标的其他方法(比如离焦深度和/或结构光技术)也是可能的。
图4示出了根据本发明的用于确定至少一个对象112的位置的方法的实施例的流程图。这些方法步骤可以以给定的顺序执行或者可以以不同的顺序执行。进一步地，可以存在未列出的一个或多个额外的方法步骤。进一步地，可以重复执行其中一个、多于一个或者甚至所有方法步骤。
该方法包括以下步骤：
-(用附图标记148表示)通过使用至少一个投影仪116利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象122，其中，该投影仪包括至少一个发射器120阵列118，其中，这些发射器120中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，发射器120阵列118包括至少两个独立驱动的阵列区域122；
-(用附图标记150表示)通过使用至少一个控制单元128控制这些阵列区域122的光发射；
-(用附图标记152表示)通过使用至少一个相机132，成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由对象111响应于由第一阵列区域138产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，以及成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由对象112响应于由第二阵列区域140产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面144，其中，相机132具有至少一个传感器元件134，该至少一个传感器元件具有光学传感器136矩阵，这些光学传感器136各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器136被设计为响应于从对象112传播到相机132的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-(用附图标记154表示)通过使用至少一个评估装置146对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
图5示出了其中检测器110可以被配置用于模拟卷帘快门相机的实施例。相机132可以被配置用于在不同时间对要成像的完整或整个场景进行成像(即，作为全局快门相机操作)。控制单元128可以被配置用于控制投影仪116，使得在不同的时间照射场景的不同区。因此，由相机132成像出的图像包括不同的被照射区，并且可以通过使用评估装置146被拼接在一起，例如通过使用至少一种拼接算法。拼接算法通常是技术人员已知的。可以通过使用控制单元128使照射和成像同步。
图5示出了用于模拟卷帘快门相机的照射方案和成像。投影仪116可以被配置用于照射要成像的场景，使得投影仪116在不同时间照射三个区I、II和III。相机132可以在投影仪116照射期间对整个场景进行成像。评估装置146可以被配置用于通过将三个区I、II和III的图像拼接在一起来生成该场景的图像。具体地，在图5的示例中，当场景被阵列区域122A和B照射时，相机132对区域I进行成像。当场景被阵列区域122B和C照射时，相机132对区域II进行成像，并且当场景被阵列区域122C和D照射时，该相机对区域III进行成像。
附图标记清单
110 检测器
112 对象
114 移动装置
116 投影仪
118 阵列
120 发射器
122 阵列区域
124 左阵列区域
126 右阵列区域
128 控制单元
130 快门
132 相机
134 传感器元件
136 光学传感器
138 第一阵列区域
140 第二阵列区域
142 另外的光学元件
144 射束剖面
146 评估装置
148 照射
150 控制
152 成像
154 确定

Claims (18)

1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，该检测器(110)包括
-至少一个投影仪(116)，该至少一个投影仪用于利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象(112)，其中，该投影仪(116)包括至少一个发射器(120)阵列(118)，其中，这些发射器(120)中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器(120)阵列(118)包括至少两个独立驱动的阵列区域(122)；
-至少一个控制单元(128)，该至少一个控制单元被配置用于控制这些阵列区域(122)的光发射；
-至少一个相机(132)，该至少一个相机具有至少一个传感器元件(134)，该至少一个传感器元件具有光学传感器(136)矩阵，这些光学传感器(136)各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器(136)被设计为响应于从该对象传播到该相机(132)的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，
其中，该相机(132)被配置用于成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象(112)响应于由第一阵列区域(138)产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，并且
其中，该相机(132)被配置用于成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象(112)响应于由第二阵列区域(140)产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，
其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面(144)；
-至少一个评估装置(146)，该至少一个评估装置被配置用于通过对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面(144)的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标，其中，这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标是这些光学传感器(136)与该对象(112)之间的距离。
2.根据前一项权利要求所述的检测器(110)，其中，该阵列划分为左阵列区域(124)和右阵列区域(126)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估装置(146)被配置用于通过使用光子比率深度技术来确定这些反射特征中的每一个反射特征的纵坐标。
4.根据前一项权利要求所述的检测器(110)，其中，该射束剖面(144)的分析包括确定该射束剖面(144)的至少一个第一区域和至少一个第二区域，其中，该评估装置(146)被配置用于通过以下各项中的一项或多项来得出组合信号Q：该第一区域和该第二区域相除，该第一区域和该第二区域的倍数相除，该第一区域和该第二区域的线性组合相除，其中，该评估装置(146)被配置用于使用该组合信号Q与该纵坐标之间的至少一个预定关系来确定该纵坐标。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估装置(146)被配置用于选择该反射图像的至少一个反射特征并用于将所述反射特征指派给对应的发射器(120)，其中，该评估装置(146)被配置用于通过使用至少一种三角测量方法来确定至少一个纵坐标ztriang。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该投影仪(116)包括至少一个快门(130)，其中，该快门(130)被配置用于暂时阻挡来自这些阵列区域(122)之一的光并允许来自另一个阵列区域(122)的光通过，其中，该控制单元(128)被配置用于控制该快门(130)以在阵列区域(122)之间切换。
7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该控制单元(128)被配置用于驱动这些阵列区域(122)，使得这些阵列区域(122)之一暂时不发光而另一个阵列区域(122)发光，其中，该控制单元(128)被配置用于在这些阵列区域(122)之间切换。
8.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器，其中，这些阵列区域(122)之间的切换和该相机(132)的成像是同步的。
9.根据前述三项权利要求中任一项所述的检测器，其中，这些阵列区域(122)之间的切换是周期性执行的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该发射器(120)中的每一个是和/或包括选自由至少一个激光源和至少一个非激光光源组成的组中的至少一个元件，该至少一个激光源比如为至少一个半导体激光器、至少一个双异质结构激光器、至少一个外腔激光器、至少一个分离约束异质结构激光器、至少一个量子级联激光器、至少一个分布式布拉格反射激光器、至少一个极化激元激光器、至少一个混合硅激光器、至少一个扩展腔二极管激光器、至少一个量子点激光器、至少一个体布拉格光栅激光器、至少一个砷化铟激光器、至少一个砷化镓激光器、至少一个晶体管激光器、至少一个二极管泵浦激光器、至少一个分布式反馈激光器、至少一个量子阱激光器、至少一个带间级联激光器、至少一个半导体环形激光器、至少一个垂直腔面发射激光器；该至少一个非激光光源比如为至少一个LED或至少一个灯泡。
11.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该光学传感器(136)包括至少一个CCD传感器或至少一个CMOS传感器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该检测器(110)包括至少一个传递装置，该至少一个传递装置被配置用于将该光束引导到这些光学传感器上并用于在该传感器元件上形成该反射图像。
13.一种被配置用于确定至少一个对象(112)的位置的移动装置(114)，其中，该移动装置(114)包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该移动装置(114)是移动通信装置、平板计算机、便携式计算机中的一个或多个。
14.一种方法，该方法用于通过使用至少一个根据前述涉及检测器的权利要求中任一项所述的检测器(110)来确定至少一个对象(112)的位置，该方法包括以下步骤：
-(148)通过使用至少一个投影仪(116)利用包括多个照射特征的至少一个照射图案来照射至少一个对象(112)，其中，该投影仪(1169包括至少一个发射器(120)阵列(118)，其中，这些发射器(120)中的每一个被配置用于产生至少一个光束，其中，该发射器(120)阵列(118)包括至少两个独立驱动的阵列区域(122)；
-(150)通过使用至少一个控制单元(128)控制这些阵列区域(122)的光发射；
-(152)通过使用至少一个相机(132)，成像出至少一个第一反射图像，该至少一个第一反射图像包括由该对象(112)响应于由第一阵列区域(138)产生的照射特征的照射而产生的第一多个反射特征，以及成像出至少一个第二反射图像，该至少一个第二反射图像包括由该对象(112)响应于由第二阵列区域(140)产生的照射特征的照射而产生的第二多个反射特征，其中，这些反射特征中的每一个反射特征包括至少一个射束剖面(144)，其中，该相机(132)具有至少一个传感器元件(134)，该至少一个传感器元件具有光学传感器(136)矩阵，这些光学传感器(136)各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器(136)被设计为响应于从该对象(112)传播到该相机(132)的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-(154)通过使用至少一个评估装置(146)对这些反射特征中的每一个反射特征的相应射束剖面(144)的分析来确定该每一个反射特征的至少一个纵坐标。
15.一种计算机程序，其包括用于当在计算机上或计算机网络上执行该程序时执行根据前一权利要求所述的方法的计算机可执行指令。
16.一种计算机可读存储介质，包括指令，这些指令在由根据前述涉及检测器的实施例中任一项所述的检测器执行时使该检测器执行根据权利要求14所述的方法。
17.一种非暂态计算机可读介质，包括指令，这些指令在由一个或多个处理器执行时使该一个或多个处理器执行根据权利要求14所述的方法。
18.根据前述涉及检测器(110)的权利要求中任一项所述的检测器的用于选自由以下各项组成的组的使用目的的用途：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；人机界面应用；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；步态监测应用；人体监测应用；家庭护理；智能生活、汽车应用。
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