JP2011039076A - 改善された光学測距カメラ - Google Patents
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Abstract
一つの情景中の全ての画素から実質的に同時に深度情報を得る、改善された測距カメラを提供する
【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ための装置であって、第1変調関数を有しており、放射体を情景に向かわせる変調された放射体源と、第2変調関数により変調され、上記情景から反射された放射体を検知するとともに、上記検知され変調された放射体に応じて、上記情景の領域までの距離に応答する信号を発生する検知器と、該検知器からの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値分布を有する、上記信号に基づいて画像を形成するプロセッサと、該プロセッサにより形成された画像の強度値分布に応答して、上記第1変調関数および第2変調関数の少なくとも一つを変化させるコントローラとを含んでいる。
【選択図】 図1
Description
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、上記検知アレイは二次元マトリックスアレイ、例えばCCDアレイであり、一以上の光変調器が上記アレイに到達する反射光を変調し、異なる変調光は上記アレイの異なった行もしくは近接する行のグループとそれぞれ関連する。このようにして、異なった距離ウィンドウ、すなわち選択された異なった距離範囲は、異なった行もしくは近接する行のグループと連携する。かかる行もしくは近接する行のグループの各々は、線により切断された被写体の深度情報を含む情景のライン画像を発生させる。広範囲にわたる深度情報を含む情景の全体の画像を発生させるために、上記アレイの視野は一般に上記情景の上をスキャンされて、以下に述べるように、多重ライン画像が得られるともに結合される。
各画素がそれ自身の距離ウインドウを有している、いくつかのこれらの好ましい実施形態では、相互に隣接する画素グループは「スーパ画素」として協動するように形成されている。各々のかかるスーパ画素は、例えば9個の画素の3×3グループを含んでいてもよく、その上には実質的に共通の軸に沿って情景から反射された光が結像される。上記シャッタアレイは上記9個のピクセルの各々が上記共通軸に沿う異なった距離ウインドウからの光を受光する。このようにして、横方向の解像度は犠牲になるが、所望の距離分解度を有する深度情報を含む上記情景の完全な像が捕捉される。例えば1×2画素、2×2画素もしくは4×4画素等、任意の所望サイズのスーパ画素が距離対横方向分解度の最適な見返りを達成するために使用することができる。
本発明の好ましい実施形態により、また、情景中の物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を提供するものであり、該システムは 上記したような画像を生成するための装置であって、該装置は情景の複数の画像を形成し、複数の画像の少なくとも一つは上記画像の少なくとも一つの他の画像に含まれていない情景の一以上の領域を含む装置と、拡大された画像を形成するために複数の画像を結合し、情景中の物体までの距離を示す画像プロセッサと、を含んでいる。
カメラ20はさらに光学系28を有しており、それは情景26から受けた光を変調する。光学系28は入射絞り30、集光レンズ32、光変調器34、焦点レンズ36および出射絞り38を含んでいる。絞り30および集光レンズ32はテレセントリック(telecentric)光学系を形成しており、レンズ32は情景26から受けた光を変調器34に平行に入射する。光学変調器34は好ましくは、従来周知の結晶KDPもしくはほかの適当な材料からなる光電変調器を含んでいるが、それに代えて、音響光学変調器、液晶シャッタもしくは高速機械式シャッタのような、従来周知の他のタイプの光変調器を含んでいてもよい。説明の簡単化のため、光学系28はここでは図式的に示されているが、実際は、カメラ20は一般に他のレンズおよびまたは周知のほかの光学要素を含んでいることが理解されるであろう。
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。
Claims (54)
- 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、情景に変調された放射波を向かわせる、変調された放射波源であって、該放射波源からの放射波の一部分が、上記情景中の複数地点から反射されて該装置に到達するようになっている、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出する検知器であって、上記第2変調関数は、前記情景中の位置からの反射を受ける距離ウインドウを規定し、上記検知器は、上記検知された変調放射波に応じて、上記反射された放射波の上記部分の一部に対応する信号を発生し、上記部分の一部は、上記情景中のある地点の距離及び上記距離ウインドウ内の地点の位置に対応し、上記部分の一部は、該装置からの特定の信号に関連する、検知器と、
上記検知器からの信号を受信するとともに、上記装置から上記距離ウインドウ内の被写体の距離を示す強度値分布を有する、上記信号に基づいて画像を形成するプロセッサと、
上記第1変調関数および第2変調関数の少なくとも一つを、該プロセッサにより形成された画像の強度値分布によって示された距離に対応する変化量で変化させて、上記距離ウインドウの幅を調整するコントローラと、
を含む装置。 - 前記コントローラによって、前記第1変調関数及び前記第2変調関数の少なくとも一方を、前記プロセッサにより形成された画像の強度値分布によって示された距離に対応する変化量で変化させて、前記距離ウインドウのタイミングを調整し、それによって前記距離ウインドウの距離を調整する、請求項1に記載の装置。
- 上記第1および第2変調関数がそれぞれの特有のパルス幅を有するパルスを含むとともに、上記コントローラが少なくとも一つの上記パルスのパルス幅を変化させる、請求項1又は2に記載の装置。
- 上記第1および第2変調関数が実質的に等しい固有のパルス幅を有するパルスを含んでおり、上記コントローラが上記第1変調関数と上記第2変調関数の両方のパルス幅を変化させて、前記距離ウインドウの幅を調整する、請求項3に記載の装置。
- 情景中の目的の被写体を識別する画像解析器を備えており、上記装置から目的の被写体の距離に応じて上記コントローラが上記少なくとも一つの変調関数を変化させる、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 該装置からの目的の被写体の距離を決定する、レンジファインダを有しており、上記コントローラが該レンジファインダにより決定される距離に応じて少なくとも一つの変調関数を変化させる、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 上記コントローラが上記少なくとも一つの変調関数を変化させて、上記検知器が上記装置からの目的の距離にある情景の領域から反射された放射波のみを検知する、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
- 目的の距離にある情景の領域の、プロセッサにより形成された第1画像を受けて、混合画像を形成するために該第1画像を第2画像に混合する画像プロセッサを含む、請求項7に記載の装置。
- 上記検知器が情景中の目的の二つの被写体から反射される放射波を検知し、上記コントローラが上記少なくとも一つの変調関数を変化させて、上記二つの被写体に対応する画像の部分がほぼ等しい強度値を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 上記検知器はカラーフィルタを含んでおり、上記プロセッサにより形成される画像がカラー画像である、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
- 上記検知器が
情景から反射された放射波を受けてそれを上記第2変調関数に従って変調する検知変器と、
複数の検知要素を含み、上記検知変調器により変調された放射波を検知するとともに、上記検知され変調された放射波に対応して、上記情景のセグメントまでの距離に対応する信号を発生させる検知アレイと、
を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 - 上記検知変調器が、複数のシャッタ要素を備えたシャッタ要素アレイを含む、請求項11に記載の装置。
- 第1検知要素に入射する上記放射波が第1シャッタ要素により変調されるとともに、第2検知要素に入射する上記放射波が第2シャッタ要素により変調され、上記第2変調関数が上記第1および第2シャッタ要素にそれぞれ印加される第1および第2変調副関数を含み、
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、請求項12に記載の装置。 - 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、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
- 上記照射線により情景を走査する走査装置を含む、請求項14に記載の装置。
- 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、請求項14または15に記載の装置。
- 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、請求項16に記載の装置。
- 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、
請求項1から17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。 - 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、請求項18に記載のシステム。
- 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、請求項19に記載のシステム。
- 上記装置を移動させるための手段は、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、請求項19または20に記載のシステム。
- 上記移動プラットホームが飛行機を包含している、請求項21に記載のシステム。
- 請求項1から17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、
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、第1検知器とボアサイトされた第2検知器と、
上記第1検知器および第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値分布を有する、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。 - 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、請求項23に記載の装置。
- 上記第2検知器からの信号を用いて上記第1検知器からの信号を正規化する、請求項23又は24に記載の装置。
- ロボットの案内のためのシステムであって、請求項1から17、23から25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、
請求項1から17、23から25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。 - 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、請求項27に記載のシステム。
- 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、請求項27又は28に記載のシステム。
- 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、
請求項27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。 - 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、請求項30に記載のシステム。
- 車両案内システムであって、
請求項1から17、23から25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、請求項1から17、23から25のいずれか一項に記載の、画像を生成するための装置と、
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変調関数による放射波源からの放射波を変調して上記放射波を情景に向かわせるステップと、
第2変調関数により上記情景から反射された放射波を変調するステップであって、前記第2変調関数は、前記情景中の位置からの反射を受ける距離ウインドウを規定する、ステップと、
上記反射された放射波を検知し、検知された変調放射波に応じて、上記反射された放射波の部分の一部に対応する信号を発生するステップであって、上記部分の一部は、情景中の地点の距離及び上記距離ウインドウ内の地点の位置に対応すると共に、上記特定の信号に関連する、ステップと、
上記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ステップと、
上記画像の強度値分布に応じた変化量で、前記第1変調関数および前記第2変調関数の少なくとも一つを変化させて、上記距離ウインドウの幅を調整するステップと、
を含む方法。 - 前記第1変調関数および前記第2変調関数の少なくとも一つを、前記プロセッサにより形成された画像の強度値分布によって示された距離に対応する変化量で変化させて、前記距離ウインドウのタイミングと距離を調整するステップを含む、請求項34に記載の方法。
- 上記第1および第2変調関数がパルスを含んでおり、少なくとも一つの変調関数を変化させることが少なくとも一つのパルスのパルス幅を変化させることを含む、請求項34又は35に記載の方法。
- 第1変調関数パルスのパルス幅が第2変調関数パルスのパルス幅よりも実質的に大きい、請求項36に記載の方法。
- 情景中の目的の少なくとも一つの被写体を識別すること、
上記画像の強度値分布を使用して、物体までの距離を決定すること、
を含む、請求項34から37のいずれか一項に記載の方法。 - 少なくとも一つの変調関数を変化させることが少なくとも一つの被写体までの距離に応答して上記変調関数を変化させることを含む、請求項38に記載の方法。
- 上記少なくとも一つの被写体までの距離に応じて上記変調関数を変化させることが
少なくとも一つの被写体までの距離を含む距離の領域を規定すること、
反射された放射波を検知することが上記距離の領域内にある情景の一以上の領域からの放射波を検知することを含むように変調関数を調節すること、
を含む、請求項39に記載の方法。 - 目的の少なくとも一つの被写体を識別することが複数の点を少なくとも一つの被写体の上に位置させることを含んでおり、距離の領域を規定することが複数の局部領域を規定することを含んでおり、各局部領域が複数の点の各々の一つを含んでいる、請求項40に記載の方法。
- 上記変調関数を調整することが、規定された距離の領域の外側にある被写体および情景の領域からの放射波が検知されないように上記関数を調整することを含む、請求項40又は41に記載の方法。
- 上記変調関数を調整することが、規定された距離の領域の外側にある被写体および情景の領域からの放射波が実質的に一定の強度値分布を有するように上記関数を調整すること、を含む、請求項40又は41に記載の方法。
- 第1の二次元画像を形成することを含んでおり、該画像は上記距離範囲内にある情景の一以上の領域から検知された放射波を含んでおり、かつ、混合画像を形成するために上記第1の二次元画像を別に得られた、または合成して生成された第2画像と混合することを含む、請求項34から43のいずれか一項に記載の方法。
- 上記第1の二次元画像中の所望の領域の位置を決定することを含み、上記第1の二次元画像を別に得られた第2画像と混合することが所望の領域に上記第2画像を挿入することを含む、請求項43に記載の方法。
- 放射波を検知することが実質的に異なったそれぞれの距離にて、上記情景中の目的の被写体からの放射波を検知することを含み、かつ、
少なくとも一つの変調関数を変化させることが上記二つの被写体がほぼ等しい強度値を有するように上記変調関数を変化させることを含む、請求項34から45のいずれか一項に記載の方法。 - 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、請求項34から46のいずれか一項に記載の方法。 - 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、請求項34から47のいずれか一項に記載の方法。
- 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、請求項48に記載の方法。
- 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、請求項48又は49に記載の方法。
- 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、請求項34から50のいずれか一項に記載の方法。
- 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、
請求項34から51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の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の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、
請求項34から51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。 - 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、を含む、請求項53に記載の方法。
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