[0002] 本申请要求于2009年2月27日提交的美国临时
专利申请No.61/156,205的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本
发明涉及用于估计目标的物理参数的方法、装置和系统。例如，所述方法、装置和系统可用于生成目标(例如，
家畜动物)的至少部分的三维表示。三维表示可用于估计家畜动物的诸如重量的物理参数。
背景技术
[0004] 目标的物理参数(例如，重量)的精确估计在许多商业领域是重要的。在农业上，例如，最终胴体重的精确估计在有效家畜处理操作上是重要的。精确地估计家畜动物的重量和/或最终胴体重使得可显著节约家畜生产者的成本，家畜生产者经常会为其胴体落在肉食加工厂最优考虑的重量范围之外的一组动物中的每个动物受惩罚。较少的惩罚为能够递送精确称重的动物的农场主带来较高的利润率。获知活动物的重量对于在养殖期间最优地管理
饲料也是重要的。然而，包括将每个动物
定位到称上的为动物称重的方法可能对动物来说是紧张和有害的，并且可导致减产。
[0005] 发明概述
[0006] 本
说明书描述了涉及使用三维表示估计物理参数的技术。本文提供了用于估计目标的物理参数的方法、装置和系统。例如，所述方法、装置和系统可用于生成目标(例如，家畜动物)的至少部分的三维表示。三维表示可用于估计家畜动物的例如重量的物理参数。
[0007] 通常，本文描述的主旨的一个创新性方案可实现为用于估计目标的物理参数的方法。一个或多个预定光图案投射到目标的至少部分上。每个投射的光图案包括多个光元素。检测由一个或多个投射的光图案与目标的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案。
每个检测光图案包括多个光元素并且从单个
位置检测。处理单次检测的光图案以通过确定单次检测的光图案的多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分的三维表示用于估计目标的物理参数。
[0008] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。被处理以提供目标的至少部分的三维表示的单次检测的光图案可以基于预定光图案到目标的至少部分上的单次投射。每个单次检测位置可偏离于投射图像的位置。从其检测一个或多个光图案的单个位置可在一个或多个检测光图案之间而不同。物理参数可以为重量。目标可以为动物。动物可以为
哺乳动物。动物可以为家畜动物。物理参数可以从由重量、表面积、周长、长度、高度、胴体成分、精选肉比例、组织成分、肌肉强健度、体质指标、体不对称度和体积组成的组中选出。目标的物理测量可以从目标的至少部分的三维表示估计出。目标可以猪，并且物理测量可以从由冠臀长度、心周长、肘下方的前腿周边长度、肘到肘的距离、侧腹到侧腹的距离、前腿长度、褶痕到褶痕的长度、后踝周边长度、腹股沟处后腿周边长度、肩部的宽度、后腿宽度、后腿褶痕处的宽度、最大后腿突起处的宽度、腹部间隙、肩胛骨处的高度、髋部以上的高度和尾部着生点处的高度组成的组中选出。另外的物理测量也可以从目标的至少部分的三维表示估计出。一个或多个物理测量可用于估计猪或另外的家畜动物的重量。在猪的情况下，任选地，冠臀长度乘以后腿宽度乘以尾部着生点高度可用于估计猪的重量。
[0009] 本文描述的主旨的另一创新性方案可实现为用于估计目标的物理参数的计算机实现的方法。多个预定光图案投射到目标的至少部分上。每个图像从大致相同的
角度投射到目标或目标的部分上。每个投射的光图案包括多个光元素。检测由投射的光图案与目标的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案。每个检测光图案包括多个光元素并且从单个位置检测。一个或多个检测光图案被处理以提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分的三维表示用于估计目标的物理参数。
[0010] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。可以显示估计的物理参数。
[0011] 本文描述的主旨的另一创新性方案可实现为用于估计目标的物理参数的系统。所述系统包括投光器，投光器包括
光源，所述光源配置为将包括多个光元素的一个或多个预定光图案投射到目标的至少部分上。所述系统包括检测器，所述检测器配置为检测一个或多个光图案，所述光图案包含多个光元素并且由投射的一个或多个光图案与目标的至少部分的交互作用得到。所述系统包括
数据处理装置，所述数据处理装置配置为通过由从单个检测器位置检测到的单次检测的光图案确定多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示，并且使用三维表示来估计目标的物理参数。
[0012] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。被处理以提供目标的至少部分的三维表示的检测光图案可以基于预定光图案到目标的至少部分上的单次投射。投光器可以进一步包括孔隙，从所述孔隙投射一个或多个预定光图案。检测器可以包括孔隙，来自目标的一个或多个光图案接收到所述孔隙中，并且其中，投光器孔隙偏离于检测器孔隙。光源可以为闪光装置。闪光装置可以配置为产生暂态闪光。数据处理装置可以进一步配置为由目标的至少部分的三维表示估计目标的物理测量。目标可以为猪，而物理测量可以从包含冠臀长度、心周长、肘下方的前腿周边长度、肘到肘的距离、侧腹到侧腹的距离、前腿长度、褶痕到褶痕的长度、后踝周边长度、腹股沟处后腿周边长度、肩部的宽度、后腿宽度、后腿褶痕处的宽度、最大后腿突起处的宽度、腹部间隙、肩胛骨处的高度、髋部以上的高度和尾部着生点处的高度的组中选出。一个或多个物理测量可用于估计猪的重量。冠臀长度乘以后腿宽度乘以尾部着生点高度可用于估计猪的重量。
[0013] 本文描述的主旨的另一创新性方案可实现为用于确定表面上的目标的位置的计算机实现的方法。一个或多个预定光图案投射到目标的至少部分上以及表面的至少部分上。每个投射的光图案包括多个光元素。在目标上和表面上检测一个或多个光图案，所述光图案是由一个或多个投射的预定光图案与目标的至少部分和表面的至少部分的交互作用得到的。检测光图案包括多个光元素。确定包含在检测光图案中的多个光元素的三维位置。目标的至少部分的三维表示和表面的至少部分的三维表示是由来自检测光图案的多个光元素的确定的三维位置确定的。目标相对于表面的位置是基于目标的至少部分以及表面的至少部分的确定的三维表示确定的。
[0014] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。确定目标相对于表面的位置可以包括确定目标相对于表面的取向。例如，所述取向与目标所在的表面成法向。表面可以为大致平面型表面。例如，目标为生猪，而表面为在商业养猪场中找到的平面型表面。在该方案中，生猪以及结果是生猪的至少部分的三维表示在垂直的、“竖直”位置上，例如，直立位置。目标相对于表面的取向可以利用与表面成法向的向量来确定。目标的至少部分的三维表示可用于基于目标相对于表面的垂直取向来估计目标的物理参数。
[0015] 本文描述的主旨的另一创新性方案可以实现为用于确定表面上的目标的位置的计算机实现方法。一个或多个第一预定光图案投射到目标的至少部分上。投射的每个第一光图案包括多个光元素。一个或多个第二预定光图案投射到目标所在的表面的至少部分上。投射的每个第二光图案包括多个光元素。检测由投射的一个或多个第一预定光图案和目标的至少部分的交互作用得到的目标上的一个或多个光图案。检测目标上的每个光图案包括多个光元素。检测表面上以及由投射的一个或多个第二预定光图案和表面的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案。检测表面上的每个光图案包括多个光元素。确定包含在检测目标上的光图案中的多个光元素的三维位置。确定包含在检测表面上的光图案中的多个光元素的三维位置。由从检测目标上的光图案和从检测表面上的光图案二者确定的多个光元素的三维位置来确定目标的至少部分的三维表示和表面的至少部分的三维表示。基于目标的至少部分和表面的至少部分的确定的三维表示来确定目标相对于表面的位置。
[0016] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。可以沿方向投射一个或多个第一预定光图案和一个或多个第二预定光图案，并且第一预定光图案的多个光元素可以彼此平行并且与第一轴线平行，而第二预定光图案的多个光元素可以彼此平行并且与第二轴线平行。所述第一轴线和所述第二轴线可以不对准。确定目标相对于表面的位置可以包括确定目标相对于表面的取向。目标的至少部分的三维表示可用于基于目标相对于表面的取向来估计目标的物理参数。物理参数可以为重量。目标可以为直立在表面上的农场动物。目标可以为停靠在表面的顶部上的三维目标。将第一预定光图案投射到目标的至少部分上可以包括在单个瞬间内投射第一预定光图案。第一预定光图案和第二预定光图案可以投射为闪光，例如，单次闪光。
[0017] 本文描述的主旨的另一创新性方案可以实现为用于估计目标的物理参数的计算机实现的方法。所述方法包括将一个或多个对角光图案投射到目标的至少部分上。投射的每个目标光图案包括多个光元素。每个光元素与位于与沿其投射一个或多个对角光图案的方向垂直的平面上的垂直轴线成对角的轴线平行。检测由投射的一个或多个对角光图案和目标的至少部分的交互作用得到的目标上的一个或多个光图案。每个检测光图案包括多个光元素。通过确定检测目标上的一个或多个光图案的多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分的三维表示用于估计目标的物理参数。
[0018] 该方案和其它方案可包括下述特征中的一个或多个。被处理以提供目标的至少部分的三维表示的一个或多个检测光图案可以基于预定光图案到目标的至少部分上的单次投射。可以从目标上的单个位置检测一个或多个检测光图案。一个或多个垂直光图案可以投射到目标所在的表面的至少部分上。投射的每个垂直光图案可以包括多个光元素。每个光元素可以与位于与沿其投射一个或多个对角光图案的方向垂直的平面上的垂直轴线平行。可以检测由一个或多个垂直光图案与表面的至少部分交互作用得到的一个或多个光图案。每个检测光图案可以包括多个光元素。可以通过确定一个或多个检测光图案的多个光元素的三维位置来提供表面的至少部分的三维表示。表面的至少部分的三维表示可用于确定表面上的目标的位置。
[0019] 本文描述的主旨的另一创新性方案可以实现为用于估计位于表面上的目标的物理参数的装置。所述装置包括：投光器，其包括发射光的光源；以及器件，其位于由光源发射的光的路径上，所述器件选择性地阻挡发射光的至少部分以产生投射到目标的至少部分上的光的第一图像和投射到表面的至少部分上的光的第二图像。所述装置还包括检测器，所述检测器配置为检测由目标的第一光图案和表面的第二光图案的交互作用得到的光图案。所述装置还包括数据处理装置，所述数据处理装置配置为执行操作，所述操作包括基于由所述检测器检测到的光图案来确定目标相对于表面的位置，以及基于由检测器检测到的光图案来确定目标的物理参数。
[0020] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。选择性地阻挡发射光的至少部分以产生投射到目标的至少部分上的光的第一图像和投射到表面的至少部分上的光的第二图像的器件可以从由包含光阻挡部的透明表面、
蜡纸和数字微镜器件组成的组中选出。透明表面可以包括在透明表面上沿第一方向取向的第一多个标记物和在透明表面上沿第二方向取向的第二多个标记物。所述第一方向可以与所述第二方向不同。投射穿过第一多个标记物以产生第一光图案的投光器可以包括用于投射到目标上的的多个光元素。通过第二多个标记物投射光以产生第二光图案可以包括用于投射到目标所在的表面上的多个光元素。投光器可以进一步包括光学器件，光学器件通过透明表面上的第一多个标记物和第二多个标记物传送来自光源的光。透明表面可以为
滑板。第一多个标记物可以对角的蚀刻标记，并且第二多个标记物可以为滑板上的垂直蚀刻标记。当装置工作时，投光器和检测器可以位于相同的
水平面上。装置可以另外包括壳体，投光器和检测器位于所述壳体内。所述壳体可以包括多个开口，投光器通过所述开口投射光，并且检测器通过所述开口检测光图案。检测器可以包括电荷
耦合器件(CCD)以捕获检测到的光图案。检测器可被配置为检测由第一光图案和目标的交互作用得到的第一检测光图案和由第二光图案和表面的交互作用得到的第二检测光图案。装置可以进一步包括处理
电路，所述处理电路配置为分别通过确定包含在第一检测光图案和第二检测光图案中的多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示和表面的至少部分的三维表示。
[0021] 本文描述的主旨的另一创新性方案可以实现为系统，所述系统包括：投光器，其被配置为将一个或多个对角光图案投射到目标的至少部分上，其中，每个投射的对角光图案包括多个光元素，其中，每个光元素与轴线平行，所述轴线与垂直轴线成对角，所述垂直轴线位于与沿其投射一个或多个对角光图案的方向垂直的平面上；检测器，其被配置为检测目标上的并且由一个或多个预定的对角光图案和目标的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案，其中，每个检测光图案包括多个光元素；以及处理电路，其被配置为通过确定一个或多个检测光图案的目标上的多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示，并且使用目标的至少部分的三维表示来估计目标的物理参数。
[0022] 该方案和其它方案可以包括下述特征中的一个或多个。投光器可进一步被配置为将一个或多个垂直光图案投射到目标所在的表面的至少部分上。每个投射的垂直光图案可以包括多个光元素。每个光元素可以与位于与沿其投射一个或多个对角图像的方向垂直的平面上的垂直轴线平行。检测器可以进一步被配置为检测表面上并且由一个或多个预定垂直光图案和表面的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案。每个检测光图案可以包括多个光元素。处理电路可以进一步被配置为通过确定一个或多个检测光图案的表面上的多个光元素的三维位置来提供表面的至少部分的三维表示，并且使用表面的至少部分的三维表示来确定表面上的目标的位置。
[0023] 在本说明书中描述的主旨的一个或多个实施方案的细节在下面的
附图和说明书中进行了阐述。主旨的其它特征、方案和优势将从说明书、附图和
权利要求中变得显而易见。
附图说明
[0024] 图1为图示用于估计目标的物理参数的
实施例装置的部分的示意图。
[0025] 图2为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置的部分的示意图。
[0026] 图3为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置的部分的示意图。
[0027] 图4为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置的部分的示意图。
[0028] 图5为用于所述装置、系统和方法的实施例三角形方法的图解。
[0029] 图6为由其计算冠臀长度的猪的扫描的示意图。
[0030] 图7为由其计算侧腹周长的猪的扫描的示意图。
[0031] 图8为由其计算后腿宽度的猪的扫描的示意图。
[0032] 图9A为从侧部看到的使用本文中描述的实施例系统获取的带标记生猪的原始图像。
[0033] 图9B为以冠臀长度、尾部着生点高度和后腿宽度标注的
三维扫描图。
[0034] 图10为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置的分解视图的示意图。
[0035] 图11为图示去除顶部壳体以用于估计目标的物理参数的实施例装置的等距视图的示意图。
[0036] 图12为图示去除底部壳体的实施例装置的等距视图的示意图。
[0037] 图13为图示去除顶部壳体的实施例装置的后视图的示意图。
[0038] 图14为图示分别可被投射以使其入射到目标和目标所在的表面上的第一光图案和第二光图案的图。
[0039] 图15为同时标记有两个光图案的生猪的原始图像。
[0040] 图16为图示用于估计目标的物理参数的实施例系统的部分的
框图。
[0041] 各个图中相同的附图标记和标识表示相同的元件。
[0042] 发明详述
[0043] 在本公开中描述了使用三维表示估计物理参数的方法、装置和系统。如参照下列附图描述的，使用由入射到目标上的光图案的交互作用获得的三维表示来估计目标的物理参数。光图案为能够被投射到目标上以便于检测以及随后的表示(例如，以三维形式)的光的任何图像。光图案可以包括多个光元素。光图案可以任选地为结构化的光图案。在一个实施例结构化光图案中，每个光元素可以为与图案的其它光元素平行的条纹。在另一个实施例结构化光图案中，每个光元素可以为编码的靶。为了估计物理参数，装置将光图案照射到关注目标上并且捕获光图案与目标的交互作用。参照图1描述这种装置的实施例。参照图3-图4和图10-图13描述这种装置的另一实施例。
[0044] 图1为使用目标的至少部分的三维表示来估计目标的物理参数的装置10的示意图。装置10被配置为将光图案投射到目标上并且接收来自目标的光图案。从目标接收到的光图案包括由投射光图案和目标的至少部分的交互作用得到的光图案。
[0045] 尽管目标不限于
生物，在一个实施例中，目标为动物或动物的部分。例如，目标可以为人或非人的动物。任选地，目标为家畜动物，诸如生猪、奶
牛、山羊、
绵羊、鱼、
马等。动物可以为任何年龄的雄性或雌性动物。可选地或除此之外，目标可以为任何类型的
家禽或家禽的部分。
[0046] 装置10的部分可以位于壳体12中。任选地，壳体12被配置为由装置10的操作员手持。当壳体被手持时，装置可以在目标的环境内移动以用于产生目标的至少部分的三维表示。因此，例如，如果家畜动物为将为其生成三维表示的目标，那么装置10可相对于家畜动物自由地移动，而动物在其自然商业环境中不受约束。
[0047] 装置10可以包括位于壳体12中的光源14。光源14可以为能够产生用于投射到目标上的暂态闪光的闪光型光源(例如，
闪光灯泡)。闪光型光源通常用于光学领域。例如，所熟悉的闪光型光源在
照相机中用于将光闪烁到目标上以便于捕获目标的图像。装置10可以进一步包括人机
接口32，诸如触发器，其可用于触发光从光源朝向目标的投射。
[0048] 可由玻璃或另外的透光材料制成的滑板16可位于壳体12中并且可操作地位于光源14和目标之间。滑板16包括已知图案。例如，一个或多个已知图案可以印制或蚀刻到滑板16上。在一个实施例中，滑板为具有反射表面的玻璃滑板。反射表面可以利用
酸蚀刻掉其反射的部分以在生成滑板上的非反射表面的已知图案。当来自光源14的光透过滑板并且朝向目标时，图案从滑板被投射为多个光元素。任选地，滑板16上的图案包括使得多个对应光元素投射到目标或目标的部分上的多个元素。各元素的位置是已知的。应当理解的是，可使用除了或包括滑板16的物体来产生光图案。例如，可以使用诸如数字式投光器(DLP)的数字式微镜。可选择地或除此之外，可以使用
钢制遮光屏(用于将图案投到壁上的蜡纸)来产生光图案。可以使用在表面上具有标记物的任何透明表面或选择性地阻挡光穿过的任何器件或二者的组合来产生光图案。
[0049] 返回到图1，当光从光源14穿过滑板16时，生成了具有多个光元素的光的图案。由于滑板16的每个元素的位置是已知的，投射的光图案也是已知的。光的该图案任选地被引导通过收集透镜18并且到达投射透镜20上并且通过投射透镜20，这样将从孔隙22出来的图案聚焦并且聚焦到目标或目标的部分上。任选地，孔隙22受保护性玻璃保护。还可以任选地关闭孔隙22。由于多个元素中的每个元素的位置是已知的并且投射透镜20的光学参数(例如投射角)也是已知的，可以估计出每个元素在距投射透镜20的任何给定距离处应当落在垂直平面上的位置。此外，可以估计出每个元素从投光器投射的角度α。如图5所示，可以相对于投光器装置的光学轴线来测量α。
[0050] 投射到目标的至少部分上的光与目标或目标的部分交互作用，并且可以检测出所得到的包括多个光元素的光图案。可通过包括孔隙24、透镜26和检测器28的捕获部分(例如，照相机部分)来检测得到的光图案。在一些实现中，捕获部分和投光器部分可以被校准以识别捕获部分和投光器的内参数和外参数从而获得精确的扫描数据。基于外参数，可以确定投光器和照相机在空间中相对于彼此以及相对于待成像目标的位置。为了限定照相机的外参数，要获知对于任何给定的三维图像照相机在空间中的相对位置和方位。内参数是投光器或照相机所固有的那些参数，例如，透镜畸变(枕形和切线)、透镜的焦距、格式尺寸(例如，投射图案滑板或CCD的尺寸按毫米计，等)主点，主点理论上为所有的投射射线相交的点(例如，在理想系统中为CCD或滑板的确切中心)。
[0051] 在可选实现中，可以通过在照相机和投光器二者中考虑透镜畸变来施加校准。透镜畸变可独立地施加到照相机的每条射线。通常，可以利用多项式函数f(x)来近似透镜畸变。
像素位置随后畸变为f(Px，Py，Pz)＝(Px1，Py1，Pz1)，那么照相机射线的新方程将为[0052]
[0053] 在投光器的情况下，为了找到投射平面的畸变交叉点，平面被分裂成近似射线的一系列射线。这些射线可类似地限定为：
[0054]
[0055] 可以通过将投光器视为“看到”其投射的图案的逆照相机来校准系统。可以利用光学工程领域的技术人员公知的照相机校准技术来校准照相机。固定的、已知的图案可以放置到校准表面上。使用经校准的照相机从该固定的、已知的图案获取的图像可用于确定校准表面相对于照相机的3D位置。然后，可以通过找到滑板团中的2D点和投射到校准表面上的3D点之间的对应关系来校准投光器。投光器校准可确定投光器的内参数和外参数。
[0056] 穿过孔隙24的光由透镜26聚焦到检测器28上。检测器28可以为例如电荷耦合器件(CCD)。检测器28的尺寸是已知的。当光穿过透镜26并且在检测器的特定像素处撞击检测器28时，如果使用
颜色，则光的颜色和强度记录在该像素处。通过分析多个像素的颜色和强度，可以确定撞击检测器28的光的图案。利用该信息，可以估计出当元素被捕获时相对于光投射元素测量到的孔隙24或透镜26相对于目标上该给定图案元素的位置的角度β。任选地，孔隙24由保护性玻璃保护。还可以任选地关闭孔隙24。如果不使用颜色，可以使用单色法完成光的检测。
[0057] 图2为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置的部分的示意图。如图2所示，装置10包括半透明的壳体12。图2示出了孔隙(22和24)，孔隙可任选地由保护性玻璃
覆盖。该图进一步示出了集成到壳体12中的任选显示器件34和人机接口32(例如，用于引发光投射的触发控制)。显示器件34可以为共用于许多数字照相机的
液晶显示器(LCD)。图1所示的装置10的内部部件位于壳体内。
[0058] 图3和图4为用于估计目标的物理参数的装置40的实施例示意图解。装置40包括投射部分42和光学部分，投射部分42包括光源14(例如，照相机型闪光装置)。光学部分可以包括滑板16、收集透镜18和投射透镜20。光学部分的紧靠近目标的孔隙22可以覆有保护性玻璃层。装置40可以进一步包括捕获部分44，诸如数字照相机装置。捕获部分可以包括覆有保护性玻璃的孔隙24、透镜26(例如，照相机透镜)和检测器28。装置40可以进一步包括人机接口32，人机接口32用于触发来自光源14的光的投射并且使用捕获部分44捕获图像。
[0059] 位于捕获部分内的是用于检测通过捕获孔隙的光的检测器28。装置40还可以包括常用于许多数字照相机的显示器件。装置可以进一步包括至少一个处理装置，所述处理装置配置为使用从检测器相对于目标的单个位置检测到的单个光图案来产生目标的至少部分的三维表示。所述至少一个处理装置可进一步配置为使用三维表示来估计目标的物理参数。
[0060] 装置10可以包括配置为用于估计物理参数的至少一个处理装置。至少一个处理装置还可远离装置10定位，并且装置10可以可与处理装置进行操作性通信以便于估计物理参数。用于估计物理参数的至少一个处理装置可以与用于产生目标的至少部分的三维表示的处理装置相同。装置10可进一步包括用于为装置的操作供给电
力的电源30(例如，
电池)。
[0061] 三角形法可用于产生目标的至少部分的三维表示。例如，装置10可以包括至少一个处理装置，所述处理装置配置为通过由从目标单次检测的光图案确定多个检测光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示。可以从单个检测器位置检测光图案。因此，可以通过装置10的捕获部分检测使用装置10的投光器部分从光图案的单次投射得到的来自目标的光图案。
[0062] 当使用单次投射时，光图案仅从单个位置投射到目标的至少部分上一次。单个光图案与目标的至少部分交互作用，并且得到的图案由装置10的捕获部分检测。因此，检测的图案可由从装置10的投光器部分的单个位置投射的单次投射光图案得到。
[0063] 由于投光器部分和照相机部分之间的偏移量也是已知的，可以估计出投射到目标上的图案的多个光元素的三维位置(X坐标、Y坐标、Z坐标)。例如，通过假设照相机为原点(0，0，0)，则可以通过分析角度α和β来估计出距目标Z的距离。至少一个处理装置也可以远离装置10定位，并且装置10可以与处理装置操作性通信以用于生成三维表示。例如，至少一个处理装置可以位于远离装置10并且与装置10通信的膝上型计算机或其它计算机中。
[0064] 图5为用于所述装置、系统和方法的实施例三角形方法的图解。图5示出了使用三角形法的实施例Z坐标估计。使用来自目标的检测图案(例如，捕获的图像)能够识别投射图案的每个元素。每个靶元素(例如，投射到目标上的光元素)的角度α和每个靶元素的捕获角度β可用于估计距目标或目标的部分的距离Z。在图5中， 为投光器和照相机之间的距离，ΔY为沿投光器的Y方向的偏移量，而ΔZ为沿投光器的Z方向的偏移量。
[0065] 因此：
[0066]
[0067] 在可选的实现中，实施例三角形方法包括限定关于投光器的笛卡尔
坐标系，使得Z轴与投光器的中心投射轴线重合。在这些实现中，X-Z平面与投光器投出的的水平光片重合。该光片限定楔形投射平面。结构化光图案中的每个条纹生成对应的楔。如果投射中心为(0，0，0)，那么平面可限定为：
[0068] y-Y0z＝0
[0069] 照相机图像随后可以看作由像素(Px，Py，Pz)和照相机透镜(Cx，Cy，Cz)的中心限定的一系列射线，每条射线P可由以下等式限定：
[0070]
[0071] 这些射线中的每条与由投光器生成的楔形平面的交叉点限定目标的XYZ坐标。射线与平面的交叉点可使用以下等式求解：
[0072] 0＝Cy+t(Py-Cy)-Y0[Cz+t(Pz-Cz)]
[0073] 可以单独使用投光器或照相机部分的光学参数来估计其余的X坐标和Y坐标，其中X为检测器28上的像素位置除以每毫米(mm)检测器上的像素数量乘以距靶元素(例如，投射到目标上的光元素)的距离除以透镜的焦距。类似地，可以使用检测器28的Y方向上的靶图案元素的像素位置来估计Y。可以对于目标上的多个光元素确定X坐标、Y坐标和Z坐标，并且得到的信息可用于生成目标的至少部分的三维表示。
[0074] 然后，目标的三维表示可用于估计目标的物理参数。任选地，物理参数可以为非几何物理参数。几何物理参数为使用所述方法和系统接收到的扫描数据中固有的参数，例如，目标或目标的部分的长度或高度。因此，几何物理参数为可基于扫描数据计算的目标的物理测量。对于猪，几何物理参数的或物理测量的实施例包括冠臀长度、心周长、肘下方的前腿周边长度、肘到肘的距离、侧腹到侧腹的距离、前腿长度、褶痕到褶痕的长度、后踝周边长度、腹股沟处后腿周边长度、肩部的宽度、后腿宽度、后腿褶痕处的宽度、最大后腿突起处的宽度、腹部间隙、肩胛骨处的高度、髋部以上的高度和尾部着生点处的高度，列举了一些。物理测量可通过确定多个参数来获得，多个参数包括例如后腿和肩部上的具有最大深度的点之间的距离、线的中点之间的距离，以及该线到生猪的腹部的投射、沿着肩部褶痕截取的生猪的腹面和背面之间的曲线型表面距离、最大垂直坐标和最小垂直坐标在肩部褶痕处的点的投射之间的距离、沿着肩部褶痕和后腿褶痕之间的中点截取的垂直截面的周长、最大垂直坐标和最小垂直坐标位于肩部褶痕和后腿褶痕的中点处的点的投射之间的距离、沿着中点截取的生猪的腹面和背面之间的曲线型表面距离、最大垂直坐标和最小垂直坐标位于中点处的点的投射之间的距离、沿着后腿褶痕截取的生猪的腹面和背面之间的曲线型表面距离、最大垂直坐标和最小垂直坐标位于后腿褶痕处的点的投射之间的距离，等等。
[0075] 冠臀指的是猪解剖构造的测量，其可用作猪的长度的估计。如图6所示，“冠”为头的顶部上
耳朵之间的点。“臀”位置取为尾部着生位置，或尾部的背面与身体相遇的位置。那么，冠臀长度为冠点和臀点之间的表面距离。侧腹周长指的是猪解剖构造的测量，其可用作猪周长的估计。如图7所示，测量始于后腿侧腹点处，在腹部和后腿之间生成的外皮片状垂悬物。通过截取始于侧腹点且结束于目标的背面处(例如，脊柱)的垂直表面线来进行测量。尾部高度指的是生猪解剖构造的测量，其可用作生猪高度的估计。通过测量地板平面和尾部着生点之间的垂直距离来进行该测量。后腿宽度指的是生猪解剖构造的测量，其可用作生猪宽度的估计。如图8所示，通过测量生猪的背面和最大后腿点之间的直线距离来进行该测量。生猪的最大后腿和背面之间的线被绘制为与绘制为在最大后腿位置处通过生猪的背面与地板成法向的平面垂直，因为生猪的背面可为弯曲的。最大后腿点为后腿上的视角为上下(与猪所在的地板或任何表面垂直)时最远离生猪的背面的点。
[0076] 非几何物理参数为使用所述方法和系统接收到的扫描数据中不固有的物理参数，例如，目标或目标的部分的重量、周长或体质指标。非几何物理参数可基于从扫描数据计算的几何物理参数或物理测量而被确定，反过来这些可通过如上所述的将光图案投射到猪上来获得。例如，冠臀长度乘以后腿宽度乘以尾部着生高度用于估计猪的重量。使用测径器和裁缝带测量到的冠臀×后腿宽度×尾部着生高度的体积量对于25头猪显示出了与猪2
重量的良好相关度(r ＝0.97)。此外，由三维扫描测量到的相同的体积量也显示了与重量
2
的良好相关度(r ＝0.97，N＝25)。
[0077] 生猪的三维扫描可从多个角度取得，例如，人头高度处的侧、头以上的侧、从生猪以上、从后方的四分之三，即从尾部后面近似两英尺的侧。在图9A中显示了投射光图案被覆盖的生猪的图像。在图9B中显示了从所述图像获得的生猪的三维扫描。由三维扫描获得测量和重量之间的平方相关度列于下表中：
[0078]物理测量 R2(3-D扫描)
长度(冠臀) 0.88
侧腹到侧腹 0.88
尾-头向下的高度 0.85
宽度-后腿 0.70
[0079] 如之前描述的，基于三维扫描计算的体积相似了与重量的良好平方相关度(R2＝0.97)。当通过用侧腹到侧腹的距离替代后腿宽度而估计体积时，平方相关度仍旧高(R2＝
0.94)。除了重量之外，可利用本文描述的技术估计的其它实施例物理参数包括表面积、周长、体积、长度、高度、胴体成分、精选肉比例、组织(例如，肥肉、骨、瘦肉)成分、肌肉发达度、体质指标(BMI)、和/或体对称/不对称。
[0080] 因此，家畜动物的重量可从动物的至少部分的三维表示中估计出。如之前描述的，猪的重量可通过乘以冠臀长度、后腿宽度和尾部着生高度来估计出。通过使用单次检测的光图案，动物可不受约束。例如，动物可处于其自然环境中无约束地活动。可进行一次扫描(单次投射事件，基于单次投射事件的单次检测)，并且来自一次扫描的数据可用于生成三维表示。由于进行了一次扫描，扫描是从相对于目标的一个位置取得的。应当理解的是，还可以进行多次扫描，即多个投射事件来估计物理参数。
[0081] 在一些实现中，为了由三维表示确定重量或其它物理参数，三维表示可与标准表示相比较。任选地，标准表示为与目标具有相似特性的目标的三维表示。在后面描述的可选实现中，可以确定重量，而不与任何标准表示进行比较。
[0082] 例如，标准表示可以基于正在为其确定物理参数的相同目标或相同目标的部分。例如，如果正在估计生猪的重量，标准可为基于生猪的表示。任选地，标准可以基于与靶动物近似或相同年龄的动物的表示。而且，标准可任选地基于与靶动物近似或相同年龄、相同物种、和/或相同品种的动物的表示。
[0083] 用于从三维表示估计重量的一个实施例方法是，在目标已被登记为标准目标表示之后，估计与与目标的三维表示相交的标准的表面成法向的线的长度。这些长度可从横穿标准的多个位置(例如，后腿，肩部，腹部，背部)取得并且在回归分析中用于获得重量预测等式。可利用由等式(R平方)解释的方差的比例作为准确度和/或精确度的测量通过可选等式结构的逐级分析对重量估计的准确度和精确度进行评估和细化。
[0084] 用于估计重量的其它实施例方法包括使用目标(例如，生猪)的三维表示来可视地估计重量。然而，为了得到更大的精确度，基准点可用于估计目标尺寸中的一些或者将目标的尺寸置于给定范围之内。由三维图像估计重量的一些方法包括估计从目标的侧边突出的面积以及基于侧面积与重量之间的关系来估计重量。例如，H.Minagawa，“使用非计量式照相机通过立体摄影测量法测量到的日本短角牛的表面积、体积和突出面积”，J.Agr.Met.50(1)：17-22(1994)，通过
图像分析描述了牛的侧面积和重量之间的相关性。此外，突出面积和生猪高度之间的相关性已经报告用于估计生猪重量。例如，W＝-4 1.16 0.5225.68×10 A H 。参见例如，Minagawa，H.“使用摄像机来估计生猪重量”，第五届国际家畜环境研讨会论文集，453-620(1997)；Minagawa和Hosono，“估计生猪重量的光投射方法”，第一届猪舍国际会议论文集，120-125(2000)；以及Minagawa和Murakami，“通过光投射和图像分析估计生猪重量的非手触摸方法”，家畜环境VI：第六届国际研讨会论文集
72-79(2001)。在其它实施例中，从侧腹周长和重量的相关性来估计出母猪的重量。因此，心周长、面积和高度可从三维表示获得，三维表示可用于估计重量。而且，截面积和体积可从三维表示估计出并且用于估计重量。
[0085] 在另一实施例中，从与生猪的高度相等的高度取得的生猪侧边的三维表示可以包括生猪的从鼻子到尾部以及从背部的顶部到生猪所站立的表面的一侧的表面细节。可用于从三维表示估计重量的计量包括线性、曲线、角度、面积和体积值。假设装置10与生长的长轴线成直角指向生猪的侧边，并且通过精确地测量从装置10到生猪的垂直距离以及在装置10与生猪身体的前部(例如，耳朵之间的中部)和后部(例如，尾部着生点)之间形成的角度，可以获得上面列出的计量值。为了将给定生猪的那些计量值转换成重量估计，这些计量值中的一个或多个可用于估计重量。
[0086] 最初一组的生猪可被成像和称重以获得测量变化的早期估计。待成像以用于计算和验证重量估计精确度的生猪数量是通过运行一系列数据收集和分析直到达到期望的精确度水平而确定的。该分析也称为“测试力”分析，可提供对于预定水平的估计误差而收集的数据集的大小和结构的引导。任选地，取100头生猪的图像和重量。由该分析收集到的数据提供了计量值，随后可利用其它统计技术当中的逐次回归进行统计分析，从而识别最佳估计体重的一组计量值。逐次程序可被重复直到单个重量估计在例如对应实际重量的+/-2％内。可选地或除此之外，程序可重复直到重量估计的平均值为实际平均重量的例如+/-2％。例如在
软件应用程序中实现的实施例逐次回归程序可从SAS(SAS Institute Inc，Cary NC)、Systat(Systats Software，Inc，Chicago，IL)获得。还可商业获得其它统计
软件包。
[0087] 在另外的实施例中，约100头生猪被成像以获得局部三维表示图像，当数字地覆盖到标准图像上(例如，配准)时，所述三维表示图像能够提供多个计量值以允许利用如上所述的逐次回归对这些计量值的子集进行分析，直到最终的单个重量估计在对应实际单个重量的例如+/-2％之内。
[0088] 用于估计诸如重量的物理参数的至少一个处理装置可以使用由任一回归方法得到的统计等式。因此，在进行了回归分析之后，目标的三维表示的特性可输入到统计等式中以确定重量。
[0089] 在又一实施例中，体积和
密度的估计可用于估计重量。利用该方法，体积可由三维表示确定，并且该体积的组织的已知密度估计可用于估计重量。例如，可以获得生猪剖面的代表性
采样从而评估每个剖面的密度。三维表示用于从捕获的图像模拟体剖面。每个剖面的体积(V)，即有限厚度，随后被估计出，并且与该剖面近似的密度(D)估计用于获得剖面重量(W)估计(W＝V*D)。对于每个剖面计算的重量，即有限厚度，可在所有剖面上被求和以提供动物的总重量的估计。上述方法中的任一种还可以组合，并且同样进行统计分析以使估计单个重量的精确度在对应实际单个重量的例如+/-2％之内。
[0090] 本文还提供了用于估计目标的物理参数的系统。系统可以包括捕获系统116(例如装置10)和如上所述的至少一个处理装置。处理装置可被配置为产生目标的至少部分的三维表示并且使用三维表示来估计目标的物理参数。在图16中显示了实施例系统100。
[0091] 还提供了用于估计目标的物理参数的方法。在公开的方法中可以使用上述实施例装置和系统。用于估计目标的物理参数的实施例方法包括将一个或多个预定光图案投射到目标的至少部分上，其中每个投射光图案包括多个光元素。检测由一个或多个投射光图案和目标的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案，其中，每个检测光图案包括多个光元素并且从单个位置检测。单次检测光图案被处理以通过确定单次检测光图案的多个光元素的三维位置来提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分的三维表示用于估计目标的物理参数。
[0092] 任选地，被处理以提供目标的至少部分的三维表示的单次检测光图案是基于预定光图案到目标的至少部分上的单次投射的。任选地，每个单次检测位置偏离于从其投射图案的位置。检测位置可指检测器或检测孔隙的位置，并且从其投射图案的位置可指投光器或投射孔隙的位置。任选地，从其检测到一个或多个光图案的单个位置在一个或多个检测光图案之间不同。
[0093] 使用实施例方法估计的物理参数可任选地为重量，并且目标可任选地为动物，诸如哺乳动物。在一个方案中，所估计的物理参数为重量，并且动物为家畜动物，诸如生猪。物理参数可以为几何或非几何物理参数。物理参数还可以从由重量、表面积、周长、长度、高度、胴体成分、精选肉比例、组织成分、肌肉强健度、体质指标、体不对称度和体积组成的组或从这些参数的任何子集中选出。例如，物理参数可从由重量、体积、胴体成分、精选肉比例、组织成分、肌肉强健度、体质指标和体不对称度组成的组或这些参数的任何子集中选出。
[0094] 为了估计物理参数，目标的至少部分的三维表示可任选地与标准目标的表示进行配准，以确定三维表示相对于标准目标表示的取向。例如，三维表示的至少部分的取向可与标准目标表示的取向进行比较，以估计出三维表示的部分和标准目标的部分之间的距离差。目标的至少部分的三维表示和标准目标表示之间的差别可用于估计物理参数。
[0095] 因此，在一个方案中，物理参数为重量，并且使用三维表示估计重量包括将三维表示与标准目标的表示进行比较。经比较的表示用于估计目标的重量。任选地，目标为既定品种的家畜动物，并且标准目标表示基于相同既定品种的家畜动物。任选地，目标为既定属类的家畜动物，标准目标表示基于相同既定属类的家畜动物。任选地，目标为既定品种或属类的家畜动物，并且标准目标表示基于相同既定品种或属类的家畜动物并且具有与目标家畜动物近似相同的年龄。
[0096] 还可以通过估计目标的一个或多个剖面的体积来估计目标的物理参数。例如，物理参数任选地为重量，并且使用三维表示估计重量包括估计目标的一个或多个剖面的体积。
[0097] 还提供了用于估计目标的物理参数的实施例方法，所述方法包括将具有多个光元素的多个预定光图案投射到目标的至少部分上，其中，每个图案从大致相同的角度投射到目标上。检测由投射光图案和目标的至少部分的交互作用得到的一个或多个光图案。每个检测光图案包括多个光元素并且从单个位置被检测。一个或多个检测光图案被处理以提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分的三维表示随后可用于估计目标的物理参数。
[0098] 参照前面提到的图说明的装置表示投光器和检测器布置在垂直平面上的实施方案。在可选实施方案中，参照图10-13描述，投光器和检测器布置在水平平面上。
[0099] 图10为图示用于估计目标的物理参数的实施例装置1000的分解视图的示意图。实施例装置1000的部件列于下表中：
[0100]附图标记 部件
1001 照相机透镜
1002 照相机
1003 闪光透镜
1005 散光器
1006 带聚
光圈的滑板
1007 F载片适配器
1009
扫描仪显示器
1011 PCB
主板1012 散光器HV图案
1013 闪光透镜底
插件1015 照相机插头
1017 LED-绿色
1018 LED-红色
1019 PCB高压
1020 扫描仪壳体
1022 内底盘板
1023 闪光透镜载片
支架1025 照相机安装
块1026 前肋板
1028 后肋板
1029 侧肋板
1030 直角肋板
1033 平
垫圈1035 带
螺纹支座
1037 支座
1039 支座
[0101]
[0102] 在实施例装置1000中，照相机1002和闪光透镜1003布置在相同的水平面上。照相机透镜1001可以为商业可获得的F载片或C载片照相机透镜。照相机1002可为商业可获得照相机，其可通过例如通用
串行总线(USB)耦合、火线、网卡等与处理装置可操作地耦合。闪光透镜1003可以为用于投射的商业可获得的照相机透镜，诸如F载片或C载片。散光器1005可以为将闪烁发射的光均匀地扩散到整个滑板上的半透明材料或全透明玻璃透镜。带聚光圈的滑板1006可以为用于形成光图案的例如遮光屏、用
银质半透明材料蚀刻的玻璃。F载片适配器1007可以为用于将投射透镜保持到投射组件上的商业可获得的适配器。扫描仪显示器1009可以为液晶显示器(LCD)装置，其用于向用户显示动物的重量、重量阅读器所看到的现场视频等。在一些实现中，扫描仪显示器1009可用作图形用户接口(GUI)，例如，
触摸屏，并且可用于显示消息，例如错误消息。
[0103] PCB主板1011为用于从用户接收触发
信号并且将信号传递给照相机、闪光体和计算机的
电路板。电路板可配置为使闪光体和照相机之间的时刻同步。照相机插头1015可以为用于将照相机与PCB主板和计算机连接的商业可获得的照相机连接器。LED绿色1017可以为商业可获得的发光
二极管，其可用于表示消息，例如，良好扫描的消息。LED红色1018可以为商业可获得
发光二极管，其可用于表示例如差扫描的消息。PCB高压1019可为用于充电和使闪光体发光的印制电路板。扫描仪壳体1020可以为
外壳，其可以包括手持式装置的主要部件。壳体可以被选择以提供刚性并且可以具有人因工程设计以使得在正确的方位保持装置。另外，壳体可以提供入侵保护并且可以为耐震设计。
[0104] 内底盘板1022可以为用于按不考虑
温度变化的距离保持照相机和投光器组件的部件。闪光透镜载片支架1023可以为能够将f载片和闪光透镜保持到内底盘板上的部件。照相机安装块1025可以为能够将C载片和照相机透镜保持到内底盘板上的部件。前肋板
1026可以为用于使底盘不弯曲的部件。后肋板1028可为用于使底盘不弯曲的部件。直角肋板1030可以为用于使底盘不弯曲的部件。
[0105] 图11为图示去除顶部壳体用于估计目标的物理参数的实施例装置1000的等距图的示意图。如图11所示，照相机1002位于左侧，而闪光透镜1003，即投光器，位于右侧。用于光图案的开口位于照相机透镜1001的下方。图12为图示去除底部壳体的实施例装置
1000的等距视图的示意图。图13为图示去除顶部壳体的实施例装置1000的后视图的示意图。
[0106] 图14为示出可被投射以使其分别入射到目标上以及目标所在的表面上的第一光图案和第二光图案的图。在一些实现中，例如第一光图案1405和第二光图案1410的预定光图案分别投射到目标的至少部分上以及目标所在的表面的至少部分上。如之前描述的，每个投射光图案包括多个光元素。例如，诸如闪光透镜1003的投光器用于通过玻璃滑板投射闪光以产生两个光图案，所述玻璃滑板具有在玻璃滑板中选择和蚀刻的两种图案的标记。
[0107] 尽管图14图示了入射到目标和表面上的两个光图案，应当理解的是可由单个光源(例如，闪光透镜1003)生成多个光图案。在一些实现中，光图案1410具有垂直条纹。任选地，例如，光图案1410与光图案所投射的表面成法向。此外，光图案1410任选地包括多个垂直条纹，每个条纹比光图案1405中的条纹粗。垂直取向和光图案1410中的条纹的粗度简化了条纹的边缘的识别，无论可能在猪的栖息地的地板上遇到的随机碎屑的量如何。
[0108] 光图案1405包括多个对角条纹。由于猪的筒状形状，对角条纹增加了猪的区域的覆盖率。两个光图案可同时投射到目标上。例如，在两个光图案所占据的区域中，第一光图案1405占据上部的80％以对目标(例如，猪)成像，并且第二光图案1410占据了例如猪所在的地板(图15)的下部的20％。捕获地板使得能够对准猪。换言之，因为猪和投光器的用户二者不受约束，第二光图案1410改进了对地板的成像以及确定相对于猪的“上方”。
[0109] 在目标和表面上光图案1405和1410之间的交互作用产生可被检测的光图案。例如，照相机1002检测统一表示由交互作用产生的光图案的多个光元素。参照图16描述的数据处理装置被配置为确定包含在检测光图案中的多个光元素的三维位置并且由来自检测光图案的多个光元素的确定的三维位置来确定目标的至少部分的三维表示和表面的至少部分的三维表示。数据处理装置还被配置为基于目标的至少部分和表面的至少部分的确定的三维表示来确定目标相对于表面的位置。
[0110] 在从单个位置检测检测光图案的实现中，被处理以提供目标的至少部分的三维表示的单次检测光图案任选地基于预定光图案到目标的至少部分上的单次投射。每个单次检测位置可偏离于从其投射图案的位置。从其检测一个或多个光图案的单个位置在一个或多个检测光图案之间不同。
[0111] 在基于与标准的比较估计物理参数的实现中，目标的至少部分的三维表示任选地与标准目标的表示配准以确定三维表示相对于标准目标表示的取向。三维表示的至少部分的取向可与标准目标表示的取向进行比较以估计三维表示的部分和标准目标的部分之间的距离差。在估计哺乳动物或家禽的重量的方案中，标准目标表示基于相同品种哺乳动物或家禽或相同属类的哺乳动物或家禽。另外，标准目标表示可以基于与被扫描的哺乳动物或家禽大致相同年龄的哺乳动物或家禽。
[0112] 除了图示实施例数据处理装置之外，图16为图示用于估计目标的物理参数的实施例系统100的部分的框图。例如，系统100可任选地用于估计家畜动物的重量。实施例系统100仅为用于估计目标的物理参数的系统的一个实施例。系统100可以包括捕获系统116，捕获系统116包括投射部分和捕获部分，其中投射部分包括光源14和投射透镜20，捕获部分包括检测器(例如，CCD照相机)28。例如，图1-4和图10-13图示了具有实施例捕获系统的装置。捕获系统116可直接地或通过输入接口109与诸如普通用途的计算机101的处理系统通信.
[0113] 因此，用于估计目标的物理参数的实施例系统100包括计算机101形式的普通用途的计算装置。计算机101的部件可以包括但不限于一个或多个处理器或处理装置103、系统
存储器110和将包括处理器103的各个系统组件与系统存储器110耦合的
系统总线111。
[0114] 系统总线111代表多个可能类型的总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或存储器
控制器、外围总线、
加速图形端口和处理器或使用各种总线体系结构中的任一种的局部总线。通过实施例的方式，这些体系结构可以包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强ISA(EISA)总线、视频
电子标准联合会(VESA)局部总线、和也称作夹层(Mezzanine)总线的外围部件互连(PCI)总线。还可以在有线或无线网络连接上实现总线111。包括处理器103、
大容量存储器件104、
操作系统105、
图像处理软件106、三维扫描数据107、系统存储器110、输入接口109、显示适配器108、显示器件112、人接口装置102的子系统中的每个可以通过该形式的总线连接而包含在装置壳体12内和/或处于物理上分开位置的一个或多个远程计算机内，实际上实现了完全分布式系统。实施例人机接口102为如图1所示的触发器。
[0115] 在一些实现中，三维表示可利
用例如数字式SLR照相机捕获并且存储到存储器卡上。存储有图像的存储器卡可从数字型SLR照相机移除，然后与配置为估计物理参数的数据处理装置可操作地耦合。
[0116] 扫描数据107可以包括来自目标的单次检测光图案的多个检测光元素或从来自目标的单次检测光图案的多个检测光元素取得。扫描数据的实施例包括例如使用检测器28获取的图像；表示光元素的3D坐标的3D点
云；3D点云的各个表示，诸如表面网格；以及用于计算光元素的3D坐标的中间数据。光图案可从单个检测器位置检测到。因，由使用捕获系统116的投光器部分单次投射光图案得到的来自目标的光图案可通过捕获系统的检测器部分检测到。当使用单次投射时，光图案仅投射一次，并且从单个位置投射到目标的至少部分上。单个光图案与目标的至少部分交互作用，并且得到的图案由捕获系统116的检测器部分检测。因此，检测到的图案可以由从捕获系统116的投光器部分的单个位置投射的单次投射光图案得到。
[0117] 计算机101可以包括各种计算机可读介质。这样的介质可以为可由计算机101
访问的任何可获得的介质并且包括易失性介质和非易失性介质、可移除介质和非可移除介质。
[0118] 系统存储器110可以包括易失性存储器(例如，
随机存取存储器(RAM))形式的计算机可读介质、和/或
非易失性存储器(例如，
只读存储器(ROM))。系统存储器110通常收容诸如扫描数据107的数据和/或诸如操作系统105的程序模块，以及可由处理单元103立即访问和/或当前工作的图像处理软件106。
[0119] 计算机101还可以包括其它可移除/非可移除、易失性/非易失性计算机存储介质。通过实施例的方式，大容量存储器件104可以为计算机101提供计算机代码、计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。例如，大容量存储器件104可以为
硬盘、可移除磁盘、可移除光盘、磁带盒或其它
磁性存储器件、闪存卡、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学存储、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、
电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等。
[0120] 任何数量的程序模块可存储到大容量存储器件104上，通过实施例的方式包括操作系统105、图像处理软件106和扫描数据107。用户可以通过输入装置将命令和信息输入到计算机101中。这种输入装置的实施例包括但不限于
键盘、
指针装置(例如，
鼠标)、麦克
风、控制杆、串行端口、扫描仪等。这些和其它输入装置可通过与系统总线111耦合的人机接口102与处理单元103连接，但是可通过例如并行端口、游戏端口或
通用串行总线(USB)的其它接口和总线结构连接。
[0121] 显示器件112还可以通过诸如显示适配器108的接口与系统总线111连接。例如，显示器件可以为监测器。除了显示器件112之外，其它输出外围装置可以包括诸如可经由输入/输出接口与计算机101连接的扬声器和
打印机的部件。
[0122] 计算机101可通过与一个或多个远程计算装置的逻辑连接在网络化环境中工作。通过实施例的方式，远程计算装置可以为个人计算机、便携式计算机、
服务器、路由器、网络计算机、对等装置或其它通用网络
节点等。
[0123] 计算机101和远程计算装置之间的逻辑连接可经由局域网(LAN)和普通广域网(WAN)完成。在办公室、企业宽带
计算机网络、企业内部网和互联网中常见这种网络化环境。在网络化环境中，相对于计算机101描绘的图像处理软件106和扫描数据107或其中的部分可以存储在远程存储器存储装置中。为了示例的目的，应用程序和其它可执行程序部件(例如，操作系统)在本文中阐述为离散的块，但是认识这些程序和部件在不同时间存在于计算装置101的不同存储部件中，并且由计算机的数据处理器执行。
[0124] 图像处理软件106的实现可以存储在某形式的计算机可读介质上或通过某形式的计算机可读介质传送。计算机可读介质可以为能够通过计算机访问的任何可获得的介质。通过实施例的方式并且不是为了限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和非可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁性存储器件、或可用于存储期望信息并且可由计算机访问的任何其它介质。
[0125] 扫描数据107可经由输入接口109输入计算机101中。输入接口可以为IEEE-488、IEEE-1 394、通用串行总线(USB)等。在一些实施例中，扫描数据可以不通过输入接口输入到计算机中。例如，在装置壳体12包括捕获系统116和计算机101的情况下，扫描数据107可以与处理器103通信，而不使用输入接口109。扫描数据107可以存储在大容量存储器件104中并且传递给系统存储器110以便由图像处理软件106使用。
[0126] 图像处理软件106可以使用扫描数据107以便利用如上所述的三角形法来生成三维表示。图像处理软件还可以使用生成的三维表示来提供期望物理参数的估计。因此，由检测器28检测且传送给计算机101的光可被处理以提供目标的至少部分的三维表示。目标的至少部分可被进一步处理以估计目标的物理参数(例如，重量)。重量估计可以显示在诸如112的显示器件或位于壳体12上的显示器件34上。
[0127] 本说明书中描述的主旨和操作的实施方案可以数字
电子电路或以计算机软件、
固件或
硬件来实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同布置，或以这些形式中的一个或多个的组合来实现。本说明书中描述的主旨的实施方案可实现为在计算机存储介质上编码以便于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的一个或多个
计算机程序，即计算机程序指令的一个或多个模块。计算机存储介质可以为计算机可读存储器件、计算机可读存储衬底、随机或串行访问存储器阵列或器件、或这些介质中的一个或多个的组合或包含在这些介质中。而且，尽管计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以为以人工生成的传播信号编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以为一个或多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、盘、或其它存储器件)或被包含在一个或多个单独的物理部件或介质中。
[0128] 本说明书中描述的操作可实现为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储器件上或从其它源接收到的数据执行的操作。
[0129] 术语“数据处理装置”涵盖了用于处理数据的所有类型的装置、器件和机器，通过实施例的方式包括可编程处理器、计算机、片上系统或多个或前述的组合。装置可以包括专
门用途的
逻辑电路，例如，FPGA(场可编程门阵列)或ASIC(应用型
专用集成电路)。除了硬件之外，装置还可以包括为正在讨论的计算机程序形成
执行环境的代码，例如，构成处理器固件的代码、协议栈、
数据库管理系统、操作系统、交叉平台运行时环境、
虚拟机或这些部分中的一个或多个的组合。装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型
基础结构，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础结构。
[0130] 尽管本说明书包含了许多具体的实现细节，这些不应当被解释为对任何发明或可要求的范围的限制，而是解释为专属于特定发明的特定实施方案的特征的描述。在单独的实施方案的背景下在本说明书中描述的一些特征还可以在单个实施方案中组合地实现。相反地，在单个实施方案的背景下描述的各种特征也可以单独在多个实施方案中或以任何适合的子组合来实现。而且，尽管特征可在上文中描述为以一些组合作用并且甚至最初这样要求，在一些情况下来自所要求的组合的一个或多个特征可以从组合中去除，并且所要求的组合可涉及到子组合或子组合的变化形式。
[0131] 类似地，尽管在附图中按特定次序描述了操作，这不应当理解为要求这些操作按所示的特定次序或按顺序的次序来执行，或者执行所有图示的操作，从而获得期望的结果。在一些情形下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上述实施方案中各种系统部件的分离不应当理解为要求在所有实施方案中进行这样的分离，而应当理解为描述的程序部件和系统通常可在单个软件产品中集成到一起或封装成多个软件产品。
[0132] 在本公开中参照了各个公开。这些公开的全部公开内容通过引用并入本文。因此，已经描述了主旨的特定实施方案。其它实施方案在随附的权利要求的范围内。在一些情况下，在权利要求中引述的动作可以按不同的次序执行并且仍获得期望的结果。另外，在附图中描述的过程不一定需要所示的特定次序或顺序的次序来获得期望的结果。在一些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
