專利名稱：：基于距離的感測的制作方法基于距離的感測本發(fā)明涉及基于距離的感測，并且特別地但不僅僅地涉及在多個不同工作距離的基于距離的感測。使用結(jié)構(gòu)光投影的測距裝置的有效工作距離將通常由各種設(shè)計參數(shù)來確定，并且在這一工作距離之外，取決于裝置的實(shí)施，準(zhǔn)確度和一致性被降低，或者有效測距可能是不可能的。申請人:的WO2004/0044525描述了一種使用斑點(diǎn)(spot)投影器和探測器的測距設(shè)備，其被布置成解決不同距離之間的模糊。本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的測距設(shè)備和關(guān)聯(lián)的方法。于是根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供測距設(shè)備，其包括結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，其適于利用光點(diǎn)的第一結(jié)構(gòu)圖案和光點(diǎn)的第二結(jié)構(gòu)圖案照射場景，所述第一和第二圖案被配置用于在不同距離的操作；探測器，用于檢測投影在所述場景中的光點(diǎn)的位置；以及處理器，用于從所述場景中的投影點(diǎn)的檢測的位置來確定到所述點(diǎn)的距離。通過提供為了在不同工作距離上提供有效測距或深度確定而優(yōu)化的不同結(jié)構(gòu)光圖案，增加了總的工作距離。根據(jù)不同實(shí)施例，這兩個不同光圖案的不同工作距離或范圍可以是重疊的、鄰近的(contiguous)或者由未使用的區(qū)域或一組距離分隔開。必要時可以采用第三或者甚至更多的不同光圖案以適合給定的應(yīng)用。通過使用能夠檢測來自兩個圖案的投影光點(diǎn)的單個探測器，在一些實(shí)施例中提供另一優(yōu)點(diǎn)。此外，一些實(shí)施例將有利地使用單個處理器。將會理解，光點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖案是指具有以已知的、預(yù)定義的幾何形狀的多個可識別特征的圖案。常見結(jié)構(gòu)光圖案包括斑點(diǎn)的陣列、平行線或線的柵格。在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)光圖案可包括單個光點(diǎn)以提供粗略測距。本文使用的術(shù)語“光點(diǎn)”是指這種圖案的任何可識別特征。結(jié)構(gòu)光發(fā)生器能夠適于或者根據(jù)定時控制自動地或者響應(yīng)于來自照射場景的感測信息自適應(yīng)地在所述第一和第二結(jié)構(gòu)圖案之間來回切換。可替換地，結(jié)構(gòu)光發(fā)生器能夠適于同時投影第一和第二圖案。在同時投影多于一個圖案的實(shí)施例中，與不同圖案對應(yīng)的光點(diǎn)優(yōu)選地能夠通過形狀、顏色、偏振或結(jié)構(gòu)(configuration)來區(qū)分。各個光點(diǎn)的形狀可以是例如正方形或圓形，并且顏色能夠在可見光譜內(nèi)進(jìn)行改變而且也能夠在可見光譜之外進(jìn)行改變，從而允許在探測器處采用波長辨別。就例如正方形或六邊形陣列、成角度的或傾斜的陣列中的點(diǎn)的布置而言或者通過引入另外的圖案特征(例如線或曲線)，可以改變光點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。將會理解，大量的不同圖案是可能的，其允許通過檢測一個圖案的全部或僅僅一部分來區(qū)分該圖案與另一圖案。因此，能夠執(zhí)行檢測的光點(diǎn)或特征的圖像和/或波長分析，并且這一信息能夠被傳遞給處理器以用于確定檢測的點(diǎn)、一組點(diǎn)或特征屬于哪個圖案。在一次僅投影單個圖案的實(shí)施例中，處理器能夠或者根據(jù)控制投影圖案的信號(例如定時控制信號)或者根據(jù)例如從結(jié)構(gòu)光發(fā)生器輸出的狀態(tài)來有利地確定哪個圖案有效，并且因此確定當(dāng)前檢測的光點(diǎn)屬于哪個圖案。正如以下將相對于附圖更詳細(xì)地描述的那樣，在優(yōu)選實(shí)施例中通過適當(dāng)選擇變量(包括視場、角度(angular)光點(diǎn)間距、光點(diǎn)的數(shù)量和光輸出功率)的范圍來實(shí)現(xiàn)第一和第二圖案的結(jié)構(gòu)。通過選擇一個或多個光源以及適于從源接收光并輸出結(jié)構(gòu)光的所期望的圖案的一個或多個光調(diào)制器或圖案發(fā)生器，能夠適當(dāng)?shù)馗淖冞@些和其他變量。在一個實(shí)施例中，采用在產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)圖案的第一和第二狀態(tài)之間可配置的圖案發(fā)生器。然而，可替換的實(shí)施例將采用適于產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)圖案的第一和第二單獨(dú)的圖案發(fā)生器。在任一情況下，當(dāng)需要不同結(jié)構(gòu)圖案時，可以采用相同的光源，或者能夠提供并選擇兩個或更多個不同光源。因此，通過共享相同的結(jié)構(gòu)光發(fā)生器部件中的一些、全部、或者不共享結(jié)構(gòu)光發(fā)生器部件，可實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)光圖案的提供。本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例采用具有光源的結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，所述光源被布置成照射具有內(nèi)反射側(cè)的棱鏡光導(dǎo)的輸入面。這樣，將優(yōu)選地具有正多邊形橫截面的棱鏡光導(dǎo)在其輸出處充當(dāng)產(chǎn)生光源的多個圖像的萬花筒。優(yōu)選地，投影光學(xué)器件(例如準(zhǔn)直透鏡)被提供在或被集成到光導(dǎo)的輸出端以把結(jié)構(gòu)光投影到場景中。優(yōu)選地，光源包括LED或LED陣列。在參考所針對的申請人的W02004/044523中更詳細(xì)地解釋了這種結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的形式。在這種實(shí)施例中，一些或全部棱鏡光導(dǎo)可被常用于第一和第二光圖案的投影。例如，單個棱鏡光導(dǎo)能夠由兩個不同光源照射以產(chǎn)生兩個不同圖案?？商鎿Q地，能夠控制單個可配置光源以產(chǎn)生不同光輸入圖案。在采用萬花筒光導(dǎo)和準(zhǔn)直透鏡結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，管的完整橫截面是準(zhǔn)直透鏡的有效光源發(fā)射面積。相鄰光束開始為鄰近的，直至它們從準(zhǔn)直透鏡傳播了中等距離以變得可清楚地單獨(dú)分辨。這對于3D照相機(jī)強(qiáng)加了最小工作距離，該最小工作距離在一些實(shí)施例中可以是10cm或更多。為了克服這一約束，能夠在實(shí)施例中引入孔徑掩模，該孔徑掩模例如在光管和準(zhǔn)直透鏡之間被耦合到棱鏡光導(dǎo)的輸出。這可以使用透鏡或光管上的蒸鍍金屬涂層來形成，并且能夠具有各種各樣的形狀，例如正方形或圓?？赡苡欣氖?，使孔徑為圓形并且具有管橫截面的直徑、0%。這將為相鄰光束提供2的標(biāo)記間隔比(mark-spaceratio),這將使相鄰光束能夠在離開投影器之后立即是可分辨的。為了防止光學(xué)損失，優(yōu)選的是使孔徑為反射性的，例如蒸鍍的金屬。因此，未通過這一孔徑出射的任何光被反射回到光管中并且能夠被重新使用?？讖窖谀Ｄ軌虮挥欣亟尤牒屯顺龈鶕?jù)所期望的光輸出圖案的操作。對于給定橫截面縮短光導(dǎo)的長度允許系統(tǒng)視場中斑點(diǎn)的密度的減小并且因此允許斑點(diǎn)的總數(shù)的減小，反之亦然。斑點(diǎn)的總數(shù)(再次，斑點(diǎn)密度)也能夠通過改變LED上的發(fā)射點(diǎn)的數(shù)量而改變。光管的背面(即LED面)上更多的發(fā)射點(diǎn)增加每個重復(fù)單位單元的斑點(diǎn)的數(shù)量。這一技術(shù)能夠被用來抵消管的縮短以減小尺寸。對于給定橫截面縮短光管也增加了準(zhǔn)直至投影斑點(diǎn)光束中的光的收集角，從而增加斑點(diǎn)亮度，即相同的LED輸出現(xiàn)在分布在更少的LED斑點(diǎn)上。一些實(shí)施例可具有LED發(fā)射器，所述LED發(fā)射器具有可選擇發(fā)射點(diǎn)或圖案的陣列。這可以是預(yù)定義的或者使用像素化陣列可任意編程的。這可以允許用于不同3D掃描范圍或不同類型的物體的不同投影圖案。利用許多投影圖案進(jìn)行掃描提供了掃描器魯棒性和掃描性能的保真度的提高。利用被設(shè)計成投影例如針對不同距離而優(yōu)化的不同圖案的第二投影器可以實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果。這可以被人工地選擇或者在不同圖像幀中順序地操作。如果投影器使用不同顏色LED，則在單個視頻幀中進(jìn)行掃描的吸引力會是可能的，其中不同顏色具有不同圖案。使用LED視頻投影器作為投影圖案光源也能夠?qū)崿F(xiàn)這些特征中的許多特征。具有多個發(fā)射點(diǎn)的LED能夠?qū)е麓蟮腖ED，并且作為也吸收電流的發(fā)射點(diǎn)之間的死區(qū)的結(jié)果而消耗大量的功率。為了優(yōu)化尺寸、成本和功率效率，因此有益的是把LED減小為單點(diǎn)發(fā)射器?？赡苄枰薷墓夤艿目v橫比以恢復(fù)斑點(diǎn)計數(shù)。對于具有總面積2mmX2mm的示例LED，可建議100um直徑發(fā)射器的4X4陣列。這代表0.0079/4=0.002的總面積利用率。LED面積的99.8%基本上未發(fā)射光而是汲取電流并生成熱。實(shí)際上，不能恢復(fù)這一半導(dǎo)體面積的全部，因?yàn)槿匀恍枰旊姌O和結(jié)合焊盤。得到更多光發(fā)射的另一有效方式是增加LED發(fā)射面積。場景中需要的斑點(diǎn)功率因此確定LED尺寸。這又確定萬花筒管寬度，因?yàn)榘l(fā)射器面積優(yōu)選地不多于光管的寬度的30%以確保在場景中能夠清楚地分辨斑點(diǎn)。本質(zhì)上，半導(dǎo)體激光器比LED更高效?？梢杂肔ED代替激光器，可選地利用漫射器或光學(xué)器件以創(chuàng)建具有所期望的發(fā)散性質(zhì)的光的斑點(diǎn)以便利用萬花筒光導(dǎo)形成斑點(diǎn)的陣列。這可以利用緊密聚焦透鏡來實(shí)現(xiàn)。使用與目標(biāo)斑點(diǎn)投影器圖案匹配的光學(xué)器件可以優(yōu)化發(fā)散的程度，從而使效率最大化。使用激光器還避免輸出功率和光導(dǎo)橫截面之間的相關(guān)性。本發(fā)明的實(shí)施例可以另外或者可替換地采用包括光源和衍射元件的結(jié)構(gòu)光發(fā)生器。光源優(yōu)選地是激光二極管。在一些實(shí)施例中的衍射元件或衍射陣列光柵(DAG)是可控制的以在第一和第二狀態(tài)之間改變光輸出，從而產(chǎn)生第一和第二投影光圖案。衍射兀件可以是機(jī)械地可切換的，例如，一個或多個元件能夠響應(yīng)于控制信號而被移入和移出光源的路徑，或者衍射元件可以是電光地可配置的。這可以是通過使用如參考所針對的WO2000/75698中所述的可編程空間光調(diào)制器或多路訪問計算機(jī)生成全息圖。如上所述，基于投影的距離感測能夠由于混疊或深度模糊而局限于有限距離能力，由此對投影光點(diǎn)或特征的檢測能夠?qū)?yīng)于或多于一個可能的深度或距離值。以上基于使用適合用在不同操作距離的多個不同投影圖案而提出了解決方案。另外或者可替換地，由此提出使用相同的結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和探測器針對不同工作距離校準(zhǔn)測距設(shè)備。這將導(dǎo)致針對相同硬件的多個校準(zhǔn)文件。軟件解決方案可以被用來利用不同的校準(zhǔn)文件處理檢測的斑點(diǎn)圖像，從而可能產(chǎn)生針對場景的多個距離圖。算法(例如噪聲濾波)可以被用來針對場景的每個部分選擇最適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。盡管每個操作距離將是有限的，但是將存在清楚的操作窗口，在所述操作窗口，能夠清楚地跟蹤斑點(diǎn)軌跡并且使斑點(diǎn)軌跡與預(yù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相關(guān)。因此根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種距離檢測的方法，其包括利用光點(diǎn)的至少一個結(jié)構(gòu)圖案照射場景；檢測照射的場景中的光點(diǎn)；從多個預(yù)定義組的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中選擇一組，每個所述數(shù)據(jù)組對應(yīng)于不同的深度范圍；以及根據(jù)選擇的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組，從投影點(diǎn)的檢測的位置來確定到所述點(diǎn)的距離。優(yōu)選地，響應(yīng)于距離的粗略估計而選擇數(shù)據(jù)組。深度范圍可以是鄰近的、重疊的或者由不存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的帶分隔開。軟件解決方案可以被用來利用不同的校準(zhǔn)文件處理檢測的斑點(diǎn)圖像，從而可能產(chǎn)生針對場景的多個距離圖。根據(jù)這個方面操作的裝置的不同操作模式可向系統(tǒng)發(fā)信號通知使用哪個深度范圍。例如，不同的模式可以包括識別在近距離的手勢的手勢(gesture)接口、在中等距離操作的面部掃描模式、以及在遠(yuǎn)距離操作的3D物體掃描。還有可能使用算法(例如噪聲濾波)以針對場景的每個部分選擇最適當(dāng)?shù)木嚯x。這些操作窗口可以重疊。重疊的深度窗口將顯露可以幫助濾波算法的鄰近形狀數(shù)據(jù)。以上討論的構(gòu)思特別適合于實(shí)時手勢檢測，并且因此可結(jié)合本文描述的其他構(gòu)思或者作為本發(fā)明的獨(dú)立方面而提供手勢檢測和識別的特征。使用常規(guī)2D照相機(jī)或3D立體照相機(jī)系統(tǒng)對手勢的檢測需要大量圖像處理。必須檢測在檢測區(qū)內(nèi)物體的存在，確定這是手還是手指，以及確定關(guān)鍵點(diǎn)(待跟蹤的手或手指的特征的邊緣)以檢測手勢。2D傳感器具有的基本問題在于，它們無法確定物體的距離或絕對尺寸，即它們僅僅檢測物體的角度尺寸。因此，對于2D傳感器而言，非常難以區(qū)分在大距離處的大物體與靠近傳感器的小物體。這使得非常難以魯棒地確定場景中的物體是否是檢測區(qū)中的手。深度信息的缺乏也使得非常難以確定手勢。相對于單個2D傳感器，立體照相機(jī)系統(tǒng)提供了顯著的改進(jìn)。一旦手或手指上的關(guān)鍵點(diǎn)已被確定，就能夠使用三角測量技術(shù)來檢驗(yàn)它們離傳感器的距離。然而，在能夠進(jìn)行三角測量和距離確定之前，必須如上所概述地通過多個階段處理來自每個照相機(jī)的圖像。特別是針對小型低成本移動電子裝置(例如移動電話)上的實(shí)時操作，這導(dǎo)致大量圖像處理的挑戰(zhàn)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種手勢檢測的方法，其包括利用光點(diǎn)的至少一個結(jié)構(gòu)圖案照射檢測區(qū)域；檢測入射在所述檢測區(qū)域中的物體上的多個光點(diǎn)；將檢測的光點(diǎn)的圖案與預(yù)定的多個圖案模板進(jìn)行比較以確定手勢匹配條件；以及輸出指示所述匹配的模板的手勢匹配信號。用于本發(fā)明實(shí)施例的檢測區(qū)域小于或等于200mm,并且更優(yōu)選地小于或等于150mm或者甚至100mm。注意，根據(jù)本發(fā)明的這個方面，不需要針對檢測的點(diǎn)的距離的絕對值，而是能夠使用檢測的光點(diǎn)的圖案(它將指示點(diǎn)的相對距離)。然而，例如為了選通到特定距離值并排斥在更大距離處檢測的點(diǎn)的目的，可以對于一些或全部檢測的點(diǎn)計算絕對距離值。檢測的光斑點(diǎn)的圖案以及模板可以是動態(tài)的，即可以代表光斑點(diǎn)的圖案隨時間而改變。檢測的區(qū)域中新的光斑點(diǎn)的出現(xiàn)、或者相反地現(xiàn)有光斑點(diǎn)的消失、或者光斑點(diǎn)的移動可以包括能夠被檢測并比較的可識別特征。優(yōu)選地，光點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖案包括以柵格圖案形成的斑點(diǎn)或線的規(guī)則陣列。以這一方式可識別的手勢包括例如拳頭、張開的手掌、伸展的食指以及“翹拇指”手勢。待識別的每個手勢具有例如可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者通過計算機(jī)仿真而導(dǎo)出的關(guān)聯(lián)的模板?？蛇x擇一組手勢以提供高概率的辨別。這種手勢能夠例如被用作手持移動裝置(例如移動電話或PDA)的用戶接口的基礎(chǔ)，本發(fā)明的手勢識別方法提供定義的與特定手勢對應(yīng)的信號。在一些方面中，所述方法另外包括在時間間隔上檢測所述多個點(diǎn)。這允許分析檢測的點(diǎn)的移動以確定基于移動的手勢，例如在給定方向上揮手或揮擊。更復(fù)雜的手勢(例如拳頭的握緊或松開)也可以是可識別的。本發(fā)明擴(kuò)展到基本上如本文參照附圖所述的方法、設(shè)備和/或使用。在本發(fā)明的一個方面中的任何特征可按照任何適當(dāng)?shù)慕M合被應(yīng)用于本發(fā)明的其他方面。特別是，方法方面可被應(yīng)用于設(shè)備方面，反之亦然。另外，以硬件實(shí)施的特征可以通常以軟件實(shí)施，反之亦然。本文對軟件和硬件特征的任何提及應(yīng)當(dāng)被相應(yīng)地解釋。純粹作為示例，現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，其中圖1示出具有為了在不同距離使用而優(yōu)化的兩個結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的測距裝置；圖2示出適于與單個光導(dǎo)協(xié)作產(chǎn)生不同的光圖案的可配置光源；圖3示出具有有著不同操作模式的兩個結(jié)構(gòu)光投影器的測距裝置；圖4示出激光器和用來創(chuàng)建不同光圖案的可適配的(adaptable)衍射元件；圖5示出測距裝置中可能的模糊；圖6示出與不同工作距離相關(guān)聯(lián)的斑點(diǎn)軌道；圖7示出與特定于一些距離的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的不同校準(zhǔn)文件；圖8示出手勢和關(guān)聯(lián)的斑點(diǎn)圖案。參照圖1，示出裝置102，其具有一個斑點(diǎn)投影器裝置104，其被優(yōu)化以用于近處工作，例如僅僅在顯示器前面的手勢檢測；以及另一斑點(diǎn)投影器裝置106，其被優(yōu)化以用于一般3D掃描(例如面部)、3D視頻會議或物體的3D攝影。兩個投影器可以使用相同的照相機(jī)傳感器108。對于作為手和手指手勢接口的近距離實(shí)施，優(yōu)先考慮具有有著寬視場110(例如+/-45°)的光圖案142，其中在例如50mm的典型工作距離具有mm的斑點(diǎn)或特征間距112。需要這一斑點(diǎn)間距以便可能利用落在每個手指上的多于1個斑點(diǎn)來記錄個體手指移動。這等于2°的角度斑點(diǎn)間距，并且因此為了覆蓋+/_45°視場，投影器將需要輸出50X50斑點(diǎn)。由于近工作距離，每個斑點(diǎn)將僅需要低功率。近距離操作可以與照相機(jī)透鏡中的近焦點(diǎn)或宏功能一起使用。使用被圖案化以輸出許多斑點(diǎn)的LED光源120將幫助減小管的總長度。例如，發(fā)射器的4X4陣列，每個單獨(dú)發(fā)射器為小的，例如50i!m。這將使得能夠使用短且窄的光管104(例如1X1X20mm)和小的輸出透鏡。這一斑點(diǎn)投影器在耦合到輸出透鏡的萬花筒的末端使用孔徑掩模130將存在附加益處。這一孔徑將改進(jìn)在近工作距離的斑點(diǎn)間距。對于更長工作距離實(shí)施，將對斑點(diǎn)投影器要求具有更窄視場114和更小角度斑點(diǎn)間距的圖案144。典型地，這可以是+/-30?；蚋〉囊晥?，并在500mm的距離具有10mm的斑點(diǎn)或特征間距116(這里，柵格圖案被示出，然而，線交叉被選擇以作為定義特征)。這等于1°的斑點(diǎn)角度間距和30X30的陣列尺寸。由于擴(kuò)展的工作距離，每個斑點(diǎn)將需要更高的功率。更長距離執(zhí)行可以結(jié)合照相機(jī)透鏡上的自動聚焦或變焦功能來使用。對于更高功率輸出，將需要更大的發(fā)射器面積，例如300iim。這可以與橫截面為1mm并且長度為50mm的萬花筒106—起使用。當(dāng)從小于200mm的距離將可清楚地分辨斑點(diǎn)時，將不需要如上那樣使用孔徑掩模?？商鎿Q地，2X2陣列LED可以與類似橫截面的25_萬花筒一起使用。各個發(fā)射器尺寸可以被減小至150以實(shí)現(xiàn)等同的斑點(diǎn)功率。參照圖2b，有可能利用相同的光學(xué)部件(萬花筒或光導(dǎo)204和透鏡208)以產(chǎn)生斑點(diǎn)圖案142和144。這一解決方案可以受益于能夠輸出許多可選擇的輸出圖案的LED202。這樣，能夠選擇不同發(fā)射器圖案以提供被單獨(dú)地優(yōu)化以滿足不同測距條件的要求的2個或更多個斑點(diǎn)圖案和輸出功率。圖2a示出標(biāo)記為圓220的2X2LED結(jié)構(gòu)和標(biāo)記為叉222的4X4結(jié)構(gòu)。這也可以使用單個大面積發(fā)射器和可選擇的或可編程的光學(xué)快門裝置來實(shí)現(xiàn)。光管的輸出面上的可切換孔徑206也可以有益于幫助優(yōu)化在使用的近處和遠(yuǎn)處模式下的性能。圖3示出一個實(shí)例，其中再次存在被優(yōu)化以用于近處工作(例如僅僅在顯示器前面的手勢檢測)的一個斑點(diǎn)投影器裝置和被優(yōu)化以用于一般3D掃描(例如面部)、3D視頻會議或物體的3D攝影的另一斑點(diǎn)投影器裝置。兩個投影器可以使用相同的照相機(jī)傳感器308。對于作為手和手指手勢接口的近距離實(shí)施，優(yōu)先考慮具有寬視場(例如+/-45°)，其中在例如50mm的典型工作距離，斑點(diǎn)被分隔開mm。需要這一斑點(diǎn)間距以便可能利用落在每個手指上的多于I個斑點(diǎn)記錄個體手指移動。這等于2°的角度斑點(diǎn)間距，并且因此為了覆蓋+/-45°視場，投影器將需要輸出50X50斑點(diǎn)。由于近工作距離，每個斑點(diǎn)將僅需要低功率。使用被圖案化以輸出許多斑點(diǎn)的LED光源310將幫助減小光管312的總長度。例如，發(fā)射器的4X4陣列，每個單獨(dú)發(fā)射器為小的，例如50ym。這將使得能夠使用短且窄的光管(例如1X1X20mm)和小的輸出透鏡。這一斑點(diǎn)投影器在耦合到輸出透鏡的萬花筒的末端使用孔徑掩模將存在附加益處。這一孔徑將改進(jìn)在非常近的工作距離的斑點(diǎn)間距。對于更長工作距離實(shí)施，將對斑點(diǎn)投影器要求更窄視場和更小角度斑點(diǎn)間距。典型地，這可以是+/-30°或更小的視場，并在500mm的距離具有10mm的斑點(diǎn)間距。這等于1°的斑點(diǎn)角度間距和30X30的陣列尺寸。使用激光二極管320和產(chǎn)生均勻強(qiáng)度斑點(diǎn)的陣列的衍射元件322可以實(shí)現(xiàn)這一更長距離執(zhí)行。這一元件被稱為衍射陣列發(fā)生器(DAG)0小的準(zhǔn)直激光二極管(或者基于常規(guī)邊緣發(fā)射器或者垂直腔表面發(fā)射激光器)將被耦合到小的DAG，該DAG的圖案已被設(shè)計成產(chǎn)生所期望的具有適當(dāng)角度間距的均勻斑點(diǎn)陣列。使用DAG與需要更小視場的系統(tǒng)以簡化制造是有益的。例如，為了實(shí)現(xiàn)30°的衍射角，DAG將需要尺寸2x波長的單位單元，即針對650nm激光器的1300nm。從獨(dú)立供應(yīng)商可得到這一典型規(guī)格的DAG。激光源和DAG的使用提供了在針對超過Im的擴(kuò)展距離的小的系統(tǒng)體積中遞送高的光功率的機(jī)會。窄帶激光器還提供了使用匹配的窄帶光學(xué)濾波以提高在遠(yuǎn)距離物體上的斑點(diǎn)圖案的檢測中的信噪比的機(jī)會。圖4示出裝置的第三實(shí)例，所述裝置具有被優(yōu)化以用于近處工作(例如僅僅在顯示器前面的手勢檢測)的一個斑點(diǎn)投影器裝置和被優(yōu)化以用于一般3D掃描(例如面部)、3D視頻會議或物體的3D攝影的另一斑點(diǎn)投影器裝置。兩個投影器可以使用相同的照相機(jī)傳感器(未示出)。對于作為手和手指手勢接口的近距離實(shí)施，優(yōu)先考慮具有寬視場(例如+/-45°)，其中在例如50mm的典型工作距離，斑點(diǎn)被分隔開mm。需要這一斑點(diǎn)間距以便可能利用落在每個手指上的多于I個斑點(diǎn)記錄個體手指移動。這等于2°的角度斑點(diǎn)間距，并且因此為了覆蓋+/-45°視場，投影器將需要輸出50X50斑點(diǎn)。由于近工作距離，每個斑點(diǎn)將僅需要低功率。使用準(zhǔn)直激光二極管402和被設(shè)計成產(chǎn)生均勻強(qiáng)度斑點(diǎn)410、412的陣列的衍射元件404可以產(chǎn)生這一斑點(diǎn)陣列。這一元件被稱為衍射陣列發(fā)生器(DAG)，即計算機(jī)設(shè)計的衍射光柵，其圖案隨后被蝕刻或壓印到光學(xué)襯底中。小的準(zhǔn)直激光二極管(或者基于常規(guī)邊緣發(fā)射器或者垂直腔表面發(fā)射激光器)將照射小的DAG，該DAG的圖案已被設(shè)計成產(chǎn)生所期望的具有適當(dāng)角度間距的均勻斑點(diǎn)陣列。使用DAG是有益的。為了實(shí)現(xiàn)45°的衍射角，DAG將需要尺寸I.5x波長的單位單元，即針對650nm激光器的1000nm。有可能利用另一設(shè)計代替衍射元件以實(shí)現(xiàn)更長距離實(shí)施。這可以使用相同的準(zhǔn)直激光源402，盡管改變激光器輸出功率以匹配可能是適當(dāng)?shù)摹８淖冄苌湓?04可以被機(jī)械地或者電光地實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手段可以是從激光束簡單地移除DAG并把單個斑點(diǎn)投影到場景中。這可用于測量長距離，例如測量房間的尺寸等等?？商鎿Q地，可以利用另一設(shè)計的DAG代替該DAG以實(shí)現(xiàn)針對該使用而優(yōu)化的不同斑點(diǎn)圖案。電光地實(shí)現(xiàn)可切換衍射的可能方式可以包括使用可編程空間光調(diào)制器、多路訪問計算機(jī)生成全息圖(MACH)(其中在永久復(fù)合相位光柵之上電調(diào)諧液晶以獲得不同的衍射結(jié)果)。另一方法可以使用電潤濕技術(shù)以顯露相位衍射圖案或者對相位衍射圖案進(jìn)行折射率匹配。在以上實(shí)例中，單個探測器或照相機(jī)被用來感測適于用在不同距離的不同圖案。使用多個斑點(diǎn)投影器的這種3D照相機(jī)可以通過各種各樣的手段區(qū)分不同投影圖案，包括-時分復(fù)用，其中投影器被順序地激發(fā)并分離針對每個斑點(diǎn)投影器獲取的圖像；-顏色編碼，例如一個投影器以紅色進(jìn)行操作，而另一個以綠色進(jìn)行發(fā)射。彩色照相機(jī)被用來同時檢測2個斑點(diǎn)圖案，但是圖案能夠被分離并且單獨(dú)地處理；-偏振編碼，即一個是線偏振或圓偏振，并且第二投影器具有正交偏振編碼。偏振器或偏振分束器能夠在照相機(jī)前面被使用以區(qū)分2個圖像；空間圖案編碼，即2個投影器具有有著特征形狀(例如左和右對角圖案)的發(fā)射源。隨后能夠在照相機(jī)中同時檢測這些圖案并使用圖案匹配算法區(qū)分這些圖案?？赡艹霈F(xiàn)重疊的問題；-其他編碼技術(shù)或它們的組合。在圖5中，結(jié)構(gòu)光投影器502投影由發(fā)散線504指示的特征的陣列。照相機(jī)506檢測分別投影到物體520、522上的對應(yīng)光點(diǎn)508、510。在照相機(jī)的視場中，能夠看出，光點(diǎn)508和510出現(xiàn)在相同的位置，然而它們代表在不同深度的物體。這在缺乏其他區(qū)別特征的情況下引起模糊。在本發(fā)明的一些方面中，通過定義不同工作距離(在圖中示出為A和B)并把各個不同校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分配給每個距離來解決這一點(diǎn)。圖6示出當(dāng)物體離照相機(jī)傳感器(由矩形代表)的距離變化時斑點(diǎn)軌道如何在照相機(jī)傳感器上移動，以及斑點(diǎn)軌道的不同段(示出為不同虛線)如何能夠與不同工作距離相關(guān)聯(lián)。與這些不同距離相關(guān)聯(lián)的不同校準(zhǔn)文件、以及對應(yīng)操作模式的實(shí)例被示出在圖7中。如上所述，通過檢測投影的特征或斑點(diǎn)如何在場景中移動能夠檢測并解釋手勢，而不需要進(jìn)行從斑點(diǎn)數(shù)據(jù)建立物體的3D模型所需的計算處理。這能夠?qū)е潞唵吻音敯舻臋z測算法。例如，橫向移動將導(dǎo)致斑點(diǎn)的線出現(xiàn)在檢測區(qū)中的物體的前緣上，并且同時斑點(diǎn)的線從檢測區(qū)中的物體的后緣消失。高度的變化將導(dǎo)致物體上的一組斑點(diǎn)與距離的變化一致地在探測器上以類似方式移動。通過比較順序圖像，能夠高效地檢測物體移動或手勢。例如，對順序圖像進(jìn)行相減的簡單過程將去除場景中的物體上還未移動的斑點(diǎn)，但是強(qiáng)調(diào)了物體中已存在改變的區(qū)域(即手勢)。分析這些改變能夠顯露手勢。參照圖8，考慮檢測區(qū)域中的平伸的手。這將導(dǎo)致與物體離傳感器的共同距離對應(yīng)的斑點(diǎn)片?？紤]手現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)，直至它的邊緣朝著傳感器。在這一運(yùn)動期間，在手的一側(cè)的斑點(diǎn)將看起來以與更接近探測器一致的方式移動，而在手的另一側(cè)，它們將以另一方式移動。移動的程度將隨著離旋轉(zhuǎn)軸的距離的變化而變化。最后，當(dāng)由手對著的角度減小時，一些斑點(diǎn)將實(shí)際上從感興趣區(qū)域消失。將會理解，以上純粹作為示例描述了本發(fā)明，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠做出細(xì)節(jié)的修改?？梢元?dú)立地或者按照任何適當(dāng)?shù)慕M合提供在說明書和(在適當(dāng)?shù)那闆r下)權(quán)利要求書和附圖中公開的每個特征。權(quán)利要求1.一種手勢檢測的方法，包括利用光點(diǎn)的至少一個結(jié)構(gòu)圖案照射檢測區(qū)域；檢測入射在所述檢測區(qū)域中的物體上的多個光點(diǎn)；將檢測的光點(diǎn)的圖案與預(yù)定的多個圖案模板進(jìn)行比較以確定手勢匹配條件；以及輸出指示所述匹配的模板的手勢匹配信號。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述檢測區(qū)域小于或等于400cm2。3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述檢測區(qū)域小于或等于100cm2。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，確定為在所述檢測區(qū)域之外的光點(diǎn)被丟棄。5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任何一項所述的方法，其中，所述方法還包括在時間間隔上檢測所述多個點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括確定在所述時間間隔上檢測的光點(diǎn)的移動圖案。7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述多個圖案模板包括動態(tài)模板。8.測距設(shè)備，包括結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，其適于利用光點(diǎn)的第一結(jié)構(gòu)圖案和光點(diǎn)的第二結(jié)構(gòu)圖案照射場景，所述第一和第二圖案被配置用于在不同距離的操作；探測器，用于檢測投影在所述場景中的光點(diǎn)的位置；以及處理器，用于從所述場景中的投影點(diǎn)的檢測的位置來確定到所述點(diǎn)的距離。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器適于在所述第一和第二結(jié)構(gòu)圖案之間切換。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器適于同時投影所述第一和第二圖案。11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二圖案的光點(diǎn)能夠通過形狀、顏色或結(jié)構(gòu)來區(qū)分。12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述處理器適于確定檢測的光點(diǎn)對應(yīng)于哪個結(jié)構(gòu)圖案。13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括適于從光源接收光并輸出結(jié)構(gòu)光的圖案的圖案發(fā)生器，以及其中所述圖案發(fā)生器在產(chǎn)生所述第一和第二結(jié)構(gòu)圖案的第一和第二狀態(tài)之間是可配置的。14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括適于從光源接收光并輸出結(jié)構(gòu)光的圖案的第一和第二單獨(dú)的圖案發(fā)生器，所述第一和第二圖案發(fā)生器分別適于產(chǎn)生所述第一和第二結(jié)構(gòu)圖案。15.根據(jù)權(quán)利要求8至14中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括分別用于產(chǎn)生所述第一和第二圖案的第一和第二光源。16.根據(jù)權(quán)利要求8至15中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括光源和具有內(nèi)反射側(cè)的棱鏡光導(dǎo)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述光源包括LED或LED陣列。18.根據(jù)權(quán)利要求8至17中任何一項所述的設(shè)備，其中，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括光源和衍射光柵。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述衍射光柵是機(jī)械地或電光地可配置的。20.根據(jù)權(quán)利要求16、權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述光源包括激光二極管。21.一種距離檢測的方法，包括利用光點(diǎn)的至少一個結(jié)構(gòu)圖案照射場景；檢測照射的場景中的光點(diǎn)；從多個預(yù)定義組的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中選擇一組，每個所述數(shù)據(jù)組對應(yīng)于不同深度范圍；以及根據(jù)選擇的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組，從投影點(diǎn)的檢測的位置來確定到所述點(diǎn)的距離。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，根據(jù)距離的粗略估計選擇所述數(shù)據(jù)組。23.根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的方法，其中，根據(jù)用戶可選擇的操作模式選擇所述數(shù)據(jù)組。全文摘要能夠投影適合用在特定距離或深度范圍的結(jié)構(gòu)光的圖案的測距設(shè)備。場景中的檢測的光點(diǎn)能夠與預(yù)定的圖案模板進(jìn)行比較以提供簡單且低成本的手勢識別系統(tǒng)，例如作為智能電話或PDA的接口。結(jié)構(gòu)光發(fā)生器能夠適于或者根據(jù)定時控制自動地或者響應(yīng)于來自照射場景的感測信息自適應(yīng)地在所述第一和第二結(jié)構(gòu)圖案之間來回切換?？商鎿Q地，結(jié)構(gòu)光發(fā)生器能夠適于同時投影第一和第二圖案。單獨(dú)的光發(fā)生器可被采用以用于不同圖案，或者可替換地，能夠共享部件。文檔編號G06F3/01GK102640087SQ201080055855公開日2012年8月15日申請日期2010年12月1日優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日發(fā)明者M(jìn).斯坦利申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司