專利名稱：三維位置感測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)示范性實(shí)施例的裝置涉及一種三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
獲得目標(biāo)的三維(3D)位置的方法已經(jīng)隨著技術(shù)的快速進(jìn)步而發(fā)展。該方法使用通常應(yīng)用飛行時(shí)間(TOF)原理的3D運(yùn)動(dòng)傳感器技術(shù)。TOF原理是測(cè)量光接觸目標(biāo)的表面然后返回到裝置諸如照相機(jī)等所用的時(shí)間，從而測(cè)量目標(biāo)與裝置之間的距離。常規(guī)3D位置感測(cè)系統(tǒng)包括:紅外投影器，輻射紅外線作為像素化的標(biāo)記；和深度感測(cè)照相單元，感測(cè)關(guān)于從紅外投影器發(fā)射并從目標(biāo)反射的多個(gè)標(biāo)記的信息。常規(guī)3D位置感測(cè)系統(tǒng)的操作原理如下。X-Y坐標(biāo)利用標(biāo)記(像素光源)的二維(2D)位置計(jì)算。此外，深度方向(Z坐標(biāo)；3D深度)上的長(zhǎng)度利用根據(jù)深度感測(cè)照相單元與標(biāo)記之間的距離計(jì)算的標(biāo)記的尺寸和強(qiáng)度來(lái)計(jì)算。換句話說(shuō)，目標(biāo)的靠近深度感測(cè)照相單元的部分變亮，目標(biāo)的遠(yuǎn)離照相感測(cè)單元的部分變暗。因此，目標(biāo)的深度利用目標(biāo)的亮度和暗度之間的差異來(lái)計(jì)算。常規(guī)3D位置感測(cè)系統(tǒng)根據(jù)深度感測(cè)照相單元的分辨率和標(biāo)記的尺寸或強(qiáng)度來(lái)確定3D深度。因此，由于關(guān)于分辨率的外部因素諸如深度感測(cè)照相單元的距離的減小、標(biāo)記的尺寸的減小等，常規(guī)3D位置感測(cè)系統(tǒng)的分辨率隨著目標(biāo)的深度快速地減小。因而，所測(cè)量和計(jì)算的3D深度的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例可以克服以上缺點(diǎn)以及上面沒(méi)有描述的其他缺點(diǎn)。然而，將理解，一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例不要求克服上述缺點(diǎn)，且可以不克服上述問(wèn)題的任一個(gè)。一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例提供一種三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)以及能夠以高精度感測(cè)3D位置的方法。根據(jù)示范性實(shí)施例的方面，提供一種3D位置感測(cè)系統(tǒng)。該3D位置感測(cè)系統(tǒng)可以包括:發(fā)射器，發(fā)射包括多個(gè)標(biāo)記的光到目標(biāo)上；兩個(gè)或更多照相單元，感測(cè)從目標(biāo)反射的光以分別識(shí)別一個(gè)或多個(gè)相同的標(biāo)記；以及控制器，基于由兩個(gè)或更多照相單元識(shí)別的信息來(lái)計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。兩個(gè)或更多照相單元可以設(shè)置在左右方向上或上下方向上以具有彼此不同的角度?？刂破骺梢杂?jì)算兩個(gè)或更多照相單元的每個(gè)與多個(gè)標(biāo)記之間的距離以及每個(gè)照相單元與多個(gè)標(biāo)記之間的角度，控制器可以基于計(jì)算的距離和角度來(lái)計(jì)算到目標(biāo)的深度?？刂破骺梢杂?jì)算兩個(gè)或更多照相單元的每個(gè)與標(biāo)記之間的各自距離和角度， 并使用照相單元中預(yù)設(shè)的二維(2D)坐標(biāo)值以計(jì)算到目標(biāo)的2D坐標(biāo)。發(fā)射器可以包括紅外投影器。
兩個(gè)或更多照相單元可以是紅外照相機(jī)。兩個(gè)或更多照相單元可以是第一和第二照相單元。根據(jù)另一示范性實(shí)施例的方面，提供一種3D位置感測(cè)方法。該3D位置感測(cè)方法可以包括:通過(guò)發(fā)射器發(fā)射包括多個(gè)標(biāo)記的光到目標(biāo)上；通過(guò)兩個(gè)或更多照相單元感測(cè)從目標(biāo)反射的光；通過(guò)兩個(gè)或更多照相單元識(shí)別相同的標(biāo)記；以及基于關(guān)于所識(shí)別標(biāo)記的信息通過(guò)控制器計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)可以包括計(jì)算兩個(gè)或更多照相單元的每個(gè)與標(biāo)記之間的各自距離以及兩個(gè)或更多照相單元的每個(gè)與標(biāo)記之間的各自角度；該計(jì)算還可以包括計(jì)算到目標(biāo)的深度。計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)可以包括計(jì)算兩個(gè)或更多照相單元的每個(gè)與標(biāo)記之間的各自距離和各自角度并使用照相單元中預(yù)設(shè)的2D坐標(biāo)值以計(jì)算到目標(biāo)的2D坐標(biāo)。如上所述，根據(jù)示范性實(shí)施例，在3D位置感測(cè)系統(tǒng)和方法中，兩個(gè)或更多照相單元感測(cè)標(biāo)記。因此，可以進(jìn)行精確的3D深度感測(cè)，而與外部因素諸如照相機(jī)的分辨率等的影響無(wú)關(guān)。此外，盡管多個(gè)目標(biāo)處于類似的位置(靠近)但是多個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)精確的3D深度感測(cè)來(lái)感測(cè)。因此，可以識(shí)別幾個(gè)目標(biāo)。此外，兩個(gè)或更多照相單元可以設(shè)置在左右方向上或上下方向上以具有彼此不同的角度。因此，深度和X-Y坐標(biāo)值可以被進(jìn)一步容易地計(jì)算。 示范性實(shí)施例的額外的方面可以在詳細(xì)的描述中闡述。


通過(guò)詳細(xì)描述示范性實(shí)施例，以上和/或其他的方面將變得更加顯然，附圖中:圖1是示意地示出根據(jù)示范性實(shí)施例的三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)的視圖；和圖2是示意地示出利用根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)計(jì)算到目標(biāo)的深度的過(guò)程的視圖。
具體實(shí)施例方式在下文，將參照附圖更詳細(xì)地描述示范性實(shí)施例。在以下的描述中，相同的附圖標(biāo)記當(dāng)它們?cè)诓煌母綀D中示出時(shí)被用于相似的元件。在說(shuō)明書(shū)中限定的內(nèi)容，諸如詳細(xì)構(gòu)造和元件，被提供來(lái)幫助對(duì)示范性實(shí)施例的全面理解。因此，顯然的，可以實(shí)施示范性實(shí)施例而不用那些具體限定的內(nèi)容。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中公知的功能或元件沒(méi)有被詳細(xì)描述，因?yàn)樗鼈儠?huì)用不必要的細(xì)節(jié)使示范性實(shí)施例模糊。圖1是示意地示出根據(jù)示范性實(shí)施例的三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)100的視圖。圖2是示意地示出利用根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)100計(jì)算到目標(biāo)的深度的過(guò)程的視圖。到目標(biāo)的深度是指從目標(biāo)到某個(gè)預(yù)設(shè)的原點(diǎn)的Z距離。參照?qǐng)D1，3D位置感測(cè)系統(tǒng)100包括發(fā)射器110、照相單元140和控制器180。發(fā)射器110發(fā)射多個(gè)像素化的標(biāo)記M到目標(biāo)上，照相單元140感測(cè)關(guān)于從目標(biāo)反射的多個(gè)標(biāo)記M的信息。控制器180基于通過(guò)照相單元140識(shí)別的信息來(lái)計(jì)算目標(biāo)的3D坐標(biāo)。也就是，在X、Y和Z坐標(biāo)上的距離從預(yù)設(shè)原點(diǎn)計(jì)算。
發(fā)射器110可以包括紅外投影器。照相單元140包括第一和第二照相單元120和130。在本示范性實(shí)施例中，照相單元140包括兩個(gè)照相單元，但是可以包括三個(gè)或更多照相單元。第一和第二照相單元120和130可以分別是紅外照相機(jī)。第一和第二照相單元120和130可以設(shè)置在左右方向上或上下方向上從而具有彼此不同的角度。在根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)100中，當(dāng)計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)時(shí)，完全沒(méi)有考慮照相單元140的分辨率。因此，第一和第二照相單元120和130可以設(shè)置為具有彼此不同的角度?，F(xiàn)在將描述根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)方法。在根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)方法中，包括多個(gè)標(biāo)記M的光被發(fā)射到目標(biāo)上。第一和第二照相單元120和130感測(cè)從目標(biāo)反射的光并識(shí)別標(biāo)記M。控制器180基于所識(shí)別的信息來(lái)計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。這將通過(guò)將3D位置坐標(biāo)分為X、Y和Z坐標(biāo)(也就是，到目標(biāo)的深度d和XY坐標(biāo)(二維(2D)坐標(biāo)))來(lái)詳細(xì)描述?，F(xiàn)在將描述根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)100的計(jì)算深度d的方法。如圖1和圖2所示，發(fā)射器110發(fā)射多個(gè)紅外標(biāo)記M到目標(biāo)上。發(fā)射器110包括紅外投影器，因此發(fā)射作為像素化的標(biāo)記的紅外線到目標(biāo)上。因此，無(wú)數(shù)的紅外標(biāo)記M被投影到目標(biāo)上。如果標(biāo)記M被投影到目標(biāo)上，標(biāo)記M當(dāng)中特定一個(gè)Ml的深度將被計(jì)算，第一和第二照相單元120和130感測(cè)該特定的標(biāo)記Ml。第一和第二照相單元120和130分別是紅外照相機(jī)，因此，感測(cè)從紅外投影器發(fā)射并從目標(biāo)反射的多個(gè)標(biāo)記M。如果第一和第二照相單元120和130感測(cè)特定的標(biāo)記Ml，則第一和第二照相單元120和130將關(guān)于特定標(biāo)記Ml的信息傳輸?shù)娇刂破?80。如圖2所示，控制器180計(jì)算第一照相單元120與特定標(biāo)記Ml之間的距離dl和角度Θ以及第二照相單元130與特定標(biāo)記Ml之間的距離d2和角度Θ’以計(jì)算特定標(biāo)記Ml的深度d。換句話說(shuō)，根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)100可以計(jì)算標(biāo)記Ml的3D深度，而不管外部因素諸如照相機(jī)的分辨率等。現(xiàn)在將描述3D位置感測(cè)系統(tǒng)100的計(jì)算2D坐標(biāo)的方法。具體地，如果特定標(biāo)記Ml的2D坐標(biāo)將被計(jì)算，則第一和第二照相單元120和130分別感測(cè)特定的標(biāo)記Ml。控制器180通過(guò)利用特定標(biāo)記Ml與第一和第二照相單元120和130之間的距離和角度以及第一和第二照相單元120和130中分別預(yù)設(shè)的2D坐標(biāo)值通過(guò)三角形測(cè)量來(lái)計(jì)算特定標(biāo)記M的2D坐標(biāo)。這里，如果第一和第二照相單元120和130設(shè)置在左右方向上或在上下方向上以具有彼此不同的角度，則可以通過(guò)根據(jù)角度之間的差異做出的設(shè)置而容易地進(jìn)行用于計(jì)算標(biāo)記M2的3D深度的比較。根據(jù)上述方法，標(biāo)記M2的2D坐標(biāo)值可以通過(guò)利用分別設(shè)置在第一和第二照相單元120和130的2D坐標(biāo)以及照相單元120和130與標(biāo)記M2之間的距離和角度來(lái)計(jì)算。根據(jù)示范性實(shí)施例的3D位置感測(cè)系統(tǒng)100可以形成標(biāo)記M，使得標(biāo)記M分別具有用于識(shí)別標(biāo)記M的標(biāo)識(shí)符。換句話說(shuō)，標(biāo)記M可以形成為通過(guò)一系列數(shù)字、符號(hào)等來(lái)識(shí)別。因此，3D位置感測(cè)系統(tǒng)100能夠利用標(biāo)記M進(jìn)行標(biāo)記M的識(shí)別。此外，控制器180可以僅通過(guò)利用第一和第二照相單元120和130感測(cè)標(biāo)記M來(lái)計(jì)算2D坐標(biāo)。例如，如果目標(biāo)在左右方向上移動(dòng)，也就是目標(biāo)的深度d (Z坐標(biāo))不改變，并且標(biāo)記M通過(guò)額外的標(biāo)識(shí)號(hào)來(lái)識(shí)別，指示還沒(méi)有移動(dòng)的目標(biāo)的位置的標(biāo)記M的坐標(biāo)可以與指示已經(jīng)移動(dòng)的目標(biāo)的位置的標(biāo)記M的坐標(biāo)相比較,從而容易地感測(cè)目標(biāo)的位置。此外，標(biāo)記M的3D位置，也就是深度d，可以如示范性實(shí)施例中描述地計(jì)算。以上示范性實(shí)施例僅是示范性的，而不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明構(gòu)思。示范性實(shí)施例能夠容易地應(yīng)用到其他類型的裝置。此外，示范性實(shí)施例的描述旨在是說(shuō)明性的，而不是限制權(quán)利要求的范圍，許多替換、修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。也就是，盡管已經(jīng)示出和描述了示范性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在示范性實(shí)施例中進(jìn)行改變而不背離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)及其等同物限定。示范性實(shí)施例應(yīng)當(dāng)僅以描述性的含義來(lái)理解，而不是為了限制的目的。因此，本發(fā)明的范圍不由示范性實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述來(lái)限定，而是由權(quán)利要求書(shū)限定，在該范圍內(nèi)的所有差異將被解釋為被包括在本發(fā)明內(nèi)。本申請(qǐng)要求于2011年11月9日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2011-0116312的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用整體結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)，包括: 發(fā)射器，發(fā)射包括多個(gè)標(biāo)記的光到目標(biāo)上； 多個(gè)照相單元，感測(cè)從所述目標(biāo)反射的光以分別識(shí)別相同的標(biāo)記；以及 控制器，基于由所述多個(gè)照相單元識(shí)別的信息來(lái)計(jì)算所述目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)照相單元設(shè)置在左右方向上或上下方向上以具有彼此不同的角度。
3.如權(quán)利要求2所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述控制器計(jì)算所述多個(gè)照相單元與所述多個(gè)標(biāo)記之間的距離以及所述多個(gè)照相單元與所述多個(gè)標(biāo)記之間的角度以計(jì)算到所述目標(biāo)的深度。
4.如權(quán)利要求2所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述控制器計(jì)算所述多個(gè)照相單元的每個(gè)與標(biāo)記之間的距離和角度并使用多個(gè)照相單元中預(yù)設(shè)的二維(2D)坐標(biāo)值以計(jì)算所述目標(biāo)的2D坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器包括紅外投影器。
6.如權(quán)利要求1所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)照相單元是紅外照相機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述的3D位置感測(cè)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)照相單元是第一和第二照相單J Li ο
8.一種3D位置感測(cè)方法，包括: 利用發(fā)射器發(fā)射包括多個(gè)標(biāo)記的光到目標(biāo)上； 利用多個(gè)照相單元感測(cè)從所述目標(biāo)反射的光； 利用所述多個(gè)照相單元來(lái)分別識(shí)別相同的標(biāo)記；以及 基于關(guān)于所感測(cè)的標(biāo)記的信息利用控制器來(lái)計(jì)算所述目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。
9.如權(quán)利要求8所述的3D位置感測(cè)方法，其中計(jì)算所述目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)包括計(jì)算所述多個(gè)照相單元與所述標(biāo)記之間的距離以及所述多個(gè)照相單元的每個(gè)與所述標(biāo)記之間的角度以計(jì)算到所述目標(biāo)的深度。
10.如權(quán)利要求8所述的3D位置感測(cè)方法，其中計(jì)算所述目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)包括計(jì)算所述多個(gè)照相單元的每個(gè)與所述標(biāo)記之間的距離和角度并使用多個(gè)照相單元中預(yù)設(shè)的2D坐標(biāo)值以計(jì)算所述目標(biāo)的2D坐標(biāo)。
11.如權(quán)利要求8所述的3D位置感測(cè)方法，其中感測(cè)和識(shí)別從所述目標(biāo)反射的光是通過(guò)兩個(gè)照相單元來(lái)感測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維(3D)位置感測(cè)系統(tǒng)及方法。該3D位置感測(cè)系統(tǒng)包括發(fā)射器，發(fā)射包括多個(gè)標(biāo)記的光到目標(biāo)上；兩個(gè)或更多照相單元，感測(cè)從目標(biāo)反射的光以分別感測(cè)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記；以及控制器，基于由兩個(gè)或更多照相單元感測(cè)的關(guān)于一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的信息來(lái)計(jì)算目標(biāo)的3D位置坐標(biāo)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK103105128SQ201210445210
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者李潤(rùn)升, 康虎雄 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社