用于光学检测至少一个对象的检测器
阅读：787发布：2020-08-07
专利汇可以提供用于光学检测至少一个对象的检测器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提出了一种用于确定至少一个对象(118)的 位置 的检测器(110)，所述检测器(110)包括：‑至少一个光学 传感器 (112)，所述 光学传感器 (112)被配置为检测由从所述对象(118)朝向所述检测器(110)传播的至少一个光束(150)生成的至少一个光斑(156)，所述光学传感器(112)具有至少一个 像素 (154)矩阵(152)，每个像素(154)适于响应于由所述光束(150)对所述像素(154)的照射而生成至少一个像素 信号 si,j；‑至少一个非线性化装置(123)，其被配置为将所有像素(154)i、j或至少一个像素(154)组的所述像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，所述非线性像素信号s’i,j每一个都是相应像素(154)的所述照射的功率pi,j的非线性函数；‑至少一个求和装置(125)，其被配置为将所有像素(154)i、j或所述至少一个像素(154)组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S′＝Σi，js′i，j；以及‑至少一个评估装置(126)，所述评估装置(126)被配置为通过评估所述非线性和信号S’来确定所述对象(118)的至少一个纵向坐标z。，下面是用于光学检测至少一个对象的检测器专利的具体信息内容。
1.一种用于确定至少一个对象(118)的位置的检测器(110)，所述检测器(110)包括：
-至少一个光学传感器(112)，所述光学传感器(112)被配置为检测由从所述对象(118)朝向所述检测器(110)传播的至少一个光束(150)生成的至少一个光斑(156)，所述光学传感器(112)具有至少一个像素(154)矩阵(152)，每个像素(154)适于响应于由所述光束(150)对所述像素(154)的照射而生成至少一个像素信号si,j；
-至少一个非线性化装置(123)，其被配置为将所有像素(154)i、j或至少一个像素(154)组的所述像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，所述非线性像素信号s’i,j每一个都是相应像素(154)的所述照射的功率pi,j的非线性函数；
-至少一个求和装置(125)，其被配置为将所有像素(154)i、j或所述至少一个像素(154)组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S＇＝∑i，js＇i，j；以及-至少一个评估装置(126)，所述评估装置(126)被配置为通过评估所述非线性和信号S’来确定所述对象(118)的至少一个纵向坐标z。
2.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述评估装置(126)被配置为通过使用所述和信号S’与所述纵向坐标z之间的至少一个预定关系来确定所述对象(118)的所述至少一个纵向坐标z。
3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述非线性化装置(123)被配置为将至少一个非线性函数g(si,j)应用于所述非线性像素信号，其中s’i,j＝g(si,j)，其中i、j表示所有像素(154)或所述至少一个像素(154)组。
4.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述非线性函数选自由以下函数构成的组：凸函数；凹函数；多项式函数；指数函数；对数函数；根函数；伽马校正函数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)被配置为使得所述非线性和信号S’是由所述光束(150)对所述光学传感器(112)或所述至少一个像素(154)组的整体照射功率P＝∑i，jpi，j和由所述光束(150)在所述光学传感器(112)上生成的光斑(156)的尺寸d的函数S’(P,d)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)被配置为在所述像素(154)矩阵(152)内选择至少一个感兴趣的区域，其中所述感兴趣的区域内的所述像素(154)形成所述至少一个像素(154)组。
7.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)包括多个开关，其中所述检测器(110)被配置为通过使用所述开关来执行所述选择。
8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(112)被配置为使得至少在预定的测量范围(158)内，所述像素(154)的所述像素si,j信号是相应像素的所述照射的功率pi,j的线性函数。
9.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)被配置为使得所有像素(154)i、j或所述至少一个像素(154)组的所述像素信号si,j的和信号S＝∑i，jsi，j是所述整体照射功率P的函数S(P)，并且独立于由所述光束(150)在所述光学传感器(112)上生成的所述光斑(156)的尺寸d，其中所述检测器(110)被配置为另外记录所述和信号S，其中所述评估装置(126)进一步被配置为通过使用所述和信号S来确定所述对象(118)的所述至少一个纵向坐标z。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中所述非线性化装置(123)包括选自由处理器、场可编程门阵列或专用集成电路构成的组的至少一个硬件组件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)包括多个所述光学传感器(112)，其中所述评估装置(126)被配置为通过评估至少两个所述光学传感器(112)的所述非线性和信号S’来确定所述对象(118)的所述至少一个纵向坐标z。
12.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(112)包括相机芯片、CCD器件、CMOS器件、光电检测器阵列、焦平面阵列或辐射热计阵列中的至少一个。
13.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(126)进一步适于通过确定所述像素(154)矩阵(152)上的所述光束(150)的位置来确定所述对象(118)的至少一个横向坐标x、y。
14.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)进一步包括至少一个传送装置(136)，所述传送装置(136)适于将所述光束(150)引导到所述光学传感器(112)上。
15.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述传送装置(136)包括以下中的一个或两个：至少一个可调焦透镜(139)；至少一个多透镜系统(170)。
16.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)被实现为光场相机(178)和/或全光相机(180)中的一个或两个。
17.一种用于确定至少一个对象(118)的位置的检测器系统(114)，所述检测器系统(114)包括根据前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)，所述检测器系统(114)进一步包括适于将至少一个光束(150)朝向所述检测器引导的至少一个信标装置(116)，其中所述信标装置(116)是可附接到所述对象(118)、可由所述对象(118)握持和可集成到所述对象(118)中的至少一种。
18.一种用于在用户(134)与机器(166)之间交换至少一项信息的人机接口(120)，其中所述人机接口(120)包括根据前一权利要求所述的至少一个检测器系统(114)，其中所述至少一个信标装置(116)适于是直接或间接地附接到所述用户(134)和由所述用户(134)握持中的至少一种，其中所述人机接口(120)被设计为通过所述检测器系统(114)来确定所述用户(134)的至少一个位置，其中所述人机接口(120)被设计为向所述位置分配至少一项信息。
19.一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置(122)，其中所述娱乐装置(122)包括根据前一权利要求所述的至少一个人机接口(120)，其中所述娱乐装置(122)被设计成使得至少一项信息能够由玩家通过人机接口(120)输入，其中所述娱乐装置(122)被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
20.一种用于跟踪至少一个可移动对象(118)的位置的跟踪系统(124)，所述跟踪系统(124)包括根据涉及检测器系统(114)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器系统(114)，所述跟踪系统(124)进一步包括至少一个轨迹控制器(168)，其中所述轨迹控制器(168)适于跟踪所述对象(118)在特定时间点处的一系列位置。
21.一种用于确定至少一个对象(118)的至少一个位置的扫描系统(127)，所述扫描系统(127)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)，所述扫描系统(127)进一步包括至少一个照射源(129)，所述至少一个照射源(129)适于发射被配置用于照射位于所述至少一个对象(118)的至少一个表面上的至少一个点的至少一个光束(150)，其中所述扫描系统(127)被设计成通过使用所述至少一个检测器(110)来生成关于所述至少一个点与所述扫描系统(127)之间的距离的至少一项信息。
22.一种用于对至少一个对象(118)成像的相机(111)，所述相机包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)。
23.一种用于通过使用检测器来确定至少一个对象(118)的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-至少一个检测步骤，包括通过使用所述检测器的至少一个光学传感器(112)检测由从所述对象(118)行进到所述检测器的至少一个光束(150)生成的至少一个光斑(156)，所述光学传感器(112)具有至少一个像素(154)矩阵(152)，其中，每个像素(154)响应于由所述光束(150)对所述像素(154)的照射而生成至少一个像素信号si,j；
-至少一个非线性化步骤，包括将所有像素(154)i、j或至少一个像素(154)组的所述像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，所述非线性像素信号s’i,j每一者都是相应像素(154)的所述照射的功率pi,j的非线性函数；
-至少一个求和步骤，包括将所有像素(154)i、j或所述至少一个像素(154)组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S＇＝∑i，js＇i，j；以及-至少一个评估步骤，包括通过评估所述非线性和信号S’来确定所述对象(118)的至少一个纵向坐标z。
24.一种用于根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的检测器(110)的用途，为了使用目的，所述用途选自由以下构成的组：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；人机接口(120)应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器组合的使用；与结构化光源组合的使用；与立体相机组合的使用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源组合的使用；与立体相机组合的使用。
用于光学检测至少一个对象的检测器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、检测器系统和方法。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、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统和检测器装置的各种用途。根据本发明的装置、系统、方法和用途具体可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、摄影(诸如用于艺术、文献或技术目的数字摄影或视频摄影)、医疗技术或科学方面的各个领域中。然而，其他应用也是可能的。
背景技术
[0002] 现有技术中已知有大量的光学传感器和光伏器件。尽管光伏器件通常被用来将例如紫外线、可见光或红外光的电磁辐射变换为电信号或电能，但是光学检测器通常被用来拾取图像信息和/或用于检测至少一个光学参数，例如亮度。
[0003] 现有技术中已知大量的可以通常基于无机和/或有机传感器材料的使用的光学传感器。这种传感器的示例在US 2007/0176165A1、US 6,995,445B2、DE 2501124 A1、DE 3225372 A1中或在许多其他现有技术文件中公开。在越来越多的程度上，特别是由于成本原因和大面积处理的原因，正使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，如例如US
2007/0176165 A1中所描述的。特别地，所谓的染料太阳能电池在这里越来越重要，其通常描述于例如WO 2009/013282 A1中。然而，本发明不限于有机器件的使用。因此，具体地，也可以使用诸如CCD传感器和/或CMOS传感器的无机器件，具体地为像素化传感器。
2007/0176165 A1中所描述的。特别地，所谓的染料太阳能电池在这里越来越重要，其通常描述于例如WO 2009/013282 A1中。然而，本发明不限于有机器件的使用。因此，具体地，也可以使用诸如CCD传感器和/或CMOS传感器的无机器件，具体地为像素化传感器。
[0004] 基于这种光学传感器已知用于检测至少一个对象的大量检测器。这种检测器可以取决于各自的使用目的以不同的方式来实现。这种检测器的示例是成像装置，例如，相机和/或显微镜。例如，已知高分辨率共聚焦显微镜，其可以特别用于医疗技术和生物学领域中，以便以高光学分辨率检查生物样品。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外的示例是例如基于相应的光学信号(例如，激光脉冲)的传播时间方法的距离测量装置。用于光学检测对象的检测器的另外的示例是三角测量系统，借助于该三角测量系统同样可以进行距离测量。
[0005] 在WO 2012/110924 A1中，提出了一种用于光学检测至少一个对象的检测器，其内容通过引用包括在此。该检测器包括至少一个光学传感器。该光学传感器具有至少一个传感器区域。光学传感器被设计成以取决于传感器区域的照射的方式生成至少一个传感器信号。给定照射的相同总功率，传感器信号取决于照射的几何形状，特别是取决于传感器区域上的照射的束横截面。检测器另外具有至少一个评估装置。该评估装置被设计成从传感器信号生成至少一个几何信息项，特别是关于照射和/或对象的至少一个几何信息项。
[0006] WO 2014/097181 A1公开了一种用于通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器，其全部内容通过引用被包括在此。具体地，公开了传感器堆叠的使用，以便以高精确度和无不确定性地确定对象的纵向位置。
[0007] WO 2015/024871 A1公开了一种光学检测器，其全部内容通过引用被包括在此，该光学检测器包括：
[0009] -至少一个光学传感器，其适于检测通过该空间光调制器的像素矩阵之后的光束并且生成至少一个传感器信号；
[0010] -至少一个调制器装置，其适于以不同调制频率周期性地控制至少两个像素；以及[0011] -至少一个评估装置，其适于执行频率分析以便确定关于调制频率的传感器信号的信号分量。
[0012] WO 2014/198629 A1公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，其全部内容通过引用包括在此，该检测器包括：
[0013] -至少一个光学传感器，该光学传感器适于检测从对象朝向检测器传播的光束，该光学传感器具有至少一个像素矩阵(152)；以及
[0014] -至少一个评估装置，该评估装置适于确定由光束照射的光学传感器的像素的数量N，该评估装置进一步适于通过使用由光束照射的像素的数量N来确定对象的至少一个纵向坐标。
[0015] 此外，通常，对于各种其他检测器概念，可以参考WO 2014/198626 A1、WO 2014/198629 A1和WO 2014/1986525 A1，其全部内容通过引用包含于此。此外，关于也可用在本发明的上下文中的潜在材料和光学传感器，可以参考欧洲专利申请：2015年1月30日提交的No.EP 15153215.7、2015年3月3日提交的No.EP15157363.1和2015年4月22日提交的EP
15164653.6，其全部内容也通过引用包含于此。
15164653.6，其全部内容也通过引用包含于此。
[0016] 尽管上述装置和检测器暗示了优势，但仍存在若干技术挑战。因此，通常需要用于检测对象在空间中的位置的检测器，其既可靠又可以以低成本制造。具体地，需要3D感测概念。各种已知概念至少部分基于使用所谓的FiP传感器，诸如上述几种概念。其中，作为示例，可以使用大面积传感器，其中各个传感器像素显著大于光斑并且被固定为特定尺寸。然而，大面积传感器在许多情况下被固有地限制在FiP测量原理的使用中，特别是在要同时研究多于一个光斑的情况下。可选地，可以使用像素化光学传感器，诸如在WO 2014/196929 A1中公开的像素计数概念中。尽管这些概念允许3D坐标的有效确定，并且即使这些概念显著优于诸如三角测量的已知的3D感测概念，但是仍然存在一些挑战，具体是关于对计算功率和资源以及提高效率的需要。通常，也可能需要使用通常可得的光学传感器，诸如CCD和/或CMOS传感器。
发明内容
[0017] 因此，本发明的目的是提供面对已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体地，本发明的目的是提供可以可靠地确定对象在空间中的位置的装置和方法，优选地以低技术努力和以对技术资源和成本而言的低要求。
[0019] 如以下所使用的，术语“具有”、“包含”或“包括”或其任意语法变体以非排他性的方式使用。因此，这些术语既可以指除了由这些术语引入的特征之外在该上下文中描述的实体中不存在另外的特征的情况，也可以指存在一个或多个另外特征的情况。作为示例，“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”的表述既可以指除了B之外在A中不存在其它元素的情况(即，A唯一地、排它地由B构成的情况)，又可以指除了B之外在实体A中存在一个或多个另外的元素(诸如元素C、元素C和D或甚至另外的元素)的情况。
[0020] 此外，应该注意，当引入相应的特征或元素时，指示特征或元素可以出现一次或多于一次的术语“至少一个”、“一个或多个”或类似表达通常将仅使用一次。在下文中，在大多数情况下，当涉及相应的特征或元素时，不会重复“至少一个”或“一个或多个”的表述，而不是否认相应的特征或元素可以出现一次或多于一次的事实。
[0021] 此外，如以下所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语与可选的特征结合使用，而不限制替代的可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选的特征，并不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如本领域技术人员将认识到的，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在作为可选特征，对于本发明的替代实施例没有任何限制、对于本发明的范围没有任何限制、以及对于将以这种方式引入的特征与本发明的其他可选或非可选特征组合的可能性没有任何限制。
[0022] 在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。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/或取向的至少一项信息。因此，该至少一项信息可暗示对象的至少一个点与该至少一个检测器之间的至少一个距离。如将在下面进一步详细描述的，该距离可以是纵向坐标或者可以有助于确定对象的点的纵向坐标。另外或可选地，可以确定关于对象和/或对象的至少一部分的位置和/或取向的一个或多个其他信息项。作为示例，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。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向坐标。另外或可选地，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向坐标。另外或可选地，对象的位置可以暗示指示对象在空间中的取向的对象的至少一个取向信息。
[0023] 该检测器包括：
[0024] -至少一个光学传感器，该光学传感器被配置为检测由从对象朝向检测器传播的至少一个光束生成的至少一个光斑，该光学传感器具有至少一个像素矩阵，每个像素适于响应于由光束对像素的照射而生成至少一个像素信号si,j；
[0025] -至少一个非线性化装置，其被配置为将所有像素i、j或至少一组像素的像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，该非线性像素信号s’i,j每一个都是相应像素的照射的功率pi,j的非线性函数；
[0026] -至少一个求和装置，其被配置为将所有像素i、j或至少一组像素的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S＇＝∑i，js＇i，j；以及
[0027] -至少一个评估装置，该评估装置被配置为通过评估非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0028] 如本文所使用的，光学传感器通常是指用于检测光束的光敏装置，诸如用于检测由光束生成的照射和/或光斑。如下面进一步详细描述的，光学传感器可以适于确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵向坐标，诸如至少一个光束从其朝向检测器行进的对象的至少一部分。
[0029] 如本文进一步所使用的，像素通常是指光学传感器的光敏元件，诸如适于生成光信号的光学传感器的最小单元。作为示例，每个像素可具有1μm2至5000000μm2、优选地1μm2至4000000μm2、优选地1μm2至1000000μm2、以及更优选地1μm2至5000μm2的光敏面积。然而，其他实施例是可行的。表述矩阵通常是指空间中的多个像素的布置，其可以是线性布置或面布置。因此，通常，矩阵优选地可以从由一维矩阵和二维矩阵构成的组中选择。作为示例，矩阵可以包括100至100000000个像素、优选地1000至10000000个像素、以及更优选地100000至5000000个像素。最优选地，该矩阵是具有按行和列布置的像素的矩形矩阵。然而，其他矩阵布置也是可行的，诸如圆形或六角形布置。
[0030] 如本文所使用的，像素信号通常是指响应于照射而由像素生成的任意可存储和可传递的信号。因此，作为示例，像素信号可以是或者可以包括至少一个电子信号，其可以是或可以包括数字电子信号和/或模拟电子信号。像素信号可以是或者可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。此外，可以使用原始像素信号，或者检测器、光学传感器或任何其他元件可适于处理或预处理像素信号，因此生成也可以用作像素信号的次级像素信号，诸如通过滤波等的预处理。
[0031] 像素信号象征性地由si,j表示。其中，下标i和j表示指示相应像素的坐标的整数，使得每个像素可以唯一地由其坐标i、j标识。作为示例，矩阵可以是矩形n×m矩阵，其中n、m是整数，使得i、j可以表示像素的笛卡尔坐标，其中i∈{1，...，n}和j∈{1，...，m}。作为替代的示例，矩阵可以是具有多个同心环像素的圆形矩阵，其中i表示环的数量，并且j表示环内的特定像素，反之亦然。其他坐标系是可行的。由于非线性像素信号中的每一个对应于特定像素信号，所以相同的命名代码同样适用于非线性像素信号s’i,j。此外，具有下标i，j的相同命名同样适用于像素的照射功率pi,j。
[0032] 如将在下面进一步详细描述的，至少在测量范围内，像素信号具体可以与相应像素的照射强度成比例，诸如达到预定的或可确定的最大强度。因此，通常，至少在测量范围内，对于所有的i、j，式子si,j＝a·pi,j+b是可应用的，其中a和b是实数，并且pi,j是相应像素的照射功率，诸如相应像素的照射强度和/或指示相应像素的照射功率的任何其他光度测量值或辐射测量值。
[0033] 为了避免超过最大强度，并因此为了避免超过测量范围，检测器可以包括一个或多个衰减元件，诸如一个或多个滤波器元件。
[0034] 如本文进一步使用的，术语非线性化装置通常指任意装置，其将至少一个输入信号变换为至少一个输出信号，其中输出信号与输入信号不成比例。换言之，输出信号不是输入信号的线性函数。在这种情况下，检测器可以适于将所有像素i、j或至少一组像素的像素信号si,j作为输入信号馈送到至少一个非线性化装置中，并且非线性化装置使相应的非线性像素信号s’i,j作为输出信号。
[0035] 如将在下面进一步详细描述的，非线性化装置可以全部或部分地由硬件来实现，或者可以全部或部分地由在计算机上运行的适当的软件来实现，诸如处理器和/或专用集成电路。此外，非线性化装置可以全部或部分地集成到检测器的一个或多个其他部件中，诸如集成到光学传感器中和/或集成到求和装置中和/或集成到评估装置中。然而，可选地，非线性化装置也可以被实现为单独的、独立的部件。此外，可以为每个像素提供一个或多个专用的非线性化装置。然而，可选地，两个或更多个或者甚至全部像素可以共享一个或更多个公共非线性化装置。
[0036] 在本领域中，响应于输入信号生成非线性输出信号的许多方式是已知的，并且可以在本发明中实现。如将在下面进一步详细描述的，具体地，一个或多个Gamma校正装置可以用作非线性化装置，这在显示技术和/或相机技术的领域中通常是已知的。
[0037] 如上所述，可以针对所有像素或针对一组或多组像素执行像素信号到非线性像素信号的变换。在后一种情况下，作为示例，诸如非线性化装置、求和装置、评估装置或检测器的任何其他部件中的一个或多个的检测器可适于限定至少一个感兴趣的区域，其中感兴趣的区域内的像素被定义为属于至少一个组的像素。为了选择特定的像素，诸如用于将这些像素分配给一个或多个感兴趣的组和/或区域，可以使用完全或部分地以硬件体现和/或完全或部分地以在计算机上运行的软件体现的一个或多个开关。因此，作为示例，像素信号到非线性像素信号的变换和/或非线性像素信号的相加可以仅对属于该至少一个组的选定像素执行，诸如通过接通这些像素和/或通过接通在这些像素与非线性化装置和/或求和装置之间的连接。其他实施例是可行的。
[0038] 如本文进一步使用的，求和装置通常是指被配置为添加到一个或多个信号(具体地为电信号，诸如数字信号和/或模拟信号)的任意装置。在给出非常高数量的像素的像素密度的情况下，像素的相加可以对应于在矩阵和/或矩阵的至少一部分上的积分。此外，求和装置可以完全地或部分地由硬件来体现和/或可以完全地或部分地由在计算机上运行的软件来体现。在电子领域中，求和装置对于本领域技术人员而言通常是已知的。
[0039] 如本文进一步使用的，术语评估装置通常是指适于执行指定操作的任意装置，优选地通过使用至少一个数据处理装置，更优选地通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路。因此，作为示例，至少一个评估装置可以包括具有存储在其上的软件代码的至少一个数据处理装置，该软件代码包括许多计算机命令。
[0040] 具体地，如将在下面进一步详细描述的，评估装置可以被配置为通过使用非线性和信号与纵向坐标之间的至少一个已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0041] 本发明具体可以利用以下事实和发现，而不希望受到该理论的限制。因此，对于线性像素信号，如上所述，可以应用以下等式：
[0042] si，j＝a·Pi，j+b (1)
[0043] 当像素信号相加时，将生成以下和信号：
[0044]
[0045] 其中P＝∑i，jpi，j表示由光束对光学传感器或至少一组像素的整体照射功率，并且N是表示发生求和的像素的数量(即，矩阵的像素的数量或至少一个像素组内的像素的数量)的整数。换言之，在线性情况下，和信号(也被称为线性和信号)是整体照射功率P的线性函数，即，独立于由光束在光学传感器上生成的光斑的尺寸d。
[0046] 相反，在非线性情况下：
[0047] s'i，j＝g(pi,j)， (1')
[0048] 其中g是非线性函数，诸如具有度数>1的多项式函数、指数函数、对数函数、诸如平方根函数的根函数、三角函数、双曲线函数、高斯函数、误差函数、或其他特定函数。非线性函数还可以是由多个子函数定义的分段定义函数。非线性函数优选在感兴趣的强度范围内单调递增。因此，非线性和信号
[0049]
[0050] 是照射总功率和光斑尺寸d的非线性函数f(P,d)。
[0051] 此外，作为实现起来相当简单的示例，可以使用线性光学传感器，其中等式(1)至少在预定的测量范围内适用。在这种情况下，非线性化装置可简单地将所有像素或至少一组像素的像素信号与其自身的非线性函数(诸如函数c(si,j))相乘：
[0052] s′i，j＝c(si,j)·si,j (3)
[0053] 此外，如下面将进一步详细描述的，可以使用非线性函数c，诸如指数函数、对数函数、诸如平方根函数的根函数、三角函数、双曲线函数、高斯函数、误差函数或其它特殊函数、多项式函数或诸如用于显示技术和/或相机技术中的Gamma校正的Gamma函数。非线性函数还可以是由多个子函数定义的分段定义函数，或者可以是线性和非线性函数的和、乘积、卷积等。非线性函数优选在感兴趣的强度范围内单调递增或递减。类似于等式(2’)，通过实现等式(1)，显然非线性和信号S是光斑的尺寸d的函数。在较大或较小数量的像素之上(即，在较大或较小的光斑之上)的恒定的辐射能量或功率的扩散将会修改非线性和信号S’。
[0054] 然而，这些发现可以用于从非线性和信号S’导出光斑的尺寸d，和/或由于光斑的尺寸d随着光学传感器与对象(光束从该对象朝向检测器行进)之间的距离而变化，因此可以用于导出对象的至少一个纵向坐标z。
[0055] 在照射的总功率P是已知的、可确定的或预定的情况下，诸如通过使用附接到对象、集成到对象中或者由对象握持中的一种或多种的一个或多个明确定义的照射源或信标装置，诸如通过使用连接到对象的一个或多个明确定义的LED，可以使用S’与d和/或S’与z之间的预定的或可确定的关系。在最简单的情况下，诸如通过监测针对改变纵向坐标z的多次实验的非线性和信号S’，这种关系可以根据经验导出。因此，作为示例，可以生成列表或查找表，其中针对多个非线性和信号S’列出光斑尺寸d和/或纵向坐标z。另外或可选地，诸如通过使用理论高斯波光学考虑和/或通过使用诸如FEM模拟的模拟，可以将解析或半解析方法用于确定S’与d和/或S’与z之间的关系。
[0056] 然而，该方法也可用于照射的总功率P是未知的或甚至不恒定的情况。因此，作为示例，可以使用多个光学传感器，并且可以针对总功率P对结果进行归一化。另外或者可选地，除了非线性和信号S’之外，和信号S可以根据到上面的等式(2)而确定，并且可以从中导出总功率P，或者，另外或可选地，和信号S可以用于对非线性和信号S’的结果进行归一化。因此，可以产生具有已知的照射的总功率P的上述相同的情况。
[0057] 如上所述，可以导出纵向坐标z，或者，其也可以由术语“纵向坐标”、任何其他的原始测量值或者与纵向坐标对应的或可以从中导出纵向坐标的次级测量值构成。作为一个示例，如上所述，可以使用光斑的尺寸d，其对应于纵向坐标和/或可以从中导出纵向坐标。因此，特别是对于高斯光束，可以使用光斑的尺寸d与纵向坐标z之间的以下关系：
[0058]
[0059] 其中z是纵向坐标，
[0060] 其中w0是在空间中传播时光束的最小光束半径，
[0061] 其中z0是具有z0＝π·w02/λ的光束的瑞利长度，其中λ是光束的波长。
[0062] 通常表示高斯曲线的高斯光束的横向轮廓的束半径w对于特定的z值被定义为距z轴的特定距离，在该特定距离处，振幅E已下降到1/e(约36％)的值并且强度I已下降到1/e2。在上面给出的高斯等式中,在坐标z＝0处出现的最小束半径(其也可以在其他z值处出现，诸如当执行z坐标变换时)由w0表示。取决于z坐标，当光束沿着z轴传播时，束半径一般遵循如上给出的等式(4)。
[0063] 因此，确定纵向坐标可能暗示着直接确定纵向坐标z，可能暗示着确定定义光斑的尺寸的一个或多个参数，或者可能同时或以逐步方式暗示着上述两者。
[0064] 包括确定对象的至少一个纵向坐标的上述操作由至少一个评估装置执行。因此，作为示例，上述关系中的一个或多个可以以软件和/或硬件来实现，诸如通过实现一个或多个查找表。因此，作为示例，评估装置可以包括被配置为执行上述评估的一个或多个可编程装置，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)或场可编程门阵列(FPGA)，以便通过评估非线性和信号来确定对象的至少一个纵向坐标。然而，另外或可选地，评估装置也可以完全地或部分地由硬件体现。
[0065] 还应该注意的是，包括光学传感器、非线性化装置、求和装置和评估装置的上述装置中的两个或更多个可以全部或部分地集成到一个或多个装置中。具体地，非线性化装置可以完全或部分地集成到光学传感器中，如例如在为了Gamma校正目的的集成到CCD或CMOS相机芯片中的许多非线性化装置中的情况那样。此外，另外或可选地，求和装置和/或评估装置可以完全或部分地集成到光学传感器中。另外或可选地，非线性化装置和求和装置可以全部或部分地集成到公共装置中，该公共装置执行两个功能并且作为示例可以包括一个或多个硬件组件，诸如一个或多个ASIC和/或一个或多个FPGA。另外或可选地，非线性化装置和/或求和装置也可以完全或部分地集成到评估装置中，诸如通过使用软件组件来实现它们的一个或多个功能。
[0066] 集成度也可能影响评估速度和最大频率。因此，如上所述，检测器也可以全部或部分地体现为相机和/或可以用在相机中，适于获取静止图像或适合于获取视频剪辑。为了获取高的图像频率，硬件集成可以是优选的，诸如通过使用诸如用于求和模拟信号的一个或多个运算放大器的硬件组件和/或通过使用诸如一个或多个电子求和器(诸如串行进位加法器(Carry-Ripple adder)、全加器等)的一个或多个数字求和装置来完全或部分地实现求和装置。此外，如上所述，可以使用一个或多个ASIC组件和/或FPGA。
[0067] 如技术人员将会认识到的，根据上述实施例中的一个或多个的检测器可以以各种方式被修改和改进或者甚至优化，这将在下面进行简要讨论并且也可以以各种任意组合来实现。
[0068] 因此，如上所述，评估装置可以被配置为通过使用和信号S’与纵向坐标z之间的至少一个预定关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。该预定关系具体可以选自通过记录位于多个纵向坐标处的对象的和信号确定的经验关系或解析关系。上面给出了各种示例。具体地，主要地在使用解析或半解析方法的情况下，预定关系可以基于光束是高斯光束的假设。
[0069] 非线性化装置具体可以被配置为将至少一个非线性函数g(si,j)应用于非线性像素信号，其中s’i,j＝g(si,j)，i、j表示所有像素或者至少一组像素。非线性函数具体可以从由以下部分构成的组中选择：凸函数；凹函数；多项式函数；指数函数，诸如exp(x)函数；对数函数；根函数，诸如平方根函数sqrt(x)；其他的非线性函数，诸如特殊函数；Gamma校正函数。非线性函数还可以是由多个子函数定义的分段定义函数。非线性函数可以在感兴趣的强度范围内单调递增或递减。上面给出了其他例子。
[0070] 此外，检测器可以被配置为使得非线性和信号S’是由光束对光学传感器或至少一组像素的整体照射功率P＝∑i，jpi，j和由光束在光学传感器上产生的光斑的尺寸d的函数S’(P,d)。其中，如上所述，通常可以使用任意参数或参数组合来表示光斑的尺寸d。作为示例，如上在等式(4)的上下文中所说明的，可以使用束腰、半径、直径或这种类型的任何其它参数。作为示例，尺寸d可以从由以下构成的组中选择：光斑的直径；光斑的等效直径；光斑的束腰；光斑的双束腰；光斑的强度的半极值全宽。
[0071] 检测器，具体为光学传感器、非线性化装置、求和装置或评估装置中的一者或多者可以进一步被配置为在像素矩阵内选择至少一个感兴趣的区域，其中感兴趣的区域内的像素形成至少一个像素组。因此，为了导出纵向坐标，可以仅评估一个或多个像素组，而不是评估矩阵的所有像素的和信号和/或非线性和信号。因此，作为示例，感兴趣的区域可以是包含对象的图像的矩阵的一部分或多部分的组合。因此，在可被执行一次(具体地最初地)或重复执行的第一步骤中，可以发生对像素矩阵上的图像的评估，以便诸如通过使用模式识别算法检测至少一个对象。随后，可以根据图像的评估结果来选择感兴趣的区域，诸如通过选择包含对象的图像的矩阵区域作为感兴趣的区域。对于在图像内选择感兴趣的区域以及用于跟踪图像内的某些对象的示例性实施例，可以参考例如WO 2015/024871 A1，其全部内容通过引用被包括在此。
[0072] 至少一个像素组的选择和/或这些像素的选择可以完全或部分地以硬件来体现，可以全部或部分以软件或硬件和软件两者来体现。因此，作为示例，检测器可以包括多个开关并且可以被配置为通过使用开关来执行选择。作为示例，如上所述，检测器可以包括具体地完全或部分地以硬件体现的一个或多个求和装置、以及包括用于选择用于求和的像素的多个开关，其中通过致动开关，特定像素可以被连接到该至少一个求和装置。作为示例，开关可以由软件来控制，诸如响应于如上所述的图像评估的结果。
[0073] 如上所述，光学传感器具体可以被配置为使得至少在测量的预定范围内，具体地在光学传感器和/或每个像素的照射的强度的预定范围内，像素的像素si,j信号是相应像素的照射功率pi,j的线性函数。其中，可以给出精确的线性度，其中，可能的是，线性度中的某些容差是可接受的，诸如与精确线性函数的偏差不超过20％，优选不超过10％，最优选为不超过超过5％。在给定具有或不具有上述容差的线性度的情况下，检测器具体可以被配置为使得所有像素i、j或至少一组像素的像素信号si,j的和信号S＝∑i，jsi，j是整体照射功率P的函数S(P)，并且至少广泛地和/或在预定的或可确定的容差内和/或在预定的或可确定的测量范围内，独立于由光束在光学传感器上生成的光斑的尺寸d。该配置的优点清楚地在于和信号S可以用作标准和/或用作参考和/或用于校准目的事实。因此，具体地，检测器可以被配置为另外记录和信号S。评估装置可以进一步被配置为通过使用和信号S来确定对象的至少一个纵向坐标z。因此，作为示例，例如，在使用查找表的情况下和/或在使用多个校准曲线或关系的情况下，和信号S可以用于选择适当的关系，诸如针对特定和信号S的查找表的适当的值和/或针对特定和信号S以及因此针对给定总功率P的适当的校准曲线。另外或可选地，和信号S也可以用于对非线性和信号进行归一化，诸如通过使用用于纵向坐标的进一步评估和确定的归一化的和信号S’/S。因此，具体地，评估装置可以被配置为使用和信号S来针对整体照射功率P将非线性和信号归一化。
[0074] 如上所述，非线性化装置可以包括至少一个硬件组件，优选地为处理器、FPGA或ASIC中的至少一者。指定选项的其他实施例或组合是可行的。
[0075] 如上所述，非线性化装置可以全部或部分地以硬件来体现和/或可以全部或部分地以软件来体现。因此，非线性化装置可以体现为在处理器上运行的软件程序，该处理器具体地为评估装置的处理器。如上所述，其他实施例是可行的。
[0076] 求和装置具体可以包括至少一个硬件组件，该硬件组件选自由以下部分构成的组：加法器；累加器；求和放大器；用于模拟量的加法器；用于数字量的加法器。求和装置的其他实施例在上面已给出。此外，如上所述，求和装置可以完全或部分地通过使用硬件来体现和/或可以完全或部分地通过使用软件来体现。因此，求和装置也可以至少部分地体现为在处理器上运行的软件程序，该处理器具体地为评估装置的处理器。其他实施例是可行的。
[0077] 检测器可以包括单个光学传感器或多个光学传感器。因此，如在通过引用而包括在内的上述各种应用中所讨论的，具体地如例如在WO 2014/097181 A1中所讨论的和/或从上面的等式(4)可以明显看出的，在焦点之前和之后等距离处的光斑的尺寸存在不确定性。因此，具体地，为了解决这种不确定性，可以使用多于一个的光学传感器，其中该光学传感器位于沿光束的一个或多个束路径的不同位置处。因此，通过比较由两个或更多个光学传感器检索的信号和/或结果，可以确定焦点是位于光学传感器之前(光束通常变宽)、还是位于在光学传感器之后(光束通常变窄)或还是位于之间，其中后者通常需要使用三个或更多个光学传感器。因此，具体地，评估装置可以被配置为通过评估至少两个光学传感器的非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。至少两个光学传感器可以位于沿光束的至少一个束路径的不同位置处，使得对象与至少两个光学传感器之间的光路长度是不相同的。评估装置具体可以被配置为使用至少两个光学传感器的非线性和信号S’来解决和信号S’与纵向坐标z之间的关系的不确定性。
[0078] 在使用多个光学传感器的情况下，具体地，在一个或多个光学传感器是透明或半透明的情况下，光学传感器可以位于同一束路径中，或者，至少两个光学传感器可以位于检测器的不同的局部束路径中。因此，诸如通过使用一个或多个束分离元件，具体地为一个或多个半透明反射镜和/或束分离立方体，可以将检测器的束路径分成两个或更多个局部束路径。其他实施例是可行的。
[0079] 此外，光学传感器可以具有相同的谱灵敏度。可选地，至少两个光学传感器可以具有不同的谱灵敏度，其中在后一种情况下，评估装置可适于通过比较具有不同谱灵敏度的光学传感器的传感器信号来确定光束的颜色。
[0080] 其他选项涉及可以在本发明的上下文中使用的各种类型的光学传感器。因此，通常，该至少一个光学传感器可以是或者可以包括有机光学传感器、诸如无机半导体光学传感器的无机光学传感器、或者包括一种或多种有机材料和一种或多种无机材料的混合光学传感器中的至少一种。因此，对于像素化光学传感器，可以参考各种现有技术文献，诸如上面列出的一个或多个现有技术文献。然而，具体地，可以使用商业可得的组件，诸如具有一维或二维像素矩阵的商业可得的相机芯片。作为示例，该至少一个光学传感器可以包括CCD装置、CMOS装置、光电检测器阵列、焦平面阵列或辐射热计阵列中的一种或多种。如本文所使用的，术语“阵列”通常是指以诸如1维或2维矩阵的图案布置的多个指定元件。阵列具体可以是或者可以包括具体地在垂直于检测器的光轴的平面中的矩形、圆形、六边形或星形图案。术语“光电检测器”通常是指能够检测电磁辐射的元件，电磁辐射具体为紫外、可见光或红外光谱范围中的一种或多种的光。如在本文进一步使用的，术语“焦平面阵列”通常是指包括布置在透镜(诸如检测器的可选传送装置中的透镜)的焦平面处的诸如像素的光感测元素的阵列的图像感测装置。如本文进一步使用的，术语“辐射热计”是指通过使用由电磁辐射加热的取决于温度的电阻或电阻器来测量入射电磁辐射的功率的装置。
[0081] 像素矩阵具体可以是具有至少一行和多列像素或具有多行和至少一列像素的矩形矩阵。该矩阵具体可以包括至少10列，优选地包括至少100列，并且其中矩阵包括至少10行，优选地包括至少100行。
[0082] 如上所述，通过评估非线性和信号S’，检测器能够确定对象的至少一个纵向坐标，包括确定整个对象或其一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，另外，对象的其他坐标(包括横向坐标和/或旋转坐标)可以由检测器(具体地由评估装置)来确定。因此，作为示例，诸如可以通过确定像素矩阵内的光斑的中心坐标和/或光斑的最大强度的坐标来评估由光束生成的光斑的横向位置。典型地，由于检测器的光学设置的特性是已知的，诸如通过已知位于检测器的一个或多个束路径中的一个或多个透镜或其他折射元件的位置和/或特性，可以通过评估装置确定对象的至少一个横向坐标。因此，通常，评估装置通常可以进一步适于通过确定光束在像素矩阵上的位置来确定对象的至少一个横向坐标x、y。
[0083] 根据本发明的检测器以及其他装置和在本发明上下文中提出的方法具体地可以被认为是所谓的“FiP”效应的软件版本，该“FiP”效应在WO 2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1中被另外详细地说明。其中，“FiP”暗示着可以生成在相同照射的总功率P的情况下取决于光子密度、光子通量并且因此取决于入射束的截面φ(F)的信号i的效应。在本发明的上下文中，信号i可以由至少一个非线性和信号S’代替，并且因此可以使用线性光学传感器，并且可以通过简单地将非线性像素信号求和而生成FiP效应。因此，尽管如上所述的可以使用硬件和/或软件组件的事实，在不旨在本发明的范围的情况下，在本发明的上下文中使用的技术也可以被称为“人造FiP效应”或“软件FiP效应”，因为这里使用的至少一个光学传感器可以是与通过硬件和/或软件的人造后续非线性化相结合线性光学传感器。因此，在不旨在缩小范围的情况下，具体地在不旨在将潜在的解决方案缩小到软件解决方案的情况下，根据本发明的检测器也将被称为“软件FiP检测器”。
[0084] 如上所述，检测器可以进一步包括一个或多个光学元件，诸如一个或多个透镜和/或一个或多个折射元件、一个或多个反射镜、一个或多个光阑等。适于修改光束的这些光学元件在下文中也将被称为传送元件，例如通过修改光束的束参数、光束的宽度或者光束的方向中的一个或多个来修改光束。因此，检测器可以进一步包括至少一个传送装置，其中该传送装置可以适于诸如通过使光束偏转、聚焦或散焦中的一种或多种来将光束引导到光学传感器上。具体地，传送装置可以包括一个或多个透镜和/或一个或多个曲面镜和/或一种或多种其他类型的折射元件。
[0085] 在检测器包括一个或多个传送装置的情况下，该至少一个传送装置具体可以具有至少一个焦距。在本文中，焦距可以是固定的或可变的。在后一种情况下，具体地，一个或多个可调焦透镜可以被包括在该至少一个传送装置中。在该上下文中，作为示例，可以参考2014年12月9日提交的申请号为14196944.4的欧洲专利申请，其全部内容通过引用包括在此。本文中公开的可调焦透镜也可以用在根据本发明的检测器的至少一个可选的传送装置中。
[0086] 如本文所使用的，术语“可调焦透镜”通常指适于以受控方式修改通过可调焦透镜的光束的焦点位置的光学元件。可调焦透镜可以是或者可以包括具有可调整的或可调节的焦距的一个或多个透镜元件，诸如一个或多个透镜和/或一个或多个曲面镜。作为示例，一个或多个透镜可以包括双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸凹透镜或凹凸透镜中的一种或多种。一个或多个曲面镜可以是或可以包括凹面镜、凸面镜或具有一个或多个曲面反射表面的任何其他类型的反射镜中的一种或多种。如本领域技术人员将认识到的，它们的任意组合通常是可行的。本文中，“焦点位置”通常是指光束具有最窄宽度处的位置。然而，如对于光学设计领域的技术人员显而易见的是，术语“焦点位置”通常可以指其他束参数，诸如发散度(divergence)、瑞利长度等。因此，作为示例，可调焦透镜可以是或者可以包括至少一个透镜，其焦距可以以受控的方式(诸如通过外部影响的光、控制信号、电压或电流)被改变或修改。焦点位置的改变也可以通过具有可切换的折射率的光学元件来实现，该光学元件本身可以不是聚焦器件，但是当被置于光束中时可以改变定焦透镜的焦点。如在本文中进一步使用的，术语“以受控方式”通常是指这样的事实：由于可以施加到可调焦透镜上的影响而发生修改，使得通过可调焦透镜的光束的实际焦点位置和/或可调焦透镜的焦距可以通过对可调焦透镜施加外部影响(诸如通过将例如数字控制信号、模拟控制信号、控制电压或控制电流中的一个或多个的控制信号施加到可调焦透镜)而被调节到一个或多个期望值。具体地，可调焦透镜可以是或者可以包括诸如透镜或曲面镜的透镜元件，其焦距可以通过施加适当的控制信号(诸如电控制信号)来调节。
[0087] 可调焦透镜的示例在文献中是已知的并且是商业可得的。作为示例，可以参考通过Optotune AG,CH-8953 Dietikon，Switzerland可获得的可调透镜，优选地电可调透镜，其可用于本发明的上下文中。此外，可以使用如从法国里昂Varioptic,69007商业可得的可调焦透镜。对于特别是基于流体效应的可调焦透镜的综述，可以参考例如N.Nguyen:“Micro-optofluidic Lenses：A review”、Biomicrofluidics,4,031501(2010)和/或Uriel Levy,Romi Shamai:“Tunable optofluidic devices”,Microfluid Nanofluid,4,97(2008)。然而，应注意，可调焦透镜的其他原理可以被另外或可选地使用。
[0088] 可调焦透镜的各种原理在本领域中是已知的，并且可以在本发明中使用。因此，首先，可调焦透镜可以包括至少一种透明可成形材料，优选地为可以改变其形状的可变形材料，并且因此可以由于诸如机械影响和/或电气影响的外部影响而改变其光学特性和/或光学界面。施加影响的致动器具体可以是可调焦透镜的一部分。另外或可选地，可调焦透镜可以具有用于向可调焦透镜提供至少一个控制信号的一个或多个端口，诸如一个或多个电端口。可成形材料具体可以选自由透明液体和透明有机材料(优选地为聚合物，更优选地为电活性聚合物)构成的组。然而，上述材料的组合是可能的。因此，作为示例，可成形材料可以包括两种不同类型的液体，诸如亲水性液体和亲脂性液体。其他类型的材料是可行的。
[0089] 可调焦透镜可以进一步包括至少一个致动器，用于使可成形材料的至少一个界面成形。致动器具体可以选自用于控制可调焦透镜的透镜区域中的液体量的液体致动器或适于电改变可成形材料的界面的形状的电致动器构成的组。
[0090] 可调焦透镜的一个实施例是静电可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以包括至少一种液体和至少两个电极，其中液体的至少一个界面的形状可以通过向电极施加电压或电流中的一者或两者而改变，优选地通过电润湿。另外或可选地，可调焦透镜可以基于一种或多种电活性聚合物的使用，电活性聚合物的形状可以通过施加电压和/或电场而改变。
[0091] 可以使用单个可调焦透镜或多个可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以是或可以包括单个透镜元件或多个单透镜元件。另外或可选地，可以使用多个透镜元件，所述多个透镜元件诸如在一个或多个模块中互连，每个模块具有多个可调焦透镜。因此，作为示例，至少一个可调焦透镜可以是或者可以包括至少一个透镜阵列，诸如在C.U.Murade等的Optics Express,Vol.20,No.16,18180-18187(2012)中公开的微透镜阵列。其他实施例是可行的，诸如单个可调焦透镜。
[0092] 至少一个可调焦透镜可以以各种方式使用。因此，具体地，通过在至少一个可选传送装置中使用至少一个可调焦透镜，可以解决z坐标的确定中的不确定性。因此，如例如在WO 2014/097181A1中说明的，光束(特别是高斯光线)的束腰或束直径在焦点之前和之后是对称的，并且因此在仅在一个纵向位置确定光斑的尺寸的情况下存在不确定性。因此，如在WO 2014/097181 A1中所提出的，可以确定在不同位置处的光斑的尺寸，这在本发明的上下文中也是可能的，以便解决不确定性并且以便以无不确定性的方式确定对象的至少一个z坐标。为此，作为示例，可以使用两个或两个以上的光学传感器，其优选地位于沿光束路径的不同位置处和/或位于不同的局部束路径中，如将在下文中更详细说明的。然而，另外或可选地，可以使用至少一个可选的可调焦透镜，并且根据本发明的评估可以通过至少两个不同的调节(即，至少一个可调焦透镜的至少两个不同的焦点位置)而发生。通过移动焦点位置，可以解决上述不确定性，因为当焦点位置改变时，在一种情况下在焦点位置之前的恒定距离处测量的束斑的尺寸与在第二种情况下在焦点之后的恒定距离处测量的束斑的尺寸会有不同的表现。因此，如本领域技术人员在看例如WO 2014/097181 A1的图5A或5B时可容易地得出的那样，在一种情况下，光斑的尺寸将增大，在另一种情况下减小，反之亦然。
[0093] 因此，通过使用至少一个可调焦透镜，可以避免束分离器或将束路径分离成两个或更多个局部束路径。然而，可以使用一个或多个不透明的光学传感器。可以使用至少一个可调焦透镜来记录一行中的两个或更多个图像，作为示例，上述图像可以用作针对评估装置的输入信号。因此，可以实现仅具有一个束路径的检测器或相机，诸如通过使用至少一个可调焦透镜的不同透镜聚焦记录两个或更多个图像来实现。图像可以用作针对至少一个评估装置的输入。
[0094] 其次，所述至少一个可调焦透镜可以用于记录在不同的对象平面中的图像。因此，通过改变至少一个可调焦透镜的焦距，可以进行3D成像。
[0095] 因此，通常，至少一个可选传送装置可以包括至少一个可调焦透镜。检测器(具体地是评估装置)可以被配置为随后记录在不同的对象平面中的图像。另外或可选地，检测器(具体地是评估装置)可以被配置为通过评估在至少一个可调焦透镜的至少两个不同的调节处获得的至少两个不同的非线性和信号S’，来确定具有不同纵向坐标z的对象的至少两个不同部分的纵向坐标。检测器(具体地是评估装置)可以被配置为通过比较在至少一个可调焦透镜的至少两个不同调节处获得的结果来解决在确定至少一个纵向坐标z时的不确定性。
[0096] 此外，另外或可选地，至少一个传送装置可以包括至少一个多透镜系统，诸如至少一个透镜阵列，具体地至少一个微透镜阵列。如本文所使用的，“多透镜”系统通常是指多个透镜，“透镜阵列”是指具体地在垂直于检测器的光轴的平面中以图案布置的多个透镜，诸如以矩形、圆形、六边形或星形图案。“微透镜阵列”是指具有在亚毫米范围内的直径或等效直径的透镜阵列，诸如具有小于1mm，具体地500μm或更小，更具体地300μm或更小的直径或等效直径。
[0097] 通过使用至少一个多透镜系统，具体地至少一个透镜阵列，更具体地至少一个微透镜阵列，可选地与诸如至少一个主透镜的至少一个另外的透镜结合，检测器可以体现为光场相机和/或全光(plenoptic)相机中的一种或两种。
[0098] 因此，具体地，可以实现具有微透镜的光场或全光检测器或相机，该检测器或相机诸如同时或顺序地记录至少两个不同的焦平面上的图像。记录的信息具体可以直接用作用于评估装置的输入。
[0099] 如本文所使用的，“光场检测器”通常指被配置为优选地同时记录来自至少两个不同的对象平面的信息的光学检测器。此外，如本文所使用的，“光场相机”通常指被配置为优选地同时记录来自至少两个不同对象平面的图像的相机。如本文进一步使用的，“全光检测器”通常是指包括具有不同焦点的多个透镜和/或多个曲面镜(诸如位于与检测器的光轴垂直的平面中的多个透镜和/或多个曲面镜)的检测器。类似地，如本文所使用的，“全光相机”通常是指包括具有不同焦点的多个透镜和/或多个曲面镜(诸如位于与相机的光轴垂直的平面中的多个透镜和/或多个曲面镜)的相机。
[0100] 光场检测器和/或光场相机的光学器件具体可以包括至少一个主透镜或主透镜系统，另外还包括至少一个多透镜系统，具体地至少一个透镜阵列，更具体地至少一个微透镜阵列。光场检测器和/或光场相机进一步包括至少一个光学传感器，诸如至少一个CCD和/或CMOS传感器。光学传感器具体可以是图像传感器。
[0101] 在记录图像时，第一对象平面中的对象可以被聚焦，使得图像平面可以与多透镜系统的平面的透镜一致，该多透镜系统具体地是至少一个透镜阵列，更具体地是至少一个微透镜阵列。聚焦在该对象平面上的图像可以通过将非线性传感器像素信号或每个透镜下方(诸如每个微透镜下方)的强度相加来获得。换言之，图像像素强度可以由一个微透镜下方的非线性传感器像素强度之和给出。图像分辨率具体可以与微透镜的数量相同。为了将图像重新聚焦到不同的对象平面，不同的传感器像素被求和以获得非线性的图像像素强度。换言之，像素的重组可能导致聚焦的改变，并因此导致对象平面的改变。像素具体可以被选择为使得微透镜的中心光线在新图像平面中重合。每个图像的分辨率可以等于微透镜的数量。可以从记录的图像中直接提取的不同图像的数量可以等于一个微透镜下方的像素的数量。
[0102] 软件FiP系统具体地可以使用软件和/或硬件来将CMOS或CCD的线性像素信号变换成非线性像素信号的和以获得FiP信号。光场相机可以使用软件和/或硬件来将微透镜下方的线性像素信号变换成像素信号的线性和以获得不同焦平面或不同视角的图像。光场相机的求和过程可以以非线性的方式进行，以便获得不同焦平面中的FiP信号。
[0103] 可以在硬件侧优化光场相机设置以用作FiP相机。因此，对于FiP，图像分辨率可能更高，而仅两个焦平面可能就足够了。因此，微透镜的数量可以增加，而在一个微透镜下方的传感器像素的数量可以减少。此外，关于软件-FiP，可以在两个固定焦平面处计算FiP信号。该软件因此可以相应地被优化。将基于微透镜的光场相机与软件-FiP结合进一步允许提供仅具有一个光路的商业可得的FiP系统。
[0104] 对于光场相机的功能的进一步的细节，可以参考WO 2014/198625 A1、WO 2014/198629 A1或WO 2015/024871 A1中的一个或多个，其全部内容通过引用包含于此。此外，对于光场检测器和/或光场相机的一般原理，具体地用于改变对象平面和用于重新聚焦，可以参考以下出版物中的一个或多个，所有这些出版物都是通过http://www.plenoptic.info/pages/refocusing.html而在线可得的：
[0105] C.Hahne,A.Aggoun,和V.Velisavljevic的"The refocusing distance of a standard plenoptic photograph,"in 3D-TV-Conference:The True Vision-Capture,Transmission and Display of 3D Video(3DTV-CON),8-10 July 2015；
[0106] C.Hahne,A.Aggoun,S.Haxha,V.Velisavljevic,和J.Fernández的"Light field geometry of a standard plenoptic camera,"Opt.Express 22,26659-26673(2014)；
[0107] C.Hahne,A.Aggoun,S.Haxha,V.Velisavljevic,和J.Fernández的"Baseline of virtual cameras acquired by a standard plenoptic camera setup,"in 3D-TV-Conference:The True Vision-Capture,Transmission and Display of 3D Video(3DTV-CON),2-4July 2014；
[0108] C.Hahne和A.Aggoun的"Embedded FIR filter design for real-time refocusing using a standard plenoptic video camera,"Proc.SPIE 9023,in Digital Photography X,902305(March 7,2014)。
[0109] 总而言之，所述至少一个可选传送装置可以包括至少一个多透镜系统，具体地为至少一个透镜阵列，更具体地为至少一个微透镜阵列。光学传感器的像素组可以被分配给多透镜系统的透镜，优选地为分配给多透镜系统的每个透镜一个像素组，使得通过多透镜系统的透镜的光照射被分配给该透镜的相应像素组中的像素。检测器可以体现为光场相机和/或全光相机中的一种或两种。
[0110] 检测器(具体是评估装置)可以被配置为确定位于不同纵向坐标处的对象的至少两个部分(也称为部件)的纵向坐标。其中，
[0111] 检测器可以被配置为通过将至少一个第一像素组的像素的非线性像素信号相加并且因此生成至少一个第一非线性和信号并且还通过评估该第一非线性和信号，来确定位于至少一个第一纵向坐标处的对象的至少一个第一部分的至少一个第一纵向坐标，以及[0112] 检测器可以进一步被配置为通过将至少一个第二像素组的像素的非线性像素信号相加，即，通过在执行至少一个非线性化步骤之后将至少一个第二像素组的像素的像素信号相加，并且因此生成至少一个第二非线性和信号，并且还通过评估该第二非线性和信号，来确定位于至少一个第二纵向坐标处的对象的至少一个第二部分的至少一个第二纵向坐标。
[0113] 此外，检测器(具体是至少一个求和装置)可以被配置为以第一方式对像素进行分组，从而生成第一多个像素组，第一多个像素组定义第一对象平面，其中求和装置被配置为将第一多个像素组中的每个像素组中的像素的非线性像素信号s’i,j相加，从而生成多个第一非线性和信号Sk′＝∑i，js′i，j，k，其中整数k表示第一像素组内的相应组；以及[0114] 检测器(具体是至少一个求和装置)可以被配置为以至少一个第二方式对像素进行分组，从而生成至少一个第二多个像素组，第二多个像素组定义至少一个第二对象平面，其中求和装置被配置为将第二多个像素组的每个像素组中的像素的非线性像素信号s’i,j相加，从而生成至少一个多个第二非线性和信号Sl′＝∑i，js′i，j，l，其中整数l表示第二像素组内的相应组。
[0115] 再次，关于至少一个可调焦透镜的使用，作为光场或全光检测器或相机的检测器和/或相机的设计提供了可以使用不透明的光学传感器的优点，而没有必要通过使用一个或多个束分离元件将束路径分离成两个或更多个局部束路径。然而，在这两种情况下，在本发明中束路径的分离仍然是可能的。
[0116] 在本发明的另一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。检测器系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上面公开的一个或多个实施例或者根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的检测器。检测器系统进一步包括至少一个信标装置，其适于将至少一个光束引向检测器，其中信标装置是可附接到对象、可由对象握持以及可集成到对象中的至少一种。下面将给出关于信标装置的另外的细节，包括其潜在的实施例。因此，至少一个信标装置可以是或可以包括至少一个有源信标装置，其包括一个或多个照射源，诸如像LED、激光器、灯泡等的一个或多个光源。另外或可选地，该至少一个信标装置可以适于诸如通过包括一个或多个反射元件而将一个或多个光束朝向检测器反射。此外，该至少一个信标装置可以是或者可以包括适于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。在至少一个信标装置适于朝向检测器反射和/或散射初级光束的情况下，信标装置可以适于使光束的谱特性不受影响，或者可选地，可以适于诸如通过修改光束的波长来改变光束的谱特性。
[0117] 在本发明的另一方面中，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。人机接口包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。其中，至少一个信标装置适于直接或间接地附接到用户或者由用户握持。人机接口被设计为通过检测器系统来确定用户的至少一个位置，其中人机接口被设计为向该位置分配至少一项信息。
[0118] 在本发明的另一方面中，公开了用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置。娱乐装置包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个人机接口。娱乐装置被配置为使玩家能够通过人机接口输入至少一项信息。娱乐装置进一步被配置为根据该信息改变娱乐功能。
[0119] 在本发明的另一方面中，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。跟踪系统包括如上面公开的和/或如下面进一步详细公开的涉及检测器系统的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器。轨迹控制器适于跟踪对象在特定时间点处的一系列位置。
[0120] 在本发明的另一方面中，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。相机包括根据如上面公开的或如下面进一步详细公开的涉及检测器的任何一个实施例的至少一个检测器。
[0121] 此外，本发明公开了一种用于通过使用检测器(诸如根据本发明的检测器，诸如根据如上面公开的或如下面进一步详细公开的涉及检测器的一个或多个实施例的检测器)来确定至少一个对象的位置的方法。然而，可以使用其他类型的检测器。
[0122] 所述方法包括以下方法步骤，其中所述方法步骤可以以给定的顺序执行或者可以以不同的顺序执行。此外，可能存在未列出的一个或多个附加的方法步骤。此外，可以重复执行一个、多于一个或者甚至全部的方法步骤。
[0123] 所述方法步骤如下：
[0124] -至少一个检测步骤，包括通过使用检测器的至少一个光学传感器检测由从对象朝向检测器传播到的至少一个光束生成的至少一个光斑，光学传感器具有至少一个像素矩阵，其中每个像素响应于由光束对像素的照射而生成至少一个像素信号si,j；
[0125] -至少一个非线性化步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个非线性化装置，将所有像素i、j或至少一个像素组的像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，非线性像素信号s’i,j每一个都是相应像素的照射功率pi,j的非线性函数；
[0126] -至少一个求和步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个求和装置，将所有像素i、j或至少一个像素组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S′＝∑i，js′i，j；以及
[0127] -至少一个评估步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个评估装置评估非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0128] 有关详细信息、选项和定义，可以参考如上讨论的检测器。因此，具体地，如上所述，该方法可以包括使用根据本发明(诸如根据上面给出的或者下面进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器。
[0129] 在本发明的另一方面中，提出了根据本发明(诸如根据上面给出的或者下面进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器的用途，为了使用的目的，选自由以下构成的组：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；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器组合的使用；与结构化光源组合的使用；与立体相机组合的使用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源组合的使用；与立体相机组合的使用。
[0130] 光学传感器可以包括一个或多个信号处理装置，诸如用于处理和/或预处理至少一个信号的一个或多个滤光器和/或模拟数字转换器。一个或多个信号处理装置可以全部或部分地集成到光学传感器中和/或可以全部或部分实现为独立的软件和/或硬件组件。
[0131] 为了确定至少一个对象的至少一个横向位置，作为示例并且如上所述，具体地可以通过评估装置来确定光斑的中心。因此，评估装置通常可以适于通过比较像素的信号来确定像素中具有最高照度的至少一个像素。因此，检测器通常可以适于确定具有通过光束的最高照射强度的一个或多个像素和/或矩阵的区或区域。作为示例，以这种方式，可以确定由光束生成的光斑的中心。
[0132] 也可以以其他方式使用最高照度和/或关于最高照度的至少一个区或区域的信息。因此，作为示例，也可以使用最高照度来确定消除是否仍然在预定的或可确定的测量范围内，诸如以便确定像素信号是否仍然在线性范围内。可以实施超范围检测，以便在超出测量范围的情况下生成警告和/或应用技术手段(means)将像素信号带回到测量范围内，诸如通过自动应用一个或多个光学滤波器和/或软件或硬件滤波器。
[0133] 此外，如上所述，光斑的尺寸，具体指光斑的直径和/或束腰可以取决于光斑内的最高照度。因此，通常，束腰被定义为光斑的半径，该半径从照射中心延伸到照射强度下降到1/e2因子的点。因此，阈值1/e2通常确定具有由高斯光束在光学传感器上生成的束半径或束腰w的光斑的边界。
[0134] 如上所述，可以提供至少一个光学传感器。该至少一个光学传感器通常可以是透明的或者可以是不透明的。因此，作为示例，光学传感器可以是透明的并且适于透射光束的功率的至少10％，优选地至少20％，并且更优选地至少50％。在以堆叠方式提供多个光学传感器的情况下，优选地，至少一个光学传感器是透明的。然而，本发明的主要优点之一在于这样的事实：常规相机芯片可以用作光学传感器，该光学传感器通常是不透明的。在这种情况下，为了避免使用透明光学传感器，在使用多个光学传感器的情况下，束路径的分离通常是优选的。
[0135] 在提供可以以堆叠方式和/或以另一种布置来设置的多个光学传感器的情况下，该光学传感器可以具有相同的谱灵敏度或者可以提供不同的谱灵敏度。因此，作为示例，至少两个光学传感器可以具有不同的谱灵敏度。如本文所使用的，术语谱灵敏度通常指这样的事实：对于相同光束功率，光学传感器的传感器信号可以随着光束的波长而变化。因此，通常，至少两个光学传感器就它们的谱特性而言可能不同。该实施例通常可以通过对光学传感器使用不同类型的滤波器和/或不同类型的吸收材料(诸如不同类型的染料或其他吸收材料)来实现。另外或可选地，光学传感器的不同的谱特性可以通过实现到光学传感器和/或检测器中的其它器件来生成，诸如通过使用一个或多个波长选择元件(诸如光学传感器前方的一个或多个滤波器(诸如彩色滤波器))和/或通过使用一个或多个棱镜和/或通过使用一个或多个二向色镜。因此，在提供多个光学传感器的情况下，至少一个光学传感器可以包括具有特定透射或反射特性的诸如彩色滤波器的波长选择元件，从而生成光学传感器的不同谱特性。
[0136] 在使用多个光学传感器的情况下，其中至少两个光学传感器关于它们各自的谱灵敏度不同，评估装置通常可以适于通过比较具有不同谱灵敏度的光学传感器的传感器信号来确定光束的颜色。如本文所使用的，表述“确定颜色”通常是指生成关于光束的至少一项谱信息的步骤。该至少一项谱信息可以从由以下构成的组中选择：波长，具体是峰值波长；颜色坐标，诸如CIE坐标。
[0137] 光束颜色的确定可以以本领域技术人员通常已知的各种方式来执行。因此，光学传感器的谱灵敏度可跨越颜色空间中的坐标系，并且由光学传感器提供的信号可提供在该颜色空间中的坐标，如技术人员例如根据确定CIE坐标的方式已知的。
[0138] 作为示例，检测器可以包括在堆叠中的两个、三个或更多个光学传感器。其中，至少两个，优选为至少三个光学传感器可以具有不同的谱灵敏度。此外，评估装置可以适于通过评估具有不同谱灵敏度的光学传感器的信号来生成针对光束的至少一项颜色信息。
[0139] 作为示例，为谱敏感光学传感器的至少三个光学传感器可以被包含在堆叠中。因此，例如，谱敏感光学传感器可以包括至少一个红色敏感光学传感器，该红色敏感光学传感器具有在600nm<λr<780nm的谱范围内的最大吸收波长λr，其中谱敏感光学传感器进一步包括至少一个绿色敏感光学传感器，该绿色敏感光学传感器具有在490nm<λg<600nm的谱范围内的最大吸收波长λg，其中谱敏感光学传感器进一步可以包括至少一个蓝色敏感光学传感器，该蓝色敏感传感器具有在380nm<λb<490nm的谱范围内的最大吸收波长λb。作为示例，红色敏感光学传感器、绿色敏感光学传感器和蓝色敏感光学传感器(以此顺序或以不同顺序)可以是光学传感器堆叠的朝向对象的第一光学传感器。
[0140] 评估装置可以适于生成至少两个颜色坐标，优选地至少三个颜色坐标，其中每个颜色坐标通过将谱敏感光学传感器中的一个的信号除以标准化值来确定。作为示例，标准化值可以包含所有谱敏感光学传感器的信号的和。另外或可选地，标准化值可以包含白色检测器的检测器信号。
[0141] 至少一项颜色信息可以包含颜色坐标。作为示例，至少一项颜色信息可以包含CIE坐标。
[0142] 除了优选地至少两个，更优选地至少三个谱敏感光学传感器之外，检测器可以进一步包括至少一个白色光学传感器，其中白色检测器可以适于吸收在所有谱敏感检测器的吸收范围内的光。因此，作为示例，白色光学传感器可以具有吸收整个可见光谱范围内的光的吸收谱。
[0143] 此外，在提供多个光学传感器的情况下，多个光学传感器关于装置设置和/或关于光学传感器中使用的材料方面可以不同。具体地，光学传感器关于在性质上的有机或无机方面可以不同。因此，多个光学传感器可以包括一个或多个有机光学传感器、一个或多个无机光学传感器、一个或多个混合有机-无机光学传感器或这些光学传感器中的至少两个的任意组合。因此，作为示例，检测器可以仅由有机光学传感器构成、可以仅由无机光学传感器构成或者可以仅由混合有机-无机光学传感器构成。另外或可选地，检测器可以包括至少一个有机光学传感器和至少一个无机光学传感器，或者可以包括至少一个有机光学传感器和至少一个混合有机-无机光学传感器，或者可以包括至少一个有机光学传感器和至少一个混合有机-无机光学传感器。
[0144] 如上所述，检测器可以进一步包括至少一个传送装置。该传送装置优选地可以位于对象与检测器之间的光路中，也被称为束路径。如本文所使用的，传送装置通常是适于将光束引导到光学传感器上的任意光学元件。该引导可以在光束的未经修改的特性的情况下发生，或者可以在成像或修改特性的情况下发生。因此，通常，传送装置可以具有成像特性和/或束成形特性，即，当光束通过传送装置光束时可以改变光束的束腰和/或加宽角度和/或光束的横截面的形状。作为示例，传送装置可以包括选自由透镜和反射镜构成的组的一个或多个元件。该反射镜可以选自由平面镜、凸面镜和凹面镜构成的组。另外或可选地，可以包括一个或多个棱镜。另外或可选地，可以包括一个或多个波长选择元件，诸如一个或多个滤波器(具体地为彩色滤波器)和/或一个或多个二向色镜。同样地，另外或可选地，传送装置可以包括一个或多个光阑，诸如一个或多个针孔光阑和/或虹膜光阑。
[0145] 传送装置可以例如包括一个或多个反射镜和/或束分离器和/或束偏转元件，以便影响电磁辐射的方向。可选地或另外，传送装置可以包括一个或多个能够具有会聚透镜和/或发散透镜的效应的成像元件。通过示例的方式，可选的传送装置可以具有一个或多个透镜和/或一个或多个凸面和/或凹面镜。再次可选地或另外，传送装置可以具有至少一个波长选择元件，例如至少一个光学滤波器。再次可选地或另外，传送装置可以被设计为对例如在传感器区域的位置处并且特别是在传感器区上的电磁辐射施加预定的束轮廓。原理上，可选的传送装置的上述可选实施例可以单独地或以任何期望的组合来实现。作为示例，该至少一个传送装置可以位于检测器的前方，即，位于检测器朝向对象的一侧。
[0146] 除了对象的至少一个纵向坐标之外，还可以确定对象的至少一个横向坐标。通过提供一个或多个横向坐标，诸如x坐标和/或y坐标，评估装置可以适于提供对象的至少一个三维位置。
[0147] 如上所述，在本发明的一个方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。检测器系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如如在一个或多个上述实施例中公开的和/或如在下面进一步详细公开的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。检测器系统进一步包括至少一个信标装置，其适于将至少一个光束引向检测器。如本文所使用的以及将在下面进一步详细公开的，信标装置通常是指适于将至少一个光束引向检测器的任意装置。信标装置可以完全或部分地体现为有源信标装置，其包括用于生成光束的至少一个照射源。另外或可选地，信标装置可以完全地或部分地体现为无源信标装置，其包括至少一个反射元件，该反射元件适于将独立于信标装置生成的初级光束朝向检测器反射。
[0148] 信标装置是可附接到对象、可由对象握持以及可集成到对象中的至少一种。因此，信标装置可以通过诸如一个或多个连接元件的任意附接装置附接到对象。另外或可选地，对象可以适于诸如通过一个或多个适当的握持装置来握持信标装置。另外或可选地，此外，信标装置可以完全或部分地集成到对象中，并且因此可以形成对象的一部分或甚至可以形成对象。
[0149] 通常，关于信标装置的潜在实施例，可以参考WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1或2014年12月17日提交的PCT/EP2014/078155中的一个或多个。然而，其他实施例是可行的。
[0150] 如上所述，信标装置可以完全或部分地体现为有源信标装置并且可以包括至少一个照射源。因此，作为示例，信标装置可以通常包括任意的照射源，诸如选自由发光二极管(LED)、灯泡、白炽灯和荧光灯构成的组的照射源。其他实施例是可行的。
[0151] 另外或可选地，如上所述，信标装置可以完全或部分地体现为无源信标装置并且可以包括至少一个反射装置，该反射装置适于反射由独立于对象的照射源生成的初级光束。因此，除了生成光束之外或可选地，信标装置可以适于将初级光束朝向检测器反射。
[0152] 检测器系统可以包括一个、两个、三个或更多个信标装置。因此，通常，在对象是至少在显微镜尺度上的刚性对象并因此不改变其形状的情况下，优选地可以使用至少两个信标装置。在对象完全或部分地是柔性的或者适于完全或部分地改变其形状的情况下，优选地，可以使用三个或更多个信标装置。通常，信标装置的数量可以适应对象的灵活度。优选地，检测器系统包括至少三个信标装置。
[0153] 对象通常可以是活体或非活体对象。检测器系统甚至可以包括至少一个对象，该对象从而形成检测器系统的一部分。然而，优选地，对象可以在至少一个空间维度上独立于检测器而移动。
[0154] 对象通常可以是任意的对象。在一个实施例中，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。
[0155] 如将在下面进一步详细描述的，诸如为了控制机器、游戏或运动模拟的目的，本发明可以具体地用于跟踪人的位置和/或运动。在该实施例或其他实施例中，具体地，该对象可以选自由以下部分构成的组：运动器材物品，优选地选自由球拍、球杆、球棒构成的组的物品；衣物；帽子；鞋。
[0156] 在本发明的另一方面，如上所述，公开了用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口。人机接口包括根据本发明的诸如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。信标装置适于是直接或间接地附接到用户以及由用户握持中的至少一种。人机接口被设计为通过检测器系统确定用户的至少一个位置。人机接口进一步被设计为向该位置分配至少一项信息。
[0157] 在本发明的另一方面中，公开了一种用于进行至少一个娱乐功能的娱乐装置。娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口。娱乐装置进一步被设计为使得玩家能够通过人机接口输入至少一项信息。娱乐装置进一步被设计成根据该信息改变娱乐功能。
[0158] 如上所述，在本发明的另一方面中，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。跟踪系统包括根据本发明的诸如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器系统。该跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器，其中该轨迹控制器适于跟踪对象在特定时间点处的一系列位置。
[0159] 因此，通常，根据本发明的装置，诸如检测器，可以应用于各种使用领域。具体地，可以将检测器应用于从以下组中选择的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于生成至少一个空间的地图的测图应用，诸如选自房间、建筑物和街道的组中的至少一个空间；移动应用；网络摄像头；音频装置；杜比环绕音响系统；计算机外围装置；游戏应用；相机或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用；与至少一种飞行时间检测器结合使用。另外或可选地，可以指定在尤其是基于地标的定位和/或导航的本地和/或全球定位系统中的应用，具体是用于汽车或其它车辆(诸如火车、摩托车、自行车，用于货物运输的卡车)、机器人中或由行人使用。此外，室内定位系统可以被指定为潜在应用，诸如用于家庭应用和/或用于在制造技术中使用的机器人。
[0160] 因此，首先，根据本发明的装置可以用于移动电话、平板计算机、膝上型计算机、智能面板或其它固定或移动或可穿戴计算机或通信应用中。因此，根据本发明的装置可以与至少一个有源光源(诸如发射在可见光范围或红外光谱范围中的光的光源)组合，以便提高性能。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作相机和/或传感器，诸如与用于扫描环境、对象和生物的移动软件组合。根据本发明的装置甚至可以与2D相机(诸如常规相机)组合，以便增加成像效果。根据本发明的装置可以进一步用于监视和/或用于记录目的，或者作为输入装置以控制移动装置，尤其是与语音和/或手势识别相结合。因此，具体地，用作人机接口(同样称为输入装置)的根据本发明的装置可以用于移动应用中，诸如用于经由移动装置(诸如移动电话)控制其它电子装置或组件。作为示例，包括根据本发明的至少一个装置的移动应用可以用于控制电视机、游戏控制台、音乐播放器或音乐装置或其它娱乐装置。
[0161] 此外，根据本发明的装置可以用于网络摄像头或用于计算应用的其它外围装置。因此，作为示例，根据本发明的装置可以与用于成像、记录、监视、扫描或运动检测的软件组合使用。如在人机接口和/或娱乐装置的上下文中所描述的，根据本发明的装置对于通过面部表情和/或身体表达来给出命令是特别有用的。根据本发明的装置可以与其它输入生成装置组合，像例如鼠标、键盘、触摸板、麦克风等。此外，根据本发明的装置可以诸如通过使用网络摄像头而用于游戏应用中。此外，根据本发明的装置可以用于虚拟训练应用和/或视频会议中。此外，根据本发明的装置可以用于识别或跟踪在虚拟或增强现实应用中使用的手、手臂或对象，尤其是当佩戴头戴式显示器时。
[0162] 此外，根据本发明的装置可以用于移动音频装置、电视装置和游戏装置中，如以上部分地描述的。具体地，根据本发明的装置可以用作用于电子装置、娱乐装置等的控制器或控制装置。此外，根据本发明的装置可以用于眼睛检测或眼睛跟踪，诸如在2D和3D显示技术中，尤其是采用用于增强现实应用的透明显示器，和/或用于识别是否正在观看显示器和/或从哪个角度观看显示器。此外，特别是当佩戴头戴式显示器时，根据本发明的装置可以用于探索与虚拟或增强现实应用相关联的房间、边界、障碍物。
[0163] 此外，根据本发明的装置可以用于或用作数码相机，诸如DSC相机；和/或用于或用作反射相机，诸如SLR相机。对于这些应用，可以参考根据本发明的装置在如上所公开的诸如移动电话的移动应用中的用途。
[0164] 此外，根据本发明的装置可以用于安全或监视应用。因此，作为示例，根据本发明的至少一个装置可以与一个或多个数字和/或模拟电子器件组合，如果对象在预定区域的内部或外部(例如用于银行或博物馆中的监视应用)，则该一个或多个数字和/或模拟电子器件将给出信号。具体地，根据本发明的装置可以用于光学加密。通过使用根据本发明的至少一个装置的检测可以与其它检测装置组合以补充波长，诸如与IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声波检测器组合。根据本发明的装置可以进一步与主动红外光源组合以允许在低光环境中检测。与有源检测器系统相比，根据本发明的装置通常是有利的，具体地是因为根据本发明的装置可以避免主动发送可以由第三方检测到的信号，如在例如在雷达应用、超声波应用、LIDAR或类似的有源检测器装置的情况下。因此，通常，根据本发明的装置可以用于无法识别和不可检测的移动对象的跟踪。另外，根据本发明的装置与常规装置相比通常更少倾向于操纵和刺激。
[0165] 此外，考虑到通过使用根据本发明的装置的3D检测的容易性和准确性，根据本发明的装置通常可以用于面部、身体和人的识别和标识。其中，根据本发明的装置可以与用于识别或个性化目的的其它检测装置组合，诸如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段。因此，通常，根据本发明的装置可以用于安全装置和其它个性化应用中。
[0167] 除了上述的安全和监视应用之外，根据本发明的装置通常可以用于对空间和区域进行监视和监测。因此，根据本发明的装置可以用于监视和监测空间和区域，并且作为示例，用于在入侵禁止区域的情况下触发或执行警报。因此，通常，根据本发明的装置可以用于建筑物监视或博物馆中的监视目的，可选地与其它类型的传感器组合，诸如与运动或热传感器组合，与图像增强器或图像加强装置和/或光电倍增管组合。此外，根据本发明的装置可以在公共空间或拥挤的空间中使用以检测潜在的危险活动，诸如在停车场中或无人值守的对象(诸如机场中的无人值守的行李)中的盗窃之类的犯罪行为。
[0168] 此外，根据本发明的装置可以有利地应用于相机应用中，诸如视频和摄像机应用。因此，根据本发明的装置可以用于运动捕捉和3D电影记录。其中，根据本发明的装置通常提供了优于常规光学装置的大量优点。因此，根据本发明的装置通常需要相对于光学组件的较低复杂性。因此，作为示例，与常规光学装置相比，诸如通过提供仅具有一个透镜的根据本发明的装置，可以减少透镜的数量。由于复杂性降低，非常紧凑的装置是可能的，诸如用于移动使用。具有两个或更多个具有高质量的透镜的常规光学系统通常是庞大的，诸如由于通常需要大量的分束器。此外，根据本发明的装置通常可以用于聚焦/自动聚焦装置，诸如自动聚焦相机。此外，根据本发明的装置同样可以用于光学显微镜，特别是用于共焦显微镜。
[0169] 此外，根据本发明的装置通常可应用于汽车技术和运输技术的技术领域。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作距离和监视传感器，诸如用于自适应巡航控制、紧急制动辅助、车道偏离警告、环绕视图、盲点检测、后交叉交通警报和其它汽车和交通应用。此外，根据本发明的装置同样可以用于速度和/或加速度测量，诸如通过分析通过使用根据本发明的检测器获得的位置信息的第一和第二时间导数。该特征通常可应用于汽车技术、运输技术或一般交通技术中。在其它技术领域中的应用是可行的。在室内定位系统中的具体应用可以是检测乘客在运输中的位置，更具体地以电子地控制诸如安全气囊的安全系统的使用。在乘客处于如气囊的使用可能对乘客造成严重的伤害的情况下，可以防止使用气囊。
[0170] 在这些或其它应用中，通常，根据本发明的装置可以作为独立装置使用或者与其它传感器装置组合使用，诸如与雷达和/或超声装置组合使用。具体地，根据本发明的装置可以用于自主驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，根据本发明的装置可以与红外传感器、雷达传感器(其可以是声传感器)、二维相机或其它类型的传感器组合使用。在这些应用中，根据本发明的装置的普遍无源性质是有利的。因此，由于根据本发明的装置通常不需要发射信号，所以可以避免有源传感器信号与其它信号源的干扰的风险。根据本发明的装置具体可以与识别软件组合使用，诸如标准图像识别软件。因此，如由根据本发明的装置提供的信号和数据通常易于处理，并且因此通常比建立的立体视觉系统(诸如LIDAR)要求较低的计算能力。假定低的空间需求，根据本发明的装置(诸如相机)可以放置在车辆中的几乎任何地方，诸如在窗口屏幕上、前罩上、保险杠上、灯上、后视镜上，或其它地方等。可以组合根据本发明的各种检测器，诸如基于本发明内公开的效应的一个或多个检测器，诸如以便允许自主驾驶车辆或以便增加主动安全概念的性能。因此，根据本发明的各种装置可以与根据本发明的一个或多个其它装置和/或常规传感器组合，诸如在像后窗、侧窗或前窗的窗户中，在保险杠上或在灯上。
[0171] 根据本发明的至少一个装置(诸如根据本发明的至少一个检测器)与一个或多个雨检测传感器的组合同样是可能的。这是由于根据本发明的装置通常比常规传感器技术(诸如雷达)有利的事实，特别是在大雨期间。根据本发明的至少一个装置与至少一种常规感测技术(诸如雷达)的组合可以允许软件根据天气条件选择正确的信号组合。
[0172] 此外，根据本发明的装置通常可以用作中断辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可以集成在车辆中，或者可以在车辆外部使用，诸如以便测量在交通控制中其它汽车的速度。此外，根据本发明的装置可以用于检测停车场中的免费停车位。
[0173] 此外，根据本发明的装置可以用于医疗系统和运动领域。因此，在医疗技术领域中，可指定例如用于内窥镜的手术机器人，因为如上所述，根据本发明的装置可以仅需要小的体积并且可以集成到其它装置中。具体地，根据本发明的最多具有一个透镜的装置可以用于在医疗装置中(诸如在内窥镜中)捕获3D信息。此外，根据本发明的装置可以与适当的监测软件组合，以便能够跟踪和分析移动。这可以允许医疗装置(诸如内窥镜或解剖刀)的位置与来自医疗成像的(诸如从磁共振成像、x射线成像或超声成像获得的)结果的即时叠加。例如在精确的位置信息很重要的医疗治疗中，诸如在脑部手术和远距离诊断和远程医疗中，这些应用是特别有价值的。此外，根据本发明的装置可以用于3D身体扫描。身体扫描可以在医疗背景中应用，诸如在牙科手术、整容手术、减肥手术或美容整形手术中，或者其可以应用在医疗诊断的背景中，诸如应用在肌筋膜痛综合征、癌症、身体畸形障碍或其它疾病的诊断中。身体扫描可以进一步应用于运动领域，以评估运动器材的人体工程学应用或适配。
[0174] 身体扫描可以进一步用于服装的背景中，诸如以确定衣服的合适的尺寸和适配。该技术可以用于定制衣服的背景中，或者在从因特网或者诸如微型信息亭装置或客户礼宾装置的自助购物装置订购衣服或鞋子的背景中。在服装的背景中的身体扫描对扫描充分穿戴的客户尤其重要。
[0175] 此外，根据本发明的装置可以在人员计数系统的背景中使用，诸如以对电梯、火车、公共汽车、汽车或飞机中的人数计数，或者对通过走廊、门、通道、零售店、体育馆、娱乐场所、博物馆、图书馆、公共场所、电影院、剧院等的人数计数。此外，人员计数系统中的3D功能可以用于获得或估计关于被计数的人的进一步信息，诸如身高、体重、年龄、身体健康等。该信息可用于商业智能度量，和/或用于进一步优化人们可以被计数的地区以使其更具吸引力或安全性。在零售环境中，根据本发明的在人员计数的背景中的装置可以用于识别返回的客户或交叉顾客，以评估购物行为，以评估进行购买的访客的百分比，以优化员工班次，或者以监测每个访客购物商场的成本。此外，人员计数系统可用于人体测量。此外，根据本发明的装置可以用于公共交通系统中，用于根据运输长度对乘客自动收费。此外，根据本发明的装置可以用于儿童游乐场中，以识别受伤的儿童或从事危险活动的儿童，以允许与操场玩具的附加互动，以确保操场玩具的安全使用等。
[0176] 此外，根据本发明的装置可以用于建筑工具，诸如确定到对象或墙壁的距离的测距仪，以评估表面是否是平面的，将对象对准或将对象以有序的方式放置，或用于施工环境的检查相机等。
[0177] 此外，根据本发明的装置可以应用于运动和锻炼领域中，诸如用于训练、远程指示或竞赛目的。具体地，根据本发明的装置可以应用于跳舞、有氧运动、足球、英式足球、篮球、棒球、板球、曲棍球、田径、游泳、马球、手球、排球、橄榄球、相扑、柔道、击剑、拳击、高尔夫、赛车、激光标签、战场模拟等。根据本发明的装置可用于在运动中和比赛中检测球、球拍、剑、运动等的位置，诸如以监测比赛，支持裁判或用于判断，具体是自动判断运动中的具体情况，诸如判断一个点或一个目标是否实际发生。
[0178] 此外，根据本发明的装置可以用于汽车赛车或汽车驾驶员训练或汽车安全训练等领域中，以确定汽车的位置或汽车轨迹，或者与先前轨迹或理想轨迹的偏差等。
[0179] 根据本发明的装置还可以用于支持乐器的实践，特别是远程课程，例如弦乐器的课程，诸如小提琴(fiddles)、小提琴(violins)、中提琴、大提琴、低音提琴、竖琴、吉他、班卓琴、或尤克里里琴、键盘乐器，诸如钢琴、风琴、电子钢琴(keyboards)、拨弦键琴、黄风琴、或手风琴和/或打击乐器，诸如鼓、定音鼓、木琴、柔音木琴、电颤琴、邦高鼓、康加鼓、蒂姆巴尔鼓、珍贝鼓或手鼓。
[0180] 根据本发明的装置可进一步用于康复和物理治疗，以便鼓励训练和/或以便调查和纠正移动。其中，根据本发明的装置同样可以应用于距离诊断。
[0181] 此外，根据本发明的装置可以应用于机器视觉领域。因此，根据本发明的装置中的一个或多个可用作例如自动驾驶和/或机器人工作的无源控制单元。结合移动机器人，根据本发明的装置可以允许用于自动移动和/或部件中的故障的自动检测。根据本发明的装置同样可用于制造和安全监视，诸如以便避免包括但不限于机器人、生产部件和生物之间的碰撞的事故。在机器人技术中，人类与机器人之间的安全和直接的交互通常是一个问题，因为机器人在人类没有被识别的情况下可能会严重伤害人类。根据本发明的装置可以帮助机器人更好更快地定位对象和人类，并允许安全的交互。假定根据本发明的装置的无源特性，根据本发明的装置可以比有源装置更有利，和/或可以与现有的解决方案(如雷达、超声波、2D相机、IR检测等)互补使用。根据本发明的装置的一个特别优点是低的信号干扰的可能性。因此，多个传感器可以在同一环境中同时工作，而不会生成信号干扰的风险。因此，根据本发明的装置通常可能在高度自动化的生产环境中是有用的，例如，但不限于汽车、采矿、钢铁等。根据本发明的装置同样可以用于生产中的质量控制，例如与其它传感器(如2D成像、雷达、超声波、IR等)结合使用，诸如用于质量控制或其它目的。此外，根据本发明的装置可以用于表面质量的评估，诸如用于测量产品的表面平整度或从微米范围到米的范围的特定尺寸的粘附。其它质量控制应用是可行的。在制造环境中，根据本发明的装置对于处理具有复杂的三维结构的天然产品(诸如食品或木材)以避免大量的废料是特别有用的。此外，根据本发明的装置可用于监测罐、仓库等的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于检查复杂产品的缺失部件、不完整部件、松散部件、低质量部件等，诸如在诸如印刷电路板的自动光学检查、组件或子组件的检查、工程部件的检验、发动机部件检查、木材质量检查、标签检查、医疗设备的检查、产品取向的检查、包装检查、食品包装检查等。
[0182] 此外，根据本发明的装置可以用于车辆、火车、飞机、船舶、航天器和其他交通应用中。因此，除了上述在交通应用的背景中的应用之外，还可以指定用于飞机、车辆等的无源跟踪系统。根据本发明的至少一个装置(诸如根据本发明的至少一个检测器)的用于监测移动对象的速度和/或方向是可行的。具体地，可以指定在陆上、海上以及包括太空在内的空中的快速移动对象的跟踪。根据本发明的至少一个装置，诸如根据本发明的至少一个检测器具体可以安装在静止的和/或移动的装置上。根据本发明的至少一个装置的输出信号可以例如与用于另一对象的自主或引导运动的引导机构组合。因此，用于避免跟踪的和操纵的对象之间的碰撞或用于使跟踪的和操纵的对象之间能够碰撞的应用是可行的。由于所需的计算功率低、即时响应以及由于与有源系统(像例如雷达)相比通常更难以检测和干扰的检测系统的无源性质，所以根据本发明的装置通常是有用和有利的。根据本发明的装置是特别有用于但不限于例如速度控制和空中交通管制装置。此外，根据本发明的装置可用于道路收费的自动收费系统。
[0183] 根据本发明的装置通常可以被用于无源应用中。无源应用包括对港口或危险区域中的船舶以及对着陆或起飞时的飞机的指导。其中，固定的已知的有源目标可以用于精确的指导。同样的情况可用于处于危险但是明确限定的路线上行驶的车辆，诸如采矿车辆。此外，根据本发明的装置可以用于检测快速接近的对象，例如汽车、火车、飞行对象、动物等。此外，根据本发明的装置可以用于检测对象的速度或加速度，或者通过依据时间跟踪对象的位置、速度和/或加速中的一个或多个来预测对象的移动。
[0184] 此外，如上所述，根据本发明的装置可以用于游戏领域中。因此，根据本发明的装置可以是无源的，用于相同或不同尺寸、颜色、形状等的多个对象，诸如与用于将移动结合到其内容中的软件结合的移动检测。特别地，应用在将运动实现到图形输出中是可行的。此外，用于给出命令的根据本发明的装置的应用是可行的，诸如通过使用根据本发明的装置中的一个或多个来进行手势或面部识别。根据本发明的装置可以与有源系统组合以便在例如低光条件下或在需要增强周围环境条件的其它情况下工作。另外或可选地，根据本发明的一个或多个装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的。根据本发明的检测器与特殊装置的组合同样是可能的，这可以通过系统及其软件容易地区分，例如但不限于特殊的颜色、形状、距其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制装置上的光源的频率、表面特性、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，该装置可以类似于棒、球拍、球杆、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、汤匙、叉子、立方体、骰子、人物、木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器的辅助装置，诸如琴拔、鼓槌等。其它选项是可行的。
[0185] 此外，根据本发明的装置可以用于检测和/或跟踪诸如由于高温或进一步的发光过程由其自身发光的对象。发光部可以是排气流等。此外，根据本发明的装置可以用于跟踪反射对象并分析这些对象的旋转或取向。
[0186] 此外，根据本发明的装置通常可以用于建筑、建造和制图领域。因此，通常，可以使用根据本发明的一个或多个装置以便测量和/或监测环境区域，例如农村或建筑物。其中，根据本发明的一个或多个装置可以与其它方法和装置组合，或者可以单独使用，以便监测建筑物项目的进展和准确性、变化的对象、房屋等。根据本发明的装置可以用于生成扫描环境的三维模型，以便从地面或空中构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领域可能是建造、制图、房地产管理、土地测量等。作为示例，根据本发明的装置可以用于多旋翼机以便监测建筑物、农业生产环境(诸如田地)、生产设备或景观，以支持救援行动，或以查找或监测一个或多个人或动物等。
[0187] 此外，根据本发明的装置还可以用于诸如CHAIN(Cedec家用电器互操作网络(Cedec Home Appliances Interoperating Network))的家用电器的互连网络内，以在家庭中互连、自动化和控制基本的电器相关服务，例如，能量或负载管理、远程诊断、宠物相关电器、儿童相关电器、儿童监视、电器相关监视、对老年人或病人的支持或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的遥控、和自动维护支持。此外，根据本发明的装置可以用在诸如空调系统的制热或制冷系统中，以定位房间的哪一部分调到一定的温度或湿度，特别地取决于一个或多个人的位置。此外，根据本发明的装置可以用于家用机器人，诸如可用于家务的服务或自主机器人。根据本发明的装置可以用于许多不同的目的，诸如避免碰撞或对环境制图、还可以用于识别用户、针对给定用户个性化机器人的性能，为了安全的目的，或者用于手势或面部识别。作为示例，根据本发明的装置可以用于机器人真空吸尘器、地板洗涤机器人、干扫机器人、用于熨烫衣服的熨烫机器人、诸如猫砂机器人的动物垃圾机器人、检测入侵者的安全机器人、机器人割草机、自动水池清洗机、雨水槽清洗机器人、窗户清洗机器人、玩具机器人、现场遥现机器人、向较少移动人群提供公司的社交机器人、或将语音翻译成符号语言或将符号语言翻译成语音的机器人。在少移动人群(诸如老年人)的背景下，具有根据本发明的装置的家用机器人可以用于拾取对象、运送对象、并以安全的方式与对象和用户进行交互。此外，根据本发明的装置可以用于使用危险材料或对象或在危险环境中操作的机器人。作为非限制性示例，根据本发明的装置可以用于机器人或无人驾驶的遥控车辆中，以便操作尤其是在灾难之后的诸如化学材料或放射性材料之类的危险材料或其他危险或潜在危险的对象，诸如地雷、未爆炸的武器等，或在不安全的环境中操作或调查不安全的环境，例如靠近燃烧的对象或灾后区域。
[0188] 此外，根据本发明的装置可以用在家用、移动或娱乐装置中，诸如冰箱、微波炉、洗衣机、窗帘或百叶窗、家用报警器、空调装置、加热装置、电视机、音响装置、智能手表、移动电话、电话机、洗碗机、灶具等，以检测人的存在，以监测装置的内容或功能，或者与人交互和/或与其他家庭、移动或娱乐装置共享关于该人的信息。
[0189] 根据本发明的装置可以进一步在农业中使用，例如完全或部分地检测和分类害虫、杂草和/或感染的农作物，其中农作物可能被真菌或昆虫感染。此外，为了收获作物，根据本发明的装置可以用于检测动物，诸如鹿，否则这些动物可能受到收获装置伤害。此外，根据本发明的装置可以用于监测田间或温室中植物的生长，特别地以针对田间或温室中给定区域或者甚至是给定植物来调节水或肥料的量或作物保护产品的量。此外，在农业生物技术中，根据本发明的装置可以用于监测植物的尺寸和形状。
[0190] 此外，根据本发明的装置可以与检测化学品或污染物的传感器、电子鼻片、检测细菌或病毒等的微生物传感器芯片、盖革(Geiger)计数器、触觉传感器、热传感器等组合。这可以例如用于构建智能机器人，该智能机器人被配置为用于处理危险或困难的任务，诸如治疗高度感染的患者、处理或去除高度危险的情况、清洁高度污染区，诸如高度放射性区或化学物质泄漏、或用于农业中的病虫害防治。
[0191] 根据本发明的一个或多个装置可进一步用于扫描对象，诸如与CAD或类似软件组合，诸如用于添加剂制造和/或3D打印。其中，可以使用根据本发明的装置的高尺寸精度，例如，在x-、y-或z-方向中或以这些方向的任意组合，诸如同时地。此外，根据本发明的装置可以用于检查和维护中，诸如管道检测计。此外，在生产环境中，根据本发明的装置可以用于处理形状不规则的对象，诸如天然生长的对象，诸如通过形状或尺寸分选蔬菜或其它天然产物或切割产品，诸如肉或以低于加工步骤所需精度的精度制造的对象。
[0192] 此外，根据本发明的装置还可以用于本地导航系统中以允许通过室内或室外空间自动地或部分地自动地移动的车辆或多个直升机等。非限制性示例可以包括车辆移动通过自动仓库，用于拾取对象并将它们放置在不同位置。室内导航可进一步用于商场、零售商店、博物馆、机场或火车站，以跟踪移动商品、移动装置、行李、客户或员工的位置，或向用户提供位置特定信息，诸如地图上的当前位置、或出售的商品上的信息等。
[0193] 此外，根据本发明的装置可以用于通过监测速度、倾斜度、即将到来的障碍物、道路的不平整性或曲线等来确保摩托车的安全驾驶，诸如用于摩托车的驾驶辅助。此外，根据本发明的装置可以用于火车或电车中以避免碰撞。
[0194] 此外，根据本发明的装置可以用于手持装置中，诸如用于扫描包装或包裹以优化物流过程。此外，根据本发明的装置可以用于另外的手持装置，诸如个人购物装置、RFID读取器、用于医院或用于医疗用途的健康环境的手持装置，或以获得、交换或记录患者或患者健康相关信息、零售或健康环境的智能徽章等。
[0195] 如上所述，根据本发明的装置可以进一步用于制造、质量控制或识别应用中，诸如用于产品识别或尺寸识别中(诸如用于找到最优位置或包装，以减少浪费等)。此外，根据本发明的装置可用于物流应用。因此，根据本发明的装置可用于优化装载或包装容器或车辆。此外，根据本发明的装置可用于制造领域中的表面损坏的监控或控制，用于监控或控制租赁对象(诸如租赁车辆)和/或用于保险应用，诸如用于损坏评估。此外，根据本发明的装置可以用于识别材料、对象或工具的尺寸，诸如用于最优材料处理，特别是与机器人组合。此外，根据本发明的装置可以用于生产中的过程控制，例如用于观察罐的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于维护生产资产，例如但不限于罐、管道、反应器、工具等。此外，根据本发明的装置可用于分析3D质量标记。此外，根据本发明的装置可以用于制造定制商品，诸如牙嵌、牙支架、假体、衣服等。根据本发明的装置同样可以与用于快速原型设计、3D复制等的一个或多个3D打印机组合。此外，根据本发明的装置可以用于检测一个或多个物品的形状，诸如用于防盗版和防伪的目的。
[0196] 因此，具体地，本申请可以应用于摄影领域。因此，检测器可以是摄影装置的一部分，具体是数字相机的一部分。具体地，检测器可以用于3D摄影，具体用于数字3D摄影。因此，检测器可以形成数字3D相机，或者可以是数字3D相机的一部分。如在此所使用的，术语摄影通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如在此进一步使用的，相机通常是适于执行摄影的装置。如在此进一步使用的，术语数字摄影通常是指通过使用适于生成指示照射的强度和/或颜色的电信号(优选数字电信号)的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如在此进一步使用的，术语3D摄影通常是指在三个空间维度中获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适于执行3D摄影的装置。相机通常可以适于获取单个图像，诸如单个3D图像，或者可以适于获取多个图像，诸如图像序列。因此，相机同样可以是适于视频应用(诸如用于获取数字视频序列)的相机。
[0197] 因此，通常，本发明进一步涉及用于对至少一个对象成像的相机，具体地，数字相机，更具体地，3D相机或数字3D相机。如上所述，如在此所使用的术语成像通常是指获取至少一个对象的图像信息。相机包括根据本发明的至少一个检测器。如上所述，相机可以适于获取单个图像或适于获取多个图像，诸如图像序列，优选地适于获取数字视频序列。因此，作为示例，相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下，相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
[0198] 如在本发明中使用的，表述“位置”通常是指关于对象的一个或多个点的绝对位置和取向中的一个或多个的至少一项信息。因此，具体地，可以在检测器的坐标系中，诸如在笛卡尔坐标系中确定位置。然而，另外或可选地，可以使用其他类型的坐标系，诸如极坐标系和/或球坐标系。
[0199] 如上所述和如下面将进一步详细描述的，本发明优选地可以应用于人机接口领域、运动领域和/或计算机游戏领域。因此，优选地，对象可以选自由以下部分构成的组：运动器材物品(优选地选自球拍、球杆、球棒构成的组中选择的物品)；衣服；帽子；鞋。其他实施例是可行的。
[0200] 如本文所使用的，对象通常可以是从活体对象和非活体对象中选择的任意对象。因此，作为示例，至少一个对象可以包括一个或多个物品和/或物品的一个或多个部分。另外或可选地，对象可以是或可以包括一个或多个生物和/或其一个或多个部分，诸如人(例如，用户)和/或动物的一个或多个身体部分。
[0201] 关于用于确定对象的位置的坐标系(其可以是检测器的坐标系)，检测器可以构成如下坐标系，其中检测器的光轴形成z轴，并且其中可以另外提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴。作为示例，检测器和/或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，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于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向坐标。
[0202] 可选地，可以使用其它类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，其中光轴形成z轴，并且其中距z轴的距离和极角用作附加坐标。再次，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。
[0203] 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装置。因此，优选地在检测器的坐标系中，位置可以指完全描述对象或其一部分的位置的信息，或者可以指仅部分地描述位置的部分信息。检测器通常可以是适于检测光束(诸如从信标装置朝向检测器传播的光束)的装置。
[0204] 评估装置和检测器可以全部或部分地集成到单个装置中。因此，评估装置通常也可以形成检测器的一部分。可选地，评估装置和检测器可以完全地或部分地体现为分开的装置。检测器可以包括其他组件。
[0205] 检测器可以是固定装置或可移动装置。此外，检测器可以是独立装置，或者可以形成另一装置(诸如计算机、车辆或任何其它装置)的一部分。此外，检测器可以是手持装置。检测器的其它实施例是可行的。
[0206] 与全光或光场相机相比，检测器具体可用于记录位于检测器的透镜或透镜系统后面的光场。因此，具体地，检测器可以被体现为适于(诸如同时)获取在多个焦平面中的图像的光场相机。这里使用的术语“光场”通常是指检测器内部(诸如相机内部)的光的空间光传播。根据本发明的具体地具有光学传感器堆叠的检测器可以具有直接记录检测器或相机内(诸如在透镜后面)的光场的能力。多个像素化传感器可以记录距透镜不同距离处的图像。使用例如基于卷积的算法(诸如“聚焦深度”或“散焦深度”)，可以使透镜后面的光的传播方向、焦点和扩散进行模型化。根据透镜后面光的模型化传播，可以提取到透镜不同距离处的图像、可以优化景深、可以提取在不同距离处聚焦的图像、或可以计算对象的距离。可以提取进一步的信息。
[0207] 一旦检测器内部(诸如在检测器的透镜后面)的光传播被模型化和/或记录，光传播的这种知识提供了许多优点。因此，可以针对由检测器捕获的场景的一个或多个光束的束参数来记录光场。作为示例，对于记录的每个光束，可以记录两个或更多个束参数，诸如一个或多个高斯束参数，例如束腰、作为焦点的最小束腰、瑞利长度或其他束参数。可以使用多个光束表示并且可以相应地选择束参数。
[0208] 作为示例，光传播的这种知识允许在使用图像处理技术记录图像堆叠之后稍微修改观察者位置。在单个图像中，对象可能隐藏在另一个对象的后面并且不可见。然而，如果被隐藏对象散射的光到达透镜并通过传感器中的一个或多个的透镜，则通过改变到透镜和/或到相对于光轴的图像平面的距离或者甚至使用非平面图像平面，可以使对象可见。观察者位置的改变可以与观看全息图相比较，其中改变观察者位置就稍微改变图像。
[0209] 对检测器内部的光传播的知识(诸如通过使透镜后面的光传播模型化)可以进一步允许以与存储由每个单独的光学传感器记录的每个图像的常规技术相比更紧凑的方式来存储图像信息。用于存储每个光学传感器的所有图像的存储需求通常与传感器的数量乘以像素的数量成比例。光传播的存储需求与模型化的光束的数量乘以每个光束的参数数量成比例。用于光束的典型模型函数可以是高斯函数、洛伦兹函数、贝塞尔函数(尤其是球形贝塞尔函数)、典型地用于描述物理学中的衍射效应的其他函数、或者用于离焦深度技术中的典型扩散函数，诸如点扩散函数、线扩散函数或边缘扩散函数。
[0210] 使用多个像素化光学传感器还允许在记录图像之后的图像处理步骤中校正透镜误差。当需要校正透镜误差时，光学仪器通常变得昂贵并且在构造上具有挑战性。这些在显微镜和望远镜中尤其成问题。在显微镜中，典型的透镜误差是距光轴不同距离的光线畸变(球面像差)。在望远镜中，大气中不同的温度可能会引起变化的焦点。可以通过在校准步骤中确定误差，然后使用固定的图像处理(诸如固定的一组像素和传感器)或者使用利用光传播信息的更多涉及的处理技术来校正诸如球面像差或来自生成的其他误差的静态误差。在透镜误差强烈依赖于时间，即，依赖于望远镜中的天气条件的情况下，可以通过使用透镜后面的光传播、计算延伸的景深图像、使用来自聚焦深度技术以及其他来校正透镜误差。
[0211] 如上所述，根据本发明的检测器可以进一步允许颜色检测。对于多个像素化传感器的堆叠中的颜色检测，单个堆叠可以包括具有与所谓的拜耳模式相同或相似的不同吸收特性的像素，并且可以通过插值技术来获得颜色信息。另一种方法是使用交替颜色的传感器，其中堆叠中的不同传感器可以记录不同的颜色。在拜耳模式中，可以在相同颜色的像素之间插入颜色。在传感器的堆叠中，诸如颜色和亮度等的图像信息也可以通过插值技术来获得。
[0212] 评估装置可以是或者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装置(诸如一个或多个计算机，优选地一个或多个微计算机和/或微控制器)。可以包括附加组件，诸如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，诸如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，诸如一个或多个AD变换器和/或一个或多个滤波器。此外，评估装置可以包括一个或多个测量装置，诸如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量装置。因此，作为示例，评估装置可以包括用于测量通过像素的电流和/或电压的一个或多个测量装置。此外，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外，评估装置可以包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
[0213] 该至少一个评估装置可以适于执行至少一个计算机程序，诸如适于执行或支持根据本发明的方法的一个或多个或甚至全部方法步骤的至少一个计算机程序。作为示例，可以实现一个或多个算法，其通过使用传感器信号作为输入变量来确定对象的位置。
[0214] 评估装置可以连接到或可以包括至少一个另外的数据处理装置，该数据处理装置可以用于信息(诸如由光学传感器和/或由评估装置获得的信息)的显示、可视化、分析、分配、通信或进一步处理中的一种或多种。作为示例，数据处理装置可以连接或包括显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多通道声音系统、LED模式或另外的可视化装置中的至少一种。它可以进一步连接或包括通信装置或通信接口、连接器或端口中的至少一种，其能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外或互联网接口、端口或连接中的一种或多种来发送加密的或未加密的信息。它可以进一步连接或包括以下中的至少一种：处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路，片上系统(诸如来自Apple A系列或三星S3C2系列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储块(诸如，ROM、RAM、EEPROM或闪存)、定时源(诸如振荡器或锁相环、计数定时器、实时定时器、或通电复位发生器)、电压调节器、电源管理电路或DMA控制器。单个单元可以进一步通过诸如AMBA总线的总线连接。
[0215] 评估装置和/或数据处理装置可以通过以下另外的外部接口或端口连接到诸如2D相机装置的另外的装置(使用诸如CameraLink的RGB接口)或具有以下另外的外部接口或端口，该另外的外部接口或端口诸如串行或并行接口或端口、USB、Centronics端口、FireWire、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI中的一个或多个；或者诸如ADC或DAC中的一个或多个的模拟接口或端口；或者标准化接口或端口。评估装置和/或数据处理装置可以进一步通过处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口或串行或并行接口端口中的一个或多个连接。评估装置和数据处理装置可以进一步连接到光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪存驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态磁盘或固态硬盘中的一个或多个。
[0216] 评估装置和/或数据处理装置可以通过一个或多个另外的外部连接器连接或具有一个或多个另外的外部连接器，该另外的外部连接器诸如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、阴阳同体连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320C14连接器、光纤连接器、D超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器；和/或可以包含用于这些连接器中的一个或多个的至少一个合适的插座。
[0217] 包含根据本发明的检测器、评估装置或数据处理装置中的一个或多个，诸如包含光学传感器、光学系统、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、片上系统、显示装置或其他电子装置中的一个或多个的单个装置的可能的实施例为：移动电话、个人计算机、平板电脑、电视机、游戏控制台或其他娱乐装置。在另外的实施例中，将在下面进一步详细描述的3D相机功能可以集成在常规2D数字相机可用的装置中，而在装置的壳体或外观上没有显著差异，其中对于用户而言的显著差异可能只是获得和或处理3D信息的功能。
[0218] 具体地，包含检测器和/或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)的实施例可以是：包含显示装置、数据处理装置、光学传感器、可选的传感器光学器件和评估装置的用于3D相机功能的移动电话。根据本发明的检测器具体可以适用于集成在娱乐装置和/或通信装置(诸如移动电话)中。
[0219] 本发明的另外的实施例可以是将检测器或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)并入用于汽车的装置中、用于自动驾驶的装置中或者用于诸如戴姆勒的智能驱动系统的汽车安全系统的装置中，其中，作为示例，包含光学传感器、可选地一个或多个光学系统、评估装置、可选地通信装置、可选地数据处理装置、可选地一个或多个接口、可选地片上系统、可选地一个或多个显示装置、或者可选地另外的电子装置中的一个或多个的装置可以是车辆、汽车、卡车、火车、自行车、飞机、船舶、摩托车的一部分。在汽车应用中，将该装置集成到汽车设计中可能需要光学传感器、可选地光学器件或位于从外部或内部最小可见度处的装置的集成。检测器或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)可能特别适合于到汽车设计中的这种集成。
[0220] 如本文所使用的，术语光通常是指在可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一个或多个中的电磁辐射。其中，术语可见光谱范围通常是指380nm至780nm的谱范围。术语红外光谱范围通常是指在780nm至1mm范围内，优选在780nm至3.0微米范围内的电磁辐射。术语紫外光谱范围通常是指在1nm至380nm范围内，优选在100nm至380nm范围内的电磁辐射。优选地，本发明中使用的光是可见光，即，在可见光谱范围内的光。
[0221] 术语光束通常是指发射和/或反射到特定方向的光量。因此，光束可以是在与光束的传播方向垂直的方向上具有预定扩展的一束光线。优选地，光束可以是或可以包括一个或多个高斯光束，该高斯光束可以由一个或多个高斯束参数表征，该高斯束参数诸如束腰、瑞利长度或任何其他束参数中的一个或多个或者适合于表征束直径和/或在空间中的束传播的发展的束参数的组合。
[0222] 如上所述，检测器优选具有多个光学传感器。更优选地，多个光学传感器被堆叠，诸如沿着检测器的光轴。因此，光学传感器可以形成光学传感器堆叠。光学传感器堆叠优选地可以被取向成使得光学传感器的传感器区域垂直于光轴取向。因此，作为示例，单个光学传感器的传感器区或传感器表面可以平行取向，其中可以允许轻微的角度容差，诸如不大于10°、优选地不大于5°的角度容差。
[0223] 如上所述，本发明进一步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。所提出的人机接口可以利用以下事实：在上述或如在下面进一步详细提到的一个或多个实施例中的上述检测器可以被一个或多个用户使用，以用于向机器提供信息和/或命令。因此，优选地，人机接口可以用于输入控制命令。
[0224] 通常，如本文所使用的，用户的至少一个位置可以暗示关于作为整体的用户和/或用户的一个或多个身体部位的位置的一项或多项信息。因此，优选地，用户的位置可以暗示由检测器的评估装置提供的关于用户的位置的一项或多项信息。用户、用户的身体部位或用户的多个身体部位可被视为一个或多个对象，该一个或多个对象的位置可由至少一个检测器装置检测。其中，可以准确地提供一个检测器、或者可以提供多个检测器的组合。作为示例，可以提供多个检测器来确定用户的多个身体部位的位置和/或确定用户的至少一个身体部位的位置。
[0225] 根据本发明的检测器可以进一步与一个或多个其他类型的传感器或检测器组合。因此，检测器可以进一步包括至少一个附加检测器。所述至少一个附加检测器可以适于检测至少一个参数，诸如以下参数中的至少一个：周围环境的参数，诸如周围环境的温度和/或亮度；关于检测器的位置和/或取向的参数；指示要检测的对象的状态的参数，诸如对象的位置，例如，对象的绝对位置和/或对象在空间中的取向。因此，通常，本发明的原理可以与其他测量原理结合以便获得附加信息和/或以便验证测量结果或减少测量误差或噪声。
[0226] 具体地，根据本发明的检测器可以进一步包括至少一个飞行时间(ToF)检测器，其适于通过执行至少一个飞行时间测量来检测该至少一个对象与检测器之间的至少一个距离。如本文所使用的，飞行时间测量通常是指基于信号需要在两个对象之间传播或从一个对象传播到第二对象并返回的时间的测量。在当前情况下，信号具体可以是声信号或诸如光信号的电磁信号中的一个或多个。飞行时间检测器因此是指适于执行飞行时间测量的检测器。飞行时间测量在诸如商业可得的距离测量装置或商业可得的流量计(诸如超声波流量计)的各种技术领域中是众所周知的。飞行时间检测器甚至可以体现为飞行时间相机。这些类型的相机作为距离成像相机系统是商业可得的，这些类型的相机能够基于已知的光速来分辨对象之间的距离。
[0227] 目前可得的ToF检测器通常基于脉冲信号的使用，可选地结合诸如CMOS传感器的一个或多个光传感器。由光传感器生成的传感器信号可以被积分。积分可以在两个不同的时间点开始。距离可以根据两个积分结果之间的相对信号强度来计算。
[0228] 此外，如上所述，ToF相机是已知的并且通常也可以在本发明的背景中使用。这些ToF相机可能包含像素化的光传感器。然而，由于每个像素通常必须允许执行两个积分，所以像素构造通常更加复杂，并且商业上可得的ToF相机的分辨率相当低(典型地，200x200像素)。低于约40cm和高于几米的距离通常很难或不可能检测到。此外，脉冲的周期性导致不确定的距离，因为仅测量一个周期内的脉冲的相对偏移。
[0229] 作为独立装置的ToF检测器通常经受各种缺点和技术挑战。因此，一般而言，ToF检测器，以及更具体地ToF相机在光路中经受雨水和其他透明对象的影响，因为脉冲可能太早被反射，雨滴后面的对象被隐藏，或者在部分反射中，积分将导致到错误的结果。此外，为了避免测量中的误差并且为了允许明确区分脉冲，低光照条件对于ToF测量是优选的。明亮光(诸如明亮的阳光)会使ToF测量不可能。此外，典型的ToF相机的能量消耗相当高，因为脉冲必须足够亮以被反射回来并仍可以被相机检测到。然而，脉冲的亮度可能对眼睛或其他传感器有害，或者当两个或更多的ToF测量相互干扰时可能导致测量误差。总之，目前的ToF检测器，特别是目前的ToF相机经受几个劣势，诸如低分辨率、距离测量中的不确定性、受限的使用范围、受限的光条件、对光路中透明对象的敏感性、对天气条件的敏感性和高能耗。这些技术挑战通常降低了目前ToF相机在日常应用中的适应性，日常应用诸如汽车的安全应用、用于日常使用的相机或人机接口、特别是用于游戏应用。
[0230] 结合根据本发明的检测器，两个系统的优点和能力可以富有成效地结合。因此，检测器可以在明亮的光照条件下提供优点，而ToF检测器通常在低光照条件下提供更好的结果。与两个单个系统相比，组合装置(即，根据本发明的进一步包括至少一个ToF检测器的检测器)因此提供关于光照条件的增加的容差。这对于安全应用尤其重要，诸如在汽车或其他车辆中。
[0231] 具体地，检测器可以被设计为使用至少一个ToF测量来校正通过使用根据本发明的检测器执行的至少一个测量，反之亦然。此外，可以通过使用检测器来解决ToF测量的不确定性。每当对ToF测量的分析导致不确定的可能性时，可以执行使用像素化检测器的测量。另外或可选地，可以连续地执行使用像素化检测器的测量，以便将ToF检测器的工作范围扩展到由于ToF测量的不确定性而通常被排除的区域。另外或可选地，像素化检测器可以覆盖更宽的或附加的范围以允许更宽的距离测量区域。像素化检测器，具体是像素化相机可以进一步用于确定用于测量的一个或多个重要区域，以减少能量消耗或保护眼睛。因此像素化检测器可以适用于检测一个或多个感兴趣的区域。另外或可选地，像素化检测器可以用于确定由检测器捕获的场景内的一个或多个对象的粗略深度图，其中粗略深度图可以通过一个或多个ToF测量在重要区域中被细化(refine)。此外，像素化检测器可以用于将诸如ToF相机的ToF检测器调整到所需的距离区域。因此，ToF测量的脉冲长度和/或频率可以被预先设置，诸如用于消除或减少ToF测量中的不确定性的可能性。因此，通常，像素化检测器可以用于为诸如ToF相机的ToF检测器提供自动聚焦。
[0232] 如上所述，粗略的深度图可以由诸如像素化相机的像素化检测器记录。此外，可以通过使用一个或多个ToF测量来细化包含关于由检测器捕获的场景内的一个或多个对象的深度信息或z信息的粗略深度图。ToF测量具体可以只在重要的区域中执行。另外或可选地，粗略深度图可以用于调整ToF检测器，具体地为ToF相机。
[0233] 此外，像素化检测器与至少一个ToF检测器的组合使用可以解决ToF检测器对要检测的对象的性质或者对检测器与要检测的对象之间的光路内的障碍物或介质的敏感性(诸如对雨或天气条件的敏感性)的上述问题。可以使用组合的像素化/ToF测量来从ToF信号中提取重要信息或者测量具有多个透明或半透明层的复杂对象。因此，可以观察由玻璃、晶体、液体结构、相变、液体运动等制成的对象。此外，像素化检测器和至少一个ToF检测器的组合在下雨天气仍将有效，并且整个检测器通常较少依赖于天气条件。作为示例，由像素化检测器提供的测量结果可用于消除由来自ToF测量结果的由雨引起的误差，这具体地使该组合对于安全应用(诸如在汽车或其他车辆中)为有用的。
[0234] 可以以各种方式实现将至少一个ToF检测器实施到根据本发明的检测器中。因此，至少一个像素化检测器和至少一个ToF检测器可以在相同光路内按照顺序布置。另外或可选地，可以使用用于像素化检测器和ToF检测器的分开的光路或分离的光路。其中，作为示例，光路可以被一个或多个束分离元件分开，诸如上面列出的或下面进一步详细列出的一个或多个束分离元件。作为示例，可以执行波长选择元件对束路径的分开。因此，例如，ToF检测器可以利用红外光，而像素化检测器可以利用不同波长的光。在该示例中，用于ToF检测器的红外光可以通过使用诸如热镜的波长选择束分离元件来分开。另外或可选地，用于使用像素化检测器的测量的光束和用于ToF测量的光束可以由一个或多个束分离元件分开，上述束分离元件诸如一个或多个半透明镜、分束器立方体、偏振分束器或其组合。此外，至少一个像素化检测器和至少一个ToF检测器可以使用不同的光学路径在同一装置中彼此相邻放置。其他各种设置是可行的。
[0235] 至少一个可选的ToF检测器可以基本上与根据本发明的检测器的任何实施例组合。具体地，可以是单个ToF检测器或ToF相机的至少一个ToF检测器可以与单个光学传感器或者与多个光学传感器(诸如传感器堆叠)组合。此外，检测器还可以包括一个或多个成像装置，诸如一个或多个无机成像装置，所述无机成像装置像CCD芯片和/或CMOS芯片、优选一个或多个全色CCD芯片或全色CMOS芯片。另外或可选地，检测器可以进一步包括一个或多个热成像相机。
[0236] 如上所述，人机接口可以包括多个信标装置，其适于是直接或间接地附接到用户和由用户握持中的至少一种。因此，每个信标装置可以通过任何合适的装置(诸如通过适当的固定装置)单独地附接到用户。另外或可选地，用户可以在他或她的手中和/或通过身体部位上佩戴至少一个信标装置和/或包含信标装置的服装来握持和/或携带至少一个信标装置或一个或多个信标装置。
[0237] 信标装置通常可以是可由至少一个检测器检测的和/或便于由至少一个检测器检测的任意装置。因此，如上所述或者如将在下面进一步详细描述的，信标装置可以是适于生成待由检测器检测的至少一个光束的有源信标装置，诸如通过具有用于生成至少一个光束的照射源。另外或可选地，信标装置可以完全地或部分地被设计为无源信标装置，诸如通过提供适于反射由单独的照射源生成的光束的一个或多个反射元件。至少一个信标装置可以以直接或间接的方式永久地或临时地附接到用户和/或可以由用户携带或握持。该附接可以通过使用一个或多个附接装置和/或通过使用者他/他自己(诸如通过用户用手握持至少一个信标装置和/或通过用户佩戴信标装置)来进行。
[0238] 另外或可选地，信标装置可以是附接到对象和被集成到用户所握持的对象中的至少一种，在本发明的意义上，被集成到用户所握持的对象应被包括在用户握持信标装置的选项的意义中。因此，如下面将进一步详细描述的，信标装置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以及可以由用户握持或携带并且其取向可以被检测器装置识别。因此，通常，本发明还涉及一种检测器系统，其包括根据本发明的至少一个检测器装置，并且该检测器系统可以进一步包括至少一个对象，其中信标装置是附接到该对象、由该对象握持以及集成到该对象中的至少一种。作为示例，对象优选可以形成控制元件，该控制元件的取向可以被用户识别。因此，检测器系统可以是如上所述的或如下面进一步详细描述的人机接口的一部分。作为示例，用户可以以特定方式处理控制元件，以便将一项或多项信息发送给机器，诸如以便将一个或多个命令发送给机器。
[0239] 作为示例，根据本发明的检测器可以与立体相机组合使用或者作为立体相机的一部分来使用。因此，可以使用由根据本发明的检测器获得的距离信息来增强、改善、验证等等来自立体相机的距离信息。此外，可以使用由立体相机获得的距离信息来增强、改善、验证等等来自根据本发明的检测器的距离信息。在立体相机中使用的检测器和根据本发明的检测器可以是相同的或部分相同的。
[0240] 作为示例，根据本发明的检测器可以与飞行时间相机组合使用或者作为飞行时间相机的一部分来使用。因此，可以使用根据本发明的检测器获得的距离信息增强、改善、验证等等来自飞行时间相机的距离信息。此外，可以使用飞行时间相机获得的距离信息来增强、改善、验证等等来自根据本发明的检测器的距离信息。在飞行时间相机中使用的检测器和根据本发明的检测器可以是相同的或部分相同的。
[0241] 可选地，检测器系统可以以其他方式使用。因此，作为示例，检测器系统的对象可以不同于用户或用户的身体部位，以及作为示例，可以是独立于用户而移动的对象。作为示例，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，对象可以是机器和/或机器部件，诸如机器人手臂，其取向可以通过使用检测器系统来检测。
[0242] 人机接口可以以这样的方式适配，使得检测器装置生成关于用户或用户的至少一个身体部位的位置的至少一项信息。具体地，在已知至少一个信标装置到用户的附接方式的情况下，通过评估至少一个信标装置的位置，可以获得关于用户或用户的身体部位的位置和/或取向的至少一项信息。
[0243] 信标装置优选地是可附接到用户的身体或身体部位的信标装置和可由用户握持的信标装置中的一个。如上所述，信标装置可以完全或部分地被设计为有源信标装置。因此，信标装置可以包括至少一个照射源，其适于生成待发射到检测器的至少一个光束，优选具有已知束特性的至少一个光束。另外或可选地，信标装置可以包括适于反射由照射源生成的光的至少一个反射器，由此生成待被发射到检测器的反射光束。
[0244] 可以形成检测器系统的一部分的对象通常可以具有任意的形状。优选地，如上所述，作为检测器系统的一部分的对象可以是可以由用户(诸如手动)操作的控制元件。作为示例，控制元件可以是或者可以包括选自由以下组成的组中的至少一个元件：手套、外套、帽子、鞋子、裤子和西装；可以用手握持的棍子；球棒；球杆；球拍；手杖；玩具，诸如玩具枪。因此，作为示例，检测器系统可以是人机接口和/或娱乐装置的一部分。
[0245] 如本文所使用的，娱乐装置是可以用于一个或多个用户的休闲和/或娱乐目的的装置，该一个或多个用户在下文中也被称为一个或多个玩家。作为示例，娱乐装置可以用于游戏(优选地为计算机游戏)的目的。因此，娱乐装置可以被实现为计算机、计算机网络或计算机系统，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。
[0246] 娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口，诸如根据以上公开的一个或多个实施例和/或根据下面公开的一个或多个实施例的至少一个人机接口。娱乐装置被设计为使能至少一项信息由玩家通过人机接口输入。至少一项信息可以被发送给娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可以被娱乐装置的控制器和/或计算机使用。
[0247] 至少一项信息优选地可以包括适于影响游戏进程的至少一个命令。因此，作为示例，至少一项信息可以包括关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部位的至少一个取向的至少一项信息，从而允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或取向和/或动作。作为示例，可以模拟以下移动中的一个或多个并将其传送给娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；奔跑；跳跃；挥动球拍；挥动球棒；挥动球杆；将对象指向另一对象，诸如将玩具枪指向目标。
[0248] 作为部分或整体的娱乐装置，优选地娱乐装置的控制器和/或计算机，被设计为根据该信息而改变娱乐功能。因此，如上所述，根据至少一项信息可能影响游戏进程。因此，娱乐装置可以包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可以与至少一个检测器的评估装置分开和/或可以与至少一个评估装置完全或部分相同、或者甚至可以包括至少一个评估装置。优选地，该至少一个控制器可以包括一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机和/或微控制器。
[0249] 如在本文进一步使用的，跟踪系统是适于收集关于至少一个对象和/或对象的至少一部分的一系列的过去位置的信息的装置。另外，跟踪系统可以适于提供关于至少一个对象或对象的至少一部分的至少一个预测的未来位置和/或取向的信息。跟踪系统可以具有至少一个轨迹控制器，该轨迹控制器可以完全地或部分地实现为电子装置，优选地体现为至少一个数据处理装置，更优选地体现为至少一个计算机或微控制器。此外，至少一个轨迹控制器可以完全或部分地包括至少一个评估装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分和/或可以完全或部分地与至少一个评估装置相同。
[0250] 跟踪系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或如在下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器。该轨迹控制器适于跟踪对象在特定时间点处的一系列位置，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。
[0251] 跟踪系统可以进一步包括根据本发明的至少一个检测器系统。因此，除了至少一个检测器和至少一个评估装置以及可选的至少一个信标装置之外，跟踪系统可以进一步包括对象本身或对象的部分，诸如包括信标装置或至少一个信标装置的至少一个控制元件，其中该控制元件可直接或间接地附接到或集成到待跟踪的对象中。
[0252] 跟踪系统可以适用于启动跟踪系统本身和/或一个或多个单独的装置的一个或多个动作。为了后一目的，跟踪系统，优选地轨迹控制器可以具有用于启动至少一个动作的一个或多个无线和/或有线接口和/或其他类型的控制连接。优选地，至少一个轨迹控制器可以适于根据对象的至少一个实际位置来启动至少一个动作。作为示例，该动作可以选自由以下构成的组：对象的未来位置的预测；将至少一个装置指向对象；将至少一个装置指向检测器；照射对象；照射检测器。
[0253] 作为跟踪系统的应用的示例，跟踪系统可用于将至少一个第一对象持续指向至少一个第二对象，即使第一对象和/或第二对象可能移动。此外，潜在的示例也可以在工业应用中找到，诸如在机器人领域和/或用于诸如在生产线或装配线中的制造过程中在物品上持续工作，即使物品正在移动。另外或可选地，跟踪系统可以用于照射目的，诸如用于通过将照射源持续地指向对象来持续地照射对象，即使对象可能正在移动。可以在通信系统中找到进一步的应用，诸如通过将发射机指向移动的对象来持续地向移动对象发送信息。
[0254] 检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置或跟踪系统可以进一步包括至少一个照射源，或者可以与至少一个照射源结合使用。具体地，该至少一个照射源可以是或可以包括至少一个结构化或图案化的照射源。结构化照射源的使用可以增加对象的位置检测的分辨率和/或可以增加对比度。
[0255] 在本发明的另一方面，提供了一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统。如在本文所使用的，扫描系统是适于发射至少一个光束的装置，所述至少一个光束被配置为用于照射位于至少一个对象的至少一个表面的至少一个点(dot)，并且用于生成关于该至少一个点与该扫描系统之间的距离的至少一项信息。为了生成关于该至少一个点和该扫描系统之间的距离的至少一项信息，扫描系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如如在上面列出的一个或多个实施例中所公开的和/或如以下一个或多个实施例中所公开的至少一个检测器。
[0256] 因此，扫描系统包括至少一个照射源，其适于发射被配置用于照射位于至少一个对象的至少一个表面的至少一个点的至少一个光束。如在此所使用的，术语“点”是指可以例如由扫描系统的用户选择以由照射源照射的对象表面的一部分上的区域，具体地，小区域。优选地，该点可以表现出这样的一个尺寸，一方面该尺寸可以尽可能小，以便允许扫描系统尽可能精确地确定由扫描系统所包括的照射源与该点所位于的对象表面的该部分之间的距离的值，并且另一方面该点可以尽可能大，以便允许扫描系统的用户或扫描系统本身特别地通过自动程序检测对象表面相关部分上的点的存在。
[0257] 为此，照射源可以包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/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，特别是有机和/或无机发光二极管。由于其通常限定的束分布和其它可操作性的特性，使用至少一个激光源作为照射源是特别优选的。本文中，单个激光源的使用可以是优选的，特别是在提供可以由用户容易地存储和传送的紧凑扫描系统是重要的情况下。因此，照射源可以优选地是检测器的构成部分，并且因此可以特别地集成到检测器中，诸如集成到检测器的壳体中。在优选的实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以包括被配置用于诸如以易于阅读的方式向用户提供距离相关的信息的至少一个显示器。在另一个优选的实施例中，特别地，扫描系统的壳体另外可以包括至少一个按钮，该按钮可被配置为用于操作与扫描系统相关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在另一优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体另外可以包括可配置成用于将扫描系统固定到另一表面的至少一个紧固单元，诸如橡胶脚、基板或壁保持器，诸如包括磁性材料的基板或壁保持器，特别是用于提高距离测量的精度和/或由用户对扫描系统的可操作性。
[0258] 在特别优选的实施例中，扫描系统的照射源可以由此发射单个激光束，该单个激光束可被配置为用于照射位于对象的表面处的单个点。通过使用根据本发明的至少一个检测器，可以由此生成关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一项信息。因此，优选地，诸如通过利用如由至少一个检测器包括的评估装置，可以确定如由扫描系统所包括的照射系统和如由照射源生成的单个点之间的距离。然而，扫描系统可以进一步包括可以特别地适用于该目的的附加评估系统。可选地或另外，可以考虑扫描系统的尺寸，特别是扫描系统的壳体的尺寸，并且因此可选地可确定扫描系统的壳体上的特定点(诸如壳体的前边缘或后边缘)与单个点之间的距离。
[0259] 可替代地，扫描系统的照射源可以发射两个单独激光束，该两个单独的激光束可以被配置为提供在束的发射方向之间相应角度，诸如直角，由此可以照射位于相同对象表面处或在两个单独对象处的两个不同表面处的两个相应的点。然而，对于两个单独激光束之间的相应角度的其它值同样可能是可行的。特别地，该特征可以用于间接测量功能，诸如用于导出不可直接进入的(诸如由于扫描系统和该点之间存在一个或多个障碍物)或其他难以到达的间接距离。通过示例的方式，因此可以通过测量两个单独距离并通过使用毕达哥拉斯(Pythagoras)公式导出高度来确定对象的高度的值。特别是为了能够保持相对于对象的预定义水平，扫描系统可以进一步包括至少一个调平单元，特别是集成的气泡小瓶，其可以用于由用户保持预定义水平。
[0260] 作为另一替代，扫描系统的照射源可以发射多个单独的激光束，诸如激光束阵列，其可以相对于彼此表现相应节距(特别是规则节距)，并且可以以为了生成位于至少一个对象的至少一个表面上的点阵列的方式布置。为此，可以提供特别适配的光学元件，诸如束分离器件和反射镜，其可以允许生成所描述的激光束阵列。具体地，照射源可以被引导以通过使用一个或多个可移动反射镜以周期性或非周期性方式重定向光束来扫描区域或体积。照射源可以进一步使用微镜阵列重定向，以便以这种方式提供结构化光源。结构化光源可以用于投射光学特征，诸如点或条纹。
[0261] 因此，扫描系统可以提供放置在一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个点的静态布置。可选地，扫描系统的照射源，特别是一个或多个激光束(诸如上述激光束阵列)可以被配置为用于提供一个或多个光束，该一个或多个光束可表现出随时间变化的强度和/或可以在一段时间内经受交替的发射方向，特别是通过移动一个或多个反射镜，诸如包括在所述微镜阵列内的微镜。结果，照射源可以被配置为通过使用如由扫描装置的至少一个照射源产生的具有交替特征的一个或多个光束来扫描至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，扫描系统因此可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，以便顺序地或同时地扫描一个或多个对象的一个或多个表面。作为非限制性的示例，扫描系统可以用在安全激光扫描仪中，例如，在生产环境中；和/或在用于确定对象的形状的诸如与3D打印、身体扫描、质量控制连接的3D扫描装置中；在建筑应用中，例如，作为测距仪；在物流应用中，例如，用于确定包裹的尺寸或体积；在家庭应用中，例如，在机器人真空吸尘器或割草机中；或在可能包括扫描步骤的其他类型的应用中。
[0262] 如上所述，可选的传送装置可以被设计成将从对象传播到检测器的光(优选连续地)馈送到光学传感器中。如上所述，可以借助于传送装置的成像或者非成像特性来可选地实现该馈送。特别地，传送装置同样可以设计成在电磁辐射被馈送到光学传感器之前收集电磁辐射。如下面更详细地说明的，可选的传送装置也可以全部或部分地作为至少一个可选照射源的组成部分，例如通过照射源被设计成提供具有限定的光学特性的光束，例如具有限定的或精确已知的束轮廓，诸如至少一个高斯光束，特别是具有已知束轮廓的至少一个激光束。
[0263] 对于可选照射源的潜在实施例，可以参考WO 2012/110924 A1。其它实施例仍是可行的。从对象出射的光可以源于对象本身，但是同样可以可选地具有不同的源，并且从该源传播到对象并且随后朝向横向和/或纵向光学传感器传播。后一种情况可以例如受使用的至少一个照射源影响。该照射源可以例如是或包括环境照射源和/或可以是或可以包括人造照射源。通过示例的方式，检测器本身可以包括至少一个照射源，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射源，该至少一个半导体照射源诸如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于其通常限定的束分布和其它可操作性的特性，特别优选的是使用一个或多个激光器作为照射源或作为其部分。照射源本身可以是检测器的组成部分，或者可以独立于检测器形成。照射源可以特别地集成到检测器中，诸如检测器的壳体中。另外或可选地，至少一个照射源也可以被集成到至少一个信标装置中或集成到信标装置中的一个或多个中和/或集成到对象中或者连接到或空间耦合到对象。
[0264] 从信标装置出射的光，可选地或另外，从所述光源自相应的信标装置自身的选项出发，可以相应地从照射源出射和/或被照射源激发。通过示例的方式，从信标装置出射的电磁光可以在其被馈送到检测器之前由信标装置自身发射和/或由信标装置反射和/或由信标装置散射。在这种情况下，电磁辐射的发射和/或散射可以在不具有电磁辐射的光谱影响的情况下或者在具有这样的影响的情况下实现。因此，通过示例的方式，例如根据斯托克斯或拉曼，在散射期间也可能发生波长偏移。此外，可以例如通过初级照射源激发光的发射，例如通过激发对象或对象的部分区域来生成发光，特别是磷光和/或荧光。原则上，其他发射过程也是可能的。如果发生反射，则对象可以具有例如至少一个反射区域，特别是至少一个反射表面。所述反射表面可以是对象自身的一部分，但也可以是例如连接或空间耦合到对象的反射器，例如连接到对象的反射器板(plaque)。如果使用至少一个反射器，则其进而也可以被视为连接到对象的检测器的一部分，例如独立于检测器的其他组成部分。
[0265] 信标装置和/或至少一个可选的照射源通常可以发射在以下范围中的至少一个范围内的光：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，优选在780nm至3.0微米的范围内。对于热成像应用，目标可发射远红外光谱范围内，优选在3.0微米至20微米的范围内的光。最优选地，该至少一个照射源适于发射可见光谱范围内，优选500nm至780nm，最优选650nm至750nm或690nm至700nm范围内的光。
[0266] 光束到光学传感器的馈送特别地可以这样实现：在光学传感器的可选的传感器区上生成例如具有圆形、椭圆形或不同构造的横截面的光斑。通过示例的方式，检测器可以具有视觉范围，特别是立体角范围和/或空间范围，在该范围内可以检测对象。优选地，可选的传送装置以这样的方式被设计使得例如在布置在检测器的可视范围内的对象的情况下，光斑完全布置在传感器区域上和/或光学传感器的传感器区上。通过示例的方式，传感器区可以被选择为具有相应的尺寸以确保这种状况。
[0267] 通过使用根据本发明的检测器，可以实现简单、成本有效和快速的系统，需要非常低的资源。因此，可以实施以下高度有效的程序：至少一个相机芯片可以用作光学传感器，以便获得像素信号。此外，诸如通过使用Gamma校正或者类似的非线性函数(例如，sqrt(x)、exp(x))来将非线性化步骤应用于所获得的图像，即应用于像素信号或者应用于至少一个像素信号组。在可以被称为求和步骤或者积分步骤的进一步的步骤中，矩阵或者阵列或者至少一个像素组的所有像素值的所有像素信号可以被求和和/或被积分。优选地，可以利用已经实施到相机芯片中的功能(诸如通过使用适当的相机芯片，例如Omnivision OV10635)来完成Gamma校正。所应用的功能还可以使用每个像素中的专用非线性化电路来实现，例如，作为有源像素概念的一部分。像素信号或像素值的相加/积分可以针对特定的感兴趣的区域或针对整个阵列进行。像素或检测器可以包含开关，使得感兴趣的区域可以被选择并完全或部分地基于硬件被集成。
[0268] 根据本发明的检测器和其他装置以及方法提供了多个显著的优点。因此，非线性化可以针对应用的特定需求进行设计并且逐帧地单独地被改变。此外，如果非线性化、求和或评估中的一个或多个完全或部分地在软件基础上进行，则通常不需要特殊的芯片开发。此外，噪声一般限于诸如成像器芯片的光学传感器的噪声以及潜在的数字噪声。这给出了非常好的信噪比。处理时间具体可以限于求和步骤所需的时间，诸如自动校准积分所需的时间。如果自动曝光不可用，则处理仍然可能被限制到所有像素信号或者帧的或感兴趣的区域的像素信号组的相加。
[0269] 总之，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
[0270] 实施例1：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括：
[0271] -至少一个光学传感器，该光学传感器被配置为检测由从对象朝向检测器传播的至少一个光束生成的至少一个光斑，光学传感器具有至少一个像素的矩阵，每个像素适于响应于由光束对像素的照射而生成至少一个像素信号si,j；
[0272] -至少一个非线性化装置，其被配置为将所有像素i、j或至少一个像素组的像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，非线性像素信号s’i,j每一者都是相应像素的照射功率pi,j的非线性函数；
[0273] -至少一个求和装置，其被配置为将所有像素i、j或至少一个像素组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S′＝∑i，js′i，j；以及
[0274] -至少一个评估装置，该评估装置被配置为通过评估非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0275] 实施例2：根据前一实施例所述的检测器，其中评估装置被配置为通过使用和信号S’与纵向坐标z之间的至少一个预定关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0276] 实施例3：根据前一实施例所述的检测器，其中预定关系选自由通过针对位于多个纵向坐标处的对象记录的和信号确定的经验关系或分析关系构成的组。
[0277] 实施例4：根据前一实施例所述的检测器，其中预定关系基于光束是高斯光束的假设。
[0278] 实施例5：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中非线性化装置被配置为将至少一个非线性函数g(si,j)应用于非线性像素信号，其中s’i,j＝g(si,j)，其中i、j表示所有像素或至少一个像素组(154)。
[0279] 实施例6：根据前一实施例所述的检测器，其中非线性函数选自由以下函数构成的组：凸函数；凹函数；多项式函数；指数函数；对数函数；根函数；伽马校正函数。
[0280] 实施例7：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中检测器被配置为使得非线性和信号S’是由光束对光学传感器或至少一个像素组的整体照射功率P＝∑i，jpi，j和由光束在光学传感器上生成的光斑的尺寸d的函数S’(P,d)。
[0281] 实施例8：根据前一实施例所述的检测器，其中尺寸d选自由以下构成的组：光斑的直径；光斑的等效直径；光斑的束腰；光斑的双倍束腰；光斑的强度的半极值全宽。
[0282] 实施例9：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中检测器，具体地光学传感器、非线性化装置、求和装置或评估装置中的一个或多个，被配置为在像素矩阵内选择至少一个感兴趣的区域，其中感兴趣的区域内的像素形成至少一个像素组。
[0283] 实施例10：根据前一实施例所述的检测器，其中检测器包括多个开关，其中检测器被配置为通过使用开关来执行该选择。
[0284] 实施例11：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中光学传感器被配置为使得至少在预定的测量范围内，具体地在光学传感器和/或每个像素的照射强度的预定范围内，像素的像素si,j信号是相应像素的照射的功率pi,j的线性函数。
[0285] 实施例12：根据前一实施例所述的检测器，其中检测器被配置为使得所有像素i、j或至少一个像素组的像素信号si,j的和信号S＝∑i，jsi，j是整体照射功率P的函数S(P)，并且独立于由光束在光学传感器上生成的光斑的尺寸d。
[0286] 实施例13：根据前一实施例所述的检测器，其中检测器被配置为另外记录和信号S。
[0287] 实施例14：根据前一实施例所述的检测器，其中评估装置进一步被配置为通过使用和信号S来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0288] 实施例15：根据前一实施例所述的检测器，评估装置被配置为使用和信号S来将针对整体照射功率P的非线性和信号归一化。
[0289] 实施例16：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中非线性化装置包括至少一个硬件组件，优选地为处理器、场可编程门阵列或专用集成电路中的至少一种。
[0290] 实施例17：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中非线性化装置至少部分地被体现为在处理器上运行的软件程序，该处理器具体地为评估装置的处理器。
[0291] 实施例18：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中求和装置包括至少一个硬件组件，该至少一个硬件组件选自由以下构成的组：加法器；累加器；求和放大器；用于模拟量的加法器；用于数字量的加法器。
[0292] 实施例19：根据前述实施例中的任一项所述的检测器，其中求和装置至少部分地被体现为在处理器上运行的软件程序，该处理器具体地为评估装置的处理器。
[0293] 实施例20：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中检测器包括多个光学传感器。
[0294] 实施例21：根据前一实施例所述的检测器，其中评估装置被配置为通过评估至少两个光学传感器的非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0295] 实施例22：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中至少两个光学传感器位于沿光束的至少一个束路径的不同位置处，使得对象与至少两个光学传感器之间的光路长度是不相同的。
[0296] 实施例23：根据前述三个实施例中的任一项所述的检测器，其中至少两个光学传感器位于检测器的不同局部束路径中。
[0297] 实施例24：根据前述四个实施例中任一项所述的检测器，其中评估装置具体被配置为使用至少两个光学传感器的非线性和信号S’来解决和信号S’与纵向坐标z之间的关系的不确定性。
[0298] 实施例25：根据前述五个实施例中任一项所述的检测器，其中至少两个光学传感器具有不同的谱灵敏度，其中评估装置适于通过比较具有不同谱灵敏度的光学传感器的传感器信号来确定光束的颜色。
[0299] 实施例26：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中光学传感器包括至少一个相机芯片。
[0300] 实施例27：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中光学传感器包括CCD器件、CMOS器件、光电检测器阵列、焦平面阵列或辐射热计阵列中的至少一个。
[0301] 实施例28：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中像素矩阵是具有至少一行和多列像素或具有多行和至少一列像素的矩形矩阵。
[0302] 实施例29：根据前一实施例所述的检测器，其中该矩阵包括至少10列，优选地包括至少100列，并且其中该矩阵包括至少10行，优选地包括至少100行。
[0303] 实施例30：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中评估装置进一步适于通过确定光束在像素矩阵上的位置来确定对象的至少一个横向坐标x、y。
[0304] 实施例31：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中检测器进一步包括至少一个传送装置，该传送装置适于将光束引导到光学传感器上。
[0305] 实施例32：根据前一实施例所述的检测器，其中传送装置包括至少一个可调焦透镜。
[0306] 实施例33：根据前一实施例所述的检测器，其中检测器，具体地为评估装置，被配置成记录在不同的对象平面中的图像。
[0307] 实施例34：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中检测器，具体地为评估装置，被配置为通过评估在至少一个可调焦透镜的至少两个不同的调节处获得的至少两个不同的非线性和信号S’，来确定具有不同的纵向坐标z的对象的至少两个部分的纵向坐标。
[0308] 实施例35：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中检测器，具体地为评估装置，被配置为通过比较在至少一个可调焦透镜的至少两个不同调节处获得的结果来解决在至少一个纵向坐标z的确定中的不确定性。
[0309] 实施例36：根据前述五个实施例中任一项所述的检测器，其中至少一个传送装置包括至少一个多透镜系统，具体地为至少一个透镜阵列，更具体地为至少一个微透镜阵列。
[0310] 实施例37：根据前一实施例所述的检测器，其中光学传感器的像素组被分配给多透镜系统的透镜，优选地向多透镜系统的每个透镜分配一组像素，使得通过多透镜系统的透镜的光照射被分配给该透镜的相应像素组中的像素。
[0311] 实施例38：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中检测器被体现为光场相机和/或全光相机中的一个或两个。
[0312] 实施例39：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中检测器，具体为评估装置，被配置为确定对象的位于不同纵向坐标处的至少两个部分的纵向坐标。
[0313] 实施例40：根据前一实施例所述的检测器，
[0314] -其中检测器被配置为通过将至少一个第一像素组的像素的非线性像素信号相加以及由此生成至少一个第一非线性和信号，并且还通过评估第一非线性和信号，来确定对象的位于至少一个第一纵向坐标处的至少一个第一部分的至少一个第一纵向坐标，以及[0315] -其中检测器进一步被配置为通过将至少一个第二像素组的像素的非线性像素信号相加以及由此生成至少一个第二非线性和信号，并且还通过评估第二非线性和信号，来确定对象的位于至少一个第二纵向坐标处的至少一个第二部分的至少一个第二纵向坐标。
[0316] 实施例41：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，
[0317] -其中检测器，具体地为至少一个求和装置，被配置为以第一方式对像素进行分组，由此生成第一多个像素组，第一多个像素组定义第一对象平面，其中求和装置被配置为将第一多个像素组中的每个像素组的像素的非线性像素信号s’i,j相加，由此生成多个第一非线性和信号Sk′＝∑i，js′i，j，k，其中整数k表示第一像素组内的相应组；以及[0318] -其中检测器，具体地为至少一个求和装置，被配置为以至少一个第二方式对像素进行分组，由此生成至少一个第二多个像素组，第二多个定义至少一个第二对象平面，其中求和装置被配置为将第二多个像素组中的每个像素组的像素的非线性像素信号s’i,j相加，由此生成至少一个多个第二非线性和信号Sl′＝∑i，js′i，j，l，其中整数l表示第二像素组内的相应组。
[0319] 实施例42：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，该检测器系统包括根据前述实施例中任一项的至少一个检测器，该检测器系统进一步包括适于将至少一个光束朝向检测器引导的至少一个信标装置，其中信标装置是可附接到对象、可由对象握持的以及可集成到对象中的至少一种。
[0320] 实施例43：一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根据前一实施例的至少一个检测器系统，其中至少一个信标装置适于是直接或间接地附接到用户以及由用户握持中的至少一种，其中人机接口被设计为通过检测器系统来确定用户的至少一个位置，其中人机接口被设计为向位置分配至少一项信息。
[0321] 实施例44：一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置，其中娱乐装置包括根据前一实施例的至少一个人机接口，其中娱乐装置被设计成使得至少一项信息能够由玩家通过人机接口输入，其中娱乐装置被设计为根据该信息来改变娱乐功能。
[0322] 实施例45：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，该跟踪系统包括根据涉及检测器系统的前述实施例中任一项的至少一个检测器系统，该跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器，其中该轨迹控制器适于跟踪对象在特定时间点处的一系列位置。
[0323] 实施例46：一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统，该扫描系统包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器，该扫描系统进一步包括至少一个照射源，该至少一个照射源适于发射被配置用于照射位于至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点的至少一个光束，其中扫描系统被设计为通过使用至少一个检测器生成关于至少一个点和扫描系统之间距离的至少一项信息。
[0324] 实施例47：一种用于对至少一个对象成像的相机，该相机包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项的至少一个检测器。
[0325] 实施例48：一种通过使用检测器确定至少一个对象的位置的方法，该方法包括以下步骤：
[0326] -至少一个检测步骤，包括通过使用检测器的至少一个光学传感器检测由从对象传播到检测器的至少一个光束生成的至少一个光斑，光学传感器具有至少一个像素矩阵，其中每个像素响应于由光束对像素的照射而生成至少一个像素信号si,j；
[0327] -至少一个非线性化步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个非线性化装置来变换像素信号，将所有像素i、j或至少一个像素组的像素信号si,j变换成非线性像素信号s’i,j，非线性像素信号s’i,j每一个都是相应像素的照射功率pi,j的非线性函数；
[0328] -至少一个求和步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个求和装置，将所有像素i、j或至少一个像素组的非线性像素信号s’i,j相加并且生成至少一个非线性和信号S′＝∑i，js′i，j；以及
[0329] -至少一个评估步骤，包括具体地通过使用检测器的至少一个评估装置，评估非线性和信号S’来确定对象的至少一个纵向坐标z。
[0330] 实施例49：根据前一实施例所述的方法，其中使用根据涉及检测器的前述实施例中的任一项所述的检测器。
[0331] 实施例50：一种根据涉及检测器的前述实施例中任一项所述的检测器的用途，为了使用的目的，该用途选自由以下构成的组：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；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器组合的使用；与结构化光源组合的使用；与立体相机组合的使用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源组合的使用；与立体相机组合的使用。
附图说明
附图说明
[0332] 从随后与从属权利要求相结合的优选示例性实施例的描述，本发明的进一步的可选细节和特征是明显的。在该背景中，可以单独或与几个特征组合来实现特定特征。本发明不限于示例性的实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中相同的参考标号涉及相同元件或具有相同功能的元件，或者关于它们的功能彼此对应的元件。
[0333] 具体地，在附图中：
[0334] 图1示出了根据本发明的检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置和跟踪系统的示例性实施例；
[0335] 图2示出了根据本发明的检测器的示例性实施例；
[0336] 图3A和3B示出了线性传感器信号(图3A)和非线性传感器信号(图3B)的示例；以及[0337] 图4A和4B示出了光场相机和全光相机的不同聚焦情况。
具体实施方式
[0338] 图1以高度示意性的图示示出了具有多个光学传感器112的检测器110的示例性实施例。检测器110具体可以体现为相机111或者可以是相机111的一部分。相机111可以用于成像，特别是用于3D成像，并且可以用于获取静止图像和/或图像序列，诸如数字视频剪辑。其他实施例是可行的。图1进一步示出了检测器系统114的实施例，除了至少一个检测器110之外，该检测器系统还包括一个或多个信标装置116，在该示例性实施例中，该信标装置被附接和/或集成到对象118中，该对象的位置将通过使用检测器110来检测。图1进一步示出了包括至少一个检测器系统114的人机接口120的示例性实施例，并且还示出了包括该人机接口120的娱乐装置122。该图进一步示出了用于跟踪对象118的位置的跟踪系统124，其包括检测器系统114。下面将进一步详细说明装置和系统的组件。
[0339] 该图进一步示出了用于确定至少一个对象118的至少一个位置的扫描系统127的示例性实施例。扫描系统127包括至少一个检测器110，并且进一步包括适于发射至少一个光束150的至少一个照射源129，该至少一个光束被配置用于位于至少一个对象118的至少一个表面处的至少一个点(例如，位于信标装置116的一个或多个位置上的点)的照射。扫描系统127被设计成通过使用至少一个检测器110来生成关于至少一个点与扫描系统127(具体地是检测器110)之间的距离的至少一项信息。
[0340] 在图2中示出了可以在图1的设置中使用的检测器110的示例性实施例。在下文中，将结合地来说明两个附图。
[0341] 除了一个或多个光学传感器112之外，检测器110还包括至少一个非线性化装置123、至少一个求和装置125和至少一个评估装置126，其所有功能将在下面进一步详细说明。非线性化装置123和/或求和装置125可以完全或部分地集成到光学传感器112中的一个、多于一个或全部或者甚至每一个中。另外或可选地，如图1中的虚线所示，非线性化装置
123和/或求和装置125可以完全或部分地集成到至少一个评估装置126中。此外，另外或可选地，装置123和/或125可以全部或部分地体现为独立的组件。
123和/或求和装置125可以完全或部分地集成到至少一个评估装置126中。此外，另外或可选地，装置123和/或125可以全部或部分地体现为独立的组件。
[0342] 除了完全或部分地组合两个或更多个组件的上述可能性之外，一个或多个光学传感器112、非线性化装置123、一个或多个求和装置以及一个或多个评估装置中的一个或多个可以通过一个或多个连接器128和/或一个或多个接口而被互连，如图1和图2中的象征性示出的。此外，可选的至少一个连接器128可以包括一个或多个驱动器和/或一个或多个用于修改或预处理传感器信号的器件。此外，代替使用至少一个可选的连接器128，评估装置126可以全部或部分地集成到光学传感器112中和/或集成到检测器110的壳体130中。另外或可选地，评估装置126可以完全或者部分被设计为单独的装置。
[0343] 在该示例性实施例中，位置可以被检测的对象118可以被设计为运动器材的物品和/或可以形成其位置可以由用户134操纵的控制元件132。作为示例，对象118可以是或可以包括球拍、球杆、球棒或任何其他运动器材和/或假运动器材的物品。其他类型的对象118是可能的。此外，用户134他/她自己可以被认为是其位置将被检测的对象118。
[0344] 如上所述，检测器110包括多个光学传感器112。光学传感器112可以位于检测器110的壳体130内部。此外，可以包括至少一个传送装置136，诸如一个或多个光学系统，优选包括一个或多个透镜138。如上所述，至少一个透镜138具体可以是或者可以可选地包括至少一个可调焦透镜139。
[0345] 壳体130内部的优选地相对于检测器110的光轴142而同心定位的开口140优选地限定检测器110的观察方向144。可以定义坐标系146，其中与光轴142平行或反平行的方向被定义为纵向，而垂直于光轴142的方向可被定义为横向。在图1中象征性地示出的坐标系146中，纵向方向由z表示，以及横向方向分别由x和y表示。其他类型的坐标系146是可行的。
[0346] 检测器110可以包括一个或多个光学传感器112。优选地，如图1所示，包括多个光学传感器112，作为示例，其可以位于不同的局部束路径147中，如图1所示，局部束路径可以由一个或多个束分离装置148分离。然而，应该注意，其他选项是可行的，诸如两个或更多个光学传感器112的堆叠配置。此外，具有不同数量的光学传感器112的实施例是可行的。此外，另外或可选地，如上面详细讨论的，通过使用至少一个可调焦透镜139，可以避免束路径的分离，仍然能够解决不确定性。
[0347] 一个或多个光束150从对象118和/或从信标装置116中的一个或多个向传感器110朝向检测器110传播。检测器110适于确定至少一个对象118的位置。为此，如将相对于图2和其中所示的光学传感器112中的一个的示例性实施例所说明的，光学传感器112中的每一个都包括像素154的矩阵152。该示例性实施例中，矩阵152是矩形矩阵，其中像素154被排列成x维度中的行和y维度中的列，如由图2所示的坐标系146象征性示出的。矩阵152的平面可以垂直于检测器110的光轴142，并由此可以垂直于纵向坐标z。然而，其他实施例是可行的，诸如具有非平面光学传感器112的实施例和/或具有像素154的非矩形矩阵的实施例。
[0348] 检测器110适于确定对象118的位置，并且光学传感器112适于检测从对象118(具体地从一个或多个信标装置116)朝向检测器110传播的光束150。光束150直接和/或在被传送装置136修改(诸如被透镜138聚焦)之后，在光学传感器112或每个光学传感器112的传感器表面上生成光斑156。像素154中的每一个适于响应于由光束对像素的照射而生成单独的像素信号si,j，其表示相应像素154的照射的强度或功率。其中，可以生成关于所有像素或者仅关于一个或多个像素154组的像素信号。像素信号可以同时或相继生成，诸如以复用方式。
[0349] 如图3A中象征性示出的，像素信号si,j具体地可以是线性像素信号，即，至少在一定程度上或在容差内和/或在一定的测量范围内(由图3A中的参考标记158象征性示出)的像素信号是线性像素信号，即，遵循上面等式(1)的像素信号。作为示例，在测量范围内与根据等式(1)的线性行为的偏差不超过20％，优选不超过10％，更优选不超过5％或甚至不超过2％仍然可以忍受。
[0350] 如图2所示，像素信号si,j部分或全部，即，全部像素信号或至少一组像素信号，被馈送到至少一个非线性化装置123中。其中，可为每个像素154提供至少一个单独的非线性化装置123，或者两个或更多个像素或甚至全部像素可共享公共的非线性化装置123。如图3B所示，至少在测量范围158内，非线性化装置123将线性像素信号si,j变换为非线性像素信号s’i,j。因此，可以使用指数函数、多项式函数、对数函数或其他非线性函数，如在光学传感器和显示器中的Gamma校正中已知的，如上在等式(1’)的上下文中说明的。
[0351] 如图2进一步所示，由一个或多个非线性化装置123生成的非线性像素信号s’i,j随后被馈送到至少一个求和装置125。如上所述，求和可以针对所有像素154或者针对一个或多个像素154组(诸如针对一个或多个感兴趣的区域)而发生。如上在等式(2’)的上下文中进一步描述的，通过至少一个求和装置125生成非线性和信号S’，其是照射的总功率P和光斑156的尺寸d的非线性函数f(P,d)。非线性函数f(P,d)可以根据经验、解析或半解析而导出。因此，作为f的经验确定的示例，可以针对多个束宽度d记录非线性和信号S’，并且可以生成查找表。因此，通过导出S’，可以确定d。通过使用已知的束传播特性，诸如高斯关系(4)，由此可以导出纵向坐标z。可选地，可以直接针对非线性和信号S’和纵向坐标z确定查找表或类似关系，诸如通过记录在具有对象118与检测器110之间的不同距离z的多个实验中的非线性和信号S’。此外，可选地，可以诸如通过评估高斯束传播方程来确定分析关系。
[0352] 纵向坐标z的确定可以由纵向评估装置160执行，如图2象征性地所示出的。另外，可选地，可以执行线性传感器信号si,j的评估，以便确定至少一个横向坐标。因此，诸如通过确定如图2所示的坐标imax和/或jmax，可以确定光斑156的中心。该确定可以简单地通过比较传感器信号并确定最大值来执行。通过使用至少一个横向评估装置162并且通过进一步使用矩阵152上的光斑156的位置与对象118的横向位置之间的已知关系，可以导出对象118的横向位置。此外，后者的关系也可以被预定的或可确定的，诸如通过使用传送装置136的透镜方程和/或通过使用光斑156的位置与对象的横向位置之间的经验或半经验关系。
[0353] 纵向评估装置160和至少一个可选的横向评估装置162可以是评估装置126的一部分。如图2所示，检测器110可以适于直接将线性传感器信号si,j提供给评估装置126，例如，除了非线性和信号S’之外。
[0354] 作为进一步的选项，也在图2中示出，检测器110可以被设置为产生上述至少一个线性和信号S。为此，检测器110可以包括至少一个附加的求和装置164，其可以适用于根据上面的等式(2)生成来自所有传感器信号si,j的或者来自这些传感器信号的至少一个组的线性和信号S。如图2所示，线性和信号S可以例如被提供给纵向评估装置160，诸如以便对照射的总功率P进行归一化，并且使得该评估与光源的功率无关，诸如与集成到一个或多个信标装置116的一个或多个光源的功率无关。另外以及可选地，横向评估装置162可以利用由线性和信号S提供的该附加信息。
[0355] 如上所述，通过使用检测器110对对象118和/或其一部分的位置的确定可以用于提供人机接口120，以便向机器166提供至少一项信息。在图1中示意性示出的实施例中，机器166可以是计算机和/或可以包括计算机。其他实施例是可行的。评估装置126甚至可以完全或部分地集成到机器166中，诸如集成到计算机中。
[0356] 如上所述，图1还示出了被配置用于跟踪至少一个对象118的位置的跟踪系统124的示例。跟踪系统124包括检测器110和至少一个轨迹控制器168。轨迹控制器可以适于跟踪对象118在特定时间点处的一系列位置。轨迹控制器172可以是单独的装置和/或可以全部或部分地形成机器166的计算机的一部分。
[0357] 类似地，如上所述，人机接口120可以形成娱乐装置122的一部分。机器166，特别是计算机也可以形成娱乐装置122的一部分。因此，借助于用作对象118的用户134和/或借助于操纵用作对象118的控制装置132的用户134，用户134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，诸如控制计算机游戏的进程。
[0358] 如上所述，检测器110可以包括至少一个传送装置136，其可以包括一个或多个透镜138。在图4A和4B示出的进一步的示例性实施例中，传送装置136可以包括多透镜系统170，具体地为透镜阵列172，更具体地为微透镜阵列174。如图4A和4B所示，微透镜阵列174可以位于光学传感器112的上方、下方或旁边，光学传感器112例如可以是或者可以包括至少一个CCD和/或至少一个CMOS传感器和/或至少一个其他种类的成像传感器。另外，检测器
110可以包括至少一个附加透镜138，诸如至少一个主透镜176。
110可以包括至少一个附加透镜138，诸如至少一个主透镜176。
[0359] 通过使用该设置或类似的设置，可以实现光场相机178和/或全光相机180。在图4A和4B中，为了清楚起见以及为了下面的基本原理的描述，仅示出了传送装置136和光学传感器112。光场相机178和/或全光相机180另外可以包括如图1和/或2所示的其余组件，诸如非线性化装置123、求和装置125、评估装置126以及可选地进一步的组件。光场相机178和/或全光相机180也可以被实现到检测器系统114、人机接口120、娱乐装置122、跟踪系统124、扫描系统127或其他应用中的一个或多个中。
[0360] 对于光场相机178和/或全光相机180的基本原理，可以参考C.Hahne等人的上述应用以及http://www.plenoptic.info/pages/refocusing.html。图4A和4B适于后者。然而，此外，将进行根据本发明的评估，其在上面被称为使用“软件FiP效应”。因此，具体地，如上所述，光学传感器112的传感器信号可以经历通过使用至少一个非线性化装置123的至少一个非线性化步骤、通过使用至少一个求和装置125的至少一个求和步骤、以及通过使用至少一个评估装置126的至少一个评估步骤，其中，为了简化的目的，装置123、125和126未在图4A和4B中示出。
[0361] 在图4A中，示出了一种情况，在该情况中，对象118的部分182(也称为对象118的一部分)定位成使得该部分182由主透镜176直接成像到微透镜阵列174。作为示例，该部分182可以是信标装置116。在图4A中，对象平面由参考标记184表示。主透镜176的焦平面由参考标记186表示。此外，对象平面184被主透镜176成像到的图像平面由参考标记188表示。
[0362] 在图4A所示的这种聚焦情况中，图像平面188与多透镜系统170所位于的微透镜平面190重合。在这个简化的设置中，作为优选的示例，平面184、186、188和190以及主透镜176基本上垂直于光轴142取向。然而，应该指出，其它实施例是可行的。
[0363] 如图4A中可以看出的，光束150的光线被聚焦到多透镜系统170的透镜138中的一个上。在这个简化的示例中，最上面的透镜138被照射。该最上面的透镜138将光束150聚焦到图像传感器112的照射区域192上。该照射区域192的像素154形成第一像素组194。在第一像素154组194的像素信号上执行非线性化和求和。类似地，多透镜系统170的其他透镜138限定了其他第一组194，使得多透镜系统170限定了第一多个像素154组196。对于第一组194中的每一个，可以进行根据本发明的评估，从而生成对象118和/或对象118的部分182(诸如信标装置116)的纵向坐标z。
[0364] 然而，光场相机178和/或全光相机180也可以被配置成重聚焦并且因此记录图像和/或确定在其他对象平面184中的对象118和/或对象118的一个或多个部分182的纵向坐标。重聚焦的这个过程可以在不同平面中同时发生或随后发生成像过程。这是因为如下面将进一步详细描述的以及如在上述文献中说明的事实：重聚焦主要可以被定义为软件或评估过程，而不是涉及移动机械部件或改变透镜的过程。
[0365] 因此，在图4B中，示出了对象平面184移动得更靠近焦平面186的情况。因此，成像平面188远离微透镜平面190移动。因此，由光束150在光学传感器112上生成的光斑156的变宽，并且因此照射区域192变宽。照射区域192的像素154定义至少一个第二像素154组198，其大于图4A中的第一组194。通过将像素154的矩阵152细分成第二组198，定义第二多个像素154组200。此外，上述非线性化和求和在每个第二组198内发生，从而确定针对第二组198的纵向坐标。
[0366] 因此，通过重新定义像素154组，可以发生检测器110的重聚焦。对于进一步的细节，具体地关于重聚焦的算法，可以参考C.Hahne等人的上述出版物中的一个或多个以及http://www.plenoptic.info/pages/refocusing.html。
[0367] 具有微透镜的光场相机178或全光相机180可以同时在不同的焦平面中记录图像。所记录的信息可以直接用作根据本发明的评估的输入，该评估也被称为软件FiP评估。光场相机178或全光相机180的光学器件，具体地为传送装置136，可以包括一个或多个上述主透镜176。在记录图像时，对象平面184中的一个或多个对象118可以被对焦，使得图像平面188与微透镜平面190重合，如图4A所示以及如以上所说明的。可以通过对每个微透镜下面的像素的非线性传感器像素信号(即，非线性化步骤之后的像素信号)进行求和来获得图像。换言之，图像像素强度可以由一个微透镜下面的非线性传感器像素强度之和给出。图像分辨率可以与微透镜的数量相同。为了将图像重聚焦到不同的对象平面184，如上所述可以进行重新分组。因此，可以对不同的传感器像素进行分组，并且可以将非线性传感器信号相加以便获得图像像素强度。组194、198具体可以被选择为使得穿过多透镜系统170的相应透镜
138的中心光线在新图像平面188中重合，如图4B所示。
138的中心光线在新图像平面188中重合，如图4B所示。
[0368] 每个图像的分辨率可以等于多透镜系统170中的透镜138的数量，具体地为微透镜阵列174中的微透镜的数量。可以从记录的图像直接提取的不同图像的数量可以等于一个微透镜下方的像素154的数量。
[0369] “软件FiP系统”可以使用软件和/或硬件来将CMOS或CCD的线性像素信号变换为非线性像素信号的和以获得FiP信号。光场相机178可以使用软件和/或硬件将微透镜下的像素信号变换成像素信号的线性和以获得不同焦平面或视角中的图像。另外或可选地，通过对像素信号进行非线性化并对这些非线性像素信号进行求和，如本发明所提出的，光场相机178的求和过程可以以非线性方式发生，以便获得在不同焦平面中的FiP信号。
[0370] 与由C.Hahne等人公开的常规的全光相机相比，可以在硬件侧优化光场相机178的设置以用作FiP相机。因此，为了本发明的目的，图像分辨率可以增加，而仅两个焦平面可能是足够的。因此，多透镜系统170的透镜138的数量(诸如微透镜的数量)可以增加，而一个透镜下面的传感器像素154的数量可以减少。此外，关于软件FiP评估，可以在两个固定焦平面处计算FiP信号。该软件可能会相应地被优化。具体地在光场相机的情况下，软件FiP效应(具体地为形成非线性和信号的求和步骤)可以完全或部分地由硬件容易地实现(可以另外或可选地完全或部分软件实现)，因为在两个或更多个平面中的像素组可以被固定地实现和预定。
[0371] 将基于微透镜的光场相机178与本发明中提出的方法和装置组合通常可以导致光学设置的简化。因此，与例如图1的设置相比，通常只需要一条光路。然而，应该注意，其他设置是可行的，具体地具有多个束路径和/或一个或多个分离束路径的设置。
[0372] 参考标记列表
[0373] 110 检测器
[0374] 111 相机
[0375] 112 光学传感器
[0376] 114 检测器系统
[0377] 116 信标装置
[0378] 118 对象
[0379] 120 人机接口
[0380] 122 娱乐装置
[0381] 123 非线性化装置
[0382] 124 跟踪系统
[0383] 125 求和装置
[0384] 126 评估装置
[0385] 127 扫描系统
[0386] 128 连接器
[0387] 129 照射源
[0388] 130 壳体
[0389] 132 控制装置
[0390] 134 用户
[0391] 136 传送装置
[0392] 138 透镜
[0393] 139 可调焦透镜
[0394] 140 开口
[0395] 142 光轴
[0396] 144 观察方向
[0397] 146 坐标系
[0398] 147 局部束路径
[0399] 148 束分离装置
[0400] 150 光束
[0401] 152 矩阵
[0402] 154 像素
[0403] 156 光斑
[0404] 158 测量范围
[0405] 160 纵向评估装置
[0406] 162 横向评估装置
[0407] 164 附加求和装置
[0408] 166 机器
[0409] 168 轨迹控制器
[0410] 170 多透镜系统
[0411] 172 透镜阵列
[0412] 174 微透镜阵列
[0413] 176 主透镜
[0414] 178 光场相机
[0415] 180 全光相机
[0416] 182 对象的部分
[0417] 184 对象平面
[0418] 186 焦平面
[0419] 188 图像平面
[0420] 190 微透镜平面
[0421] 192 照射区域
[0422] 194 第一组
[0423] 196 第一多个像素组
[0424] 198 第二组
[0425] 200 第二多个像素组
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