【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器和一种用于校准所述检测器的方法。本专利技术进一步涉及该检测器的各种用途。根据本专利技术的设备、方法和用途具体地可以用于各个领域，例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安保技术、摄影(比如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影)、医疗技术或科学。进一步地，本专利技术具体地可以例如在建筑学、计量学、考古学、艺术、医学、工程学或制造领域，用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描景物，比如用于生成对象或景物的深度剖面。然而，其他应用也是可能的。
技术介绍
1、主动三角测量系统通常包括至少一个相机和至少一个光投影仪，例如结构光系统。其他三角测量系统(如立体相机)可以包括至少两个相机。要通过三角测量法进行正确的三维重建，必须了解与如相机和投影仪等部件的位置和旋转有关的情况。另外，通过三角测量法进行三维重建还需要解决场景上的重要点(例如激光光斑、投影仪的光斑或由相机捕获到的检测边缘)的对应关系。可以通过相机与投影仪的已知平移和相对旋转来计算三维位置。该参数定义了三角测量系统的外部校准。因此，三维测量结果的质量取决于外部校准。取决于硬件，已经校准的系统可能会因物理应力或温度变化而退化，即，相对位置和旋转会随时间变化。这可能导致错误的测量结果。显然，可以通过额外的新校准过程来修复系统。这可能会耗费大量时间并且不切实际，具体取决于应用。校准过程可以基于捕获在已知距离上具有定义目标的静态场景。
2、已经存在用于重新校准算法的概念，例如：e.rehder等人，“online stere
3、这些重新校准方法基于找到特征的对应关系，其必须满足与外在参数有关的方程组(例如对极条件)。著名的示例是八点算法。例如，在三维测量系统具有一个相机和激光点投影仪的情况下，可以假设捕获到的相机图像上的激光光斑被正确地指派到激光网格上。这意味着正确发现了对应关系。可以使用参考激光网格的关系和相机图像上的激光光斑的位置来得到线性方程组。这个线性方程要求至少有八个激光光斑对应于参考网格。这个方程可以用最小平方拟合法求解。熟练使用奇异值分解法可以确定相机和激光投影仪的旋转和平移。但是，如果对应关系是错误的，则结果可能会非常糟糕。对于这种方法来说，正确检测错误对应关系的异常值可能非常重要。
4、这种过程也可以适用于立体测量。不过，可能需要在两个相机图像中找到对应的特征，例如图像中的边缘或角落。这些特征的位置可以例如用于确定八点法等。
5、一般来说，用于结构光或立体的3d重建方法可能需要外部的已校准系统。这就意味着要基于对极线来搜索对应关系。然而，这种搜索只是一维的。在未校准系统的情况下，在一维对极线下搜索对应关系可能不再有效。最先进的重新校准方法必须在二维图像域中搜索对应关系。这可能会导致在三维重建的基础上，需要额外的对应关系搜索算法。
6、本专利技术解决的问题
7、因此，本专利技术的目的是提供针对上述已知设备和方法的技术挑战的设备和方法。具体而言，本专利技术的目的是提供允许针对三维相机执行自动重新校准算法的设备和方法，这些设备和方法优选地允许即时校正错误的测量值，而不需要开始新的静态校准过程。
技术实现思路
1、本专利技术以独立专利权利要求的特征解决了这个问题。可以单独或组合地实现的本专利技术的有利发展在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中呈现。
2、在本专利技术的第一方面，披露了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。
3、如本文所使用的，术语“对象”是指被配置为至少部分地反射入射到该对象上的至少一个光束的任意对象，特别是表面或区域。光束可以源自检测器的投影仪，该投影仪用于照射对象，其中，光束被对象反射或散射。
4、如本文所使用的，术语“位置”是指关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置和/或定向的至少一项信息。因此，该至少一项信息可以暗示对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。该距离可以是对象的点的纵坐标，或者可以有助于确定其纵坐标。附加地或可替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一部分的位置和/或定向的一项或多项其他信息。作为示例，附加地，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。因此，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵坐标。附加地或可替代地，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。附加地或可替代地，对象的位置可以暗示对象的至少一个定向信息，其指示对象在空间中的定向。
5、该检测器包括：
6、-至少一个投影仪，该至少一个投影仪用于以至少一个照射图案来照射该对象，其中，该照射图案包括多个照射特征；
7、-至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器的矩阵，这些光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被设计成响应于从该对象传播到该检测器的反射光束对该光学传感器的相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，其中，该传感器元件被配置为确定包括多个反射特征的至少一个反射图像，其中，这些反射特征中的每一个包括射束剖面；
8、--至少一个评估设备，该至少一个评估设备被配置为通过分析这些反射特征各自的射束剖面来确定这些反射特征的初始距离信息，其中，分析射束剖面包括评估来自相应传感器信号的组合信号q，其中，该评估设备被配置为执行校准方法，该校准方法包括：
9、a)在考虑该初始距离信息的情况下，将这些反射特征与参考图像的参考特征进行匹配，从而确定相匹配的反射特征和参考特征对；
10、b)针对这些相匹配的反射特征和参考特征对中的每一对，确定该参考图像中的相匹配参考特征的对极线；
11、c)确定相匹配的反射特征到所述对极线的对极线距离d；
12、d)将这些对极线距离d作为该参考图像中的图像位置(x，y)的函数进行评估，从而确定几何图案；
13、e)根据该几何图案确定针对该反射图像的旋转和/或平移的至少一个校正。
14、如本文所使用的，术语“投影仪”也被表示为光投影仪，它是指被配置为将至少一个照射图案投射到对象上、具体地投影到对象的表面上的光学设备。投影仪可以包括被配置为生成至少一个光束的至少一个光源(也被表示为照射设备或照射源)。投影仪可以被配置为生成至少一个图案，并且将该图案投射至包括对象的至少一个表面或场景。投影仪可以被配置为使得照本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，该检测器(110)包括：
2.根据前一项权利要求所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为基于所确定的校正来校正该反射图像(142)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为在考虑该所确定的校正的情况下通过使用三角测量法来确定该反射特征的至少一个三角测量距离信息。
4.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为在确定该三角测量距离信息期间即时执行该校准方法。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为确定该检测器的至少一个外在参数，其中，该外在参数包括选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：该投影仪(122)与该传感器元件(114)的坐标之间的旋转角度、该投影仪(122)与该传感器元件(114)的坐标之间的平移分量、孔径角、该传感器元件的中心、孔径、焦距。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中
7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为通过评估该几何图案的形状、重复、陡度、不连续性和曲率中的一项或多项来确定对该反射图像的校正。
8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该照射图案包括选自由以下各项组成的组中的至少一个周期性规则图案：至少一个周期性规则点图案；至少一个六边形图案；至少一个矩形图案。
9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为通过这些传感器信号相除、这些传感器信号的倍数相除、这些传感器信号的线性组合相除中的一项或多项来得出该组合信号Q，其中，该评估设备(144)被配置为使用该组合信号Q与该纵坐标之间的至少一种预定关系来确定该初始距离信息。
10.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为对该反射图像(142)执行图像分析，从而识别该反射图像(142)的反射特征。
11.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为针对每个反射特征确定该反射特征的纵向区域，其中，该纵向区域是由根据该组合信号Q确定的该反射特征的初始距离信息和误差区间±ε给出的，其中，该评估设备(144)被配置为确定该参考图像中与该纵向区域相对应的至少一个位移区域。
12.根据前一项权利要求所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为通过使用至少一种线性缩放算法将这些反射特征中的相应反射特征与该位移区域内的这些参考特征中的相应反射特征进行匹配。
13.一种用于校准根据前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)的方法，该方法包括以下步骤：
14.根据前一项权利要求所述的方法，其中，该方法包括基于所确定的校正来校正该反射图像(142)，并在考虑该所确定的校正的情况下通过使用三角测量法来确定该反射特征的至少一个三角测量距离信息。
15.根据前述涉及检测器(110)的权利要求中任一项所述的检测器的用途，该用途用于选自由以下各项组成的组的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监控应用；安全应用；人机界面应用；物流应用；跟踪应用；户外应用；移动应用；通信应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，该检测器(110)包括：
2.根据前一项权利要求所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为基于所确定的校正来校正该反射图像(142)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为在考虑该所确定的校正的情况下通过使用三角测量法来确定该反射特征的至少一个三角测量距离信息。
4.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为在确定该三角测量距离信息期间即时执行该校准方法。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为确定该检测器的至少一个外在参数，其中，该外在参数包括选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：该投影仪(122)与该传感器元件(114)的坐标之间的旋转角度、该投影仪(122)与该传感器元件(114)的坐标之间的平移分量、孔径角、该传感器元件的中心、孔径、焦距。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为即使确定了错误的相匹配反射特征和参考特征对，也仍然执行步骤b)至步骤e)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备(144)被配置为通过评估该几何图案的形状、重复、陡度、不连续性和曲率中的一项或多项来确定对该反射图像的校正。
8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该照射图案包括选自由以下各项组成的组中的至少一个周期性规则图案：至少一个周期性规则点图案；至少一个六边形图案；至少一个矩形图案。
9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中，该评估设备...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·辛德勒，F·希克，C·伦纳茨，P·希伦，J·昂格尔，
申请(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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