TW202101028A - 使用高密度投射圖案的距離量測 - Google Patents

使用高密度投射圖案的距離量測 Download PDF

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Abstract

一種範例方法包括致使距離感測器的光投射系統投射光圖案至物體上。該光圖案包括經排列在格線中的複數個投射假影。該格線的列與行以交錯的方式排列。列之間的間隔與行之間的間隔經設定使得該光圖案的圖案密度參數隨著該等投射假影的軌跡的長度增加。該圖案密度參數經界定為該等投射假影之最大直徑與該軌跡的該長度之間的比例。該方法進一步包括致使該距離感測器的光接收系統取得投射到該物體上的該光圖案的影像，及基於在該影像中該等投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的距離。

Description

使用高密度投射圖案的距離量測
本揭示案概略關於三維距離感測器，且更特定地關於利用高密度投射圖案來計算距離的三維距離感測器。
本申請案申請美國臨時專利申請案第62/823,255號（申請於2019年3月25日）的優先權益，該案在此藉引用方式整體併入本文。
美國專利申請案第14/920,246號、第15/149,323號、及第15/149,429號描述距離感測器的各種配置方式。此類距離感測器可用於各式各樣應用中，包括保全、遊戲、無人駕駛車輛的控制、及其他應用。
這些申請案中描述的距離感測器包括將對人眼而言大致不可見之波長的光束（例如紅外光）投射到視野中的投射系統（例如包含雷射、繞射光學元件、及/或其他協作部件）。光束展開而產生圖案（有點、劃、或其他假影），該些圖案能被適當的光接收系統（例如鏡頭、影像擷取裝置、及/或其他部件）偵測。當該圖案被入射到視野中的一物體上時，能基於在該視野之一或更多個影像中該圖案的外觀（例如該些點、劃、或其他假影的位置關係）來計算從感測器到該物體的距離，該一或更多個影像可由感測器的光接收系統所擷取。也能決定物體的形狀及尺寸。
例如，圖案的外觀可隨到物體的距離改變。作為一例，若該圖案包含點組成的圖案，當物體接近感測器時該些點可顯得彼此較靠近，而當物體進一步遠離感測器時該些點可顯得彼此更遠離。
在一例中，一種方法包括藉由一距離感測器的一處理系統，致使該距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在一格線中，該格線包含複數個列（其中該複數個列的排列是交錯的）及複數個行（其中該複數個行的排列是交錯的），其中該複數個列之間的間隔與該複數個行之間的間隔經設定使得該光圖案的圖案密度參數隨著該複數個投射假影的軌跡的長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例，藉由該處理系統，致使該距離感測器的一光接收系統取得投射到該物體上的該光圖案的一影像，及藉由該處理系統，基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
另一例中，一種非暫時性機器可讀取儲存媒體經編碼有可由距離感測器之處理系統執行的指令。當被執行時，該等指令致使該處理系統進行包括以下的操作：致使該距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在一格線中，該格線包含複數個列及複數個行，其中該複數個列的排列是交錯的，其中該複數個行的排列是交錯的，其中該複數個列之間的一間隔及該複數個行之間的一間隔經設定使得該光圖案的一圖案密度參數隨著該複數個投射假影的一軌跡的一長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例該距離感測器之一光接收系統去取得投射到該物體上的該光圖案的一影像，及基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
在另一例中，一種設備包括一處理系統及編碼有該處理系統可執行之指令的一非暫時性機器可讀取儲存媒體。當該等指令被執行時，致使該處理系統進行包括以下的操作：致使該距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在包含複數個列及複數個行的一格線中，其中該複數個列的排列是交錯的，其中該複數個行的排列是交錯的，其中該複數個列之間的一間隔及該複數個行之間的一間隔經設定使得該光圖案的一圖案密度參數隨著該複數個投射假影的一軌跡的一長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例該距離感測器的一光接收系統去取得投射到該物體上的該光圖案的一影像，及基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
本揭示案廣泛地說明用於利用高密度投射圖案之距離量測的設備、方法、及非暫時性電腦可讀取媒體。如以上所討論，像是美國專利申請案第14/920,246號、第15/149,323號、及第15/149,429號中所述者的距離感測器，藉由投射光束來決定到一物體的距離（還有，可能有該物體的形狀及尺寸），該光束在包括該物體之視野中展開以產生一圖案（例如有點、劃、或其他假影）。該光束可自一或更多個雷射光源投射，該一或更多個雷射光源發出的光所具波長對人眼而言大致不可見，但對一適當偵測器（例如光接收系統的）而言為可見的。接著可基於該圖案對該偵測器而言的外觀，來利用三角測量技術計算到該物體的三維距離。
往往需要高密度圖案（即其中在投射假影之間的距離小的圖案），因為其允許進行更高解析度的距離量測。然而，此種圖案的高密度也能使距離計算更為複雜。其一，投射假影彼此越近，個別投射假影之軌跡的移動（移動面積、或可能移動的範圍）將更可能重疊。此重疊使得感測器更難以區分個別投射假影及其移動。由於一投射假影的移動影響了該投射假影的外觀，且因距離的計算是基於投射假影的外觀的，此複雜化了距離量測而導致更長的運算時間。
此外，即使是較低密度圖案，當物體較接近感測器時期可能顯得更緊密。特定地，投射假影的大小、強度、及間隔隨著離物體的距離改變。當感測器較遠離物體時，投射圖案將顯得較不緊密；投射假影將顯得較小且較不亮，其中間的間隔較大。當感測器較接近物體時，投射圖案將顯得較緊密；投射假影將顯得較大且較亮，其中間具有較少間隔。投射假影的大小、強度、及形狀也基於物體的形狀、反射率、及反射率分佈而改變。
本揭示案的範例提供高密度投射圖案，在其中的投射假影經排列在包含複數個列及複數個行的一格線圖案中。該複數個列及該複數個行以交錯的方式排列。該投射圖案的密度可藉由一圖案密度參數來定義，該圖案密度參數可經計算作為該等個別投射假影的最大直徑（或寬度）與該等投射假影之軌跡的長度之間的比例。特定而言，圖案密度隨著圖案密度參數之減少而增加。在進一步範例中，可基於該圖案密度參數的值來調整投射圖案的間距推移對齊，使得對於較高的圖案密度參數值而言該間距推移對齊較大。
第1圖描繪按照本揭示案之投射圖案100的範例的一部分。如圖示，投射圖案100包含複數個投射假影1021 -102n （以下個別地稱為一「投射假影102」或一起稱為「投射假影102」）。投射假影102包含當個別的光束（投射自一距離感測器的光投射系統）入射在一表面之上時產生在該表面上的形狀。投射假影102可依照光束的配置而定地包含點、劃、x、或任何其他形狀。在第1圖中所描繪範例中，投射假影102包含點。
如進一步圖示在第1圖中，複數個投射假影102經排列成包含複數個列1041 -104x （以下個別地稱為一「列104」或一起稱為「列104」）及複數個行1061 -106y （以下個別地稱為「一行106」或一起稱為「行106」）的一格線圖案。在一例中，列104的排列是交錯的。例如，在圖示的範例中，列104經排列而使投射假影的一子集（也就是每隔一列104的投射假影102）經對齊或沿在y或垂直方向中通過投射假影102之中心的虛線為共線的。作為一例，列1041 及104x 的投射假影102以此方式對齊。相反，在圖示的範例中，該等投射假影的另一子集（也就是任兩個緊鄰的列104的投射假影102）將不會對齊（例如將沒有在y或垂直方向中的虛線是穿過兩列104之投射假影102的中心的）。作為一例，列1041 及1042 的投射假影102以此種方式排列。
類似地，行106的排列也是交錯的。例如，在圖示的範例中，行106經排列使得每隔一行106的投射假影102是對齊的或沿在x或水平方向中穿過投射假影102之中心的虛線為共線的。作為一例，行1061 及106y 的投射假影102以此種方式對齊。相反，在圖示的範例中，任兩個緊鄰的行106的投射假影102將不會對齊（例如將沒有在x或水平方向中的虛線是穿過兩行106之投射假影102的中心的）。作為一例，行1061 及1062 的投射假影102以此種方式排列。
此外，第1圖的範例投射圖案經排列以使得投射圖案100的「推移對齊」是在水平或x方向中有三個間距，其中在水平或x方向中的「間距」在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線108與第二虛線110之間在x或水平方向中的距離，第一虛線108通過（在y或垂直方向中）第一行106（例如行1061 ）中之投射假影102的中心，第二虛線110通過（在y或垂直方向中）緊鄰第一行106的第二行106（例如行1062 ）中之投射假影102的中心。
在水平或x方向中的單一間距的長度可定義成「a」。也就是說，在每一對緊鄰的行106之間（或在該對緊鄰的行106中的投射假影102之中心之間）在水平或x方向中可存在a的距離。
類似地，從通過（在y或垂直方向中）第一行106中之投射假影102的中心的第一虛線108到通過（在y或垂直方向中）第三行106中之投射假影102的中心的第三虛線112在x或水平方向中的距離可經定義為「2a」，該第三行106離第一行106有兩行。從通過（在y或垂直方向中）第一行106中之投射假影102的中心的第一虛線108到通過（在y或垂直方向中）第四行106中之投射假影102的中心的第四虛線114在x或水平方向中的距離可經定義為「3a」，該第四行106離第一行106有三行。
此外，第1圖的範例投射圖案經排列以使得在垂直或y方向中的「間距」在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線116與第二虛線118之間在垂直或y方向中的距離，第一虛線116通過（在x或水平方向中）第一列104 （例如列1041 ）中之投射假影102的中心，第二虛線118通過（在x或水平方向中）緊鄰第一列104的第二列104（例如列1042 ）中之投射假影102的中心。在垂直或y方向中的單一間距可定義為「b」。也就是說，在每一對緊鄰的列104之間（或在該對緊鄰的列104中的投射假影102之中心之間）在垂直或y方向中可存在b的距離。
如以上所討論，第1圖之範例投射圖案100經排列使得投射圖案100之「推移對齊」在水平或x方向中是三個間距。在此情況中，投射假影的軌跡（或移動範圍）的長度（L）可趨近等於在第一行106中之第一投射假影102的中心與離第一行106有三行的第四行106中之第二投射假影102的中心之間的最短距離。因此，在第1圖中，L趨近（儘管並非恰好）等於3a。
此外，投射圖案100中的角度θ可經定義成虛線120與虛線122之間的角度，虛線120在x或水平方向中在第一行106中的第一投射點102之中心之間通過，虛線122通過第二行106中的第一投射點102與第二投射點102兩者之中心，該第二行106離第一行有三行（其中第二投射點102可為第二行106中離第一投射點102最接近的投射點）。第一投射點102及第二投射點102也可駐留在緊鄰的列104中。
有此理解，角度θ可經定義如下：
Figure 02_image001
（等式1） 其中d是在距離感測器的光接收系統之影像感測器上的投射假影102的最大直徑（此後為易於解釋，d僅被稱為投射假影的直徑）。此外，
Figure 02_image003
（等式2） 且
Figure 02_image005
（等式3）。
因此，
Figure 02_image007
（等式4）
最後，可導出圖案密度參數k，其中k是投射假影102之最大直徑（d）與藉由改變物體距離（例如最小到最大距離）的投射圖案軌跡或移動距離的長度（L）之間的比例。因此，k可經定義成：
Figure 02_image009
（等式5） 其中a=b（或a/b = 1）。然而，應注意，如以下進一步詳細說明之ㄧ些範例中圖示的，在一些圖案中a不一定等於b。圖案密度參數（k）的值越大，在投射圖案中之個別投射假影之間的間隔越大。因此，投射圖案的密度與圖案密度參數之值的大小成反比。從等式5中k的定義，以及a = b的假設，
Figure 02_image011
（等式6） 且
Figure 02_image013
（等式7）。
在一例中，第1圖中所示距離圖案100的三間距推移對齊排列可在k小於第一預先決定閾值時實施。在一例中，第一預先決定閾值是十五，使得k > 15。
第2圖描繪按照本揭示案之另一範例投射圖案200的一部分。如圖示，投射圖案200包含複數個投射假影2021 -202m （以下個別地稱為一「投射假影202」或一起稱為「投射假影202」）。投射假影202包含當個別的光束（投射自一距離感測器的光投射系統）入射在一表面之上時產生在該表面上的形狀。投射假影202可依照光束的配置而定地包含點、劃、x、或任何其他形狀。在第2圖中所描繪範例中，投射假影202包含點。
如進一步圖示在第2圖中，複數個投射假影202經排列成包含複數個列2041 -204w （以下個別地稱為一「列204」或一起稱為「列204」）及複數個行2061 -206z （以下個別地稱為「一行206」或一起稱為「行206」）的一格線圖案。在一例中，列204的排列是交錯的。例如，在圖示的範例中，列204經排列而使投射假影的一子集（也就是每隔一列204的投射假影202）經對齊或沿在y或垂直方向中通過投射假影202之中心的虛線為共線的。作為一例，列2041 及204w 的投射假影202以此方式對齊。相反，在圖示的範例中，任兩個緊鄰的列204的投射假影202將不會對齊（例如將沒有在y或垂直方向中的虛線穿過兩列204之投射假影202的中心）。作為一例，列2041 及2042 的投射假影202以此種方式排列。
類似地，行206的排列也是交錯的。例如，在圖示的範例中，行206經排列使得每隔一行206的投射假影202是對齊的或沿在x或水平方向中穿過投射假影202之中心的虛線為共線的。作為一例，行2061 及206z 的投射假影202以此種方式對齊。相反，在圖示的範例中，任兩個緊鄰的行206的投射假影202將不會對齊（例如將沒有在x或水平方向中的虛線穿過兩行206之投射假影202的中心）。作為一例，行2061 及2062 的投射假影202以此種方式排列。
目前為止，第2圖的範例投射圖案200類似於第1圖的範例投射圖案。然而，不像投射圖案100之中推移對齊經排列為在水平或x方向中有三個間距，範例投射圖案200經排列使得投射圖案200的推移對齊在水平或x方向中為五個間距。如同第1圖中的情形，在水平或x方向中的「間距」在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線208與第二虛線210之間在x或水平方向中的距離，第一虛線208通過（在y或垂直方向中）第一行206（例如行2061 ）中之投射假影202的中心，第二虛線110通過（在y或垂直方向中）緊鄰第一行206的第二行206（例如行2062 ）中之投射假影202的中心。
在水平或x方向中的單一間距（「第一間距」）的長度可定義成「a」。也就是說，在每一對緊鄰的行206之間（或在該對緊鄰的行206中的投射假影202之中心之間）在水平或x方向中可存在a的距離。
類似地，從通過（在y或垂直方向中）第一行206中之投射假影202的中心的第一虛線208到通過（在y或垂直方向中）第三行206中之投射假影202的中心的第三虛線212在x或水平方向中的距離可經定義為「2a」，該第三行206離第一行206有兩行。從通過（在y或垂直方向中）第一行206中之投射假影202的中心的第一虛線208到通過（在y或垂直方向中）第四行206中之投射假影202的中心的第四虛線214在x或水平方向中的距離可經定義為「5a」，第四行206離第一行206有五行。
此外，第2圖的範例投射圖案經排列以使得在垂直或y方向中的「間距」（「第二間距」）在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線216與第二虛線218之間在垂直或y方向中的距離，第一虛線216通過（在x或水平方向中）第一列204（例如列2041 ）中之投射假影202的中心，第二虛線218通過（在x或水平方向中）緊鄰第一列204的第二列204（例如列2042 ）中之投射假影202的中心。在垂直或y方向中的單一間距可定義為「b」。也就是說，在每一對緊鄰的列204之間（或在該對緊鄰的列204中的投射假影202之中心之間）在垂直或y方向中可存在b的距離。
如以上所討論，第2圖之範例投射圖案200經排列使得投射圖案200之「推移對齊」在水平或x方向中是五個間距。在此情況中，投射假影的軌跡（或移動範圍）的長度（L）可趨近等於在第一行206中之第一投射假影202的中心與離第一行206有五行的第四行206中之第二投射假影202的中心之間的最短距離。因此，在第2圖中，L趨近（儘管並非恰好）等於5a。
此外，投射圖案200中的角度θ可經定義成虛線220與虛線222之間的角度，虛線220在x或水平方向中在第一行206中的第一投射點202之中心之間通過，虛線222通過離第一行有五行之第二行206中的第一投射點202的中心與第二投射點202的中心兩者（其中第二投射點202可為第二行206中離第一投射點202最接近的投射點）。第一投射點202與第二投射點202也可駐留在緊鄰的列204中。角度θ可按照等式1（如上）定義。更甚者，等式2的關係對於第2圖之範例投射圖案200也成立。
然而，對於第2圖的五間距推移對齊，垂直或y方向中的間距b可按照以下來定義：
Figure 02_image015
（等式8）。
因此，
Figure 02_image017
（等式9）
因此，k可經定義成：
Figure 02_image019
（等式10） 其中a=b（或a/b = 1）。如此，
Figure 02_image021
（等式11） 且
Figure 02_image023
（等式12）。
在一例中，第2圖中所示距離圖案200的五間距推移對齊排列可在k大於第一預先決定閾值、但小於第二預先決定閾值時實施。在一例中，第一預先決定閾值是十五，同時第二預先決定閾值是三十五，使得15 > k > 35。
第3圖描繪按照本揭示案之另一範例投射圖案300的一部分。如圖示，投射圖案300包含複數個投射假影3021 -302p （以下個別地稱為「投射假影302」或一起稱為「投射假影302」）。投射假影302包含當個別的光束（投射自一距離感測器的光投射系統）入射在一表面之上時產生在該表面上的形狀。投射假影302可依照光束的配置而定地包含點、劃、x、或任何其他形狀。在第3圖中所描繪範例中，投射假影302包含點。
如進一步圖示在第3圖中，複數個投射假影302經排列成包含複數個列3041 -304i （以下個別地稱為一「列304」或一起稱為「列304」）及複數個行3061 -306j （以下個別地稱為「一行306」或一起稱為「行306」）的一格線圖案。在一例中，列304的排列是交錯的。例如，在圖示的範例中，列304經排列而使每隔一列304的投射假影302經對齊或沿在y或垂直方向中通過投射假影302之中心的虛線為共線的。作為一例，列3041 及304i 的投射假影302以此方式對齊。相反，在圖示的範例中，任兩個緊鄰的列304的投射假影302將不會對齊（例如將沒有在y或垂直方向中的虛線穿過兩列304之投射假影302的中心）。作為一例，列3041 及3042 的投射假影302以此種方式排列。
類似地，行306的排列也是交錯的。例如，在圖示的範例中，行306經排列使得每隔一行306的投射假影302是對齊的或沿在x或水平方向中穿過投射假影302之中心的虛線為共線的。作為一例，行3061 及306j 的投射假影302以此種方式對齊。相反，在圖示的範例中，任兩個緊鄰的行306的投射假影302將不會對齊（例如將沒有在x或水平方向中的虛線穿過兩行306之投射假影302的中心）。作為一例，行3061 及3062 的投射假影302以此種方式排列。
目前為止，第2圖的範例投射圖案200類似於分別是第1圖及第2圖的範例投射圖案100及200。然而，不像分別在投射圖案100及200之中推移對齊經排列為在水平或x方向中有三個間距及五個間距，範例投射圖案300經排列使得投射圖案300的推移對齊在水平或x方向中為七個間距。如同第1圖及第2圖中的情形，在水平或x方向中的「間距」在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線308與第二虛線310之間在x或水平方向中的距離，第一虛線308通過（在y或垂直方向中）第一行306（例如行3061 ）中之投射假影302的中心，第二虛線310通過（在y或垂直方向中）緊鄰第一行306的第二行306（例如行3062 ）中之投射假影302的中心。
在水平或x方向中的單一間距的長度可定義成「a」。也就是說，在每一對緊鄰的行306之間（或在該對緊鄰的行306中的投射假影302之中心之間）在水平或x方向中可存在a的距離。
類似地，從通過（在y或垂直方向中）第一行306中之投射假影302的中心的第一虛線308到通過（在y或垂直方向中）第三行306中之投射假影302的中心的第三虛線312在x或水平方向中的距離可經定義為「2a」，該第三行306離第一行306有兩行。從通過（在y或垂直方向中）第一行306中之投射假影302的中心的第一虛線308到通過（在y或垂直方向中）第四行306中之投射假影302的中心的第四虛線314在x或水平方向中的距離可經定義為「7a」，第四行306離第一行306有七行。
此外，第3圖的範例投射圖案300經排列以使得在垂直或y方向中的「間距」在本揭示案的情境中經理解為指稱在第一虛線316與第二虛線318之間在垂直或y方向中的距離，第一虛線316通過（在x或水平方向中）第一列304（例如列3041 ）中之投射假影302的中心，第二虛線318通過（在x或水平方向中）緊鄰第一列304的第二列304（例如列3042 ）中之投射假影302的中心。在垂直或y方向中的單一間距可定義為「b」。也就是說，在每一對緊鄰的列304之間（或在該對緊鄰的列304中的投射假影302之中心之間）在垂直或y方向中可存在b的距離。
如以上所討論，第3圖之範例投射圖案300經排列使得投射圖案300之「推移對齊」在水平或x方向中是七個間距。在此情況中，投射假影的軌跡（或移動範圍）的長度（L）可趨近等於在第一行306中之第一投射假影302的中心與離第一行306有七行的第四行306中之第二投射假影302的中心之間的最短距離。因此，在第3圖中，L趨近（儘管並非恰好）等於7a。
此外，投射圖案300中的角度θ可經定義成虛線320與虛線322之間的角度，虛線320在x或水平方向中在第一行306中的第一投射點302之中心之間通過，虛線322通過離第一行有七行之第二行206中的第一投射點302的中心與第二投射點302的中心兩者（其中第二投射點302可為第二行306中離第一投射點302最接近的投射點）。第一投射點302與第二投射點302也可駐留在緊鄰的列304中。角度θ可按照等式1（如上）定義。更甚者，等式2的關係對於第3圖之範例投射圖案300也成立。
然而，對於第3圖的七間距推移對齊，垂直或y方向中的間距b可按照以下來定義：
Figure 02_image025
（等式13）。
因此，
Figure 02_image027
（等式14）
因此，k可經定義成：
Figure 02_image029
（等式15） 其中a=b（或a/b = 1）。如此，
Figure 02_image031
（等式16） 且
Figure 02_image033
（等式17）。
在一例中，第3圖中所示距離圖案300的七間距推移對齊排列可在k大於第二預先決定閾值時實施。在一例中，該第二預先決定閾值是三十五，使得k > 35。
因此，應注意等式7、等式12、及等式17能經概括以將k定義成：
Figure 02_image035
（等式18）， 其中a = b，其中N是投射圖案之推移對齊中的間距個數（例如三個、五個、七個、或另一個數）。在一例中，對於其中列與行相對於彼此交錯的投射圖案而言，N可為任意奇數。第4A～4C圖及第5A～5C圖（以下將更詳細討論）描繪其中a ≠ b的範例。在此情況中，等式18不成立。
第4A～4C圖描繪不同投射圖案的範例，在該等不同投射圖案中投射假影的直徑d相同，但間距推移長度（或推移對齊中的間距個數）有異。更特定地，第4A圖描繪三間距推移對齊的範例；第4B圖描繪五間距推移對齊的範例；而第4C圖描繪七間距推移對齊的範例。
在第4A圖的範例中，x或水平方向中的間距經定義成a0 。因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有三行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「3a0 」。更甚者，L趨近（但非恰好）等於3a0 。
額外地，y或垂直方向中的間距經定義成b0 。因此，投射圖案的圖案面積S0 ，其可經定義成由水平方向中的單一間距與垂直方向中的單一間距所界定的面積（如圖示，其具有平行四邊形之形狀），乃趨近a0 x b0 。
在第4A圖中，圖案密度參數k經設定為一範例值為八；因此，k = L/d = 8。
在第4B圖的範例中，x或水平方向中的間距經定義成a1 ，其中a1 > a0 。在一例中，a1 = a0 x (3/5)，其中3是關聯於大小為a0 之水平間距的推移間距大小，而5是關聯於大小為a1 之水平間距的推移間距大小。
因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有五行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「5a1 」。更甚者，L趨近（但非恰好）等於5a1 。因此，5a1 也趨近等於3a0 。
額外地，y或垂直方向中的間距經定義成b1 ，其中b1 > b0 。在一例中，b1 = b0 x (5/3)，其中5是關聯於大小為b1 之垂直間距的推移間距大小，而3是關聯於大小為b0 之垂直間距的推移間距大小。因此，投射圖案的圖案面積趨近a1 x b1 ，後者繼而等於a0 x b0 。
因此，即使在水平及垂直方向中的間距的大小相對於三間距推移對齊有改變（即a0 > a1及b0 > b1 ），以下參數維持不變：投射圖案的圖案面積（即S0 = S1 ）、投射假影的軌跡的長度（L）、及投射假影的直徑（d）。因此，因為圖案密度參數k = L/d，k的值維持不變（即k = 8）。
在第4C圖的範例中，x或水平方向中的間距經定義成a2 ，其中 a2 > a1 > a0 。在一例中，a2 = a0 x (3/7)，其中3是關聯於大小為a0 之水平間距的推移間距大小，5是關聯於大小為a1 之水平間距的推移間距大小，而7是關聯於大小為a2 之水平間距的推移間距大小。
因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有七行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「7a2 」。更甚者，L趨近（但非恰好）等於7a2 。因此，7a2 也趨近等於5a1 及3a0 。
額外地，y或垂直方向中的間距經定義成b2 ，其中 b2 > b1 > b0 。在一例中，b2 = b0 x (7/3)，其中7是關聯於大小為b2 之垂直間距的推移間距大小，而3是關聯於大小為b0 之垂直間距的推移間距大小。因此，投射圖案的圖案面積（S2 ）趨近a2 x b2 ，後者繼而等於a1 x b1 及a0 x b0 。
因此，即使在水平及垂直方向中的間距的大小相對於三間距推移對齊及五間距推移對齊有所改變（即a0 > a1 > a2 且b0 > b1 > b2 ），以下參數維持不變：投射圖案的圖案面積（即S0 = S1 = S2 ）、投射假影的軌跡的長度（L）、及投射假影的直徑（d）。因此，因為圖案密度參數k = L/d，k的值維持不變（即k = 8）。
如此，能看出在不改變投射假影之直徑或參數k之下能變化間距推移長度，只要藉由適當地調整在水平及垂直方向中的間距大小。換言之，即使當軌跡路徑狀態改變時亦能維持圖案密度。
第5A～5C圖描繪不同投射圖案的範例，在該等不同投射圖案中投射假影的直徑d相同，但圖案密度參數及間距推移長度（或推移對齊中的間距個數）有異。更特定地，第5A圖描繪三間距推移對齊的範例；第5B圖描繪五間距推移對齊的範例；及第5C圖描繪七間距推移對齊的範例。
在第5A圖的範例中，x或水平方向中的間距經定義成a0 。因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有三行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「3a0 」。更甚者，L趨近（但非恰好）等於3a0 。
額外地，y或垂直方向中的間距經定義成b0 。因此，投射圖案的圖案面積（S0 ）趨近a0 x b0 。
在第5A圖中，圖案密度參數k0 經設定為一範例值為八；因此，k0 = L0 /d = 8。
在第5B圖的範例中，x或水平方向中的間距相對於第5A圖中描繪之三間距推移長度維持恆定，即a1 = a0 。因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有五行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「5a1 」。因此，5a1 大於3a0 。
更甚者，第5B圖中投射假影的軌跡（或移動範圍）的長度（L1 ）趨近（但非恰好）等於5a1 ，此也使L1 大於L0 。在一例中，L1 = L0 x (5/3)，其中5是關聯於軌跡長度L1 的推移間距大小，3是關聯於軌跡長度大小L0 的推移間距之大小。
額外地，y或垂直方向中的間距經界定成b1 ，其中b1 > b0 。在一例中，b1 = b0 x (5/3)，其中5是關聯於大小為b1 之垂直間距的推移間距大小，而3是關聯於大小為b0 之垂直間距的推移間距大小。因此，投射圖案的圖案面積（S1）趨近 a1 x b1 ，後者繼而等於a0 x b0 x n1 。在此情況中，n1 代表一乘數（例如次數），第5A圖之圖案密度參數k0 藉該乘數增加以達到第5B圖的圖案密度參數k1 。換言之，第5B圖中k1 = k0 x n1 。在第5B圖的範例中，n1 = 5/3。
因此，雖然在水平方向中的間距大小與投射假影的直徑相對於三間距推移對齊維持恆定（即a0 = a1 及d = d），以下參數被增加以增加圖案密度參數k1 ：投射圖案的圖案面積（即S0 > S1 ）、投射假影的軌跡的長度（即L1 > L0 ）、和垂直方向中間距的大小（即b1 > b0 ）。因此，因為圖案密度參數k1 = L1 /d，k1 的值相對於k0 增加了。在一例中，k1 = L1 /d = 8 x (5/3) = 13.3（相比於k0 = 8）。
在第5C圖的範例中，x或水平方向中的間距相對於分別在第5A及5B圖中描繪的三間距推移長度與五間距推移長度維持恆定，即a2 =a1 = a0 。因此，從通過（在y或垂直方向中）第一行中之投射假影的中心的一虛線到通過（在y或垂直方向中）離第一行有七行遠的第二行中之投射假影的中心的一虛線在x或水平方向中的距離可經定義成「7a2 」。因此，7a2 > 5a1 > 3a0 。
更甚者，第5C圖中投射假影的軌跡（或移動範圍）的長度（L2 ）趨近（但非恰好）等於7a2 ，此也使L2 > L1 > L0 。在一例中，L2 = L0 x (7/3)，其中7是關聯於軌跡長度L2 的推移間距大小，而3是關聯於軌跡長度大小L0 的推移間距之大小。
額外地，y或垂直方向中的間距經界定成b2 ，其中b2 > b1 > b0 。在一例中，b2 = b0 x (7/3)，其中7是關聯於大小為b2 之垂直間距的推移間距大小，而3是關聯於大小為b0 之垂直間距的推移間距大小。因此，投射圖案的圖案面積（S2 ）趨近 a2 x b2 ，後者繼而等於a0 x b0 x n2 。在此情況中，n2 代表一乘數（例如次數），第5A圖之圖案密度參數k0 藉該乘數增加以達到第5C圖的圖案密度參數k2 。換言之，在第5C圖中 k2 = k0 x n2 。在第5C圖的範例中，n2 = 7/3。
因此，雖然在水平方向中的間距大小與投射假影的直徑相對於三間距推移對齊維持恆定（即a0 = a2 及d = d），以下參數被增加以增加圖案密度參數k2 ：投射圖案的圖案面積（即S0 > S2 ）、投射假影的軌跡的長度（即L2 > L0 ）、和垂直方向中間距的大小（即b2 > b0 ）。因此，因為圖案密度參數k2 = L2 /d，k2 的值相對於k0 增加了。在一例中，k2 = L2 /d = 8 x (7/3) = 18.7（相比於k0 = 8）。
如此，能看出能在不改變投射假影之直徑之下減少圖案密度，只要藉由適當地調整投射假影之軌跡的長度與在垂直方向中的間距大小。換言之，藉由增加圖案面積n倍，即使當投射假影大小維持恆定時亦能增加圖案密度參數k達n倍。
第6圖呈現複數個表，描繪針對複數個不同投射假影軌跡長度L（即在所描繪範例中為3a、5a、及7a的L）在圖案密度參數k與間距大小比例b/a（即垂直方向中之間距大小對水平方向中之間距大小的比例）之間的關係。在一例中，隨著k的值增加，可能期望也增加L。例如，所描繪範例顯示其中當k > 15時軌跡長度L是3a（例如三間距推移對齊）的情況。然而，對於15 > k > 35，軌跡長度L是5a（例如五間距的推移對齊）。更甚者，對於k > 35，軌跡長度L是7a（例如七間距推移對齊）。
第7圖是圖示按照本揭示案之範例，用於計算到一物體之距離的範例方法700的流程圖。可（例如）藉由一處理器來進行方法700，像是距離感測器的處理器或第8圖中描繪的處理器802，為例示之目的，方法700經說明為由一處理系統進行。
方法700可開始於步驟702中。在步驟704中，該處理系統可致使距離感測器的光投射系統投射光圖案到物體上。例如，該處理系統可發送電子信號至該光投射系統，其中該電子信號編碼有一指令。如以上所討論，該光可具有的波長對人眼而言大致為不可見的，但是距離感測器之成像感測器可偵測的（例如紅外光）。
藉由距離感測器的光投射系統所投射之複數個光束可產生該光圖案。該複數個光束可投射複數個投射假影到該物體上，其中該等投射假影一起形成該光圖案（或「投射圖案」）。在一例中，該等投射假影可經排列成為包含複數個列及複數個行的格線圖案，其中列與行的排列是交錯的。例如該等列可經排列而使每隔一列的投射假影是對齊的、或沿著在y或垂直方向中通過該等投射假影之中心的虛線是共線的。相反，任兩個緊鄰列中的投射假影可不對齊（例如沒有在y或垂直方向中的虛線通過在兩列1之投射假影的中心）。
類似地，該等行可經排列而使每隔一行的投射假影是對齊的、或沿著在x或水平方向中通過該等投射假影之中心的虛線是共線的。相反，任兩個緊鄰行中的投射假影可不對齊（例如沒有在x或水平方向中的虛線通過在兩行之投射假影的中心）。
更甚者，可設定列之間的間隔與行之間的間隔，使得圖案密度參數（例如指示出投射假影之間的間隔的一度量）隨著投射假影的軌跡（例如移動範圍）的長度增加。圖案密度參數可被定義為在距離感測器的光接收系統之影像感測器上的投射假影的最大直徑（或者，在投射假影非圓形時為寬度）對軌跡長度的比例。
在步驟706中，該處理系統可致使該距離感測器的光接收系統取得在該物體上的該經投射圖案的影像。例如，該處理系統可發送電子信號至該光接收系統，其中該電子信號編碼有一指令。如以上所討論，儘管該投射圖案（例如形成該投射圖案的光）對人眼而言是不可見的，對於該光接收系統的影像感測器而言是可見的。
在步驟708中，該處理系統可按照在步驟706中取得之影像中可見的（對影像感測器而言）複數個投射假影的位置，來計算從該物體到該距離感測器的距離。可以美國專利申請案第14/920,246號、第15/149,323號、及第15/149,429號中（例如利用三角測量技術）中討論之方法中任意者來計算該距離。
方法700可在步驟710中結束。
應注意，儘管沒有明確指明，但上述方法700的區塊、功能、或操作中的一些可包括針對一特定應用來儲存、顯示、及/或輸出。換言之，依照特定應用而定，方法700中討論的任何資料、記錄、欄位、及/或中間結果能被儲存、顯示、及/或輸出到另一裝置。此外，第7圖中記敘一判定操作（或涉及一決策）的區塊、功能、或操作，不隱含該判定操作的兩個分支都會被實行。換言之，依判定操作的結果而定，該判定操作的分支之一可能不被進行。
第8圖描繪用於計算從一感測器到一物體之距離的範例電子元件800的高階方塊圖。如此，電子元件800可經實施成電子元件或系統（像是距離感測器）的處理器 。
如第8圖中所描繪，電子元件800包含一硬體處理器元件802（例如中央處理單元(CPU)、微處理器、或多核心處理器）、一記憶體804（例如隨機存取記憶體(RAM)及/或唯讀記憶體(ROM)）、用於計算從感測器到物體之距離的一模組805、及各種輸入/輸出裝置806，例如儲存裝置（包括但不限於磁帶機、軟碟機、硬碟機或光碟機）、接收器、發送器、顯示器、輸出埠、輸入埠、及使用者輸入裝置，像是鍵盤、按鍵盤、滑鼠、麥克風、攝影機、雷射光源、LED光源、及類似者。
雖然顯示了一個處理器元件，應注意電子元件800可採用複數個處理器元件。此外，儘管該圖中顯示一個電子元件800，若以上討論的方法針對一特定例示範例經實施為分散式或平行式（即以上方法的區塊或整個方法跨於多個或平行電子元件實施），則此圖的電子元件800意圖代表該等多個電子元件之各者。
應注意到能藉由機器可讀取指令及/或機器可讀取指令與硬體的組合來實施本揭示案，例如利用應用特定積體電路（ASIC）、可程式化邏輯陣列（PLA）（包括現場可程式化閘陣列(FPGA)）、或部署在硬體裝置、一般用途電腦或任何其他硬體均等物上的狀態機，例如有關以上討論之方法的電腦可讀取指令，能被用以配置硬體處理器來進行以上揭示之方法的方塊、功能及/或操作。
在一例中，用於目前之模組或程序805的指令及資料用於計算從感測器到物體的距離，例如機器可讀取指令能被載入記憶體804中並由硬體處理器元件802執行以如以上關於方法700所討論地實施該些區塊、功能或操作。此外，當硬體處理器執行指令來進行「操作」時，此可以包括該硬體處理器直接進行操作及/或促進、導引、或協同另一硬體裝置或部件（例如協同處理器及類似者）來進行該些操作。
執行相關於上述方法之機器可讀取指令的處理器能被認知為一經程式化處理器或一專用處理器。如此，本揭示案的用於計算感測器到物體之距離的目前模組805能被儲存在有形的或實體的（廣泛地稱為非暫時性的）電腦可讀取儲存裝置或媒體上，例如揮發性記憶體、非揮發性記憶體、ROM記憶體、RAM記憶體、磁性或光學磁碟機、裝置、或磁片及類似者。更特定地，電腦可讀取儲存裝置可包含提供儲存將被處理器或電子元件（像是安全感測器系統的電腦或控制器）存取之資訊（像是資料及/或指令）的能力的任何實體裝置。
將理解以上揭露的及其他特徵及功能（或其替代方案）的變化型可經組合到許多其他不同系統或應用中。可後續地進行各種現今不可預見或無法預期的替代方案、修改、或其中之變化，而這些也是以下申請專利範圍所意欲涵蓋者。
100:投射圖案 1021,1022,102n:投射假影 1041,1042,104x:列 1061,1062,106y:行 108,110,112,114,116,118,120,122:虛線 200:投射圖案 2021,2022,202m:投射假影 2041,2042,204w:列 2061,2062,206z:行 208,210,212,214,216,218,220,222:虛線 300:投射圖案 3021,3022,302p:投射假影 3041,3042,304i:列 3061,3062,306j:行 308,310,312,314,316,318,320,322:虛線 700:方法 702,704,706,708,710:步驟 800:電子元件 802:處理器 804:記憶體 805:模組 806:I/O裝置 a:間距 a0:間距 a1:間距 a2:間距 b:間距 b0:間距 b1:間距 b2:間距 d:直徑 k:圖案密度參數 L:投射假影的軌跡的長度 L0:投射假影的軌跡的長度 L1:投射假影的軌跡的長度 L2:投射假影的軌跡的長度 S0:面積 S1:面積 S2:面積 θ:角度
第1圖描繪按照本揭示案之一投射圖案之範例的一部分；
第2圖描繪按照本揭示案之一投射圖案之另一範例的一部分；
第3圖描繪按照本揭示案之一投射圖案之另一範例的一部分；
第4A～4C圖描繪不同投射圖案的範例，在該些投射圖案中投射假影的直徑d是相同的，但間距推移長度（pass length）（或推移對齊(pass alignment)中的間距個數）有異；
第5A～5C圖描繪不同投射圖案的範例，在該些投射圖案中投射假影的直徑d是相同的，但圖案密度參數和間距推移長度（或推移對齊中的間距個數）有異；
第6圖呈現複數個圖表，其描繪對於複數個不同投射假影軌跡長度而言在圖案密度參數k與間距大小比例b/a之間的關係；
第7圖是一流程圖，圖示按照本揭示案之範例用於計算到一物體之距離的範例方法；及
第8圖描繪用於計算從感測器到物體的距離的一範例電子元件的高階方塊圖。
100:投射圖案
1021,1022,102n:投射假影
1041,1042,104x:列
1061,1062,106y:行
108,110,112,114,116,118,120,122:虛線
a:間距
b:間距
d:直徑
L:投射假影的軌跡的長度
θ:角度

Claims (20)

  1. 一種方法，包含下列步驟： 藉由一距離感測器的一處理系統，致使該距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在一格線中，該格線包含： 複數個列，其中該複數個列的排列是交錯的；及 複數個行，其中該複數個行的排列是交錯的， 其中該複數個列之間的間隔及該複數個行之間的一間隔經設定使得該光圖案的一圖案密度參數隨著該複數個投射假影的一軌跡的一長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例； 藉由該處理系統，致使該距離感測器的一光接收系統取得投射到該物體上的該光圖案的一影像；及 藉由該處理系統，基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該複數個列經排列使得駐留在該複數個列的兩相鄰列中的該複數個投射假影之一子集沒有沿著在垂直方向中通過的一虛線對齊。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該複數個行經排列使得駐留在該複數個行的兩相鄰行中的該複數個投射假影之一子集沒有沿著在水平方向中通過的一虛線對齊。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有三行。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該圖案密度參數的一值小於十五。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有五行。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該圖案密度參數的一值大於十五且小於三十五。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有七行。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該圖案密度參數的一值大於三十五。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該圖案密度參數的一值的大小與該光圖案的一密度成反比。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該複數個列的每個列組對在垂直方向中彼此隔開一第一間距，及該複數個行的每個行組對在水平方向中彼此隔開一第二間距。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該第一間距等於該第二間距。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該第一間距不等於該第二間距。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該圖案密度參數是藉由改變該第一間距與該第二間距中至少一者而可變的。
  15. 一種編碼有指令的非暫時性機器可讀取儲存媒體，該等指令為由一距離感測器的一處理系統可執行，其中當該等指令被執行時致使該處理系統進行操作，該等操作包含： 致使該距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在一格線中，該格線包含： 複數個列，其中該複數個列的排列是交錯的；及 複數個行，其中該複數個行的排列是交錯的， 其中該複數個列之間的一間隔及該複數個行之間的一間隔經設定使得該光圖案的一圖案密度參數隨著該複數個投射假影的一軌跡的一長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例； 致使該距離感測器的一光接收系統取得投射到該物體上的該光圖案的一影像；及 基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
  16. 如請求項15所述之非暫時性機器可讀取儲存媒體，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有三行，及其中該圖案密度參數的一值小於十五。
  17. 如請求項15所述之非暫時性機器可讀取儲存媒體，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有五行，及其中該圖案密度參數的一值大於十五且小於三十五。
  18. 如請求項15所述之非暫時性機器可讀取儲存媒體，其中該軌跡的該長度等於在該複數個投射假影中之一第一投射假影的一中心與該複數個投射假影中之一第二投射假影的一中心之間的一最短距離，該第一投射假影駐留在該複數個行的一第一行中，該第二投射假影駐留在該複數個行的一第二行中，其中該第二行離該第一行有七行，及其中該圖案密度參數的一值大於三十五。
  19. 如請求項15所述之非暫時性機器可讀取儲存媒體，其中該複數個列的每個列組對在垂直方向中彼此隔開一第一間距，及該複數個行的每個行組對在水平方向中彼此隔開一第二間距，及其中該圖案密度參數是藉由改變該第一間距與該第二間距中至少一者而可變的。
  20. 一種設備，包含： 一處理系統；及 編碼有指令的一非暫時性機器可讀取儲存媒體，該等指令為由該處理系統可執行，其中當該等指令被執行時致使該處理系統進行操作，該等操作包含： 致使一距離感測器的一光投射系統投射一光圖案至一物體上，其中該光圖案包含複數個投射假影，其中該複數個投射假影經排列在一格線中，該格線包含： 複數個列，其中該複數個列的排列是交錯的；及 複數個行，其中該複數個行的排列是交錯的， 其中該複數個列之間的一間隔及該複數個行之間的一間隔經設定使得該光圖案的一圖案密度參數隨著該複數個投射假影的一軌跡的一長度增加，其中該圖案密度參數經界定為該複數個投射假影之一最大直徑與該軌跡的該長度之間的一比例； 致使該距離感測器的一光接收系統取得投射到該物體上的該光圖案的一影像；及 基於在該影像中該複數個投射假影的位置來計算從該物體至該距離感測器的一距離。
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