组合式目标捕获系统和显示设备以及相关方法
专利名称：组合式目标捕获系统和显示设备以及相关方法
技术领域：
本发明涉及基于显示设备附近的目标的三维(“3D”)测量和二维(“2D”) 测量的组合式目标捕获系统和显示设备以及相关方法。
背景技术：
存在用于执行实物的3D表面形状的非接触测量的已知的设备和方法，例如通 过使用结构光三角测量法。测量实物的表面形状的三角测量法利用将光投影在目标的表 面，所述光通常是振幅调制的、时间调制的和/或波长调制的(“结构光”)。照相机 在与结构光投影方向不同的方向上捕获投影在目标表面上的结构光的图像(下文中称为“图像”)。然后分析图像以计算目标表面的形状。有许多参数影响分析结果，例如形 成结构光并且扫描图像的特定系统的参数、表面的形状、目标表面和系统组件之间的距 离、目标相对于系统组件的取向。因为除了目标的形状、目标表面和系统组件之间的距 离、目标相对于系统组件的取向之外，通常所列的大多数参数是先前已知的或是容易被 识别的，所以有可能使用三角测量法来分析图像以确定目标表面的形状。发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种目标捕获系统，其与显示设备组合、集成或 附着到显示设备或被布置在显示设备旁边，所述系统包括至少一个投影设备，用于将 结构光图形投影在目标表面上；至少一个检测设备，其中所述检测设备中的至少一个捕 获作用在所述目标表面上的所述结构光图形的至少一个图像；以及计算设备，用于确定 与所述捕获的图像相关的测量。
根据本发明的各实施例，提供了一种用于捕获显示设备附近的目标的方法，其 包括将至少一个结构光图形从至少一个投影设备投影到所述目标表面上；用至少一个 检测设备捕获所述目标的至少一个图像，其中至少一个图像包括作用在所述目标表面上 的所述结构光图形的图像；以及确定与所述目标表面相关的测量。
根据本发明的各实施例，所述显示设备可以为所述目标提供相对所述投影设备 和检测设备假定的位置和取向。可以将所述目标表面部署在使用所述显示设备期间出现 的位置和取向上。
根据本发明的各实施例，与所述目标表面相关的测量可以确定所述显示设备或 连接到所述显示设备的计算机或连接到所述显示设备的任何其他设备的使用级别。
根据本发明的各实施例，可以连续地处理与所述目标表面相关的测量以确定所 述显示设备或连接到所述显示设备的计算机或连接到所述显示设备的任何其他设备的使 用级别。
结合附图参照下述描述，本发明的上面提到的特征和目标将变得更明显。在附图中，相同的标号表示相同的元件并且在其中
图1示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备附近的目标的组 合式目标捕获系统和显示设备的实施例的透视图2示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备附近的目标的组 合式目标捕获系统和显示设备的框图3示出了根据本发明的一个或更多实施例的包括台式计算机的组合式目标捕 获系统和显示设备的实施例；以及
图4示出了根据本发明的一个或更多实施例的包括便携式计算机的组合式目标 捕获系统和显示设备的实施例。
具体实施方式
一般地，本发明包括用于捕获显示设备附近的目标/物体(object)的图像的组合 式目标捕获系统和显示设备。现在将参照上述附图来讨论本发明的特定实施例，其中相 同的标号指代相同的组件。
图1示出了根据本发明的一个或更多实施例的组合式目标捕获系统和显示设备 100的透视图，所述组合式目标捕获系统和显示设备用于捕获布置在其附近的目标111的 至少一个图像、场景或视频。组合式目标捕获系统和显示设备100可以包括目标捕获系 统 102。
在一个或更多实施例中，将目标捕获系统102与显示设备101组合或集成。虽 然目标捕获系统102在此被指代为与显示设备101组合或集成，但是应明白，术语组合和 集成也指代目标捕获系统102以固定的或可移除的关系连接到或附着到显示设备，或被 布置在显示设备101旁边或与其邻近。在一个或更多实施例中，被布置在显示设备101 旁边或与其邻近的目标捕获系统102是集成设备。
目标捕获系统102包括至少一个投影设备106，其投影区域114周围的结构光 113。可以将结构光113投影在显示设备101附近的目标111的表面110上。
目标捕获系统102还包括至少一个检测设备108，其中检测设备108中的至少一 个捕获作用在目标111的表面Iio上的结构光113的至少一个图像。检测设备108可以 包括视场118，其包含目标111的表面110的一部分。在此将描述，目标捕获系统102 捕获目标111的图像，这里应明白，这种图像捕获可以包括目标111的任何数目的所捕获 的图像或视频或场景。在一个或更多实施例中，将计算设备104连接到投影设备106和 检测设备108，使得计算设备104可以分析由检测设备108捕获的图像以执行所期望的计 算，例如但不限于目标111的表面110的3D形状，到目标111的距离，被捕获的表面 110的取向，目标111的表面110的2D图像以及目标111的识别。计算设备104也可以 控制投影设备106和/或检测设备108以及每一个的各自部件。
在一个或更多实施例中，可以将计算设备104与目标捕获系统102集成。在一 个或更多实施例中，可以将计算设备104与目标捕获系统102分开。
显示设备101可以是将信息显示给使用者或向目标111显示信息的任何设备。 显示设备101可以包括但不限于计算机监视器、LCD、台式计算机、便携式计算机、电 视、便携或移动电话、个人数字助理、手持计算设备、远程终端或任何其他类型的显示器或可以包括显示器的设备。
在一个或更多实施例中，可以将目标捕获系统102的至少一个组件固定地或可 移除地附着或集成到显示设备101中。例如，可以将目标捕获单元102的投影设备106 和检测设备108中的每个固定地或可移除地附着或集成到显示设备101中。在一个或更 多实施例中，可以将目标捕获系统102的至少一个组件布置在显示设备101旁边或与其邻 近。
在一个或更多实施例中，可以基于目标111相对显示设备101的位置和取向来确 定目标111相对目标捕获系统100的位置和/或取向。显示设备101可以为目标111的 位置和取向提供参考位置和/或参考取向。例如，目标111可以被布置为与显示设备101 的显示部分或屏幕邻近并且被定向为使得目标捕获系统102将要分析的表面110指向显示 设备101的显示部分。在相对显示设备101假定的位置和取向中，目标捕获系统102可 以分析目标111的表面110。在一个或更多实施例中，目标捕获系统102可以使其计算基 于以下假设，即目标111被部署在参考位置处和/或参考取向上。
在一个或更多实施例中，可以将计算设备104与显示设备101组合或集成。在 一个或更多实施例中，可以将计算设备104与显示设备101分开。在一个或更多实施例 中，计算设备104与显示设备101交互，以便计算设备104使得显示设备101提供图像。 在一个或更多实施例中，所提供的图像代表位于或存储在计算设备104上的信息。
目标捕获系统100的计算设备104可以包括通用计算机系统，其适合用于实现根 据本发明3D和2D测量实物形状的方法。计算系统104仅是合适的计算环境的一个示例 并且无意表明对本发明的使用范围或功能的任何限制。在各种实施例中，用于组合式目 标捕获系统和显示设备100的本系统和方法与许多其他通用或专用计算系统环境或配置 一起操作。可以适合于与本发明一起使用的熟知的计算系统、环境和/或配置的示例包 括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或便携式设备、多处理器系统、基于微处 理器的系统、可编程消费电子设备、连网的PC、微型计算机、主计算机、包括上述系统 或设备中的任何一个的分布式计算环境等。
在各种实施例中，可以以计算机可执行指令(例如计算机执行的程序模块)的通 常环境描述计算系统104通过算法和方法(其在下面将被更详细地讨论)执行的分析。通 常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、 数据结构等。这些算法和方法也可以在分布式计算环境中实施，在分布式计算环境中由 通过通信网络链接的远程处理设备执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于 本地和远程计算机存储介质(包括存储器存储装置)两者中。在一个或更多实施例中， 计算系统104通过执行一个或多个计算机程序来分析由检测设备108捕获的图像。可以 将计算机程序存储在存储器介质或存储介质(例如存储器和/或ROM)中，或可以将它们 通过网络连接或其他I/O连接提供给CPU。
虽然计算机或计算设备在此被指代为连接到显示设备101或与其关联，但是应 明白，术语计算机和计算设备也指代计算系统104，或被连接到显示设备101或与其关联 的另一设备。
目标111可以是能够用目标捕获系统102捕获的任何实物，包括但不限于显示设 备101的使用者的脸、显示设备101的使用者的身体部分(例如手、手掌、指纹等)、捕获徽章(capturing hdge)和可以被组合式目标捕获系统和显示设备100识别的任何其他目 标。在一个或更多实施例中，目标111与显示设备101的使用者关联，显示设备101提 供的参考位置和/或参考取向可以对应于与使用的显示设备101关联的位置和/或取向。 例如，目标111是显示设备101的使用者的脸，显示设备101提供的参考位置和/或参考 取向可以是在显示设备101的操作期间，使用者保持其脸所在的位置和/或取向。
在一个或更多实施例中，目标111可以被目标捕获系统102捕获并且然后所捕获 的图像可以用于基于组合式目标捕获系统和显示设备100的历史操作的识别目的。历史 操作可以包括目标捕获系统102的设置阶段，其中投影设备106将结构光113投影在目标 111上，检测设备108捕获目标111的表面110的图像，以及计算设备104分析所捕获的 图像。可以记录基于目标111的历史操作结果的测量。在目标捕获系统102的随后操作 中，可以将计算系统104产生的随后操作的测量与历史操作的测量相比较。如果随后操 作的测量对应于历史操作的测量，则目标111被识别为历史目标；否则，目标111被识别 为除了历史目标之外的目标。
在一个或更多实施例中，用在设置阶段中的测量结果可以从外部源获得并且被 输入到组合式目标捕获系统和显示设备100中。
在至少一个实施例中，目标捕获系统102能够与显示设备101交互，以便在组合 式目标捕获系统和显示设备100的操作期间产生的测量可以使得显示设备101执行显示设 备101的功能。在至少一个实施例中，目标捕获系统102能够与显示设备101交互，以 便可以基于在目标捕获系统102的操作期间产生的测量提供对以下设备的访问级别显 示设备101、计算设备104或被连接到显示设备101或计算设备104的另一设备。当目标 111被识别为历史目标时，可以赋予目标111对显示设备101或另一设备的访问级别，其 中该访问级别与历史目标关联。例如，可以在目标捕获系统102的设置阶段期间确定与 历史目标关联的访问级别。例如，可以分析使用者的脸，以便通过识别由目标捕获系统 102捕获的使用者的某些特性向使用者提供到计算系统的104的安全访问和/或显示设备 101的使用。
在至少一个实施例中，对显示设备101的访问级别可以确定以下中的至少一 个可以在显示设备101上显示的图像；对使用者可以在显示设备101、计算设备104或 被连接到显示设备101或计算设备104的任何其他设备上执行功能的访问或使用；以及可 以自动地由显示设备101显示或由计算设备104执行的功能。在至少一个实施例中，如 果目标111没有被识别为与执行此类功能所需的访问级别关联的历史目标，则使用者不 能执行显示设备101或计算设备104的某些功能。
在一个或更多实施例中，可以连续地处理在此描述的测量。
图2示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备101附近的目标 111的组合式目标捕获系统和显示设备100的框图。组合式目标捕获系统和显示设备100 可以包括至少一个投影设备106和至少一个检测设备108。在至少一个实施例中，投影 设备106是包括光源1 和光调制设备122的幻灯机，所述光调制设备用于对从光源1 发射的光进行调制。光调制设备122可以是包括幻灯片的幻灯机类型(slide-type)、包括 液晶屏幕的液晶显示器(LCD)类型或用于生成结构光113的其他设备。在至少一个实施 例中，投影设备106可以包括具有镜顶124的透镜181，用于将幻灯片图像作为投影区域114周围的结构光113投影到显示设备101附近的目标111的表面110上。根据这个和其 他实施例，也可以使用其他方法产生结构光113，例如干涉、云纹/叠栅(moir)和衍射光 产生方法。
在至少一个实施例中，投影设备106以从光波长、可见波长和红外波长中的一 个选择的波长投影结构光113。在至少一个实施例中，投影设备106是连续光源。在至 少一个实施例中，投影设备106被合并在显示设备101自身中，其中显示设备101投影结 构光113。
在至少一个实施例中，检测设备108可以包括具有镜顶130的摄影透镜180、矩 阵辐射接收机1 和驱动器132。摄影透镜180在矩阵辐射接收机128的表面上形成图 像。驱动器132起到电子信号管理和处理单元的功能，其可以控制矩阵辐射接收机1 的操作，并且在将所捕获的图像传递到计算设备104之前，可以将由矩阵辐射接收机128 捕获的图像转换成所期望的或所要求的另一格式(例如VGA、bmp、」>@等)。检测设 备108可以包括视场118，其包含目标111的表面110的一部分。投影设备106可以包括 投影仪轴线112，并且检测设备108可以包括检测仪轴线116，使得三角测量角120是投 影仪轴线112和检测仪轴线116之间的角。
根据如图3中所示的一个或更多实施例，组合式目标捕获系统和显示设备100可 以包括显示设备101，其包括用于台式计算机104的显示器或监视器。
图4示出了根据本发明的一个或更多实施例的组合式目标捕获系统和显示设备 100的实施例，其中显示设备101是便携式计算机104的组件。
尽管根据当前被认为是最实用的实施例已经描述了该装置和方法，但是应明 白，本发明并不限于所公开的实施例。本发明意在覆盖包括在权利要求的精神和范围内 的各种修改和类似布置，其范围应该被赋予最广泛的解释，以便包含所有这类修改和类 似结构。本发明包括所附权利要求的任何和所有实施例。
权利要求
1.一种用于实物形状的3D测量的系统，其包括显示设备；以及至少一个投影设备，其用于将结构光图形投影在目标表面上；至少一个检测设备，其用于捕获所述目标表面的至少一个图像，其中所述检测设备 中的至少一个捕获作用在所述目标表面的所述结构光图形中的至少一个图像；以及计算设备，其用于确定与所捕获的图像相关的测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示设备为所述目标提供相对所述至少一个 检测设备假定的位置和取向。
3.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述显 示设备集成。
4.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述显 示设备分开。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述显示设备是计算机显示器。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述目标是所述显示设备的使用者的脸。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述测量确定被连接到所述显示设备的计算机的 使用级别。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述计算设备将所述测量与至少一个历史测量进 行比较。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述历史测量与被连接到所述显示设备的计算机 的预先确定的使用级别关联。
10.根据权利要求9所述的系统，其中连续地处理所述测量以确定被连接到所述显示 设备的计算机的使用级别。
11.一种用于布置在显示设备附近的目标的形状的3D测量的方法，其包括将结构光图形从至少一个投影设备投影在布置在显示设备附近的所述目标的表面上；用至少一个检测设备捕获所述目标表面的至少一个图像，其中所捕获的图像中的至 少一个包括作用在所述目标表面上的所述结构光图形的图像；以及确定与所述目标表面相关的测量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述显示设备为所述目标提供相对所述检测设 备假定的位置和取向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述 显示设备集成。
14.根据权利要求12所述的方法，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述 显示设备分开。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述显示设备是计算机显示器。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括布置所述至少一个投影设备和所述至少一个 检测设备以作用在其位置适于使用所述显示设备的目标上。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所述测量，提供与所述显示设备关联的 计算机的使用级别。
18.根据权利要求17所述的方法，其中提供与所述显示设备关联的计算机的使用级别 还包括将所述测量与至少一个历史测量进行比较； 如果所述测量对应于所述历史测量，则允许使用所述计算机；以及 如果所述测量不对应于所述历史测量，则不允许使用所述计算机。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述历史测量与被连接到所述显示设备的计算 机的预先确定的使用级别关联。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括连续地处理所述测量以确定被连接到所述显 示设备的计算机的使用级别。
全文摘要
本发明提供了一种组合式目标捕获系统和显示设备及相关方法，其用于捕获和测量显示设备附近的目标。所述目标捕获系统可以包括至少一个投影设备、至少一个检测设备和计算设备，所述投影设备用于将结构光图形投影到所述目标表面上，所述检测设备用于捕获作用在所述目标表面上的所述结构光图形的至少一个图像，所述计算设备用于确定与所述捕获的图像相关的测量。所述显示设备可以为所述目标提供相对所述目标捕获系统假定的位置。所述目标捕获系统可以与所述显示设备组合、附着到所述显示设备或布置在所述显示设备旁边。可以连续地处理所述测量并且可以确定所述显示设备的使用级别、连接到所述显示设备的计算机的使用级别或连接到所述显示设备的任何设备的使用级别。
文档编号G01B11/25GK102027317SQ200880119267
公开日2011年4月20日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月5日
发明者Y·N·拉帕 申请人:阿泰克集团公司
技术领域：
本发明涉及基于显示设备附近的目标的三维(“3D”)测量和二维(“2D”) 测量的组合式目标捕获系统和显示设备以及相关方法。
背景技术：
存在用于执行实物的3D表面形状的非接触测量的已知的设备和方法，例如通 过使用结构光三角测量法。测量实物的表面形状的三角测量法利用将光投影在目标的表 面，所述光通常是振幅调制的、时间调制的和/或波长调制的(“结构光”)。照相机 在与结构光投影方向不同的方向上捕获投影在目标表面上的结构光的图像(下文中称为“图像”)。然后分析图像以计算目标表面的形状。有许多参数影响分析结果，例如形 成结构光并且扫描图像的特定系统的参数、表面的形状、目标表面和系统组件之间的距 离、目标相对于系统组件的取向。因为除了目标的形状、目标表面和系统组件之间的距 离、目标相对于系统组件的取向之外，通常所列的大多数参数是先前已知的或是容易被 识别的，所以有可能使用三角测量法来分析图像以确定目标表面的形状。发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种目标捕获系统，其与显示设备组合、集成或 附着到显示设备或被布置在显示设备旁边，所述系统包括至少一个投影设备，用于将 结构光图形投影在目标表面上；至少一个检测设备，其中所述检测设备中的至少一个捕 获作用在所述目标表面上的所述结构光图形的至少一个图像；以及计算设备，用于确定 与所述捕获的图像相关的测量。
根据本发明的各实施例，提供了一种用于捕获显示设备附近的目标的方法，其 包括将至少一个结构光图形从至少一个投影设备投影到所述目标表面上；用至少一个 检测设备捕获所述目标的至少一个图像，其中至少一个图像包括作用在所述目标表面上 的所述结构光图形的图像；以及确定与所述目标表面相关的测量。
根据本发明的各实施例，所述显示设备可以为所述目标提供相对所述投影设备 和检测设备假定的位置和取向。可以将所述目标表面部署在使用所述显示设备期间出现 的位置和取向上。
根据本发明的各实施例，与所述目标表面相关的测量可以确定所述显示设备或 连接到所述显示设备的计算机或连接到所述显示设备的任何其他设备的使用级别。
根据本发明的各实施例，可以连续地处理与所述目标表面相关的测量以确定所 述显示设备或连接到所述显示设备的计算机或连接到所述显示设备的任何其他设备的使 用级别。
结合附图参照下述描述，本发明的上面提到的特征和目标将变得更明显。在附图中，相同的标号表示相同的元件并且在其中
图1示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备附近的目标的组 合式目标捕获系统和显示设备的实施例的透视图2示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备附近的目标的组 合式目标捕获系统和显示设备的框图3示出了根据本发明的一个或更多实施例的包括台式计算机的组合式目标捕 获系统和显示设备的实施例；以及
图4示出了根据本发明的一个或更多实施例的包括便携式计算机的组合式目标 捕获系统和显示设备的实施例。
具体实施方式
一般地，本发明包括用于捕获显示设备附近的目标/物体(object)的图像的组合 式目标捕获系统和显示设备。现在将参照上述附图来讨论本发明的特定实施例，其中相 同的标号指代相同的组件。
图1示出了根据本发明的一个或更多实施例的组合式目标捕获系统和显示设备 100的透视图，所述组合式目标捕获系统和显示设备用于捕获布置在其附近的目标111的 至少一个图像、场景或视频。组合式目标捕获系统和显示设备100可以包括目标捕获系 统 102。
在一个或更多实施例中，将目标捕获系统102与显示设备101组合或集成。虽 然目标捕获系统102在此被指代为与显示设备101组合或集成，但是应明白，术语组合和 集成也指代目标捕获系统102以固定的或可移除的关系连接到或附着到显示设备，或被 布置在显示设备101旁边或与其邻近。在一个或更多实施例中，被布置在显示设备101 旁边或与其邻近的目标捕获系统102是集成设备。
目标捕获系统102包括至少一个投影设备106，其投影区域114周围的结构光 113。可以将结构光113投影在显示设备101附近的目标111的表面110上。
目标捕获系统102还包括至少一个检测设备108，其中检测设备108中的至少一 个捕获作用在目标111的表面Iio上的结构光113的至少一个图像。检测设备108可以 包括视场118，其包含目标111的表面110的一部分。在此将描述，目标捕获系统102 捕获目标111的图像，这里应明白，这种图像捕获可以包括目标111的任何数目的所捕获 的图像或视频或场景。在一个或更多实施例中，将计算设备104连接到投影设备106和 检测设备108，使得计算设备104可以分析由检测设备108捕获的图像以执行所期望的计 算，例如但不限于目标111的表面110的3D形状，到目标111的距离，被捕获的表面 110的取向，目标111的表面110的2D图像以及目标111的识别。计算设备104也可以 控制投影设备106和/或检测设备108以及每一个的各自部件。
在一个或更多实施例中，可以将计算设备104与目标捕获系统102集成。在一 个或更多实施例中，可以将计算设备104与目标捕获系统102分开。
显示设备101可以是将信息显示给使用者或向目标111显示信息的任何设备。 显示设备101可以包括但不限于计算机监视器、LCD、台式计算机、便携式计算机、电 视、便携或移动电话、个人数字助理、手持计算设备、远程终端或任何其他类型的显示器或可以包括显示器的设备。
在一个或更多实施例中，可以将目标捕获系统102的至少一个组件固定地或可 移除地附着或集成到显示设备101中。例如，可以将目标捕获单元102的投影设备106 和检测设备108中的每个固定地或可移除地附着或集成到显示设备101中。在一个或更 多实施例中，可以将目标捕获系统102的至少一个组件布置在显示设备101旁边或与其邻 近。
在一个或更多实施例中，可以基于目标111相对显示设备101的位置和取向来确 定目标111相对目标捕获系统100的位置和/或取向。显示设备101可以为目标111的 位置和取向提供参考位置和/或参考取向。例如，目标111可以被布置为与显示设备101 的显示部分或屏幕邻近并且被定向为使得目标捕获系统102将要分析的表面110指向显示 设备101的显示部分。在相对显示设备101假定的位置和取向中，目标捕获系统102可 以分析目标111的表面110。在一个或更多实施例中，目标捕获系统102可以使其计算基 于以下假设，即目标111被部署在参考位置处和/或参考取向上。
在一个或更多实施例中，可以将计算设备104与显示设备101组合或集成。在 一个或更多实施例中，可以将计算设备104与显示设备101分开。在一个或更多实施例 中，计算设备104与显示设备101交互，以便计算设备104使得显示设备101提供图像。 在一个或更多实施例中，所提供的图像代表位于或存储在计算设备104上的信息。
目标捕获系统100的计算设备104可以包括通用计算机系统，其适合用于实现根 据本发明3D和2D测量实物形状的方法。计算系统104仅是合适的计算环境的一个示例 并且无意表明对本发明的使用范围或功能的任何限制。在各种实施例中，用于组合式目 标捕获系统和显示设备100的本系统和方法与许多其他通用或专用计算系统环境或配置 一起操作。可以适合于与本发明一起使用的熟知的计算系统、环境和/或配置的示例包 括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或便携式设备、多处理器系统、基于微处 理器的系统、可编程消费电子设备、连网的PC、微型计算机、主计算机、包括上述系统 或设备中的任何一个的分布式计算环境等。
在各种实施例中，可以以计算机可执行指令(例如计算机执行的程序模块)的通 常环境描述计算系统104通过算法和方法(其在下面将被更详细地讨论)执行的分析。通 常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、 数据结构等。这些算法和方法也可以在分布式计算环境中实施，在分布式计算环境中由 通过通信网络链接的远程处理设备执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于 本地和远程计算机存储介质(包括存储器存储装置)两者中。在一个或更多实施例中， 计算系统104通过执行一个或多个计算机程序来分析由检测设备108捕获的图像。可以 将计算机程序存储在存储器介质或存储介质(例如存储器和/或ROM)中，或可以将它们 通过网络连接或其他I/O连接提供给CPU。
虽然计算机或计算设备在此被指代为连接到显示设备101或与其关联，但是应 明白，术语计算机和计算设备也指代计算系统104，或被连接到显示设备101或与其关联 的另一设备。
目标111可以是能够用目标捕获系统102捕获的任何实物，包括但不限于显示设 备101的使用者的脸、显示设备101的使用者的身体部分(例如手、手掌、指纹等)、捕获徽章(capturing hdge)和可以被组合式目标捕获系统和显示设备100识别的任何其他目 标。在一个或更多实施例中，目标111与显示设备101的使用者关联，显示设备101提 供的参考位置和/或参考取向可以对应于与使用的显示设备101关联的位置和/或取向。 例如，目标111是显示设备101的使用者的脸，显示设备101提供的参考位置和/或参考 取向可以是在显示设备101的操作期间，使用者保持其脸所在的位置和/或取向。
在一个或更多实施例中，目标111可以被目标捕获系统102捕获并且然后所捕获 的图像可以用于基于组合式目标捕获系统和显示设备100的历史操作的识别目的。历史 操作可以包括目标捕获系统102的设置阶段，其中投影设备106将结构光113投影在目标 111上，检测设备108捕获目标111的表面110的图像，以及计算设备104分析所捕获的 图像。可以记录基于目标111的历史操作结果的测量。在目标捕获系统102的随后操作 中，可以将计算系统104产生的随后操作的测量与历史操作的测量相比较。如果随后操 作的测量对应于历史操作的测量，则目标111被识别为历史目标；否则，目标111被识别 为除了历史目标之外的目标。
在一个或更多实施例中，用在设置阶段中的测量结果可以从外部源获得并且被 输入到组合式目标捕获系统和显示设备100中。
在至少一个实施例中，目标捕获系统102能够与显示设备101交互，以便在组合 式目标捕获系统和显示设备100的操作期间产生的测量可以使得显示设备101执行显示设 备101的功能。在至少一个实施例中，目标捕获系统102能够与显示设备101交互，以 便可以基于在目标捕获系统102的操作期间产生的测量提供对以下设备的访问级别显 示设备101、计算设备104或被连接到显示设备101或计算设备104的另一设备。当目标 111被识别为历史目标时，可以赋予目标111对显示设备101或另一设备的访问级别，其 中该访问级别与历史目标关联。例如，可以在目标捕获系统102的设置阶段期间确定与 历史目标关联的访问级别。例如，可以分析使用者的脸，以便通过识别由目标捕获系统 102捕获的使用者的某些特性向使用者提供到计算系统的104的安全访问和/或显示设备 101的使用。
在至少一个实施例中，对显示设备101的访问级别可以确定以下中的至少一 个可以在显示设备101上显示的图像；对使用者可以在显示设备101、计算设备104或 被连接到显示设备101或计算设备104的任何其他设备上执行功能的访问或使用；以及可 以自动地由显示设备101显示或由计算设备104执行的功能。在至少一个实施例中，如 果目标111没有被识别为与执行此类功能所需的访问级别关联的历史目标，则使用者不 能执行显示设备101或计算设备104的某些功能。
在一个或更多实施例中，可以连续地处理在此描述的测量。
图2示出了根据本发明的一个或更多实施例用于捕获显示设备101附近的目标 111的组合式目标捕获系统和显示设备100的框图。组合式目标捕获系统和显示设备100 可以包括至少一个投影设备106和至少一个检测设备108。在至少一个实施例中，投影 设备106是包括光源1 和光调制设备122的幻灯机，所述光调制设备用于对从光源1 发射的光进行调制。光调制设备122可以是包括幻灯片的幻灯机类型(slide-type)、包括 液晶屏幕的液晶显示器(LCD)类型或用于生成结构光113的其他设备。在至少一个实施 例中，投影设备106可以包括具有镜顶124的透镜181，用于将幻灯片图像作为投影区域114周围的结构光113投影到显示设备101附近的目标111的表面110上。根据这个和其 他实施例，也可以使用其他方法产生结构光113，例如干涉、云纹/叠栅(moir)和衍射光 产生方法。
在至少一个实施例中，投影设备106以从光波长、可见波长和红外波长中的一 个选择的波长投影结构光113。在至少一个实施例中，投影设备106是连续光源。在至 少一个实施例中，投影设备106被合并在显示设备101自身中，其中显示设备101投影结 构光113。
在至少一个实施例中，检测设备108可以包括具有镜顶130的摄影透镜180、矩 阵辐射接收机1 和驱动器132。摄影透镜180在矩阵辐射接收机128的表面上形成图 像。驱动器132起到电子信号管理和处理单元的功能，其可以控制矩阵辐射接收机1 的操作，并且在将所捕获的图像传递到计算设备104之前，可以将由矩阵辐射接收机128 捕获的图像转换成所期望的或所要求的另一格式(例如VGA、bmp、」>@等)。检测设 备108可以包括视场118，其包含目标111的表面110的一部分。投影设备106可以包括 投影仪轴线112，并且检测设备108可以包括检测仪轴线116，使得三角测量角120是投 影仪轴线112和检测仪轴线116之间的角。
根据如图3中所示的一个或更多实施例，组合式目标捕获系统和显示设备100可 以包括显示设备101，其包括用于台式计算机104的显示器或监视器。
图4示出了根据本发明的一个或更多实施例的组合式目标捕获系统和显示设备 100的实施例，其中显示设备101是便携式计算机104的组件。
尽管根据当前被认为是最实用的实施例已经描述了该装置和方法，但是应明 白，本发明并不限于所公开的实施例。本发明意在覆盖包括在权利要求的精神和范围内 的各种修改和类似布置，其范围应该被赋予最广泛的解释，以便包含所有这类修改和类 似结构。本发明包括所附权利要求的任何和所有实施例。
权利要求
1.一种用于实物形状的3D测量的系统，其包括显示设备；以及至少一个投影设备，其用于将结构光图形投影在目标表面上；至少一个检测设备，其用于捕获所述目标表面的至少一个图像，其中所述检测设备 中的至少一个捕获作用在所述目标表面的所述结构光图形中的至少一个图像；以及计算设备，其用于确定与所捕获的图像相关的测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示设备为所述目标提供相对所述至少一个 检测设备假定的位置和取向。
3.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述显 示设备集成。
4.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述显 示设备分开。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述显示设备是计算机显示器。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述目标是所述显示设备的使用者的脸。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述测量确定被连接到所述显示设备的计算机的 使用级别。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述计算设备将所述测量与至少一个历史测量进 行比较。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述历史测量与被连接到所述显示设备的计算机 的预先确定的使用级别关联。
10.根据权利要求9所述的系统，其中连续地处理所述测量以确定被连接到所述显示 设备的计算机的使用级别。
11.一种用于布置在显示设备附近的目标的形状的3D测量的方法，其包括将结构光图形从至少一个投影设备投影在布置在显示设备附近的所述目标的表面上；用至少一个检测设备捕获所述目标表面的至少一个图像，其中所捕获的图像中的至 少一个包括作用在所述目标表面上的所述结构光图形的图像；以及确定与所述目标表面相关的测量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述显示设备为所述目标提供相对所述检测设 备假定的位置和取向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述 显示设备集成。
14.根据权利要求12所述的方法，其中至少一个投影设备和至少一个检测设备与所述 显示设备分开。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述显示设备是计算机显示器。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括布置所述至少一个投影设备和所述至少一个 检测设备以作用在其位置适于使用所述显示设备的目标上。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所述测量，提供与所述显示设备关联的 计算机的使用级别。
18.根据权利要求17所述的方法，其中提供与所述显示设备关联的计算机的使用级别 还包括将所述测量与至少一个历史测量进行比较； 如果所述测量对应于所述历史测量，则允许使用所述计算机；以及 如果所述测量不对应于所述历史测量，则不允许使用所述计算机。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述历史测量与被连接到所述显示设备的计算 机的预先确定的使用级别关联。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括连续地处理所述测量以确定被连接到所述显 示设备的计算机的使用级别。
全文摘要
本发明提供了一种组合式目标捕获系统和显示设备及相关方法，其用于捕获和测量显示设备附近的目标。所述目标捕获系统可以包括至少一个投影设备、至少一个检测设备和计算设备，所述投影设备用于将结构光图形投影到所述目标表面上，所述检测设备用于捕获作用在所述目标表面上的所述结构光图形的至少一个图像，所述计算设备用于确定与所述捕获的图像相关的测量。所述显示设备可以为所述目标提供相对所述目标捕获系统假定的位置。所述目标捕获系统可以与所述显示设备组合、附着到所述显示设备或布置在所述显示设备旁边。可以连续地处理所述测量并且可以确定所述显示设备的使用级别、连接到所述显示设备的计算机的使用级别或连接到所述显示设备的任何设备的使用级别。
文档编号G01B11/25GK102027317SQ200880119267
公开日2011年4月20日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月5日
发明者Y·N·拉帕 申请人:阿泰克集团公司
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