申请/专利权人：魔眼公司

申请日：2016-05-09

公开（公告）日：2021-01-12

公开（公告）号：CN107850420B

主分类号：G01B11/02(20060101)

分类号：G01B11/02(20060101)

优先权：["20150510 US 62/159286"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.12#授权;2018.06.05#实质审查的生效;2018.03.27#公开

摘要：在一个实施例中，一种用于计算到对象的距离的方法包括：从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少两个射束彼此平行；捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由该多个投影射束中的至少两个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。

主权项：1.一种用于计算到对象的距离的方法，该方法包括：从多个投影点的第一投影点同时投射第一多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该第一多个投影射束中的第一射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移第一角度；捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由包括该第一射束的第一多个投影射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。

全文数据：距离传感器[0001]相关申请的交叉引用本申请要求保护2015年5月10日提交的美国临时专利申请序列号62159,286的权益。通过引用将该申请以其整体并入本文。技术领域[0002]本公开总体上涉及计算机视觉系统，并且更特别地涉及用于测量交通工具和空间中的对象或点之间的距离的传感器。背景技术[0003]诸如机器人交通工具和无人机之类的无人驾驶交通工具通常依赖于用于周围环境中的障碍物检测和导航的计算机视觉系统。这些计算机视觉系统进而通常依赖于从周围环境获取视觉数据的各种传感器，计算机视觉系统处理该数据以便收集关于周围环境的信息。例如，经由一个或多个成像传感器获取的数据可被用来确定从交通工具到周围环境中的特定对象或点的距离。发明内容[0004]在一个实施例中，一种用于计算到对象的距离的方法包括:从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少两个射束彼此平行;捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由该多个投影射束中的至少两个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。[0005]在另一实施例中，一种计算机可读存储设备，其存储当被处理器执行时促使该处理器实行用于计算到对象的距离的操作的多个指令。该操作包括:从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少两个射束彼此平行;捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由该多个投影射束中的至少两个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。[0006]在另一实施例中，一种用于计算到对象的距离的方法包括:从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少一个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移第一角度;捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由多个投影射束中的至少一个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。附图说明[0007]可以通过结合附图来考虑下面的详细描述来容易地理解本公开的教导，在附图中：图IA图示可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器的一个实施例的横截面视图；图IB图示图IA的距离传感器的俯视图；图2图示可被图1的距离传感器或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样的第一实施例；图3图示可被图1的距离传感器或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样的第二实施例；图4图示可被图1的距离传感器或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样的第三实施例；图5图示可被背靠背安装的图1的距离传感器中的两个或者被背靠背安装的具有类似能力的两个距离传感器投射的图样的第四实施例；图6图示可被图1的距离传感器或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样的第五实施例；图7图示两对平行图样已投射在其中的示例视场；图8图示用于计算从传感器到空间中的对象或点的距离的方法的流程图；图9图示可通过其来在图8中图示的方法中计算从传感器到对象或点的距离的三角测量技术；图10图示可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器的第二实施例；图11图示可被图10的距离传感器投射的示例投影图样的俯视图；图12图示可被图10的距离传感器投射的另一示例投影图样的俯视图；图13是可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器的另一实施例的俯视图；图14A-14D图示可以使用投影射束和径向基准线之间的各种不同倾斜角度来生成的示例投影图样；图15图示用于计算从传感器到空间中的对象或点的距离的方法1500的流程图；图16描绘适合于在执行本文中描述的功能中使用的通用计算机的高级框图；图17是示出用于使用一对平行投影面来计算到对象的距离的有关参数的示图；图18图示用于计算从图17的成像传感器到图17的对象的距离的算法的一个实施例；图19A和19B图示可以从其导出用于使用图10和13的传感器来计算到对象的距离的简单算法的概念;以及图20图示扩展至示例距离传感器的图19A-19B的概念。[0008]为了促进理解，在可能的情况下已经使用相同的参考数字来标出各图中共同的相同元件。具体实施方式[0009]在一个实施例中，本公开涉及一种距离传感器。可在无人驾驶交通工具中使用距离传感器，以便帮助计算机视觉系统确定从该交通工具到周围环境中的特定对象或点的距离。例如，距离传感器可将一个或多个光射束投射到该对象或点上并且然后根据飞行时间TOF、对反射的光的分析例如激光雷达或其他装置来计算距离。然而，这种类型的常规距离传感器往往体积大，并且因此可能不适合于在紧凑交通工具中使用。此外，该传感器可能制造起来是非常昂贵的并往往具有有限的视场。例如，即使使用多个常规成像传感器的布置也提供小于360度的视场。[0010]本公开内容的实施例为诸如2015年10月22日提交的美国专利申请序列号14920，246中公开的距离传感器中的任一个的紧凑距离传感器提供光学配置改进。例如图IA和IB图示可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器100的一个实施例。特别地，图IA图示距离传感器100的横截面视图，而图IB图示图IA的距离传感器100的俯视图。距离传感器100可被安装到例如无人驾驶交通工具。[0011]如图IA中所图示的，该距离传感器100包括布置在紧凑外壳102内的多个部件。该部件包括至少一个光源104,第一射束分离装置在下文中被称为第一衍射光学元件106、第二射束分离装置阵列在下文中被称为第二衍射光学元件IOS1-IOSn并且在下文中被统称为“第二衍射光学元件108”）、以及包括广角透镜112的成像传感器110。[0012]基本上围绕中心轴A-A’对称地布置该部件。在一个实施例中，中心轴A-A’与成像传感器110的光轴相一致。在一个实施例中，该光源104被定位在中心轴A-A’的第一端部处。在一个实施例中，该光源104是沿着中心轴A-A’发射单个光射束的激光器光源。在下文中，由光源104发射的单个射束也可被称为“主射束”。在一个实施例中，该光源104发射已知对人类视觉来说相对安全的波长的光例如红外线）。在另一实施例中，该光源104可以包括用来调整其输出的强度的电路。在另一实施例中，该光源104可以脉冲形式发射光，以便减轻环境光对图像捕获的影响。[0013]该第一衍射光学元件DOE106被定位成沿着中心轴A-A’接近光源104例如相对于由光源104发射的光所传播的方向，在光源104的“前面”）。特别地，该第一DOE106被定位成拦截由光源104发射的单个光射束并且将单个射束或主射束分离成多个二次射束。在一个实施例中，中心轴A-A’和二次射束中的每一个之间的角度是相等的。该第一DOE106是能够将主射束分离成多个二次射束（其在不同方向上从该主射束偏离）的任何光学部件。例如，在一个实施例中，该第一DOE106可包括圆锥形反射镜或全息胶片。在这种情况下，以圆锥形状来布置在该多个二次射束。在另一些实施例中，可通过装置而不是衍射来使该主射束分离。[0014]第二DOE108的阵列被定位成沿着中心轴A-A’接近第一DOE106例如相对于由光源104发射的光所传播的方向，在第一DOE106的“前面”）。特别地，该第二DOE108的阵列被定位成使得第一DOE106被定位在光源104和第二DOE108的阵列之间。如在图IB中更清楚图示的，在一个实施例中，以环形阵列来布置第二DOE108，其中中心轴A-A’通过环的中心并且在该环周围以规则间隔将该第二DOE108隔开。例如，在一个实施例中，在该环周围以近似三十度将该第二DOE108隔开。在一个实施例中，相对于由光源104发射的光所传播的方向，第二DOE108的阵列被定位在成像传感器110的主点“后面”（即光轴A—A’与图像面相交处的点）。[0015]每个第二DOE108都被定位成拦截由第一DOE106产生的二次射束之一并且将该二次射束分离成以径向方式远离第二DOE108指引的多个例如两个或更多个三次射束。因此，每个第二DOE108都限定从其将一组投影射束或三次射束发射到视场中的传感器100的投影点。在一个实施例中，多个三次射束中的每一个相应地成扇形散开以覆盖近似一百度的范围。第二DOE108是能够将相应的二次射束分离成多个三次射束其在不同方向上从该二次射束偏离的任何光学部件。例如，在一个实施例中，每一个第二DOE可包括圆锥形反射镜或全息胶片。然而，在其他实施例中，通过装置而不是衍射来使该二次射束分离。[0016]在一个实施例中，以扇形或径向图样来布置每多个三次射束，在各射束中的每一个之间具有相等的角度。在一个实施例中，各第二DOE108中的每一个都被配置成投射在表面上创建不同视觉图样的三次射束。例如，一个第二DOE108可投射圆点图样，而另一第二DOE108可以投射线或X图样。[0017]成像传感器110被定位成沿着中心轴A’A’，在第二DOE108的阵列的中间（例如相对于由光源104发射的光所传播的方向，至少部分在第二DOE108的阵列的“前面”）。在一个实施例中，该成像传感器110是图像捕获装置，诸如静止或视频相机。如上文所讨论的，该成像传感器110包括创建半球视场的广角透镜，诸如鱼眼透镜。在一个实施例中，该成像传感器110包括用于计算从距离传感器110到对象或点的距离的电路。在另一实施例中，该成像传感器包括用于通过网络将所捕获的图像传达给处理器的网络接口，在这里处理器计算从距离传感器100到对象或点的距离并且然后将所计算的距离传达返回给距离传感器100。[0018]因此，在一个实施例中，该距离传感器100使用单个光源例如光源104来产生从其来发射各组投影射束例如包括圆点图样或线图样的多个投影点。该投影射束中的一个或多个可进而形成投影面。在一个实施例中，该投影面中的至少一个平行于传感器100的中心轴A-A’。在另一实施例中，该投影面是从投影点或DOE108中的单--个投射的（例如以使得该面在图1中将垂直定向）。[0019]可以从视场中投影射束的外观来计算从距离传感器100到对象的距离（如在2015年10月22日提交的美国专利申请序列号14920,246中所描述的）。特别地，第一和第二DOE的使用使得有可能从由光源发射的单个光射束在透镜周围生成多个投影点。这允许距离传感器100当在宽视场内测量距离的同时保持相对紧凑的形状因子。该成像传感器110和光源104还可以被安装在同一面中以便使设计更紧凑；然而，在一个实施例中，第二DOEIOS1-l〇8n被定位在成像传感器110的主点后面以便增加可以被投影射束覆盖的视场例如以使得该视场的深度角更靠近全180度，或者在某些情况下甚至更大）。[0020]此外，因为第二DOE108中的每一个都投射不同图样的三次射束，所以成像传感器中的电路可以容易地确定所捕获的图像中的哪些射束是由第二DOE108中的哪些创建的。如在下面更详细讨论的，这便利于距离计算。[0021]尽管传感器100被图示为包括仅单个光源104这降低了传感器100中部件的总数），但是在备选实施例中，传感器可包括多个光源。在这种情况下，第一DOE106可能不是必须的。反而，在一个实施例中，多个光源中的每个光源可对应于DOE阵列诸如图IA和图IB中的第二DOE108的阵列）中的一个D0E。值得注意地，该配置仍产生在成像传感器的透镜周围并且可从发射各组投影射束的多个投影点（例如由阵列中的每个DOE来限定一个投影点）。[0022]在一些实施例中，该距离传感器100可被配置成产生在视场中形成平行图样的投影射束。例如，图2图示可被图1的距离传感器100或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样200的第一实施例。图2还以分解视图图示图1的距离传感器100的部件中的一些，包括透镜112和DOE或投影点中的两个108θΡ108η在下文中被统称为“投影点108”）。[0023]如所图示的，该图样200包括两组投影射束202θΡ202η在下文中被统称为“组202”）。在一个示例中，每组投影射束202从传感器100的各投影点108之一沿径向成扇形散开以形成面。还如所图示的，由两组投影射束202限定的面基本上彼此平行，这归因于各投影点108围绕传感器100的中心轴Α-Α’以彼此间隔约180度隔开。[0024]通过启用多对DOE在这里每一对DOE中的DOE围绕中心轴Α-Α’以彼此间隔约180度隔开），可以产生多个平行投影图样或面。例如，图3图示可被图1的距离传感器100或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样300的第二实施例。图3还以分解视图图示图1的距离传感器100的部件中的一些包括透镜112和包围透镜112的DOE或投影点108的俯视图。[0025]如所图示的，该图样300包括如由经过Π和f2的成对虚线al和a2指示的多对平行投影射束。如在图2中，由每对投影射束例如al和a2限定的面基本上彼此平行，这归因于对应投影点108围绕传感器100的中心轴A-A’以彼此间隔约180度隔开。[0026]在一些实施例中，使用至少两个光源和两个DOE或投影点而不是一个光源和一个DOE来生成构成一对平行图样的每个图样或面。这是因为一些光源甚至当正与DOE协作操作时可能不能生成以大于90度的弧度成扇形散开的一组投影射束。例如，图4图示可被图1的距离传感器100或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样400的第三实施例。图4还以分解视图图示图1的距离传感器100的部件中的一些，包括透镜112和DOE或投影点IOS1-108n在下文中被统称为“投影点108”）中的四个。在一个实施例中，各DOE108中的每一个都对应于传感器100的一个不同光源未被示出）。[0027]如所图示的，该图样400包括两个投影图样或面402jP4022在下文中被统称为“投影面402”）。在一个示例中，每个投影面402进而包括从传感器100的投影点408之一沿径向成扇形散开的两组投影射束404ι和4042或者404η-ι和404η在下文中被统称为“组404”）。在这种情况下，每组投影射束404以近似90度的弧度成扇形散开，并且组404中的每对跨越对应于一个投影面402的近似180度的弧度。如所图示的，投影面402基本上彼此平行，这归因于对应投影点408围绕传感器100的中心轴Α-Α’以彼此间隔约180度隔开。[0028]在另一些实施例中，类似于图1中图示的传感器100的两个传感器可以是背靠背安装的，使得光源和DOE能够产生在视场中覆盖近似360度的投影图样。例如，图5图示可被背靠背安装的图1的距离传感器中的两个IOOi和1〇〇2在下文中被统称为“距离传感器100”）或者被背靠背安装的具有类似能力的两个距离传感器投射的图样500的第四实施例；图5还以分解视图图示图1的距离传感器100的部件中的一些，包括透镜和每个传感器100的DOE或投影点中的四个。在一个实施例中，各DOE中的每一个都对应于相关联的传感器100的一个不同光源未被不出）。[0029]如所图示的，该图样500包括四个投影图样或面502:-5024在下文中被统称为“投影面502”）。在一个示例中，每个投影面502进而包括从相关联的传感器100的投影点之一沿径向成扇形散开的两组投影射束。在这种情况下，如在图4中，每组投影射束以近似90度的弧度成扇形散开，并且每个对应投影面502跨越近似180度的弧度。当背靠背地投射两个这样的投影面502时，如所图示的，可以覆盖近似350度的弧度。因此，可以生成基本上彼此平行的两个360度投影面。[0030]在另一些实施例中，一个DOE或投影点可生成多个投影面，在这里该多个投影面以某一角度彼此偏移。此外，每一个都生成多个投影面的两个DOE或投影点可被用来生成多对平行投影面。例如，图6图示可被图1的距离传感器100或者被具有类似能力的距离传感器投射的图样600的第五实施例。图6还以分解视图图示图1的距离传感器100的部件中的一些，包括透镜112和DOE或投影点中的两个108θΡ108η在下文中被统称为“投影点108”）。在一个实施例中，各DOE108中的每一个都对应于传感器100的一个不同光源未被示出）。[0031]如所图示的，该图样600包括多对投影面在下文中被统称为“对602”）在这里每个个体投影面都包括以离投影点108高达180度的弧度成扇形散开的一组投影射束，如上所述）。在这种情况下，每个投影点108都生成每一对投影面602中的各投影面之一。此外，每个投影点108都生成多个投影面，该多个投影面在基本上垂直于个体投影射束成扇形散开的方向的方向上从彼此成扇形散开。例如，在图6中，由投影点108生成的个体投影射束在沿着z轴的方向上从径向成扇形散开，而由投影点108生成的多个投影面在沿着X轴的方向上成扇形散开。[0032]图7图示包括连续线图样的两对平行图样702θΡ7022在下文中被统称为“平行图样702”）已投射在其中的示例视场700。可以通过平行图样702的横向运动来容易地检测到视场中对象的距离，因为即使距离改变投影图样702也总是连续线性的。还可以直接计算对象的尺寸和维度。[0033]例如，图17是示出用于使用一对平行投影面1700θΡ17002在下文中被统称为“投影面1700”）来计算到对象的距离的有关参数的示图。如所图示的，该投影面将一对平行线投射到被定位成离距离传感器的成像传感器1704为距离D的对象1702上。该投影面1700以投影间隔a分隔开，在这里通过轴Β-Β’来限定该间隔的中点（或投影中心）。在轴Β-Β’和距离传感器的中心轴A-A’之间存在距离Φ。投影点1706:-1706^在下文中被统称为“投影点1706”）被设置在成像传感器1704前面的距离b处。[0034]图18图示用于计算从图17的成像传感器1704到图17的对象1702的距离D的算法的一个实施例。除了图17中图示的参数之外，图18图示投影点1706即以投影间隔a分开的投影面所发射的光的一部分被对象1702反射并且作为返回光返回到成像传感器1704。该返回光的射束以距离Θ分开，该距离Θ由被成像传感器1704所捕获的图像给出。[0035]当已知轴B-B’和距离传感器的中心轴A-A’之间的距离Φ为零时，（a2D=tanΘ2。因此，从成像传感器1704到对象1702的距离D可被计算为D=a2tanΘ2。而且，当a〈〈D时，D〜atan9〇[0036]当已知轴B-B’和距离传感器的中心轴A-A’之间的距离Φ为非零的数时，D〜atan9，这时Θ=Θ2+Φ_-Θ2+Φ〇[0037]图8图示用于计算从传感器到空间中的对象或点的距离的方法800的流程图。在一个实施例中，可由集成在成像传感器中的处理器诸如图1A-1B中图示的成像传感器110或者如在图16中图示并且在下文所讨论的通用计算设备来执行该方法800。[0038]方法800在步骤802中开始。在步骤804中，激活光源以生成光的主射束。在一个实施例中，由单个光源来生成单个主射束;然而，在其他实施例中，由多个光源来生成多个主射束。在一个实施例中，该一个光源或多个光源包括激光器光源。[0039]在可选步骤806中，使用定位在该主射束沿着其传播的路径中的第一射束分离装置例如衍射光学元件来将该主射束分离成多个二次射束。该第一射束分离装置可以是例如圆锥反射镜。例如，当距离传感器成像传感器是其一部分包括仅单个光源时执行步骤806〇[0040]在步骤808中，使用射束分离装置阵列中的第二射束分离装置例如第二衍射光学元件将多个二次射束中的每个射束分离成多个投影或三次射束。在一个实施例中，以环形来定位多个第二射束分离装置，以使得每个第二射束分离装置都被定位在二次射束之一沿其传播的路径中。在一个实施例中，第二射束分离装置中的至少一些是圆锥反射镜。在其中距离传感器包括多个光源的一个实施例中，该方法800可直接从步骤804进行到步骤808。在这种情况下，（使用多个光源生成的）该多个主射束中的每一个主射束都被第二射束分离装置之一直接分离成多个投影射束。[0041]在步骤810中，捕获该对象或点的至少一个图像。该图像包括被投射到该对象或点上以及周围空间上的图样。通过将一系列圆点、线或其他形状投射到该对象、点或周围空间上的各投影射束中的每一个来创建图样。在一个示例中，该图样包括一对或多对平行投影射束或投影面，例如如图2-7中所图示的。[0042]在步骤812中，使用来自在步骤810中捕获的图像的信息来计算从传感器到该对象或点的距离。在一个实施例中，使用三角测量技术来计算该距离。例如，由传感器投射的各图样的各部分之间的位置关系可以被用作用于计算的基础。[0043]该方法800在步骤814中结束。因此，结合在图1Α-1Β中描绘的传感器或具有类似能力的传感器的方法800可以在图像捕获和计算的单个循环中测量从传感器到空间中的对象或点的距离。[0044]图9例如图示三角测量技术，在步骤812中可通过该三角测量技术计算从传感器到对象或点的距离。特别地，图9图示图1的示例成像传感器110以及可用两个第二衍射光学元件108θΡ1082限定的两个投影点。该各投影点与成像传感器110隔开相等的距离X，以使得在两个投影点之间存在距离s例如X=s2。各投影点中的每一个发射相应的投影射束90h和9002,其被入射在对象上以创建图样中的相应点902θΡ9022例如圆点或线）。通过成像传感器110来检测这些点902θΡ9022并且它们可被用来如下计算成像传感器110和对象之间的距离D:D=s~tan〇2+tan〇i+tan02+tanBi等式I在这里〇2是在第二衍射光学元件IOS2的中心轴32和投影射束9002之间形成的角，〇1是在第二衍射光学元件IOS1的中心轴^和投影射束900^间形成的角，02是在成像传感器110的中心光轴0和成像传感器110以其来感知由投影射束9002创建的点9022的角之间形成的角，并且θι是在成像传感器110的中心光轴0和成像传感器110以其来感知由投影射束90〇4iJ建的点902:的角之间形成的角。[0045]从下面的关系式来导出等式1:D*tanai+D*tan9i=X等式2D*tanc^+D*tan02=s-χ等式3等式2和3允许计算从投影图样包括例如圆点图样）的源到将投影图样投射到其上的对象的距离。当用不同投影点在该源周围发射各光点时，基于形成投影图样的各光点例如圆点之间的位置关系来计算该距离。在该实施例中，各光点之间的位置关系是先验已知的即不被测量而作为计算的一部分）。[0046]在另一些实施例中，可通过倾斜成像传感器110相对于投影点或DOE108的角度来在不同环境中促进距离计算。例如，图10图示可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器1000的第二实施例。可以以类似于图IA和IB的距离传感器100的方式来配置该距离传感器1000,然而，为了便于解释已经简化了图10中的图示。[0047]如图10中所图示的，距离传感器1000包括被布置在紧凑外壳1002内的多个部件。该外壳1002可包含以下各项中的至少一个:光源、第一射束分离装置或第一DOE、第二射束分离装置阵列（在下文中被称为第二衍射光学元件lOOSi-lOOSn并且在下文中被统称为“第二DOE1008”）、以及包括广角透镜1012的成像传感器1010。[0048]基本上围绕中心轴A-A’对称地布置各部件。在一个实施例中，中心轴A-A’与成像传感器1010的光轴相一致。尽管没有被图示，但是该光源被定位在中心轴A-A’的第一端部处，并且第一DOE如果被包括的话被定位成沿着中心轴A-A’接近光源104例如相对于由光源发射的光所传播的方向，在光源的“前面”）。特别地，该第一DOE被定位成拦截由光源发射的单个光射束并且将单个射束或主射束分离成多个二次射束。[0049]第二DOE1008的阵列被定位成沿着中心轴A-A’接近第一DOE例如相对于由光源发射的光所传播的方向，在第一DOE的“前面”）。在一个实施例中，以环形阵列来布置第二DOE1008,其中中心轴A-A’通过环的中心并且在该环周围以规则间隔将该第二DOE1008隔开。然而，如图10中所图示的，沿着中心轴A-A’布置的传感器1000的各部分例如至少成像传感器1010和透镜1012可独立于第二DOE1008的阵列来旋转，以使得中心轴AA’相对于由第二DOE1008的阵列所投射的投影面倾斜。[0050]在一个实施例中，在该环周围以近似三十度将该第二DOE1008隔开。在一个实施例中，相对于由光源发射的光所传播的方向，第二DOE1008的阵列被定位在成像传感器1010的主点“后面”（即光轴A—A’与图像面相交处的点）。[0051]每个第二DOE1008都被定位成拦截由第一DOE106产生的二次射束之一并且将该二次射束分离成以径向方式远离第二DOE1008指引的多个例如两个或更多个三次射束。因此，每个第二DOE1008都限定从其将一组投影射束或三次射束发射到视场中的传感器1000的投影点。在一个实施例中，多个三次射束中的每一个相应地成扇形散开以覆盖近似一百度的范围。[0052]在一个实施例中，以扇形或径向图样来布置每多个三次射束，在各射束中的每一个之间具有相等的角度。在一个实施例中，各第二DOE1008中的每一个都被配置成投射在表面上创建不同视觉图样的三次射束。例如，一个第二DOE1008可投射圆点图样，而另一第二DOE1008可以投射线或X图样。[0053]图10中所图示的配置导致从DOE1008投射的相对于从中心轴A-A’沿径向向外延伸的线倾斜或偏移角度α的投影或三次射束。例如，如11图示可被图10的距离传感器1000投射的示例投影图样1100的俯视图。如所图示的，各DOE1008中的每一个都生成一个射束或面;在DOEIOOS3的情况下，投影射束被标记为1104。如进一步所图示的，投影射束与从传感器1000的中心轴Α-Α’沿径向向外直接延伸的假想基准线1102不平行。投影射束1104从基准线1102偏移的量或角度α是可配置的，并且可与例如传感器1000的中心轴Α-Α’相对于第二DOE1008的阵列倾斜的量直接相关。在一个示例中，对于由各DOE1008中的每一个所生成的每个投影射束，该角度α是相同的。然而，在其他示例中，对于该投影射束中的至少两个，该角度α是不同的。[0054]构成投影射束的投影伪影例如圆点、虚线、X图样、等等）中的每一个相对于离传感器1100的距离移动的量可随着角度α的大小而改变。例如，当角度α增大时，投影伪影相对于离传感器1100的距离的移动也将增大。此外，线密度例如由单个DOE投射的多个投影射束彼此接近的程度将随着角度α的增大而减小，如在下面关于图14A-14D进一步详细讨论的。通过适当地配置角度α，可以生成允许个体投影伪影的轻易识别和连续线图样的轻易计算的投影图样。[0055]图12图示可被图10的距离传感器1000投射的另一示例投影图样1200的俯视图。在这种情况下，每个DOE1008可投射平行射束或面的图样，例如如上面结合图1-7所讨论的。在由共用DOE所投射的平行射束的每一个图样内，每个射束例如，参见作为一个示例的由DOE10083所投射的射束1204都从对应基准线1202偏移相同的角度α。因此，本公开内容的实施例将平行射束或面的投影与这些射束或面相对于传感器的中心轴的倾斜相结合。[0056]尽管图10通过使传感器的处于沿着中心轴的部件相对于DOE倾斜来完成投影射束或面相对于中心轴的倾斜，但是也可以使用其他配置来完成该效果。例如，图13是可被用来生成本公开内容的光学配置的距离传感器1300的另一实施例的俯视图。在这种情况下，第二DOEUOSi-UOSn在下文中被统称为“第二DOE1308”）的阵列的布局可以被配置成投射多个投影射束，在这里该投影射束中的至少两个从自中心轴A-A’沿径向向外指引延伸的基准线1302偏移不同的量或角度。在一个实施例中，通过改变第二DOE1308离中心轴A-A’的径向距离来实现该效果。例如，DOE13089被定位成比13083更远离成像传感器的透镜1312。因此，如所图示的，DOE13089与基准线1302之间的偏移角αΐ比DOE13083与基准线1302之间的偏移角α2更小。[0057]通过使投影射束倾斜，可以生成允许使用投影伪影的单条线上的非重叠投影伪影例如圆点、虚线或X图样来计算到对象的距离的投影图样。通过改变角度α，可以改变各投影伪影之间的重叠。例如，图14A-14D图示可以使用投影射束和径向基准线之间的各种不同倾斜角度来生成的示例投影图样。特别地，图14Α图示当角度α是零度时的投影图样；图14Β图示当角度α是二十度时的投影图样；图14C图示当角度α是四十五度时的投影图样；以及图14D图示当角度α是七十度时的投影图样。如所图示的，更大的倾斜角度将导致投影伪影的更大重叠以及由共用DOE投射的多个投影射束的线密度的减小。[0058]图19Α和19Β图示可以从其导出用于使用图10和13的传感器来计算到对象的距离的简单算法的概念。参考图19Α，可以如下计算从Op到D的矢量r〇的高度ζ、深度y和长度X:z=r〇sinB等式4y=r〇cosBsina等式5X=rocosBcosa等式6，由此，ro2=X2+y2+Z2等式7。[0059]等式4-7描述由距离传感器所发射的已倾斜投影射束的多个参数的位置关系。[0060]参考图19B，当高度减小b且长度增加a时，各尺寸可以被计算为：z-b=Rosir#等式8y=Rocos#βΐηβ等式9X+a=RoCosiPcosP等式10，由此，Ro2=x+a2+y2+z-b2等式11。[0061]根据等式4和等式8,可以导出：ROsin#+b=r0sinB等式12。[0062]根据等式5和等式9，可以导出：RoCOS^sinP=rocosBsina等式13〇[0063]根据等式6和等式10，可以导出：Rocos#cosP-a=rocosBcosa等式14〇[0064]由匕，等式15。[0065]β和染是从由成像传感器捕获的图像测得的；a、b和a是从成像传感器投影设置已知的;并且Θ是从投影图样已知的。[0066]图20图示扩展至示例距离传感器2000的图19A-19B的概念。该示例距离传感器2000包括:光源的环形阵列（包括光源2002、对应于每个光源（并且可能包括射束分离装置的投影点（诸如投影点2004、以及成像传感器2006包括广角透镜）。该示例距离传感器2000被配置成投射形成虚拟球2008的光的图样。[0067]如所图示的，距离传感器2000的投影点（诸如投影点2006将投影射束投射在被定位成离开成像传感器2006距离D的对象2010上。通过a来限定该投影射束相对于从中心轴沿径向向外延伸的轴B-B’的角度。由该投影射束发射的光的一部分被作为返回光的射束反射回到成像传感器2006。[0068]图15图示用于计算从传感器到空间中的对象或点的距离的方法1500的流程图。在一个实施例中，可由集成在成像传感器中的处理器诸如图1A-1B和10中图示的成像传感器110或者如在图16中图示并且在下文所讨论的通用计算设备来执行该方法1500。[0069]方法1500在步骤1502中开始。在步骤1504中，激活光源以生成光的主射束。在一个实施例中，由单个光源来生成单个主射束;然而，在其他实施例中，由多个光源来生成多个主射束。在一个实施例中，该一个光源或多个光源包括激光器光源。[0070]在可选步骤1506中，使用定位在该主射束沿着其传播的路径中的第一射束分离装置例如衍射光学元件来将该主射束分离成多个二次射束。该第一射束分离装置可以是例如圆锥反射镜。例如，当距离传感器成像传感器是其一部分包括仅单个光源时执行步骤806〇[0071]在步骤1508中，使用射束分离装置阵列中的第二射束分离装置例如第二衍射光学元件将多个二次射束中的每个射束分离成多个投影或三次射束。在一个实施例中，以环形来定位多个第二射束分离装置，以使得每个第二射束分离装置都被定位在二次射束之一沿其传播的路径中。在一个实施例中，第二射束分离装置中的至少一些是圆锥反射镜。在其中距离传感器包括多个光源的一个实施例中，该方法800可直接从步骤1504进行到步骤1508。在这种情况下，（使用多个光源生成的）该多个主射束中的每一个主射束都被第二射束分离装置之一直接分离成多个投影射束。[0072]在步骤1510中，捕获该对象或点的至少一个图像。该图像包括被投射到该对象或点上以及周围空间上的图样。通过将一系列圆点、线或其他形状投射到该对象、点或周围空间上的各投影射束中的每一个来创建图样。在一个示例中，该图样包括相对于从传感器的中心轴A’A’沿径向向外延伸的假想基准线偏移或倾斜的一个或多个投影射束，例如如图10-14D中所图示的。[0073]在步骤1512中，使用来自在步骤1510中捕获的图像的信息来计算从传感器到该对象或点的距离。在一个实施例中，使用诸如上面结合图9所讨论的三角测量技术来计算该距离。例如，由传感器投射的各图样的各部分之间的位置关系可以被用作用于计算的基础。[0074]该方法1500在步骤1514中结束。因此，结合在图1A-1B或10中描绘的传感器或具有类似能力的传感器的方法1500可以在图像捕获和计算的单个循环中测量从传感器到空间中的对象或点的距离。[0075]图16描绘适合于在执行本文所述的功能中使用的通用计算机的高级框图。如在图16中所描绘的，系统1600包括一个或多个硬件处理器元件1602例如中央处理单元CPU、微处理器、或多核处理器）、存储器1604例如随机存取存储器（RAM和或只读存储器R0M、用于计算距离的模块1605、和各种输入输出装置1606例如存储装置，包括但不限于磁带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或光盘驱动器、接收器、发射器、透镜和光学器件、输出端口、输入端口和用户输入装置诸如键盘、键区、鼠标、麦克风等等）。尽管示出了仅一个处理器元件，但是应该指出通用计算机可采用多个处理器元件。此外，尽管在图中示出了仅一个通用计算机，但是如果对于特定说明性示例以分布式或并行方式来实施如上文所讨论的（一个或多个方法即跨多个通用计算机或并行通用计算机来实施一个或多个上述方法或一个或多个整个方法的步骤），则意图使该图的通用计算机代表这些多个通用计算机中的每一个。此外，一个或多个硬件处理器可以被利用来支持虚拟化或共享的计算环境。该虚拟化计算环境可支持代表计算机、服务器或其他计算设备的一个或多个虚拟机。在此类虚拟化虚拟机中，诸如硬件处理器和计算机可读存储装置之类的硬件部件可被虚拟化或在逻辑上表示。[0076]应该指出，可以以软件和或软件和硬件的组合的方式来实施本公开，例如使用专用集成电路ASIC、可编程逻辑阵列（PLA包括现场可编程门阵列FPGA、或部署在硬件设备、通用计算机或任何其他硬件等同物上的状态机，例如关于上文讨论的（一个或多个）方法的计算机可读指令可以被用来配置硬件处理器以执行上文公开的方法的步骤、功能和或操作。在一个实施例中，针对用于计算距离的本模块或过程1605的指令和数据例如包括计算机可执行指令的软件程序可以被加载到存储器1604中并且由硬件处理器元件1602来执行以实施如上文结合示例方法800和1500讨论的步骤、功能或操作。此外，当硬件处理器执行指令来实行“操作”时，这可以包括直接实行操作和或促进、指引另一硬件装置或部件例如协处理器等等或与之合作以实行操作的硬件处理器。[0077]执行与上文描述的（一个或多个方法有关的计算机可读或软件指令的处理器可以被认为是编程的处理器或专用处理器。照此，用于计算本公开的距离包括相关联的数据结构）的本模块1605可以被存储在有形或物理概括为非瞬时计算机可读存储装置或介质例如易失性存储器、非易失性存储器、ROM存储器、RAM存储器、磁性或光学驱动器、装置或磁盘等等上。更具体地，该计算机可读存储装置可包括提供存储信息诸如被处理器或计算装置诸如计算机或应用程序服务器访问的数据和或指令的能力的任何物理装置。[0078]尽管已经在上文描述了各种实施例，但是应该理解已经仅通过示例的方式提出各种实施例，并且不作为限制。因此，不应该通过上述示例性实施例中的任一个来限制优选实施例的广度和范围，而是应该仅根据以下权利要求以及它们的等同物来限定优选实施例的广度和范围。

权利要求：1.一种用于计算到对象的距离的方法，该方法包括：从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少两个射束彼此平行；捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由该多个投影射束中的至少两个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。2.根据权利要求1所述的方法，其中该多个投影射束中的至少两个射束是从多个投影点中的同一投影点投射的。3.根据权利要求1所述的方法，其中该多个投影射束中的至少两个射束是从多个投影点中的不同投影点投射的。4.根据权利要求1所述的方法，该多个投影射束中的至少两个射束中的每一个都是单独投影面的一部分。5.根据权利要求4所述的方法，其中该投影面是从多个投影点中的单个投影点投射的，并且该投影面跨越九十度。6.根据权利要求4所述的方法，其中该投影面是从多个投影点中的两个投影点投射的，并且该投影面跨越180度。7.根据权利要求4所述的方法，其中该投影面是从多个投影点中的四个投影点投射的，并且该投影面跨越360度。8.根据权利要求4所述的方法，其中该投影面平行于该图像捕获装置的中心光轴。9.根据权利要求1所述的方法，其中该多个投影射束中的至少两个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移一定角度。10.—种计算机可读存储设备，其存储当被处理器执行时促使该处理器实行用于计算到对象的距离的操作的多个指令，该操作包括：从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少两个射束彼此平行；捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由该多个投影射束中的至少两个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。11.一种用于计算到对象的距离的方法，该方法包括：从多个投影点中的每一个投射多个投影射束，其中该多个投影点被布置在图像捕获装置的透镜周围，并且其中该多个投影射束中的至少一个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移第一角度；捕获视场的图像，其中该对象在该图像中可见并且由多个投影射束中的至少一个射束生成的投影图样也在该图像中可见；以及使用该图像中的信息来计算到对象的距离。12.根据权利要求11所述的方法，其中该多个投影射束中的多个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移一定角度，并且对于多个射束中的所有射束，该角度是相等的。13.根据权利要求11所述的方法，其中该多个投影射束中的多个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移第一角度。14.根据权利要求11所述的方法，其中该多个多个投影射束中的至少一个射束相对于从经过透镜中心的轴沿径向向外延伸的线偏移第二角度，并且该第二角度大于第一角度。15.根据权利要求14所述的方法，其中该投射包括：使该图像捕获装置相对于多个投影点倾斜。16.根据权利要求14所述的方法，其中该投射包括：使该多个投影点离图像捕获装置的中心轴间隔开不同径向距离。17.根据权利要求11所述的方法，其中该多个投影射束中的至少一个射束被定向成与通过多个投影点中的不同投影点所投射的多个投影射束的另一射束平行。18.根据权利要求11所述的方法，其中该第一角度是二十度。19.根据权利要求11所述的方法，其中该第一角度是四十五度。20.根据权利要求11所述的方法，其中该第一角度是七十度。

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