本發(fā)明涉及一種用于識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的方法。

本發(fā)明還涉及一種用于識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的設(shè)備，特別是用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備。

本發(fā)明另外涉及前述方法和/或前述設(shè)備的用途，用于監(jiān)視特別是用于確保危險區(qū)(特別是諸如印刷機(jī)或自動機(jī)械的機(jī)器的危險區(qū))的安全。

在本發(fā)明的上下文中，場景被理解為是指特別是由相機(jī)監(jiān)視的三維危險區(qū)。諸如人的移動對象可以存在于場景中。特別是在后一種情況下，相機(jī)監(jiān)視場景關(guān)于人或其身體部位是否位于或靠近以自動方式操作的機(jī)器附近的危險中。

為了監(jiān)視危險區(qū)，特別是機(jī)器和工業(yè)工廠的危險區(qū)，已知使用如ep2133619a1中所述的相機(jī)。在此，公開了一種3d安全相機(jī)，其具有第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，第一圖像傳感器和第二圖像傳感器可以分別生成空間區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。3d安全相機(jī)連同投影儀一起操作，該投影儀在場景中(即在空間區(qū)域中)生成結(jié)構(gòu)化照明圖案。根據(jù)體視學(xué)原理，評估單元根據(jù)圖像數(shù)據(jù)生成空間區(qū)域的深度圖以監(jiān)視空間區(qū)域中的不允許的侵入。

在立體相機(jī)的圖像對的立體評估期間，可能由于在所監(jiān)視的空間區(qū)域內(nèi)的對象的低對比度或重復(fù)結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)測量誤差。由于這個原因，如上述文獻(xiàn)中所述的，將結(jié)構(gòu)圖案投影到相機(jī)的視場中，以便提高相機(jī)圖像中的對比度。在此，有利的是使用周期性點(diǎn)圖案形式的結(jié)構(gòu)圖案，如同樣已經(jīng)在上述文獻(xiàn)中公開的那樣。點(diǎn)圖案形式的結(jié)構(gòu)圖案優(yōu)于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖案之處在于：它們被清晰地描繪，并且需要更少的照明能量來對它們進(jìn)行投影。

在本發(fā)明的上下文中的投影結(jié)構(gòu)圖案是光學(xué)結(jié)構(gòu)圖案，換言之，是由光點(diǎn)組成的圖案。

然而，當(dāng)使用點(diǎn)圖案特別是均勻點(diǎn)圖案作為結(jié)構(gòu)圖案時，會出現(xiàn)以下問題：經(jīng)常發(fā)生相機(jī)圖像中的點(diǎn)錯誤分配給投影到場景中的點(diǎn)。這是因?yàn)橐粋€投影結(jié)構(gòu)元素在相機(jī)圖像中的位置通常取決于投影結(jié)構(gòu)元素距相機(jī)的當(dāng)前距離，并且同樣取決于結(jié)構(gòu)元素投影在其上的對象的幾何形狀。換言之，結(jié)構(gòu)元素在相機(jī)圖像中的位置可以根據(jù)距離和對象幾何形狀而改變，并且通常在相機(jī)中可以不同。

相機(jī)圖像中的點(diǎn)錯誤分配給投影到場景上的點(diǎn)導(dǎo)致錯誤地確定距場景內(nèi)的對象的距離。錯誤的距離測量繼而又具有以下影響：例如，如果位于危險區(qū)中的對象被相機(jī)視為位于危險區(qū)之外，則會出現(xiàn)危險情況；或者如果對象位于危險區(qū)之外，但由于錯誤的距離測量而被相機(jī)視為處于危險區(qū)之內(nèi)從而機(jī)器被關(guān)斷，則例如位于危險區(qū)之內(nèi)的機(jī)器無法充分利用。

根據(jù)ep2019281a1，相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素錯誤分配給投影到場景上的結(jié)構(gòu)元素的問題的解決方案是將更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖案投影到場景上，所述更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖案至少在部分區(qū)域中、不均勻、非周期性并且非自相似。然而，考慮到設(shè)備方面的高花費(fèi)，即，投影儀的復(fù)雜性，生成這樣的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖案是不利的。

wo2013/145665a1公開了一種用于三維測量的設(shè)備，其將來自投影儀的光線投影到工件上，其中，立體相機(jī)拾取光線投影到其上的工件的圖像。該設(shè)備的控制設(shè)備臨時識別所拾取的立體圖像的第一圖像中的亮線與光截面平面之間的對應(yīng)關(guān)系，并且將亮線投影到光截面平面上。投影到光截面平面上的亮線被投影到第二圖像上。控制設(shè)備計算投影到第二圖像上的亮線與第二圖像中的亮線之間的相似度，并且確定所識別的投影亮線與第二圖像中的亮線之間的對應(yīng)關(guān)系的結(jié)果。

us2008/0201101a1公開了一種用于掃描物品的表面幾何形狀并將其數(shù)字化的手持式三維掃描器。

de202008017729u1公開了一種用于監(jiān)視和確保空間區(qū)域的安全的3d安全相機(jī)。該安全相機(jī)包括具有至少一個半導(dǎo)體光源的照明單元。半導(dǎo)體光源生成至少10w的高光輸出，這允許生成與所監(jiān)視的空間區(qū)域中的環(huán)境光的波動無關(guān)的用于可靠估計的稠密深度圖。

de102004020419b3公開了一種用于測量甚至強(qiáng)烈彎曲的反射表面的設(shè)備。在此，觀察在表面處反射的圖案并且進(jìn)行評估。從多個方向觀察反射的圖案。通過確定測量空間內(nèi)的針對各個觀察方向確定的表面法線相對于彼此具有最低偏差的那些位置來實(shí)現(xiàn)評估。

本發(fā)明基于以下目的：確定一種方法和設(shè)備，利用所述方法和設(shè)備能夠在不需要復(fù)雜的、不均勻的、非周期性的時間或空間編碼的結(jié)構(gòu)圖案的情況下可靠地識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，提供了一種用于可靠地識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的方法，其中，使用投影儀將結(jié)構(gòu)圖案投影到場景上，并且其中，使用第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)來拾取投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案，其中，第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)被定位成彼此相距一定距離，并且其中，投影儀被定位成在距第一相機(jī)并且距至少一個第二相機(jī)一定距離處在第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的直線連接線之外，其中，對于第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素，通過下述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來確定至少一個第二相機(jī)的相機(jī)圖像中的可以與第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素一對一關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元素：所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)針對各個結(jié)構(gòu)元素在各自情況下具有第一參數(shù)和至少第二參數(shù)的組合，第一參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與第一相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)，至少第二參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與至少一個第二相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過使用第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)記錄由投影儀投影的結(jié)構(gòu)圖案的校準(zhǔn)圖像來獲得。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于可靠地識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的設(shè)備，特別是用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備，該設(shè)備包括投影儀，所述投影儀用于將結(jié)構(gòu)圖案投影到場景上。該設(shè)備還包括第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)，所述第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)用于拾取投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案，其中，第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)被定位成彼此相距一定距離，并且其中，投影儀被定位成在距第一相機(jī)和距至少一個第二相機(jī)一定距離處在第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的直線連接線之外。該設(shè)備還包括存儲單元，所述存儲單元存儲有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)針對各個結(jié)構(gòu)元素在各自情況下具有第一參數(shù)和至少第二參數(shù)的組合，第一參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與第一相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)，至少第二參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與至少一個第二相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)。并且該設(shè)備還包括計算單元，所述計算單元適于：對于第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素，使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來確定至少一個第二相機(jī)的相機(jī)圖像中的可以與第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素一對一關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元素。

在本發(fā)明的上下文中的術(shù)語“相機(jī)”旨在具有一般含義。相機(jī)可以被理解為是指例如僅具有相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件的圖像傳感器。第一相機(jī)和至少第二相機(jī)還旨在意味著兩個圖像傳感器以彼此相距橫向距離的方式容納在共同的殼體中，其中，圖像傳感器可以被分配有共同的成像光學(xué)器件或者在各自情況下被分配有單獨(dú)的成像光學(xué)器件。然而，第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)還可以是具有它們自己的殼體和它們自己的成像光學(xué)器件的分離的獨(dú)立相機(jī)的形式。

根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備基于以下原則：準(zhǔn)確了解投影儀的位置和定向(例如，投影儀的出射光瞳和針對每個單獨(dú)結(jié)構(gòu)元素的透射方向)以及至少兩個相機(jī)的位置和定向(例如，至少兩個相機(jī)的出射光瞳的位置和定向及其觀察方向)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為了獲得這種準(zhǔn)確了解，例如，在安裝有至少兩個相機(jī)和投影儀時，記錄結(jié)構(gòu)圖案的校準(zhǔn)圖像，從校準(zhǔn)圖像中獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)針對各個結(jié)構(gòu)元素在各自情況下具有第一參數(shù)和至少第二參數(shù)的組合，第一參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與第一相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)，至少第二參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與至少一個第二相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)。由于在校準(zhǔn)期間分配給各個結(jié)構(gòu)元素的這些參數(shù)組合優(yōu)選地分配給每個結(jié)構(gòu)元素，因此，投影結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素被唯一確定。

在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，所獲得的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)被存儲在存儲單元中。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，然后使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來識別至少兩個相機(jī)的相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)圖案的投影到場景上的結(jié)構(gòu)元素，以便允許至少一個第二相機(jī)的相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素與第一相機(jī)的相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素之間的一對一分配。

根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備允許將第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素可靠地分配給投影到場景上的結(jié)構(gòu)元素。利用根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，建立了對距要監(jiān)視的空間區(qū)域中的對象的距離的正確測量的基礎(chǔ)。因此，相機(jī)系統(tǒng)可以可靠地評估對象是否位于例如危險區(qū)之內(nèi)或危險區(qū)之外。

通過記錄校準(zhǔn)圖像，至少兩個相機(jī)和投影儀相對于彼此的位置和定向根據(jù)其校準(zhǔn)是已知的，并且至少兩個相機(jī)的直線即所謂的相機(jī)核線能夠根據(jù)已知的兩個相機(jī)相對于彼此的位置和定向來確定。投影儀相對于至少兩個相機(jī)的位置和定向通過校準(zhǔn)也是已知的，其中，基于該了解，還能夠確定第一相機(jī)和投影儀的配對以及至少一個第二相機(jī)和投影儀的配對的直線即所謂的照明核線。

在至少兩個相機(jī)中，結(jié)構(gòu)元素的圖像總是位于相應(yīng)相機(jī)核線上。結(jié)構(gòu)元素的圖像出現(xiàn)在哪個相機(jī)核線上以及哪些其他結(jié)構(gòu)元素也位于所述相機(jī)核線上取決于結(jié)構(gòu)圖案投影在其上的對象的幾何形狀和距離。對于至少兩個相機(jī)中的每個相機(jī)，存在許多相機(jī)核線。

另外，每個投影結(jié)構(gòu)元素及其在相機(jī)中的圖像位于相應(yīng)照明核線上。對于第一相機(jī)和投影儀以及至少第二相機(jī)和投影儀的每個配對，存在多個照明核線。對于兩個相機(jī)和相對于如上所述的相機(jī)在其直線連接線之外定位的投影儀，存在兩組彼此傾斜延伸的照明核線，其中，第一組被分配給第一相機(jī)和投影儀的布置，并且第二組被分配給第二相機(jī)和投影儀的布置。投影結(jié)構(gòu)元素及其在相機(jī)中的圖像總是位于同一相應(yīng)照明核線上，而與結(jié)構(gòu)圖案投影到其上的對象的幾何形狀和距離無關(guān)。然而，結(jié)構(gòu)元素位于照明核線上的哪個位置以及哪些其它結(jié)構(gòu)元素也位于該線上取決于對象的幾何形狀和距離。

使用上述結(jié)構(gòu)元素及其圖像總是位于同一照明核線上而與結(jié)構(gòu)圖案投影在其上的對象的幾何形狀和距離無關(guān)的情況，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，各個結(jié)構(gòu)元素的第一參數(shù)包括與第一相機(jī)相關(guān)的第一照明核線的斜率以及第一照明核線與第一參考軸線的交點(diǎn)，并且各個結(jié)構(gòu)元素的至少第二參數(shù)包括與至少一個第二相機(jī)相關(guān)的照明核線的斜率以及照明核線與第二參考軸線的交點(diǎn)。

在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，上述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)例如以校準(zhǔn)列表的形式存儲在存儲單元中。

如將在下面更詳細(xì)地描述的，使用所述參數(shù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：投影結(jié)構(gòu)元素與所述參數(shù)之間的可分配性唯一且單獨(dú)，另外，可以利用這種類型的參數(shù)以簡單的方式實(shí)現(xiàn)將圖像分配給投影結(jié)構(gòu)元素。

在至少兩個相機(jī)和投影儀的校準(zhǔn)期間，因此針對每個相機(jī)中的每個結(jié)構(gòu)元素確定關(guān)于其相對于第一相機(jī)位于哪個照明核線上以及其相對于至少一個第二相機(jī)位于哪個照明核線上。從數(shù)學(xué)上講，由于直線由其斜率和一個點(diǎn)唯一確定，因此如這里所指出的，對于每個相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素，僅存儲照明核線的斜率以及照明核線與參考軸線的交點(diǎn)是足夠的，這顯著降低了存儲開銷。

對于結(jié)構(gòu)元素密度較高的結(jié)構(gòu)圖案，通常，多個結(jié)構(gòu)元素在各自情況下相對于至少兩個相機(jī)中的一個相機(jī)位于相同的照明核線上。然而，每個結(jié)構(gòu)元素由至少兩個照明核線(即，與第一相機(jī)相關(guān)的照明核線和與至少第二相機(jī)相關(guān)的照明核線)的單獨(dú)組合唯一描述。

結(jié)合上述實(shí)施方式提及并且與第一相機(jī)相關(guān)的第一照明核線與其相交的第一參考軸線優(yōu)選地是第一相機(jī)的掃描線，并且與至少一個第二相機(jī)相關(guān)的第二照明核線與其相交的第二參考軸線優(yōu)選地是至少一個第二相機(jī)的掃描線。

所述掃描線可以例如是相應(yīng)相機(jī)的相應(yīng)第一掃描線。

在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，將結(jié)構(gòu)圖案依次投影到用于記錄校準(zhǔn)圖像的第一表面和第二表面上，其中，第一表面和第二表面被布置成在投影儀的透射方向上彼此相距一定距離。

校準(zhǔn)圖像的這種類型的記錄以及因此至少兩個相機(jī)和投影儀的校準(zhǔn)的記錄可以以特別簡單的方式進(jìn)行，并且從而以簡單的方式針對結(jié)構(gòu)圖案的每個結(jié)構(gòu)元素給出相對于第一相機(jī)的照明核線和相對于至少一個第二相機(jī)的照明核線。

第一表面和第二表面優(yōu)選地是平面表面。如果將同一表面用作第一表面和第二表面，該表面最初被定位在距相機(jī)和投影儀第一距離處以便記錄第一校準(zhǔn)圖像并且隨后被定位在距相機(jī)和投影儀第二距離處以便記錄第二校準(zhǔn)圖像，則校準(zhǔn)變得特別簡單。存儲和評估兩個校準(zhǔn)圖像以獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)該設(shè)備的一個優(yōu)選實(shí)施方式，如果第一相機(jī)的入射光瞳、至少一個第二相機(jī)的入射光瞳和投影儀的出射光瞳位于一個平面上，則根據(jù)本發(fā)明的方法特別容易實(shí)現(xiàn)。

在該實(shí)施方式中，在校準(zhǔn)和識別結(jié)構(gòu)元素的圖像時，簡化幾何尺寸比例。結(jié)構(gòu)元素彼此之間在相機(jī)圖像中的距離在這種布置下與投影結(jié)構(gòu)元素距相機(jī)的距離無關(guān)，即總是相同的。因此，結(jié)構(gòu)元素在校準(zhǔn)圖像中的分配容易成為可能。在至少兩個校準(zhǔn)圖像中，穿過結(jié)構(gòu)元素的兩個位置的直線嚴(yán)格對應(yīng)于該結(jié)構(gòu)元素的照明核線。此外，所有第一照明核線彼此平行，也就是說，它們具有相同的斜率并且僅它們與第一參考軸線的交點(diǎn)不同，并且所有第二照明核線相對于彼此平行，也就是說，也具有相同的斜率并且僅它們與第二參考軸線的交點(diǎn)不同。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的范圍和因此必要的存儲容量和計算能力從而有利地進(jìn)一步減小。

用于幫助簡化根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種方式是將第一相機(jī)的光軸、至少一個第二相機(jī)的光軸和投影儀的光軸布置成使得它們相對于彼此平行。

在該實(shí)施方式中，至少兩個相機(jī)的相機(jī)核線相對于彼此平行并且相對于相機(jī)的直線連接線平行。它們甚至可以從相機(jī)到相機(jī)彼此對準(zhǔn)。此外，至少兩個相機(jī)的掃描線可以有利地被設(shè)置成平行于或垂直于相機(jī)核線，并且可以容易地校正相機(jī)鏡頭或共同相機(jī)鏡頭的失真。

結(jié)合該方法的上述配置，根據(jù)該配置，將結(jié)構(gòu)圖案依次投影到用于記錄校準(zhǔn)圖像的第一表面和第二表面上，第一表面和第二表面在投影儀的透射方向上彼此相距一定距離，如果所述表面是平面并且被定向?yàn)榇怪庇谙鄼C(jī)和投影儀的光軸，則是優(yōu)選的。

由于所述表面的垂直定向，因此，由至少兩個相機(jī)拾取的結(jié)構(gòu)圖案基本上無失真。

上述實(shí)施方式不僅簡化了校準(zhǔn)，而且還簡化了對至少兩個相機(jī)的相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)圖案的投影到場景上的結(jié)構(gòu)元素的可靠識別。

在該設(shè)備中，第一相機(jī)與至少一個第二相機(jī)之間的距離優(yōu)選地不同于投影儀與第一相機(jī)之間的距離，并且不同于投影儀與至少一個第二相機(jī)之間的距離。

因此，進(jìn)一步改進(jìn)了對相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素的識別。至少兩個相機(jī)和投影儀的布置中的對稱性的任何中斷(break)增加了將相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素分配給投影結(jié)構(gòu)元素的準(zhǔn)確度。

在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，確定在各自情況下第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素的像素坐標(biāo)，根據(jù)像素坐標(biāo)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來計算至少第一參數(shù)，并且從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)讀取可能在公差帶內(nèi)的同樣地滿足至少一個第一參數(shù)的所有結(jié)構(gòu)元素，還針對所述讀取的結(jié)構(gòu)元素中的每個結(jié)構(gòu)元素讀取至少第二參數(shù)中的至少一個第二參數(shù)，以及確定至少一個第二相機(jī)的相機(jī)圖像中的可以與第一相機(jī)的相機(jī)圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素一對一關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元素。

在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，計算單元被相應(yīng)地設(shè)置用于執(zhí)行上述步驟。

在該方法的該實(shí)施方式中，由于基本上可以訪問存儲或保存的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因此，前述步驟的計算開銷有利地低。對于要識別的結(jié)構(gòu)元素，僅計算要識別的結(jié)構(gòu)元素所位于的第一照明核線。然后，訪問存儲的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以便執(zhí)行至少一個第二相機(jī)的圖像中的結(jié)構(gòu)元素與第一相機(jī)的圖像中要識別的結(jié)構(gòu)元素之間的一對一分配。

為此，從至少一個第二相機(jī)的圖像中的位于第二照明核線上的結(jié)構(gòu)元素中選擇也位于校準(zhǔn)相機(jī)核線上的結(jié)構(gòu)元素(即，第二照明核線與所述相機(jī)核線之間的交點(diǎn))。特別地，如果兩個相機(jī)的相機(jī)核線相對于彼此平行并且位于相同高度處，則這是特別簡單的。

在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，另外使用第三相機(jī)來拾取投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案，所述第三相機(jī)被定位成在第一相機(jī)和第二相機(jī)的直線連接線之外、并且在第一相機(jī)和投影儀的直線連接線之外、并且在第二相機(jī)和投影儀的直線連接線之外，其中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)另外具有第三參數(shù)，所述第三參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素與第三相機(jī)和投影儀的位置和定向相關(guān)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有第三相機(jī)，所述第三相機(jī)用于拾取投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案。

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖案投影到其上的場景的拓?fù)涞膹?fù)雜性，可能是以下情況：例如由于邊緣或肩部的阻擋，至少兩個相機(jī)中的一個相機(jī)中的特定結(jié)構(gòu)元素是不可見的。在這種情況下，然后可以利用第三相機(jī)結(jié)合兩個另外的相機(jī)中的一個相機(jī)可靠地識別該結(jié)構(gòu)元素。如果例如三個相機(jī)中的一個相機(jī)以掠射的方式查看場景中的表面，則第三相機(jī)對于結(jié)構(gòu)元素的可靠識別也是有用的。

在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)元素在結(jié)構(gòu)圖案上均勻地分布在兩個主軸線上，這兩個主軸線優(yōu)選地相對于彼此垂直，其中，進(jìn)一步優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)圖案的兩個主軸線相對于第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的直線連接線傾斜延伸以及/或者相對于投影儀與第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的直線連接線傾斜延伸。

均勻結(jié)構(gòu)圖案具有以下優(yōu)點(diǎn)：投影儀可以具有簡單結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)圖案的主軸線相對于至少兩個相機(jī)的直線連接線和/或投影儀與第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的直線連接線傾斜的布置導(dǎo)致對稱性中斷，這有利于相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素的可靠識別，因?yàn)樽R別中的模糊性降低。

根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于結(jié)構(gòu)圖案是點(diǎn)圖案特別是均勻點(diǎn)圖案并且結(jié)構(gòu)元素是點(diǎn)的實(shí)施方式。

在該設(shè)備中，投影儀被相應(yīng)地設(shè)置成以特別均勻的點(diǎn)圖案的形式生成結(jié)構(gòu)圖案。

使用特別均勻或周期性的點(diǎn)圖案或柵格的優(yōu)點(diǎn)在于：可以容易地生成這樣的結(jié)構(gòu)圖案并且以高強(qiáng)度投影。

在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)圖案以具有如下脈沖頻率的脈沖方式傳送：所述脈沖頻率對應(yīng)于第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的圖像記錄頻率的一半，并且其中，在各自情況下，由第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)拾取的兩個順序圖像彼此相減。

在該設(shè)備中，投影儀被相應(yīng)地設(shè)置成以具有如下脈沖頻率的脈沖方式傳送結(jié)構(gòu)圖案：所述脈沖頻率對應(yīng)于第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)的圖像頻率的一半，并且其中，計算單元被設(shè)置成在各自情況下使由第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)依次拾取的兩個圖像彼此相減。

在該實(shí)施方式中，由于由第一相機(jī)和至少一個第二相機(jī)記錄的兩個順序圖像相減，因此，僅保留差別相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素。以這種方式，可以更容易地檢測相機(jī)圖像中的結(jié)構(gòu)元素。

為了進(jìn)一步增加對比度，可以使用帶通濾波器(例如，ir帶通濾波器)來阻擋除了投影光的波長之外的任何環(huán)境光。帶通濾波器可以被布置在至少兩個相機(jī)的一個或更多個光學(xué)器件中。

根據(jù)一個或更多個上述實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地用于監(jiān)視特別是確保危險區(qū)(特別是機(jī)器的危險區(qū))的安全。

其它優(yōu)點(diǎn)和特征可以從以下描述和附圖中得到。

應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上述特征以及尚待說明的特征不僅可以以相應(yīng)陳述的組合使用，而且可以以不同的組合使用或單獨(dú)使用。

附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并且將參照附圖對其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在附圖中：

圖1示出了用于識別相機(jī)圖像中的投影到場景上的結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的設(shè)備；

圖2示出了其中具有對象的場景的一部分；

圖3示出了在圖1中的設(shè)備的校準(zhǔn)過程中記錄的第一校準(zhǔn)圖像；

圖4示出了在圖1中的設(shè)備的校準(zhǔn)過程中記錄的第二校準(zhǔn)圖像；

圖5示出了來自圖3和圖4的兩個校準(zhǔn)圖像的疊加；

圖6示出了用于說明可以使用根據(jù)圖3和圖4的校準(zhǔn)圖像來獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的方式的圖5的放大部分；以及

圖7示出了用于說明如何可以識別相機(jī)圖像中的投影結(jié)構(gòu)圖案的結(jié)構(gòu)元素的方案。

圖1示出了用通用附圖標(biāo)記10表示的用于識別相機(jī)圖像中的投影到場景14上的結(jié)構(gòu)圖案16的結(jié)構(gòu)元素12的設(shè)備。

設(shè)備10特別是用于監(jiān)視——特別是用于確?！ｋU區(qū)，特別是機(jī)器(未示出)的危險區(qū)的安全。場景14在這種情況下例如是三維空間區(qū)域，其中設(shè)置有機(jī)器，特別是以自動方式操作的機(jī)器，例如印刷機(jī)或自動機(jī)械(未示出)。通常，諸如人等移動對象可以存在于場景14中，其中，設(shè)備10監(jiān)視場景14關(guān)于對象是否完全或部分位于或靠近以自動方式操作的機(jī)器的危險區(qū)。

設(shè)備10具有第一相機(jī)m、第二相機(jī)h，并且可選地同時優(yōu)選地具有第三相機(jī)v。相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v例如是各自具有光電圖像傳感器(未示出)的數(shù)字相機(jī)。可以用ccd或cmos技術(shù)來配置圖像傳感器。這樣的圖像傳感器具有大量的光敏元件(也被稱為像素)，所述光敏元件被布置在相對于彼此平行布置的大量掃描線中。

相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v在各自情況下分別具有均布置在一個平面上的入射光瞳18、入射光瞳20和入射光瞳22。在圖1中，出于說明的目的，示出了具有x軸、y軸和z軸的笛卡爾坐標(biāo)系24作為參考系。在這種情況下，布置有相機(jī)m的入射光瞳18、相機(jī)h的入射光瞳20和相機(jī)v的入射光瞳22的上述平面是z＝0的xy平面。在此設(shè)計作為參考系的坐標(biāo)系24，使得相機(jī)m的入射光瞳18位于坐標(biāo)x＝0、y＝0且z＝0處。

相機(jī)m與相機(jī)h之間的一個直線連接線26在x軸方向上相應(yīng)地延伸，并且相機(jī)m與相機(jī)v之間的直線連接線28在y軸方向上延伸。因此，第三相機(jī)v位于相機(jī)m與相機(jī)h之間的直線連接線26之外。

相機(jī)m與相機(jī)h之間的距離不同于相機(jī)v與相機(jī)m之間的距離。

此外，相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v被定位和定向成使得它們相應(yīng)的光軸30(相機(jī)m)、光軸32(相機(jī)h)和光軸34(相機(jī)v)相對于彼此平行延伸。

設(shè)備10還具有投影儀36，投影儀36用于生成結(jié)構(gòu)圖案16并將其投影到場景14中。投影儀36例如可以是采用衍射光學(xué)元件的激光二極管形式、具有成像光學(xué)器件的led矩陣形式、幻燈機(jī)形式、具有分段鏡的聚光燈源形式或者數(shù)字光處理投影儀(dlp或dmp投影儀)形式。

投影儀36的出射光瞳38位于與相機(jī)m的入射光瞳18、相機(jī)h的入射光瞳20和相機(jī)v的入射光瞳22相同的平面上。投影儀36的光軸40平行于相機(jī)m的光軸30、相機(jī)h的光軸32和相機(jī)v的光軸34延伸。

投影儀36位于相機(jī)m與相機(jī)h之間的直線連接線26之外，并且還位于相機(jī)m與相機(jī)v之間的直線連接線28之外。在圖1中，還示出了相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v與投影儀36之間的直線連接線，具體為相機(jī)m與投影儀36之間的直線連接線37、相機(jī)h與投影儀36之間的直線連接線39以及相機(jī)v與投影儀36之間的直線連接線41。從圖1可以看出，直線連接線37、直線連接線39和直線連接線41相對于彼此并且還相對于直線連接線26和直線連接線28傾斜延伸。

結(jié)構(gòu)圖案16是均勻的點(diǎn)圖案，也就是說，結(jié)構(gòu)元素12是沿著兩個主軸線42、44周期性地且均勻地分布的各個點(diǎn)。在此僅示出主軸線42和主軸線44是出于說明的目的并且實(shí)際上主軸線42和主軸線44并不出現(xiàn)在投影的結(jié)構(gòu)圖案16中。在此相對于彼此垂直延伸的兩個主軸線42、44給出結(jié)構(gòu)圖案16的點(diǎn)或結(jié)構(gòu)元素12之間的最小距離的兩個方向。

由投影儀36投影的結(jié)構(gòu)圖案16優(yōu)選地被投影成使得投影結(jié)構(gòu)圖案16的主軸線42和主軸線44傾斜于直線連接線26和直線連接線28并且還傾斜于直線連接線37、直線連接線39和直線連接線41延伸。

圖1僅以分段方式示出了具有25個點(diǎn)或結(jié)構(gòu)元素12的結(jié)構(gòu)圖案16。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)圖案16具有明顯更多數(shù)量的結(jié)構(gòu)元素12，在此通過中斷的延續(xù)線46和48的方式來表示。

各個結(jié)構(gòu)元素或點(diǎn)12之間的距離優(yōu)選地為相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像傳感器的4至10個像素。結(jié)構(gòu)圖案16的各個結(jié)構(gòu)元素12之間要選擇的距離將取決于可以確定相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像中的結(jié)構(gòu)元素或點(diǎn)12的坐標(biāo)的準(zhǔn)確度。

雖然結(jié)構(gòu)元素12僅可以照亮在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v中成像的場景14的部分區(qū)域，但是通常來自投影儀36的照明的開度角至少與相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的全視角或全視場一樣大，因此，相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v中的圖像完全由結(jié)構(gòu)元素12填充(populate)。

在圖1中，通過示例的方式描繪了由投影儀36發(fā)射并使結(jié)構(gòu)圖案16投影的照明光的各個透射線50。同樣地，在圖1中通過示例的方式示出了從各個結(jié)構(gòu)元素12開始的用于相機(jī)h的接收線52、用于相機(jī)m的接收線54以及用于相機(jī)v的接收線56。因此，使用相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v來拾取投影到場景14上的結(jié)構(gòu)圖案16。

設(shè)備10還具有控制裝置58，控制裝置58具有存儲單元60和計算單元62。存儲單元60和計算單元62連接至相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v，并且出于相互數(shù)據(jù)交換的目的連接至投影儀36(未示出)。

由于在此優(yōu)選了以下布置：投影儀36的出射光瞳38以及相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的入射光瞳位于垂直于相機(jī)m的光軸30、相機(jī)h的光軸32和相機(jī)v的光軸34的一個共同平面上，因此，在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v中成像的結(jié)構(gòu)圖案16總是看起來為相同尺寸，而與投影結(jié)構(gòu)圖案16距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的距離無關(guān)。更具體地，如果投影結(jié)構(gòu)圖案16距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的距離改變，則相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像中的各個結(jié)構(gòu)元素12之間的距離不變。

圖2以相對于圖1更大的比例示出了對象64位于其中的場景14的一部分，對象64在此以簡化形式示出為立方體。在圖2中，結(jié)構(gòu)元素12中的四個結(jié)構(gòu)元素用附圖標(biāo)記66、68、70和72表示，其中，這些結(jié)構(gòu)元素或點(diǎn)與其余結(jié)構(gòu)元素12相比具有距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v更短的距離。然而，相對于對象64不存在于場景14中的情況而言，結(jié)構(gòu)元素66、68、70和72在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的相機(jī)圖像中的相互距離保持不變。

用于識別相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的校準(zhǔn)圖像中的投影到場景14上的結(jié)構(gòu)圖案16的各個結(jié)構(gòu)元素12的方法的基本原則在于：準(zhǔn)確了解投影儀36的位置和定向(即，投影光的透射位置和針對每個單獨(dú)的結(jié)構(gòu)元素12的透射方向)以及相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的位置和定向(即，來自各個結(jié)構(gòu)元素12的光線的接收位置和接收方向)。為此，如下面將參照圖3至圖6所描述的，記錄校準(zhǔn)圖像。

在不改變相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以及投影儀36的布置的情況下記錄校準(zhǔn)圖像，也就是說，如隨后在用于識別相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像中的投影到場景14上的結(jié)構(gòu)元素12的方法中的情況那樣，相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以及投影儀36具有相同的位置和定向。

首先，使用相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v來記錄第一校準(zhǔn)圖像，其中，由投影儀36將結(jié)構(gòu)圖案16投影到距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以及投影儀36第一距離處的平面表面上。圖3通過示例的方式針對相機(jī)m示出了相機(jī)m的圖像傳感器的圖像表面74，其中，利用相機(jī)m將投影到第一平面表面上的結(jié)構(gòu)圖案16記錄為校準(zhǔn)圖像76。

隨后，使用相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v來記錄至少一個第二校準(zhǔn)圖像，其中，由投影儀36將結(jié)構(gòu)圖案16投影到距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以及投影儀36至少一個第二距離處的平面表面上，其中，至少一個第二距離大于或小于第一距離。圖4通過示例的方式示出了使用相機(jī)m對第二校準(zhǔn)圖像78的記錄。

在記錄校準(zhǔn)圖像時的平面表面被定向成垂直于光軸30、光軸32和光軸34。

還可以在投影結(jié)構(gòu)圖案16的幾個不同距離處記錄多于兩個的校準(zhǔn)圖像。

用相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v記錄的校準(zhǔn)圖像存儲在例如存儲單元60中。

圖5示出了根據(jù)圖3和圖4的用相機(jī)m記錄的兩個校準(zhǔn)圖像76、78的疊加。如已經(jīng)提到的，在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的校準(zhǔn)圖像中，盡管投影結(jié)構(gòu)圖案16距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的距離不同，但是各個結(jié)構(gòu)元素12彼此之間的距離總是保持相同。

圖5示出了校準(zhǔn)圖像78中的各個結(jié)構(gòu)元素12相對于校準(zhǔn)圖像76已經(jīng)移動。現(xiàn)在例如通過計算單元62從根據(jù)圖3和圖4的存儲在例如存儲單元60中的校準(zhǔn)圖像獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)針對各個結(jié)構(gòu)元素12在各自情況下具有第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)的組合，第一參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素12與相機(jī)m和投影儀36的位置和定向相關(guān)，第二參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素12與相機(jī)h和投影儀36的位置和定向相關(guān)，第三參數(shù)使相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素12與相機(jī)v和投影儀36的位置和定向相關(guān)。

為了進(jìn)一步說明校準(zhǔn)，通過示例的方式，結(jié)構(gòu)元素12中的四個結(jié)構(gòu)元素在圖3的校準(zhǔn)圖像76中被表示為a1、a2、b1和b2，并且與結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2相關(guān)聯(lián)且相對于相機(jī)圖像76偏移的結(jié)構(gòu)元素在圖4的校準(zhǔn)圖像78中用a1’、a2’、b1’和b2’表示。

如果在各自情況下直線現(xiàn)在穿過成對的相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元素a1、a1’；a2、a2’；b1、b1’和b2、b2’，則這將給出根據(jù)圖5的直線76、78、80、82。

為了簡單，圖6以較大的比例僅示出了相機(jī)m的圖像平面76中的結(jié)構(gòu)元素a1、a1’；a2、a2’；b1、b1’和b2、b2’的圖像。同樣，圖6示出了直線76、78、80和82。直線76、78、80和82是所謂的照明核線。從圖6可以看出，所有照明核線76、78、80、82相對于彼此平行，這是由投影器36的位置引起的，因?yàn)樵诖送队捌?6優(yōu)選地與相機(jī)m位于z軸方向上的同一高度處。因此，照明核線76、78、80和82具有相同的斜率stm，但與相機(jī)m的參考軸線84的相應(yīng)交點(diǎn)spma1、spmb1、spma2和spmb2不同。例如，使用相機(jī)m的圖像傳感器的第一掃描線作為參考軸線84。

從圖6可以看出，每個成像結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2總是位于相同的照明核線76、78、80或82上，但是如通過偏移結(jié)構(gòu)元素a1’、a2’、b1’和b2’所示的，每個成像結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2在所述照明核線上的位置取決于相應(yīng)的投影結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2距相機(jī)m的距離。此外，位于與相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2相關(guān)的相應(yīng)照明核線上的不僅有其在相機(jī)m中的圖像，而且還有投影到場景中(或在校準(zhǔn)期間投影到平面表面上)的結(jié)構(gòu)元素本身。

此外，由于相機(jī)m和投影儀36在z軸方向上的同一高度處的位置和定向及其平行光軸30和40(圖1)，照明核線76、78、80和82平行于相機(jī)m和投影儀36的直線連接線37(圖1)。

雖然圖6通過示例的方式針對結(jié)構(gòu)元素a1、a2、b1、b2示出了四個照明核線76、78、80、82，但是應(yīng)當(dāng)理解，針對相機(jī)m的照明核線與結(jié)構(gòu)圖案16的每個結(jié)構(gòu)元素12相關(guān)聯(lián)。

相應(yīng)的條件適用于針對相機(jī)h和相機(jī)v的各個結(jié)構(gòu)元素12。與相機(jī)h相關(guān)的一個照明核線和與相機(jī)v相關(guān)的一個照明核線與投影結(jié)構(gòu)圖案16的每個結(jié)構(gòu)元素12相關(guān)聯(lián)。與相機(jī)h相關(guān)的照明核線依次相互平行并且平行于直線連接線39(圖1)，并且與相機(jī)v相關(guān)的照明核線同樣相互平行并且平行于直線連接線41(圖1)。

此外，與相機(jī)h相關(guān)的照明核線在各自情況下具有與參考軸線(例如，相機(jī)h的第一掃描線)的交點(diǎn)sph，并且與相機(jī)v相關(guān)的照明核線在各自情況下同樣具有與參考軸線(例如，相機(jī)v的第一掃描線)的一個交點(diǎn)sph。

通過示例的方式，根據(jù)圖6，以下等式適用于到結(jié)構(gòu)元素a1的照明核線76與相機(jī)m的參考軸線84的交點(diǎn)spma1：

spma1＝x1-(y1*(x2-x1)/(y2-y1))。

對于到結(jié)構(gòu)元素a1的該照明核線的斜率stm，以下適用：

stm＝(y1-y2)/(x1-x2)。

如已經(jīng)提到的，對于所有照明核線，stm是相同的。

類似地，可以根據(jù)用相機(jī)h和相機(jī)v記錄的校準(zhǔn)圖像來計算與相機(jī)h相關(guān)的照明核線的交點(diǎn)sph和斜率sth以及與相機(jī)v相關(guān)的照明核線的交點(diǎn)spv和斜率stv。

如果投影儀36在圖1中的z軸方向上距相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v有一定距離，則與相應(yīng)相機(jī)m、相機(jī)h或相機(jī)v相關(guān)的照明核線將不再相互平行，而是具有不同的斜率，但總是在相同的結(jié)構(gòu)元素處開始。

對于投影結(jié)構(gòu)圖案16的每個結(jié)構(gòu)元素12，所計算的參數(shù)spm、sph和spv被存儲在存儲單元60中。同樣地，斜率stm、sth和stv被存儲在存儲單元60中，其中，在此處優(yōu)選的示例性實(shí)施方式中在各自情況下對于斜率stm、sth和stv僅獲得一個值。

優(yōu)選地，具有相關(guān)聯(lián)的參數(shù)spm、sph和spv以及參數(shù)stm,sth和stv的投影結(jié)構(gòu)圖案16的所有結(jié)構(gòu)元素12以校準(zhǔn)列表的形式被存儲在存儲單元60中。在此，每個結(jié)構(gòu)元素12由spm、sph和spv的單獨(dú)組合唯一描述。

現(xiàn)在參照圖7描述關(guān)于如何利用先前描述的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以識別相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的相機(jī)圖像中的根據(jù)圖1的投影到場景14中的結(jié)構(gòu)圖案16的各個結(jié)構(gòu)元素12，或換言之，如何使在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v中成像的結(jié)構(gòu)元素12可以與投影結(jié)構(gòu)元素12唯一關(guān)聯(lián)。

圖7以平面投影圖示出了投影結(jié)構(gòu)圖案16以及相機(jī)m的圖像表面74、相機(jī)h的圖像表面84和相機(jī)v的圖像表面86。

接下來通過示例的方式描述關(guān)于如何可以可靠地識別在相機(jī)m的圖像表面74中成像的結(jié)構(gòu)元素m1，換言之，如何可以使在相機(jī)m的圖像表面74中成像的結(jié)構(gòu)元素m1與投影結(jié)構(gòu)元素12中的一個投影結(jié)構(gòu)元素唯一關(guān)聯(lián)。

首先，確定在圖像表面74中的成像結(jié)構(gòu)元素m1的像素坐標(biāo)mx和my。實(shí)際上，這僅可能達(dá)到特定的準(zhǔn)確度，使得結(jié)構(gòu)元素m1的真實(shí)位置位于公差帶內(nèi)。

最初，使用計算單元62根據(jù)像素坐標(biāo)mx和my來計算結(jié)構(gòu)元素mxy所位于的直線(其為照明核線)：

spmm1＝mx-(my/stm)

如上已經(jīng)說明的，對于屬于相機(jī)m的所有照明核線，斜率stm是相同的，并且因此斜率stm被存儲在存儲單元60中并且可以容易地從存儲單元60讀取。因此，可以以簡單的方式計算spmm1(也就是說，結(jié)構(gòu)元素m1所位于的照明核線的交點(diǎn))。

由于不可能準(zhǔn)確地確定像素坐標(biāo)mx和my，因此，spmm1位于公差帶內(nèi)。

接下來，現(xiàn)在從校準(zhǔn)列表中讀取與存儲在存儲單元60中的校準(zhǔn)列表中的相應(yīng)spm相關(guān)聯(lián)的投影結(jié)構(gòu)圖案16的所有結(jié)構(gòu)元素12，相應(yīng)spm位于spmm1的值的公差帶內(nèi)。

從圖7可以看出，成像結(jié)構(gòu)元素m1所位于的照明核線非?？拷鼉蓚€另外的照明核線，這些照明核線在各自情況下具有在計算值spmm1的公差帶內(nèi)的spm。

在參數(shù)spmm1的公差帶內(nèi)，用于與成像結(jié)構(gòu)元素m1相關(guān)聯(lián)的投影結(jié)構(gòu)圖案16的可能候選結(jié)構(gòu)元素是結(jié)構(gòu)元素c1、b2和a3，它們都位于spm在spmm1的公差帶內(nèi)的相應(yīng)照明核線上。從校準(zhǔn)列表中讀取結(jié)構(gòu)元素c1、b2、a3，所述校準(zhǔn)列表包括它們的相關(guān)聯(lián)但都不相同的參數(shù)sphc1、sphb2、spha3、spvc1、spvb2、spva3。

對于結(jié)構(gòu)元素c1、b2和a3中的每個結(jié)構(gòu)元素，計算單元62現(xiàn)在可以計算其將位于相機(jī)h的圖像和相機(jī)v的圖像中的何處以及位于哪個相機(jī)核線上。

由于相機(jī)m和相機(jī)h的位置和定向，在此優(yōu)選地位于與平行光軸同一高度處，相機(jī)m和相機(jī)h的相機(jī)核線(圖7通過示例的方式使用中斷線90、91、92示出了三個)被對準(zhǔn)并且相互平行。投影結(jié)構(gòu)元素12的該結(jié)構(gòu)元素(在候選結(jié)構(gòu)元素c1、b2或a3(其在相機(jī)m中的圖像是成像結(jié)構(gòu)元素m1)的情況下)在相機(jī)h的圖像中位于以下相機(jī)核線上，該相機(jī)核線與成像結(jié)構(gòu)元素m1在相機(jī)m的圖像中所位于的相機(jī)核線具有相同的y值hy，即：hy＝my。

如果候選結(jié)構(gòu)元素c1、b2、a3中的一個候選結(jié)構(gòu)元素可以與成像結(jié)構(gòu)元素m1唯一關(guān)聯(lián)，則對于相關(guān)結(jié)構(gòu)元素c1、b2、a3，在相機(jī)h的相機(jī)核線上必須存在關(guān)于y值hy的x值，即，等式：

hx＝sphc1；b2；a3+my/sth

對于相關(guān)結(jié)構(gòu)元素c1、b2、a3必須具有hx的解。該計算同樣可以由計算單元執(zhí)行。

從圖7可以看出，對于結(jié)構(gòu)元素a3，存在hx的解，而對于結(jié)構(gòu)元素c1和b2，不滿足先前提及的等式。從圖7可以看出，結(jié)構(gòu)元素c1的圖像hc1在相機(jī)h的圖像中位于與要識別的結(jié)構(gòu)元素m1不同的相機(jī)核線上(特別地，在相機(jī)核線92上)，并且投影結(jié)構(gòu)元素b2的圖像hb2在相機(jī)h的圖像中也位于與要識別的成像結(jié)構(gòu)元素m1不同的相機(jī)核線上(特別地，在相機(jī)核線91上)。僅m1和a3的圖像ha3在相機(jī)m的圖像中位于同一相機(jī)核線90上。

因此，僅結(jié)構(gòu)元素a3在相機(jī)h中的圖像ha3可以與相機(jī)m的圖像中的圖像m1一對一關(guān)聯(lián)，其中，可以用以下等式來驗(yàn)證

mx＝spma3+my/stm

spma3在此已經(jīng)從校準(zhǔn)列表已知。

因此，投影結(jié)構(gòu)元素a3可以與相機(jī)m的圖像中的圖像m1唯一關(guān)聯(lián)。反過來，對于相機(jī)h的圖像中的圖像ha3也是如此。

相機(jī)m的圖像中要識別的另一示例性結(jié)構(gòu)元素被表示為m2。使用如關(guān)于圖像m1所描述的相同過程，結(jié)果是結(jié)構(gòu)元素b1的圖像hb1可以與相機(jī)m的圖像中的結(jié)構(gòu)元素m2一對一關(guān)聯(lián)。

在圖7中用va3表示結(jié)構(gòu)元素a3在相機(jī)v中的圖像，并且用vb1表示結(jié)構(gòu)元素b1在相機(jī)v中的圖像。第三相機(jī)v對于所描述的方法不是強(qiáng)制性的，而是可選地存在。第三相機(jī)v可以用于進(jìn)一步驗(yàn)證相機(jī)m和相機(jī)h的圖像中的結(jié)構(gòu)元素的一對一關(guān)聯(lián)。特別地，如果結(jié)構(gòu)元素12在相機(jī)m和相機(jī)h中的一者中不可見，例如，如果其被肩部或邊緣阻擋，則這是有用的，其中，可以利用相機(jī)v結(jié)合可以看到相關(guān)結(jié)構(gòu)元素的相機(jī)m和相機(jī)h中的相機(jī)使與該結(jié)構(gòu)元素唯一關(guān)聯(lián)。如果相機(jī)之一以掠射的(grazing)方式查看場景14中的表面，則第三相機(jī)也是有用的。

在已經(jīng)可靠地識別出相機(jī)m、相機(jī)h和/或相機(jī)v的圖像中的投影結(jié)構(gòu)圖案16的各個結(jié)構(gòu)元素12之后，可以執(zhí)行投影結(jié)構(gòu)元素12的距離確定，這會得到正確的距離。通過前述方法可以避免所監(jiān)視的機(jī)器的錯誤關(guān)斷和危險情況。

為了增加結(jié)構(gòu)元素12的圖像在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v中的對比度，可以另外規(guī)定投影儀36以具有如下脈沖頻率的脈沖方式傳送結(jié)構(gòu)圖案16：所述脈沖頻率對應(yīng)于相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像記錄頻率的一半，其中，在各自情況下，使由相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v拾取的兩個順序圖像彼此相減。這使得在相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v的圖像中僅有效地留下結(jié)構(gòu)元素12的圖像，而場景14本身和位于其中的對象在相機(jī)圖像中不可見。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述示例性實(shí)施方式。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的功能不限于以下事實(shí)：相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以它們的入射光瞳在同一高度來布置以及/或者投影儀36同樣以其出射光瞳在該平面中來布置。相機(jī)m、相機(jī)h和相機(jī)v以及投影儀36的光軸也不必相互平行。另外，代替周期性結(jié)構(gòu)圖案，可以使用非周期性結(jié)構(gòu)圖案或隨機(jī)分布的結(jié)構(gòu)圖案。