TWI795451B - 用於調整距離感測器的投影系統以使光束分佈最佳化的方法、非暫態機器可讀取儲存媒體和設備 - Google Patents

用於調整距離感測器的投影系統以使光束分佈最佳化的方法、非暫態機器可讀取儲存媒體和設備 Download PDF

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TWI795451B
TWI795451B TW107136946A TW107136946A TWI795451B TW I795451 B TWI795451 B TW I795451B TW 107136946 A TW107136946 A TW 107136946A TW 107136946 A TW107136946 A TW 107136946A TW I795451 B TWI795451 B TW I795451B
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Abstract

將投影圖案從距離感測器的投影點投影到物體上。投影圖案由從投影點投射的複數個光束產生。複數個光束產生複數個投影假影，該複數個投影假影經佈置在物體的表面上。複數個投影假影的佈局取決於投影點與距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係。在投影圖案之前，最佳化定義投影點與距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係的至少一個參數，以最小化與投影假影相關聯的軌跡的重疊。捕捉包括經調整的投影圖案的至少一部分之物體的影像。使用來自影像的資訊來計算距離感測器至物體的距離。

Description

用於調整距離感測器的投影系統以使光束分佈最佳化的方 法、非暫態機器可讀取儲存媒體和設備
本申請案主張2017年10月22日申請的美國臨時專利申請案號62/575,505的優先權，其全部內容通過引用併入本文中。本申請案亦是2018年10月3日申請的美國專利申請案號16/150,918的部分繼續申請案(CIP)，其全部內容亦通過引用併入本文中。
美國專利申請案號14/920,246、15/149,323及15/149,429描述了距離感測器的各種配置。此種距離感測器可用於各種應用，包括安全性、遊戲、無人駕駛車輛的控制及其他應用。
在這些應用中描述的距離感測器包括投射光束至視野中的投影系統(例如，包含雷射、繞射光學元件及/或其他協作元件)。光束擴散以產生圖案(例如，點、劃線或其他假影)。當圖案被入射到視野中的物體上時，可基於一或更多個視野的影像中的圖案的外觀(例如，點、劃線或其他假影的位置關係)來計算從感測器到物體 的距離，該外觀可由感測器的光接收系統(例如，透鏡、影像捕捉裝置及/或其他元件)捕捉。亦可確定物體的形狀及尺寸。
從距離感測器的投影點投射的光束數量的增加可增加由光束產生的投影假影的軌跡中將存在重疊的可能性(且因此增加了距離計算的難度)。另一方面，通常認為大量光束是有利的，因其為距離計算目的提供了感測器視野之更好的空間覆蓋。作為額外考量，可能希望將投影點的數量保持為最小，以最小化由於元件損壞導致的製造成本、感測器尺寸及感測器故障。然而，為了保持具有較少投影點的空間覆蓋，可能需要從投影點投射更多數量的光束。
本申請案的範例提供了用於距離感測器的光束佈置，其隨著從感測器投影點投射的光束的數量增加而使投影假影軌跡的重疊最小化。具體來說，本申請案的範例提供了具有投影假影分佈的圖案，該投影假影分佈平衡了對空間覆蓋的需求與最小化投影假影軌跡的重疊的需求。所揭露的圖案的範例可藉由從每個投影點投射從中心光束對稱地(至少在x和y方向上)扇出的複數個光束來實施。
如上所述，投影假影的軌跡可表現成徑向圖案或線。本申請案的範例考慮以下事實：投影假影軌跡及包括複數個投影假影的投影圖案的線兩者可以看起來是線 性的。因此，可調整投影假影與距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係、中心投影假影的方向，或由複數個投影假影產生的投影圖案的旋轉相位，以在形成投影圖案的複數個投影假影的軌跡中最小化重疊。本申請案的其他範例解釋了這樣的事實：當形成投影圖案的平面是彎曲時，由投影假影軌跡及投影圖案的線形成的角度可逐漸改變，這使得整個投影圖案上的軌跡重疊的均勻消除更具挑戰性。
在示例中，一種方法包括以下步驟：將投影圖案從距離感測器的投影點投影到物體的表面上，其中該投影圖案由從該投影點投射的複數個光束產生，其中該複數個光束產生經佈置在該物體的該表面上的複數個投影假影，其中該複數個投影假影的佈局取決於該投影點及該距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係，且其中在該投影之前已最佳化定義該投影點及該距離感測器的影像捕捉裝置之間的該位置關係的至少一個參數，以最小化與複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊；捕捉該物體的影像，該物體的該影像包括該經調整投影圖案的至少一部分；及使用來自該影像的資訊來計算從該距離感測器到該物體的距離。
在另一示例中，一種非暫態機器可讀取儲存媒體編碼有可由處理器執行的指令。當執行該等指令時，該等指令使該處理器執行包括以下操作的操作：將投影圖案從距離感測器的投影點投影到物體的表面上，其中該投影 圖案由從該投影點投射的複數個光束產生，其中該複數個光束產生經佈置在該物體的該表面上的複數個投影假影，其中該複數個投影假影的佈局取決於該投影點及該距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係，且其中在該投影之前已最佳化定義該投影點及該距離感測器的影像捕捉裝置之間的該位置關係的至少一個參數，以最小化與複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊；捕捉該物體的影像，該物體的該影像包括該經調整投影圖案的至少一部分；及使用來自該影像的資訊來計算從該距離感測器到該物體的距離。
在另一示例中，一種設備包括：影像捕捉裝置，該影像捕捉裝置經定位成捕捉視野的影像；及投影點，該投影點經定位於該影像捕捉裝置的透鏡的周邊的外部，該投影點被配置成將複數個投影光束投影到該視野中，其中調整定義該影像捕捉裝置及該投影點之間的位置關係的至少一個參數，以最小化與由複數個投影光束所產生的複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊。
100:透鏡
102:投影點
1041-104n:光束
106:圖案
200:軌跡
202:圓圈
300:投影點
302:投影圖案
304:球形表面
3061-306m:光束
308:中心投影假影
310:縱經線
312:橫緯線
322:新位置
324:新位置
326:橫緯線
328:縱經線
330:投影假影
332:投影假影
334:投影假影
400:投影點
402:投影圖案
404:平坦表面
4061-406m:光束
408:中心投影假影
410:縱經線
412:橫緯線
414:軌跡
416:透鏡
418:基線
500:投影點
502:投影圖案
504:球形表面
5061-506m:光束
508:中心投影假影
510:縱經線
512:橫緯線
514:軌跡
516:平坦表面
518:基線
520:平坦表面
522:新位置
524:新位置
526:橫緯線
528:縱經線
530:投影假影
532:投影假影
534:投影假影
600:投影點
602:投影圖案
604:球形表面
6061-606m:光束
608:中心投影假影
610:縱經線
612:橫緯線
614:平坦表面
616:透鏡
618:基線
620:軌跡
700:前節點
7021:第一投影點
7022:第二投影點
704:中心光束
706:中心投影假影
708:平面
710:徑向線
712:中心軸
800:方法
802:步驟
804:步驟
806:步驟
808:步驟
810:步驟
812:步驟
900:距離感測器
902:透鏡
904:投影點
9061-906n:光束
1000:投影點
1002:影像捕捉裝置
1004:中心
1006:投影圖案
1008:平坦表面
1010:線
1012:軌跡
1100:感測器
1102:影像捕捉裝置
11041-1104n:投影點
1106:光軸
1108:中心投影光束
1110:中心軸
1112:線
1114:線
1200:感測器
1202:影像捕捉裝置
12041-1204n:投影點
1206:光軸
1208:中心光束
1210:中心軸
1212:線
1214:線
1300:感測器
1302:影像捕捉裝置
13041-1304n:投影點
1306:光軸
1308:中心投影光束
1310:中心軸
1312:線
1314:線
1400:感測器
1402:影像捕捉裝置
14041-1404n:投影點
1406:光軸
1408:中心投影光束
1410:中心軸
1412:線
1414:線
1500:感測器
1502:影像捕捉裝置
15041-1504n:投影點
1506:光軸
1508:中心投影光束
1510:中心軸
1512:線
1514:線
1600:感測器
1602:影像捕捉裝置
16041-1604n:投影點
1606:光軸
1608:中心投影光束
1610:中心軸
1612:線
1614:線
1700:感測器
1702:影像捕捉裝置
17041-1704n:投影點
1706:光軸
1708:中心投影光束
1710:中心軸
1712:線
1714:線
1800:感測器
1802:影像捕捉裝置
18041-1804n:投影點
1806:光軸
1808:中心投影光束
1810:中心軸
1812:線
1814:線
1900:感測器
1902:影像捕捉裝置
19041-1904n:投影點
1906:光軸
1908:中心投影光束
1912:線
1914:線
2000:方法
2002:步驟
2004:步驟
2006:步驟
2008:步驟
2010:步驟
2100:電子裝置
2102:硬體處理器元件
2104:記憶體
2105:模組
2106:輸入/輸出設備
圖1是表示距離感測器的元件的示意圖；圖2示出了複數個點的軌跡，該複數個點是由距離感測器的投影點投影的示例圖案的一部分；圖3A示出了從投影點投射的光束的佈置的一範例的側視圖； 圖3B示出了由圖3A的光束的佈置所產生的投影圖案的正面視圖；圖3C示出了圖3A及圖3B中所示的投影圖案的簡化等距視圖；圖3D示出了在半球形視野中之圖3A至圖3C中的投影圖案的一般形狀；圖4A示出了從投影點投射的光束的佈置的一個範例的側視圖；圖4B示出了由圖4A的光束的佈置產生的投影圖案402的正面視圖；圖4C示出了當圖4A及圖4B的圖案被投射到平坦表面上之圖4A及圖4B的投影假影的軌跡的正面視圖；圖5A示出了從投影點投射的光束的佈置的一個範例的側視圖；圖5B示出了由圖5A的光束佈置所產生的投影圖案的正面視圖；圖5C示出了經投射到平坦表面上的圖5A及圖5B的投影圖案的側視圖；圖5D示出了經投射到平坦表面上的圖5A及圖5B的投影圖案的正面視圖；圖5E示出了當圖5A至圖5D的圖案被投射到平坦表面上之圖5A至圖5D的投影假影的軌跡的正面視圖； 圖5F示出了在半球形視野中之圖5A至圖5E中的投影圖案的一般形狀；圖6A示出了從投影點投射的光束的佈置的一個範例的側視圖；圖6B示出了由圖6A的光束的佈置產生的投影圖案的正面視圖；圖6C示出了被投射到平坦表面上的圖6A及圖6B的投影圖案的側視圖；圖6D示出了被投射到平坦表面上的圖6A及圖6B的投影圖案的正面視圖；圖6E示出了當圖6A至圖6D的圖案被投射到平坦表面上之圖6A至圖6D的投影假影的軌跡的正面視圖；圖7示出了本申請案的示例性投影光束對準；圖8示出了用於計算從感測器到物體的距離的示例性方法的流程圖；圖9A為示出了具有投影點的距離感測器的元件的側視圖的示意圖，其中該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖9B為示出圖9A的距離感測器的元件的俯視圖的示意圖；圖10A示出了示例性投影點與距離感測器的示例性影像捕捉裝置之間的位置關係的側視圖； 圖10B進一步示出了圖10A的距離感測器的元件；圖10C示出了當調整投影圖案的中心與圖10A的影像捕捉裝置的光軸之間的角度時對投影點軌跡的影響；圖10D示出了當調整投影圖案的中心與圖10A的影像捕捉裝置的光軸之間的角度時對投影點軌跡的影響；圖11A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，其中該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖11B示出了圖11A中所示的感測器元件的俯視圖；圖11C至圖11G是繪製由圖11A及圖11B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖；圖12A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖12B示出了圖12A中所示的感測器元件的俯視圖；圖12C至圖12G是繪製由圖12A及圖12B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表； 圖13A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖13B示出了圖13A中所示的感測器元件的俯視圖；圖13C至圖13G是繪製由圖13A及圖13B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖14A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖14B示出了圖14A中所示的感測器元件的俯視圖；圖14C至圖14G是繪製由圖14A及圖14B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖15A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖15B示出了圖15A中所示的感測器元件的俯視圖；圖15C至圖15E是繪製由圖15A及圖15B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖16A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案； 圖16B示出了圖16A中所示的感測器元件的俯視圖；圖16C至圖16E是繪製由圖16A及圖16B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖17A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖17B示出了圖17A中所示的感測器元件的俯視圖；圖17C是繪製由圖17A及圖17B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖18A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖18B示出了圖18A中所示的感測器元件的俯視圖；圖18C是繪製由圖18A及圖18B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖19A示出了具有投影點的感測器的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖19B示出了圖19A中所示的感測器元件的俯視圖； 圖19C為繪製由圖19A及圖19B的距離感測器發射的投影點的軌跡的圖表；圖20示出了用於計算從感測器到物體的距離的示例性方法的流程圖；及圖21描繪了用於計算從感測器到物體的距離的示例性電子裝置的高階方塊圖。
本申請案廣泛地描述了調整距離感測器的投影系統以使用於球面三角測量計算的光束分佈最佳化的設備、方法及非暫態電腦可讀取媒體。如上所述，如美國專利申請號14/920,246、15/149,323及15/149,429中描述的那些距離感測器藉由在包括物體的視野中投射擴散產生圖案(例如，點、劃線或其他假影)的光束來確定到物體的距離(且可能地，確定物體的形狀及尺寸)。在一些範例中，感測器包括多個「投影點」，其中可從每個投影點投射複數個光束。複數個光束可扇出(fan out)以形成圖案的一部分。圖案的外觀可隨著與物體的距離而改變。例如，若圖案包括點圖案，則當物體更靠近感測器時，點可看起來彼此更接近，且當物體更遠離感測器時，點可看起來更遠離彼此。
例如，圖1是示出距離感測器的元件的示意圖，該距離感測器類似於美國專利申請號14/920,246、15/149,323及15/149,429中描述的感測器。如圖所示，感測器可包括影像捕捉裝置的透鏡 100。透鏡100的視野可用f表示。感測器進一步可包括圍繞透鏡100的周邊所佈置的複數個(例如，由光源、繞射光學元件及/或其他元件的組合所形成的)投影點；圖1示出了一個這樣的投影點102，其中其他投影點可類似地配置且放置在透鏡100周圍的不同位置處。亦可參考從透鏡100的中心軸到投影點102的中心軸的距離d來作為感測器的「基線」。
投影點102投射光的複數個光束1041-104n(下文中分別稱為「光束104」或統稱為「光束104」)，該複數個光束扇出(fan out)且當光束104入射到表面上時形成投影假影的圖案106(例如，點及劃線或諸如此類)。圖案106的平面可平行於感測器的基線d。在圖1所示的範例中，投影假影為點。圖1示出了似乎在距基線d的第一距離D1處且還似乎在距基線d的第二距離D2處的圖案106。
根據如上所述的物體距離，從相同投影點102投射的所有光束104將沿著基線d在相同方向上移動。然而，隨著從相同投影點102投射的光束104的數量增加，由光束104產生的假影(例如，點)的軌跡(即，移動範圍)可看起來更靠近在一起，且在某些情況下甚至可能更均勻交疊。
投影假影的軌跡由距離感測器的投影光學系統(例如，一組光學器件，其包括光源、繞射光學元件及投射光束的其他元件)及光接收光學系統(例如，透鏡、影 像捕捉裝置及捕捉投影假影的影像的其他元件)之間在平面(例如，橫向)方向及高度方向(例如，垂直於橫向方向的方向)上的位置關係來確定。投影假影的軌跡可表現成徑向圖案或線，且描述了當感測器與投影圖案被投影在其中的物體之間的距離變化時投影假影的移動。更具體來說，投影假影的軌跡描述了投影假影相對於距離感測器的影像捕捉裝置的移動(該移動具有距離的變化)。
例如，圖2示出了用於複數個點的軌跡200，該複數個點是由距離感測器的投影點(例如，如圖1的投影點102)所投影的示例性圖案的一部分。無陰影點表示距感測器基線第一距離處的點的位置，而陰影點表示距感測器基線第二距離處的點的位置。將無陰影點連接到陰影點的線或軌跡200表示無陰影點和陰影點是相同的點；被描繪成在距感測器基線不同的距離處。如圖2所示，一些點的軌跡200可重疊。圓圈202示出了重疊軌跡200。當發生軌跡200的重疊時，可能難以確定從投影點投射的哪些光束對應於投影圖案中的哪些點。這接著可能會使距離測量計算複雜化，因準確計算可能依賴於辨識光束(該等光束建立在影像中為可見的點)的能力。
因此，從距離感測器的投影點投射的光束數量的增加可增加由光束產生的投影假影的軌跡中將存在重疊的可能性(且因此增加了距離計算的難度)。另一方面，通常認為大量光束是有利的，因其為距離計算目的提供了感測器視野之更好的空間覆蓋。作為額外考量，可能希望 將投影點的數量保持為最小，以最小化由於元件損壞導致的製造成本、感測器尺寸及感測器故障。然而，為了保持具有較少投影點的空間覆蓋，可能需要從投影點投射更多數量的光束。
本申請案的範例提供了用於距離感測器的光束佈置，其隨著從感測器投影點投射的光束的數量增加而使投影假影軌跡的重疊最小化。具體來說，本申請案的範例提供了具有投影假影分佈的圖案，該投影假影分佈平衡了對空間覆蓋的需求與最小化投影假影軌跡的重疊的需求。所揭露的圖案的範例可藉由從每個投影點投射從中心光束對稱地(至少在x和y方向上)扇出的複數個光束來實施。
如上所述，投影假影的軌跡可表現成徑向圖案或線。本申請案的範例考慮以下事實：投影假影軌跡及包括複數個投影假影的投影圖案的線兩者可以看起來是線性的。因此，可調整投影假影與距離感測器的影像捕捉裝置之間的位置關係、中心投影假影的方向，或由複數個投影假影產生的投影圖案的旋轉相位，以在形成投影圖案的複數個投影假影的軌跡中最小化重疊。本申請案的其他範例解釋了這樣的事實：當形成投影圖案的平面是彎曲時，由投影假影軌跡及投影圖案的線形成的角度可逐漸改變，這使得整個投影圖案上的軌跡重疊的均勻消除更具挑戰性。
本申請案的示例提供了一種距離感測器，其中距離感測器的投影光學系統及光接收光學系統之間的位置關係在平面(例如，橫向)方向及高度(例如，垂直於橫向的方向)方向中的至少一個方向上被調整。例如，可調整每個投影點以調整投影點的位置，從而還調整投影點與光接收光學系統的位置關係。此種位置關係的調整允許以最小化投影點軌跡的重疊的方式最佳化投影圖案。
在本申請案的上下文中，「調整」投影點是指投影點及工業化生產的影像捕捉裝置之間的位置關係的調整。例如，可在組裝之前藉由計算及選擇距離感測器的元件的適當尺寸及位置來進行調整。在組裝距離感測器期間，元件亦可「預先調整」。然而，任何關於「調整」投影點或其位置的討論並不意味著暗示投影點在(例如)現場組裝之後是可調整的。
本申請案的進一步示例描述了具有大致上矩形形狀的投影圖案(即，由複數個投影假影建立的圖案)，其中投影假影被佈置在複數個行及列中。在此種情況下，位於投影圖案中心的投影假影可被認為是投影圖案的「原點」。與原點相交的列可被稱為投影圖案的「橫緯」線，而與原點相交的行可被稱為投影圖案的「縱經」線。在一示例中，可調整一或多個光束從投影點的投影角度，使得投影圖案的一或多個橫緯線及縱經線旋轉一預定角度，以實現最小化投影假影軌跡的重疊的經調整的投影圖案。
圖3A示出了從投影點300投射的光束的佈置的一個範例的側視圖，而圖3B示出了由圖3A的光束的佈置產生的投影圖案302的正面視圖。在圖3A及圖3B的範例中，光束的佈置被投射到球形表面304(即，具有圓形(非平坦)形狀的表面)上。
如圖所示，投影點300投射複數個光束3061-306m(下文中分別稱為「光束306」或統稱為「光束306」)。複數個光束306包括中心光束306i。剩餘的光束306沿x軸在兩個方向上並沿y軸在兩個方向上從中心光束306i扇出(fan out)。為了簡化附加圖式，可駐留在第一光束3061及中心光束306i之間與中心光束306i及最後光束306m之間的光束306不在圖3A中示出。
由複數個光束306產生的結果圖案302包括如圖3B所示之以矩形網格排列的複數個投影假影(例如，點)。網格的列沿著所示坐標系的x軸延伸，而網格的行沿著y軸延伸。列及行根據預定規則(例如，相等的角度間隔及相等的正弦值間隔等)以對應於從中心光束306i開始的x軸及y軸的方位間隔地佈置。
可用交錯圖案(例如，其中每個列或行從相鄰列或行偏移，使得沿著列或沿著行的所有投影假影可不共線)或連續圖案(例如，其中每個列或行與相鄰的列或行對齊，使得沿著列或沿著行的所有投影假影是共線的)佈置投影假影。無論投影假影的圖案是交錯的或是連續的，圖 案皆是規則的(即，投影假影的放置是規則的而不是隨機的)且可從由中心光束306i產生的中心投影假影308向外延伸。中心投影假影308位於「縱經線」310(或中心行)及「橫緯線」312(或中心列)的交叉點處，且可被認為是圖案302的「原點」。
在一範例中，當圖案302被投影到球形表面304上時，縱經線310可圍繞y軸旋轉第一預定角度。替代地或另外地，橫緯線312可圍繞x軸旋轉第二預定角度。這在圖3B中示出，其中圖案302的形狀彎曲以確認球形表面304的圓形形狀。
由於中心投影假影308、旋轉的縱經線310及/或旋轉的橫緯線312所投影在其上的球形表面304總是平面的，因此圖案302的每個列或行將包括通過中心投影假影308的平面。如圖3C(其示出了圖3A及圖3B中所示的投影圖案302的簡化等距視圖)所示，投射到球形表面304的平面上的投影假影的每條線將變成直線。
在圖3C中所示的範例中，由投影點300及圖案302的橫緯線形成的表面是圓錐形的(以投影點300作為錐體的頂點或窄端)，而由投影點300及圖案302的縱經線形成的表面是平坦或平坦的表面。這就是由投影點形成的網格線成為曲線的原因。排列在縱經線上的網格線是直線，而矩形形狀(由各個線形成的角度)相對於三維位置的差異是均勻的。在一範例中，根據示例性投影圖案302，距離感測器到物體的距離對應於以距離感測器的透 鏡的主點為中心的球形表面304的半徑。感測器可位於複數個包括投影點300的投影點的中心，且主點可為感測器鏡頭的前節點。
圖3D示出了在半球形視野中之圖3A至圖3C的投影圖案302的一般形狀。更具體來說，圖3D示出了投影圖案的網格線相對於投影點300的方向。如圖所示，可藉由將橫緯線326及縱經線328中的一或多者分別旋轉預定角度η及θ來調整投影圖案302。取決於投影圖案302將投影到的物體的應用及形狀，η及θ可相等或不相等。
例如，橫緯線326可在y方向上(即，沿著y軸的方向)移位到新位置322。在一範例中，藉由將橫緯線326旋轉角度η來完成橫緯線326到新位置322的移位。
縱經線328可在x方向上(即，沿著x軸的方向)移位到新位置324。在一範例中，藉由將縱經線328旋轉角度θ來完成縱經線328到新位置324的移位。
圖3D示出了可由此光束佈局產生的一些示例性投影假影。除了位於橫緯線326的原始位置(對於橫緯線326的原始位置而言η=0)及縱經線328的原始位置(對於縱經線328的原始位置而言θ=0)的交叉點處的中心投影假影308之外，亦示出了以下的投影假影：投影假影330、投影假影332及投影假影334，其中該投影假影330位於距中心投影假影308的坐標(θ，η)處(例如，該投影假影330在x及y方向上皆移位)且表示調整圖案 中的中心投影假影308的新位置、該投影假影332係位於坐標(θ，0)處，及投影假影334係位於坐標(0，η)處。
圖4A示出了從投影點400所投射之光束的佈置的一範例的側視圖，而圖4B示出了由圖4A的光束的佈置所產生的投影圖案402的正面視圖。在圖4A及圖4B的範例中，光束的佈置被投影到平坦表面404上。
如圖所示，投影點400投射複數個光束4061至406m(下文中分別稱為「光束406」或統稱為「光束406」)。複數個光束406包括中心光束406i。剩餘的光束406在沿著x軸且沿著y軸的兩個方向上自中心光束406i扇出。為了簡化附加圖式，可駐留在第一光束4061及中心光束406i之間及駐留在中心光束406i及最後光束406m之間的光束406未在圖4A中示出。
由複數個光束406產生的結果圖案402包括複數個以矩形網格排列的投影假影(例如，點)，如圖4B所示。網格的列沿著所示坐標系的x軸延伸，而網格的行沿y軸延伸。列及行根據預定規則(例如，相等的角度間隔及相等的正弦值間隔等)以對應於從中心光束406i開始的x軸及y軸的方位間隔地佈置。
可用交錯圖案(例如，其中每個列或行從相鄰列或行偏移，使得沿著列或沿著行的所有投影假影可不共線)或連續圖案(例如，其中每個列或行與相鄰的列或行對齊，使得沿著列或沿著行的所有投影假影是共線的)佈置投影假影。無論投影假影的圖案是交錯的或是連續的，圖 案皆是規則的(即，投影假影的放置是規則的而不是隨機的)且可從由中心光束406i產生的中心投影假影408向外延伸。中心投影假影408位於縱經線410及橫緯線412的交叉點處，且可被認為是圖案402的「原點」。
圖4C示出了當圖4A及圖4B的圖案402被投影到平坦表面404上之圖4A及圖4B的投影假影的軌跡414的正面視圖。如所示的，軌跡414不會重疊。
圖4C亦示出了透鏡416相對於投影點400的位置。如基線418所示，投影點400位於距透鏡416的徑向或x方向上的某個距離a處。然而，在y方向上，投影點416的位置與透鏡並沒有差別。換句話說，透鏡416及投影點400可被安裝在同一平面中，例如，使得投影點400與透鏡的影像捕捉裝置的主點(例如，前節點)在影像捕捉裝置的光軸的方向上齊平。
圖5A示出了從投影點500所投射之光束的佈置的一範例的側視圖，而圖5B示出了由圖5A的光束的佈置所產生的投影圖案502的正面視圖。在圖5A及圖5B的範例中，光束的佈置被投影到球形表面504(即，具有圓形(非平坦)形狀的表面)上。
如圖所示，投影點500投射複數個光束5061至506m(下文中分別稱為「光束506」或統稱為「光束506」)。複數個光束506包括中心光束506i。剩餘的光束506在沿著x軸且沿著y軸的兩個方向上自中心光束506i扇出。為了簡化附加圖式，可駐留在第一光束5061 及中心光束506i之間及駐留在中心光束506i及最後光束506m之間的光束506未在圖5A中示出。
由複數個光束506產生的結果圖案502包括複數個以矩形網格排列的投影假影(例如，點)，如圖5B所示。網格的列沿著所示坐標系的x軸延伸，而網格的行沿y軸延伸。列及行根據預定規則(例如，相等的角度間隔及相等的正弦值間隔等)以對應於從中心光束506i開始的x軸及y軸的方位間隔地佈置。
可用交錯圖案(例如，其中每個列或行從相鄰列或行偏移，使得沿著列或沿著行的所有投影假影可不共線)或連續圖案(例如，其中每個列或行與相鄰的列或行對齊，使得沿著列或沿著行的所有投影假影是共線的)佈置投影假影。無論投影假影的圖案是交錯的或是連續的，圖案皆是規則的(即，投影假影的放置是規則的而不是隨機的)且可從由中心光束506i產生的中心投影假影508向外延伸。中心投影假影508位於縱經線510及橫緯線512的交叉點處，且可被認為是圖案502的「原點」。
圖5C示出了被投影到平坦表面516上之圖5A及圖5B的投影圖案502的側視圖，而圖5D示出了被投影到平坦表面516上之圖5A及圖5B的投影圖案502的正面視圖。如圖5C所示，與圖案502被投影到平坦表面516上時不同，圖案502係彎曲的。如下文結合圖5E所討論的，這可能導致投影假影的軌跡重疊。這與圖5A及 圖5B的範例形成對比，在圖5A及圖5B中，圖案502係被投影到球形表面504上且保持其大致矩形的網格形狀。
圖5E示出了當圖5A至圖5D的圖案502被投影到平坦表面520上時之圖5A至圖5D的投影假影的軌跡514的正面視圖。如所示的，軌跡514在投影到平坦表面520上時重疊。
圖5E亦示出了透鏡516相對於投影點500的位置。如基線518所示，投影點500位於距透鏡516的徑向或x方向上的某個距離a處。然而，在y方向上，投影點516的位置與透鏡516並沒有差別。換句話說，透鏡516及投影點500可被安裝在同一平面中，例如，使得投影點500與透鏡的影像捕捉裝置的主點(例如，前節點)在影像捕捉裝置的光軸的方向上齊平。
圖5F示出了在半球形視野中之圖5A至圖5E的投影圖案502的一般形狀。更具體來說，圖5F示出了投影圖案的網格線相對於投影點500的方向。如圖所示，可藉由將橫緯線526及縱經線528中的一或多者分別旋轉預定角度η及θ來調整投影圖案502。取決於投影圖案502將投影到的物體的應用及形狀，η及θ可相等或不相等。
例如，橫緯線526可在y方向上(即，沿著y軸的方向)移位到新位置522。在一範例中，藉由將橫緯線526旋轉角度η來完成橫緯線526到新位置522的移位。
縱經線528可在x方向上(即，沿著x軸的方向)移位到新位置524。在一範例中，藉由將縱經線528旋轉角度θ來完成縱經線528到新位置524的移位。
圖5F示出了可由此光束佈局產生的一些示例性投影假影。除了位於橫緯線526的原始位置(對於橫緯線526的原始位置而言θ=0)及縱經線528的原始位置(對於縱經線528的原始位置而言η=0)的交叉點處的中心投影假影508之外，亦示出了以下的投影假影：投影假影530、投影假影532及投影假影534，其中該投影假影530位於距中心投影假影508的坐標(θ，η)處(例如，該投影假影530在x及y方向上皆移位)且表示調整圖案中的中心投影假影508的新位置、該投影假影532係位於坐標(0，η)處，及投影假影534係位於坐標(θ，0)處。
圖6A示出了從投影點600所投射之光束的佈置的一範例的側視圖，而圖6B示出了由圖6A的光束的佈置所產生的投影圖案602的正面視圖。在圖6A及圖6B的範例中，光束的佈置被投影到球形表面604(即，具有圓形(非平坦)形狀的表面)上。
如圖所示，投影點600投射複數個光束6061至606m(下文中分別稱為「光束606」或統稱為「光束606」)。複數個光束606包括中心光束606i。剩餘的光束606在沿著x軸且沿著y軸的兩個方向上自中心光束606i扇出。為了簡化附加圖式，可駐留在第一光束6061 及中心光束606i之間及駐留在中心光束606i及最後光束606m之間的光束606未在圖6A中示出。
由複數個光束606產生的結果圖案602包括複數個以矩形網格排列的投影假影(例如，點)，如圖6B所示。網格的列沿著所示坐標系的x軸延伸，而網格的行沿y軸延伸。列及行根據預定規則(例如，相等的角度間隔及相等的正弦值間隔等)以對應於從中心光束606i開始的x軸及y軸的方位間隔地佈置。
可用交錯圖案(例如，其中每個列或行從相鄰列或行偏移，使得沿著列或沿著行的所有投影假影可不共線)或連續圖案(例如，其中每個列或行與相鄰的列或行對齊，使得沿著列或沿著行的所有投影假影是共線的)佈置投影假影。
無論投影假影的圖案是交錯的或是連續的，圖案皆是規則的(即，投影假影的放置是規則的而不是隨機的)且可從由中心光束606i產生的中心投影假影608向外延伸。中心投影假影608位於縱經線610及橫緯線612的交叉點處，且可被認為是圖案602的「原點」。
在一範例中，當圖案602被投影到以中心投影假影608為中心的球形表面604上時，圖案602可採取類似於在地球的縱經線(例如，子午線)及橫緯線(例如，赤道)處從地球赤道上方直接觀察的形狀，如圖6B所示。
圖6C示出了被投影到平坦表面上之圖6A及圖6B的投影圖案602的側視圖，而圖6D示出了被投影到平坦表面上之圖6A及圖6B的投影圖案602的正面視圖。
圖6E示出了當圖6A至圖6D的圖案602被投影到平坦表面614上之圖6A至圖6D的投影假影的軌跡620的正面視圖。如圖所示，軌跡620不重疊。
圖6E亦示出了透鏡616相對於投影點600的位置。如基線618所示，投影點600位於距透鏡616的徑向或x方向上的某個距離a處。然而，在y方向上，投影點600的位置與透鏡616並沒有差別。換句話說，透鏡616及投影點600可被安裝在同一平面中，例如，使得投影點600與透鏡的影像捕捉裝置的主點(例如，前節點)在影像捕捉裝置的光軸的方向上齊平。
圖7示出了本申請案的示例性投影光束對準。具體來說，圖7示出了距離感測器的各種組件，包括了透鏡/影像捕捉裝置的前節點700、第一投影點7021及第二投影點7022。
如圖所示，前節點700位於距第一投影點7021及第二投影點7022中的每一者的橫向距離(例如，沿x軸)a處。第一投影點7021及第二投影點7022位於前節點700後面(例如，沿z軸)的距離b處。此外，在第一投影點7021及第二投影點7022之間(及在任何其他可為距離感測器的一部分的投影點之間)定義ω角。
以第一投影點7021為例，第一投影點7021投射複數個包括中心光束704的光束。為簡單起見，圖7中僅示出了中心光束704。中心光束704產生由複數個光束所產生之投影圖案的中心投影假影706。為簡單起見，圖7中僅示出了中心投影假影706。
可藉由複數個角度來描述中心光束704相對於第一投影點7021的方向。例如，可將α角度限定在由中心光束704限定的平面708及穿過前節點700的中心軸712及第一投射點7021的徑向線710之間。
滾動軸ε示出了如何旋轉中心光束706以調節中心投影假影706的位置。中心光束可沿y軸旋轉角度θ及/或沿x軸旋轉角度η。此外，可將δ角度限定在中心光束706及以與前節點700的中心軸712平行的角度穿過第一投影點7021的線之間。
圖8示出了用於計算從感測器到物體的距離的示例性方法800的流程圖。在一實施例中，方法800可由整合在成像感測器(如距離感測器的任何成像感測器)或如圖9所示且於下文討論之通用計算裝置中的處理器執行。
方法800開始於步驟802。在步驟804中，可從距離感測器的投影點將投影圖案投影到物體上。如上所述，可藉由從投影點投射複數個光束來產生投影圖案，使得當複數個光束入射到物體上時，投影假影的圖案(例如，點、劃線及x等)至少可藉由成像感測器看到。圖案 可包括矩形網格，投影假影被(例如，作為複數個列及複數個行)佈置在該矩形網格中。
如上所述，在投影圖案的縱經線(例如，中心行)及橫緯線(例如，中心列)的交叉處產生投影圖案的中心投影假影。
在步驟806中，可將縱經線及橫緯線中的至少一者被投射的角度旋轉預定量以調整投影圖案的形狀，從而將調整後的投影圖案投影到物體上。在一範例中，調整投影圖案的形狀以補償投影圖案所投影於其上的物體的形狀。例如，若物體具有球形或圓形表面，則若未正確調整的話投影圖案便可能會失真。此種失真可能導致一些投影假影的軌跡重疊。在一範例中，縱經線可從其原始位置旋轉第一預定角度，而橫緯線從其原始位置旋轉第二預定角度。第一預定角度與第二預定角度可相等或不相等。
在步驟808中，可捕捉物體的至少一個影像。調整後的投影圖案的至少一部分可在物體的表面上可見。
在步驟810中，可使用來自在步驟808中所捕捉的影像的資訊來計算從距離感測器到物體的距離。在一實施例中，使用三角測量技術來計算距離。例如，構成投影圖案的複數個投影假影之間的位置關係可作為計算的基礎。
方法800在步驟812結束。可對距離感測器的附加投影點(平行或順序地)重複方法800。
應當注意到的是，儘管未明確指定，但上述方法800的一些方塊、功能或操作可包括存儲、顯示及/或輸出特定應用。換句話說，取決於特定應用，可將方法800中討論的任何資料、記錄、欄位及/或中間結果存儲、顯示及/或輸出到另一個裝置。此外，圖8中之描述確定操作或涉及決定的方塊、功能或操作並不意味著確定操作的兩個分支皆要被實施。換句話說，取決於確定操作的結果，可不執行確定操作的分支之一。
如上所述，本申請案的示例提供了一種距離感測器，其中可在平面(例如，橫向)方向及高度方向(例如，垂直於橫向的方向)中的至少一個方向上自由調整距離感測器的投影光學系統及光接收光學系統之間的位置關係。
例如，圖9A是示出具有投影點的距離感測器900的元件的側視圖的示意圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案。圖9B是示出圖9A的距離感測器900的元件的俯視圖的示意圖。如圖所示，感測器900可包括影像捕捉設備的透鏡902。感測器900亦可包括圍繞透鏡902的周邊佈置之(例如，由光源、繞射光學元件及/或其他元件的組合形成的)複數個投影點；圖9A及圖9B示出了一個這樣的投影點904，其中其他投影點可被類似地配置且被放置在透鏡902周圍的不同位置處。自透鏡902的前節點至投影點904的中心軸的橫向距離L(例如，在垂直於影像捕捉裝置的光軸的方向上)亦可稱為感測器900的「基線」。
投影點904投射光的複數個光束9061-906n(下文中分別稱為「光束906」或統稱為「光束906」)，該複數個光束扇出(fan out)且如上所述，當光束906入射到表面上時形成投影假影的圖案(例如，點及劃線或諸如此類)。圖案中心的方向可垂直於感測器900的基線L，而投影圖案可與相對於投影圖案的中心的軸對稱。
在一個示例中，可調整投影點904以調整投影點904投射複數個光束906的方向及/或角度。以此方式調整投影點904亦調整了投影點904與感測器的光接收光學系統(其包含透鏡902)的位置關係。在此情況下，投影點904的三維位置可由基線L的長度及影像捕捉裝置之光軸的方向上的投影點904與影像捕捉裝置的前節點之間的高度差b決定。在圖9A及圖9B中所示的示例中，b=0。
投影圖案的中心相對於影像捕捉裝置的光軸的方向可藉由相對於光軸的徑向角度θ來決定，其中θ表示產生了投影圖案的中心的投影光束與影像捕捉裝置的光軸之間的角度。另外，可圍繞平行於影像捕捉裝置的光軸的軸限定旋轉角度α。
例如，圖10A示出了示例性投影點1000與距離感測器的示例性影像捕捉裝置1002之間的位置關係的側視圖。圖10B進一步示出了圖10A的距離感測器的元 件。由投影點1000投影到平坦表面1008上的投影圖案1006的中心由元件符號1004表示。
如圖10A所示，尺寸「b」限定投影點1000的高度與影像捕捉裝置的前節點的高度之間的差(其中高度在影像捕捉裝置的光軸的方向中限定)。尺寸「a」定義了距離感測器基線的長度。本申請案的示例允許調整尺寸b，其接著將調整投影點的軌跡1012的發散角以最小化軌跡重疊。以此方式，投影點軌跡1012及投影點的線1010(例如，列)的傾斜度根據投影圖案1006及投影平面之間的位置關係而變化。然而，當線1010形成如圖10B所示的直線時，可更容易地(與線1010變得彎曲時相比)進行用於使軌跡重疊最小化的調整。
本申請案的其他示例亦允許相對於從投影點1000投射的投影光束的擴展及距離感測器的尺寸來調整角度θ及α。例如，圖10C及圖10D示出了當投影圖案1004的中心與圖10A的影像捕捉裝置1002的光軸之間的角度θ被調整時對投影點軌跡的影響。
圖11A示出了具有可調整投影點的感測器1100的示例性配置的元件的側視圖。圖11B示出了圖11中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖11A及圖11B所示，感測器1100包括了包含透鏡的影像捕捉裝置1102及複數個投影點11041-1104n(下文中，各自稱為「投影點1104」或統稱為「投影點1104」)。在一個示例中，感測器1100包 括四個投影點1104/每一個影像捕捉裝置1102，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
投影點1104(例如，投影點11041)相對於影像捕捉裝置1102的光軸1106所發射的投影圖案的中心的方向可通過相對於光軸1106的徑向方向上的角度θ來決定，其中θ表示由投影點1104(即，產生投影圖案的中心的光束)投射的中心投影光束1108與影像捕捉裝置1102的光軸1106之間的角度。在圖11A及圖11B中所示的示例中，θ的值是40度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1106平行的軸限定旋轉角度α。在圖11A及圖11B所示的示例中，α的值是零度。
基線a定義從影像捕捉裝置之透鏡的前節點到投影點1104的中心軸1110的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1102的光軸1106的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1106的方向上之投影點1104及影像捕捉裝置1102的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖11A及圖11B中所示的示例中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1106的線1112與垂直於中心光束1108的線1114之間的角度可定義為β。在圖11A及圖11B所示的示例中，β的值是40度。
利用這些定義，影像捕捉裝置1102與提供用於使投影點軌跡的重疊最小化的最佳投影圖案的投影點1104之間的位置關係可因此被定義為：
Figure 107136946-A0305-02-0033-1
圖11C至圖11G是繪製由圖11A及圖11B的距離感測器1100發射的投影點的軌跡的圖表。在圖11C至圖11G中所示的示例中，β的最佳值是-40°；然而，實際值可能大於或小於-40°。因此，圖11C至圖11G示出了投影點軌跡的重疊如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖11C中，α=0°、θ=40°、β=-40°及△β=0。因此，圖11C示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖11C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
在圖11D的示例中，α=0°、θ=40°、β=-46.7°及△β=-6.7。將其與圖11E的示例進行比較，圖11E其中的α=0°、θ=40°、β=-53.7°及△β=-13.7。與圖11D的示例相比，圖11E的示例中的軌跡間隔更均勻。然而，β的值偏離40°的最佳值。
在圖11F的示例中，α=0°、θ=40°、β=-31.2°及△β=7.8。將其與圖11G的示例進行比較，圖11G其中的α=0°、θ=40°、β=15.6°及△β=13.1。同樣地，β的值偏離40°的最佳值。
圖12A示出了具有投影點的感測器1200的示例性配置的元件的側視圖，其中該等投影點的位置被調 整以最佳化投影圖案；圖12B示出了圖12A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖12A及圖12B所示，感測器1200包括影像捕捉裝置1202(其包括了透鏡)及複數個投影點12041-1204n(下文中分別稱為「投影點1204」或統稱為「投影點1204」)。在一個示例中，感測器1200包括四個投影點1204/每個影像捕捉裝置1202，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1204(例如，投影點12041)相對於影像捕捉裝置1202的光軸1206發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1206之徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1204投射的中心投影光束1208(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1202的光軸1206之間的角度。在圖12A及圖12B所示的示例中，θ的值是40度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1206平行的軸限定旋轉角度α。在圖12A及圖12B所示的示例中，α的值是30度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點至投影點1204的中心軸1210的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1202的光軸1206的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1206的方向上的投影點1204與影像捕捉裝置1202的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖12A及圖12B中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1206的線1212與垂直於中心光束1208的線1214之間的角度可被定義為β。在圖12A及圖12B所示的示例中，β的值是三十六度。
圖12C至圖12G是繪製由圖12A及圖12B的距離感測器1200所發射的投影點的軌跡的圖表。在圖12C至圖12G中所示的示例中，β的最佳值是-36°；然而，實際值可能大於或小於-36°。因此，圖12C至圖12G示出了投影點軌跡的重疊可如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖12C的示例中，α=30°、θ=40°、β=-36°及△β=0。因此，圖12C示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖12C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
在圖12D的示例中，α=30°、θ=40°、β=-42.3°及△β=-6.3。將其與圖12E的示例進行比較，圖12E其中的α=30°、θ=40°、β=-46.7°及△β=-10.7。在圖12F的示例中，α=30°、θ=40°、β=-24.4°及△β=11.6。將其與圖12G的示例進行比較，圖12G其中的α=30°、θ=40°、β=16.9°及△β=19.1。
圖13A示出了具有投影點的感測器1300的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖13B示出了圖13A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖13A及圖13B所示，感測器1300包括影像捕捉裝置1302(其包括了透鏡)，及複數個投影點13041-1304n(下文中各自稱為「投影點1304」或統稱為「投影點1304」)。在一個示例中，感測器1300包括四個投影點1304/每個影像捕捉裝置1302，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1304(例如，投影點13041)相對於影像捕捉裝置1302的光軸1306所發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1306之徑向方向中的角度θ決定，其中θ表示由投影點1304投射的中心投影光束1308(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1302的光軸1306之間的角度。在圖13A及圖13B所示的示例中，θ的值為40度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1306平行的軸來限定旋轉角度α。在圖13A及圖13B中，α的值是60度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點到投影點1304的中心軸1310的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1302的光軸1306的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1306的方向上之投影點1304與影像捕捉裝置1302的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖13A及圖13B中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1306的線1312與垂直於中心光束1308的線1314之間的角度可被定義 為β。在圖13A及圖13B所示的示例中，β的值是二十三度。
圖13C至圖13G是繪製由圖13A及圖13B的距離感測器1300所發射的投影點的軌跡的圖表。在圖13C至圖13G所示的示例中，β的最佳值為-22.8°；然而，實際值可能大於或小於-22.8°。因此，圖13C至圖13G示出了投影點軌跡的重疊如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖13C的示例中，α=60°、θ=40°、β=22.8°及△β=0。圖13C示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖13C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
在圖13D的示例中，α=60°、θ=40°、β=-35.9°及△β=-13.1。將其與圖13E的示例進行比較，圖13E其中的α=60°、θ=40°、β=-41.2°及△β=-18.4。在圖13F的示例中，α=60°、θ=40°、β=-15.0°及△β=7.8。將其與圖13G的示例進行比較，圖13G其中的α=60°、θ=40°、β=6.65°及△β=16.1。
圖14A示出了具有投影點的感測器1400的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖14B示出了圖14A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖14A及圖14B所示，感測器1400包括影像捕捉裝置1402(其包括了透鏡)，及複數個投影點 14041-1404n(下文中各自稱為「投影點1404」或統稱為「投影點1404」)。在一個示例中，感測器1400包括四個投影點1404/每個影像捕捉裝置1402，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1404(例如，投影點14041)相對於影像捕捉裝置1402的光軸1406所發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1406的徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1404投射的中心投影光束1408(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1402的光軸1406之間的角度。在圖14A及圖14B所示的示例中，θ的值是40度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1406平行的軸限定旋轉角度α。在圖14A及圖14B所示的示例中，α的值是90度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點至投影點1404的中心軸1410的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1402的光軸1406的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1406的方向上之投影點1404與影像捕捉裝置1402的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖14A及圖14B所示的示例中，b的值為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1406的線1412與垂直於中心光束1408的線1414之間的角度可被定義為β。在圖14A及圖14B所示的示例中，β的值是零度。
圖14C至圖14G是繪製由圖14A及圖14B的距離感測器1400發射的投影點的軌跡的圖表。在圖14C至圖14G所示的示例中，β的最佳值是0°；然而，實際值可能大於或小於0°。因此，圖14C-14G示出了投影點軌跡的重疊如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖14C的示例中，α=90°、θ=40°、β=0°及△β=0。因此，圖14C示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖14C中的投影點軌跡的重疊是最小的。因此，可在不對感測器1400的元件進行任何修改的情況下藉由設置b=0及β=0來最佳化投影圖案(即，軌跡重疊最小化)。
在圖14D的示例中，α=90°、θ=40°、β=-8.6°及△β=-8.6。將其與圖14E的示例進行比較，圖14E其中的α=90°、θ=40°、β=-16.9°及△β=-16.9。在圖14F的示例中，α=90°、θ=40°、β=8.6°及△β=8.6。將其與圖14G的示例進行比較，圖14G其中的α=90°、θ=40°、β=16.9°及△β=16.9。
圖15A示出了具有投影點的感測器1500的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖15B示出了圖15A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖15A及圖15B所示，感測器1500包括影像捕捉裝置1502(其包括了透鏡)，及複數個投影點15041-1504n(下文中分別稱為「投影點1504」或統稱 為「投影點1504」)。在一個示例中，感測器1500包括四個投影點1504/每個影像捕捉裝置1502，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1504(例如，投影點15041)相對於影像捕捉裝置1502的光軸1506所發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1506的徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1504投射的中心投影光束1508(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1502的光軸1506之間的角度。在圖15A及圖15B所示的示例中，θ的值是八十度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1506平行的軸限定旋轉角度α。在圖15A及圖15B所示的示例中，α的值是90度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點至投影點1504的中心軸1510的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1502的光軸1506的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1506的方向上之投影點1504與影像捕捉裝置1502的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖15A及圖15B所示的示例中，b的值為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1506的線1512與垂直於中心光束1508的線1514之間的角度可被定義為β。在圖15A及圖15B所示的示例中，β的值是零度。
圖15C至圖15E是繪製由圖15A及圖15B的距離感測器1500所發射的投影點的軌跡的圖表。在圖15C至圖15E所示的示例中，β的最佳值是0°；然而，實際值可能大於或小於0°。因此，圖15C至15E示出了投影點軌跡的重疊如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖15D的示例中，α=90°、θ=80°、β=0°及△β=0。因此，圖15D示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖15D中的投影點軌跡的重疊是最小的。因此，可在不對感測器1500的元件進行任何修改的情況下，藉由設置b=0及β=0來最佳化投影圖案(即，最小化軌跡重疊)。
在圖15C的示例中，α=90°、θ=80°、β=-16.9°及△β=-16.9。將其與圖15E的示例進行比較，在圖15E其中的α=90°、θ=80°、β=-16.9°及△β=16.9。
圖16A示出了具有投影點的感測器1600的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖16B示出了圖16A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖16A及圖16B所示，感測器1600包括影像捕捉裝置1602(其包括透鏡)，及複數個投影點16041-1604n(下文中分別稱為「投影點1604」或統稱為「投影點1604」)。在一個示例中，感測器1600包括 四個投影點1604/每個影像捕捉裝置1602，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1604(例如，投影點16041)相對於影像捕捉裝置1602的光軸1606發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1606的徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1604投射的中心投影光束1608(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1602的光軸1606之間的角度。在圖16A及圖16B所示的示例中，θ的值是70度。
另外，可圍繞平行於影像捕捉裝置的光軸1606的軸限定旋轉角度α。在圖16A及圖16B所示的示例中，α的值是90度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點到投影點1604的中心軸1610的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1602的光軸1606的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1606的方向上的投影點1604與影像捕捉裝置1602的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖16A及圖16B所示的示例中，b的值為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1606的線1612與垂直於中心光束1608的線1614之間的角度可被定義為β。在圖16A及圖16B所示的示例中，β的值是零度。
圖16C至圖16E是繪製由圖16A及圖16B的距離感測器1600發射的投影點的軌跡的圖表。在圖16C 至圖16E所示的示例中，β的最佳值是0°；然而，實際值可能大於或小於0°。因此，圖16C至圖16E示出了投影點軌跡的重疊如何隨△β的變化(即，β的最佳值與實際值之間的差)而變化。在圖16D的示例中，α=90°、θ=60°、β=0°及△β=0。因此，圖16D示出了β相對於θ的最佳值的一個示例。如圖所示，圖16D中的投影點軌跡的重疊是最小的。因此，可在不對感測器1600的元件進行任何修改的情況下，藉由設置b=0和β=0來最佳化投影圖案(即，軌跡重疊最小化)。
在圖16C的示例中，α=90°、θ=60°、β=-16.9°及△β=-16.9。將其與圖16E的示例進行比較，圖16E其中的α=90°、θ=60°、β=-16.9°及△β=16.9。
本申請案的其他示例考慮以下事實：三角測量的基本長度由√(a^2+b^2)給出。因此，感測器基線(「a」)的長度越長，三角測量中的距離解析度(即，投影圖案的影像相對於距感測器的距離的變化的移動量)越高。因此，當感測器的尺寸在基線方向上受到限制時，可藉由增加投影點與在影像捕捉裝置的光軸方向上的影像捕捉裝置的前節點之間的高度差(「b」)來「增加」基線長度。在此情況下，可藉由調整角度θ和α的值來最佳化高度差b。
圖17A示出了具有投影點的感測器1700的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以 最佳化投影圖案；圖17B示出了圖17A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖17A及圖17B所示，感測器1700包括影像捕捉裝置1702(其包括透鏡)，及複數個投影點17041-1704n(下文中，各自稱為「投影點1704」或統稱為「投影點1704」)。在一個示例中，感測器1700包括四個投影點1704/每個影像捕捉裝置1702，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1704(例如，投影點17041)相對於影像捕捉裝置1702的光軸1706發射的投影圖案的中心的方向可通過徑向方向上相對於光軸1706的角度θ來決定，其中θ表示由投影點1704投射的中心投影光束1708(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1702的光軸1706之間的角度。在圖17A及17B所示的示例中，θ的值是70度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1706平行的軸來限定旋轉角度α。在圖17A及圖17B中，α的值是30度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點到投影點1704的中心軸1710的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1702的光軸1706的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1706的方向上的投影點1704與影像捕捉裝置1702的前節點之間的高度差b 可被定義為b。在圖17A及圖17B所示的示例中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1706的線1712及垂直於中心光束1708的線1714之間的角度可被定義為β。在圖17A及圖17B所示的示例中，β的值是六十七度。
圖17C是繪製由圖17A及圖17B的距離感測器1700所發射的投影點的軌跡的圖表。在圖17C所示的示例中，β的最佳值是67.2°。在圖17C的示例中，α=30°、θ=70°、β=-66.8°及△β=0.4。如圖所示，圖17C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
在圖17A至圖17C的示例中，旋轉角α的值相對較大(例如，接近90度而不是45度)。如此一來，投影圖案方向(例如，中心光束1708的投影方向)接近影像捕捉裝置1702的圓周的切線方向。這可能導致投影圖案干擾投影點。此外，取決於元件的佈局，可能存在對旋轉角度α的方向的附加限制。因此，本申請案的示例藉由適當地選擇α、θ及b的值來最小化干擾。
圖18A示出了具有投影點的感測器1800的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖18B示出了圖18A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖18A及圖18B所示，感測器1800包括影像捕捉裝置1802(其包括透鏡)，及複數個投影點 18041-1804n(下文中各自稱為「投影點1804」或統稱為「投影點1804」)。在一個示例中，感測器1800包括四個投影點1804/每個影像捕捉裝置1802，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1804(例如，投影點18041)相對於影像捕捉裝置1802的光軸1806所發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1806的徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1804投射的中心投影光束1808(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1802的光軸1806之間的角度。在圖18A及圖18B所示的示例中，θ的值是70度。
另外，可圍繞與影像捕捉裝置的光軸1806平行的軸限定旋轉角度α。在圖18A及圖18B所示的示例中，α的值是60度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點到投影點1804的中心軸1810的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1802的光軸1806的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1806的方向上之投影點1804與影像捕捉裝置1802的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖18A及圖18B所示的示例中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1806的線1812和垂直於中心光束1808的線1814之間的角度可被定義為β。在圖18A及圖18B所示的示例中，β的值是54度。
圖18C是繪製由圖18A及圖18B的距離感測器1800所發射的投影點的軌跡的圖表。在圖18C所示的示例中，β的最佳值是-53.9°。在圖18C的示例中，α=60°、θ=70°、β=-53.5°及△β=0.4。如圖所示，圖18C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
圖19A示出了具有投影點的感測器1900的示例性配置的元件的側視圖，該等投影點的位置被調整以最佳化投影圖案；圖19B示出了圖19A中所示的感測器元件的俯視圖。
如圖19A及圖19B所示，感測器1900包括影像捕捉裝置1902(其包括透鏡)，及複數個投影點19041-1904n(下文中分別稱為「投影點1904」或統稱為「投影點1904」)。在一個示例中，感測器1900包括四個投影點1904/每個影像捕捉裝置1902，但在其他示例中可包括更多或更少的投影點。
如上所述，投影點1904(例如，投影點19041)相對於影像捕捉裝置1902的光軸1906所發射的投影圖案的中心的方向可由相對於光軸1906的徑向方向上的角度θ決定，其中θ表示由投影點1904投射的中心投影光束1908(即，產生投影圖案的中心的光束)與影像捕捉裝置1902的光軸1906之間的角度。在圖19A及圖19B所示的示例中，θ的值是70度。
另外，可圍繞平行於影像捕捉裝置的光軸1906的軸限定旋轉角度α。在圖19A及圖19B中所示的示例中，α的值是零度。
基線a定義從影像捕捉裝置的透鏡的前節點到投影點1904的中心軸1910的(例如，在垂直於影像捕捉裝置1902的光軸1906的方向上的)橫向距離。
在影像捕捉裝置的光軸1906的方向上之投影點1904與影像捕捉裝置1902的前節點之間的高度差b可被定義為b。在圖19A及圖19B所示的示例中，b的值不為零。
垂直於影像捕捉裝置的光軸1906的線1912與垂直於中心光束1908的線1914之間的角度可被定義為β。在圖19A及圖19B所示的示例中，β的值是七十度。
圖19C是繪製由圖19A及圖19B的距離感測器1900發射的投影點的軌跡的圖表。在圖19C所示的示例中，β的最佳值是-70°。在圖19C的示例中，α=0°、θ=70°、β=-69.9°及△β=0.1。如圖所示，圖19C中的投影點軌跡的重疊是最小的。
儘管可由方程式1唯一地決定a、b、α、β及θ的值，但設置值仍可能會出現一些錯誤。在一些情況下，為了方便起見，可能需要採用與最佳值略微偏離(例如，在某些預定容差內)的值。例如，在圖11A至圖19C所示的示例中，當β的值與最佳值在+/- 10°之內時，仍實現了良好的結果(即，投影點軌跡的最小重疊)。
圖20示出了用於計算從感測器到物體的距離的示例性方法2000的流程圖。在一個實施例中，方法2000可由整合在成像感測器(如距離感測器的任何成像感測器)或如圖21所示且於下文討論之專用計算裝置中的處理器執行。
方法2000在步驟2002開始。在步驟2004中，可從距離感測器的投影點將投影圖案投影到物體上。在一個示例中，可在投影投影圖案之前(例如藉由調整限定位置關係的至少一個參數)來調整或最佳化距離感測器的投影光學系統(例如，包括投影點的一組光學系統，其包括光源、繞射光學元件及其他元件)與光接收光學系統(例如，包括影像捕捉裝置的一組光學系統，其包括透鏡及其他元件)之間的位置關係。例如，可在距離感測器的元件的選擇與設計及/或距離感測器的元件的組裝期間調整位置關係。在一個示例中，藉由調整以下參數中的至少一者來調整位置關係：由投影光學系統的投影點投射的中心投影光束與光接收光學系統的光軸之間的角度θ、圍繞與光接收光學系統的光軸平行的軸的旋轉角度α、基線a(即，在垂直於光接收光學系統的光軸的方向上之從光接收光學系統的透鏡的前節點至投影點的中心軸的橫向距離)、在光接收光學系統的光軸方向上的投影點與前節點之間的高度差b，及在垂直於光接收光學系統的光軸的線與垂直於投影點投射的中心光束的線之間的角度β。可根據上文的圖1來定義a、b、α、β及θ之間的關係。
如上所述，可藉由從投影點投射複數個光束來建立在步驟2004中投影的投影圖案，使得當複數個光束入射到物體上時，投影假影的圖案(例如，點、劃線、x或類似物)至少可藉由成像感測器看到。如上所述，投影假影的佈局可取決於距離感測器的投影光學系統與光接收光學系統之間在平面(例如，橫向)方向上及高度方向(例如，垂直於橫向方向的方向)上的位置關係。
在步驟2006中，可捕捉物體的至少一個影像。在物體的表面上可看到至少一部分的投影圖案。
在步驟2008中，可使用在步驟2006中所捕捉的(多個)影像的資訊來計算從距離感測器到物體的距離。在一個實施例中，使用三角測量技術來計算距離。例如，構成投影圖案的複數個投影假影之間的位置關係可作為計算的基礎。
方法2000在步驟2010中結束。可對距離感測器的額外投影點(平行地或循序地)重複方法2000。
應當注意到的是，雖然未明確指定，但上述方法2000的一些方塊、功能或操作可包括存儲、顯示及/或輸出特定應用程序。換句話說，取決於特定應用，可將方法2000中討論的任何資料、記錄、欄位及/或中間結果存儲、顯示及/或輸出到另一個裝置。此外，圖20中描述決定操作或涉及決定的方塊、功能或操作並不暗示決定操作的兩個分支都被實施。換句話說，取決於決定操作的結果，可不執行決定操作的分支之一。
圖21描繪了用於計算從感測器到物體的距離的示例性電子裝置2100的高階方塊圖。如此一來，可將電子裝置2100實施成電子裝置或系統(如距離感測器)的處理器。
如圖21所示，電子裝置2100包括硬體處理器元件2102(例如中央處理單元(CPU)、微處理器或多核處理器)、記憶體2104(例如隨機存取存儲器(RAM)及/或唯讀記憶體(ROM))、用於計算從感測器到物體的距離的模組2105及各種輸入/輸出設備2106，該各種輸入/輸出設備2106例如存儲裝置(其包括但不限於磁帶驅動、軟碟驅動、硬碟驅動器或光碟驅動)、接收器、發送器、顯示器、輸出埠、輸入埠及使用者輸入裝置(如鍵盤、小鍵盤、滑鼠及麥克風等)。
儘管示出了一個處理器元件，但應注意到的是，電子裝置2100可採用複數個處理器元件。此外，儘管在圖中示出了一個電子裝置2100，但若針對特定說明性範例以分散式方式或平行方式實施上文所述的(多個)方法(即，跨越多個或平行電子裝置來實施上述(多個)方法的方塊或整體(多個)方法)，則此圖的電子裝置2100旨在表示那些多個電子裝置中的每一者。
應當注意到的是，本申請案可藉由機器可讀取指令及/或機器可讀取指令及硬體的組合來實施，例如使用特殊應用積體電路(ASIC)、包括現場可程式化閘陣列(FPGA)的可程式化邏輯陣列(PLA)、或部署在硬體裝 置上的狀態機、通用電腦或任何其他硬體等同物(例如，與上述(多個)方法有關的電腦可讀取指令可用於配置硬體處理器以執行上述所討論之(多個)方法的方塊、功能及/或操作)。
在一範例中，用於計算從感測器到物體的距離的當前模組或處理2105的指令及資料(例如，機器可讀取指令)可被加載到記憶體2104中並由硬體處理器元件2102執行，以實施如上文相關聯方法800或方法2000所討論的方塊、功能或操作。此外，當硬體處理器執行指令以執行「操作」時，此硬體處理器可包括直接執行操作的硬體處理器及/或促進、指導或與另一硬體裝置或元件協作的硬體處理器(例如協作處理器等)，以執行操作。
執行與上述(多個)方法有關的機器可讀取指令的處理器可被視為編程處理器或專用處理器。如此一來，本申請案之用於計算從感測器到物體的距離的當前模組2105可存儲在有形或物理(廣泛非暫態的)電腦可讀取存儲裝置或媒體(例如，揮發性記憶體、非揮發性記憶體、ROM記憶體、RAM記憶體、磁性或光學驅動器、設備或軟碟等)上。更具體來說，電腦可讀取存儲設備可包括任何實體裝置，該等任何實體裝置提供存儲資訊(如要由處理器或如電腦或安全感測器系統的控制器的電子裝置存取的資料及/或指令)的能力。
應當理解的是，上述所揭露的變體及其他特徵與功能或其替代方案可組合到許多其他不同的系統或應 用中。隨後可進行各種目前無法預料或未預料到的替換、修改或變化，這些替換、修改或變化亦旨在被以下申請專利範圍所涵蓋。
100:透鏡
102:投影點
1041-104n:光束
106:圖案

Claims (19)

  1. 一種使用於球面三角測量計算的一光束分佈最佳化的方法，包括以下步驟：將一投影圖案從一距離感測器的一投影點投影到一物體的一表面上，其中該投影圖案由從該投影點投射的複數個光束產生，其中該複數個光束產生經佈置在該物體的該表面上的複數個投影假影，其中該複數個投影假影的一佈局取決於該投影點及該距離感測器的一影像捕捉裝置之間的一位置關係，其中在該投影之前已最佳化定義該投影點及該距離感測器的一影像捕捉裝置之間的該位置關係的至少一個參數，以最小化與複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊，且其中該位置關係是根據
    Figure 107136946-A0305-02-0061-57
    所定義，其中β為垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一第一線及垂直於該複數個投影光束的一中心光束的一第二線之間的一角度，b為在該影像捕捉裝置的該光軸的一方向上之該投影點及該影像捕捉裝置的一前節點之間的一高度差，a為從該影像捕捉裝置的該前節點到該投影點的一中心軸的一橫向距離，θ為在該中心光束及該影像捕捉裝置的該光軸之間的一角度，及α為圍繞平行於該影像捕捉裝置的該光軸的一軸限定的一旋轉角度；捕捉該物體的一影像，該物體的該影像包括該投影 圖案的至少一部分；及使用來自該影像的資訊來計算從該距離感測器到該物體的一距離。
  2. 一種非暫態機器可讀取儲存媒體，其編碼有可由一處理器執行的指令，其中當執行該等指令時，該等指令使該處理器執行包括以下操作的操作：將一投影圖案從一距離感測器的一投影點投影到一物體的一表面上，其中該投影圖案由從該投影點投射的複數個光束產生，其中該複數個光束產生經佈置在該物體的該表面上的複數個投影假影，其中該複數個投影假影的一佈局取決於該投影點及該距離感測器的一影像捕捉裝置之間的一位置關係，其中在該投影之前已最佳化定義該投影點及該距離感測器的一影像捕捉裝置之間的該位置關係的至少一個參數，以最小化與複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊，且其中該位置關係是根據
    Figure 107136946-A0305-02-0062-2
    所定義，其中β為垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一第一線及垂直於該複數個投影光束的一中心光束的一第二線之間的一角度，b為在該影像捕捉裝置的該光軸的一方向上之該投影點及該影像捕捉裝置的一前節點之間的一高度差，a為從該影像捕捉裝置的該前節點到該投影點的一中心軸的一橫向距離，θ為在該中心光束及該影像 捕捉裝置的該光軸之間的一角度，及α為圍繞平行於該影像捕捉裝置的該光軸的一軸限定的一旋轉角度；捕捉該物體的一影像，該物體的該影像包括該投影圖案的至少一部分；及使用來自該影像的資訊來計算從該距離感測器到該物體的一距離。
  3. 一種使用於球面三角測量計算的一光束分佈最佳化的設備，包括：一影像捕捉裝置，該影像捕捉裝置經定位成捕捉一視野的一影像；及一投影點，該投影點經定位於該影像捕捉裝置的一透鏡的一周邊的外部，該投影點被配置成將複數個投影光束投影到該視野中，其中調整定義該影像捕捉裝置及該投影點之間的一位置關係的至少一個參數，以最小化與由該複數個投影光束所產生的複數個投影假影相關聯的複數個軌跡的重疊，及其中該位置關係是根據
    Figure 107136946-A0305-02-0063-3
    所定義，其中β為垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一第一線及垂直於該複數個投影光束的一中心光束的一第二線之間的一角度，b為在該影像捕捉裝置的該光軸的一方向上之該投影點及該影像捕捉裝置的一前節點之間的 一高度差，a為從該影像捕捉裝置的該前節點到該投影點的一中心軸的一橫向距離，θ為在該中心光束及該影像捕捉裝置的該光軸之間的一角度，及α為圍繞平行於該影像捕捉裝置的該光軸的一軸限定的一旋轉角度。
  4. 如請求項3所述的設備，其中在垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一方向上調整該位置關係。
  5. 如請求項3所述的設備，其中在與該影像捕捉裝置的一光軸平行的一方向上調整該位置關係。
  6. 如請求項3所述的設備，其中該至少一個參數包括該複數個投影光束的一中心投影光束與該影像捕捉裝置的一光軸之間的一角度。
  7. 如請求項3所述的設備，其中該至少一個參數包括圍繞與該影像捕捉裝置的一光軸平行的一軸旋轉的一旋轉角度。
  8. 如請求項3所述的設備，其中該至少一個參數包括在垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一方向上之從該影像捕捉裝置的該透鏡的一前節點到該投影點的一中心軸的一橫向距離。
  9. 如請求項3所述的設備，其中該至少一個參數包括在該影像捕捉裝置的一光軸的一方向上的該投影點及該影像捕捉裝置的該透鏡的一前節點之間的一 高度差。
  10. 如請求項3所述的設備，其中該至少一個參數包括垂直於該影像捕捉裝置的一光軸的一第一線及垂直於該複數個投影光束的一中心光束的一第二線之間的一角度。
  11. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=0°、θ=40°，及β=40°。
  12. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=30°、θ=40°，及β=36°。
  13. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=60°、θ=40°，及β=23°。
  14. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=30°、θ=70°，及β=67°。
  15. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=60°、θ=70°，及β=54°。
  16. 如請求項3所述的設備，其中b≠0、α=0°、θ=70°，及β=70°。
  17. 如請求項3所述的設備，其中b=0、α=90°、θ=40°，及β=0°。
  18. 如請求項3所述的設備，其中b=0、α=90°、θ=80°，及β=0°。
  19. 如請求項3所述的設備，其中b=0、α= 90°、θ=60°，及β=0°。
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