JP2018514780A - 距離センサ - Google Patents
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Abstract
1つの実施形態では、距離センサ100は、投影光源104と、投影光源104によって発せられた光を案内するように配置された第1の光案内手段102と、第1の光案内手段102によって案内された光を異なる方向に進む複数の投影ビームに分割するように配置された回折光学素子と、視野内の物体に複数の投影ビームが入射することによって作り出された投影パターンを含む視野の画像を取り込むように配置された画像取り込みデバイス110とを含む。
Description
本開示は、一般的なコンピュータビジョンシステムに関し、より詳細には、車両と物体又は点との間の距離を空間内で測定するためのセンサに関する。
関連出願の相互参照
本出願は、2015年5月10日出願の米国特許仮出願第62/159,286号の利益を主張し、この出願を全体的に本願に引用して援用する。
本出願は、2015年5月10日出願の米国特許仮出願第62/159,286号の利益を主張し、この出願を全体的に本願に引用して援用する。
ロボット車両及びドローンなどの無人車両は、通常、周囲環境における妨害物検出及びナビゲーションのためにコンピュータビジョンシステムを利用する。これらのコンピュータビジョンシステムは、さらに、通常、周囲環境から視覚データを取得する様々なセンサを使用し、コンピュータビジョンシステムは、周囲環境についての情報を集めるためにこれらのデータを処理する。例えば、1つ以上の撮像センサを介して取得されたデータは、車両から周囲環境内の特定の物体又は点までの距離を決定するために使用され得る。
1つの実施形態では、距離センサは、投影光源と、投影光源によって発せられた光を案内するように配置された第1の光案内手段と、第1の光案内手段によって案内された光を異なる方向に進む複数の投影ビームに分割するように配置された回折光学素子と、視野内の物体に複数の投影ビームが入射することによって作り出された投影パターンを含む視野の画像を取り込むように配置された画像取り込みデバイスとを含む。
別の実施形態では、距離センサは、複数の投影光源と、第1の複数の光ファイバであって、第1の複数の光ファイバの各々の光ファイバの第1の端部が、複数の投影光源のうち1つの投影光源に結合される、第1の複数の光ファイバと、複数の回折光学素子であって、複数の回折光学素子の各々の回折光学素子が、第1の複数の光ファイバのうち1つの光ファイバの第2の端部に結合される、複数の回折光学素子と、複数の投影光源とは異なっている光源を備える複数の照明光源と、第2の複数の光ファイバであって、第2の複数の光ファイバの各々の光ファイバの第1の端部が、複数の照明光源のうち1つの照明光源に結合される、第2の複数の光ファイバと、複数の照明光学系であって、複数の照明光学系の各々の照明光学系は、第2の複数の光ファイバのうち1つの光ファイバの第2の端部に結合される、複数の照明光学系と、画像取り込みデバイスであって、複数の回折光学素子及び複数の照明光学系が、画像取り込みデバイスの中央の光軸を中心としてリングで配置される、画像取り込みデバイスとを含む。
別の実施形態では、距離センサは、回路基板上に配置された複数の垂直共振器面発光レーザと、複数の屈折率分布型レンズであって、複数の屈折率分布型レンズの各々の屈折率分布型レンズが、複数の垂直共振器面発光レーザのうち1つの垂直共振器面発光レーザによって生成される光のビームをコリメートするように配置される、複数の屈折率分布型レンズと、複数の回折光学素子であって、複数の回折光学素子の各々の回折光学素子が、複数の屈折率分布型レンズのうち1つの屈折率分布型レンズによってコリメートされたビームを異なる方向に進む複数のビームに分割するように配置される、複数の回折光学素子と、複数のパウエルレンズであって、複数のパウエルレンズの各々のパウエルレンズが、複数の回折光学素子のうち1つの回折光学素子によって生成された複数のビームから投影パターンを生成するように配置される、複数のパウエルレンズとを含む。
本開示の教示は、添付の図に関連して以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解され得る。
理解を容易にするために、同一の参照番号が、可能な場合に、図に共通する同一の要素を示すために使用されている。
1つの実施形態では、本開示は、距離センサに関する。距離センサは、コンピュータビジョンシステムが車両から周囲環境内の特定の物体又は点までの距離を決定するのを助けるために無人車両において使用され得る。例えば、距離センサは、1つ以上の光ビームを物体又は点上に投影し、次いで、飛行時間(TOF)、反射された光(例えばレーダ)の分析又は他の手段にしたがって距離を算出することができる。しかし、このタイプの従来の距離センサは、かさばる傾向があり、したがって小型車両に使用するには適さないことがある。さらに、センサは、製造するのが非常に高価であり、限定された視野を有する傾向があり得る。例えば、複数の従来の撮像センサの配置を使用しても、360度未満の視野しか提供されない。
本開示の実施形態は、小型の距離センサであって、製造が経済的であり、少ししか又は全く可動部材を含まず、最大360度の視野内で距離を測定することができる、小型の距離センサを提供する。1つの実施形態では、センサは、光ファイバ及び回折光学素子(DOE)の配列などのビーム分割手段のセットを使用して、広角レンズの周りに複数の投影点を生成する。複数の投影点の各々は、複数のビームを視野内に発する。ビームの外観から、センサは、180度の半球視野内で距離を測定することができる。2つのそのようなセンサを背中合わせに装着することにより、距離は、360度の視野内で測定され得る。DOEは、単一光源(例えばレーザ)によって生成されたビームを複数の投影ビームに分割することを可能にし、この複数の投影ビームは、視野内の物体又は点上に投影される。しかし、他の実施形態では、複数光源によって発せられたビームが、DOEによって分割される。センサから物体又は点までの距離が、次いで、投影及び複数の投影からの画像の取り込みの1回のサイクルで算出され得る。360度までの視野内で距離を測定することができる小型のセンサは、無人車両のナビゲーション、内視鏡検査、及び他の応用を含む応用のために有意義なデータを提供することができる。
図1A及び1Bは、本開示の距離センサ100の第1の実施形態を示す。特に、図1Aは、距離センサ100の断面図を示し、一方で図1Bは、図1Aの距離センサ100の上面図を示す。距離センサ100は、例えば、無人車両に装着され得、又は内視鏡の一部として使用され得る。
図1Aでは、距離センサ100は、小型の構成内に配置された複数の構成要素を備える。構成要素は、少なくとも1つの光源104と、これ以後第1の回折光学素子106と称される第1のビーム分割手段と、(これ以後集合的に「光ファイバ102」と称される)光ファイバ1021〜102nなどの複数の光案内手段と、これ以後第2の回折光学素子1081〜108nと称される(さらに、これ以後集合的に「第2の回折光学素子108」と称される)第2のビーム分割手段の配列と、広角レンズ112を含む撮像センサ110とを備える。
構成要素は、中央軸A−A’の周りにほぼ対称的に配置される。1つの実施形態では、中央軸A−A’は、撮像センサ110の光学軸と一致する。1つの実施形態では、光源104は、中央軸A−A’の第1の端部に配置される。1つの実施形態では、光源104は、中央軸A−A’に沿って光の単一ビームを発するレーザ光源である。これ以後、光源104によって発せられた単一ビームはまた、「一次ビーム」と称され得る。1つの実施形態では、光源104は、人間の視覚に対して比較的安全であることが知られている波長の光を発する(例えば赤外線)。別の実施形態では、光源104は、その出力の強度を調整するための回路を含むことができる。別の実施形態では、光源104は、パルス式に光を発し、それによって画像取り込みに対する周囲光の影響を軽減することができる。
第1の回折光学素子(DOE)106は、光源104の近位(例えば光源104によって発せられた光が伝播する方向に対して、光源104の「正面」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、第1のDOE106は、光源104によって発せられた単一の光ビームをとらえ、単一又は一次ビームを複数の二次ビームに分割するように配置される。第1のDOE106は、一次ビームを、異なる方向に一次ビームから分岐する複数の二次ビームに分割することができる任意の光学構成要素である。例えば、1つの実施形態では、第1のDOE106は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、マイクロレンズ、又はラインジェネレータ(例えば、パウエルレンズ)を含むことができる。この場合、複数の二次ビームは、円錐形状で配置される。別の実施形態では、一次ビームは、回折以外の手段によって分割され得る。
光ファイバ102の各々は、第1のDOE106に一端で結合されているとともに、第2のDOE108の配列内のDOE108の1つに他端で結合されている。このようにして、光ファイバ102の各々は、第1のDOE106によって生成された二次ビームの少なくとも1つを第2のDOE108の配列内のDOE108の1つへ伝えるように配置される。
二次DOE108の配列は、第1のDOE106の近位(例えば光源104によって発せられた光が伝播する方向に対して、DOE106の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、第2のDOE108の配列は、第1のDOE106が、光源104と、第2のDOE108の配列との間に配置されるように配置される。図1Bにより明確に示すように、1つの実施形態では、第2のDOE108は、リング形状配列で配置され、このとき中央軸A−A’は、リングの中心を通り抜け、第2のDOE108はリング周りに定間隔で離間される。例えば、1つの実施形態では、第2のDOE108は、リング周りに約30度離して離間される。1つの実施形態では、第2のDOE108の配列は、光源104によって発せられた光が伝播する方向に対して、撮像センサ110の主点(すなわち光学軸A−A’が画像平面と交差する点)の「後方」に配置される。
第2のDOE108の各々は、第1のDOE106から光ファイバ102の1つによって伝達された二次ビームの1つを受信し、この二次ビームを複数の(例えば、2つ又はそれ以上の)三次ビームに分割するように配置され、この三次ビームは、第2のDOE108から離れるように径方向に向けられる。したがって、各々の第2のDOE108は、センサ100の投影点を画定し、この投影点から、投影ビーム(又は三次ビーム)のグループが、視野内に発せられる。1つの実施形態では、各々それぞれの複数の三次ビームは、約100度の範囲を対象とするように広がる。第2のDOE108は、それぞれの二次ビームを異なる方向に二次ビームから分岐する複数の三次ビームに分割することができる任意の光学構成要素である。例えば、1つの実施形態では、各々の第2のDOE108は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、マイクロレンズ、又はラインジェネレータ(例えば、パウエルレンズ)を含むことができる。しかし、他の実施形態では、二次ビームは、回折以外の他の手段によって分割される。
1つの実施形態では、各々複数の三次ビームは、ファンパターン又は径方向パターンで配置され、このときビームの各々の間に等しい角度を有する。1つの実施形態では、第2のDOE108の各々は、表面上に異なる視覚パターンを作り出す三次ビームを投影するように構成される。例えば、1つの二次DOE108は、ドットのパターンを投影することができ、一方で別の第2のDOE108は、線又は「x」のパターンを投影することができる。
撮像センサ110は、第2のDOE108の配列の中央に(例えば、光源104によって発せられた光が伝播する方向に対して、第2のDOE108の配列の少なくとも部分的に「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。1つの実施形態では、撮像センサ110は、静止カメラ又はビデオカメラなどの画像取り込みデバイスである。上記で論じたように、撮像センサ110は、半球視野を作り出す、魚眼レンズなどの広角レンズ112を含む。1つの実施形態では、撮像センサ110は、距離センサ100から物体又は点までの距離を算出するための回路を含む。別の実施形態では、撮像センサは、取り込まれた画像をネットワークを介してプロセッサに送るためのネットワークインタフェースを含み、この場合プロセッサは、距離センサ100から物体又は点までの距離を算出し、次いで、算出された距離を距離センサ100に戻す。
したがって、1つの実施形態では、距離センサ100は、単一光源(例えば光源104)を使用して、投影ビーム(例えばドット又は線のパターンを含む)のセットがそこから発せられる複数の投影点を生み出す。距離センサ100から物体までの距離は、視野内の投影ビームの外観から算出され得る(これは、以下でより詳細に論じられる)。特に、第1及び第2のDOEの使用は、光源によって発せられた光の単一ビームから、レンズ周りに複数の投影点を生成することを可能にする。第1のDOEから第2のDOEへ光を伝達するために光ファイバ102の使用を加えたこれにより、距離センサ100は、広い視野内で距離を測定しながら相対的に小型のフォームファクタ(form factor)を維持することが可能になる。撮像センサ110及び光源104はまた、設計をより小型化するために同じ平面内に装着することができるが、1つの実施形態では、第2のDOE1081−108nは、(例えば、視野の深さ角度が、完全な180度に近い、又は一部の場合ではさらにそれより大きくなるように)投影ビームによって対象とされ得る視野を増大させるために、撮像センサ110の主点の後方に配置される。
さらに、第2のDOE108の各々が異なるパターンの三次ビームを投影するため、撮像センサ内の回路は、取り込まれた画像内のどのビームが、第2のDOE108のどれによって作り出されたかを容易に決定することができる。これは、距離算出を容易にし、これは、以下にさらに詳細に論じられる。
図2は、図1A及び1Bの距離センサ100の例示的な視野200を示す。図2では、距離センサ100の特定の構成要素もまた、分解図で示される。図示するように、視野200は、実質的には半球形状である。さらに、距離センサ100によって生み出された複数の三次光ビームは、光のパターンを「仮想の」半球上に投影する。パターンは、各々の三次ビームが半球と交わるところに示された一連の同心円によって表される。円は、距離センサ100からの距離が増大するにつれて徐々にサイズが低減するものとして表されて、三次ビームによって作り出されたパターンが、物体距離によって視覚的にどのように変化するかを示す。
図2に示すように、距離センサ100の視野は、約180度を対象とする。1つの実施形態では、視野は、例えば、そのそれぞれの光源が約180度だけ隔てられた2つの異なる方向に一次ビームを発するように、2つの距離センサを背中合わせに装着することによって約360度まで拡張され得る。
センサ100が、単一光源104だけを含む(センサ100内の構成要素の総数を低減する)ものとして示されているが、代替の実施形態では、センサは複数光源を含むことができる。図3A及び図3Bは、例えば、本開示の距離センサ300の第2の実施形態を示す。特に、図3Aは、距離センサ300の断面図を示し、一方で図3Bは、図3Aの距離センサ300の上面図を示す。距離センサ300は、例えば、無人車両に装着され得、又は内視鏡の一部として使用され得る。
図3Aに示すように、距離センサ300は、小型の構成内に配置された複数の構成要素を備える。構成要素は、(これ以後集合的に「光源304」と称される)複数の光源3041〜304mと、これ以後第1の回折光学素子306と称される第1のビーム分割手段と、(これ以後集合的に「光ファイバ302」と称される)光ファイバ3021〜302nなどの複数の光案内手段と、これ以後第2の回折光学素子3081〜308nと称される(さらに、これ以後集合的に「第2の回折光学素子308」と称される)第2のビーム分割手段の配列と、広角レンズ312を含む撮像センサ310とを備える。
構成要素は、中央軸A−A’の周りにほぼ対称的に配置される。1つの実施形態では、中央軸A−A’は、撮像センサ310の光軸と一致する。1つの実施形態では、光源304は、中央軸A−A’の第1の端部に配置される。1つの実施形態では、光源304は、中央軸A−A’に沿って単一の光ビームをそれぞれ発する複数のレーザ光源を備える。これ以後、光源304の1つによって発せられた単一ビームはまた、「一次ビーム」と称され得る。光源304は、異なる波長の光を発する2つ又はそれ以上のレーザ光源などの2つ又はそれ以上の異なるタイプの光源を含むことができる。1つの実施形態では、光源304の各々は、人間の視覚に対して比較的安全であることが知られている波長の光を発する(例えば赤外線)。別の実施形態では、光源304のうち1つ以上は、その出力の強度を調整するための回路を含むことができる。別の実施形態では、光源304のうち1つ以上は、パルス式に光を発し、それによって画像取り込みに対する周囲光の影響を軽減することができる。
第1の回折光学素子(DOE)306は、光源304の近位(例えば、光源304によって発せられた光が伝播する方向に対して、光源304の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、第1のDOE306は、光源304の1つによって発せられた単一の光ビームをとらえ、単一又は一次ビームを複数の二次ビームに分割するように配置される。第1のDOE306は、一次ビームを異なる方向に一次ビームから分岐する複数の二次ビームに分割することができる任意の光学構成要素である。例えば、1つの実施形態では、第1のDOE306は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、マイクロレンズ、又はラインジェネレータ(例えば、パウエルレンズ)を含むことができる。この場合、複数の二次ビームは、円錐形状で配置される。別の実施形態では、一次ビームは、回折以外の手段によって分割され得る。
光ファイバ302の各々は、第1のDOE306に一端で結合されるとともに、第2のDOE308の配列内のDOE308の1つに他端で結合されている。このように、光ファイバ302の各々は、第1のDOE306によって生成された二次ビームの少なくとも1つを第2のDOE308の配列内のDOE308の1つへ伝えるように配置される。
第2のDOE308の配列は、第1のDOE306の近位(例えば、光源304によって発せられた光が伝播する方向に対して、第1のDOE306の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、第2のDOE308の配列は、第1のDOE306が、光源304と、第2のDOE308の配列との間に配置されるように配置される。図3Bにより明確に示すように、1つの実施形態では、第2のDOE308は、リング状配列で配置され、このとき中央軸A−A’は、リングの中心を通り抜け、第2のDOE308はリング周りに定間隔で離間される。例えば、1つの実施形態では、第2のDOE308は、リング周りに約30度離して離間される。1つの実施形態では、第2のDOE308の配列は、光源304によって発せられた光が伝播する方向に対して、撮像センサ310の主点(すなわち、光軸A−A’が画像平面と交差する点)の「後方」に配置される。
各々の第2のDOE308は、第1のDOE306から光ファイバ302の1つによって伝達された二次ビームの1つを受信し、この二次ビームを複数の(例えば、2つ又はそれ以上の)三次ビームに分割するように配置され、この三次ビームは、第2のDOE308から離れるように径方向に向けられる。したがって、各々の第2のDOE308は、センサ300の投影点を画定し、この投影点から、投影ビーム(又は三次ビーム)のグループが、視野内に発せられる。1つの実施形態では、各々それぞれの複数の三次ビームは、約100度の範囲を対象とするように広がる。第2のDOE308は、それぞれの二次ビームを異なる方向に二次ビームから分岐する複数の三次ビームに分割することができる任意の光学構成要素である。例えば、1つの実施形態では、各々の第2のDOE308は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、マイクロレンズ、又はラインジェネレータ(例えば、パウエルレンズ)を含むことができる。しかし、他の実施形態では、二次ビームは、回折以外の他の手段によって分割される。
1つの実施形態では、各々複数の三次ビームは、ファンパターン又は径方向パターンで配置され、このときビームの各々の間に等しい角度を有する。1つの実施形態では、第2のDOE308の各々は、表面上に異なる視覚パターンを作り出す三次ビームを投影するように構成される。例えば、一方で1つの第2のDOE308は、ドットのパターンを投影することができ、一方で別の第2のDOE308は、線又は「x」のパターンを投影することができる。
撮像センサ310は、第2のDOE308の配列の中央(例えば、光源304によって発せられた光が伝播する方向に対して、第2のDOE308の配列の少なくとも部分的に「前」)に中央軸A’A’に沿って配置される。1つの実施形態では、撮像センサ310は、静止カメラ又はビデオカメラなどの画像取り込みデバイスである。上記で論じたように、撮像センサ310は、半球視野を作り出す、魚眼レンズなどの広角レンズ312を含む。1つの実施形態では、撮像センサ310は、距離センサ300から物体又は点までの距離を算出するための回路を含む。別の実施形態では、撮像センサは、取り込まれた画像をネットワークを介してプロセッサに送るためのネットワークインタフェースを含み、この場合プロセッサは、距離センサ300から物体又は点までの距離を算出し、次いで、算出された距離を距離センサ300に戻す。
図4は、センサから物体又は点までの距離を空間内で算出するための方法400の流れ図を示す。1つの実施形態では、方法400は、(図1Aに示す撮像センサ11又は図3Aに示す撮像センサ310などの)撮像センサ内に組み込まれたプロセッサ又は図10に示し、以下に論じる汎用コンピューティングデバイスによって実行され得る。
方法400は、ステップ402において始まる。ステップ404では、光源は、光の一次ビームを生成するように作動される。1つの実施形態では、単一の一次ビームが、単一光源によって生成されるが、他の実施形態では、複数の一次ビームが、複数光源によって生成される。1つの実施形態では、光源又は複数光源は、レーザ光源を含む。
任意選択のステップ406では、一次ビームは、一次ビームがそれに沿って伝播する経路内に配置された第1のビーム分割手段(例えば回折光学素子)を使用して複数の二次ビームに分割される。第1のビーム分割手段は、例えば、円すい鏡でよい。ステップ406は、例えば、(撮像センサがその一部である)距離センサが単一光源のみを含むときに実行される。
ステップ408では、複数の二次ビーム内の各々のビームは、ビーム分割手段の配列内の第2のビーム分割手段(例えば第2の回折光学素子)を使用して複数の投影ビーム又は三次ビームに分割される。1つの実施形態では、複数の第2のビーム分割手段は、リングとして配置され、それにより、各々の第2のビーム分割手段は、第2のビームの1つがそれに沿って伝播する経路内に配置される。1つの実施形態では、第2のビーム分割手段の少なくとも一部は、円すい鏡である。1つの実施形態では、距離センサが複数光源を備える場合、方法400は、ステップ404からステップ408に直接進むことができる。この場合、(複数光源を使用して生成された)複数の一次ビームの各々の一次ビームは、第2のビーム分割手段の1つによって複数の投影ビームに直接的に分割される。
ステップ410では、物体又は点の少なくとも1つの画像が、取り込まれる。画像は、物体又は点上に、及び周囲空間上に投影されるパターンを含む。パターンは、投影ビームの各々が、一連のドット、線又は他の形状を物体、点、又は周囲空間上に投影することによって作り出される。
ステップ412では、センサから物体又は点までの距離が、ステップ410において取り込まれた画像からの情報を使用して算出される。1つの実施形態では、三角法技術が、距離を算出するために使用される。例えば、センサによって投影されたパターンの部分間の関係が、算出の基礎として使用され得る。
方法400は、ステップ414において終了する。こうして、方法400は、図1A〜1B又は図3に示すセンサと組み合わせて、画像取り込み及び算出の単一のサイクルにおいてセンサから物体又は点までの距離を空間内で測定することができる。
図5は、例えば、センサから物体又は点までの距離が、ステップ412においてそれによって算出することができる三角法技術を示す。特に、図5は、図1の例示的な撮像センサ110と共に、第2の回折光学素子1081及び1082の2つによって画定され得る投影点のうち2つを示す。投影点は、撮像センサ110から等しい距離xで離間され、それにより、2つの投影点(例えばx=s/2)の間のsの距離が存在するようになる。投影点の各々は、それぞれの投影ビーム5001及び5002を発し、これらのビームは、物体上に入射してそれぞれの点5021及び5022(例えばドット又は線)を一パターンとして作り出す。これらの点5021及び5022は、撮像センサ110によって検出され、撮像センサ110と物体の間の距離Dを以下の通りに算出するために使用され得る:
D=s/(−tanα2+tanα1+tanθ2+tanθ1) (式1)
式中、α2は、投影ビーム5002と第2の回折光学素子1082の中央軸c2との間に形成された角度であり、α1は、投影ビーム5001と第2の回折光学素子1081の中央軸c1との間に形成された角度であり、θ2は、撮像センサ110の中央光学軸Oと、撮像センサ110が投影ビーム5002によって作り出された点5022を知覚する角度との間に形成された角度であり、θ1は、撮像センサ110の中央光学軸Oと、撮像センサ110が、投影ビーム5001によって作り出された点5021を知覚する角度との間に形成された角度である。
D=s/(−tanα2+tanα1+tanθ2+tanθ1) (式1)
式中、α2は、投影ビーム5002と第2の回折光学素子1082の中央軸c2との間に形成された角度であり、α1は、投影ビーム5001と第2の回折光学素子1081の中央軸c1との間に形成された角度であり、θ2は、撮像センサ110の中央光学軸Oと、撮像センサ110が投影ビーム5002によって作り出された点5022を知覚する角度との間に形成された角度であり、θ1は、撮像センサ110の中央光学軸Oと、撮像センサ110が、投影ビーム5001によって作り出された点5021を知覚する角度との間に形成された角度である。
式1は、以下の関係から導き出される。
D*tanα1+D*tanθ1=x (式2)
D*tanα2+D*tanθ2=s−x (式3)
D*tanα1+D*tanθ1=x (式2)
D*tanα2+D*tanθ2=s−x (式3)
式2及び3は、(例えばドットのパターンを含む)投影パターン源から、投影パターンがその上に投影される物体までの距離を算出することを可能にする。距離は、光点がその源周りの種々の投影点によって発せられたときに投影パターンを形成する光点(例えばドット)間の位置関係に基づいて算出される。この実施形態では、光点間の位置関係は、先験的に知られている(すなわち算出の一部として測定されない)。
上記で論じたように、本開示の距離センサがよく適し得る1つの応用は、その小型のサイズ及び最大360度の視野内で距離を測定する能力のため内視鏡検査である。図6A及び図6Bは、例えば、本開示の距離センサ600の第3の実施形態を示す。特に、図6Aは、距離センサ600の断面図を示し、一方で図6Bは、図3Aの距離センサ600の上面図を示す。距離センサ600は、内視鏡の一部として使用するのに適し得る。
図6Aに示すように、距離センサ600は、小型の構成内に配置された複数の構成要素を備える。構成要素は、(これ以後集合的に「照明光源602」と称され、そのうち1つの照明光源6021は、図6A内に見ることができる)複数の照明光源と、(これ以後集合的に「投影光源604」と称され、そのうち1つの投影光源6041は、図6A内に見ることができる)複数の投影光源と、(これ以後集合的に「光ファイバ606」と称され、そのうち2つの光ファイバ6061及び6066は、図6A内に見ることができる)光ファイバなどの複数の光案内手段と、(これ以後集合的に「DOE608」と称され、そのうち1つのDOE6081は、図6A内に見ることができる)これ以後回折光学素子と称される複数のビーム分割手段と、(これ以後集合的に「GRINレンズ616」と称され、そのうちの1つのGRINレンズ6161は、図6A内に見ることができる)屈折率分布型(GRIN)レンズなどの複数のコリメートレンズと、(これ以後集合的に「パウエルレンズ614」と称される)複数のパウエルレンズ6141〜614と、(これ以後集合的に「照明光学系組立体614」と称される)複数の照明光学系組立体6181〜6183と、広角レンズ612を含む撮像センサ610とを含む。
構成要素は、中央軸A−A’の周りにほぼ対称的に配置される。1つの実施形態では、中央軸A−A’は、撮像センサ610の光軸と一致する。1つの実施形態では、照明光源602及び投影光源604は、中央軸A−A’の第1の端部に配置される。1つの実施形態では、照明光源602は、中央軸A−A’とほぼ平行な方向に照明をそれぞれ発する複数の発光ダイオード(LED)を備える。
1つの実施形態では、投影光源604は、中央軸A−A’とほぼ平行な方向に単一の光ビームをそれぞれ発する垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)などの複数のレーザ光源を備える。これ以後、投影光源604の1つによって発せられた単一ビームはまた、「一次ビーム」と称され得る。1つの実施形態では、投影光源604の各々は、人間の視覚に対して比較的安全であることが知られている波長の光を発する(例えば赤外線)。別の実施形態では、投影光源604は、それらの出力の強度を調整するための回路を含むことができる。別の実施形態では、投影光源604のうち1つ以上は、パルス式に光を発し、それによって画像取り込みに対する周囲光の影響を軽減することができる。
照明光源602は、光ファイバ606の第1のサブセットを介して照明光学系組立体618に接続される。照明光学系組立体618は、照明光源602によって生成された照明を適切な方向に向けるのを助けるレンズ、回折要素、又は他の構成要素を含み得る。1つの実施形態では、照明光学系組立体618は、照明光源602の近位(例えば、照明光源602によって発せられた光が伝播する方向に対して、照明光源602の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。図6Bにより明確に示すように、1つの実施形態では、照明光学系組立体618は、リング状配列で配置され、このとき中央軸A−A’は、リングの中心を通り抜け、照明光学系組立体618は、例えば、パウエルレンズ614と交互に、リング周りに定間隔で離間される。例えば、1つの実施形態では、第2のDOE308は、リング周りに約120度離して離間される。1つの実施形態では、照明光学系組立体618は、照明光源602によって発せられた光が伝播する方向に対して、撮像センサ610の主点(すなわち、光軸A−A’が画像平面と交差する点)の「後方」に配置される。
投影光源604は、光ファイバ606の第2のサブセットを介してGRINレンズ616に接続される。1つの実施形態では、GRINレンズ616は、投影光源604の近位(例えば、投影光源604によって発せられた光が伝播する方向に対して、投影光源604の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。各々GRINレンズ616は、DOE608の1つに結合され、このDOE608の1つは、パウエルレンズ614の1つに結合される。一緒に、GRINレンズ616、DOE608、及びパウエルレンズ614の各々のセットは、光ファイバ606を介して投影光源604の1つによって発せられた単一の光ビームを受信し、単一又は一次ビームを複数の二次ビームに分割する。DOE608は、一次ビームを異なる方向に一次ビームから分岐する複数の二次ビームに分割することができる任意の光学構成要素であり得る。例えば、1つの実施形態では、DOE608は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、マイクロレンズ、又はラインジェネレータを含むことができる。別の実施形態では、一次ビームは、回折以外の手段によって分割され得る。
図6Bに示すように、センサ600は、(1)照明光源602、光ファイバ606、及び照明光学系618(これ以後、「照明組立体」)、ならびに(2)投影光源604、光ファイバ606、GRINレンズ616、DOE608、及びパウエルレンズ614(これ以後、「投影組立体」)の各々を3セット含むことができる。照明組立体及び投影組立体は、中央軸A−A’周りに交互の形で配置することができ、それによって各々の照明組立体は、次の照明組立体から約120度だけ離間されるとともに、各々の投影組立体は、次の投影組立体から約120度だけ離間される。しかし、別の実施形態では、異なる個数の照明組立体及び投影組立体が使用されてもよい。加えて、照明組立体と投影組立体の間の間隔は、変更されてもよい。
撮像センサ610は、(例えば、照明組立体及び投影組立体によって発せられた光が伝播する方向に対して、照明組立体及び投影組立体の少なくとも部分的に「前」に)照明組立体及び投影組立体のリングの中央で中央軸A’A’に沿って配置される。1つの実施形態では、撮像センサ610は、静止カメラ又はビデオカメラなどの画像取り込みデバイスである。上記で論じたように、撮像センサ610は、半球視野を作り出す、魚眼レンズなどの広角レンズ612を含む。1つの実施形態では、撮像センサ610は、距離センサ600から物体又は点までの距離を算出するための回路を含む。別の実施形態では、撮像センサは、取り込まれた画像をネットワークを介してプロセッサに送るためのネットワークインタフェースを含み、この場合プロセッサは、距離センサ600から物体又は点までの距離を算出し、次いで、算出された距離を距離センサ300に戻す。
上記で論じたように、距離センサ600は、照明光と投影パターンの両方を発するその能力のため、内視鏡検査の応用に特によく適し得る。図7は、図6の距離センサ600によって発せられ得る第1の例示的な投影パターンを示す。図示するように、投影パターンは、平行線の複数のグループを備える(ただし、例えば、距離センサ600の各々の投影組立体が、平行線の1つのグループを投影する)。平行線のグループの平面は、中央軸A−A’の近くで交差することができる。
図8は、図6の距離センサ600によって発せられ得る第2の例示的な投影パターンを示す。図示するように、投影パターンは、平行線の複数のグループを備える(ただし、例えば、距離センサ600の各々の投影組立体が、平行線の1つのグループを投影する)。平行線のグループの平面は、中心が中央軸A−A’の近くに位置する三角形形状を形成するように交差することができる。
図9は、本開示の距離センサの第4の実施形態の一部を示す。特に、図9は、撮像センサ(図示せず)による検出のためのパターンを投影するために使用することができる距離センサの光学ユニット900を示す。複数の同じように構成された光学ユニットは、複数の投影パターンを視野内に投影するために共通の回路基板上に配置することができる。
図9に示すように、光学ユニット900は、小型の構成内に配置された複数の構成要素を備える。構成要素は、回路基板902と、光源904と、コリメータレンズ906などの光案内手段と、これ以後回折光学素子(DOE)908と称されるビーム分割手段と、ラインジェネレータ910とを備える。
構成要素は、中央軸A−A’の周りに回路基板902上でほぼ対称的に配置される。1つの実施形態では、中央軸A−A’は、距離センサの撮像センサの光軸と一致する。光源904は、回路基板902上に直接配置することができ、1つの実施形態では、光源904は、中央軸A−A’の第1の端部に配置される。1つの実施形態では、光源904は、中央軸A−A’に沿って単一の光ビームを発するVCSELなどのレーザ光源である。これ以後、光源904によって発せられた単一ビームはまた、「一次ビーム」と称され得る。1つの実施形態では、光源904は、人間の視覚に対して比較的安全であることが知られている波長の光を発する(例えば赤外線)。別の実施形態では、光源904は、その出力の強度を調整するための回路を含むことができる。別の実施形態では、光源904は、パルス式に光を発し、それによって画像取り込みに対する周囲光の影響を軽減することができる。
コリメータレンズ906は、光源904の近位(例えば、光源904によって発せられた光が伝播する方向に対して、光源904の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、コリメータレンズ906は、光源904によって発せられた単一の光ビームをとらえ、単一又は一次ビームをDOE908に焦点を合わせるように配置される。
DOE908は、光源904の近位(例えば、光源904によって発せられた光が伝播する方向に対して、光源904の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、DOE908は、コリメータレンズ906によって焦点が合わされた単一の光ビームをとらえ、単一又は一次ビームを複数の二次ビームに分割するように配置される。DOE908は、一次ビームを異なる方向に一次ビームから分岐する複数の二次ビームに分割することができる任意の光学構成要素である。例えば、1つの実施形態では、DOE908は、円すい鏡、ホログラフィフィルム、又はマイクロレンズを含むことができる。この場合、複数の二次ビームは、円錐形状で配置される。別の実施形態では、一次ビームは、回折以外の手段によって分割され得る。
ラインジェネレータ910は、光源904の近位(例えば、光源904によって発せられた光が伝播する方向に対して、光源904の「前」)に中央軸A−A’に沿って配置される。特に、ラインジェネレータ910は、DOE908によって生成された複数の二次ビームをとらえるとともに、二次ビームを複数の三次ビームにさらに分割するように配置される。1つの実施形態では、ラインジェネレータ910は、パウエルレンズである。
光学ユニット900は、光ファイバを用いずに製造することができるので、それは、小型の距離センサに使用するためにとても小さいスケールで製造することができる。
図10は、本明細書において説明する機能を実行する際に使用するのに適した汎用コンピュータの高レベルのブロック図を示す。図10に示すように、システム1000は、1つ以上のハードウェアプロセッサ要素1002(例えば中央処理ユニット(CPU)、マイクロプロセッサ、又はマルチコアプロセッサ)と、メモリ1004、例えばランダムアクセスメモリ(RAM)及び/又は読み取り専用メモリ(ROM)と、距離を算出するためのモジュール1005と、様々な入力/出力デバイス1006(例えば、それだけに限定されないが、テープドライブ、フロッピー(登録商標)ドライブ、ハードディスクドライブ、又はコンパクトディスクドライブを含む記憶装置、受信機、送信機、レンズ及び光学系、出力ポート、入力ポート、及びユーザ入力デバイス(キーボード、キーパッド、マウス、マイクロホンなど))とを備える。1つだけのプロセッサ要素が示されているが、汎用コンピュータは、複数のプロセッサ要素を使用してよいことに留意されたい。さらに、1つだけの汎用コンピュータが図に示されているが、上記で論じた方法が、特定の説明上の例に関して分散式又は並行式に実施される場合、すなわち上記の方法又は方法全体のステップが、複数の又は並行の汎用コンピュータにわたって実施される場合、この図の汎用コンピュータは、これらの複数の汎用コンピュータの各々を表すように意図される。さらに、1つ以上のハードウェアプロセッサは、仮想化された又は共通化されたコンピューティング環境を支持するのに利用され得る。仮想化されたコンピューティング環境は、コンピュータ、サーバ、又は他のコンピューティングデバイスを表す1つ以上の仮想機械を裏付けることができる。そのような仮想化された仮想機械では、ハードウェアプロセッサなどのハードウェア構成要素及びコンピュータ可読記憶デバイスは、仮想化され又は論理的に表され得る。
本開示は、ソフトウェア及び/又はソフトウェア及びハードウェアの組み合わせにおいて、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を含むプログラマブルロジックアレイ(PLA)、又はハードウェアデバイス上に配備されるステートマシンを使用して実施することができ、汎用コンピュータ又は任意の他のハードウェアの等価物、例えば上記で論じた方法に関係するコンピュータ可読命令は、上記で開示した方法のステップ、機能、及び/又は動作を実行するようにハードウェアプロセッサを構成するために使用され得ることに留意されたい。1つの実施形態では、距離を算出するための本発明のモジュール又はプロセス1005(例えば、コンピュータ可読命令を含むソフトウェアプログラム)のための命令及びデータは、メモリ1004にロードされ、ハードウェアプロセッサ要素1002によって実行されて、例示的な方法400に関連して上記で論じたステップ、機能、又は動作を実施することができる。さらに、ハードウェアプロセッサが命令を実行して「動作」を実行するとき、これは、ハードウェアプロセッサが動作を直接的に実行すること、及び/又は動作を実行するように別のハードウェアデバイス又は構成要素(例えばコプロセッサなど)と共に促し、方向付け、共働することを含むことができる。
上記で説明した方法に関するコンピュータ可読命令又はソフトウェア命令を実行するプロセッサは、プログラムされたプロセッサ又は専用のプロセッサとして認識され得る。したがって、本開示の(関連するデータ構造を含む)距離を算出するための本発明のモジュール1005は、実体的な又は物理的な(広く言えば非一時的な)コンピュータ可読記憶デバイス又は媒体、例えば、揮発性メモリ、非揮発性メモリ、ROMメモリ、RAMメモリ、磁気又は光学ドライブ、デバイス、又はディスケット上などに記憶され得る。より詳細には、コンピュータ可読記憶デバイスは、コンピュータ又はアプリケーションサーバなどのプロセッサ又はコンピューティングデバイスによってアクセスされるデータ及び/又は命令などの情報を記憶する能力を提供する任意の物理的デバイスを備えることができる。
様々な実施形態が上記で説明されてきたが、これらは、限定的ではなく例としてのみ提示されていることを理解されたい。したがって、好ましい実施形態の広さ及び範囲は、上記で説明した例示的な実施形態のいずれにも限定されてはならず、以下の特許請求の範囲及びその等価物にしたがってのみ定義されなければならない。
Claims (18)
- 装置であって、
投影光源と、
前記投影光源によって発せられた光を案内するように配置された第1の光案内手段と、
前記第1の光案内手段によって案内された前記光を異なる方向に進む複数の投影ビームに分割するように配置された回折光学素子と、
視野内の物体に前記複数の投影ビームが入射することによって作り出された投影パターンを含む視野の画像を取り込むように配置された画像取り込みデバイスと、
前記投影光源とは異なる光源を含む照明光源と、
前記投影光源によって発せられた光を案内するように配置された第2の光案内手段と、
前記第2の光案内手段からの前記光を前記視野内に向けるように配置された照明光学系と、
を備え、
前記照明光学系が複数の照明光学系を備え、
前記回折光学素子が複数の回折光学素子を備え、
前記複数の照明光学系及び前記複数の回折光学素子が、前記画像取り込みデバイスの中央の光軸を中心としてリング状に交互パターンで配置されている、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記投影光源が単一レーザ光源を備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記投影光源が複数のレーザ光源を備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項3に記載の装置であって、
前記複数のレーザ光源は、少なくとも2つの異なるタイプのレーザ光源を備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記第1の光案内手段が複数の光ファイバを備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項5に記載の装置であって、
前記回折光学素子が複数の回折光学素子を備え、
前記複数の光ファイバの各々の光ファイバが、前記複数の回折光学素子のうち1つの回折光学素子に結合される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項6に記載の装置であって、さらに、
前記複数の回折光学素子とは別個であり、前記投影光源を前記複数の光ファイバに結合するさらなる回折光学素子を備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項6に記載の装置であって、
前記複数の回折光学素子が、前記画像取り込みデバイスの中央の光軸を中心としてリングで配置される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、さらに、
前記第1の光案内手段と前記回折光学素子の間に配置されたコリメートレンズと、
ラインジェネレータと、
を備え、
前記ラインジェネレータは、前記回折光学素子が、前記コリメートレンズと前記ラインジェネレータの間に位置するように配置される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9に記載の装置であって、
前記ラインジェネレータがパウエルレンズである、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9に記載の装置であって、
前記コリメートレンズが屈折率分布型レンズである、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記投影光源が、回路基板上に配置された複数の垂直共振器面発光レーザを備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項12に記載の装置であって、
前記光案内手段が、前記投影光源と前記回折光学素子の間に配置されたコリメートレンズを備える、
ことを特徴とする装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
前記コリメートレンズが屈折率分布型レンズである、
ことを特徴とする装置。 - 装置であって、
投影光源であって、回路基板上に配置された複数の垂直共振器面発光レーザを備える、投影光源と、
前記投影光源によって発せられた光を案内するように配置された第1の光案内手段であって、前記投影光源と回折光学素子の間に配置されたコリメートレンズを備える、第1の光案内手段と、
前記第1の光案内手段によって案内された前記光を異なる方向に進む複数の投影ビームに分割するように配置された前記回折光学素子と、
ラインジェネレータであって、前記回折光学素子が前記コリメートレンズと前記ラインジェネレータの間に位置するように配置される、ラインジェネレータと、
視野内の物体に前記複数の投影ビームが入射することによって作り出された投影パターンを含む視野の画像を取り込むように配置された画像取り込みデバイスと、
を備えることを特徴とする装置。 - 請求項15に記載の装置であって、
前記ラインジェネレータがパウエルレンズである、
ことを特徴とする装置。 - 装置であって、
複数の投影光源と、
第1の複数の光ファイバであって、前記第1の複数の光ファイバの各々の光ファイバの第1の端部が、前記複数の投影光源のうち1つの投影光源に結合される、第1の複数の光ファイバと、
複数の回折光学素子であって、前記複数の回折光学素子の各々の回折光学素子が、前記第1の複数の光ファイバのうち1つの光ファイバの第2の端部に結合される、複数の回折光学素子と、
前記複数の投影光源とは異なっている光源を備える複数の照明光源と、
第2の複数の光ファイバであって、前記第2の複数の光ファイバの各々の光ファイバの第1の端部が、前記複数の照明光源のうち1つの照明光源に結合される、第2の複数の光ファイバと、
複数の照明光学系であって、前記複数の照明光学系の各々の照明光学系は、前記第2の複数の光ファイバのうち1つの光ファイバの第2の端部に結合される、複数の照明光学系と、
画像取り込みデバイスであって、前記複数の回折光学素子及び前記複数の照明光学系が、前記画像取り込みデバイスの中央の光軸を中心としてリングで配置される、画像取り込みデバイスと、
を備えることを特徴とする装置。 - 装置であって、
回路基板上に配置された複数の垂直共振器面発光レーザと、
複数の屈折率分布型レンズであって、前記複数の屈折率分布型レンズの各々の屈折率分布型レンズが、前記複数の垂直共振器面発光レーザのうち1つの垂直共振器面発光レーザによって生成される光のビームをコリメートするように配置される、複数の屈折率分布型レンズと、
複数の回折光学素子であって、前記複数の回折光学素子の各々の回折光学素子が、前記複数の屈折率分布型レンズのうち1つの屈折率分布型レンズによってコリメートされたビームを異なる方向に進む複数のビームに分割するように配置される、複数の回折光学素子と、
複数のパウエルレンズであって、前記複数のパウエルレンズの各々のパウエルレンズが、前記複数の回折光学素子のうち1つの回折光学素子によって生成された複数のビームから投影パターンを生成するように配置される、複数のパウエルレンズと、
を備えることを特徴とする装置。
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KR102369792B1 (ko) * | 2015-03-05 | 2022-03-03 | 한화테크윈 주식회사 | 촬영 장치 및 촬영 방법 |
US10488192B2 (en) | 2015-05-10 | 2019-11-26 | Magik Eye Inc. | Distance sensor projecting parallel patterns |
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US20160377414A1 (en) | 2015-06-23 | 2016-12-29 | Hand Held Products, Inc. | Optical pattern projector |
US9835486B2 (en) | 2015-07-07 | 2017-12-05 | Hand Held Products, Inc. | Mobile dimensioner apparatus for use in commerce |
US20170017301A1 (en) | 2015-07-16 | 2017-01-19 | Hand Held Products, Inc. | Adjusting dimensioning results using augmented reality |
US10249030B2 (en) | 2015-10-30 | 2019-04-02 | Hand Held Products, Inc. | Image transformation for indicia reading |
US10225544B2 (en) | 2015-11-19 | 2019-03-05 | Hand Held Products, Inc. | High resolution dot pattern |
US10025314B2 (en) | 2016-01-27 | 2018-07-17 | Hand Held Products, Inc. | Vehicle positioning and object avoidance |
US10339352B2 (en) | 2016-06-03 | 2019-07-02 | Hand Held Products, Inc. | Wearable metrological apparatus |
US10163216B2 (en) | 2016-06-15 | 2018-12-25 | Hand Held Products, Inc. | Automatic mode switching in a volume dimensioner |
US10337860B2 (en) * | 2016-12-07 | 2019-07-02 | Magik Eye Inc. | Distance sensor including adjustable focus imaging sensor |
TWI758367B (zh) * | 2016-12-07 | 2022-03-21 | 美商麥吉克艾公司 | 投射平行圖案的距離感應器 |
US10909708B2 (en) | 2016-12-09 | 2021-02-02 | Hand Held Products, Inc. | Calibrating a dimensioner using ratios of measurable parameters of optic ally-perceptible geometric elements |
US11047672B2 (en) | 2017-03-28 | 2021-06-29 | Hand Held Products, Inc. | System for optically dimensioning |
US10589860B2 (en) * | 2017-05-23 | 2020-03-17 | Gopro, Inc. | Spherical infrared emitter |
US10401872B2 (en) * | 2017-05-23 | 2019-09-03 | Gopro, Inc. | Method and system for collision avoidance |
WO2018230203A1 (ja) * | 2017-06-13 | 2018-12-20 | シャープ株式会社 | 撮像装置 |
US10733748B2 (en) * | 2017-07-24 | 2020-08-04 | Hand Held Products, Inc. | Dual-pattern optical 3D dimensioning |
US10440349B2 (en) * | 2017-09-27 | 2019-10-08 | Facebook Technologies, Llc | 3-D 360 degrees depth projector |
JP2020537242A (ja) | 2017-10-08 | 2020-12-17 | マジック アイ インコーポレイテッド | 複数の可動センサを含むセンサシステムの校正 |
KR20200054326A (ko) * | 2017-10-08 | 2020-05-19 | 매직 아이 인코포레이티드 | 경도 그리드 패턴을 사용한 거리 측정 |
US10679076B2 (en) | 2017-10-22 | 2020-06-09 | Magik Eye Inc. | Adjusting the projection system of a distance sensor to optimize a beam layout |
US11062468B2 (en) | 2018-03-20 | 2021-07-13 | Magik Eye Inc. | Distance measurement using projection patterns of varying densities |
CN112119628B (zh) | 2018-03-20 | 2022-06-03 | 魔眼公司 | 调整相机曝光以用于三维深度感测和二维成像 |
US10593014B2 (en) * | 2018-03-26 | 2020-03-17 | Ricoh Company, Ltd. | Image processing apparatus, image processing system, image capturing system, image processing method |
US10584962B2 (en) | 2018-05-01 | 2020-03-10 | Hand Held Products, Inc | System and method for validating physical-item security |
EP3803266A4 (en) * | 2018-06-06 | 2022-03-09 | Magik Eye Inc. | DISTANCE MEASUREMENT USING HIGH DENSITY PROJECTION PATTERNS |
US11475584B2 (en) | 2018-08-07 | 2022-10-18 | Magik Eye Inc. | Baffles for three-dimensional sensors having spherical fields of view |
US11425359B2 (en) | 2018-08-23 | 2022-08-23 | Lg Electronics Inc. | Apparatus and method for generating three-dimensional image |
US11483503B2 (en) | 2019-01-20 | 2022-10-25 | Magik Eye Inc. | Three-dimensional sensor including bandpass filter having multiple passbands |
CN109633675B (zh) * | 2019-01-25 | 2021-04-13 | 广州市慧建科技有限公司 | 一种激光发射装置 |
WO2020197813A1 (en) | 2019-03-25 | 2020-10-01 | Magik Eye Inc. | Distance measurement using high density projection patterns |
US11019249B2 (en) | 2019-05-12 | 2021-05-25 | Magik Eye Inc. | Mapping three-dimensional depth map data onto two-dimensional images |
US11639846B2 (en) | 2019-09-27 | 2023-05-02 | Honeywell International Inc. | Dual-pattern optical 3D dimensioning |
JP2023504157A (ja) | 2019-12-01 | 2023-02-01 | マジック アイ インコーポレイテッド | 飛行時間情報を用いた三角測量ベースの3次元距離測定の向上 |
WO2021138139A1 (en) | 2019-12-29 | 2021-07-08 | Magik Eye Inc. | Associating three-dimensional coordinates with two-dimensional feature points |
CN115151945A (zh) | 2020-01-05 | 2022-10-04 | 魔眼公司 | 将三维相机的坐标系转成二维相机的入射点 |
EP3910286B1 (en) * | 2020-05-12 | 2022-10-26 | Hexagon Technology Center GmbH | Improving structured light projection through the minimization of visual artifacts by way of deliberately introduced optical aberrations |
KR102313115B1 (ko) * | 2021-06-10 | 2021-10-18 | 도브텍 주식회사 | 인공지능 신경망을 이용한 자율비행 드론 |
US11979548B2 (en) * | 2022-04-08 | 2024-05-07 | Himax Technologies Limited | Structured light projector and three-dimensional image sensing apparatus |
Family Cites Families (50)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62287215A (ja) * | 1986-06-06 | 1987-12-14 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡照明光学系装置 |
US4914460A (en) * | 1987-05-29 | 1990-04-03 | Harbor Branch Oceanographic Institution Inc. | Apparatus and methods of determining distance and orientation |
JP3141681B2 (ja) | 1994-04-27 | 2001-03-05 | キヤノン株式会社 | 防振機能を有した光学系 |
JPH08555A (ja) * | 1994-06-16 | 1996-01-09 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 内視鏡の照明装置 |
US5980454A (en) * | 1997-12-01 | 1999-11-09 | Endonetics, Inc. | Endoscopic imaging system employing diffractive optical elements |
US7581681B2 (en) * | 1998-03-24 | 2009-09-01 | Metrologic Instruments, Inc. | Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets |
JP2001161630A (ja) * | 1999-12-09 | 2001-06-19 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡装置 |
US7940299B2 (en) | 2001-08-09 | 2011-05-10 | Technest Holdings, Inc. | Method and apparatus for an omni-directional video surveillance system |
DE10308383A1 (de) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Storz Endoskop Produktions Gmbh | Verfahren und optisches System zur Vermessung der Topographie eines Meßobjekts |
JP4644540B2 (ja) * | 2005-06-28 | 2011-03-02 | 富士通株式会社 | 撮像装置 |
US20070091174A1 (en) | 2005-09-30 | 2007-04-26 | Topcon Corporation | Projection device for three-dimensional measurement, and three-dimensional measurement system |
US20070156051A1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-07-05 | Amit Pascal | Device and method for in-vivo illumination |
JP4760391B2 (ja) * | 2006-01-13 | 2011-08-31 | カシオ計算機株式会社 | 測距装置及び測距方法 |
JP4799216B2 (ja) | 2006-03-03 | 2011-10-26 | 富士通株式会社 | 距離測定機能を有する撮像装置 |
US8471892B2 (en) | 2006-11-23 | 2013-06-25 | Z. Jason Geng | Wide field-of-view reflector and method of designing and making same |
JP5242101B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-07-24 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | カプセル型内視鏡 |
US8282485B1 (en) | 2008-06-04 | 2012-10-09 | Zhang Evan Y W | Constant and shadowless light source |
WO2010006081A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-14 | Chiaro Technologies, Inc. | Multiple channel locating |
US8334900B2 (en) * | 2008-07-21 | 2012-12-18 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Apparatus and method of optical imaging for medical diagnosis |
JP5484098B2 (ja) | 2009-03-18 | 2014-05-07 | 三菱電機株式会社 | 投写光学系及び画像表示装置 |
JP4991787B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2012-08-01 | パナソニック株式会社 | 反射型光電センサ |
GB0921461D0 (en) * | 2009-12-08 | 2010-01-20 | Qinetiq Ltd | Range based sensing |
US8320621B2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-11-27 | Microsoft Corporation | Depth projector system with integrated VCSEL array |
US20110188054A1 (en) * | 2010-02-02 | 2011-08-04 | Primesense Ltd | Integrated photonics module for optical projection |
JP5163713B2 (ja) * | 2010-08-24 | 2013-03-13 | カシオ計算機株式会社 | 距離画像センサ及び距離画像生成装置並びに距離画像データ取得方法及び距離画像生成方法 |
CN103124514B (zh) * | 2010-08-24 | 2016-09-28 | 欧司朗有限公司 | 具有荧光单元的颜色可调光源单元 |
TWI428558B (zh) | 2010-11-10 | 2014-03-01 | Pixart Imaging Inc | 測距方法、測距系統與其處理軟體 |
JP5830270B2 (ja) | 2011-05-24 | 2015-12-09 | オリンパス株式会社 | 内視鏡装置および計測方法 |
US10054430B2 (en) | 2011-08-09 | 2018-08-21 | Apple Inc. | Overlapping pattern projector |
EP2743743B1 (en) * | 2011-08-12 | 2020-12-02 | Fujikura Ltd. | Optical fiber structure, illumination device, endoscope, and optical fiber structure manufacturing method |
JP2015513070A (ja) * | 2012-01-31 | 2015-04-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 表面の三次元構造を測定するための方法及び装置 |
WO2013129387A1 (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-06 | 日産自動車株式会社 | 距離計測装置及び距離計測方法 |
KR101630558B1 (ko) * | 2012-03-28 | 2016-06-14 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 촬상 장치 |
JP6250040B2 (ja) * | 2012-05-18 | 2017-12-20 | シーメンス・ヘルスケア・ダイアグノスティックス・インコーポレーテッドSiemens Healthcare Diagnostics Inc. | 魚眼レンズ・アナライザ |
EP2696590B1 (en) | 2012-08-06 | 2014-09-24 | Axis AB | Image sensor positioning apparatus and method |
US9741184B2 (en) * | 2012-10-14 | 2017-08-22 | Neonode Inc. | Door handle with optical proximity sensors |
CN110749951B (zh) | 2012-10-24 | 2022-12-30 | 视瑞尔技术公司 | 照明设备 |
US9285893B2 (en) * | 2012-11-08 | 2016-03-15 | Leap Motion, Inc. | Object detection and tracking with variable-field illumination devices |
US10466359B2 (en) * | 2013-01-01 | 2019-11-05 | Inuitive Ltd. | Method and system for light patterning and imaging |
US8768559B1 (en) | 2013-01-22 | 2014-07-01 | Qunomic Virtual Technology, LLC | Line projection system |
US9142019B2 (en) * | 2013-02-28 | 2015-09-22 | Google Technology Holdings LLC | System for 2D/3D spatial feature processing |
US10105149B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-10-23 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska | On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery |
US9364167B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-06-14 | Lx Medical Corporation | Tissue imaging and image guidance in luminal anatomic structures and body cavities |
US20140320605A1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Philip Martin Johnson | Compound structured light projection system for 3-D surface profiling |
EP3092601A4 (en) * | 2014-01-06 | 2017-11-29 | Eyelock Llc | Methods and apparatus for repetitive iris recognition |
GB2522248A (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-22 | Promethean Ltd | Interactive system |
JP6370177B2 (ja) | 2014-09-05 | 2018-08-08 | 株式会社Screenホールディングス | 検査装置および検査方法 |
US20160128553A1 (en) | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Zheng Jason Geng | Intra- Abdominal Lightfield 3D Endoscope and Method of Making the Same |
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---|---|---|
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