JP2007333746A - 改善された光学測距カメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】情景中の被写体までの距離を示す画像を生成する装置であって、第1変調関数を有し、放射波を情景に向かわせる変調された放射波源と、検知変調器を含み、第2変調関数を有するとともに、検知アレイを有し、該アレイが複数の検知要素を含んでおり、情景内で複数の平行な間隔を有するセグメントから反射された放射を検知するとともに、上記検知された放射波に応じて、上記情景の領域までの距離に応答する信号を発生させる検知器と、間隔を有する複数のセグメントの少なくともいくつかを含むとともに上記装置から被写体までの距離を示す強度分布を有する画像を形成するプロセッサと、を含み、複数の間隔を有するセグメントの各々が上記装置に関して距離限界を有しており、該距離限界が上記検知変調器により決定され、複数の間隔を有するセグメントの少なくとも一つが少なくとも一つの他の間隔を有するセグメントの限界と異なる距離限界を有している。
【選択図】図1
Description
本発明の好ましい実施形態では、放射源は第1の波形により変調され、反射波は第2の波形により変調される。これら第1の波形および第2の波形の形状およびこれら波形の間の遅延時間は、カメラから画素により撮像される被写体までの距離に上記検知アレイの各画素にて検知される強度に所望の関数依存性を与えるように調整される。
それに代えてもしくはそれに加えて、目的の被写体までの距離は最初、偵察ビーム、例えばレーザ測距装置もしくは従来周知の他の測距装置を使用して決定することができる。上記ウインドウはそのとき上記被写体がそれにより包含される距離範囲内にあるように調整される。
Ii=Ii/Siτf (1)
ここで、Iiはi番目の被写体による非正規化信号であり、fはアレイ22がサンプリングされる適当なフィールドレートもしくはフレームレートである。
集光レンズ120は、情景26から反射された光をシャッタアレイ122の上に結像させ、該シャッタアレイ122は以下に述べるように光を変調する。上記シャッタアレイからの変調された光はその後、結像レンズ124により検知アレイ112の上に結像される。好ましくは、光学系118は、行114の数およびサイズに対比されるエレメント130〜136の数とサイズに応じて、シャッタアレイ122の各エレメント130〜136が検知アレイ112の一つの行114の上、近接する行114からなるグループの上に結像する。図10には、結像レンズ124がシャッタアレイ122をほぼ1倍の倍率で検知アレイ112の上に結像させているように示されているが、シャッタアレイ122および検知アレイ112の相対的な寸法並びにそれらのエレメント130〜136および行114の相対的な寸法に応じて、適当な倍率が結像レンズ124の適正な選択と配列により選択されてもよいことが理解されるであろう。さらに、シャッタアレイ122およびシャッタエレメント130〜136の大きさが検知アレイ112および行114の寸法に適合するように十分小さくすることができるときは、シャッタアレイ122は検知アレイ112に近接して直接、配置するとともに直接接触によりそれに結合せ、結像レンズ124を介在させる必要をよりうまく回避して光学系118を単純化するようにしてもよい。
上記したように、シャッタエレメント130〜136の各々が開くにつれて、検知アレイ112の対応する行114もしくは行グループには情景26から反射された光が入射する。
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、カメラ110により得られたラインイメージおよび距離情報は、建物152および154並びに地形158のような、画像化された地形の横方向寸法および地形の高度を決定するために、王次元写真測量法で使用される。これらの寸法や高度はそのとき、例えば、正確な地形の地図および土地の測量図内に組み込まれてもよい。それらは同様に、通常の写真もしくはビデオ画像から高い精度で求めることが通常、非常に困難な、例えば建物152のような、ものの体積を計算するのに使用することができる。
Claims (49)
- 情景中の被写体までの距離を示す画像を生成する装置であって、
第1変調関数を有し、放射波を情景に向かわせる変調された放射波源と、
検知変調器を含み、第2変調関数を有するとともに、検知アレイを有し、該アレイが複数の検知要素を含んでおり、情景内で複数の平行な間隔を有するセグメントから反射された放射を検知するとともに、上記検知された放射波に応じて、上記情景の領域までの距離に応答する信号を発生させる検知器と、
間隔を有する複数のセグメントの少なくともいくつかを含むとともに上記装置から被写体までの距離を示す強度分布を有する画像を形成するプロセッサと、
を含み、複数の間隔を有するセグメントの各々が上記装置に関して距離限界を有しており、該距離限界が上記検知変調器により決定され、
複数の間隔を有するセグメントの少なくとも一つが少なくとも一つの他の間隔を有するセグメントの限界と異なる距離限界を有している装置。 - 請求の範囲第1項に記載の装置において、上記検知変調器が複数のシャッタ要素を含むシャッタアレイを含んでいる装置。
- 請求の範囲第2項に記載の装置において、上記シャッタ要素アレイが液晶アレイを含んでいる装置。
- 請求の範囲第2項に記載の装置において、上記シャッタ要素がマイクロチャンネルアレイを含んでいる装置。
- 請求の範囲第2項に記載の装置において、上記シャッタ要素アレイがリニアシャッタアレイを含む装置。
- 請求の範囲第2項から第5項のいずれか一項に記載の装置において、各シャッタ要素が複数の間隔を有するセグメントの一つと連携しており、上記複数の間隔を有するセグメントの一つの距離限界が連携するシャッタ要素により決定される装置。
- 請求の範囲第2項から第6項のいずれか一項に記載の装置において、複数のシャッタ要素の各々が一以上の検知要素のそれぞれのグループと連携している装置。
- 請求の範囲第2項から第7項のいずれか一項に記載の装置において、上記検知変調器がスイッチ回路網を含んでおり、該スイッチ回路網が上記第2変調関数により上記シャッタ要素を制御する装置。
- 請求の範囲第8項に記載の装置において、上記第2変調関数の印加によりシャッタ要素が順次に開閉する装置。
- 請求の範囲第8項または第9項に記載の装置において、上記第2変調関数が複数の非同時のパルスを含んでおり、これらのパルスの各々が対応するシャッタ要素を開閉させる装置。
- 請求の範囲第7項から第10項のいずれか一項に記載の装置において、一以上の検知要素のそれぞれのグループの各々が検知アレイの要素の行を含んでいる装置。
- 請求の範囲第11項に記載の装置において、一以上の検知要素のそれぞれのグループの各々が上記検知アレイの要素の相互に近接する行のグループを含む装置。
- 請求の範囲第11項又は第12項に記載の装置において、放射波源が情景の上に照射線を生成し、上記検知器が反射された放射波の対応する照射線を受ける装置。
- 請求の範囲第13項に記載の装置において、上記照明線により情景を走査する走査装置を含む装置。
- 請求の範囲第13項または第14項に記載の装置において、上記検知変調器が検知アレイの複数の要素の行の各々にある期間の間にわたって順次休止するように、反射された放射波の線を偏向する装置。
- 請求の範囲第15項に記載の装置において、上記アレイの複数の行の各々が間隔を有する複数のセグメントの一つと連携し、反射された放射波の線が連携する行にとどまる上記期間により複数の間隔を有するセグメントの上記一つの距離限界が決定される装置。
- 請求の範囲第15項又は第16項に記載の装置において、反射された放射波のラインが上記複数の行の各々にとどまる上記期間が上記第2変調関数により決定される装置。
- 請求の範囲第1項から第17項のいずれか一項に記載の装置において、上記プロセッサにより形成された画像の強度分布に応じて、少なくとも一つの第1および第2変調関数を変化させるコントローラを含む装置。
- 情景中の被写体までの距離を示す拡大された画像を生成するためのシステムであって、
請求の範囲第1項から第18項のいずれか一項に記載の、画像を生成するための装置であって、情景の複数の連続する画像を形成し、上記複数の画像の少なくとも一つが上記画像の少なくとも一つの他のものに含まれていない情景の一以上の領域を含んでいる装置と、
上記情景中の被写体までの距離を示す、拡大された画像を形成するために複数の画像を結合する画像プロセッサと、
を含むシステム。 - 請求の範囲第19項に記載のシステムにおいて、上記情景に関して横方向に上記装置を移動させるための手段を含むシステム。
- 請求の範囲第20項に記載のシステムにおいて、上記装置が上記情景に関する上記装置の移動割合に対する知られた関係で上記情景の画像を生成するシステム。
- 請求の範囲第20項または第21項に記載のシステムにおいて、上記装置を移動させるための手段が、上記装置が搭載される移動プラットホームを含んでいるシステム。
- 請求の範囲第22項に記載のシステムにおいて、上記装置の視界に上記情景の上を走査させる走査光学系を含んでいるシステム。
- 請求の範囲第1項から第18項のいずれか一項に記載の、情景中の被写体までの距離を示す画像を生成するための装置であって、
情景に向かって放射波を振り向ける変調された放射波源と、
上記情景から反射された放射波を受けて平行にするテレセントリック光学系と、
平行にされた放射波を変調する変調器と、
上記変調され平行にされた放射波から形成された画像を検知する検知器と、
検知された画像の強度分布に応答して、上記装置からの被写体の距離を示す強度値分布を有する画像を形成するプロセッサと、
を含んでおり、
上記放射波源および検知器がボアサイトされ(boresighted)、かつ、
上記情景から反射され平行にされた放射波を変調する変調器が上記放射波源により上記情景に向かって向き付けられた放射波を変調しないシステム。 - 請求の範囲第1項から第18項のいずれか一項に記載の、情景中の被写体までの距離を示す画像を生成するための装置であって、
第1変調関数を有し、情景に向かって放射波を向きづける変調された放射波源と、
上記情景から反射され、第2変調関数により変調された放射波を検知し、上記検知され変調された放射波に応じて、上記情景の領域までの距離に対応する信号を発生する第1検知器と、
上記情景から反射され、上記第2変調関数により変調されない放射波を検知するとともに、上記検知された放射波に応じて上記情景の領域から反射された光の強度に応じた信号を発生する、上記第1検知器とボアサイトされた第2検知器と、
上記第1および第2検知器から信号を受信するとともに、上記装置からの被写体の距離を示す強度分布を有する、上記信号に基づいて画像を形成するプロセッサと、
を含む装置。 - 請求の範囲第25項に記載の装置であって、上記放射波源が上記第1および第2検知器とボアサイトされている装置。
- 請求の範囲第25項又は第26項に記載の装置であって、上記第2検知器からの信号によって上記第1検知器からの信号を正規化する装置。
- ロボットの案内のためのシステムであって、請求の範囲第1項−第18項、第24項−第27項のいずれか一項に記載の、情景中の被写体までの距離を示す画像を生成するための装置と、
案内装置により示された物体までの距離を使用して、情景中の物体に作用するロボットと、
を含むシステム。 - 物体の大きさを決定するためのシステムであって、
請求の範囲第1項−第18項、第24項−第27項のいずれか一項に記載の、物体の領域までの距離を示す、物体の画像を生成するための装置と、
上記画像および表示された距離を使用し、上記物体の大きさを決定するコンピュータと、
を含むシステム。 - 請求の範囲第29項に記載のシステムにおいて、上記コンピュータが上記大きさを標準のものと比較するシステム。
- 請求の範囲第29項に記載のシステムにおいて、上記コンピュータが決定された寸法を使用して、上記物体の体積を決定するシステム。
- 物体の三次元モデルを生成するためのシステムであって、
請求の範囲第29項に記載の物体の寸法を決定するためのシステムと、
寸法を決定するためのシステムにより決定された寸法を受けて、該寸法により三次元モデルを生成する迅速試作用装置と、
を含むシステム。 - 請求の範囲第32項に記載のシステムにおいて、上記迅速試作用装置が上記物体の画像を生成するための装置からの画像情報を受け、該画像情報を三次元モデルの表面に適用するシステム。
- 車両案内システムであって、
請求の範囲第1項−第18項、第24項−第27項のいずれか一項に記載の、その運動の方向で車両の前方の情景中の物体までの距離を示す画像を生成するための装置と、
上記画像および表示された距離を使用して、上記情景中の障碍物を識別するプロセッサと、
を含むシステム。 - 内視鏡の画像形成のためのシステムであって、
患者の体内への挿入のための末端部と光学装置をそこに結合するための基部とを有する内視鏡と、
上記内視鏡を通して放射波を体の中に導き、それから反射された放射波を検知するように、上記内視鏡の基部に結合される、請求の範囲第1項−第18項、第24項−第27項のいずれか一項に記載の、画像の生成のための装置と、
を含むシステム。 - 情景中の被写体までの距離を示す画像を生成するための方法であって、
第1変調関数により放射波源からの放射波を変調し、情景に向かう上記放射波を検知すること、
上記情景内で複数の平行な間隔を有しており、各々が距離限界を有しているセグメントを規定すること、
上記平行な間隔を有するセグメントの各々から反射された放射波を検知するとともに、検知された放射波に応答して、上記情景の領域までの距離に応じた信号を発生すること、および、
情景中の被写体までの距離を示す強度値分布を有する画像を形成すること、
を含み、上記複数の間隔を有するセグメントを規定することが複数のセグメントの各々の距離限界を規定することを含み、かつ、
上記複数の間隔を有するセグメントの少なくとも一つの距離限界が少なくとも一つの他の間隔を有するセグメントの距離限界と異なっている方法。 - 請求の範囲第36項に記載の方法において、複数の間隔を有するセグメントの第1のものがそれに近接する第2の間隔を有するセグメントの距離限界と重なっている方法。
- 請求の範囲第36項又は第37項に記載の方法において、距離限界を有している複数の間隔を有するセグメントを規定することが各々の変調関数によるセグメントの各々から反射された放射波を変調することを含む方法。
- 請求の範囲第36項から第38項のいずれか一項に記載の方法において、放射波を検知することが上記放射波に応答して生成される光電荷を蓄積して読み出すことを含んでおり、上記複数の間隔を有するセグメントを規定することが上記電荷を蓄積して読み出す前に各々の知られた予め定められた時間間隔で上記セグメントの各々からの放射波に応答して生成される光電荷をクリアすることを含む方法。
- 請求の範囲第36項から第39項のいずれか一項に記載の方法において、上記情景に向かう放射波を検知することが放射波の線を生成することおよび上記情景を通過する線を走査することを含む方法。
- 請求の範囲第36項から第39項のいずれか一項に記載の方法において、複数の間隔を有するセグメントを規定することが相互に近接する間隔を有するセグメントのマトリックスを規定することを含み、上記マトリックス内の少なくとも一つのセグメントが少なくとも一つの他のセグメントからの異なった距離限界を有しており、
画像を形成することが上記マトリックスのセグメントのそれぞれの距離限界の組合せに実質的に等しい距離限界を有する拡大されたセグメントを生成するために上記マトリックス内で間隔を有するセグメントを結合することを含む方法。 - 情景中の被写体までの距離を示す拡大された画像を生成するための方法であって、
請求の範囲第36項から第41項のいずれか一項に記載の、情景の第1画像を生成すること、
上記情景に関して、横方向に間隔を有するセグメントを走査すること、
上記第1画像が生成されたのと同じようにして、上記情景の第2画像を生成すること、および
拡大された画像を生成するために、上記第1画像と上記第2画像とを登録して結合すること、
を含む方法。 - 請求の範囲第36項から第42項のいずれか一項に記載の方法において、被写体までの距離を示す強度値分布を有する画像を形成することが上記強度値分布を正規化することを含む方法。
- 請求の範囲第43項に記載の方法において、強度値分布を正規化することが被写体の放射率を変化させるために分布を修正することを含む方法。
- 請求の範囲第43項に記載の方法において、上記強度値分布を正規化することが異なった被写体距離に対する分布を修正することを含む方法。
- 請求の範囲第36項から第45項のいずれか一項に記載の方法において、放射を検知することが色に従って放射波をフィルタすることを含み、かつ、画像を形成することがカラー画像を形成することを含む方法。
- 別に得られた背景画像に重畳された目的の被写体を含む混合画像を生成するための方法であって、
請求の範囲第36項から第46項のいずれか一項に記載の、目的の被写体を含む情景の、該情景中の被写体までの距離を示す第1画像を形成すること、
上記第1画像により示された、上記被写体までの距離を決定すること、
少なくとも一つの被写体までの距離を含む距離領域を規定すること、
フィルタされた画像を形成するために上記距離領域の外側にある被写体を第1画像から除去すること、
上記フィルタされた画像を上記背景画像の上に重畳すること、
を含む方法。 - 混合された画像内の選択された領域内に挿入された所望のはめ込み画像を含む、情景の混合画像を生成するための方法であって、
上記情景中に領域を指定すること、
請求の範囲第36項から第46項のいずれか一項に記載の、上記指定された領域を含む情景の、該情景中の被写体までの距離を示す第1画像を生成すること、
上記第1画像中の領域の境界の位置および上記領域までの距離を、上記第1画像により示されているように、決定すること
上記領域までの距離により、上記領域の境界内に適合するように上記はめ込み画像を計測すること、
混合された画像を形成するために上記計測されたはめ込み画像を第1画像内の上記領域に重畳すること、
を含む方法。 - 請求の範囲第48項に記載の方法において、上記第1画像にはめ込まれる被写体を識別することを含んでおり、目的の被写体までの距離が上記領域までの距離よりも短く、
目的の被写体のフィルタされた画像を形成するように上記第1画像をフィルタすること、
上記領域内のはめ込み画像の上に目的の被写体のフィルタされた画像を重畳すること、
とを含む方法。
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