具有用于照射至少一个对象的投影仪的检测器的制作方法

1.本发明涉及用于确定至少一个对象的位置的投影仪、检测器和方法。本发明还涉及用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口、娱乐设备、跟踪系统、相机、扫描系统和检测器设备的各种用途。根据本发明的设备、方法和用途特别地可以例如用于在日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安保技术、诸如为了艺术、文档编制或技术目的数字摄影或视频摄影的摄影、医学技术的各种领域中或在科学中。而且，本发明特别地可以用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描场景，诸如用于生成对象或场景的深度轮廓，例如，在架构、度量衡学、考古学、艺术、医学、工程或制造的领域中。然而，其他应用也是可能的。


背景技术：

2.根据现有技术已知大量的光学设备使用三角测量成像方法。例如，结构光方法或立体方法是已知的。例如，使用固定相对取向上的两个相机的被动立体方法或者主动立体技术是已知的，其中，使用附加的光投影仪。另一示例是结构光方法，其中，使用固定相对取向上的一个光投影仪和一个相机。为了经由三角测量确定深度图像，必须首先解决对应问题。因此，在被动立体相机技术中，足够的对应特征点必须在这两个相机视图中标识。在结构光方法中，必须确定预存储的与投射的伪随机光图案之间的对应。为了稳健地解决这些对应问题，必须采用计算成像算法，诸如与投影点图案中的点数近似平方缩放的算法。在结构光方法中，例如，使用包括具有固定相对距离的两个检测器的立体系统，光源投射诸如点、伪随机、随机、非周期性或不规则点图案等的图案。检测器中的每一者生成反射图案的图像，并且图像分析任务是标识两个图像中的对应特征。由于固定相对位置，在两个图像中的一者中所选择的对应特征点沿着另一个图像中的核线放置。然而，解决所谓的对应问题可能是困难的。在立体和三角测量系统中，沿着核线的所有特征点的距离必须具有彼此之间的合理对应。不能一个接一个地做出对应决策。如果一个对应是错误的，则这具有针对其他特征点的暗示，诸如不可见性。这通常产生二次缩放评估算法。使用的这些评估算法要求高计算能力，其是严重的成本动因。此外，由于要求计算资源的能量消耗和热产生，计算需求限制室外和移动应用中的这样的3d传感器方法的使用。
3.us 2016/0238377 a1描述了一种用于建模三维表面的地形的建模布置。该布置包括：光源，其被布置为产生基本上单色和相干电磁辐射；相机，其被布置为对要在由光源发射的波长以及由人眼检测的波长处建模的表面进行拍摄；以及光栅，其结合第一光源提供。光源和结合光源提供的光栅被联合被布置为在待建模的表面上产生已知几何形状的衍射图案。因此，为了生成衍射图案，不同波长处的多个激光二极管与一个衍射式光学元件组合使用。例如，使用绿色和红色激光二极管产生两个不同图案。
4.通过使用光子比(dpr)确定距离的距离测量的新概念在wo 2018/091649 a1、wo 2018/091638 a1和wo 2018/091640 a1中描述，其内容通过引用而被包括。而且，于2018年8月28日提交的国际专利申请pct/ep2018/073067，其内容通过引用而被包括，其描述了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。该检测器包括：
‑
至少一个传感器元件，其具有光
学传感器的矩阵，该光学传感器各自具有光敏区，其中，每个光学传感器被设计为响应于由从对象传播到检测器的反射光束对它的相应光敏区的照射，生成至少一个传感器信号，其中，传感器元件被配置用于确定至少一个反射图像；
‑
至少一个评估设备，其中，该评估设备被配置为选择反射图像的至少一个反射特征，其中，评估设备被配置用于通过评估来自传感器信号的组合信号q来确定反射图像的所选择的反射特征的至少一个纵向区域，其中，评估设备被配置为确定与纵向区域相对应的至少一个参考图像中的至少一个位移区域，其中，评估设备被配置用于将所选择的反射特征与位移区域内的至少一个参考特征进行匹配。
5.用来自光子比技术的深度的光投影仪被配置为用单个图案照射。由于技术要求，单个图案通常具有低密度的点。因此，并非所有感兴趣区域可以由投射点覆盖并且因此由测量结果覆盖。此外，单个图案可能对于亮和暗对象两者不理想。诸如基于lcos(硅基液晶)和dlp(数字光处理)的投影仪之类的光投影仪能够投射灵活图案，但是这些投影仪是非常成本密集的。
6.另外，在来自光子比设置的深度中，使用激光器和doe组合将点投射到对象上。不管激光源的所有优点，缺点可能是记录的光束轮廓中的斑点。这些斑点可能源自粗糙表面上的相干光的干涉。斑点可能导致光束轮廓具有使测量结果恶化的高强度的峰。因此，通过在不引入非相干光源的缺点的情况下改变光源来避免斑点将是期望的。
7.us 2012/019809 a1描述了一种包括与存储器耦合的处理器的装置，其中，处理器是可操作的以执行以下各项：获得对象上的位置的邻域的第一散焦图像的第一斑点图案；获得邻域的第二散焦图像的第二斑点图案；确定第一斑点图案与第二斑点图案之间的偏移；以及基于所确定的偏移来计算该位置处的表面轮廓的斜率信息。
8.us 2010/008588 a1描述了用于估计三维场景中的对象上的位置的方法、系统、和装置。通过用一个或多个调制结构的有区别的组合对多个第一辐射中的每一个进行空间调制来产生多个辐射图案，每个第一辐射具有相对于其它第一辐射有区别的辐射路径、有区别的源、有区别的源光谱或有区别的源偏振中的至少一者。对象上的位置用两个或两个以上的辐射图案中的每一者的一部分来被照射，该位置产生多个对象辐射，每个对象辐射响应于多个辐射图案中的一者而产生。通过使用一个或多个检测器元件来分别检测来自对象上的位置的由每个图案导致的对象辐射来产生多个测量值。对象上的位置是基于多个测量值来估计的。
9.us 2004/105100 a1描述了一种用于将条纹投射到对象表面上的装置，包括：以一定距离分离的两个辐射源，每个源具有光谱分布，并且相对于另一个源是相干的；控制系统，其相对于另一个源移动源中的每一者；以及检测器，其被定位以接收从对象表面上的点散射的辐射。
10.本发明解决的问题
11.因此，本发明的目标是提供面对已知设备和方法的上文所提到的技术挑战的设备和方法。特别地，本发明的目标是提供可以优选地以低技术努力并以在技术资源和成本方面的低要求，在空间中可靠地确定对象的位置的设备和方法。


技术实现要素：

12.该问题由本发明用独立专利权利要求的特征解决。可以单独或者组合实现的本发明的有利开发存在于从属权利要求中和/或在以下说明书和详细实施例中。
13.如在下文中使用的，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，这些术语可以指代除由这些术语引入的特征之外无进一步的特征存在于该上下文中所描述的实体中的情况和存在一个或多个进一步的特征的情况。作为示例，表达“a具有b”、“a包括b”和“a包含b”可以指代其中除b之外无其他元件存在于a中的情况(即，其中a单独并且排他地包括b的情况)和除b之外一个或多个进一步的元件存在于实体a中，诸如元件c、元件c和d或甚至进一步的元件，的情况。
14.而且，应当注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或指示特征或元件可以存在一次或超过一次的类似表述通常将在引入相应特征或元件时仅被使用一次。在以下中，在大多数情况下，在参考相应特征或元件时，尽管相应特征或元件可以存在一次或超过一次的事实，但是将不重复表述“至少一个”或“一个或多个”。
15.而且，如在下文中所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“特定地”、“更特定地”或类似术语结合可选特征使用而不限制可替代的可能性。因此，由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。如技术人员将认识到的，本发明可以通过使用可替代的特征来执行。类似地，在没有关于本发明的可替代实施例的任何限制，没有关于本发明的范围的任何限制并，且没有关于将以这样的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的任何限制的情况下，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。
16.在本发明的第一方面中，公开了一种用于用至少两个照明图案照射至少一个对象的投影仪。该投影仪包括至少一个可调谐激光源和至少一个衍射式光学元件。所述投影仪被配置为通过控制可调谐激光源的至少一个特性来生成各自包括多个照明特征的至少两个照明图案。该投影仪包括至少一个控制单元。该控制单元被配置用于控制可调谐激光源的至少一个特性。
17.如本文所使用的，术语“对象”指代任意对象，特别地，表面或区域，其被配置为至少部分地反射入射在所述对象上的至少一个光束。该光束可以源自照射对象的投影仪，其中，该光束被所述对象反射或散射。
18.如本文所使用的，术语“投影仪”，也被表示为光投影仪，指代光学设备，该光学设备被配置为将至少一个照明图案投射到对象上，特别地，到对象的表面上。该投影仪包括至少一个可调谐激光源，特别地，用于生成至少一个光束。该投影仪包括至少一个衍射式光学元件，特别地，用于根据可调谐激光源的光束生成和/或形成照明图案。该投影仪可以被配置，以使得所述照明图案从所述投影仪，特别地，从该投影仪的壳体的至少一个开口，朝向对象传播。此外，附加照明图案可以由至少一个环境光源生成。该投影仪被配置为生成各自包括多个照明特征的至少两个照明图案。该投影仪可以被配置为投射各自包括多个照明特征的两个、三个、四个、五个或更多个照明图案。照明图案可以特别地在以下一项或多项中不同：照明特征的数量、照明特征的布置、照明特征的形状、照明特征的波长、照明特征的强度、开口角等。
19.如本文所使用的，术语“图案”指代包括至少一个任意形状特征的任意已知或预定
布置。该图案可以包括至少一个特征，诸如点或符号。该图案包括多个特征。该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“照明图案”指代照射对象的图案。该照明图案中的每一者可以包括选自包括以下各项的组的至少一个图案：至少一个点图案，特别地，伪随机点图案；随机点图案或者准随机图案；至少一个索博尔图案；至少一个准周期图案；至少一个包括至少一个预知特征的图案；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；至少一个包括均匀拼接件的图案；至少一个包括至少一个线的线图案；至少一个包括至少两个线的线图案，诸如平行或交叉线。例如，该投影仪可以被配置为生成和/或投射点云。例如，该投影仪可以被配置为生成点云，以使得该照明图案可以包括多个点特征。该投影仪可以包括衍射式光学元件，该衍射式光学元件被配置为根据由可调谐激光源生成的至少一个光束来生成照明图案。例如，该照明图案中的每一者可以包括至少一个线。例如，该可调谐激光源可以包括至少一个线激光器。该线激光器可以被配置为向对象发送激光线，例如水平或垂直激光线。例如，该投影仪可以包括至少两个可调谐线激光器，或者一个可调谐线激光器和不可调谐线激光器，其可以被布置以使得该照明图案中的每一者包括至少两个平行或交叉线。
20.该照明图案可以包括规则和/或恒定和/或周期图案，诸如三角形图案、矩形图案、六边形图案或还包括凸拼接件的图案。该照明图案每区可以包括尽可能多的特征，以使得六边形图案可以是优选的。该相应照明图案的两个特征之间的距离和/或该至少一个照明特征的面积可以取决于由如下文所描述的至少一个光学传感器确定的图像中的模糊圆。
21.投影仪包括该至少一个可调谐激光源和该至少一个衍射式光学元件(doe)。如本文所使用的，术语“衍射式光学元件”指代光学元件，该光学元件被配置为响应于由入射在该doe上的可调谐激光源生成的光束而生成和/或形成照明图案。由该doe生成和/或形成的照明图案可以是波长相关的。特别地，由该doe生成和/或形成的照明图案可以是强波长相关的干涉图案。该投影仪可以包括相等数量的可调谐激光源和衍射式光学元件。该投影仪可以包括一个衍射式光学元件和一个激光源。因此，该投影仪可以被配置为仅使用一个激光源和一个衍射式光学元件投射两个不同照明图案，例如在波长方面不同。
22.术语“激光源”特别地指代被配置为相干地发射辐射的光源。该激光源可以仅包括单个增益介质，诸如被配置为发射相干辐射的单个半导体部件。特别地，该激光源可以包括被配置为特别地在单个中心或平均波长处发射相干辐射的单个半导体部件。该激光源的发射光谱可以通过以下发射范围来表征：小于该平均发射波长的15％的发射范围、优选地小于该平均发射波长的10％的发射范围、更优选地小于该平均发射波长的5％的发射范围。已知投影仪要求用于生成不同图案的若干光源，例如如在us 2016/0238377 a1中所描述的，其中，叠加不同波长的光产生该辐射的相干性的损失。相反，本发明提出向该doe提供相干辐射和通过调谐激光源来生成不同图案。如本文进一步使用的，术语“可调谐激光源”指代具有可以控制和/或调谐的至少一个特性的激光源。例如，该可调谐激光源可以包括以下一项或多项：半导体可调谐激光器；采样光栅分布式布拉格反射器激光器(sg
‑
dbr)；外腔激光器，例如使用(微电子机械系统)mems结构；二极管激光器；垂直腔面发射激光器(vcsel)；垂直腔面发射激光器阵列；分布式反馈激光器等。该可调谐激光器可以在以下波长范围上是可调谐的：在从350nm至1500nm；优选地，从400至1100nm；更优选，地从700nm至1000nm、最优选地从980
‑
770nm。可以例如在https://en.wikipedia.org/wiki/tunable_laser中找到针
对可调谐激光源的示例。该可调谐激光源可以包括驱动器，特别地，可调谐驱动器。该可调谐激光源可以包括聚焦光学器件。该可调谐激光源的至少一个特性可以是选自包括以下各项的组的至少一个特性：电压、电流、温度、发射波长、强度等。例如，该可调谐激光器的发射波长可以是通过以下一项或多项可调整的：更改驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。特别地，由该可调谐激光源发射的相干光的发射波长可以取决于该可调谐激光源被驱动的驱动器电流和/或温度。该投影仪被配置为通过控制该可调谐激光源的至少一个特性来生成至少两个照明图案。由于由该doe生成和/或形成的照明图案中的每一者是强波长相关的，因此在该发射波长改变时，该照明图案也改变。该投影仪可以包括多个可调谐激光源。
23.该投影仪包括该至少一个控制单元。该控制单元被配置为控制该可调谐激光源的至少一个特性。该控制单元可以被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来控制该可调谐激光源的至少一个特性。如本文所使用的，术语“控制可调谐激光器的至少一个特性”指代调整和/或设置和/或调谐该至少一个特性。例如，该控制单元可以被配置为更改该驱动器电流和/或改变该mems状态和/或改变电光或声光调制器的调制等。
24.如本文进一步使用的，术语“控制单元”通常指代被配置为控制该可调谐激光源的操作和/或控制该可调谐激光源的至少一个特性的任意设备。该控制单元可以包括至少一个处理设备，特别地，至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路(asic)。该控制单元可以包括一个或多个可编程设备，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)或现场可编程门阵列(fpga)，其被配置为执行对该可调谐激光源的控制。该控制单元可以包括具有在其上存储了包括许多计算机命令的软件代码的至少一个处理设备。该控制单元可以提供用于执行控制该可调谐激光源的一个或多个硬件元件和/或可以向一个或多个处理器提供具有在其上运行用于执行该可调谐激光源的控制的软件。该控制单元可以被配置为发出和/或生成用于控制该可调谐激光源的至少一个电子信号。该控制单元可以具有一个或多个无线和/或线装接口和/或用于控制该可调谐激光源的其他类型的控制连接。该控制单元和该可调谐激光源可以通过一个或多个连接器和/或通过一个或多个接口相互连接。
25.该可调谐激光源可以被配置为发射红外光谱范围内的光。然而，应当注意，附加地或者可替代地，其他光谱范围是可行的。而且，该投影仪特别地可以被配置为发射调制或非调制光。在使用多个可调谐激光源的情况下，不同可调谐激光源可以具有不同调制频率，其以后可以用于区分光束，特别地，相应照明图案。
26.该投影仪可以在至少两个发射模式中可操作。如本文所使用的，术语“发射模式”指代由该可调谐激光器发射的发射光束的至少一个特性，其中，不同发射模式通过发射光束的至少一个特性区分，诸如发射波长、发射强度等。该发射模式可以通过设置和/或调整该可调谐激光源的发射光束的特性来调整。该控制单元可以被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来调整该发射模式。例如，在第一发射模式中，该可调谐激光源可以具有第一发射波长λ1，在第二发射模式中，该可调谐激光源可以具有与该第一发射波长λ1不同的第二发射波长λ2。该可调谐激光器的发射波长可以是通过以下一项或多项能够调整：改变驱动器电流、更改mems状态、更改电光或声光调制器的调制等。该控制单元可以被配置为逐步或连续地调整该发射波长。该投影仪可以被配置为将该两个照明图案投射到至少部分不同
的位置。该控制单元可以被配置为逐步或连续地调整发射波长，从而调整该照明图案的位置。通过调整发射波长，照明图案的照明特征诸如光斑的位置可以在对象上改变。如本文所使用的，“光斑”通常指代由光束对对象的可见或可检测圆或非圆照明。通常，在用于结构光测量的投影仪中，严格避免波长的改变以确保稳定的测量结果。然而，在来自光子比技术的深度的情况下，其中，该测量结果仅依赖于单个点，用简单设置将点图案投射到不同位置是期望的。与两个照明特征之间的距离相比较，该对象上的照明特征的运动可以是小的。该控制单元可以被配置为逐步调整发射波长，其中，步长在0.001nm至5nm的范围内；优选地，在从0.01nm至0.5nm的范围内；最优选地，在从0.05nm至0.15nm的范围内。这样的小步长可以允许根据诸如cmos之类的传感器元件的2d图移位照明图案以便照射该对象的某个区域。
27.该可调谐激光源的至少两个发射波长可以是清楚分离并且稳定的。分离可以确保可以针对两个良好指定的波长设计doe。第一发射波长λ1和第二发射波长λ2可以是可分离的。该第一发射波长λ1和该第二发射波长λ2可以相差40nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥1nm，优选地，30nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥2.5nm，更优选地，20nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥4nm。该第一发射波长λ1和该第二发射波长λ2可以是稳定的。涉及该发射波长周围的变化，稳定性可以是重要的，因为这可以以不期望的方式更改该照明图案或该图案的特征。如本文所使用的，术语“稳定的”指代仅在某个特别预定或预定义限制内的波长的变化。波长的变化δλ与波长相比可以是小的，其中，δλ≤1.5％，优选地，δλ≤0.5％，更优选地，δλ≤0.1％。而且，良好指定的发射波长和稳定性可以对于来自光子比测量的基于三角测量的深度是期望的，诸如在于2018年8月28日提交的国际专利申请pct/ep2018/073067中所描述的，其内容通过引用包括，其中，确定发射模式的电子信号与照明图案之间的对应对于清楚定义并且已知的参考图案是必要的，以便允许反射图像，特别地，反射图案与参考图案的可靠比较。
28.发射模式在强度方面不同。这可以改进该测量结果的动态范围。作为示例，暗对象可以在高强度发射模式中测量。亮对象可以在低强度发射模式中测量。
29.在不同发射模式中生成的照明图案可以具有不同的开口角。如本文所使用的，术语“开口角”是指连接投影仪的出射光瞳和在距该出射光瞳一定距离处(例如，在该对象距离处)的照明图案的最外照明特征的直线与该投影仪的光轴之间的角度。可测量场可以与该照明图案的开口角成比例，特别地，线性比例。特别地，该可测量场可以对应于由该照明图案覆盖的区，例如，在该对象的表面上。两个图案的开口角可以相差0.5
°
或更多，优选地，1.5
°
或更多，最优选地，2.5
°
或更多。因此，该可测量视场可以通过改变该发射模式来改变。
30.衍射式光学元件生成照明图案的最小距离可以在改变该发射模式时改变。如本文所使用的，术语“衍射光学元件生成照明图案的最小距离”指代将在下面更详细描述的检测器的测量范围的下限。因此，该发射模式改变也可以允许改变该检测器的测量范围。
31.该可调谐激光源可以被配置为生成至少一个光脉冲。如本文所使用的，术语“光脉冲”指代具有某个脉冲长度的非连续光束。如本文所使用的，术语“光线”通常指代垂直于能量流动的方向上的点的光的波前的线。如本文所使用的，术语“束”通常指代光线的集合。在下文中，术语“光线”和“束”将被用作同义词。如本文进一步使用的，术语“光束”通常指代光量，特别地，在基本相同的方向上行进的光的量，包括具有扩展角或扩大角的光束的可能。该光脉冲可包括至少一个束轮廓。该光束可以具有空间扩展。特别地，该光束可以具有非高斯束轮廓。该束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓。
该梯形束轮廓可以具有平坦区域和至少一个边缘区域。该光束可以是高斯光束或高斯光束的线性组合。如本文所使用的，术语“束轮廓”涉及该光束的强度的空间分布，特别地，在垂直于该光束的传播的至少一个平面内。该束轮廓可以是该光束的横向强度轮廓。该束轮廓可以是该光束的剖面。该束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓和高斯束轮廓的线性组合。然而，其他实施例是可行的。该投影仪可以包括至少一个传送设备，该传送设备可以被配置为调整、定义和确定束轮廓，特别地，该束轮廓的形状，中的一个或多个。该控制单元可以被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来调整该光脉冲的波长，以使得该光脉冲的束轮廓内的波长更改波长变化δλ，和/或调整光脉冲序列的光脉冲的波长，以使得该光脉冲序列中的至少两个光脉冲的波长更改该波长变化δλ。该光脉冲的波长可以通过以下一项或多项能够调整：更改驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。波长可以在该光脉冲内或该脉冲序列内更改。从而，所投射的照明特征(例如，光斑)的位置可以在如上文所描述的对象上稍微移动。该照明特征中的一者的运动与相邻照明特征之间的距离相比较可以是小的。波长变化δλ与波长相比较，可以是小的。例如，该波长变化可以在0.01％≤|δλ|≤10％范围内，优选地，在0.02％≤|δλ|≤2％范围内，更优选地，在0.075％≤|δλ|≤0.75％范围内。该光脉冲或该光脉冲序列可以优选地在诸如cmos之类的传感器元件单帧记录内。优选地，如将在下文更详细地描述的，可以使用全局快门cmos。激光源的使用通常可能导致由该传感器元件记录的束轮廓中的散斑。该波长变化可能导致传感器元件记录该散斑图案的平均值，而该照明图案的运动可能几乎不被注意。因此，在不放弃其相干性并且不使用散斑降低光学元件的情况下，该可调谐激光源自身可以对该散斑求平均。这可以允许减少距离测量对表面粗糙度的依赖性并且通常增加测量准确度。
32.在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。该检测器包括根据本发明的至少一个投影仪，诸如根据上文所公开的实施例中的一者或多者或者根据下文更详细地公开的实施例中的一者或多者。
33.如本文所使用的，术语“位置(position)”指代关于空间中的对象和/或对象的至少一个部分的位置和/或取向的至少一项信息。因此，该至少一项信息可以隐含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。该距离可以是纵坐标或者可以有助于确定该对象的点的纵坐标。附加地或者可替代地，可以确定关于该对象和/或该对象的至少一部分的位置和/或取向的至少一个或多个其他信息项。作为示例，附加地，可以确定该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个横坐标。因此，该对象的位置可以隐含该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个纵坐标。附加地或者可替代地，该对象的位置可以隐含该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个横坐标。附加地或者可替代地，该对象的位置可以隐含指示对象在空间中的的取向的对象的至少一个取向信息。
34.该检测器包括：
35.‑
至少一个传感器元件，其具有光学传感器的矩阵，该光学传感器各自具有光敏区，其中，每个光学传感器被设计为响应于由从该对象传播到该检测器的反射光束对它的相应光敏区的照射，生成至少一个传感器信号，其中，该传感器元件被配置为确定至少一个反射图像；
36.‑
至少一个评估设备，其中，该评估设备被配置为选择该反射图像的至少一个反射
特征，其中，该评估设备被配置为通过评估来自该传感器信号的组合信号q来确定该反射图像的所选择的反射特征的至少一个纵坐标z。
37.如本文所使用的，术语“传感器元件”通常指代被配置为感测至少一个参数的设备或多个设备的组合。在本情况中，该参数特别地可以是光学参数，并且该传感器元件特别地可以是光学传感器元件。该传感器元件可被形成为单一单个设备或若干设备的组合。如本文进一步使用的，术语“矩阵”通常指代以预定几何次序布置的多个元件。如将在下文将更详细地概述的，该矩阵特别地可以是或可以包括具有一个或多个行和一个或多个列的矩形矩阵。该行和列特别地可以以矩形方式布置。然而，应当概述，其他布置是可行的，诸如非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中，该元件以关于中心点的同心圆或椭圆布置。例如，该矩阵可以是单行像素。其他布置是可行的。该矩阵的光学传感器特别地可以在尺寸、灵敏度和其他光、电和机械特性中的一者或多者中相等。该矩阵的所有光学传感器的光敏区特别地可以位于共同平面中，该共同平面优选地面对对象，以使得从该对象传播到该检测器的光束可以在该共同平面上生成光斑。
38.如本文所使用的，“光学传感器”通常指代用于检测光束的光敏设备，诸如用于检测由至少一个光束生成的照明和/或光斑。如本文进一步使用的，“光敏区”通常指代由至少一个光束外部照射的光学传感器的区，响应于该照射生成至少一个传感器信号。该光敏区可以特别地位于相应光学传感器的表面上。然而，其他实施例是可行的。如本文所使用的，术语“各自具有至少一个光敏区的光学传感器”指代具有各自具有一个光敏区的多个单个光学传感器的配置以及具有包括多个光敏区的一个组合光学传感器的配置。因此，“光学传感器”还指代被配置为生成一个输出信号的光敏设备，然而，在本文中，被配置为生成两个或更多个输出信号的光敏设备，例如至少一个ccd和/或cmos设备，被称为两个或更多个光学传感器。如将在下文进一步详细概述的，可以实现每个光学传感器，以使得一个光敏区精确地存在于相应光学传感器中，诸如通过精确地提供可以照射的一个光敏区，响应于该照射，精确地一个一致(uniform)传感器信号针对全部光学传感器创建。因此，每个光学传感器可以是单个区光学传感器。然而，该单个区光学传感器的使用致使该检测器的设置特别简单并且高效。因此，作为示例，各自精确地具有一个敏感区的可商购的光电传感器，诸如可商购的硅光电二极管，可以使用在设置中。然而，其他实施例是可行的。因此，作为示例，可以使用包括两个、三个、四个或超过四个光敏区的光学器件，其在本发明的上下文中被认为是两个、三个、四个或超过四个光学传感器。如上文所概述的，该传感器元件包括光学传感器的矩阵。因此，作为示例，该光学传感器可以是像素化光学设备或构成像素化光学器件的一部分。作为示例，该光学传感器可以是具有像素矩阵的至少一个ccd和/或cmos设备的一部分或者构成具有像素的矩阵的至少一个ccd和/或cmos设备，每个像素形成光敏区。
39.优选地，该检测器被配置，以使得该光学传感器在某个时间段，表示为帧或成像帧，内同时暴露。例如，该光学传感器可以是至少一个全局快门cmos的一部分或构成至少一个全局快门cmos。该传感器元件可以被配置为在至少一个成像帧内确定反射图像。单个成像帧的持续时间可以对应于该投影仪的可调谐激光源的脉冲持续时间或者该投影仪的可调谐激光源的脉冲序列的持续时间。脉冲序列可以包括多个脉冲，其中，每脉冲序列脉冲数可以在从2至20000个脉冲的范围内，优选地在从5至10000个脉冲的范围内，更优选地，在从10至1000个脉冲的范围内。如上文所概述的，投影仪的控制单元可以被配置为通过将电信
号施加到该可调谐激光源来调整该光脉冲的波长，以使得该光脉冲的束轮廓内的波长变更波长变化δλ，和/或调整光脉冲序列的光脉冲的波长，以使得该光脉冲序列中的至少两个光脉冲的波长更改该波长变化δλ。从而，该投射的照明特征，例如光斑，的位置会在如上文所描述的对象上稍微移动。该检测器可以被设计，以使得该光脉冲或光脉冲序列可以在该传感器元件的单帧记录内。该波长变化可能导致该传感器元件记录该散斑图案的平均值，而该照明图案的运动可能几乎不被该传感器元件注意。因此，在不放弃其相干性并且不使用散斑降低光学元件的情况下，该可调谐激光源本身可以对该散斑求平均。该波长的变化可以移除该散斑并且给出具有改进的距离测量结果的平均光斑轮廓。
40.如上文所概述的，该光学传感器特别地可以是或可以包括光电检测器，优选地，无机光电检测器，更优选地，无机半导体光电检测器，最优选地，硅光电检测器。特别地，该光学传感器可以在红外光谱范围内敏感。该矩阵的所有光学传感器或者至少该矩阵的至少一组光学传感器特别地可以是相同的。该相同的矩阵的光学传感器组特别地可以被提供用于不同光谱范围，或者所有光学传感器可以在光谱灵敏度方面相同。进一步地，该光学传感器可以在尺寸方面和/或关于其电子或光电子特性相同。
41.特别地，光学传感器可以是或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，敏感的无机光电二极管。特别地，光学传感器可以在硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的一部分中敏感。可以用于光学传感器的红外光学传感器可以是可商购的红外光学传感器，诸如在来自德国路德维希港trinamix股份有限公司的品牌名称hertzstueck
tm
下可商购的红外光学传感器。因此，作为示例，光学传感器可以包括固有光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地，选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：ge光电二极管、ingaas光电二极管、扩展ingaas光电二极管、inas光电二极管、insb光电二极管、hgcdte光电二极管。附加地或者可替代地，光学传感器可以包括至少一个固有光伏类型的光学传感器，更优选地，至少一个选自包括以下各项的组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。附加地或者可替代地，该光学传感器可以包括至少一个辐射热计，优选地，选自包括vo辐射热计和非晶si辐射热计的组的辐射热计。
42.矩阵可以包括独立光学传感器。因此，矩阵可以包括无机光电二极管。可替代地，然而，可以使用可商购的矩阵，诸如一个或多个ccd检测器(诸如ccd检测器芯片)和/或cmos检测器(诸如cmos检测器芯片)中的一个或多个。
43.因此，通常，该检测器的光学传感器可以形成传感器阵列或可以是传感器阵列的一部分，诸如上文所提到的矩阵。因此，作为示例，该检测器可以包括光学传感器阵列，诸如具有m行和n列的矩形阵列，其中，m，n独立地是正整数。优选地，给定超过一个列和超过一个行，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，行数和列数的比接近于1。作为示例，可以选择n和m，使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似。作为示例，该阵列可以是具有相等行和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2,n＝2或m＝3,n＝3等。
44.该矩阵特别地可以是具有至少一个行，优选地，多个行和多个列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以基本上垂直取向，其中，关于术语“基本上垂直”，可以对上文给出的定义进行参考。因此，作为示例，小于20
°
，特别地，小于10
°
或甚至小于5
°
的容限可以是可接受
的。为了提供大范围的视图，矩阵特别地可以具有至少10行，优选地，至少50行，更优选地，至少100行。类似地，该矩阵可以具有至少10列，优选地，至少50列，更优选地，至少100列。该矩阵可以包括至少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。该矩阵可以包括多兆像素范围中的许多像素。然而，其他实施例是可行的。因此，在轴向旋转对称将被期望的设置中，该矩阵的光学传感器的圆形布置或同心布置，其也可以被称为像素，可以是优选的。
45.优选地，该传感器元件可以基本上垂直于检测器的光轴取向。此外，关于术语“基本上垂直”，可以对上文给出的定义和容限做出参考。光轴可以是直光轴或可以弯曲或甚至分割，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或通过使用一个或多个分束器，其中，在后者情况中，基本上垂直取向可以指代光学设置的相应分支或束路径中的局部光轴。
46.反射光束可以从该对象朝向该检测器传播。如将在下文更详细地概述的，该反射光束可以源自对象。该投影仪可以用至少两个照明图案来照射对象并且由该对象反射或散射光，并且从而，至少部分地作为反射光束朝向检测器引导。
47.反射光束特别地可以完全照射该传感器元件，以使得该传感器元件完全位于该光束内，其中，该光束的宽度大于矩阵。相反地，优选地，该反射光束特别地可以在整个矩阵上产生小于矩阵的光斑，以使得该光斑完全位于该矩阵内。该情况可以通过选择对光束具有聚焦或散焦效应的一个或多个适当的透镜或元件，诸如通过使用如将在下文更详细地概述的适当的传送设备，由光学器件的本领域技术人员容易地调整。
48.如本文进一步使用的，“传感器信号”通常指代响应于由光束造成的照射，由光学传感器生成的信号。特别地，该传感器信号可以是或可以包括至少一个电信号，诸如至少一个模拟电信号和/或至少一个数字电信号。更特别地，该传感器信号可以是或可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。更特别地，该传感器信号可以包括至少一个光电流。进一步地，可以使用两者之一的原始传感器信号，或者检测器、光学传感器或任何其他元件可以被配置为处理或预处理该传感器信号，从而生成次级传感器信号，其也可以用作传感器信号，诸如通过滤波等预处理。
49.该光敏区特别地可以朝向对象取向。如本文所使用的，术语“朝向对象取向”通常指代光敏区的相应表面从对象完全或部分可见的情况。特别地，该对象的至少一个点与该相应光敏区的至少一个点之间的至少一个互连线可以与该光敏区的表面元素形成角，该角与0
°
不同，诸如在20
°
至90
°
的范围内的角，优选地，在80至90
°
范围内的角，诸如90
°
。因此，在该对象位于光轴上或接近于光轴时，从对象朝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”指代具有例如
±
20
°
或更小的容限，优选地，
±
10
°
或更小的容限，更优选地，
±5°
或更小的容限的垂直取向的条件。类似地，术语“基本上平行”指代具有例如
±
20
°
或更小的容限，优选地
±
，10
°
或更小的容限，更优选地，
±5°
或更小的容限的平行取向的条件。
50.该光学传感器可以在紫外、可见或红外光谱范围中的一个或多个内敏感。特别地，该光学传感器可以在从500nm至780nm的可见光谱范围内敏感，最优选地，在650nm至750nm处或在690nm至700nm处。特别地，该光学传感器可以在近红外区域内敏感。特别地，该光学传感器可以在硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的一部分内敏感。该光学传感器特别地可以在红外光谱范围内敏感，特别地在780nm至3.0微米的范
围内。例如，光学传感器各自单独地可以是或可以包括选自包括以下各项的组的至少一个元件：光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合。例如，该光学传感器可以是或可以包括选择包括以下各项的组的至少一个元件：ccd传感器元件、cmos传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合。可以使用任何其他类型的光敏元件。如将在下文更详细地概述的，该光敏元件通常可以完全或部分由无机材料制成和/或可以完全或部分由有机材料制成。最常见地，如将在下文更详细地概述的，可以使用一个或多个光电二极管，诸如可商购的光电二极管，例如，无机半导体光电二极管。
51.检测器可以被配置为通过使用三角测量和/或结构光技术来确定对象的至少一个距离信息。在已知3d感测设备中，诸如使用三角测量或结构光技术的设备，由于对应问题，规则、恒定或周期图案是不适合的，因为每个测量点必须分配给参考图案的一个参考点。
52.如本文所使用的，术语“反射图像”指代由包括至少一个反射特征的光学传感器确定的图像。如本文所使用的，术语“反射特征”指代响应于例如利用至少一个照明特征的照明而由对象生成的图像平面内的特征。反射图像可以包括该至少一个反射图案，其包括该至少一个反射特征。如本文所使用的，术语“照明特征”指代照明图案的至少一个任意形状特征。如本文所使用的，术语“确定至少一个反射图像”指代该反射图像的成像、记录和生成中的一个或多个。如本文所使用的，术语“选择至少一个反射特征”指代标识、确定和选择反射图像的至少一个反射特征中的一个或多个。检测器可以被配置为根据组合信号来确定反射图像的至少一个反射特征的对象点的纵坐标。因此，该检测器可以被配置为对反射图像的至少一个反射特征进行预分类。这允许使用照明图案，该照明图案包括规则和/或恒定和/或周期图案，诸如三角形图案、矩形图案六边形图案或包括进一步的凸拼接件的图案。
53.该评估设备可以被配置为执行至少一个图像分析和/或图像处理以便标识反射特征。该图像分析和/或图像处理可以使用至少一个特征检测算法。该图像分析和/或图像处理可以包括以下一项或多项：滤波；选择至少一个感兴趣区域；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；通过反转由该传感器信号创建的图像来对传感器信号进行反转；形成由不同时间处的传感器信号创建的图像之间的差分图像；背景校正；分解为颜色通道；分解为色度、饱和度和亮度通道；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；应用索贝尔算子；应用拉普拉斯算子；应用scharr算子；应用prewitt算子；应用roberts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；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波变换；阈值化；创建二进制图像。感兴趣区域可以由用户手动确定或者可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象。
54.该评估设备被配置为通过评估来自传感器信号的组合信号q，确定反射图像的所选择的反射特征的至少一个纵坐标z。如本文所使用的，术语“组合信号q”指代通过组合该传感器信号生成的信号，特别地通过以下中的一项或多项：除以传感器信号、除以传感器信号的倍数或除以传感器信号的线性组合。该评估设备可以被配置为通过以下中的一项或多项导出组合信号q：除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合。该评估设备可以被配置为使用组合信号q与纵向区域之间的至少一个预定关系来确定该纵向区域。例如，该评估设备可以被配置为通过以下方程导出该组合信号q，
[0055][0056]
其中，x和y是横坐标，a1和a2是传感器位置处的反射光束至少一个束轮廓的不同区，并且e(x,y,z
o
)表示在物距z
o
处给出的束轮廓。区a1和区a2可以不同。特别地，a1和a2不是全等的。因此，a1和a2可以在形状或内容中的一者或多者中不同。
[0057]
通常，束轮廓取决于亮度l(z
o
)和束形状s(x,y；z
o
)、e(x,y；z
o
)＝l
·
s。因此，通过导出组合信号，其可以允许独立于亮度确定纵坐标。另外，使用组合信号允许独立于对象尺寸确定距离z
o
。因此，组合信号允许独立于对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性并且独立于光源的变化确定距离z
o
，诸如通过制造精度、热、水、污垢、透镜上的损坏等。
[0058]
该传感器信号中的每一者可以包括光束的束轮廓的至少一个区的至少一个信息。如本文所使用的，术语“束轮廓的区”通常指代用于确定组合信号q的传感器位置处的束轮廓的任意区域。该光敏区可以被布置以使得第一传感器信号包括该束轮廓的第一区的信息，第二传感器信号包括该束轮廓的第二区的信息。该束轮廓的第一区和该束轮廓的第二区可以是相邻或者重叠区域中的一者或两者。该束轮廓的第一区和该束轮廓的第二区面积可以不是全等的。
[0059]
该评估设备可以被配置为确定和/或选择该束轮廓的第一区和该束轮廓的第二区。例如，该束轮廓的第一区可以基本上包括该束轮廓的边缘信息，该束轮廓的第二区可以基本上包括该束轮廓的中心信息。该束轮廓可以具有中心，即，该束轮廓的最大值和/或该束轮廓的平台的中心点和/或该光斑的几何中心、以及从该中心延伸的下降沿。第二区域可以包括该剖面的内部区域，第一区域可以包括该剖面的外部区域。如本文所使用的，术语“基本上中心信息”通常指代与该中心信息的比例，即，对应于中心的强度分布的比例，相比较的低比例的边缘信息，即，对应于边缘的强度分布的比例。优选地，该中心信息具有小于10％，更优选地，小于5％的边缘信息的比例，最优选地，该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”通常指代与该边缘信息的比例相比较的低比例的中心信息。该边缘信息可以包括全部束轮廓的信息，特别地来自中心和边缘区域。该边缘信息可以具有小于10％，优选地，小于5％的中心信息的比例，更优选地，该边缘信息不包括中心内容。如果其在该中心附近或周围并且包括基本上中心信息，则该束轮廓的至少一个区可以被确定和/或选择为该束轮廓的第二区。如果其包括该剖面的下降沿的至少部分，则该束轮廓的至少一个区可以被确定和/或选择为该束轮廓的第一区。例如，该剖面的全部区可以被确定为第一区。该束轮廓的第一区可以是区a2，该束轮廓的第二区可以是区a1。
[0060]
该第一区a1和第二区a2的其他选择也可以是可行的。例如，该第一区可以基本上包括该束轮廓的外部区域，并且该第二区可以基本上包括该束轮廓的内部区域。例如，在二维束轮廓的情况下，该束轮廓可以被分成左部和右部，其中，该第一区可以基本上包括该束轮廓的左部的区，并且该第二区可以基本上包括该束轮廓的右部的区。
[0061]
该边缘信息可以包括与该束轮廓的第一区中的光子数有关的信息，并且该中心信息可以包括与该束轮廓的第二区中的光子数有关的信息。该评估设备可以被配置为确定该
束轮廓的面积积分。该评估装置可以被配置为通过将该第一区积分和/或求和来确定该边缘信息。该评估设备可以被配置为通过将该第二区积分和/或求和来确定该中心信息。例如，该束轮廓可以是梯形束轮廓，并且该评估设备可以被配置为确定该梯形的积分。进一步地，在可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用该梯形束轮廓的特性的等效评估替换，诸如确定中心平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑导出边缘和中心信号。
[0062]
附加地或者可替代地，该评估设备可以被配置为根据该光斑的至少一个切片或切口来确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。这可以例如通过由沿着该切片或切口的线积分来替换该组合信号q的面积积分来实现。针对经改进的准确度，可以使用并且平均通过该光斑的若干切片或切口。在椭圆形斑轮廓的情况下，对若干切片或切口上求平均可能导致经改进的距离信息。
[0063]
在一个实施例中，从对象传播到检测器的光束可以用包括至少一个特征点的至少一个图案照射传感器元件。如本文所使用的，术语“特征点”指代该图案的至少一个至少部分扩展特征。该特征点可以选自包括以下各项的组：至少一个点、至少一个线、至少一个边缘。该图案可以由该对象生成，例如，响应于由至少一个光源用包括至少一个图案的照明图案的照射。a1可以与该光学传感器上的特征点的完全或完整区相对应。a2可以是该光学传感器上的特征点的中心区。该中心区可以是恒定值。与该特征点的全部区相比较，该中心区可以是更小的。例如，在圆形特征点的情况下，该中心区可以具有该特征点的全半径的从0.1至0.9的半径，优选地，该全半径的从0.4至0.6。
[0064]
例如，从该对象传播到该检测器的光束可以用至少一个线图案照射该光学传感器。该线图案可以由该对象生成，例如响应于由至少一个照明源以包括至少一个图案的线图案的照射。a1可以与具有该光学传感器上的线图案的完全线宽度的区相对应，特别地在该光学传感器的光敏区上。该光学传感器上的线图案可以与该照明图案的线图案相比较加宽和/或位移，以使得该光学传感器上的线宽度增加。特别地，在光学传感器的矩阵的情况下，该光学传感器上的线图案的线宽度可以从一列改变到另一列。a2可以是该光学传感器上的线图案的中心区。该中心区的线宽度可以是恒定值，并且可以特别地与该照明图案中的线宽度相对应。与该完全线宽度相比较，该中心区域可以具有更小的线宽度。例如，该中心区域可以具有该完全线宽度的从0.1至0.9的线宽度，优选地，从该完全线宽度的从0.4至0.6。该线图案可以在该光学传感器上分段。光学传感器的矩阵的每列可以包括线图案的中心区中的强度的中心信息和来自从线图案的中心区进一步向外延伸到边缘区的区域的强度的边缘信息。
[0065]
例如，从该对象传播到该检测器的光束可以用至少一个点图案照射该传感器元件。该点图案可以由该对象生成，例如响应于由至少一个光源以包括该至少一个点图案的照明图案的照射。a1可以与具有该光学传感器上的点图案的点的完全半径的区相对应。a2可以是该光学传感器上的点图案中的点的中心区。该中心区可以是恒定值。该中心区可以具有与该完全半径相比较的半径。例如，该中心区域可以具有该完全半径的从0.1至0.9的半径，优选地该完全半径的从0.4至0.6。
[0066]
从对象传播到检测器的光束可以用包括点图案和线图案的反射图案来照射传感器元件。附加到或者替代线图案和点图案，其他实施例是可行的。
[0067]
评估设备可以被配置为通过以下中的一项或多项导出该组合信号q：除以边缘信息和中心信息、除以边缘信息和中心信息的倍数、除以边缘信息和中心信息的线性组合。因此，基本上，光子比可以用作方法的物理基础。
[0068]
例如，该评估设备可以被配置为通过以下各项评估传感器信号：
[0069]
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器并且形成至少一个中心信号；
[0070]
b)评估该矩阵的光学传感器的传感器信号并且形成至少一个和信号；
[0071]
c)通过将该中心信号与该和信号组合来确定至少一个组合信号；以及
[0072]
d)通过评估该组合信号来确定所选择的特征的至少一个纵坐标z。
[0073]
如例如在wo 2012/110924 a1或wo 2014/097181 a1中解释的，通常，在光斑的尺寸，诸如光斑的直径、束腰或等效直径，与朝向检测器传播光束的对象的纵坐标之间存在预定或可确定的关系。在不希望由该理论限制的情况下，该光斑可以通过两个测量变量表征：在该光斑的中心或接近于该光斑的中心中的小测量块中测量的测量信号，也称为中心信号；以及在有或没有该中心信号的情况下积分或在该光斑上积分的积分或和信号。针对在束被加宽或聚焦时不改变的具有某个总焦度的光束，该和信号应当独立于该光斑的斑尺寸，并且因此，应当至少在在其相应测量范围内使用线性光学传感器时，独立于对象与检测器之间的距离。然而，该中心信号取决于该斑尺寸。因此，该中心信号通常在该光束聚焦时增加，并且在该光束散焦时减小。通过将该中心信号与该和信号相比较，因此，可以生成关于由该光束生成的光斑的尺寸并且因此可以生成关于该对象的纵坐标的一项信息。作为示例，该中心信号和该和信号的比较可以通过从该中心信号和该和信号当中形成该组合信号q，并且通过使用该纵坐标与用于导出该纵坐标的商信号之间的预定或可确定关系来完成。
[0074]
光学传感器的矩阵的使用提供多个优点和益处。因此，在该传感器元件上由光束生成的光斑的中心，诸如在该传感器元件的矩阵的光学传感器的光敏区的共同平面上，可以随着对象的横向位置更改。通过使用光学传感器的矩阵，根据本发明的检测器可以适于条件中的这些改变，并且因此，可以简单地通过比较传感器信号来确定光斑的中心。因此，根据本发明的检测器可以单独选择该中心信号和确定该和信号，并且根据这两个信号，导出包含关于对象的纵坐标的信息的组合信号。通过评估该组合信号，因此，可以确定对象的纵坐标。因此，光学传感器的矩阵的使用在对象的位置方面，特别地在该对象的横向位置方面提供显著的灵活性。
[0075]
光学传感器的矩阵上的光斑的横向位置，诸如生成传感器信号的至少一个光学传感器的横向位置，可以甚至用作附加信息项，根据该附加信息项，可以导出关于对象的横向位置的至少一项信息，如例如在wo 2014/198629 a1中所公开的。附加地或者可替代地，如将在下文更详细地概述的，根据本发明的检测器可以包含至少一个附加横向检测器，除了至少一个纵坐标之外，其还用于检测对象的至少一个横坐标。
[0076]
因此，根据本发明，术语“中心信号”通常指代包括束轮廓的基本上中心信息的至少一个传感器信号。例如，该中心信号可以是来自由整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的光学传感器生成的多个传感器信号的具有最高传感器信号的至少一个光学传感器的信号，其中，该感兴趣区域可以在由该矩阵的光学传感器生成的图像内预定或可确定。如本文所使用的，术语“最高传感器信号”指代感兴趣区域中的局部最大值或最大值中的一者或两者。该中心信号可以由单个光学传感器生成，或者如将在下文更详细地概述的，由光学传感器
组生成，其中，在后者情况下，作为示例，该光学传感器组的传感器信号可以累加、求积分或求平均，以便确定该中心信号。生成该中心信号起的光学传感器组可以是相邻光学传感器组，诸如具有小于与具有该最高传感器信号的实际光学传感器相距预定距离的光学传感器，或者可以是生成在与该最高传感器信号相距预定范围内的传感器信号的光学传感器组。生成中心信号的光学传感器组可以选择尽可能大，以便允许最大动态范围。该评估设备可以被配置为通过多个传感器信号的积分来确定中心信号，例如，具有该最高传感器信号的光学传感器周围的多个光学传感器。例如，该束轮廓可以是梯形束轮廓，并且该评估设备可以被配置为确定该梯形的积分，特别地，该梯形的平台。
[0077]
如上文所概述的，该中心信号通常可以是单个传感器信号，诸如来自光斑的中心的光学传感器的传感器信号，或者可以是多个传感器信号的组合，诸如由该光斑的中心的光学传感器生成的传感器信号的组合，或者通过对通过前述可能性中的一者或多者导出的传感器信号进行处理而导出的二次传感器信号。由于传感器信号的比较由常规电子装置相当简单地实现，所以该中心信号的确定可以电子地执行，或者可以由软件完全或部分地执行。特别地，该中心信号可以选自包括以下各项的组：最高传感器信号；在距最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定的相邻光学传感器组的传感器信号的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定的相邻光学传感器组的传感器信号的和；在距最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的和；大于预定阈值的传感器信号组的平均值；大于预定阈值的传感器信号组的和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定的相邻光学传感器组的传感器信号的积分；在距最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的积分；大于预定阈值的传感器信号组的积分。
[0078]
类似地，术语“和信号”通常指代包括束轮廓的基本上边缘信息的信号。例如，该和信号可以通过将累加传感器信号、在传感器信号上求积分或在该整个矩阵或该矩阵内的感兴趣区域的传感器信号上求平均来导出，其中，该感兴趣区域可以在由该矩阵的光学传感器生成的图像内预定或可确定。在将传感器信号累加、在该传感器信号上求积分或在该传感器信号上求平均时，生成该传感器信号的实际光学传感器可以从该累加、求积分或求平均当中留下，或者可替代地，可以包括到该累加、求积分或求平均中。该评估设备可以被配置为通过对该整个矩阵或该矩阵内的感兴趣区域的信号求积分来确定和信号。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且该评估设备可以被配置为确定该整个梯形的积分。进一步地，在可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用该梯形束轮廓的特性的等效评估替换，诸如中心平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑导出边缘和中心信号。
[0079]
类似地，中心信号和边缘信号还可以通过使用该束轮廓的段来确定，诸如该束轮廓的圆形段。例如，该束轮廓可以通过不通过束轮廓的中心的割线或弦分成两个段。因此，一个段将基本上包含边缘信息，而另一个段将包含基本上中心信息。例如，为了进一步减少该中心信号的边缘信息量，该边缘信号还可以从该中心信号减去。
[0080]
附加地或者可替代地，该评估设备可以被配置为根据光斑的至少一个切片或切口来确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。这可以例如通过由沿着该切片或切口的线积
分替换组合信号q的面积积分来实现。针对经改进的准确度，可以使用并且平均通过光斑的若干切片或切口。在椭圆形斑轮廓的情况下，对若干切片或切口上求平均可能导致经改进的距离信息。
[0081]
组合信号可以是通过将中心信号和和信号组合来生成的信号。特别地，该组合可以包括以下中的一项或多项：形成该中心信号与该和信号的商，反之亦然；形成该中心信号的倍数与该和信号的倍数的商，反之亦然；形成该中心信号的线性组合与该和信号的线性组合的商，反之亦然。附加地或者可替代地，该组合信号可以包括包含关于该中心信号与该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。
[0082]
该评估设备可以被配置为通过使用传感器信号之间的至少一个已知、可确定或预定关系来确定对象的至少一个纵坐标z。特别地，该评估设备被配置为通过使用从传感器信号导出的商信号与纵坐标之间的至少一个已知、可确定或预定关系来确定对象的至少一个坐标z。
[0083]
光学传感器的原始传感器信号可以用于评估或其导出的二次传感器信号。如本文所使用的，术语“二次传感器信号”通常是指信号，诸如电子信号，更优选地，模拟和/或数字信号，其通过处理一个或多个原始信号来获得，诸如通过过滤、平均、解调等。因此，图像处理算法可以用于根据矩阵的全体传感器信号或根据矩阵内的感兴趣区域的传感器信号而生成二次传感器信号。特别地，该检测器，诸如该评估设备，可以被配置为变换光学传感器的传感器信号，从而生成二次光学传感器信号，其中，该评估设备被配置为通过使用该二次光学传感器信号来执行步骤a)
‑
d)。该传感器信号的变换特别地可以包括选自包括以下各项的组的至少一个变换：滤波；选择至少一个感兴趣区域；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；通过反转由该传感器信号创建的图像来对传感器信号进行反转；形成由不同时间处的传感器信号创建的图像之间的差分图像；背景校正；分解为颜色通道；分解为色度、饱和度和亮度通道；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；应用索贝尔算子；应用拉普拉斯算子；应用scharr算子；应用prewitt算子；应用roberts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；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波变换；阈值化；创建二进制图像。该感兴趣区域可以由用户手动确定或者可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象。作为示例，车辆、人或另一类型的预定对象可以由图像内的自动图像识别确定，即，在由光学传感器生成的传感器信号的全体内，并且该感兴趣区域可以被选择以使得该对象位于该感兴趣区域内。在这种情况下，该评估，诸如确定纵坐标，可以仅针对该感兴趣区域执行。然而，其他实施方式是可行的。
[0084]
如上文所概述的，光斑的中心的检测，即，该中心信号和/或产生中心信号的至少一个光学传感器的检测，可以电子地完全或部分地或通过使用一个或多个软件算法完全或部分地执行。特别地，该评估设备可以包括至少一个中心检测器，其用于检测至少一个最高传感器信号和/或用于形成中心信号。该中心检测器特别地可以全部或部分地以软件实现和/或可以全部或部分地以硬件实现。该中心检测器可以全部或部分地集成到至少一个传感器元件中和/或可以全部或部分地独立于传感器元件实现。
[0085]
如上文所概述的，和信号可以从矩阵的所有传感器信号、从感兴趣区域内的传感器信号或从关于由有助于排除的中心信号的光学传感器产生的传感器信号的这些可能性
之一导出。在每种情况下，可以生成可以可靠地与中心信号相比较的可靠的和信号，以便确定纵坐标。通常，该和信号可以选自包括以下各项的组：矩阵的所有传感器信号上的平均值；矩阵的所有传感器信号的和；矩阵的所有传感器信号的积分；除了来自那些有助于中心信号的光学传感器的传感器信号之外的矩阵的所有传感器信号上的平均值；除了来自那些有助于中心信号的光学传感器的传感器信号之外的矩阵的所有传感器信号的和；除了来自那些有助于中心信号的光学传感器的传感器信号之外的该矩阵的所有传感器信号的积分；距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的传感器信号的和；距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；位于距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的大于光学传感器的某个阈值的传感器信号的和；位于距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的大于光学传感器的某个阈值的传感器信号的积分。然而，存在其他选项。
[0086]
该求和可以用软件全部或部分地执行和/或可以用硬件全部或部分地执行。通常，求和可能通过纯电子装置，该纯电子装置通常可以容易地实现到检测器中。因此，在电子学的领域中，求和设备通常已知用于对两个或两个以上电信号进行求和，模拟信号和数字信号二者。因此，评估设备可以包括用于形成该和信号的至少一个求和设备。该求和设备可以全部或部分地集成到传感器元件中或者可以全部或部分地独立于传感器元件实现。该求和设备可以硬件或软件中的一者或两者全部或部分地实现在。
[0087]
如上文所概述的，该中心信号与该和信号之间的比较特别地可以通过形成一个或多个商信号来执行。因此，通常，组合信号可以是通过以下中的一项或多项导出的商信号q：形成该中心信号与该和信号的商，反之亦然；形成该中心信号的倍数与该和信号的倍数的商，反之亦然；形成该中心信号的线性组合与该和信号的线性组合的商，反之亦然；形成该中心信号与该和信号与该中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成该和信号与该和信号和该中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成该中心信号的取幂与该和信号的取幂的商，反之亦然。然而，存在其他选项。该评估设备可以被配置以形成一个或多个商信号。该评估设备还可以被配置为通过评估至少一个商信号来确定至少一个纵坐标。
[0088]
该评估设备特别地可以被配置为使用组合信号q与纵坐标之间的至少一个预定关系，以便确定至少一个纵坐标。因此，由于上文所公开的原因并且由于该纵坐标上的光斑的特性的相关性，该组合信号q通常是对象的纵坐标和/或该光斑的尺寸，诸如该光斑的直径或等效直径，的单调函数。因此，作为示例，特别地在使用线性光学传感器的情况下，传感器信号s
center
与和信号s
sum
的简单的商q＝s
center
/s
sum
可以是距离的单调递减函数。在不希望由该理论限制的情况下，人们相信这归因于以下事实：在上文所描述的优选设置中，由于到达检测器的光量减小，因此该中心信号s
center
与该和信号s
sum
两者随着到光源的距离增加而作为平方函数减小。其中，然而，由于在如在实验中所使用的光学设置中，图像平面内的光斑增长并且因此遍布更大的区域，所以该中心信号s
center
比该和信号s
sum
减小得更快。因此，该中心信号与该和信号的商随着该光束的直径或矩阵的光学传感器的光敏区上的光斑的直径的增加而连续地减小。进一步地，由于光束的总焦度形成该中心信号中和该和传感器信号两者中的因子，所以该商通常独立于该光束的总焦度。因此，该组合信号q可以形成提供该中心信号和该和信号与该光束的尺寸或直径之间的唯一并且清楚的关系的二次信号。由于另一方面，该光束的尺寸或直径取决于该光束从其朝向检测器传播的对象与检测器自身
之间的距离，即，取决于该对象的纵坐标，一方面该中心信号与该和信号之间的唯一并且清楚的关系以及另一方面该纵坐标可以存在。对于后者，可以例如对上文所提到的现有技术文档中的一个或多个进行参考，诸如wo 2014/097181 a1。预定关系可以通过分析考虑来确定，诸如通过假定高斯光束的线性组合，通过经验测量结果，诸如测量该组合信号和/或该中心信号和该和信号或作为对象的纵坐标的函数导出的二次信号、或二者的测量结果。
[0089]
因此，通常，该评估设备可以被配置为通过评估该组合信号q来确定该纵坐标。该确定可以是一步过程，诸如通过直接地组合该中心信号和该和信号并且导出其纵坐标，或者可以是多步过程，通过首先根据该中心信号和该和信号来导出该组合信号，并且然后通过根据该组合信号导出该纵坐标。这两个选项，即，步骤c)和d的选项是分离并且独立的步骤并且步骤c)和d)的选项全部或部分地组合，应当由本发明包括。
[0090]
该评估设备可以被配置为使用该组合信号与该纵坐标之间的至少一个预定关系。该预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析导出关系中的一者或多者。该评估设备可以包括用于存储该预定关系的至少一个数据存储设备，诸如查找列表或查找表。
[0091]
该组合信号q可以通过使用各种装置来确定。作为示例，用于导出该商信号的软件装置、用于导出该商信号的硬件装置或两者可以被使用并且在该评估设备中实现中。因此，作为示例，该评估设备可以包括至少一个除法器，其中，该除法器被配置为导出该商信号。该除法器可以完全或部分被实现为软件除法器或硬件除法器中的一者或两者。该除法器可以全部或部分地被集成到该传感器元件应答(answer)中或者可以全部或部分地独立于该传感器元件实现。
[0092]
该检测器可以包括至少一个选自包括以下各项的组的光学元件：传送设备，诸如至少一个透镜和/或至少一个透镜系统，至少一个衍射式光学元件。术语“传送设备”(也被表示为“传送系统”)可以通常指代一个或多个光学元件，该一个或多个光学元件被配置为诸如通过修改光束的束参数、光束的宽度或光束的方向中的一者或多者来修改该光束。该传送设备可以被配置为将该光束引导到该光学传感器上。该传送设备特别地可以包括以下中的一项或多项：至少一个透镜，例如，至少一个透镜选自包括以下各项的组：至少一个调焦透镜、至少一个非球面透镜、至少一个球面透镜、至少一个菲涅尔透镜；至少一个衍射光学式元件；至少一个凹透镜；至少一个束偏转元件，优选地至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地分束立方体或分束反射镜中的至少一个；至少一个多透镜系统。如本文所使用的，该传送设备的术语“焦距”指代可以照射该传送设备的入射准直光线聚到“焦点(focus)”的距离，其也可以被表示为“焦点”。因此，该焦距构成该传送设备会聚照射光束的能力的度量。因此，该传送设备可以包括一个或多个成像元件，该一个或多个成像元件可以具有会聚透镜的效果。举例来说，该传送设备可以具有一个或多个透镜，特别地一个或多个折射透镜和/或一个或多个凸透镜。在该示例中，该焦距可以被定义为从薄折射透镜的中心到该薄透镜的主焦点的距离。针对会聚薄折射透镜，诸如凸或双凸薄透镜，该焦距可以被认为是正的，并且可以提供在照射作为该传送设备的薄透镜的准直光束可以聚焦到单个斑中的距离。此外，该传送设备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。此外，该传送设备可以被设计为将预定义束轮廓印记在电磁辐射上，例如，在传感器区域并且特别地该传感器区的位置处。原则上，该传送设备的上述可选实施例可以单独地或以任何期望的组合实现。
[0093]
该传送设备可以具有光轴。特别地，该检测器和该传送设备具有共同光轴。如本文所使用的，术语“传送设备的光轴”通常指代透镜或透镜系统的镜面对称或旋转对称轴。该检测器的光轴可以是该检测器的光学设置的对称线。该检测器包括至少一个传送设备，优选地，具有至少一个透镜的至少一个传送系统。作为示例，该传送系统可以包括至少一个束路径，其中，该束路径中的该传送系统的元件以关于该光轴旋转对称的方式来定位。然而，如还将在下文更详细地概述的，位于该束路径内的一个或多个光学元件也可以关于该光轴偏离中心或倾斜。然而，在这种情况下，该光轴可以被顺序地定义，诸如通过将该束路径中的光学元件的中心相互连接，例如通过将该透镜的中心相互连接，其中，在该上下文中，该光学传感器未被算为光学元件。该光轴通常可以表示该束路径。其中，该检测器可以具有沿着光束可以从对象行进到该光学传感器的单个束路径，或者可以具有多个束路径。作为示例，可以给出单个束路径，或者束路径可以分成两个或两个以上部分束路径。在后者的情况中，每个部分束路径具有其自己的光轴。该光学传感器可以位于同一个束路径或部分束路径中。可替代地，然而，该光学传感器也可以位于不同的部分束路径中。
[0094]
该传送设备可以构成坐标系，其中，纵坐标l是沿着该光轴的坐标，并且其中，d是与该光轴的空间偏移。该坐标系可以是极坐标系，其中，该传送设备的光轴形成z轴，并且其中，距该z轴的距离和极角可以用作附加坐标。平行或者反平行于该z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着该z轴的坐标可以被认为是纵坐标z。垂直于该z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且该极坐标和/或该极角可以被认为是横坐标。
[0095]
如本文进一步使用的，术语“评估设备”通常指代被配置为优选地，通过使用至少一个数据处理设备，并且更优选地，通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路，执行命名操作的任意设备。因此，作为示例，该至少一个评估设备可以包括在存储了包括许多计算机指令的软件代码的至少一个数据处理设备。该评估设备可以提供用于执行该命名操作中的一者或多者的一个或多个硬件元件和/或可以提供一个或多个处理器，其中在其上运行的软件用于执行该命名操作中的一者或多者。
[0096]
上文所提到的操作由该至少一个评估设备执行，包括确定对象的至少一个纵坐标。因此，作为示例，可以软件和/或硬件实现上文所提到的关系中的一者或多者，诸如通过实现一个或多个查找表。因此，作为示例，该评估设备可以包括一个或多个可编程设备，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)或现场可编程门阵列(fpga)，其被配置为执行上文所提到的评估，以便确定对象的至少一个纵坐标。附加地或者可替代地，然而，该评估设备也可以完全或部分地由硬件实现。
[0097]
如上文所概述的，通过评估该中心信号和该和信号，可以使得该检测器能够确定该对象的至少一个纵坐标，包括确定该全部对象或其一个或多个部分的纵坐标的选项。另外，然而，该对象的其他坐标，包括一个或多个横坐标和/或旋转坐标，可以由该检测器，特别地，由该评估设备，来确定。因此，作为示例，一个或多个横向传感器可以用于确定对象的至少一个横坐标。如上文所概述的，产生该中心信号的至少一个光学传感器的位置可以提供关于该对象的至少一个横坐标的信息，其中，作为示例，简单透镜方程可以用于光学变换并且用于导出该横坐标。附加地或者可替代地，一个或多个附加横向传感器可以使用并且被该检测器包括。各种横向传感器通常是在本领域中已知的，诸如在wo 2014/097181 a1中所公开的横向传感器和/或其他位置敏感器件(psd)，诸如象限二极管、ccd或cmos芯片等。
附加地或者可替代地，作为示例，根据本发明的检测器可包括一个或多个在r.a.street(ed.):technology and applications of amorphous silicon,springer
‑
verlag heidelberg,2010年,第346
‑
349页中所公开的psd。其他实施例是可行的。这些设备也可以通常被实现到根据本发明的检测器中。作为示例，该光束的一部分可以通过至少一个分束元件在该检测器内分离。作为示例，该分离部分可以朝向横向传感器引导，诸如ccd或cmos芯片或相机传感器，并且可以确定由该横向传感器上的分离部分生成的光斑的横向位置，从而确定该对象的至少一个横坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单距离测量设备，或者可以被实现为二维检测器或甚至三维检测器。进一步地，如上文所概述的或如在下文更详细地概述的，通过以一维方式扫描场景或环境，也可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器特别地可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一者。该评估设备还可以被配置为确定该对象的至少一个横坐标x,y。该评估设备可以被配置为组合该纵坐标和该横坐标的信息并且确定空间中的对象的位置。
[0098]
该评估设备可以被配置为通过评估该组合信号q来确定所选择的反射特征的纵向区域，其中，该纵向区域由该纵坐标z和误差区间
±
ε给出。如本文所使用的，术语“纵向区域”指代由来自该组合信号q的纵坐标的确定的纵坐标z和测量不确定性
±
ε定义的至少一个不确定性区间。误差ε可以取决于光学传感器的测量不确定性。该光学传感器的测量不确定性可以预定和/或估计和/或可以存放在该评估设备的至少一个数据存储单元中。例如，误差区间可以是
±
10％，优选地，
±
5％，更优选地，
±
1％。
[0099]
该评估装置可以被配置为确定与该纵向区域相对应的至少一个参考图像中的至少一个位移区域。如本文所使用的，术语“参考图像”指代与反射图像不同的图像，其与该反射图像相比较在不同的空间位置处被确定。该参考图像可以通过记录至少一个参考特征、对该至少一个参考特征进行成像、计算该参考图像中的一者或多者来确定。该参考图像和该反射图像可以在具有固定距离的不同空间位置处确定的对象的图像。该距离可以是相对距离，也被称为基线。该评估设备可以被配置为确定与至少一个反射特征相对应的至少一个参考图像中的至少一个参考特征。如上文所概述的，该评估装置可以被配置为执行图像分析和标识该反射图像的特征。该评估设备可以被配置为将具有基本上相同的纵坐标的参考图像中的至少一个参考特征标识为所选择的反射特征。术语“基本上相同的”指代在10％，优选地，5％，最优选地，1％内相同。对应于该反射特征的参考特征可以使用核线几何形状来确定。针对核线几何形状的描述，例如，参考对x.jiang,h.bunke:,,dreidimensionales computersehen“springer,berlin heidelberg,1997年中的第2章。核线几何形状可以假定该参考图像和该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对象的图像。该参考图像和该反射图像可以在具有固定距离的不同空间位置处确定的对象的图像。该评估设备可以被配置为确定该参考图像中的核线。该参考图像和反射图像的相对位置可以是已知的。例如，该参考图像和反射图像的相对位置可以存储在该评估设备的至少一个存储单元内。该评估设备可以被配置为确定从该反射图像的所选择的反射特征延伸的直线。该直线可以包括对应于所选择的特征的可能对象特征。该直线和该基线跨越核平面。由于该参考图像在与该反射图像不同的相对位置处确定，因此对应的可能对象特征可以在该参考图像中的直线，被称为核线，上被成像。因此，与该反射图像的所选择的特征相对应的参考图像的特征位于该核线上。由于诸如由于老化、温度改
变、机械应力等导致的图像的失真或系统参数的改变，因此核线可能相交或非常接近于彼此和/或参考特征与反射特征之间的对应可能是不清楚的。进一步地，真实世界中的每个已知位置或对象可以被投射到参考图像上，并且反之亦然。由于检测器的校准该投影可以是已知的，而该校准是与特定相机的核线几何形状的线校正(teach
‑
in)可比较的。
[0100]
如本文所使用的，术语“位移区域”指代与所选择的反射特征相对应的参考特征可以被成像的参考图像中的区域。特别地，该位移区域可以是与所选择的反射特征相对应的参考特征被期望的位于该参考图像中的参考图像中的区域。取决于到对象的距离，与该反射图像中的反射特征的图像位置相比较，对应于该反射特征的参考特征的图像位置可以在该参考图像内置换。该位移区域可以仅包括一个参考特征。该位移区域也可以包括超过一个参考特征。该位移区域可以包括核线或核线的一部分。该位移区域可以包括超过一个核线或超过一个核线的多个部分。如本文所使用的，术语“参考特征”指代参考图像的至少一个特征。该位移区域可以沿着核线、正交于核线或两者延伸。该评估设备可以被配置为沿着与纵坐标z相对应的核线确定该参考特征并且沿着对应于误差区间
±
ε的核线或者正交于核线确定该位移区域的范围。使用组合信号q的距离测量的测量不确定性可能导致非圆形的位移区域，因为该测量不确定性可能针对不同方向是不同的。特别地，沿着该一个或多个核线的测量不确定性可以大于关于该一个或多个核线的正交方向上的测量不确定性。该位移区域可以包括在关于一个或多个核线的正交方向上的范围。该评估设备可以确定该反射特征的图像位置周围的位移区域。该评估设备可以被配置为确定用于该反射特征的纵坐标z和来自该组合信号q的误差区间
±
ε，以确定沿着对应于z
±
ε的核线的位移区域。该评估设备可以被配置为将所选择的反射特征与该位移区域内的至少一个参考特征进行匹配。如本文所使用的，术语“匹配”指代确定和/或评估对应参考和反射特征。该评估设备可以被配置为通过使用考虑所确定的纵坐标z的至少一个评估算法来将该反射图像的所选择的特征与该位移区域内的参考特征进行匹配。该评估算法可以是线性缩放算法。该评估设备可以被配置为确定最接近于该位移区域和/或该位移区域内的核线。该评估设备可以被配置为确定最接近于反射特征的图像位置的核线。沿着该核线的位移区域的范围可以大于正交于该核线的位移区域的范围。该评估设备可以被配置为在确定对应参考特征之前确定核线。该评估设备可以确定每个反射特征的图像位置周围的位移区域。该评估设备可以被配置为：诸如通过分配最接近于位移区域的核线和/或在位移区域内的核线和/或最接近于沿着正交于该核线的方向的位移区域的核线，向该反射特征的每个图像位置的每个位移区域分配核线。该评估设备可以被配置为通过确定最接近于所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或最接近于沿着所分配的核线的所分配的位移区域和/或在沿着所分配的核线的所分配的位移区域内的参考特征，确定与该反射图像的图像位置相对应的参考特征。
[0101]
附加地或者可替代地，该评估设备可以被配置为执行以下步骤：
[0102]
‑
针对每个反射特征的图像位置，确定的位移区域；
[0103]
‑
诸如通过分配最接近位移区域的核线和/或在位移区域内的核线和/或沿着正交于核线的方向最接近位移区域的核线，向每个反射特征的位移区域分配核线；
[0104]
‑
诸如通过分配最接近于所分配的位移区域的参考特征和/或在所分配的位移区域内的参考特征和/或沿着所分配的核线最接近所分配的位移区域的参考特征和/或在沿着所分配的核线的所分配的位移区域内的参考特征，向每个反射特征分配和/或确定至少
一个参考特征。
[0105]
附加地或可替代地，该评估设备可以被配置为在超过一个的核线和/或参考特征之间进行决定以分配给反射特征，例如，通过比较参考图像内的反射特征和/或核线的距离和/或通过比较误差加权距离，诸如参考图像内的反射特征和/或核线的ε加权距离，并且将较短距离和/或ε加权距离内的核线和/或参考特征分配给参考特征和/或反射特征。
[0106]
优选地，检测器可以被配置为使用组合信号q对所选择的反射特征进行预分类，以使得对一个参考特征的明确分配是可能的。特别地，照明图案的照明特征可以被布置，以使得参考图像的对应参考特征可以在核线上具有尽可能大的彼此相对距离。照明图案的照明特征可以被布置，以使得仅几个参考特征被定位在核线上。例如，照明图案可以包括至少一个六边形图案。优选地，该照明图案可以包括至少一个六边形图案，其中，该图案相对于基线旋转。优选地，照明图案可以包括至少一个位移的六边形图案，其中，该六边形图案的单独点从该规则位置位移随机距离，例如，正交于该点的核线。该单独点的位移可以小于两个平行核线之间的距离的一半，优选地，小于两个平行核线之间的距离的四分之一。该单独点的位移可以是这样的，两个点不在彼此上方位移。
[0107]
该评估设备可以被配置为确定该匹配的参考特征和所选择的反射特征的位移。如本文所使用的，术语“位移”指代参考图像中的位置与反射图像中的位置之间的差。该评估设备可以被配置为使用纵坐标与位移之间的预定关系来确定该匹配的特征的纵向信息。如本文所使用的，术语“纵向信息”指代与纵坐标有关的信息。例如，该纵向信息可以是距离值。该评估设备可以被配置为通过使用三角测量方法来确定预定关系。在反射图像中的所选择的反射特征的位置和所匹配的参考特征的位置和/或所选择的反射特征和所匹配的参考特征的相对位移已知的情况下，对应对象特征的纵坐标可以通过三角测量来确定。因此，该评估设备可以被配置为例如随后和/或逐列选择反射特征并且使用三角测量来针对参考特征的每个潜在位置确定该对应距离值。位移和对应距离值可以存储在该评估设备的至少一个存储设备中。作为示例，该评估设备可以包括至少一个数据处理设备，诸如至少一个处理器、至少一个dsp、至少一个fpga和/或至少一个asic。进一步地，为了存储纵坐标z与位移之间的至少一个预定或可确定的关系，可以提供该至少一个数据存储设备，诸如用于提供用于存储该预定关系的一个或多个查找表。该评估设备可以被配置为存储用于相机和/或检测器的内部和/或外部校准的参数。该评估设备可以被配置为生成用于相机和/或检测器的内部和/或外部校准的参数，诸如通过执行tsai相机校准。该评估设备可以被配置为计算和/或估计参数，诸如传送设备的焦距、径向透镜失真系数、径向透镜失真的中心的坐标、解释归因于用于扫描和数字化的硬件定时中的缺陷的任何不确定性的比例因子、用于世界坐标与相机坐标之间的变换的旋转角、用于世界坐标与相机坐标之间的变换的平移分量、孔径角、图像传感器格式、主点、偏斜系数、相机中心、相机航向、基线、相机和/或照明源之间的旋转或平移参数、孔径、焦点距离等。
[0108]
使用组合传感器信号允许估计距离，诸如误差区间内的纵坐标z。通过确定与所估计的纵坐标相对应的位移区域和对应误差区间允许显著地减少沿着该核线的解的可能数量。可能解的数量甚至可以减少到一。确定纵坐标z和该误差区间可以在将所选择的反射特征与参考特征匹配之前的预评估期间执行。这可以允许减少该计算需求，以使得显著地减少成本并且允许在移动设备或室外设备中使用是可能的。此外，通常在三角测量系统中，该
基线必须很大以便检测大的距离。使用组合的传感器信号对纵坐标z和误差区间进行预评估以及随后对所选择的反射特征和参考特征进行匹配可以允许使用短基线，以使得提供紧凑设备可以是可能的。此外，与常规三角测量系统相比较，使用该组合的传感器信号对该纵坐标z和误差区间进行预评估以及随后对所选择的反射特征和参考特征进行匹配可以增强准确度和/或速度和/或可以降低计算需求。进一步地，可以减少照明特征的数量，诸如照明图案中的照明点的数量，以增加每个照明点的光强度，诸如在符合眼睛安全规程的同时与环境光竞争。常规三角测量系统中的照明特征的减少的数量可能增加将反射特征与参考特征进行匹配的难度。进一步地，可以增加照明特征的数量，诸如该照明图案中的照明点的数量，诸如以增加该距离测量的分辨率，诸如以增加所获得的深度图的分辨率而不增加诸如移动应用中的评估设备的处理能力。
[0109]
该传感器元件可以被配置为确定至少一个反射图案。如本文所使用的，术语“反射图案”指代由对象的表面处的光的反射或散射生成，特别地，响应于由该照明图案造成的照明而由对象生成的响应图案。如上文所概述的，照明图案包括被配置为照射对象的至少一个特征。反射图案可以包括对应于该照明图案的至少一个特征的至少一个特征。与该照明图案相比较，该反射图案可以包括至少一个失真图案，其中，该失真取决于对象的距离，诸如对象的表面特性。评估设备可以被配置为选择反射图案的至少一个特征并且通过评估来自传感器信号的组合信号q来确定反射图案的所选择的特征的纵向区域，如上文所描述的。
[0110]
例如，参考图像可以是投影仪的位置处的图像平面处的照明图案的图像。该评估设备可以被配置为确定与反射图案的所选择的特征的纵向区域相对应的参考图像中的位移区域。评估设备可以被配置为将反射图案的所选择的特征与该位移区域内的参考图案的至少一个特征进行匹配。该投影仪和传感器元件可以分离固定距离。
[0111]
例如，检测器可以包括至少两个传感器元件，其各自具有光学传感器的矩阵。至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件可以定位在不同空间位置处。该第一传感器元件与该第二元件之间的相对距离可以是固定的。该至少一个第一传感器元件可以被配置为确定至少一个第一反射图案，特别地，至少一个第一反射特征，并且该至少一个第二传感器元件可以被配置为确定至少一个第二反射图案，特别地，至少一个第二反射特征。该评估设备可以被配置为选择由该第一传感器元件或该第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，并且选择由该第一传感器元件或该第二传感器元件中的另一个确定的至少一个图像作为参考图像。该评估装置设备可以被配置为选择反射图案中的至少一个反射特征并且通过评估来自该传感器信号的组合信号q确定所选择的特征的纵向区域。该评估设备可以被配置为确定与反射图案的所选择的特征的纵向区域相对应的参考图像中的位移区域。该评估设备可以被配置为将该反射图案的所选择的特征与该位移区域内的参考图案的至少一个特征进行匹配。
[0112]
如上文所概述的，该检测器还可以包括一个或多个附加元件，诸如一个或多个附加光学元件。进一步地，该检测器可以完全或部分地集成到至少一个壳体中。
[0113]
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。该检测器系统包括至少一个根据本发明的检测器，诸如根据上文所公开的实施例中的一者或多者或者根据下文更详细地公开的实施例中的一者或多者。该检测器系统还包括至少一个信标设备，该至少一个信标设备被配置为朝向该检测器引导至少一个光束，其中，
该信标设备是可附接到对象，可由该对象以及可集成到该对象中的至少一者。下文将给出关于该信标设备的进一步的细节，包括其潜在实施例。因此，该至少一个信标设备可以是或可以包括至少一个有源信标设备，包括一个或多个照明源，诸如类似激光器、led、灯泡等的一个或多个光源。作为示例，由照明源发射的光可以具有300nm至500nm的波长。可替代地，如上文所概述的，可以使用红外光谱范围，诸如在780nm至3.0μm的范围内。特别地，可以使用硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm范围内的近红外区域。由该一个或多个信标设备发射的光可以是非调制或可以是调制的，如上文所概述的，以便区分两个或两个以上光束。附加地或者可替代地，该至少一个信标设备可以被配置为朝向检测器反射一个或多个光束，诸如通过包括一个或多个反射元件。进一步地，该至少一个信标设备可以是或可以包括被配置为散射光束的一个或多个散射元件。其中，可以使用弹性或非弹性散射。在该至少一个信标设备被配置为朝向检测器反射和/或散射基色光束的情况下，该信标设备可以被配置为使该光束的光谱特性不受影响，或者可替代地，可以被配置为改变该光束的光谱特性，诸如通过修改该光束的波长。
[0114]
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口。该人机接口包括根据上文所公开的实施例和/或根据下文更详细地公开的实施例中的一者或多者的至少一个检测器系统。其中，至少一个信标设备被配置为被直接或间接附接到用户或由用户握持中的至少一者。该人机接口被设计为借助于检测器系统确定该用户的至少一个位置，其中，该人机接口被设计为向该位置分配至少一项信息。
[0115]
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐设备。该娱乐设备包括至少一个根据上文所公开的实施例和/或根据下文更详细地公开的实施例中的一者或多者的人机接口。该娱乐设备被配置为使得至少一项信息能够借助于人机接口由游戏者输入。该娱乐设备还被配置为根据该信息变更该娱乐功能。
[0116]
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。该跟踪系统包括至少一个根据涉及如上文所公开的和/或下文更详细地公开的检测器系统的实施例中的一者或多者的检测器系统。该跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器。该跟踪控制器被配置为跟踪特定时间点处的对象的位置序列。
[0117]
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于对至少一个对象进行成像的相机。该相机包括至少一个根据涉及如上文所公开或如下文更详细地公开的检测器的实施例中的任一个的检测器。
[0118]
在本发明的进一步的方面中，提供了一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，其还可以隐含确定至少一个对象的至少一个位置。该扫描系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如至少一个如上文列出的实施例中的一者或多者中所公开的和/或如下文实施例中的一个或多个中所公开的检测器。该扫描系统还包括至少一个照明源，其被配置为用至少一个光束来扫描该场景，其还可以被称为照明光束或扫描光束。如本文所使用的，术语“场景”通常指代由该检测器可见的二维或三维范围，以使得可以用该检测器对该二维或三维范围的至少一个几何或空间特性进行评估。如本文进一步使用的，术语“扫描”通常指代不同区域中的连续测量。因此，该扫描特别地可以隐含关于以第一方式取向或引导的照明光束的至少一个第一测量，以及关于以与该第一方式不同的第二方式取向或引导的照明光束的至少一个第二测量。该扫描可以是连续扫描或者分步扫描。因此，以连续或分步的方
式，该照明光束可以引导到场景的不同区域中，并且该检测器可以被检测以针对每个区域生成至少一项信息，诸如至少一个纵坐标。作为示例，为了扫描对象，一个或多个照明光束可以连续地或以分步方式在对象的表面上产生光斑，其中，纵坐标针对该光斑生成。可替代地，然而，光图案可以用于扫描。该扫描可以是点扫描或者线扫描或者甚至用更复杂的光图案扫描。该扫描系统的照明源可以与该检测器的投影仪不同。可替代地，然而，该扫描系统的照明源还可以与该检测器的投影仪全部或部分相同或者被集成到该检测器的投影仪中。
[0119]
因此，该扫描系统可以包括至少一个照明源，该至少一个照明源被配置为发射至少一个光束，该至少一个光束被配置为照明位于至少一个对象的至少一个表面处的至少一个圆点。如本文所使用的，术语“圆点”指代例如可以由该扫描系统的用户选择以由该照明源照射的对象的表面的一部分上的区，特别地，小区。优选地，该圆点可以展现尺寸，该尺寸一方面可以尽可能小以便允许该扫描系统确定由该扫描系统包括的照明源与该圆点可以尽可能精确地定位于的对象的表面的一部分之间的距离的值，并且该尺寸另一方面可以尽可能大，以便特别地通过自动程序允许该扫描系统的用户或该扫描系统自身检测该对象的表面的相关部分上的圆点的存在。
[0120]
出于该目的，照明源可以包括人工照明源，特别地，至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如，至少一个发光二极管，特别地，有机和/或无机发光二极管。作为示例，由照明源发射的光可以具有300nm至500nm的波长。附加地或者可替代地，可以使用该红外光谱范围内的光，诸如在780nm至3.0μm的范围内的光。特别地，可以使用硅光电二极管特别地适用的700nm至1000nm的范围内的近红外区域的部分中的光。由于其通常定义的束轮廓和可操作性的其他特性，使用至少一个激光源作为该照明源是特别优选的。在本文中，使用单个激光源可以是优选的，特别地，在提供可能由用户容易存储并且运输的紧凑扫描系统可以是重要的情况下。因此，该照明源可以优选地是该检测器的构成部分，并且因此，特别地，集成到该检测器中，诸如到该检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地，该扫描系统的壳体可以包括被配置为诸如以易读的方式向该用户提供距离相关信息的至少一个显示器。在进一步的优选实施例中，特别地，该扫描系统的壳体可以另外包括至少一个按钮，该至少一个按钮可以被配置为操作与该扫描系统有关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在进一步的优选实施例中，特别地，该扫描系统的壳体可以另外包括至少一个紧固单元，该至少一个紧固单元可以被配置为将该扫描系统紧固到进一步的表面，诸如橡胶底座、基板或墙保持器，诸如基板或包括磁性材料的保持器，特别地用于增加该距离测量的准确度和/或由用户对该扫描系统的可操作性。
[0121]
特别地，因此，该扫描系统的照明源可以发射单个激光束，该单个激光束可以被配置为照明位于该对象的表面处的单个圆点。通过使用根据本发明的检测器中的至少一者，因此，可以生成关于该至少一个圆点与该扫描系统之间的距离的至少一项信息。此处，优选地，可以确定如由该扫描系统包括的照明系统与如由该照明系统生成的单个圆点之间的距离，诸如通过采用如由该至少一个检测器包括的评估设备。然而，该扫描系统还可以包括可以为了该目的被特别地配置的附加评估系统。可替代地或者另外，可以考虑该扫描系统的尺寸，特别地，该扫描系统的壳体的尺寸，并且因此，可替代地，可以确定该扫描系统的壳体上的特定点，诸如该壳体的前边缘或后边缘上的特定点，与该单个圆点之间的距离。该照明源可以被配置为生成和/或投射点云，例如，该照明源可以包括以下中的一项或多项：至少
一个根据本发明的投影仪、至少一个数字光处理(dlp)投影仪、至少一个lcos投影仪、至少一个空间光调制器；至少一个衍射式光学元件；至少一个发光二极管阵列；至少一个激光光源阵列。
[0122]
可替代地，该扫描系统的照明源可以发射两个单独激光束，该两个单独激光束可以被配置为提供该束的发射的方向之间的相应角，诸如直角，由此，可以照射位于相同对象的表面处或两个分离对象处的两个不同表面处的两个相应圆点。然而，两个单独激光束之间的相应角的其他值也可以是可行的。该特征可以特别地用于间接测量功能，诸如用于导出可能不直接可达到，诸如由于该扫描系统与该圆点之间的一个或多个障碍的存在，或可以以其他方式难以到达的间接距离。举例来说，因此，通过测量两个单独距离并且通过使用毕达哥拉斯公式导出该高度，确定用于对象的高度的值是可行的。特别地，为了能够保持关于该对象的预定义水平，该扫描系统还可以包括至少一个水平测量单元，特别地，集成气泡瓶，其可以用于保持由用户预定义的水平。
[0123]
作为进一步的替代方案，该扫描系统的照明源可以发射多个单独激光束，诸如激光束阵列，其可以关于彼此展现相应节距，特别地，规则节距，并且其可以以某种方式布置以便生成位于至少一个对象的至少一个表面上的圆点阵列。出于该目的，可以提供可以允许所描述的激光束阵列的生成的特别适配的光学元件，诸如分束设备和反射镜。特别地，该照明源可以被引导以通过使用一个或多个可移动反射镜来以周期性或非周期性方式重新引导该光束，从而扫描区或体积。
[0124]
因此，该扫描系统可以提供放置在该一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个圆点的静态布置。可替代地，该扫描系统的照明源，特别地该一个或多个光束，诸如上文所描述的激光束阵列，可以被配置为提供可展现随时间的变化强度和/或可受限于随时间推移发射的交替方向的一个或多个光束，特别地通过移动一个或多个反射镜，诸如包括在所提到的微反射镜阵列内的微反射镜。因此，该照明源可以被配置为通过使用具有如由该扫描系统的至少一个照明源生成的交替特征的一个或多个光束，扫描该至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，因此，该扫描系统可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，来诸如顺序地或同时地扫描该一个或多个对象的一个或多个表面。因此，该扫描系统可以被配置为通过测量三个或更多个圆点来测量角，或者该扫描系统可以被配置为测量角或窄区域，诸如人字屋顶，其可以是使用常规测量杆很难达到的。作为非限制性示例，该扫描系统可以安全地使用激光扫描器，例如在生产环境中，和/或在如用于确定对象的形状的3d扫描设备中，诸如关于3d打印、身体扫描、质量控制、施工应用中，例如作为测距仪，在物流应用中，例如用于确定包裹尺寸或体积，在家庭应用中，例如在机器人真空清洁器或割草机中，或者在可包括扫描步骤的其他种类的应用中。作为非限制性示例，该扫描系统可以使用在工业安全幕应用中。作为非限制性示例，该扫描系统可以用于执行扫视、吸尘、擦干、上蜡功能或庭院或花园护理功能，诸如割草或搂集。作为非限制性示例，该扫描系统可以采用具有准直光学器件的led照明源并且可以被配置为将该照明源的频率移动到不同频率以获得更准确的结果和/或采用滤波器使某些频率衰减同时使其他频率透射。作为非限制性示例，该扫描系统和/或该照明源可以使用专用电机整体上旋转或者仅旋转特定光学器件封装诸如反射镜、分束器等，以使得在操作中，该扫描系统可以具有全360度视图或甚至被移动和/或旋转到平面外以进一步增加扫描区。进一步地，该照明源可以主动地瞄
准预定方向。进一步地，为了允许有线电气系统的旋转，可以采用滑环、光数据传输或电感耦合。
[0125]
作为非限制性示例，该扫描系统可以被附接到三脚架并且指向具有若干角和表面的对象或区域。一个或多个可灵活移动的激光源被附接到该扫描系统。该一个或多个激光源移动，以使得它们照射感兴趣点。关于该扫描系统的照射点的位置在按压该扫描系统上的指定按钮时被测量，并且该位置信息经由无线接口传送到移动电话。该位置信息被存储在移动电话应用中。移动该激光源以照射进一步的感兴趣点，其位置被测量并且被传送到该移动电话应用。该移动电话应用可以通过将相邻点与平面连接来将该点集变换为3d模型。该3d模型可以被进一步存储和处理。所测量的点或表面之间的距离和/或角可以被直接地显示在附接到扫描系统的显示器上或在位置信息传送到的移动电话上。
[0126]
作为非限制性示例，扫描系统可以包括投射点的两个或两个以上灵活可移动激光源和又一个投射线的可移动激光源。该线可以用于沿着线布置该两个或两个以上激光斑，并且该扫描系统的显示器可以显示可以沿着该线诸如以相等距离布置的两个或更多个激光斑之间的距离。在两个激光斑的情况下，可以使用单个激光源，而使用一个或多个分束器或棱镜来修改该投射点的距离，其中，分束器或棱镜可以被移动以使得该投射激光斑移动分开或者移近在一起。进一步地，该扫描系统可以被配置为投射进一步的图案，诸如直角、圆形、正方形、三角形等，沿着该图案，可以通过投射激光斑并且测量其位置来完成测量。
[0127]
作为非限制性示例，该扫描系统可以被配置为线扫描设备。特别地，该扫描系统可以包括至少一个传感器线或行。三角测量系统要求足够的基线，以使得在近场中不可能进行检测。如果该激光斑在该传送设备的方向上倾斜，则近场可能进行检测。然而，该倾斜导致该光斑将移动出检测远场区域的视场。这些近场和远场问题可以通过使用根据本发明的检测器来克服。特别地，该检测器可以包括光学传感器的cmos线。该扫描系统可以被配置为检测在该cmos线上从该对象传播到该检测器的多个光束。该光束可以在该对象上的不同位置处或者通过该照明源的运动生成。该扫描系统可以被配置为通过确定如上文和下文更详细地描述的商信号q来确定用于光点中的每一者的至少一个纵坐标。
[0128]
作为非限制性示例，该扫描系统可以被配置为用工具支持工作，诸如木材或金属处理工具，诸如锯、钻床等。因此，该扫描系统可以被配置为测量两个相对方向上的距离并且在显示器中显示两个所测量的距离或者距离的和。进一步地，该扫描系统可以被配置为测量到表面的边缘的距离，以使得在该扫描系统放置在该表面上时，激光点沿着该表面自动移动远离该扫描系统，直到该距离测量结果示出由表面的角或边缘引起的突然改变。这使得在该扫描系统放置在该木板上但是远离其末端时测量木板的末端的距离是可能的。进一步地，该扫描系统可以在一个方向上测量木板的末端的距离并且在相反方向上的设定距离内投射线或圆或点。该扫描系统可以被配置为在取决于在相反方向上所测量的距离，诸如取决于预定和距离，的距离内投射该线或圆或点。这允许在将该扫描系统放置在距工具安全距离内时并且同时在到该木板的预定距离内使用该工具执行处理时在该投射位置处用诸如锯或钻床的工具工作。进一步地，该扫描系统可以被配置为在预定距离内在两个相反方向上投射点或线等。在该距离的和改变时，仅该投射距离中的一个改变。
[0129]
作为非限制性示例，该扫描系统可以被配置为被放置到表面上，诸如在执行诸如切割、锯切、钻孔等的任务的表面上并且将线投射到可以诸如用该扫描设备上的按钮来调
整的预定距离内的表面上。
[0130]
作为非限制性示例，该扫描系统可以安全使用在激光扫描器中，例如在生产环境中，和/或在如用于确定对象的形状的3d扫描设备中，诸如关于3d打印、身体扫描、质量控制；施工应用中，例如作为测距仪；在物流应用中，例如用于确定包裹尺寸或体积；在家庭应用中，例如在机器人真空清洁器或割草机中；或者在可包括扫描步骤的其他种类的应用中。
[0131]
如上文所解释的，该传送设备可以被设计为优选地连续地将从该对象传播到该检测器的光馈送到该光学传感器。如上文所解释的，该馈送可以可选地借助于成像否则借助于该传送设备的非成像特性来实现。特别地，该传送设备还可以被设计为在后者被馈送到该光学传感器之前收集电磁辐射。该传送设备还可以全部或部分地是至少一个可选照明源的构成部分，例如通过被设计为提供具有定义光学特性，例如具有定义或精确地已知的束轮廓，的光束的照明源，例如高斯束的至少一个线性组合，特别地，具有已知束轮廓的至少一个激光束。
[0132]
针对可选照明源的潜在实施例，可以对wo 2012/110924 a1进行参考。然而，其他实施例是可行的。从对象发出的光可以起源于对象自身，而且可以可选地具有不同原点并且从该原点传播到该对象并且随后地朝向该横向和/或纵向光学传感器。后者的情况可以例如由使用的至少一个照明源影响。该照明源可以例如是或包括周围照明源和/或可以是或可以包括人工照明源。举例来说，该检测器自身可以包括至少一个照明源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体照明源，例如，至少一个发光二极管，特别地，有机和/或无机发光二极管。由于其通常定义的束轮廓和可操作性的其他特性，使用一个或多个激光器作为照明源或其一部分是特别优选的。该照明源自身可以是该检测器的构成部分或者否则独立于该检测器形成。该照明源可以被特别地集成到该检测器中，例如，该检测器的壳体。可替代地或者附加地，至少一个照明源也可以被集成到该至少一个信标设备中或到该信标设备中的一个或多个中和/或到该对象中或连接或空间耦合到该对象。
[0133]
因此，可替代地或者附加地从所述光起源于该相应信标设备自身的选项，从该一个或多个可选信标设备发出的光从该照明源发出和/或由该照明源激发。举例来说，从该信标设备发出的电磁光可以由该信标设备自身发射和/或在其馈送到该检测器之前由该信标设备反射和/或由该信标设备散射。在这种情况下，该电磁辐射的发射和/或散射可以在没有该电磁辐射的光谱影响的情况下或在这样的影响的情况下实现。因此，举例来说，波长移位也可以在散射期间发生，例如，根据斯托克斯或拉曼。此外，光的发射可以例如由主照明源激发，例如由被激发以生成荧光，特别地磷光和/或荧光，的对象或对象的部分区域。原则上，其他发射过程也是可能的。如果反射发生，那么该对象可以具有例如至少一个反射区域，特别地，至少一个反射表面。所述反射表面可以是该对象自身的一部分，而且可以是例如反射器，该反射器被连接或空间耦合到该对象，例如连接到该对象的反射器斑块。如果至少一个反射器被使用，那么其可以进而也被认为是被连接到该对象的检测器的一部分，例如，独立于该检测器的其他构成部件。
[0134]
该信标设备和/或该至少一个可选照明源通常可以发射以下各项中的至少一项内的光：紫外光谱范围，优选地，在200nm至380nm的范围内；可见光谱范围(380nm至780nm)；红外光谱范围，优选地，在780nm至3.0微米的范围内，更优选地，硅光电二极管特别地适用的700nm至1000nm的范围内的近红外区域的部分内。针对热成像应用，该目标可以发射远红外
光谱范围内的光，优选地，在3.0微米至20微米的范围内。例如，该至少一个照明源被配置为发射可见光谱范围内的光，优选地，在500nm至780nm的范围内，最优选地，在650nm至750nm处或在690nm至700nm处。例如，该至少一个照明源被配置为发射红外光谱范围内的光。然而，其他选项是可行的。
[0135]
将光束馈送到该光学传感器可以特别地以这样的方式受影响：在该光学传感器的可选传感器区上产生具有圆形、椭圆形或不同地配置的剖面的光斑。举例来说，该检测器可以具有在其内可以检测到对象的可见范围，特别地立体角范围和/或空间范围。优选地，该传送设备可以以这样的方式设计：例如，在对象被布置在检测器的可见范围内的情况下，该光斑完全地布置在该光学传感器的传感器区域上和/或传感器区上。举例来说，传感器区可以被选择以具有对应的尺寸以便确保该条件。
[0136]
在进一步的方面中，本发明公开了一种用于通过使用诸如根据本发明的检测器的检测器来确定至少一个对象的位置的方法，诸如根据涉及如上文所公开的或如下文更详细地公开的实施例中的一者或多者。然而，可以使用其他类型的检测器。该方法可以包括以下方法步骤，其中，该方法步骤可以以给定顺序执行或可以以不同顺序执行。进一步地，可以呈现未列出的一个或多个附加方法步骤。进一步地，该方法步骤中的一个、超过一个或甚至全部可以被重复地执行。
[0137]
该方法包括以下方法步骤：
[0138]
‑
用由该检测器的至少一个投影仪生成的至少两个照明图案来照射该对象；
[0139]
‑
响应于由从该对象传播到该检测器的至少一个反射光束对具有光学传感器的矩阵的至少一个传感器元件的照射，生成至少两个传感器信号，该光学传感器各自具有光敏区；
[0140]
‑
通过使用该传感器元件来确定至少一个反射图像；
[0141]
‑
选择该反射图像的至少一个反射特征，并通过使用至少一个评估设备来评估该传感器信号，从而，确定所选择的反射特征的至少一个纵坐标z，其中，该评估包括评估来自该传感器信号的组合信号q。
[0142]
针对细节、选项和定义，可以对如上文讨论的检测器进行参考。因此，特别地，如上文所概述的，该方法可以包括使用根据本发明的检测器，诸如根据上文给出或下文更详细地给出的实施例中的一者或多多者。
[0143]
如上文所概述的，该投影仪包括至少一个可调谐激光源和至少一个衍射式光学元件，该方法可以包括通过使用至少一个控制单元，控制该可调谐激光源的至少一个特性。例如，该投影仪可以在至少两个发射模式中可操作，其中，该方法可以包括：通过将电信号施加到该可调谐激光源，通过使用该控制单元来调整该发射模式。其中，在第一发射模式中，该可调谐激光源具有第一发射波长λ1，在第二发射模式中，该可调谐激光源具有与该第一发射波长λ1不同的第二发射波长λ2。
[0144]
在本发明的进一步的方面中，提出了根据本发明的检测器的用途，诸如根据上文给出或下文更详细地给出的实施例中的一者或多者，出于使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；构图应用，其用于生成至少一个空间的地图；用于车辆的归航或跟踪信标检测器；室外应用；移动应用；通信应用；机器视觉应用；机器人应
用；质量控制应用；制造应用。
[0145]
该对象通常可以是生命或非生命对象。检测器或该检测器系统甚至可以包括该至少一个对象，该对象从而形成该检测器系统的一部分。优选地，然而，该对象可以在至少一个空间维度上独立于该检测器移动。该对象通常可以是任意对象。在一个实施例中，该对象可以是刚性对象。其他实施例是可行的，诸如对象是非刚性对象或可以改变其形状的对象的实施例。
[0146]
关于本发明的检测器和设备的进一步的使用，对wo 2018/091649 a1、wo 2018/091638 a1和wo 2018/091640 a1进行参考，其内容通过引用包括。
[0147]
特别地，本技术可以应用在摄影领域中。因此，检测器可以是摄影设备的一部分，特别地数字相机的一部分。特别地，该检测器可以用于3d摄影，特别地，用于数字3d摄影。因此，该检测器可以形成数字3d相机或可以是数字3d相机的一部分。如本文所使用的，术语摄影通常指代获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，相机通常是被配置为执行摄影的设备。如本文进一步使用的，术语数字摄影通常指代通过使用被配置为生成指示照明的强度和/或颜色的电信号，优选地，数字电信号，的多个光敏元件，获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，术语3d摄影通常指代在三个空间维度上获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3d相机是被配置为执行3d摄影的设备。该相机通常可以被配置为获取单个图像，诸如单个3d图像，或者可以被配置为获取多个图像，诸如图像的序列。因此，该相机也可以是被配置用于视频应用的视频相机，诸如用于获取数字视频序列。
[0148]
因此，通常，本发明还涉及相机，特别地，数字相机，更特别地3d相机或数字3d相机，用于对至少一个对象进行成像。如上文所概述的，如本文所使用的，术语成像通常指代获取至少一个对象的图像信息。该相机包括至少一个根据本发明的检测器。如上文所概述的，该相机可以被配置为获取单个图像或者用于获取多个图像，诸如图像序列，优选地，用于获取数字视频序列。因此，作为示例，该相机可以是或可以包括视频相机。在后者的情况下，该相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
[0149]
如在本发明内所使用的，表述“位置”通常指代关于对象的一个或多个点的绝对位置和取向中的一者或多者的至少一项信息。因此，特别地，该位置可以在该检测器的坐标系中确定，诸如在笛卡尔坐标系中。附加地或者可替代地，然而，可以使用其他类型的坐标系，诸如极坐标系和/或球坐标系。
[0150]
如上文所阐述的并且如将在下文将更详细地概述的，本发明优选地可以应用在人机接口领域中、在体育领域中和/或在计算机游戏领域中。因此，优选地，该对象可以选自包括各项的组：体育器材制品，优选地选自包括以下各项的组的制品：球拍、棍棒、球棒、服装、帽子、鞋。其他实施例是可行的。
[0151]
关于用于确定对象的位置的坐标系，该坐标系可以是该检测器的坐标系，该检测器可以构成该检测器的光轴形成该z轴并且此外可以提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴的坐标系。作为示例，该检测器和/或该检测器的一部分可以停留在该坐标系中的特定点处，诸如在该坐标系的原点处。在该坐标系中，平行或者反平行于该z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着该z轴的坐标可以被认为是纵坐标。垂直于该纵向方向的任意方向可以被认为是横向方向，并且x和/或y坐标可以被认为是横坐标。
[0152]
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，距该z轴的距离和极角可以用作附加坐标。此外，平行或者反平行于该z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着该z轴的坐标可以被认为是纵坐标。垂直于该z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且该极坐标和/或该极角可以被认为是横坐标。
[0153]
该检测器可以是被配置为提供关于至少一个对象和/或其一部分的位置的至少一项信息的设备。因此，该位置可以指代完全描述该对象或其一部分的位置的信息项，优选地，在该检测器的坐标系中，或者可以指代仅部分描述该位置的部分信息。该检测器通常可以是被配置为检测光束的设备，诸如从信标设备朝向该检测器传播的光束。
[0154]
该评估设备和该检测器可以完全或部分被集成到单个设备中。因此，通常，该评估设备也可以形成该检测器的一部分。可替代地，该评估设备和该检测器可以完全或部分被实现为分离的设备。该检测器可以包括进一步的部件。
[0155]
该检测器可以是固定设备或移动设备。进一步地，该检测器可以是独立设备或可以形成另一设备的一部分，诸如计算机、车辆或任何其他设备。进一步地，该检测器可以是手持式设备。该检测器的其他实施例是可行的。
[0156]
该评估设备可以是或可以包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(asic)；和/或一个或多个数据处理设备，诸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，诸如一个或多个预处理设备和/或数据采集设备，诸如用于传感器信号的接收和/或预处理的一个或多个设备，诸如一个或多个ad转换器和/或一个或多个滤波器。进一步地，该评估设备可以包括一个或多个测量设备，诸如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量设备。进一步地，该评估设备可以包括一个或多个数据存储设备。进一步地，该评估设备可以包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个线装接口。
[0157]
该至少一个评估设备可以被配置为至少一个计算机程序，诸如被配置为执行或者支持根据本发明的方法的方法步骤中的一者或多者或甚至全部。作为示例，可以实现可以通过使用该传感器信号作为输入变量来确定对象的位置的一个或多个算法。
[0158]
该评估设备可以连被接到或可包括至少一个进一步的数据处理设备，该数据处理设备可以用于显示、可视化、分析、分布、通信或进一步处理信息中的一者或多者，诸如由光学传感器和/或由评估设备获得的信息。作为示例，该数据处理设备可以被连接或者包含以下中的至少一项：显示器、投影仪、监视器、lcd、tft、扬声器、多通道声音系统、led图案或进一步的可视化设备。该数据处理设备还可以被连接到或者包含以下中的至少一项：通信设备或通信接口、连接器或端口，能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、wi
‑
fi、红外或因特网接口、端口或连接中的一者或多者来发送加密或未加密信息。该数据处理设备还可以被连接到或者包含以下中的至少一项：处理器；图形处理器；cpu；开放式多媒体应用程序平台(omap
tm
)；集成电路；片上系统诸如来自apple a系列或samsung s3c2系列的产品；微控制器或微处理器；一个或多个存储块诸如rom、ram、eeprom或闪存；定时源诸如振荡器或锁相环、计数计时器、实时计时器或加电复位发生器；电压调整器；电源管理电路或dma控制器。单独单元还可以由总线，诸如amba总线，连接或者被集成在物联网或工业4.0类型网络中。
[0159]
该评估设备和/或该数据处理设备可以由其连接或者具有：进一步的外部接口或
端口，诸如串行或并行接口或端口、usb、并口端口、火线、hdmi、以太网、蓝牙、rfid、wi
‑
fi、usart或spi中的一者或多者；或模拟接口或端口，诸如adc、dac中的一者或多者；或到进一步的设备，诸如使用rgb接口(诸如cameralink)的2d相机设备，的标准化接口或端口。该评估设备和/或该数据处理设备还可以由处理器间接口或端口、fpga
‑
fpga接口或串行或并行接口端口中的一者或多者连接。该评估设备和该数据处理设备还可以被连接到以下中的一项或多项：光盘驱动器、cd
‑
rw驱动器、dvd+rw驱动器、闪盘驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态盘或固态硬盘。
[0160]
该评估设备和/或该数据处理设备可以由其连接或者具有一个或多个进一步的外部连接器，诸如以下中的一项或多项：电话连接器、rca连接器、vga连接器、公母连接器、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，和/或可以包含用于这些连接器中的一者或多者的至少一个适合的插座。
[0161]
包含根据本发明的检测器中的一个或多个的单个设备，该评估设备或该数据处理设备，诸如包含光学传感器、光学系统、评估设备、通信设备、数据处理设备、片上系统、显示设备或进一步的电子设备中的一个或多个的可能实施例是：移动电话、个人计算机、平板pc、电视、游戏控制台或进一步的娱乐设备。在进一步的实施例中，将在下文将更详细地概述的3d相机功能可以被集成在用常规2d数字相机可用的设备中，而该设备的壳体或外观不存在显著差异，其中，针对该用户的显著差异可以仅是获得和/或处理3d信息的功能。进一步地，根据本发明的设备可以使用在360
°
数字相机或者环绕视图相机中。
[0162]
特别地，包含检测器和/或其一部分的实施例诸如评估设备和/或数字处理设备可以是：包含显示设备的移动电话、数字处理设备、光学传感器、可选地传感器光学器件和用于3d相机的功能的评估设备。根据本发明的检测器特别地可以适合于集成在娱乐设备和/或通信设备中，诸如移动电话中。
[0163]
人机接口可以包括多个信标设备，该多个信标设备被配置为被直接或间接附接到用户和由用户握持中的至少一者。因此，该信标设备各自可以通过任何适合的装置被独立地附接到该用户，诸如通过适当的固定设备。附加地或者可替代地，用户可以在他或她的手中和/或通过穿戴该至少一个信标设备和/或包含在身体部分上的信标设备的服装保持和/或携带该至少一个信标设备或该信标设备中的一者或多者。
[0164]
信标设备通常可以是可以由至少一个检测器和/或促进由该至少一个检测器进行的检测的任意设备。因此，如上文所概述的或者如将在下文更详细地概述的，该信标设备可以是被配置为生成待由该检测器检测的至少一个光束的主动信标设备，诸如通过具有一个或多个用于生成至少一个光束的照明源。附加地或者可替代地，该信标设备可以完全或部分地被设计为被动信标设备，诸如通过提供被配置为反射由分离的照明源生成的光束的一个或多个反射元件。该至少一个信标设备可以以直接或间接的方式永久或暂时附接到用户和/或可以由用户携带或握持。可以通过使用一个或多个附接装置和/或通过该用户他自己或她自己，诸如通过用户用手握持该至少一个信标设备的用户和/或通过穿带该信标设备的用户，进行该附接。
[0165]
附加地或者可替代地，该信标设备可以是附接到对象并且集成到由该用户握持的对象中的至少一者，其在本发明的意义上应当包括到用户握持该信标设备的选项的意义
中。因此，如将在下文更详细地概述的，该信标设备可以被附接到或集成到控制元件中，该控制元件可以是人机接口的一部分并且该控制元件可以由该用握持或携带，并且该控制元件取向可以由该检测器设备识别。因此，通常，本发明还涉及包括至少一个根据本发明的检测器设备的检测器系统，并且其还可以包括至少一个对象，其中，该信标设备是被附接到对象、由对象握持持和集成到对象中的一个。作为示例，对象优选地可以形成控制元件，其取向可以由用户识别。因此，该检测器系统可以是如上文所概述的或如下文更详细地概述的人机接口的一部分。作为示例，该用户可以以特定方式处理该控制元件以便将一个或多个信息项传送到机器，诸如以便将一个或多个命令传送到该机器。
[0166]
可替代地，该检测器系统可以以其他方式使用。因此，作为示例，该检测器系统的对象可以与用户或用户的身体部分不同，并且，作为示例，可以是独立于该用户移动的对象。作为示例，该检测器系统可以用于控制装置和/或工业过程，诸如制造过程和/或机器人过程。因此，作为示例，该对象可以是机器和/或机器部件，诸如机器手臂，其取向可以通过使用该检测器系统来检测。
[0167]
人机接口可以以这样的方式配置：该检测器设备生成关于用户或用户的至少一个身体部分的位置的至少一项信息。特别地，在将至少一个信标设备附接到该用户的方式已知的情况下，通过评估该至少一个信标设备的位置，可以获得关于该用户或该用户的身体部分的位置和/或取向的至少一项信息。
[0168]
该信标设备优选地是可附接到该用户的身体或身体部分的信标设备和可以由该用户握持的信标设备中的一者。如上文所概述的，该信标设备可以完全或部分地被设计为主动信标设备。因此，该信标设备可以包括至少一个照明源，该至少一个照明源被配置为生成待透射到检测器的至少一个光束，优选地，具有已知束特性的至少一个光束。附加地或者可替代地，该信标设备可以包括至少一个反射器，该至少一个反射器被配置为反射由照明源生成的光，从而生成待透射到检测器的反射光束。
[0169]
可以形成检测器系统的一部分的对象可以通常具有任意形状。优选地，如上文所概述的，作为该检测器系统的一部分的对象可以是可以由用户诸如手动地处理的控制元件。作为示例，该控制元件可以是或可以包括选自包括以下各项的组的至少一个元件：手套；夹克；帽子；鞋；裤子和西装；可以用手持有的棒；球棒；棍棒；球拍；手杖；玩具，诸如玩具枪。因此，作为示例，该检测器系统可以是人机接口和/或娱乐设备的一部分。
[0170]
如本文所使用的，娱乐设备是可以服务一个或多个用户，在以下中也称为一个或多个游戏者，的休闲和娱乐的目的的设备。作为示例，该娱乐设备可以服务游戏的目的，优选地，计算机游戏。因此，该娱乐设备可以实现到计算机、计算机网络或计算机系统中，或者可以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机系统。
[0171]
该娱乐设备包括至少一个根据本发明的人机接口，诸如根据上文所公开的实施例中的一者或多者和/或根据下文所公开的实施例中的一者或多者。该娱乐设备被设计为使得至少一项信息能够借助于人机接口由游戏者输入。该至少一项信息可以传送到该娱乐设备的控制器和/或计算机和/或可以由该娱乐设备的控制器和/或计算机使用。该至少一项信息优选地可以包括被配置为影响游戏的过程的至少一个命令。因此，作为示例，该至少一项信息可以包括关于该游戏者和/或该游戏者的一个或多个身体部分的至少一个取向的至少一项信息，从而允许该游戏者模拟游戏要求的特定位置和/或取向和/或动作。作为示例，
以下运动中的一个或多个可以被模拟并且向该娱乐设备的控制器和/或计算机通信：跳舞；跑步；跳跃；球拍的摆动；球棒的摆动；棍棒的摆动；将对象指向另一对象，诸如将玩具枪指向目标。
[0172]
该娱乐设备作为部分或作为整体，优选地该娱乐设备的控制器和/或计算机，被设计为根据信息改变娱乐功能。因此，如上文所概述的，游戏的过程可能根据至少一项信息受影响。因此，该娱乐设备可能包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可能与该至少一个检测器的评估设备分离和/或该一个或多个控制器可能与该至少一个评估设备完全或部分相同或者该一个或多个控制器可能甚至包括该至少一个评估设备。优选地，该至少一个控制器可能包括一个或多个数据处理设备，诸如一个或多个计算机和/或微控制器。
[0173]
如本文进一步使用的，“跟踪系统”是被配置为收集关于至少一个对象和/或对象的至少一部分的一系列过往位置的信息的设备。此外，该跟踪系统可以被配置为提供关于该至少一个对象或该对象的至少一部分的至少一个预测未来位置和/或取向的信息。该跟踪系统可以具有至少一个跟踪控制器，该至少一个跟踪控制器可以完全或部分地实现为电子设备，优选地，至少一个数据处理设备，更优选地，至少一个计算机或微控制器。此外，该至少一个跟踪控制器可以完全或部分地包括该至少一个评估设备和/或可以是该至少一个评估设备的一部分和/或可以完全或部分地与该至少一个评估设备相同。
[0174]
跟踪系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如如上文列出的一个或多个实施例中所公开的和/或如下文一个或多个中实施例中所公开的至少一个检测器。该跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器。该跟踪控制器被配置为在特定时间点处跟踪对象的一系列位置，诸如通过记录数据组或数据对，每个数据组或数据对包括至少一个位置信息和至少一个时间信息。
[0175]
该跟踪系统还可以包括根据本发明的至少一个检测器系统。因此，除该至少一个检测器和该至少一个评估设备和可选的至少一个信标设备之外，该跟踪系统还可以包括该对象自身或该对象的一部分，诸如包括该信标设备或至少一个信标设备的至少一个控制元件，其中，该控制元件被直接或间接可附接到或可集成到待跟踪的对象中。
[0176]
该跟踪系统可以被配置为发起该跟踪系统自身和/或一个或多个分离设备的一个或多个动作。出于后者的目的，该跟踪系统，优选地，跟踪控制器，可以具有一个或多个无线和/或线装接口和/或用于发起至少一个动作的其他类型的控制连接。优选地，该至少一个跟踪控制器可以被配置为根据对象的至少一个实际位置，发起至少一个动作。作为示例，该动作可以选自包括以下各项的组：该对象的未来位置的预测；将至少一个设备指向该对象；将至少一个设备指向该检测器；照射该对象；照射该检测器。
[0177]
作为跟踪系统的应用的示例，该跟踪系统可以用于即使该第一对象和/或该第二对象可能移动，也连续地将至少一个第一对象指向至少一个第二对象。此外，潜在示例可以在工业应用中，诸如在机器人中，找到和/或用于即使制品移动也连续地对制品起作用，诸如在制造线或组装线中的制造期间。附加地或者可替代地，跟踪系统可能用于照明目的，诸如用于通过将照明源连续地指向对象来连续地照射该对象，即使该对象可能移动。可以在通信系统中找到进一步的应用，诸如以便通过将发射器指向移动对象来连续地将信息传送到该移动对象。
[0178]
总体上，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
[0179]
实施例1：一种用于用至少两个照明图案照射至少一个对象的投影仪，其中，该投影仪包括至少一个可调谐激光源和至少一个衍射式光学元件，其中，该投影仪被配置为通过控制该可调谐激光源的至少一个特性来生成各自包括多个照明特征的该至少两个照明图案，其中，该投影仪包括至少一个控制单元，其中，该控制单元被配置为控制该可调谐激光源的该至少一个特性。
[0180]
实施例2：根据前述实施例所述的投影仪，其中，该可调谐激光源的至少一个特性是选自包括以下各项的组的至少一个特性：电压、电流、温度、发射波长、强度等。
[0181]
实施例3：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该控制单元被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来控制该可调谐激光源的该至少一个特性。
[0182]
实施例4：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该投影仪被配置为将该两个照明图案投射到至少部分不同位置。
[0183]
实施例5：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该投影仪在至少两个发射模式中可操作，其中，该控制单元被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来调整该发射模式，其中，在第一发射模式中，该可调谐激光源具有第一发射波长λ1，在第二发射模式中，该可调谐激光源具有与该第一发射波长λ1不同的第二发射波长λ2。
[0184]
实施例6：根据前述实施例所述的投影仪，其中，该可调谐激光器的发射波长是通过以下中的一项或多项能够调整的：变更驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。
[0185]
实施例7：根据两个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该控制单元被配置为逐步或连续地调整该发射波长，从而调整该照明图案的位置。
[0186]
实施例8：根据前述实施例所述的投影仪，其中，该控制单元被配置为逐步调整该发射波长，其中，步长在0.001nm至5nm的范围内，优选地，在从0.01nm至0.5nm的范围内，最优选地，在从0.05nm至0.15nm的范围内。
[0187]
实施例9：根据四个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该第一发射波长λ1和该第二发射波长λ2是可分离的，其中，该第一发射波长λ1和该第二发射波长λ2相差40nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥1nm，优选地，30nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥2.5nm，更优选地，20nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥4nm。
[0188]
实施例10：根据五个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该第一发射波长λ1和该第二发射波长λ2是稳定的，其中，波长的变化δλ与波长相比是小的，其中，δλ≤1.5％，优选地，δλ≤0.5％，更优选地，δλ≤0.1％。
[0189]
实施例11：根据六个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该发射模式在强度方面不同。
[0190]
实施例12：根据七个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，在不同发射模式中生成的照明图案具有不同的开口角，其中，该开口角相差0.5
°
或更多，优选地，1.5
°
或更多，最优选地，2.5
°
或更多。
[0191]
实施例13：根据八个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该衍射式光学元件生成该照明图案的最小距离在改变该发射模式时改变。
[0192]
实施例14：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该可调谐激光源被配置为生成至少一个光脉冲，其中，该光脉冲可至少一个束轮廓，其中，该控制单元被配置为通过将电信号施加到该可调谐激光源来调整该光脉冲的波长，以使得该光脉冲的束轮廓内
的波长变更波长变化δλ，和/或调整光脉冲序列的光脉冲的波长，以使得该光脉冲序列中的至少两个光脉冲的波长变更该波长变化δλ。
[0193]
实施例15：根据前述实施例所述的投影仪，其中，该光脉冲的波长是通过以下中的一项或多项能够调整的：变更驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。
[0194]
实施例16：根据两个前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该波长变化δλ与该波长相比较是小的，其中，该波长变化在0.01％≤|δλ|≤10％的范围内，优选地，0.02％≤|δλ|≤2％的范围内，更优选地，0.075％≤|δλ|≤0.75％的范围内。
[0195]
实施例17：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该投影仪包括相等数量的可调谐激光源和衍射式光学元件。
[0196]
实施例18：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该投影仪包括一个衍射式光学元件和一个激光源。
[0197]
实施例19：根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其中，该照明图案中的每一者包括选自包括以下各项的组的至少一个图案：至少一个点图案，特别地伪随机点图案；至少一个包括至少一个预知特征的图案；随机点图案或者准随机图案；至少一个索博尔图案；至少一个准周期图案；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；至少一个包括凸均匀拼接件的图案；至少一个包括至少一个线的线图案；至少一个包括至少两个线的线图案，诸如包括平行或交叉线的图案。
[0198]
实施例20：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括：
[0199]
‑
至少一个根据前述实施例中的任一项所述的投影仪，其用于用至少两个照明图案来照射该对象；
[0200]
‑
至少一个传感器元件，其具有光学传感器的矩阵，该光学传感器各自具有光敏区，其中，每个光学传感器被设计为响应于由从该对象传播到该检测器的反射光束对它的相应光敏区的照射，生成至少一个传感器信号，其中，该传感器元件被配置为确定至少一个反射图像；
[0201]
‑
至少一个评估设备，其中，该评估设备被配置为选择该反射图像的至少一个反射特征，其中，该评估设备被配置为通过评估来自该传感器信号的组合信号q来确定该反射图像的所选择的反射特征的至少一个纵坐标z，
[0202]
实施例21：根据前述实施例所述的检测器，其中，该传感器元件被配置为在至少一个成像帧内确定该反射图像，其中，单个成像帧的持续时间与该投影仪的该可调谐激光源的脉冲持续时间或者该投影仪的该可调谐激光源的脉冲序列的持续时间相对应。
[0203]
实施例22：根据前述实施例所述的检测器，其中，该脉冲序列包括多个脉冲，其中，每脉冲序列的该脉冲数可以在从2至20000个脉冲的范围内，优选地，在从5至10000个脉冲的范围内，更优选地，在从10至1000个脉冲的范围内。
[0204]
实施例23：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该光学传感器是至少一个全局快门cmos的一部分或构成至少一个全局快门cmos。
[0205]
实施例24：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该评估设备被配置为通过以下中的一项或多项导出该组合信号q：除以该传感器信号、除以该传感器信号的倍数、除以该传感器信号的线性组合。
[0206]
实施例25：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该评估设备被配置为使用该组合信号q与该纵坐标z之间的至少一个预定关系来确定该纵坐标。
[0207]
实施例26：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该评估设备被配置为通过以下方程导出组合信号q：
[0208][0209]
其中，x和y是横坐标，a1和a2是该传感器元件的位置处的反射光束的至少一个束轮廓的不同区，并且e(x,y,z
o
)表示在对象距离z
o
处给出的束轮廓，其中，该传感器信号中的每一者包括该反射光束的束轮廓的至少一个区的至少一个信息。
[0210]
实施例27：根据前述实施例所述的检测器，其中，该光敏区被布置以使得第一传感器信号包括该束轮廓的第一区的信息，并且第二传感器信号包括该束轮廓的第二区的信息，其中，该束轮廓的第一区和该束轮廓的第二区是相邻或者重叠区域中的一者或两者。
[0211]
实施例28：根据前述实施例所述的检测器，其中，该评估设备被配置为确定该束轮廓的该第一区和该束轮廓的该第二区，其中，该束轮廓的该第一区基本上包括该束轮廓的边缘信息，并且该束轮廓的该第二区基本上包括该束轮廓的中心信息，其中，该边缘信息包括与该束轮廓的该第一区中的光子数有关的信息，并且该中心信息包括与该束轮廓的该第二区中的光子数有关的信息。
[0212]
实施例29：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该至少一个评估设备被配置为通过以下各项评估该传感器信号：
[0213]
a)确定具有该最高传感器信号的至少一个光学传感器并且形成至少一个中心信号；
[0214]
b)评估该矩阵的光学传感器的传感器信号并且形成该至少一个和信号；
[0215]
c)通过将该中心信号与该和信号组合以确定至少一个组合信号；以及
[0216]
d)通过评估该组合信号来确定该纵向区域。
[0217]
实施例30：根据前述实施例所述的检测器，其中，该组合信号是通过以下中的一项或多项导出的商信号q：形成该中心信号与该和信号的商，反之亦然；形成该中心信号的倍数与该和信号的倍数的商，反之亦然；形成该中心信号的线性组合与该和信号的线性组合的商，反之亦然。
[0218]
实施例31：根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器，其中，该评估设备被配置为通过评估该组合信号q来确定该所选择的反射特征的纵向区域，其中，该纵向区域由该纵坐标z和误差区间
±
ε给出，其中，该评估设备被配置为在与该纵向区域相对应的至少一个参考图像中确定至少一个位移区域，其中，该评估设备被配置为将所选择的反射特征与该位移区域内的至少一个参考特征进行匹配，其中，该评估设备被配置为确定所匹配的参考特征和该选择的反射特征的位移，其中，该评估设备被配置为使所匹配的参考特征的该纵向信息与该位移之间的预定关系，确定该纵向信息。
[0219]
实施例32：根据前述实施例该的检测器，其中，该参考图像和该反射图像是在具有
固定距离的不同空间位置处确定的对象的图像，其中，该评估设备被配置为确定该参考图像中的核线。
[0220]
实施例33：根据前两个实施例中的任一项所述的检测器，其中，该位移区域沿着该核线延伸，其中，该评估设备被配置为沿着该核线确定与该纵坐标z相对应的该参考特征并且沿着该核线确定与该误差区间
±
ε相对应该位移区域的范围。
[0221]
实施例34：根据前述实施例该的检测器，其中，该评估设备被配置为执行以下步骤：
[0222]
‑
针对每个反射特征的图像位置，确定该位移区域；
[0223]
‑
诸如通过分配最接近于该位移区域的核线和/或在位移区域内的核线和/或沿着正交于核线的方向最接近的该位移区域的核线，向每个反射特征的位移区域分配核线；
[0224]
‑
诸如通过分配最接近于所分配的位移区域的参考特征值和/或在所分配的位移区域内的参考特征值和/或最接近于沿着所分配的核线的所分配的位移区域和/或在沿着所分配的核线在所分配的位移区域内的参考特征向每个反射特征分配和/或确定至少一个参考特征。
[0225]
实施例35：根据四个前述实施例中的任一项该的检测器，其中，该评估设备被配置为通过使用考虑所确定的纵坐标z的至少一个评估算法将该反射图像的所选择的特征与该位移区域内的参考特征进行匹配，其中，该评估算法是线性缩放算法。
[0226]
实施例36：根据前五个实施例中的任一项所述的检测器，其中，该检测器包括至少两个传感器元件，其各自具有光学传感器的矩阵，其中，至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件被定位在不同空间位置处，其中，该第一传感器元件与该第二元件之间的相对距离是固定的，其中，该至少一个第一传感器元件被配置为确定至少一个第一反射图案，该至少一个第二传感器元件被配置为确定至少一个第二反射图案，其中，该评估设备被配置为选择由该第一传感器元件或该第二传感器元件确定的至少一个图像作为反射图像，并且选择由该第一传感器元件或该第二传感器元件中的另一个确定的至少一个图像作为参考图像。
[0227]
实施例37：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，该检测器系统包括至少一个根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的检测器，该检测器系统还包括至少一个信标设备，该至少一个信标设备被配置为朝向该检测器引导至少一个光束，其中，该信标设备是可被附接到该对象、可由该对象握持并且可集成到该对象中的至少一者。
[0228]
实施例38：一种用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口，其中，该人机接口包括至少一个根据前述实施例所述的检测器系统，其中，该至少一个信标设备被配置为直接或间接地附接到该用户和由该用户握持中的至少一者，其中，该人机接口被设计为借助于该检测器系统确定该用户的至少一个位置，其中，该人机接口被设计为向该位置分配至少一项信息。
[0229]
实施例39：一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐设备，其中，该娱乐设备包括根据前述实施例该的至少一个人机接口，其中，该娱乐设备被设计为使得至少一项信息能够借助于该人机接口由游戏者输入，其中，该娱乐设备被设计为根据该信息变更娱乐功能。
[0230]
实施例40：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，该跟踪系统包括至少一个根据涉及检测器系统的前述实施例中的任一个所述的检测器系统，该跟踪系统
还包括至少一个跟踪控制器，其中，该跟踪控制器被配置为跟踪特定时间点处的对象的一系列位置。
[0231]
实施例41：一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，该扫描系统包括至少一个根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的检测器，该扫描系统还包括至少一个照明源，其被配置为用至少一个光束扫描该场景。
[0232]
实施例42：一种用于对至少一个对象进行成像的相机，该相机包括根据涉及检测器的前述实施例中的任一个该的至少一个检测器。
[0233]
实施例43：一种用于通过使用至少一个根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器来确定至少一个对象的位置的方法，该方法包括以下步骤：
[0234]
‑
用由该检测器的至少一个投影仪生成的至少两个照明图案照射该对象；
[0235]
‑
响应于由从该对象传播到该检测器的至少一个反射光束对具有光学传感器的矩阵的至少一个传感器元件的照射来生成至少两个传感器信号，该光学传感器各自具有光敏区；
[0236]
‑
通过使用该传感器元件来确定至少一个反射图像；
[0237]
‑
选择该反射图像的至少一个反射特征并且通过使用至少一个评估设备来评估该传感器信号，从而，确定所选择的反射特征的至少一个纵坐标z，其中，该评估包括评估来自该传感器信号的组合信号q。
[0238]
实施例44：根据前述实施例所述的方法，其中，该投影仪包括至少一个可调谐激光源和至少一个衍射式光学元件，其中，该方法包括：通过使用至少一个控制单元来控制该可调谐激光源的至少一个特性。
[0239]
实施例45：根据前述实施例该的方法，其中，该投影仪在至少两个发射模式中可操作，其中，该方法包括：通过将电信号施加到该可调谐激光源通过使用该控制单元来调整该发射模式，其中，在第一发射模式中，该可调谐激光源具有第一发射波长λ1，在第二发射模式中，该可调谐激光源具有与该第一发射波长λ1不同的第二发射波长λ2。
[0240]
实施例46：根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的检测器的用途，出于使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；跟踪应用；室外应用；移动应用；通信应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
附图说明
[0241]
本发明的进一步的可选细节和特征根据以下结合从属权利要求的优选示例性实施例的描述是明显的。在该上下文中，特定特征可以以隔离方式或组合其他特征实现。本发明不限于示例性实施例。在附图中示意性地示出了示例性实施例。各个附图中的相同附图标记指代相同元件或具有相同功能的元件、或关于其功能对应于彼此的元件。
[0242]
特别地，在附图中：
[0243]
图1示出了根据本发明的检测器的实施例；
[0244]
图2a至图2c示出了使用单个波长投射的照明图案(图2a)，使用具有小变化的三个波长投射的三个照明图案(图2b)以及使用具有更大变化的三个波长投射的三个照明图案(图2c)；
[0245]
图3a至图3b示出了用单波长的单激光脉冲的cmos记录的光斑和用具有不同波长的50个激光脉冲序列的cmos记录的激光斑；以及
[0246]
图4示出了检测器系统、相机、娱乐设备、跟踪系统和扫描系统的实施例。
具体实施方式
[0247]
图1以高度示意性方式示出了用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的第一实施例。检测器110包括至少一个传感器元件114，其具有光学传感器118的矩阵116。光学传感器118各自具有光敏区120。
[0248]
传感器元件114可以形成为单一单个设备或多个设备的组合。矩阵116特别地可以是或可以包括具有一个或多个行和一个或多个列的矩形矩阵。行和列特别地可以以矩形方式布置。然而，其他布置是可行的，诸如非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中，元件布置在关于中心点的同心圆或椭圆中。例如，矩阵116可以是单行像素。其他布置是可行的。
[0249]
特别地，矩阵116的光学传感器118可以在尺寸、灵敏度和其他光、电和机械特性中的一个或多个中相等。特别地，矩阵116的所有光学传感器118的光敏区120可以位于共同平面中，该共同平面优选地面对对象112，以使得从对象传播到检测器110的光束可以共同平面上的生成光斑。光敏区120可以特别地位于相应光学传感器118的表面上。然而，其他实施例是可行的。
[0250]
光学传感器118可以包括例如至少一个ccd和/或cmos器件。作为示例，光学传感器118可以是像素化光学设备或构成像素化光学设备。作为示例，光学传感器可以是具有像素矩阵的至少一个ccd和/或cmos设备的一部分或者构成具有像素矩阵的至少一个ccd和/或cmos设备，每个像素形成光敏区120。优选地，检测器被配置以使得光学传感器118在某个时间段，表示为帧或成像帧，内同时暴露。例如，光学传感器118可以是至少一个全局快门cmos的一部分或构成至少一个全局快门cmos。
[0251]
光学传感器118特别地可以是或可以包括光电检测器，优选地，无机光电检测器，更优选地，无机半导体光电检测器，最优选地，硅光电检测器。特别地，光学传感器118可以在红外光谱范围内敏感。矩阵116的所有光学传感器118或者至少一组矩阵116的光学传感器118特别地可以是相同的。相同的矩阵116的光学传感器118组可以特别地被提供用于不同光谱范围，或者所有光学传感器可以在光谱灵敏度方面相同。进一步地，光学传感器118可以在尺寸方面和/或关于其电子或光电子特性相同。矩阵116可以包括独立光学传感器118。因此，矩阵116可以包括无机光电二极管。可替代地，然而，可以使用可商购的矩阵，诸如ccd检测器(诸如ccd检测器芯片)和/或cmos检测器(诸如cmos检测器芯片)中的一者或多者。
[0252]
光学传感器118可以形成传感器阵列或可以是传感器阵列的一部分，诸如上文所提到的矩阵。因此，作为示例，检测器110可以包括光学传感器118阵列，诸如具有m行和n列的矩形阵列，其中，m,n独立地是正整数。优选地，给定超过一个列和超过一个行，即，n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，m可以是2至16或更高。优选地，行数和列数的比接近于1。作为示例，可以选择n和m，以使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似。作为示例，阵列可以是具有相等行和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2,n＝2或m
＝3,n＝3等。
[0253]
矩阵116特别地可以是具有至少一个行，优选地，多个行，和多个列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以基本上垂直取向。为了提供大范围的视图，矩阵116特别地可以具有至少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116可以包括至少50个光学传感器118，优选地，至少100个光学传感器118，更优选地，至少500个光学传感器118。矩阵116可以包括多兆像素范围中的许多像素。然而，其他实施例是可行的。
[0254]
检测器110还包括用于用至少两个照明图案124照射对象112的投影仪122。投影仪122包括至少一个可调谐激光源126，特别地用于生成至少一个光束。投影仪122包括至少一个衍射式光学元件128，特别地用于根据可调谐激光源126的光束生成和/或形成照明图案124。投影仪122可以被配置，以使得照明图案124从投影仪122，特别地从投影仪122的壳体的至少一个开口130，朝向对象112传播。此外，附加照明图案可以由至少一个环境光源生成。投影仪122被配置为生成各自包括多个照明特征的至少两个照明图案124。投影仪122可以被配置为投射各自包括多个照明特征的两个、三个、四个、五个或更多个照明图案。照明图案124可以特别地在以下中的一项或多项中不同：照明特征的数量、照明特征的布置、照明特征的形状、照明特征的波长、照明特征的强度、开口角等。在图1的实施例中，投影仪122可以被配置为特别地用大的波长变化将两个照明图案124投射到对象112上。这可以允许用照明特征来覆盖不同的区域。
[0255]
照明图案124中的每一者可以包括选自包括以下各项的组的至少一个图案：至少一个点图案，特别地伪随机点图案；随机点图案或者准随机图案；至少一个索博尔图案；至少一个准周期图案；至少一个括至少一个预知特征的图案；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；至少一个包括凸均匀拼接件的图案；至少一个线图案，其包括至少一个线；至少一个线图案，其包括至少两个线，诸如平行或交叉线。例如，投影仪122可以被配置为生成和/或投射点云。例如，投影仪122可以被配置为生成点云，以使得照明图案124可以包括多个点特征。投影仪122可以包括衍射式光学元件，该衍射式光学元件被配置为根据由可调谐激光源126生成的至少一个光束来生成照明图案124。例如，照明图案124中的每一者可以包括至少一个线。例如，可调谐激光源126可以包括至少一个线激光器。线激光器可以被配置为向对象发送激光线，例如水平或垂直激光线。例如，投影仪122可以包括至少两个可调谐线激光器，或者一个可调谐线激光器和不可调谐线激光器，其可以被布置以使得照明图案124中的每一者包括至少两个平行或交叉线。
[0256]
照明图案可以包括规则和/或恒定和/或周期图案，诸如三角形图案、矩形图案、六边形图案或包括进一步的凸均匀拼接件的图案。照明图案可以包括尽可能多的每区域特征以使得六边形图案可以是优选的。相应照明图案的两个特征之间的距离和/或至少一个照明特征的面积可以取决于由如下文所描述的至少一个光学传感器确定的图像中的模糊圆。
[0257]
由doe 128生成和/或形成的照明图案124可以是波长相关的。特别地，由doe 128生成和/或形成的照明图案124可以是强波长相关的干涉图案124。
[0258]
例如，可调谐激光源126可以包括以下中的一项或多项：半导体可调谐激光器；采样光栅分布式布拉格反射器激光器(sg
‑
dbr)；外腔激光器，例如使用(微电子机械系统)mems结构；二极管激光器、垂直腔面发射激光器(vcsel)；垂直腔面发射激光器阵列；分布式
反馈激光器等。可调谐激光器可以是在从350nm至1500nm的波长范围上，优选地从400nm至1100nm的波长范围上，更优选地，从700nm至1000nm的波长范围上，最优选地从980
‑
770nm的波长范围上可调谐的。可以例如在https://en.wikipedia.org/wiki/tunable_laser中找到可调谐激光源126的示例。可调谐激光源126可以包括驱动器，特别地可调谐驱动器。可调谐激光源126可以包括聚焦光学器件134。投影仪122可以包括多个可调谐激光源126。
[0259]
投影仪122包括至少一个控制单元136。控制单元136被配置为控制可调谐激光源126的至少一个特性。可调谐激光源126的至少一个特性可以是选自包括以下各项的组的至少一个特性：电压、电流、温度、发射波长、强度等。例如，可调谐激光器126的发射波长可以是通过以下中的一项或多项可调整的：变更驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。特别地，由可调谐激光源126发射的相干光的发射波长可以取决于可调谐激光源被驱动的驱动器电流和/或温度。投影仪122被配置为通过控制可调谐激光源126的至少一个特性来生成至少两个照明图案124。由于由doe 128生成和/或形成的照明图案124是强波长相关的，因此在发射波长改变时，照明图案124也改变。
[0260]
控制单元136可以被配置为通过将电信号施加到可调谐激光源126来控制可调谐激光源126的至少一个特性。例如，控制单元136可以被配置为变更驱动器电流和/或改变mems状态和/或改变电光或声光调制器的调制等。
[0261]
控制单元136可以包括至少一个处理设备，特别地，至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路(asic)。控制单元136可以包括一个或多个可编程器件，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、或现场可编程门阵列(fpga)，其被配置为执行可调谐激光源126的控制。控制单元136可以包括具有在其上存储有许多计算机命令的软件代码的至少一个处理设备。控制单元136可以提供用于执行控制可调谐激光源126的一个或多个硬件元件和/或可以提供具有在其上运行用于执行可调谐激光源的控制的软件的一个或多个处理器。控制单元136可以被配置为发出和/或生成用于控制可调谐激光源的至少一个电子信号。控制单元136可以具有一个或多个无线和/或线装接口和/或用于控制可调谐激光源126的其他类型的控制连接。控制单元136和可调谐激光源可以通过一个或多个连接器和/或通过一个或多个接口相互连接。
[0262]
可调谐激光源126可以被配置为发射红外光谱范围内的光。然而，应当注意，附加地或者可替代地，其他光谱范围是可行的。而且，投影仪122特别地可以被配置为发射调制或非调制光。在使用多个可调谐激光源126的情况下，不同可调谐激光源126可以具有不同调制频率，其以后可以用于对光束进行区分，特别地，对相应照明图案进行区分。
[0263]
投影仪122可以在至少两个发射模式中可操作。发射模式可以通过设置和/或调整可调谐激光源126的发射光束的特性来调整。控制单元136可以被配置为通过将电信号施加到可调谐激光源126来调整发射模式。例如，在第一发射模式中，可调谐激光源126可以具有第一发射波长λ1，在第二发射模式中，可调谐激光源126可以具有与第一发射波长λ1不同的第二发射波长λ2。可调谐激光器126的发射波长可以是通过以下中的一项或多项可调整的：变更驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。控制单元136可以被配置为逐步或连续地调整发射波长。投影仪122可以被配置为将两个照明图案124投射到至少部分不同位置。控制单元136可以被配置为逐步或连续地调整发射波长，从而调整照明图案124的位置。通过调整发射波长，诸如光斑的照明图案的照明特征的位置可以在对象112上
改变。通常，在用于结构光测量的投影仪中，严格避免波长的改变以确保稳定的测量结果。然而，在来自光子比技术的深度的情况下，其中，测量结果仅依赖于单个点，用简单设置来将点图案投射到不同位置是期望的。对象112上的照明特征的运动与两个照明特征之间的距离相比较可以是小的。控制单元136可以被配置为逐步调整发射波长，其中，步长在0.001nm至5nm的范围内，优选地，在从0.01nm至0.5nm的范围内，最优选地，在从0.05nm至0.15nm的范围内。这样的小步长可以允许根据传感器元件的2d图移动照明图案以便照射对象112的某个区域。
[0264]
可调谐激光源126的至少两个发射波长可以是清楚分离并且稳定的。分离可以确保doe 128可以被设计用于两个良好指定的波长。第一发射波长λ1和第二发射波长λ2可以是可分离的。第一发射波长λ1和第二发射波长λ2可以相差40nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥1nm，优选地，30nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥2.5nm，更优选地，20nm≥
│
λ1‑
λ2│
≥4nm。第一发射波长λ1和第二发射波长λ2是稳定的。稳定性可以关于发射波长周围的变化是重要的，因为这可以以不期望的方式变更照明图案或图案的特征。波长的变化δλ与波长相比较可以是小的，其中，δλ≤1.5％，优选地，δλ≤0.5％，更优选地，δλ≤0.1％。而且，良好指定的发射波长和稳定性可以对于来自光子比测量的基于三角测量的深度是期望的，诸如在于2018年8月28日提交的国际专利申请pct/ep2018/073067中所描述的，其内容通过引用包括，其中，确定发射模式的电子信号与照明图案之间的对应对于清楚定义并且已知的参考图案124是必要的，以便允许反射图像，特别地，反射图案138与参考图案的可靠比较。
[0265]
发射模式在强度方面可以不同。这可以改进测量结果的动态范围。作为示例，暗对象可以在高强度发射模式中测量。亮对象可以在低强度发射模式中测量。
[0266]
在不同发射模式中生成的照明图案124可以具有不同的开口角。两个图案的开口角可以相差0.5
°
或更多，优选地，1.5
°
或更多，最优选地，2.5
°
或更多。因此，可测量视场可以通过改变发射模式来改变。
[0267]
衍射式光学元件128生成照明图案124的最小距离可以在改变发射模式时改变。因此，发射模式改变也可以允许改变检测器110的测量范围。
[0268]
可调谐激光源126可以被配置为生成至少一个光脉冲。光脉冲可以是具有某个脉冲长度的非连续光束。光脉冲可包括至少一个束轮廓。光束可以具有空间扩展。特别地，光束可以具有非高斯束轮廓。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓。梯形束轮廓可以具有平坦区域和至少一个边缘区域。光束可以是高斯光束或高斯光束的线性组合。束轮廓可以是光束的横向强度轮廓。束轮廓可以是光束的剖面。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓和高斯束轮廓的线性组合。然而，其他实施例是可行的。投影仪122可以包括至少一个传送设备，该传送设备可以被配置为调整、定义和确定束轮廓，特别地束轮廓的形状，中的一者或多者。控制单元136可以被配置为通过将电信号施加到可调谐激光源126来调整光脉冲的波长，以使得光脉冲的束轮廓内的波长变更波长变化δλ，和/或调整光脉冲序列的光脉冲的波长，以使得光脉冲序列中的至少两个光脉冲的波长变更波长变化δλ。光脉冲的波长可以是通过以下中的一项或多项可调整的：变更驱动器电流、改变mems状态、改变电光或声光调制器的调制等。波长可以在光脉冲内或脉冲序列内变更。从而，投射的照明特征(例如，光斑)的位置可以在如上文所描述的对象上稍微移动。照明特征中的一个的运动与相邻照明特征之间的距
离相比较可以是小的。波长变化δλ与波长相比较可以是小的。例如，波长变化可以在0.01％≤|δλ|≤10％的范围内，优选地，0.02％≤|δλ|≤2％的范围内，更优选地，0.075％≤|δλ|≤0.75％的范围内的范围内。光脉冲或光脉冲序列可以优选地在传感器元件114的单帧记录内。优选地，可以使用全局快门cmos。激光源的使用通常可能导致由传感器元件记录的束轮廓中的散斑。波长变化可能导致传感器元件记录散斑图案的平均值，而照明图案的运动可能几乎不被注意。因此，在不放弃其相干性并且不使用散斑降低光学元件的情况下，可调谐激光源126自身可以对散斑进行平均。这可以允许减少距离测量对表面粗糙度的依赖性并且通常增加测量准确度。
[0269]
每个光学传感器118被设计为响应于由从对象112传播到检测器110的反射光束对它的相应光敏区120的照射，生成至少一个传感器信号。此外，传感器元件114被配置为确定至少一个反射图像142。矩阵116可以包括反射图像142。反射图像142可以包括点作为反射特征。这些点由源自对象112的反射光束125导致。
[0270]
检测器110可以包括至少一个传送设备140，该传送设备140包括以下中的一项或多项：至少一个透镜，例如，至少一个透镜选自包括以下各项的组：至少一个焦点可调透镜、至少一个非球面透镜、至少一个球面透镜、至少一个菲涅尔透镜；至少一个衍射式光学元件；至少一个凹透镜；至少一个束偏转元件，优选地至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地分束立方体或分束反射镜中的至少一者；至少一个多透镜系统。特别地，传送设备110可以包括至少一个准直透镜，该准直透镜被配置为在图像平面中聚焦至少一个对象点。
[0271]
检测器110包括至少一个评估设备144。评估装置144被配置为选择反射图像142的至少一个反射特征。评估设备144可以被配置为执行至少一个图像分析和/或图像处理，以便标识反射特征。图像分析和/或图像处理可以使用至少一个特征检测算法。图像分析和/或图像处理可以包括以中的一项或多项：滤波；选择至少一个感兴趣区域；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对传感器信号进行反转；形成由不同时间处的传感器信号创建的图像之间的差分图像；背景校正；分解为颜色通道；分解为色度、饱和度、和亮度通道；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；应用索贝尔算子；应用拉普拉斯算子；应用scharr算子；应用prewitt算子；应用roberts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；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波变换；阈值化；创建二进制图像。感兴趣区域可以由用户手动确定或者可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器118生成的图像内的对象。
[0272]
评估设备144被配置为通过评估来自传感器信号的组合信号q来确定反射图像142的所选择的反射特征的至少一个纵坐标z。评估设备144可以被配置为通过以下中的一项或多项导出组合信号q：除以传感器信号、除以传感器信号的倍数、除以传感器信号的线性组合。评估设备144可以被配置为使用组合信号q与纵向区域之间的至少一个预定关系来确定纵向区域。例如，评估设备144可以被配置为通过以下方程导出组合信号q：
[0273][0274]
其中，x和y是横坐标，a1和a2是传感器位置处的反射光束至少一个束轮廓的不同区，并且e(x,y,z
o
)表示在对象距离z
o
处给出的束轮廓。区a1和区域a2可以不同。特别地，a1和a2不是全等的。因此，a1和a2可以在形状或内容中的一者或多个者不同。束轮廓可以是光束的横向强度轮廓。束轮廓可以是光束的剖面。束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓；以及高斯束轮廓的线性组合。通常，束轮廓取决于亮度l(z
o
)和束形状s(x,y；z
o
),e(x,y；z
o
)＝l
·
s。因此，通过导出组合信号，其可以允许独立于亮度确定纵坐标。另外，使用组合信号允许独立于对象尺寸确定距离z
o
。因此，组合信号允许独立于对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性并且独立于光源的更改确定距离z
o
，诸如通过制造精度、热、水、污垢、透镜上的损坏等。
[0275]
传感器信号中的每一者可以包括光束的束轮廓的至少一个区的至少一个信息。光敏区120可以被布置以使得第一传感器信号包括束轮廓的第一区的信息，并且第二传感器信号包括束轮廓的第二区的信息。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区可以是相邻或者重叠区域中的一者或两者。束轮廓的第一区和束轮廓的第二区面积可以不是全等的。
[0276]
评估设备144可以被配置为确定和/或选择束轮廓的第一区和束轮廓的第二区。例如，束轮廓的第一区可以包括束轮廓的基本上边缘信息，并且束轮廓的第二区可以包括束轮廓的基本上中心信息。束轮廓可以具有中心，即，束轮廓的最大值和/或束轮廓的平台的中心点和/或光斑的几何中心，以及从中心延伸的下降沿。第二区域可以包括剖面的内部区域，并且第一区域可以包括剖面的外部区域。优选地，中心信息具有小于10％，更优选地，小于5％的边缘信息的比例，最优选地，中心信息不包括边缘内容。边缘信息可以包括全部束轮廓的信息，特别地来自中心和边缘区域。边缘信息可以具有小于10％，优选地，小于5％的中心信息的比例，更优选地，边缘信息不包括中心内容。如果其在中心附近或周围并且包括基本上中心信息，则束轮廓的至少一个区可以被确定和/或选择为束轮廓的第二区。如果其包括剖面的至少部分下降沿，则束轮廓的至少一个区可以被确定和/或选择为束轮廓的第一区。例如，剖面的全部区可以被确定为第一区。束轮廓的第一区可以是区域a2，并且束轮廓的第二区可以是区域a1。类似地，中心信号和边缘信号还可以通过使用束轮廓的段来确定，诸如束轮廓的圆形段。例如，束轮廓可以通过不通过束轮廓的中心的割线或弦分成两个段。因此，一个段将基本上包含边缘信息，而另一个段将包含基本上中心信息。例如，为了进一步减少中心信号的边缘信息量，边缘信号还可以被从中心信号减去。
[0277]
边缘信息可以包括与束轮廓的第一区中的光子数有关的信息，并且中心信息可以包括与束轮廓的第二区中的光子数有关的信息。评估设备144可以被配置为确定束轮廓的面积积分。评估设备144可以被配置为通过将第一区积分和/或求和来确定边缘信息。评估设备144可以被配置为通过将第二区积分和/或求和来确定中心信息。例如，束轮廓可以是梯形束轮廓，并且评估设备可以被配置为确定梯形的积分。进一步地，当可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用梯形束轮廓的特性的等效评估来替换，诸如中心
平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑来导出边缘和中心信号。
[0278]
附加地或者可替代地，评估设备144可以被配置为根据光斑的至少一个切片或切口来确定中心信息或边缘信息中的一者或两者。这可以例如通过由沿着切片或切口的线积分替换组合信号q的面积积分来实现。针对经改进的准确度，可以使用并且平均通过光斑的若干切片或切口。在椭圆形斑轮廓的情况下，对若干切片或切口上求平均可能导致经改进的距离信息。
[0279]
例如，评估设备144可以被配置为通过以下各项来评估传感器信号：
[0280]
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器118并且形成至少一个中心信号；
[0281]
b)评估矩阵116的光学传感器118的传感器信号并且形成至少一个和信号；
[0282]
c)通过将中心信号与和信号组合来确定至少一个组合信号；以及
[0283]
d)通过评估组合信号来确定所选择的特征的至少一个纵坐标z。
[0284]
例如，中心信号可以是来自由整个矩阵116或矩阵116内的感兴趣区域的光学传感器118生成的多个传感器信号的具有最高传感器信号的至少一个光学传感器116的信号，其中，感兴趣区域可以在由矩阵116的光学传感器生成的图像内预定或可确定。中心信号可以由单个光学传感器118或者光学传感器118组产生，其中，在后者的情况下，作为示例，光学传感器118组的传感器信号可以累加、求积分或求平均以便确定中心信号。产生中心信号的光学传感器118组可以是相邻光学传感器组，诸如具有小于距具有最高传感器信号的实际光学传感器预定距离的光学传感器118，或者可以是生成在距最高传感器信号预定范围内的传感器信号的光学传感器组。产生中心信号起的光学传感器118组可以被尽可能大的选择以便允许最大动态范围。评估设备144可以被配置为通过多个传感器信号的积分来确定中心信号，例如，具有最高传感器信号的光学传感器的多个光学传感器。
[0285]
由于传感器信号的比较由常规电子装置相当简单地实现，所以中心信号的确定可以电子地执行，或者可以由软件完全或部分地执行。光斑的中心的检测，即，中心信号和/或产生中心信号的至少一个光学传感器的检测，可以电子地完全或部分地执行或通过使用一个或多个软件算法完全或部分地执行。特别地，评估设备144可以包括用于检测至少一个最高传感器信号和/或用于形成中心信号的至少一个中心检测器。中心检测器特别地可以全部或部分地实现在软件中和/或可以全部或部分地实现在硬件中。中心检测器可以全部或部分地被集成到至少一个传感器元件中和/或可以全部或部分地独立于传感器元件实现。
[0286]
特别地，中心信号可以选自包括以下各项的组：最高传感器信号；在距最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器118的光学传感器组和预定的相邻光学传感器118组的传感器信号的平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器118的光学传感器118组和预定的相邻光学传感器118组的传感器信号的和；在距最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的和；大于预定阈值的传感器信号组的平均值；大于预定阈值的传感器信号组的和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器118的光学传感器118组和预定的相邻光学传感器组的传感器信号的积分；在来自最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的积分；大于预定阈值的传感器信号组的积分。
[0287]
例如，和信号可以通过将传感器信号累加、在传感器信号上求积分或在整个矩阵
116或矩阵内的感兴趣区域的传感器信号上求平均来导出，其中，感兴趣区域可以在由矩阵116的光学传感器118生成的图像内预定或可确定的。当将传感器信号累加、在传感器信号上求积分或在传感器信号上求平均时，生成传感器信号的实际光学传感器可以从累加、求积分或求平均当中留下，或者可替代地，可以包括到累加、求积分或求平均中。评估设备144可以被配置为通过对整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的信号求积分来确定和信号。进一步地，在可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用梯形束轮廓的特性的等效评估来替换，诸如中心平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑，导出边缘和中心信号。
[0288]
和信号可以从矩阵116的所有传感器信号、从感兴趣区域内的传感器信号或从关于由有助于排除的中心信号的光学传感器118产生的传感器信号的这些可能性之一导出。在每种情况下，可以生成可以可靠地与中心信号相比较的可靠的和信号，以便确定纵坐标。通常，和信号可以选自包括以下各项的组：矩阵116的所有传感器信号上的平均值；矩阵116的所有传感器信号的和；矩阵116的所有传感器信号的积分；除了来自那些有助于中心信号的光学传感器118的传感器信号之外的矩阵116的所有传感器信号上的平均值；除了来自那些有助于中心信号的光学传感器118的传感器信号之外的矩阵116的所有传感器信号的和；除了来自那些有助于中心信号的那些光学传感器118的传感器信号之外的矩阵116的所有传感器信号的积分；距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器118的传感器信号的和；距具有最高传感器信号的光学传感器118预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；大于位于距具有最高传感器信号的光学传感器118的预定范围内的光学传感器的某个阈值的传感器信号的和；大于位于距具有最高传感器信号的光学传感器118的预定范围内的光学传感器的某个阈值的传感器信号的积分。然而，存在其他选项。求和可以全部或部分地以软件执行和/或可以全部或部分地以硬件执行。通常，求和可能通过纯电子装置，该纯电子装置通常可以容易地实现到检测器中。因此，在电子学的领域中，求和设备通常已知用于对两个或两个以上电信号求和，模拟信号和数字信号二者。因此，评估设备144可以包括用于形成该和信号的至少一个求和设备。该求和设备可以全部或部分地集成到传感器元件中或者可以全部或部分地独立于传感器元件实现。该求和设备可以硬件或软件中的一者或两者全部或部分地实现。
[0289]
组合信号可以是通过将中心信号与和信号组合而生成的信号。特别地，组合可以包括以下中的一项或多项：形成中心信号与和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，反之亦然。附加地或者可替代地，组合信号可以包括包含关于中心信号与和信号之间的比较的至少一项信息的任意信号或信号组合。评估设备144可以被配置为通过使用传感器信号之间的至少一个已知、可确定或预定关系来确定对象的至少一个纵坐标z。特别地，评估设备144可以被配置为通过使用从传感器信号导出的商信号与纵坐标之间的至少一个已知、可确定或预定关系来确定对象的至少一个坐标z。
[0290]
中心信号与和信号之间的比较特别地可以通过形成一个或多个商信号来执行。因此，通常，组合信号可以是通过以下中的一项或多项导出的商信号q：形成中心信号与和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数与和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合与和信号的线性组合的商，反之亦然；形成中心信号与和信号与中心信号的线性
组合的商，反之亦然；形成和信号与和信号与中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成中心信号的取与和和信号的取幂的商，反之亦然。然而，存在其他选项。评估设备144可以被配置为形成一个或多个商信号。评估设备144还可以被配置为通过评估至少一个商信号来确定至少一个纵坐标。
[0291]
评估设备144特别地可以被配置为使用组合信号q与纵坐标之间的至少一个预定关系以便确定至少一个纵坐标。因此，由于上文所公开的原因并且由于纵坐标上的光斑的特性的相关性，组合信号q通常是对象的纵坐标和/或光斑的尺寸，诸如光斑的直径或等效直径，的单调函数。因此，作为示例，特别地在使用线性光学传感器的情况下，传感器信号s
center
与和信号s
sum
的简单的商q＝s
center
/s
sum
可以是距离的单调递减函数。在不希望由该理论限制的情况下，人们相信这归因于以下事实：在上文所描述的优选设置中，由于到达检测器的光量减小，因此中心信号s
center
与和信号s
sum
两者随着到光源的距离增加作为平方函数减小。其中，然而，由于在如在实验中所使用的光学设置中，图像平面内的光斑增长并且因此遍布更大的区域，所以中心信号s
center
比和信号s
sum
减小得更快。因此，中心信号与和信号的商随着光束的直径或矩阵的光学传感器的光敏区上的光斑的直径的增加而连续地减小。进一步地，由于光束的总焦度形成中心信号中和和传感器信号两者中的因子，所以商通常独立于光束的总焦度。因此，组合信号q可以形成提供中心信号与和信号与光束的尺寸或直径之间的唯一并且清楚的关系的二次信号。由于另一方面，光束的尺寸或直径取决于光束从其朝向检测器传播的对象与检测器自身之间的距离，即，取决于对象的纵坐标，一方面中心信号与和信号之间的唯一并且清楚的关系以及另一方面纵坐标可以存在。对于后者，可以例如对上文所提到的现有技术文档中的一个或多个进行参考，诸如wo 2014/097181 a1。预定关系可以通过分析考虑来确定，诸如通过假定高斯光束的线性组合，通过经验测量结果，诸如测量组合信号和/或中心信号和和信号或作为对象的纵坐标的函数导出的二次信号、或二者的测量结果。
[0292]
评估设备144可以被配置为使用组合信号与纵坐标之间的至少一个预定关系。预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析导出关系中的一者或多者。评估设备144可以包括用于存储预定关系，诸如查找列表或查找表，的至少一个数据存储设备。
[0293]
传感器元件114可以被配置为确定反射图案138。反射图案可以包括与照明图案124的至少一个特征相对应的至少一个特征。与照明图案相比较，反射图案138可以包括至少一个失真图案，其中，失真取决于对象的距离，诸如对象的表面特性。评估设备144可以被配置为选择反射图案的至少一个特征并且通过评估来自传感器信号的组合信号q来确定反射图案的所选择的特征的纵坐标，如上文所描述的。因此，检测器110可以被配置为对反射图像142的至少一个反射特征进行预分类。这允许使用照明图案124，包括规则和/或恒定和/或周期图案，诸如三角形图案、矩形图案六边形图案或包括进一步的凸拼接件的图案。
[0294]
评估设备144可以被配置为通过评估组合信号q来确定所选择的反射特征的纵向区域，其中，纵向区域由纵坐标z和误差区间
±
ε给出。误差ε可以取决于光学传感器118的测量不确定性。光学传感器118的测量不确定性可以被预定和/或估计和/或可以存放在评估设备144的至少一个数据存储单元中。例如，误差区间可以是
±
10％，优选地，
±
5％，更优选，地
±
1％。
[0295]
评估设备144可以被配置为确定与纵向区域相对应的至少一个参考图像中的至少
一个位移区域。参考图像可以是与反射图像不同的图像，其与反射图像142相比较在不同的空间位置处确定。参考图像可以通过记录至少一个参考特征、对至少一个参考特征进行成像、计算参考图像中的一者或多者来确定。参考图像和反射图像可以是在具有固定距离的不同空间位置处确定的对象的图像。距离可以是相对距离，也被称为基线。评估设备144可以被配置为确定与至少一个反射特征相对应的至少一个参考图像中的至少一个参考特征。评估设备144可以被配置为执行图像分析和标识反射图像142的特征。评估设备144可以被配置为将具有基本上相同纵坐标的参考图像中的至少一个参考特征标识为所选择的反射特征。与反射特征相对应的参考特征可以使用核线几何形状来确定。针对核线几何形状的描述，例如，对x.jiang,h.bunke:,,dreidimensionales computersehen“springer,berlin heidelberg,1997年中的第2章进行参考。核线几何形状可以假定参考图像和反射图像142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对象的图像。参考图像和反射图像142可以是在具有固定距离的不同空间位置处确定的对象112的图像。评估设备144可以被配置为确定参考图像中的核线。参考图像和反射图像142的相对位置可以是已知的。例如，参考图像和反射图像142的相对位置可以存储在评估设备144的至少一个存储单元内。评估设备144可以被配置为确定从反射图像142的所选择的反射特征延伸的直线。直线可以包括与所选择的特征相对应的可能对象特征。直线和基线跨越核平面。由于参考图像在与反射图像不同的相对位置处被确定，因此对应可能对象特征可以在参考图像中的直线(被称为核线)上被成像。因此，与反射图像的所选择的特征相对应的参考图像的特征位于核线上。由于图像的失真或系统参数的改变，诸如由于老化、温度改变、机械应力等的改变，因此核线可能相交或非常接近于彼此和/或参考特征与反射特征之间的对应可能不清楚。进一步地，真实世界中的每个已知位置或对象可以投射到参考图像上，并且反之亦然。投影可以由于检测器110的校准而是已知的，而校准是与特定相机的核线几何形状的线校正可比较的。
[0296]
特别地，位移区域可以是与所选择的反射特征相对应的参考特征被期望位于参考图像中的参考图像中的区域。取决于到对象112的距离，与反射图像中的反射特征的图像位置相比较，与反射特征相对应的参考特征的图像位置可以在参考图像内置换。位移区域可以仅包括一个参考特征。位移区域也可以包括超过一个参考特征。位移区域可以包括核线或核线的一部分。位移区域可以包括超过一个核线或超过一个核线的多个部分。位移区域可以沿着核线、正交于核线或两者延伸。评估设备144可以被配置为沿着与纵坐标z相对应的核线确定参考特征并且沿着对应于误差区间
±
ε的核线或者正交于核线确定位移区域的范围。使用组合信号q的距离测量的测量不确定性可能导致非圆形的位移区域，因为测量不确定性可能针对不同方向是不同的。特别地，沿着一个或多个核线的测量不确定性可以大于关于一个或多个核线的正交方向上的测量不确定性。位移区域可以包括在关于一个或多个核线的正交方向上的范围。评估设备可以确定反射特征的图像位置周围的位移区域。评估设备144可以被配置为确定用于反射特征的纵坐标z和来自组合信号q的误差区间
±
ε，以确定沿着对应于z
±
ε的核线的位移区域。评估设备144可以被配置为将所选择的反射特征与位移区域内的至少一个参考特征进行匹配。如本文所使用的，术语“匹配”指代确定和/或评估对应参考和反射特征。评估设备144可以被配置为通过使用考虑所确定的纵坐标z的至少一个评估算法来将反射图像的所选择的特征与位移区域内的参考特征进行匹配。评估算
法可以是线性缩放算法。评设备置144可以被配置为确定最接近于位移区域和/或位移区域内的核线。评估设备144可以被配置为确定最接近于反射特征的图像位置的核线。沿着核线的位移区域的范围可以大于正交于核线的位移区域的范围。该评估设备144可以被配置为在确定对应参考特征之前确定核线。评估设备144可以确定每个反射特征的图像位置周围的位移区域。评估设备144可以被配置为：诸如通过分配最接近于位移区域的核线和/或在位移区域内的核线和/或最接近于沿着正交于核线的方向的位移区域的核线，向反射特征的每个图像位置的每个位移区域分配核线。评估设备144可以被配置为通过确定最接近于所分配的位移区域和/或在所分配的位移区域内和/或最接近于沿着所分配的核线的所分配的位移区域和/或在沿着所分配的核线的所分配的位移区域内的参考特征，确定与反射图像的图像位置相对应的参考特征。
[0297]
附加地或者可替代地，评估设备144可以被配置为执行以下步骤：
[0298]
‑
针对每个反射特征的图像位置，确定位移区域；
[0299]
‑
诸如通过分配最接近位移区域的核线和/或在位移区域内的核线和/或沿着正交于核线的方向最接近位移区域的核线，向每个反射特征的位移区域分配核线；
[0300]
‑
诸如通过分配最接近于所分配的位移区域的参考特征和/或在所分配的位移区域内的参考特征和/或沿着所分配的核线最接近所分配的位移区域的参考特征和/或在沿着所分配的核线的所分配的位移区域内的参考特征，向每个反射特征分配和/或确定至少一个参考特征。
[0301]
附加地或可替代地，评估设备144可以被配置为在超过一个的核线和/或参考特征之间进行决定以分配给反射特征，例如通过比较参考图像内的反射特征和/或核线的距离和/或通过比较误差加权距离，诸如参考图像内的反射特征和/或核线的ε加权距离，并且将较短距离和/或ε加权距离内的核线和/或参考特征分配给参考特征和/或反射特征。
[0302]
优选地，检测器110可以被配置为使用组合信号q对所选择的反射特征进行预分类，以使得对一个参考特征的明确分配是可能的。特别地，照明图案124的照明特征可以被布置，以使得参考图像的对应参考特征可以在核线上具有尽可能大的彼此相对距离。照明图案124的照明特征可以被布置，以使得仅几个参考特征被定位在核线上。例如，照明图案124可以包括至少一个六边形图案。优选地，照明图案124可以包括至少一个六边形图案，其中，图案相对于基线旋转。优选地，照明图案124可以包括至少一个位移的六边形图案，其中，六边形图案的单独点从规则位置位移随机距离，例如，正交于点的核线。单独点的位移可以小于两个平行核线之间的距离的一半，优选地，小于两个平行核线之间的距离的四分之一。单独点的位移可以是这样的，即两个点不在彼此上方位移。
[0303]
评估设备144可以被配置为确定匹配的参考特征和所选择的反射特征的位移。评估设备144可以被配置为使用纵坐标与位移之间的预定关系来确定匹配的特征的纵向信息。例如，纵向信息可以是距离值。评估设备144可以被配置为通过使用三角测量方法来确定预定关系。在反射图像中的所选择的反射特征的位置和所匹配的参考特征的位置和/或所选择的反射特征和所匹配的参考特征的相对位移已知的情况下，对应对象特征的纵坐标可以通过三角测量来确定。因此，评估设备144可以被配置为例如随后和/或逐列选择反射特征并且使用三角测量来针对参考特征的每个潜在位置确定对应距离值。位移和对应距离值可以存储在评估设备144的至少一个存储设备中。作为示例，评估设备144可以包括至少
一个数据处理设备，诸如至少一个处理器、至少一个dsp、至少一个fpga和/或至少一个asic。进一步地，为了存储纵坐标z与位移之间的至少一个预定或可确定的关系，可以提供至少一个数据存储设备，诸如用于提供用于存储预定关系的一个或多个查找表。评估设备144可以被配置为存储用于相机和/或检测器110的内部和/或外部校准的参数。评估设备144可以被配置为生成用于相机和/或检测器的内部和/或外部校准的参数，诸如通过执行tsai相机校准。评估设备144可以被配置为计算和/或估计参数，诸如传送设备的焦距、径向透镜失真系数、径向透镜失真的中心的坐标、解释归因于用于扫描和数字化的硬件定时中的缺陷的任何不确定性的比例因子、用于世界坐标与相机坐标之间的变换的旋转角、针对世界坐标与相机坐标之间的变换的平移分量、孔径角、图像传感器格式、主点、偏斜系数、相机中心、相机航向、基线、相机和/或照明源之间的旋转或平移参数、孔径、焦点距离等。
[0304]
使用组合传感器信号允许估计距离，诸如误差区间内的纵坐标z。通过确定与所估计的纵坐标相对应的位移区域和对应误差区间允许显著地减少沿着核线的解的可能数量。可能解的数量甚至可以减少到一。纵坐标z和误差区间的确定可以在将所选择的反射特征与参考特征匹配之前的预评估期间执行。这可以允许减少计算需求，以使得显著地减少成本并且允在许移动设备或室外设备中使用是可能的。此外，通常在三角测量系统中，基线必须很大以便检测大的距离。使用组合的传感器信号对纵坐标z和误差区间进行预评估以及随后对所选择的反射特征和参考特征进行匹配可以允许使用短基线，以使得提供紧凑设备可以是可能的。此外，与常规三角测量系统相比较，使用组合的传感器信号对纵坐标z和误差区间进行预评估以及随后对所选择的反射特征和参考特征进行匹配可以增强准确度和/或速度和/或可以降低计算需求。进一步地，可以减少照明特征的数量，诸如照明图案中的照明点的数量，以增加每个照明点的光强度，诸如在符合眼睛安全规程的同时与环境光竞争。常规三角测量系统中的照明特征的减少的数量可能增加将反射特征与参考特征进行匹配的难度。进一步地，可以增加照明特征的数量，诸如照明图案中的照明点的数量，诸如以增加距离测量的分辨率，诸如以增加所获得的深度图的分辨率而不增加诸如移动应用中的评估设备的处理能力。
[0305]
图2a示出了由衍射式光学元件128生成的使用单个波长投射的照明图案124。所有光斑可以被投射在相同距离处。照明图案124可以包括至少一个特征，诸如点或符号。照明图案124包括多个特征。照明图案124可以包括周期性或非周期性特征的布置。在该实施例中，照明图案124可以包括至少一个随机化六边形图案。照明图案124可以包括尽可能多的每区域特征以使得六边形图案可以是优选的。照明图案124的两个特征之间的距离和/或至少一个照明特征的面积可以取决于图像中的模糊圆。照明图案124的照明特征可以被布置，以使得仅几个参考特征被定位在核线上。
[0306]
图2b示出了使用包括具有小变化的三个波长的一个doe来投射的三个照明图案124。照明图案124的该选择可以对允许散斑求平均。照明图案124的所有光斑可以被投射在相同距离处。照明图案可以包括至少一个随机化六边形图案。光斑位置可以随着距衍射式光学元件128的中心的距离增加而位移。
[0307]
图2c示出了使用包括具有更大变化的三个波长的一个doe投射的三个照明图案124。照明图案124的该选择可以允许用照明图案的光斑来覆盖不同区。照明图案124的所有光斑可以被透射在相同距离处。照明图案可以包括至少一个随机化六边形图案。光斑位置
移动可以随着距衍射式光学元件128的中心的距离增加而位移。
[0308]
图3a示出了用具有单波长的单激光脉冲的cmos记录的白纸上的光斑。散斑在束轮廓和周围环境中是可见的。光斑的强度被归一化到最高值。图3b示出了用具有不同波长的50个激光脉冲序列记录的相同光斑。光斑的强度被归一化到最高值。散斑通过对50个图像上求平均来移除。
[0309]
图4在高度示意图中示出了检测器110的示例性实施例，例如，根据图1所示的实施例。检测器110特别地可以实现为相机146和/或可以是相机146的一部分。相机146可以适用于成像，特别地适用于3d成像，并且可以适用于获得静止图像和/或图像序列，诸如数字视频片段。其他实施例是可行的。图4进一步示出了检测器系统148的实施例，该检测器系统138除至少一个检测器110之外，包括一个或多个信标设备150，该一个或多个信标设备118在该示例中可以被附接和/或集成到对象112，该对象112的位置应当通过使用检测器110来检测。图4进一步示出了人机接口152和进一步的娱乐设备154的示例性实施例，该人机接口152包括至少一个检测器系统148，并且该娱乐设备140包括人机接口140。附图进一步示出了用于跟踪对象112的位置的跟踪系统156的实施例，该跟踪系统144包括检测器系统148。下文应当更详细地解释设备和系统的部件。
[0310]
图4进一步示出了用于扫描包括对象112的场景的扫描系统158的示例性实施例，诸如用于扫描对象112和/或用于确定至少一个对象112的至少一个位置。扫描系统158包括至少一个检测器110，并且进一步地，可选地，至少一个照明源以及可选地，至少一个进一步的照明源，此处未示出。进一步的照明源通常被配置为发射至少一个照明光束，诸如用于照明至少一个圆点，例如，位于信标设备150的位置中的一者或多者上和/或对象112的表面上的圆点。扫描系统158可以被设计为生成包括对象112的场景的轮廓和/或对象112的轮廓，和/或可以被设计为通过使用至少一个检测器110，生成关于至少一个圆点与扫描系统158特别地，检测器110，之间的距离的至少一项信息。
[0311]
如上文所概述的，检测器110包括至少一个评估设备144，其具有例如至少一个除法器160和/或至少一个位置评估设备162，如图4象征性描绘的。评估设备144的部件可以完全或部分地被集成到不同设备中和/或可以完全或部分地集成到检测器110的其他部件中。除完全或部分地组合两个或更多个部件的可能性之外，光学传感器118中的一个或多个和评估设备144的部件中的一个或多个可以通过一个或多个连接器164和/或通过一个或多个接口相互连接，如图4象征性描绘的。进一步地，一个或多个连接器164可以包括一个或多个驱动器和/或用于修改或预处理传感器信号的一个或多个设备。进一步地，取代使用至少一个可选的连接器164，评估设备144可以全部或部分地被集成到光学传感器118中的一者或两者中和/或到检测器110的壳体166中。附加地或者可替代地，评估设备144可以全部或部分地被设计为分离的设备。
[0312]
在该示例性实施例中，可以检测其位置的对象112可以被设计为体育器材制品和/或可以形成控制元件或进一步的控制设备168，其位置可以由用户170操纵。作为示例，对象112可以是或可以包括球棒、球拍、棍棒或任何其他体育器材和/或虚拟(fake)体育器器材制品。其他类型的对象112是可能的。进一步地，用户170他自己或她自己可以被认为是对象1112，其位置应当被检测。
[0313]
如上文所概述的，检测器110包括光学传感器118。光学传感器118可以位于壳体
166内。进一步地，检测器110可包括至少一个传送设备140，诸如一个或多个光学系统，优选地，包括一个或多个透镜。优选地关于检测器110的光轴174同心定位的壳体166内的开口172优选地定义检测器110的观看方向176。可以定义坐标系178，其中，平行或反平行于光轴174的方向可以被定义为纵向方向，而垂直于光轴174的方向可以被定义为横向方向。在图4中象征性描绘的坐标系178中，纵向方向由z表示，并且横向方向分别由x和y表示。其他类型的坐标系是可行的，诸如非笛卡尔坐标系。
[0314]
一个或多个光束180，诸如照明图案的光束，从对象112和/或从信标设备150中的一者或多者朝向检测器110传播。检测器110被配置为确定至少一个对象112的位置。信标设备150和/或这些信标设备150中的至少一者可以是或可以包括具有集成照明源，诸如发光二极管，的有源信标设备。可替代地，可以使用环境光源。
[0315]
例如由投影仪122生成的光束180，诸如至少一个照明图案124，可以通过使用一个或多个光学元件朝向对象引导。对象112可以响应于照射而生成至少一个反射光束182。针对评估的细节，可以对上面的图1进行参考。
[0316]
如上文所概述的，通过使用检测器110，对象112和/或其一部分的位置的确定可以用于提供人机接口152，以便向机器184提供至少一项信息。在图4示意性地描绘的实施例中，机器184可以是计算机和/或可以包括计算机。其他实施例是可行的。评估设备144可以甚至全部或部分集成到机器184中，诸如到计算机中。
[0317]
如上文所概述的，图4还描绘了被配置为跟踪至少一个对象112和/或其部分的位置的跟踪系统156的示例。跟踪系统156包括检测器110和至少一个跟踪控制器186。跟踪控制器186可以被配置为跟踪特定时间点处的对象112的一系列位置。跟踪控制器186可以是独立设备和/或可以完全或部分集成到机器184中，特别地，如图4指示的计算机中，和/或到评估设备144中。
[0318]
类似地，如上文所概述的，人机接口152可以形成娱乐设备154的一部分。机器184，特别地，计算机，也可以形成娱乐设备154的一部分。因此，借助于用作对象112的用户170和/或借助于处理用作对象112的控制设备的用户170，用户170可以将至少一项信息，诸如至少一个控制命令，输入到计算机中，从而改变娱乐功能，诸如控制计算机的过程。
[0319]
附图标记列表
[0320]
110 检测器
[0321]
112 对象
[0322]
114 传感器元件
[0323]
116 矩阵
[0324]
118 光学传感器
[0325]
120 光敏区
[0326]
122 投影仪
[0327]
124 照射图案
[0328]
126 可调谐激光源
[0329]
128 doe
[0330]
130 开口
[0331]
132 壳体
[0332]
134 光学器件
[0333]
136 控制单元
[0334]
138 反射图案
[0335]
140 传送设备
[0336]
142 反射图像
[0337]
144 评估设备
[0338]
146 相机
[0339]
148 检测器系统
[0340]
150 信标设备
[0341]
152 人机接口
[0342]
154 娱乐设备
[0343]
156 跟踪系统
[0344]
158 扫描系统
[0345]
160 除法器
[0346]
162 位置评估设备
[0347]
164 连接器
[0348]
166 壳体
[0349]
168 控制设备
[0350]
170 用户
[0351]
172 开口
[0352]
174 光轴
[0353]
176 视向
[0354]
178 坐标系
[0355]
180 光束
[0356]
182 反射光束
[0357]
184 机器
[0358]
186 跟踪控制器