专利名称：三维位置感测系统及方法
技术领域：
根据示范性实施例的装置涉及一种三维(3D)位置感测系统及其方法。
背景技术：
获得目标的三维(3D)位置的方法已经随着技术的快速进步而发展。该方法使用通常应用飞行时间(TOF)原理的3D运动传感器技术。TOF原理是测量光接触目标的表面然后返回到装置诸如照相机等所用的时间，从而测量目标与装置之间的距离。常规3D位置感测系统包括:红外投影器，辐射红外线作为像素化的标记；和深度感测照相单元，感测关于从红外投影器发射并从目标反射的多个标记的信息。常规3D位置感测系统的操作原理如下。X-Y坐标利用标记(像素光源)的二维(2D)位置计算。此外，深度方向(Z坐标；3D深度)上的长度利用根据深度感测照相单元与标记之间的距离计算的标记的尺寸和强度来计算。换句话说，目标的靠近深度感测照相单元的部分变亮，目标的远离照相感测单元的部分变暗。因此，目标的深度利用目标的亮度和暗度之间的差异来计算。常规3D位置感测系统根据深度感测照相单元的分辨率和标记的尺寸或强度来确定3D深度。因此，由于关于分辨率的外部因素诸如深度感测照相单元的距离的减小、标记的尺寸的减小等，常规3D位置感测系统的分辨率随着目标的深度快速地减小。因而，所测量和计算的3D深度的可靠性降低。

发明内容
一个或多个示范性实施例可以克服以上缺点以及上面没有描述的其他缺点。然而，将理解，一个或多个示范性实施例不要求克服上述缺点，且可以不克服上述问题的任一个。一个或多个示范性实施例提供一种三维(3D)位置感测系统以及能够以高精度感测3D位置的方法。根据示范性实施例的方面，提供一种3D位置感测系统。该3D位置感测系统可以包括:发射器，发射包括多个标记的光到目标上；两个或更多照相单元，感测从目标反射的光以分别识别一个或多个相同的标记；以及控制器，基于由两个或更多照相单元识别的信息来计算目标的3D位置坐标。两个或更多照相单元可以设置在左右方向上或上下方向上以具有彼此不同的角度。控制器可以计算两个或更多照相单元的每个与多个标记之间的距离以及每个照相单元与多个标记之间的角度，控制器可以基于计算的距离和角度来计算到目标的深度。控制器可以计算两个或更多照相单元的每个与标记之间的各自距离和角度， 并使用照相单元中预设的二维(2D)坐标值以计算到目标的2D坐标。发射器可以包括红外投影器。
两个或更多照相单元可以是红外照相机。两个或更多照相单元可以是第一和第二照相单元。根据另一示范性实施例的方面，提供一种3D位置感测方法。该3D位置感测方法可以包括:通过发射器发射包括多个标记的光到目标上；通过两个或更多照相单元感测从目标反射的光；通过两个或更多照相单元识别相同的标记；以及基于关于所识别标记的信息通过控制器计算目标的3D位置坐标。计算目标的3D位置坐标可以包括计算两个或更多照相单元的每个与标记之间的各自距离以及两个或更多照相单元的每个与标记之间的各自角度；该计算还可以包括计算到目标的深度。计算目标的3D位置坐标可以包括计算两个或更多照相单元的每个与标记之间的各自距离和各自角度并使用照相单元中预设的2D坐标值以计算到目标的2D坐标。如上所述，根据示范性实施例，在3D位置感测系统和方法中，两个或更多照相单元感测标记。因此，可以进行精确的3D深度感测，而与外部因素诸如照相机的分辨率等的影响无关。此外，尽管多个目标处于类似的位置(靠近)但是多个目标的运动可以通过精确的3D深度感测来感测。因此，可以识别几个目标。此外，两个或更多照相单元可以设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坐标值可以被进一步容易地计算。 示范性实施例的额外的方面可以在详细的描述中阐述。


通过详细描述示范性实施例，以上和/或其他的方面将变得更加显然，附图中:图1是示意地示出根据示范性实施例的三维(3D)位置感测系统的视图；和图2是示意地示出利用根据示范性实施例的3D位置感测系统计算到目标的深度的过程的视图。
具体实施例方式在下文，将参照附图更详细地描述示范性实施例。在以下的描述中，相同的附图标记当它们在不同的附图中示出时被用于相似的元件。在说明书中限定的内容，诸如详细构造和元件，被提供来帮助对示范性实施例的全面理解。因此，显然的，可以实施示范性实施例而不用那些具体限定的内容。此外，在现有技术中公知的功能或元件没有被详细描述，因为它们会用不必要的细节使示范性实施例模糊。图1是示意地示出根据示范性实施例的三维(3D)位置感测系统100的视图。图2是示意地示出利用根据示范性实施例的3D位置感测系统100计算到目标的深度的过程的视图。到目标的深度是指从目标到某个预设的原点的Z距离。参照图1，3D位置感测系统100包括发射器110、照相单元140和控制器180。发射器110发射多个像素化的标记M到目标上，照相单元140感测关于从目标反射的多个标记M的信息。控制器180基于通过照相单元140识别的信息来计算目标的3D坐标。也就是，在X、Y和Z坐标上的距离从预设原点计算。
发射器110可以包括红外投影器。照相单元140包括第一和第二照相单元120和130。在本示范性实施例中，照相单元140包括两个照相单元，但是可以包括三个或更多照相单元。第一和第二照相单元120和130可以分别是红外照相机。第一和第二照相单元120和130可以设置在左右方向上或上下方向上从而具有彼此不同的角度。在根据示范性实施例的3D位置感测系统100中，当计算目标的3D位置坐标时，完全没有考虑照相单元140的分辨率。因此，第一和第二照相单元120和130可以设置为具有彼此不同的角度。现在将描述根据示范性实施例的3D位置感测方法。在根据示范性实施例的3D位置感测方法中，包括多个标记M的光被发射到目标上。第一和第二照相单元120和130感测从目标反射的光并识别标记M。控制器180基于所识别的信息来计算目标的3D位置坐标。这将通过将3D位置坐标分为X、Y和Z坐标(也就是，到目标的深度d和XY坐标(二维(2D)坐标))来详细描述。现在将描述根据示范性实施例的3D位置感测系统100的计算深度d的方法。如图1和图2所示，发射器110发射多个红外标记M到目标上。发射器110包括红外投影器，因此发射作为像素化的标记的红外线到目标上。因此，无数的红外标记M被投影到目标上。如果标记M被投影到目标上，标记M当中特定一个Ml的深度将被计算，第一和第二照相单元120和130感测该特定的标记Ml。第一和第二照相单元120和130分别是红外照相机，因此，感测从红外投影器发射并从目标反射的多个标记M。如果第一和第二照相单元120和130感测特定的标记Ml，则第一和第二照相单元120和130将关于特定标记Ml的信息传输到控制器180。如图2所示，控制器180计算第一照相单元120与特定标记Ml之间的距离dl和角度Θ以及第二照相单元130与特定标记Ml之间的距离d2和角度Θ’以计算特定标记Ml的深度d。换句话说，根据示范性实施例的3D位置感测系统100可以计算标记Ml的3D深度，而不管外部因素诸如照相机的分辨率等。现在将描述3D位置感测系统100的计算2D坐标的方法。具体地，如果特定标记Ml的2D坐标将被计算，则第一和第二照相单元120和130分别感测特定的标记Ml。控制器180通过利用特定标记Ml与第一和第二照相单元120和130之间的距离和角度以及第一和第二照相单元120和130中分别预设的2D坐标值通过三角形测量来计算特定标记M的2D坐标。这里，如果第一和第二照相单元120和130设置在左右方向上或在上下方向上以具有彼此不同的角度，则可以通过根据角度之间的差异做出的设置而容易地进行用于计算标记M2的3D深度的比较。根据上述方法，标记M2的2D坐标值可以通过利用分别设置在第一和第二照相单元120和130的2D坐标以及照相单元120和130与标记M2之间的距离和角度来计算。根据示范性实施例的3D位置感测系统100可以形成标记M，使得标记M分别具有用于识别标记M的标识符。换句话说，标记M可以形成为通过一系列数字、符号等来识别。因此，3D位置感测系统100能够利用标记M进行标记M的识别。此外，控制器180可以仅通过利用第一和第二照相单元120和130感测标记M来计算2D坐标。例如，如果目标在左右方向上移动，也就是目标的深度d (Z坐标)不改变，并且标记M通过额外的标识号来识别，指示还没有移动的目标的位置的标记M的坐标可以与指示已经移动的目标的位置的标记M的坐标相比较,从而容易地感测目标的位置。此外，标记M的3D位置，也就是深度d，可以如示范性实施例中描述地计算。以上示范性实施例仅是示范性的，而不应被解释为限制本发明构思。示范性实施例能够容易地应用到其他类型的装置。此外，示范性实施例的描述旨在是说明性的，而不是限制权利要求的范围，许多替换、修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。也就是，尽管已经示出和描述了示范性实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在示范性实施例中进行改变而不背离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求书及其等同物限定。示范性实施例应当仅以描述性的含义来理解，而不是为了限制的目的。因此，本发明的范围不由示范性实施例或多个实施例的详细描述来限定，而是由权利要求书限定，在该范围内的所有差异将被解释为被包括在本发明内。本申请要求于2011年11月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2011-0116312的优先权的权益，其公开内容通过引用整体结合于此。
权利要求
1.一种三维(3D)位置感测系统，包括: 发射器，发射包括多个标记的光到目标上； 多个照相单元，感测从所述目标反射的光以分别识别相同的标记；以及 控制器，基于由所述多个照相单元识别的信息来计算所述目标的3D位置坐标。
2.如权利要求1所述的3D位置感测系统，其中所述多个照相单元设置在左右方向上或上下方向上以具有彼此不同的角度。
3.如权利要求2所述的3D位置感测系统，其中所述控制器计算所述多个照相单元与所述多个标记之间的距离以及所述多个照相单元与所述多个标记之间的角度以计算到所述目标的深度。
4.如权利要求2所述的3D位置感测系统，其中所述控制器计算所述多个照相单元的每个与标记之间的距离和角度并使用多个照相单元中预设的二维(2D)坐标值以计算所述目标的2D坐标。
5.如权利要求1所述的3D位置感测系统，其中所述发射器包括红外投影器。
6.如权利要求1所述的3D位置感测系统，其中所述多个照相单元是红外照相机。
7.如权利要求1所述的3D位置感测系统，其中所述多个照相单元是第一和第二照相单J Li ο
8.一种3D位置感测方法，包括: 利用发射器发射包括多个标记的光到目标上； 利用多个照相单元感测从所述目标反射的光； 利用所述多个照相单元来分别识别相同的标记；以及 基于关于所感测的标记的信息利用控制器来计算所述目标的3D位置坐标。
9.如权利要求8所述的3D位置感测方法，其中计算所述目标的3D位置坐标包括计算所述多个照相单元与所述标记之间的距离以及所述多个照相单元的每个与所述标记之间的角度以计算到所述目标的深度。
10.如权利要求8所述的3D位置感测方法，其中计算所述目标的3D位置坐标包括计算所述多个照相单元的每个与所述标记之间的距离和角度并使用多个照相单元中预设的2D坐标值以计算所述目标的2D坐标。
11.如权利要求8所述的3D位置感测方法，其中感测和识别从所述目标反射的光是通过两个照相单元来感测。
全文摘要
本发明提供了一种三维(3D)位置感测系统及方法。该3D位置感测系统包括发射器，发射包括多个标记的光到目标上；两个或更多照相单元，感测从目标反射的光以分别感测一个或多个标记；以及控制器，基于由两个或更多照相单元感测的关于一个或多个标记的信息来计算目标的3D位置坐标。
文档编号G01B11/00GK103105128SQ201210445210
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者李润升, 康虎雄 申请人:三星电子株式会社