JP2001209807A - あいまいでない距離推定方法 - Google Patents
あいまいでない距離推定方法Info
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- JP2001209807A JP2001209807A JP2000341396A JP2000341396A JP2001209807A JP 2001209807 A JP2001209807 A JP 2001209807A JP 2000341396 A JP2000341396 A JP 2000341396A JP 2000341396 A JP2000341396 A JP 2000341396A JP 2001209807 A JP2001209807 A JP 2001209807A
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- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
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- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 目標物から反射されてきた輝度変調の位相シ
フトが定まると目標物までの距離が計算できるが、位相
シフトは２πを法として判定され得るに過ぎず、あいま
いな距離しか推定できない。 【解決手段】 デジタル画像の画像ピクセルから位相画
像を得る距離画像化システムと共に用いられるあいまい
でない距離推定方法において、（ａ）一以上のあいまい
な位相間隔を有する第一位相画像、及び（ｂ）第一位相
画像の位相間隔をシフトさせることによって生成される
少なくとも一つの追加的な位相画像、を生成し、２つの
位相画像の位相間隔の重なる領域が少なくとも一つ特定
し、第一位相画像におけるあいまいな位相間隔の少なく
とも一つの位相を、重なり領域に属する画像ピクセルの
位相値に基づいて調整し、位相調整は第一位相画像の位
相間隔における位相のあいまいさを解消する。
フトが定まると目標物までの距離が計算できるが、位相
シフトは２πを法として判定され得るに過ぎず、あいま
いな距離しか推定できない。 【解決手段】 デジタル画像の画像ピクセルから位相画
像を得る距離画像化システムと共に用いられるあいまい
でない距離推定方法において、（ａ）一以上のあいまい
な位相間隔を有する第一位相画像、及び（ｂ）第一位相
画像の位相間隔をシフトさせることによって生成される
少なくとも一つの追加的な位相画像、を生成し、２つの
位相画像の位相間隔の重なる領域が少なくとも一つ特定
し、第一位相画像におけるあいまいな位相間隔の少なく
とも一つの位相を、重なり領域に属する画像ピクセルの
位相値に基づいて調整し、位相調整は第一位相画像の位
相間隔における位相のあいまいさを解消する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して距離画像化
システムにより取り込まれた距離画像の処理の分野に係
り、特に、スキャナーレス・レーザーレーダー距離画像
化システムによって取り込まれた位相画像の推定、及び
展開に関する。
システムにより取り込まれた距離画像の処理の分野に係
り、特に、スキャナーレス・レーザーレーダー距離画像
化システムによって取り込まれた位相画像の推定、及び
展開に関する。
【０００２】
【従来の技術】スキャナーレス・レーザーレーダー距離
画像化システムは、米国特許第４，９３５，６１６号に
おいて説明されている。そこで説明されているシステム
は、現場の目標物に、振幅変調の範囲が１０ＭＨｚであ
る振幅変調されたレーザー源で光を当てる。システムの
画像取込部は、現場の目標物から反射されてきた光信号
を変調し得るマイクロチャネルプレートを有する。現場
の目標物から反射されてきた輝度変調の位相シフトは、
２つの画像を取り込むことによって計算できる。一方
は、光信号を変調していないものであり、他方は、レー
ザー源を変調するのに用いられたのと同じ振幅変調周波
数を用いてマイクロチャネルプレートによって位相が変
調された光信号を有するものである。両画像は空間的に
位置合わせされ、両者の違いは２つの変調波パターンの
干渉により生じる。右差異は、位相シフトに比例したＤ
Ｃ信号を生成する。位相シフトが一旦定まると、目標物
までの距離が計算できる。
画像化システムは、米国特許第４，９３５，６１６号に
おいて説明されている。そこで説明されているシステム
は、現場の目標物に、振幅変調の範囲が１０ＭＨｚであ
る振幅変調されたレーザー源で光を当てる。システムの
画像取込部は、現場の目標物から反射されてきた光信号
を変調し得るマイクロチャネルプレートを有する。現場
の目標物から反射されてきた輝度変調の位相シフトは、
２つの画像を取り込むことによって計算できる。一方
は、光信号を変調していないものであり、他方は、レー
ザー源を変調するのに用いられたのと同じ振幅変調周波
数を用いてマイクロチャネルプレートによって位相が変
調された光信号を有するものである。両画像は空間的に
位置合わせされ、両者の違いは２つの変調波パターンの
干渉により生じる。右差異は、位相シフトに比例したＤ
Ｃ信号を生成する。位相シフトが一旦定まると、目標物
までの距離が計算できる。
【０００３】位相シフトは、２πを法として判定され得
るに過ぎないので、結果として得られる距離はレーザー
変調の一波長の範囲内にしか見つからないことになる。
画像内の各点における距離を計算するためには、正確な
位相サイクル数が各位相測定値に加えられなければなら
ない。即ち、位相は、重なりを解き、「展開」されなけ
ればならない。ゆえに、あいまいでない（重なりのな
い）位相を決定するために、あいまいな（重なってい
る）位相測定値を展開することが望まれる。あいまいで
ない位相は、次いで、あいまいでない距離を計算するた
めに用いられ得る。前述の米国特許第４，９３５，６１
６号は、異なる変調周波数を有する２つの距離画像を生
成するために、レーザーと受信器とを異なる周波数で変
調することを提案している。この方法によると、レーザ
ー及び受信器の周波数のいずれよりも低い周波数であっ
て、両周波数の最大公約数となる周波数を有する波の一
波長の範囲内であいまいでない距離を得られる。この方
法は多くの場合に位相のあいまいさの問題を低減し得る
が、より小さいスケールではいまだ問題が存在する。
るに過ぎないので、結果として得られる距離はレーザー
変調の一波長の範囲内にしか見つからないことになる。
画像内の各点における距離を計算するためには、正確な
位相サイクル数が各位相測定値に加えられなければなら
ない。即ち、位相は、重なりを解き、「展開」されなけ
ればならない。ゆえに、あいまいでない（重なりのな
い）位相を決定するために、あいまいな（重なってい
る）位相測定値を展開することが望まれる。あいまいで
ない位相は、次いで、あいまいでない距離を計算するた
めに用いられ得る。前述の米国特許第４，９３５，６１
６号は、異なる変調周波数を有する２つの距離画像を生
成するために、レーザーと受信器とを異なる周波数で変
調することを提案している。この方法によると、レーザ
ー及び受信器の周波数のいずれよりも低い周波数であっ
て、両周波数の最大公約数となる周波数を有する波の一
波長の範囲内であいまいでない距離を得られる。この方
法は多くの場合に位相のあいまいさの問題を低減し得る
が、より小さいスケールではいまだ問題が存在する。
【０００４】位相のあいまいさの問題を解決するための
方法には主に２つのタイプ：分岐切断法及び加重最小二
乗法、がある。分岐切断法（文献：Ｇｏｌｄｓｔｅｉ
ｎ、Ｚｅｂｋｅｒ、及びＷｅｒｎｅｒ；「Ｓａｔｅｌｌ
ｉｔｅ ｒａｄａｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：
ｔｗｏ−ｄｅｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ ｕｎ
ｗｒａｐｐｉｎｇ」；Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ、
Ｖｏｌ．２３、 ｐｐ．７１３−７２０；１９９８、及
び、文献：Ｐｒａｔｉ、Ｇｉａｎｉ、及びＬｅｕｒａｔ
ｉ；「ＳＡＲ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：Ａ２−
Ｄ ｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅａｎｄ ａｂｓｏ
ｌｕｔｅ ｖａｌｕｅｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓ」；Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ
＆ Ｒｅｍｏｔｅ ＳｅｎｓｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ
ＩＧＡＲＳＳ１９９０、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ
Ｃ、ｐｐ．２０４３−２０４６；１９９０、において説
明されているものなど）は、矛盾を示す点同士（又は残
余点同士）を結ぶ線を用いる。分岐切断法は、残余数が
多い場合に充分に実行することができない。それらはし
ばしば局部平均化を用いるが望ましくない。なぜならそ
れは高周波情報を減衰させ得るからである。
方法には主に２つのタイプ：分岐切断法及び加重最小二
乗法、がある。分岐切断法（文献：Ｇｏｌｄｓｔｅｉ
ｎ、Ｚｅｂｋｅｒ、及びＷｅｒｎｅｒ；「Ｓａｔｅｌｌ
ｉｔｅ ｒａｄａｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：
ｔｗｏ−ｄｅｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ ｕｎ
ｗｒａｐｐｉｎｇ」；Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ、
Ｖｏｌ．２３、 ｐｐ．７１３−７２０；１９９８、及
び、文献：Ｐｒａｔｉ、Ｇｉａｎｉ、及びＬｅｕｒａｔ
ｉ；「ＳＡＲ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：Ａ２−
Ｄ ｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅａｎｄ ａｂｓｏ
ｌｕｔｅ ｖａｌｕｅｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓ」；Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ
＆ Ｒｅｍｏｔｅ ＳｅｎｓｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ
ＩＧＡＲＳＳ１９９０、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ
Ｃ、ｐｐ．２０４３−２０４６；１９９０、において説
明されているものなど）は、矛盾を示す点同士（又は残
余点同士）を結ぶ線を用いる。分岐切断法は、残余数が
多い場合に充分に実行することができない。それらはし
ばしば局部平均化を用いるが望ましくない。なぜならそ
れは高周波情報を減衰させ得るからである。
【０００５】最小二乗法（文献：Ｇｈｉｇｌｉａ 及び
Ｒｏｍｅｒｏ；「Ｒｏｂｕｓｔ ｔｗｏ−ｄｅｍｅｎｓ
ｉｏｎａｌ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ａｎｄ ｕｎｗｅｉｇ
ｈｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ ｔｈａ
ｔ ｕｓｅｓ ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ａｎ
ｄ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ」；Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、 Ｖｏｌ．１１、 ｐｐ．
１０７−１１７；１９９４、及び、文献：Ｐｒｉｔｔ
及びＳｈｉｐｍａｎ；「Ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓ
ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ ｕｎｗ
ｒａｐｐｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ＦＥＴ’ｓ」；ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉｅｎ
ｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ、 Ｖｏ
ｌ．３２、 ｐｐ．７０６−７０８；１９９４、に説明
されているものなど）は、傾き推定値内の誤差を最小に
する位相関数を決定する。高いノイズを含むエリアがあ
いまいな位相画像に存在する場合、低ノイズを含む周辺
のエリアが最小二乗位相展開アルゴリズムによって歪め
られ得る。
Ｒｏｍｅｒｏ；「Ｒｏｂｕｓｔ ｔｗｏ−ｄｅｍｅｎｓ
ｉｏｎａｌ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ａｎｄ ｕｎｗｅｉｇ
ｈｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ ｔｈａ
ｔ ｕｓｅｓ ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ａｎ
ｄ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ」；Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、 Ｖｏｌ．１１、 ｐｐ．
１０７−１１７；１９９４、及び、文献：Ｐｒｉｔｔ
及びＳｈｉｐｍａｎ；「Ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓ
ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ ｕｎｗ
ｒａｐｐｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ＦＥＴ’ｓ」；ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉｅｎ
ｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ、 Ｖｏ
ｌ．３２、 ｐｐ．７０６−７０８；１９９４、に説明
されているものなど）は、傾き推定値内の誤差を最小に
する位相関数を決定する。高いノイズを含むエリアがあ
いまいな位相画像に存在する場合、低ノイズを含む周辺
のエリアが最小二乗位相展開アルゴリズムによって歪め
られ得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既知
の分岐切断法及び加重最小二乗法における欠点を含まな
いあいまいでない距離推定方法を提供することである。
の分岐切断法及び加重最小二乗法における欠点を含まな
いあいまいでない距離推定方法を提供することである。
【０００７】本発明の更なる目的は、形態学的技術を用
いて測定された位相シフトのあいまいさをなくす（若し
くは展開する）ことである。
いて測定された位相シフトのあいまいさをなくす（若し
くは展開する）ことである。
【０００８】本発明の更なる目的は、画像群（取込装置
及び／若しくは照射源の位相オフセットの違いに相当す
る少なくとも３つの画像）を生成するスキャナーレス・
レーザーレーダー距離画像化システムによって得られる
位相シフトを展開する方法を提供することである。
及び／若しくは照射源の位相オフセットの違いに相当す
る少なくとも３つの画像）を生成するスキャナーレス・
レーザーレーダー距離画像化システムによって得られる
位相シフトを展開する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題の
一以上を克服することに方向付けられている。短くまと
めると、本発明の一態様によれば、デジタル画像の画像
ピクセルから位相画像を得る距離画像化システムと共に
用いられるあいまいでない距離推定方法を提供する。右
方法は、（ａ）一以上のあいまいな位相間隔を有する第
一位相画像、及び（ｂ）第一位相画像の位相間隔をシフ
トさせることによって生成される少なくとも一つの追加
的な位相画像、を生成することを含む。そこで、２つの
位相画像の位相間隔の重なる領域が少なくとも一つ特定
される。次いで、第一位相画像におけるあいまいな位相
間隔の少なくとも一つの位相が、重なり領域に属する画
像ピクセルの位相値に基づいて調整される。結果とし
て、位相調整は、第一位相画像の位相間隔における位相
のあいまいさを展開する。
一以上を克服することに方向付けられている。短くまと
めると、本発明の一態様によれば、デジタル画像の画像
ピクセルから位相画像を得る距離画像化システムと共に
用いられるあいまいでない距離推定方法を提供する。右
方法は、（ａ）一以上のあいまいな位相間隔を有する第
一位相画像、及び（ｂ）第一位相画像の位相間隔をシフ
トさせることによって生成される少なくとも一つの追加
的な位相画像、を生成することを含む。そこで、２つの
位相画像の位相間隔の重なる領域が少なくとも一つ特定
される。次いで、第一位相画像におけるあいまいな位相
間隔の少なくとも一つの位相が、重なり領域に属する画
像ピクセルの位相値に基づいて調整される。結果とし
て、位相調整は、第一位相画像の位相間隔における位相
のあいまいさを展開する。
【００１０】経路追跡技術若しくは最小二乗法に基づく
技術を用いる代わりに、本発明は「領域移動」アルゴリ
ズムを用いることによって位相のあいまいさを解決す
る。重なった位相画像を得るために、照射源（例えばレ
ーザー）若しくは取込装置（例えば強化器）のいずれか
の少なくとも３つの異なる位相シフトから画像を取り込
むことによってあいまいな位相が測定されるというモデ
ルを利用することによって、モデル内のパラメータは、
重なっている位相画像におけるあいまいさの領域を空間
的にシフトさせることによって移動する。形態学的な画
像処理技術を用いて、重なり領域の空間的移動は後述の
ように行われる。この領域移動技術によって、適正な位
相オフセットが決定され、あいまいでない位相画像が生
成される。他の位相展開技術との関連におけるこの領域
移動技術の利点は、歪みを生じさせることなくあいまい
でない位相を決定する点である（即ち、領域移動技術の
出力のみ得られれば、入力は正確に判明し得る）。
技術を用いる代わりに、本発明は「領域移動」アルゴリ
ズムを用いることによって位相のあいまいさを解決す
る。重なった位相画像を得るために、照射源（例えばレ
ーザー）若しくは取込装置（例えば強化器）のいずれか
の少なくとも３つの異なる位相シフトから画像を取り込
むことによってあいまいな位相が測定されるというモデ
ルを利用することによって、モデル内のパラメータは、
重なっている位相画像におけるあいまいさの領域を空間
的にシフトさせることによって移動する。形態学的な画
像処理技術を用いて、重なり領域の空間的移動は後述の
ように行われる。この領域移動技術によって、適正な位
相オフセットが決定され、あいまいでない位相画像が生
成される。他の位相展開技術との関連におけるこの領域
移動技術の利点は、歪みを生じさせることなくあいまい
でない位相を決定する点である（即ち、領域移動技術の
出力のみ得られれば、入力は正確に判明し得る）。
【００１１】本発明に掛かるこれら及び他の態様、目
的、機能、及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細
な説明及び付属の請求項を読み、及び添付した図面を参
照することによって、より明らかに理解され、評価され
るであろう。
的、機能、及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細
な説明及び付属の請求項を読み、及び添付した図面を参
照することによって、より明らかに理解され、評価され
るであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】レーザー発光体を照射源として採
用する距離画像化装置、及び画像輝度増幅器と電子セン
サとを採用する取込装置、はよく知られているため、本
説明は、本発明に掛かる態様の一部を形成する要素又は
より直接的に役立つ要素へ特に方向付けられている。こ
こに詳しく示されていない若しくは説明されていない要
素は、当業者から選ばれることが可能である。説明され
た実施形態の特定の態様は、ソフトウェアによって提供
される。以下の資料において説明されるようなシステム
においては、本発明の実現に必要なそのようなソフトウ
ェアはすべて従来通りであり、そのような分野では一般
的な技術の範囲内である。
用する距離画像化装置、及び画像輝度増幅器と電子セン
サとを採用する取込装置、はよく知られているため、本
説明は、本発明に掛かる態様の一部を形成する要素又は
より直接的に役立つ要素へ特に方向付けられている。こ
こに詳しく示されていない若しくは説明されていない要
素は、当業者から選ばれることが可能である。説明され
た実施形態の特定の態様は、ソフトウェアによって提供
される。以下の資料において説明されるようなシステム
においては、本発明の実現に必要なそのようなソフトウ
ェアはすべて従来通りであり、そのような分野では一般
的な技術の範囲内である。
【００１３】以下の説明においては、本発明の好ましい
実施形態は、少なくとも部分的にはソフトウェアとして
説明される。当業者は、そのようなソフトウェアと同等
のものがハードウェアで構成できることに容易に気がつ
くであろう。位相展開アルゴリズム及び方法はよく知ら
れているため、本説明は、本発明の一部を形成する又は
より直接的に役立つそのようなソフトウェア及び方法の
態様に特に直接的に方向付けられている。そのようなア
ルゴリズム及びシステムの他の態様、及び画像信号を生
成若しくは少なくとも処理するハードウェア及び／若し
くはソフトウェア、はそこに本分野では知られたそのよ
うなシステム、アルゴリズム、構成物、及び要素から選
ばれることが可能なここには詳しく示されていない若し
くは説明されていないものを含む。
実施形態は、少なくとも部分的にはソフトウェアとして
説明される。当業者は、そのようなソフトウェアと同等
のものがハードウェアで構成できることに容易に気がつ
くであろう。位相展開アルゴリズム及び方法はよく知ら
れているため、本説明は、本発明の一部を形成する又は
より直接的に役立つそのようなソフトウェア及び方法の
態様に特に直接的に方向付けられている。そのようなア
ルゴリズム及びシステムの他の態様、及び画像信号を生
成若しくは少なくとも処理するハードウェア及び／若し
くはソフトウェア、はそこに本分野では知られたそのよ
うなシステム、アルゴリズム、構成物、及び要素から選
ばれることが可能なここには詳しく示されていない若し
くは説明されていないものを含む。
【００１４】まだ更に、ここで用いられるものとして、
コンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能記録
媒体内に記録される。右記録媒体は、例えば、（フロッ
ピー（登録商標）ディスクなどの）磁気ディスク若しく
は磁気テープなどの磁気記録媒体、光ディスク、光テー
プ、若しくは機械読取可能バーコードなどの光学式記録
媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）若しくはリー
ドオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの電子記録装置、又は
コンピュータプログラムを記録するために採用される他
の物理的装置若しくは記録媒体、を有する。
コンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能記録
媒体内に記録される。右記録媒体は、例えば、（フロッ
ピー（登録商標）ディスクなどの）磁気ディスク若しく
は磁気テープなどの磁気記録媒体、光ディスク、光テー
プ、若しくは機械読取可能バーコードなどの光学式記録
媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）若しくはリー
ドオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの電子記録装置、又は
コンピュータプログラムを記録するために採用される他
の物理的装置若しくは記録媒体、を有する。
【００１５】まず図１について、距離画像化システム１
０は、情景（シーン）１２を照射し、次いで情景１２の
少なくとも３つの画像を有する画像群を取り込むために
用いられるレーザーレーダーとして示される。照射器１
４は、変調器１６によってその周波数が制御された電磁
放射能線ビームを発する。照射器１４は、通常、幅広い
範囲を照らすための光拡散器を有するレーザー装置であ
る。変調器１６は、様々な振幅の正弦変調を提供する。
変調された照射源は、以下の式（１）でモデル化され
る。
０は、情景（シーン）１２を照射し、次いで情景１２の
少なくとも３つの画像を有する画像群を取り込むために
用いられるレーザーレーダーとして示される。照射器１
４は、変調器１６によってその周波数が制御された電磁
放射能線ビームを発する。照射器１４は、通常、幅広い
範囲を照らすための光拡散器を有するレーザー装置であ
る。変調器１６は、様々な振幅の正弦変調を提供する。
変調された照射源は、以下の式（１）でモデル化され
る。
【００１６】
【数１】 ここで、μＬは中間照度、ηは照射源係数、λは照射器
１４に適用される変調周波数である。変調周波数は、充
分に正確な距離推定値を得られるくらい充分高い（例え
ば１０ｍＨｚ）。出力ビーム１８は、受信部２２に向か
って直接戻る。よく知られているように、反射ビーム２
０は、送信された出力ビーム１８が遅延されたものであ
り、画像取込システムから情景１２までの距離に相当す
る位相遅延量を有する。反射ビーム２０は、振幅偏差を
画像輝度増幅器２６へ衝突する変調された電子流へ変換
する光電陰極２４により感知される。画像輝度増幅器２
６の出力は、以下の式（２）でモデル化される。
１４に適用される変調周波数である。変調周波数は、充
分に正確な距離推定値を得られるくらい充分高い（例え
ば１０ｍＨｚ）。出力ビーム１８は、受信部２２に向か
って直接戻る。よく知られているように、反射ビーム２
０は、送信された出力ビーム１８が遅延されたものであ
り、画像取込システムから情景１２までの距離に相当す
る位相遅延量を有する。反射ビーム２０は、振幅偏差を
画像輝度増幅器２６へ衝突する変調された電子流へ変換
する光電陰極２４により感知される。画像輝度増幅器２
６の出力は、以下の式（２）でモデル化される。
【００１７】
【数２】 ここで、μＭは中間強度、γは増幅係数、λは輝度増幅
器２６に適用される変調周波数である。画像輝度増幅の
目的は、画像の輝度を増幅するためというよりむしろ変
調遮断器として働くためである。画像輝度増幅器２６に
入ると、電子流は、最初に、変調器１６と接続された薄
い導電性シート２８に衝突し、電子流は変調器１６から
の変調信号によって変調される。次いで、変調された電
子流は二次放射を通じてマイクロチャネルプレート３０
によって増幅される。増幅された電子流は、エネルギー
を可視的な光画像へ変換する蛍光スクリーン３２に衝突
する。増幅された光画像信号は、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）などの取込機構３４によって取り込まれる。取り込
まれた画像信号は、情景の各点における位相オフセット
を判定するために距離処理器３６に適用される。距離ρ
における目標物の位相項ωは以下の式（３）で与えられ
る。
器２６に適用される変調周波数である。画像輝度増幅の
目的は、画像の輝度を増幅するためというよりむしろ変
調遮断器として働くためである。画像輝度増幅器２６に
入ると、電子流は、最初に、変調器１６と接続された薄
い導電性シート２８に衝突し、電子流は変調器１６から
の変調信号によって変調される。次いで、変調された電
子流は二次放射を通じてマイクロチャネルプレート３０
によって増幅される。増幅された電子流は、エネルギー
を可視的な光画像へ変換する蛍光スクリーン３２に衝突
する。増幅された光画像信号は、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）などの取込機構３４によって取り込まれる。取り込
まれた画像信号は、情景の各点における位相オフセット
を判定するために距離処理器３６に適用される。距離ρ
における目標物の位相項ωは以下の式（３）で与えられ
る。
【００１８】
【数３】 ここで、ｃは真空での光速である。この点における反射
光は以下の式（４）でモデル化される。
光は以下の式（４）でモデル化される。
【００１９】
【数４】 ここでκは目標物から反射された照度係数である。この
点におけるピクセル応答Ｐは反射光の積分であり、輝度
増幅の効果である。
点におけるピクセル応答Ｐは反射光の積分であり、輝度
増幅の効果である。
【００２０】
【数５】 前述の先願（米国特許第４，９３５，６１６号）に開示
されている距離画像化システムにおいては、基準画像
は、マイクロチャネルプレート３０が変調されておら
ず、しかし平均応答に保たれている時間中に取り込まれ
る。この場合、式（５）は基本的には変わらないが、Ｍ
（ｔ）が単に一定値μＭとなる。距離は、各ピクセルに
対して、基準画像及び位相画像におけるピクセル値の関
数として位相項を復元することによって、推定される。
この方法が強力でないのには幾つか理由がある。解析が
連続値に依存するという事実もこれに含まれる。距離推
定は、基準画像に関する位相画像部分に基づく。デジタ
ルシステムに対しては、基準画像応答が減る時に基準画
像に対する位相画像の量子化も相対的に減る。このシス
テムは更に幾分ノイズに敏感である。
されている距離画像化システムにおいては、基準画像
は、マイクロチャネルプレート３０が変調されておら
ず、しかし平均応答に保たれている時間中に取り込まれ
る。この場合、式（５）は基本的には変わらないが、Ｍ
（ｔ）が単に一定値μＭとなる。距離は、各ピクセルに
対して、基準画像及び位相画像におけるピクセル値の関
数として位相項を復元することによって、推定される。
この方法が強力でないのには幾つか理由がある。解析が
連続値に依存するという事実もこれに含まれる。距離推
定は、基準画像に関する位相画像部分に基づく。デジタ
ルシステムに対しては、基準画像応答が減る時に基準画
像に対する位相画像の量子化も相対的に減る。このシス
テムは更に幾分ノイズに敏感である。
【００２１】上記先願において提案された方法の制限を
克服する強力な方法は、同時係属出願：「Ｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｃａｎｎｅ
ｒｌｅｓｓ Ｒａｎｇｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃａｐｔｕ
ｒｅ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｆｉｌ
ｍ」、出願人：Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ａｌｌｅｎ Ｒａ
ｙ、Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｐ． Ｍａｔｈｅｒｓ、受領証番
号：７８５１０ＭＧＢ、において説明されている。右出
願は同一の譲受人に譲渡され、本出願に参照され組み込
まれる。位相画像及び基準画像を集める代わりに、改善
後の方法は、少なくとも３つの位相画像（以下、画像群
という）を集める。従前の方法では、マイクロチャネル
プレート３０及びレーザー照射器１２は、フェーズロッ
クされていた。改善後の方法は、マイクロチャネルプレ
ート３０の位相を照射器１２の位相に関連してシフトさ
せ、各位相画像が異なる位相オフセットを有する。この
目的のために、距離処理器３６は、平均照度レベル及び
その他必要となり得る取込関数と同様に変調器１６の位
相オフセットを制御するために接続されるのに適してい
る。画像輝度増幅器２６（若しくはレーザー照射器１
４）の位相がθ ｉシフトしていると、数式５から得られ
るピクセル応答は下記式（６）のようになる。
克服する強力な方法は、同時係属出願：「Ｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｃａｎｎｅ
ｒｌｅｓｓ Ｒａｎｇｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃａｐｔｕ
ｒｅ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｆｉｌ
ｍ」、出願人：Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ａｌｌｅｎ Ｒａ
ｙ、Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｐ． Ｍａｔｈｅｒｓ、受領証番
号：７８５１０ＭＧＢ、において説明されている。右出
願は同一の譲受人に譲渡され、本出願に参照され組み込
まれる。位相画像及び基準画像を集める代わりに、改善
後の方法は、少なくとも３つの位相画像（以下、画像群
という）を集める。従前の方法では、マイクロチャネル
プレート３０及びレーザー照射器１２は、フェーズロッ
クされていた。改善後の方法は、マイクロチャネルプレ
ート３０の位相を照射器１２の位相に関連してシフトさ
せ、各位相画像が異なる位相オフセットを有する。この
目的のために、距離処理器３６は、平均照度レベル及び
その他必要となり得る取込関数と同様に変調器１６の位
相オフセットを制御するために接続されるのに適してい
る。画像輝度増幅器２６（若しくはレーザー照射器１
４）の位相がθ ｉシフトしていると、数式５から得られ
るピクセル応答は下記式（６）のようになる。
【００２２】
【数６】 位相項ωを式から引き出せることが望ましい。しかし、
この項は単一の画像からは直接入手しにくい。式（６）
において未知数は３つあり、平均項μＬμＭ、モジュー
ル項κγ、位相項ω、である。結果として、数学的に
（３つの画像からの）３つのサンプル値のみが、情景内
の目標物までの距離によって生じる位相項の推定値を得
るのに要求される。よって、同一の位相シフトを有して
取り込まれた３つの画像が１組あれば、ωを決定するの
に充分である。簡便のため、位相シフトは、 θｉ＝２πｉ／３（ここで、ｉ＝０、１、２） で与えられる。以下の説明において、画像群は、同じ情
景の画像であるが、各画像が異なる位相オフセットを有
する画像の集まりから成り、右異なる位相オフセットは
マイクロチャネルプレートに適用される変調から得られ
る。アナログ解析がマイクロチャネルプレート３０の代
わりに照射器１４の位相をシフトさせることによって実
行されることも可能であることも理解されるべきであ
る。
この項は単一の画像からは直接入手しにくい。式（６）
において未知数は３つあり、平均項μＬμＭ、モジュー
ル項κγ、位相項ω、である。結果として、数学的に
（３つの画像からの）３つのサンプル値のみが、情景内
の目標物までの距離によって生じる位相項の推定値を得
るのに要求される。よって、同一の位相シフトを有して
取り込まれた３つの画像が１組あれば、ωを決定するの
に充分である。簡便のため、位相シフトは、 θｉ＝２πｉ／３（ここで、ｉ＝０、１、２） で与えられる。以下の説明において、画像群は、同じ情
景の画像であるが、各画像が異なる位相オフセットを有
する画像の集まりから成り、右異なる位相オフセットは
マイクロチャネルプレートに適用される変調から得られ
る。アナログ解析がマイクロチャネルプレート３０の代
わりに照射器１４の位相をシフトさせることによって実
行されることも可能であることも理解されるべきであ
る。
【００２３】図２は、画像群からあいまいな位相画像の
計算を行う段階を示す。輝度増幅器（若しくはレーザー
又は両者の組み合わせ）の異なる位相オフセットを有す
る３つ以上（ｎ≧３）の画像が取り込まれると、これら
画像は画像群４０を形成する。画像群の各画像に式
（６）を適用し、ｃｏｓ項を展開すると、 Ｐｉ＝２μＬμＭπ＋κπγ（ｃｏｓ（ω）ｃｏｓ（θ
ｉ）−ｓｉｎ（ω）ｓｉｎ（θｉ）） となり、各点における未知数がｎ個の下記一次方程式系
が得られる。
計算を行う段階を示す。輝度増幅器（若しくはレーザー
又は両者の組み合わせ）の異なる位相オフセットを有す
る３つ以上（ｎ≧３）の画像が取り込まれると、これら
画像は画像群４０を形成する。画像群の各画像に式
（６）を適用し、ｃｏｓ項を展開すると、 Ｐｉ＝２μＬμＭπ＋κπγ（ｃｏｓ（ω）ｃｏｓ（θ
ｉ）−ｓｉｎ（ω）ｓｉｎ（θｉ）） となり、各点における未知数がｎ個の下記一次方程式系
が得られる。
【００２４】
【数７】 ここで、 Λ１＝２μＬμＭπ Λ２＝κπγｃｏｓ（ω） Λ３＝κπγｓｉｎ（ω） である。３つの画像のみ使う場合、この一次方程式系は
明確に解け、その解は数値アルゴリズムの幅広い多様性
に役立つ。丸め誤差を最小化するため、アルゴリズムは
枢軸計算を伴うＬＵ分割法（ＬＵ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｉｖｏｔｉｎｇ）を用いる。右
方法は、以下の文献に説明されている。文献：Ｇｏｌｕ
ｂ ａｎｄＶａｎ Ｌｏａｎ、「Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍ
ｐｕｔａｔｉｏｎｓ」３版、Ｊｏｈｎ Ｈｏｐｋｉｎｓ
大学出版、１９９６。他に多くの解決方法がある。例え
ば、分割置換法、逆元を直接計算する方法、クラーメル
の規則、などである。しかし、これらすべての方法は同
等の仕事を実行する。３つより多い画像が使われた場
合、一次方程式系は解が定まらず、その解は最小二乗法
の幅広い多様性に役立つ。例えば、３を超える数の画像
を有する画像群が取り込まれた場合、よって距離の推定
値は特異値展開を用いた最小二乗解析いより強化され得
る（例えば、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ
（ｔｈｅ Ａｒｔｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍ
ｐｕｔｉｎｇ）」、Ｗ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓ、Ｂ．Ｐ．Ｆｌ
ａｎｎｅｒｙ、 Ｓ．Ａ．Ｔｅｕｋｏｌｓｋｙ、 Ｗ．
Ｔ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉｎｇ、ケンブリッジ大学出版、ケ
ンブリッジ、１９８６、参照）。特に、丸め誤差に対し
て強力な特異値展開が選ばれる（Ｇｏｌｕｂ、Ｖａｎ
Ｌｏａｎ参照）。他の多くの解決方法が存在する。例え
ば、ＱＲ展開法、既定値変換法、２次計画問題のために
改良されたグラムシュミット置換法、などがある。しか
し、これらすべての方法は同等の仕事を実行する。
明確に解け、その解は数値アルゴリズムの幅広い多様性
に役立つ。丸め誤差を最小化するため、アルゴリズムは
枢軸計算を伴うＬＵ分割法（ＬＵ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｉｖｏｔｉｎｇ）を用いる。右
方法は、以下の文献に説明されている。文献：Ｇｏｌｕ
ｂ ａｎｄＶａｎ Ｌｏａｎ、「Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍ
ｐｕｔａｔｉｏｎｓ」３版、Ｊｏｈｎ Ｈｏｐｋｉｎｓ
大学出版、１９９６。他に多くの解決方法がある。例え
ば、分割置換法、逆元を直接計算する方法、クラーメル
の規則、などである。しかし、これらすべての方法は同
等の仕事を実行する。３つより多い画像が使われた場
合、一次方程式系は解が定まらず、その解は最小二乗法
の幅広い多様性に役立つ。例えば、３を超える数の画像
を有する画像群が取り込まれた場合、よって距離の推定
値は特異値展開を用いた最小二乗解析いより強化され得
る（例えば、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ
（ｔｈｅ Ａｒｔｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍ
ｐｕｔｉｎｇ）」、Ｗ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓ、Ｂ．Ｐ．Ｆｌ
ａｎｎｅｒｙ、 Ｓ．Ａ．Ｔｅｕｋｏｌｓｋｙ、 Ｗ．
Ｔ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉｎｇ、ケンブリッジ大学出版、ケ
ンブリッジ、１９８６、参照）。特に、丸め誤差に対し
て強力な特異値展開が選ばれる（Ｇｏｌｕｂ、Ｖａｎ
Ｌｏａｎ参照）。他の多くの解決方法が存在する。例え
ば、ＱＲ展開法、既定値変換法、２次計画問題のために
改良されたグラムシュミット置換法、などがある。しか
し、これらすべての方法は同等の仕事を実行する。
【００２５】この一次方程式系は、ベクトルΛ＝
［Λ１、Λ２、Λ３］τを求めるために、上記解決方法
のうちの一つ４２によって解かれる。この計算が画像群
のすべての位置（ｘ、ｙ）において行われるため、Λは
実際にすべての点における３つの要素ベクトルを含むベ
クトル画像４４である。位相項ωは、ブロック４６にお
いて、各点につき４つの象限における逆正接計算（下記
式（８））を用いて計算される。
［Λ１、Λ２、Λ３］τを求めるために、上記解決方法
のうちの一つ４２によって解かれる。この計算が画像群
のすべての位置（ｘ、ｙ）において行われるため、Λは
実際にすべての点における３つの要素ベクトルを含むベ
クトル画像４４である。位相項ωは、ブロック４６にお
いて、各点につき４つの象限における逆正接計算（下記
式（８））を用いて計算される。
【００２６】
【数８】 結果として得られる各点の位相値を集めると、あいまい
な位相画像４８が形成される。
な位相画像４８が形成される。
【００２７】一度位相が判定されると、距離γは以下の
ように計算することができる。
ように計算することができる。
【００２８】
【数９】 式（１）から（９）は、輝度増幅器及び／若しくはレー
ザーの異なる位相オフセットに対応した少なくとも３つ
の画像（すなわちｎ＝３）を有する画像群を用いて距離
を推定する方法について表す。しかし、ωは主位相間隔
（−π、π］内にまとめられているため、推定された距
離は一波長の範囲内であいまいである。
ザーの異なる位相オフセットに対応した少なくとも３つ
の画像（すなわちｎ＝３）を有する画像群を用いて距離
を推定する方法について表す。しかし、ωは主位相間隔
（−π、π］内にまとめられているため、推定された距
離は一波長の範囲内であいまいである。
【００２９】本発明の主目的は、位相のあいまいさを解
消することである。すなわち、重なりのない位相画像を
得るためには、各ピクセル位置におけるωに２πの何整
数倍の数を加えればよいかを判定すること、である。本
発明に示された位相開放方法は、主位相間隔を（−π、
π］から（−π＋α、π＋α］（ここで、｜α｜＜π／
２）へ変えることによって位相画像内の重なり領域を空
間的に移動する。図３は主位相間隔のシフトを示す。原
位相間隔（−π、π］は間隔指示線５０で示されてお
り、シフト後の間隔（−π＋α、π＋α］は間隔指示線
５２で示されている。このシフトは、位相が
消することである。すなわち、重なりのない位相画像を
得るためには、各ピクセル位置におけるωに２πの何整
数倍の数を加えればよいかを判定すること、である。本
発明に示された位相開放方法は、主位相間隔を（−π、
π］から（−π＋α、π＋α］（ここで、｜α｜＜π／
２）へ変えることによって位相画像内の重なり領域を空
間的に移動する。図３は主位相間隔のシフトを示す。原
位相間隔（−π、π］は間隔指示線５０で示されてお
り、シフト後の間隔（−π＋α、π＋α］は間隔指示線
５２で示されている。このシフトは、位相が
【００３０】
【数１０】 となり、式（７）におけるΛ２＋Λ３の値が
【００３１】
【数１１】 及び
【００３２】
【数１２】 となるように変更することによって実現される。ｓｉｎ
項及びｃｏｓ項を展開し、代数的に処理すると以下の２
式が得られる。
項及びｃｏｓ項を展開し、代数的に処理すると以下の２
式が得られる。
【００３３】
【数１３】
【００３４】
【数１４】 式（１０）及び式（１１）を
【００３５】
【数１５】 について解くと、
【００３６】
【数１６】 と求まる。ここで、
【００３７】
【数１７】 であるから、位相シフトは
【００３８】
【数１８】 となる。位相シフトωαの画像（以下、Ωαという）に
おけるあいまいな領域は、位相シフトωの画像における
領域から空間的に移動される。
おけるあいまいな領域は、位相シフトωの画像における
領域から空間的に移動される。
【００３９】この点に関し述べられている位相展開方法
は、位相シフトαによって変動される前述の第一位相画
像Ωα及び位相シフトβによって変動される第二位相画
像Ω βの２つの変動される位相画像に対して作動する。
第二位相画像Ωβは、主位相間隔が（−π、π］から
（−π＋β、π＋β］（ここで、α＜β）へ変えること
によって空間的に移動された重なり領域を有する。図３
は、主位相間隔におけるこのシフトも示し、シフト後の
間隔（−π＋β、π＋β］は間隔指示線５４で示されて
いる。しかし、その最も一般的な意味において、本発明
で述べられている位相展開方法は、２つの位相画像につ
き作動すると理解され得る。うち一つは、変動されない
あいまいな位相を有する位相画像、即ち前述の第一位相
画像Ωα又は第二位相画像Ωβであり、ここではα＝０
若しくはβ＝０である。一つの変動された位相画像を有
する一般的な場合のいずれにおいても、本発明は、同様
に実施される。即ち、２つの位相画像間の重なり領域を
（後述するように）見つけることによって実施される。
（更に注目すべきは、α＝０の時、第一位相画像に対し
て
は、位相シフトαによって変動される前述の第一位相画
像Ωα及び位相シフトβによって変動される第二位相画
像Ω βの２つの変動される位相画像に対して作動する。
第二位相画像Ωβは、主位相間隔が（−π、π］から
（−π＋β、π＋β］（ここで、α＜β）へ変えること
によって空間的に移動された重なり領域を有する。図３
は、主位相間隔におけるこのシフトも示し、シフト後の
間隔（−π＋β、π＋β］は間隔指示線５４で示されて
いる。しかし、その最も一般的な意味において、本発明
で述べられている位相展開方法は、２つの位相画像につ
き作動すると理解され得る。うち一つは、変動されない
あいまいな位相を有する位相画像、即ち前述の第一位相
画像Ωα又は第二位相画像Ωβであり、ここではα＝０
若しくはβ＝０である。一つの変動された位相画像を有
する一般的な場合のいずれにおいても、本発明は、同様
に実施される。即ち、２つの位相画像間の重なり領域を
（後述するように）見つけることによって実施される。
（更に注目すべきは、α＝０の時、第一位相画像に対し
て
【００４０】
【数１９】 となり、従ってこれは式（８）から得られる原位相画像
である。）図４Ａは、その主位相間隔が（−π＋α、π
＋α］である第一位相画像Ωα５６と、その主位相間隔
が（−π＋β、π＋β］である第二位相画像Ωβ５８
と、の間の境界線を示す。画像Ωαから画像Ωβへのあ
いまいな領域の移行を追跡すると、ここでは一般性が失
われないようにα＜βであるとすると、位相画像を展開
するための適切なオフセットが得られる。よって、この
プロセスにおける第一工程Ｓ１００は、図６に示されて
いるように、−π／２＜α＜β＜π／２を限界としてそ
れぞれシフトさせたあいまいな原位相画像から第一及び
第二位相画像Ω α、Ωβを生成する工程である。次の工
程Ｓ１０２は、画像Ωα及びΩβにおける重なり領域を
特定する。位相シフトが重なるところに境界領域が存在
するため、位相の違いが２πに近づくところを探すため
に様々な端検知技術が用いられる。境界ピクセルを橋渡
しするための形態学的技術を採用することも必要であ
る。すべての領域が一旦特定されると、各画像は相互に
排他独立の領域の結合としてあらわされる。
である。）図４Ａは、その主位相間隔が（−π＋α、π
＋α］である第一位相画像Ωα５６と、その主位相間隔
が（−π＋β、π＋β］である第二位相画像Ωβ５８
と、の間の境界線を示す。画像Ωαから画像Ωβへのあ
いまいな領域の移行を追跡すると、ここでは一般性が失
われないようにα＜βであるとすると、位相画像を展開
するための適切なオフセットが得られる。よって、この
プロセスにおける第一工程Ｓ１００は、図６に示されて
いるように、−π／２＜α＜β＜π／２を限界としてそ
れぞれシフトさせたあいまいな原位相画像から第一及び
第二位相画像Ω α、Ωβを生成する工程である。次の工
程Ｓ１０２は、画像Ωα及びΩβにおける重なり領域を
特定する。位相シフトが重なるところに境界領域が存在
するため、位相の違いが２πに近づくところを探すため
に様々な端検知技術が用いられる。境界ピクセルを橋渡
しするための形態学的技術を採用することも必要であ
る。すべての領域が一旦特定されると、各画像は相互に
排他独立の領域の結合としてあらわされる。
【００４１】
【数２０】
【００４２】
【数２１】 ここで、Ωκ （ｉ）はｉ番目のΩκであり（任意の順
番）、ｍ及びｎはそれぞれΩα及びΩβにおける領域の
数である。
番）、ｍ及びｎはそれぞれΩα及びΩβにおける領域の
数である。
【００４３】もしαとβが大幅に異なれば、その場合す
べてのｉ＝１、２、・・・ｍに対して、Ωα （ｉ）は、
少なくともΩαの２つの領域と重なるΩβの少なくとも
１つの領域と重なる。同様に、すべてのｊ＝１、２、・
・・ｎに対して、Ωβ （ｊ）は、少なくともΩβの２つ
の領域と重なるΩαの少なくとも１つの領域と重なる。
再び図６に戻り、一般性が失われていないとすると、第
一領域Ωα （ｉ）は、展開された位相値を得るために、
工程Ｓ１０４において選ばれる。Ωαの他の領域は以下
のプロセスによって展開され得る．まず、工程Ｓ１０６
において、第一位相画像のΩα（Ωα （ｐ）とする）に
おいて第一領域Ωα （ｌ）及び別の第二領域の両方と重
なる第二位相画像Ωβの第一領域Ωβ （κ）が特定され
る。図４は、領域Ωα （ｌ）、Ωα （κ）、及びΩα
（ｐ）を図示する。図５は、領域Ω βを、Ωβ （κ）と
Ωα （ｐ）との間の重なり領域と共に示す。Ωβ （κ）
とΩ α （ｐ）との間の重なり領域６０（図５参照）に属
するΩβ内のピクセルが、（π＋α、π＋β］内の値、
即ち図３におけるプロットの間隔６２ａの範囲内の値、
であれば、工程Ｓ１０８において、Ωα （ｐ）に属する
Ωα内のピクセルは２π分オフセットされるべきであ
る。Ωβ （κ）とΩα （ｐ）との間の重なり領域６０に
属するΩβ内のピクセルが、（−π＋β、π＋α］内の
値、即ち図３におけるプロットの間隔６２ｂの範囲内の
値、であれば、（更に工程Ｓ１０８において）Ωα
（ｐ）に属するΩα内のピクセルは−２π分オフセット
されるべきである。Ωβの他の領域がΩα （ｌ）及びΩ
α内の別の領域（Ωα （ｑ）とする）の両方と重なる場
合、Ωα （ｌ）に対するオフセットは同様に決定され
る。
べてのｉ＝１、２、・・・ｍに対して、Ωα （ｉ）は、
少なくともΩαの２つの領域と重なるΩβの少なくとも
１つの領域と重なる。同様に、すべてのｊ＝１、２、・
・・ｎに対して、Ωβ （ｊ）は、少なくともΩβの２つ
の領域と重なるΩαの少なくとも１つの領域と重なる。
再び図６に戻り、一般性が失われていないとすると、第
一領域Ωα （ｉ）は、展開された位相値を得るために、
工程Ｓ１０４において選ばれる。Ωαの他の領域は以下
のプロセスによって展開され得る．まず、工程Ｓ１０６
において、第一位相画像のΩα（Ωα （ｐ）とする）に
おいて第一領域Ωα （ｌ）及び別の第二領域の両方と重
なる第二位相画像Ωβの第一領域Ωβ （κ）が特定され
る。図４は、領域Ωα （ｌ）、Ωα （κ）、及びΩα
（ｐ）を図示する。図５は、領域Ω βを、Ωβ （κ）と
Ωα （ｐ）との間の重なり領域と共に示す。Ωβ （κ）
とΩ α （ｐ）との間の重なり領域６０（図５参照）に属
するΩβ内のピクセルが、（π＋α、π＋β］内の値、
即ち図３におけるプロットの間隔６２ａの範囲内の値、
であれば、工程Ｓ１０８において、Ωα （ｐ）に属する
Ωα内のピクセルは２π分オフセットされるべきであ
る。Ωβ （κ）とΩα （ｐ）との間の重なり領域６０に
属するΩβ内のピクセルが、（−π＋β、π＋α］内の
値、即ち図３におけるプロットの間隔６２ｂの範囲内の
値、であれば、（更に工程Ｓ１０８において）Ωα
（ｐ）に属するΩα内のピクセルは−２π分オフセット
されるべきである。Ωβの他の領域がΩα （ｌ）及びΩ
α内の別の領域（Ωα （ｑ）とする）の両方と重なる場
合、Ωα （ｌ）に対するオフセットは同様に決定され
る。
【００４４】Ωα （ｌ）に対するプロセスが一旦完了す
ると、Ωα （ｌ）はΩαを形成する領域群から排他さ
れ、プロセス全体がΩαの境界領域から繰り返される。
しかし、決定された新しいオフセットは、現在の繰り返
しを開始したΩαの領域のオフセットに加えられなけれ
ばならない。Ωαのすべての領域について一旦検査する
と、次いで、各領域に対して蓄積されたオフセットはΩ
αの位相シフト値に対して加えられ、あいまいでない
（重なりのない）位相画像を生成する。
ると、Ωα （ｌ）はΩαを形成する領域群から排他さ
れ、プロセス全体がΩαの境界領域から繰り返される。
しかし、決定された新しいオフセットは、現在の繰り返
しを開始したΩαの領域のオフセットに加えられなけれ
ばならない。Ωαのすべての領域について一旦検査する
と、次いで、各領域に対して蓄積されたオフセットはΩ
αの位相シフト値に対して加えられ、あいまいでない
（重なりのない）位相画像を生成する。
【００４５】まとめると、レーザーレーダー距離画像化
システムを用いてあいまいでない位相シフトを推定する
技術を開発した。変調されたレーザー源若しくは受信器
の位相オフセットに対応する少なくとも３つの画像を取
り込んだ後、目標物から反射された強度変調の位相シフ
トが計算され得る。この位相シフトは目標物までの距離
を計算するために用いられ得る。しかし、位相シフトは
あいまいなである（それらは２πを法とする範囲内で判
定されるに過ぎない）。追加的なパラメータが位相計算
工程に導入される。形態学的画像処理技術と組み合わさ
れたこのパラメータの変動は、位相の重なりを除去する
ために追加的なオフセットが適用されるべきところで領
域を特定する。
システムを用いてあいまいでない位相シフトを推定する
技術を開発した。変調されたレーザー源若しくは受信器
の位相オフセットに対応する少なくとも３つの画像を取
り込んだ後、目標物から反射された強度変調の位相シフ
トが計算され得る。この位相シフトは目標物までの距離
を計算するために用いられ得る。しかし、位相シフトは
あいまいなである（それらは２πを法とする範囲内で判
定されるに過ぎない）。追加的なパラメータが位相計算
工程に導入される。形態学的画像処理技術と組み合わさ
れたこのパラメータの変動は、位相の重なりを除去する
ために追加的なオフセットが適用されるべきところで領
域を特定する。
【００４６】本発明は、好ましい実施形態について参照
しながら説明されたが、変形及び改良が、一般的な当業
者によって、本発明の範囲から逸脱することなく達成さ
れ得ることは評価されるであろう。
しながら説明されたが、変形及び改良が、一般的な当業
者によって、本発明の範囲から逸脱することなく達成さ
れ得ることは評価されるであろう。
【図１】画像群の取り込みのために本発明の実施におい
て用いられ得る既知の距離画像化システムのブロック図
である。
て用いられ得る既知の距離画像化システムのブロック図
である。
【図２】図１に示された距離画像化システムによって取
り込まれた画像群からあいまいな距離画像を計算する方
法に関する図である。
り込まれた画像群からあいまいな距離画像を計算する方
法に関する図である。
【図３】重なり領域におけるシフトの図例である。
【図４Ａ】図２において取り込まれたあいまいな距離画
像における重なりを除去するための適正な位相オフセッ
トを決定するための領域移動アルゴリズムを用いた場合
の効果の図例である。
像における重なりを除去するための適正な位相オフセッ
トを決定するための領域移動アルゴリズムを用いた場合
の効果の図例である。
【図４Ｂ】図２において取り込まれたあいまいな距離画
像における重なりを除去するための適正な位相オフセッ
トを決定するための領域移動アルゴリズムを用いた場合
の効果の図例である。
像における重なりを除去するための適正な位相オフセッ
トを決定するための領域移動アルゴリズムを用いた場合
の効果の図例である。
【図５】図４Ａ及び４Ｂに示された２つの位相画像間の
重なる領域の図例である。
重なる領域の図例である。
【図６】本発明に掛かるあいまいな位相画像の展開を含
む工程の図例である。
む工程の図例である。
１０ 距離画像化システム １２ 情景（シーン） １４ 照射器 １６ 変調器 １８ 出力ビーム ２０ 反射ビーム ２２ 受信部 ２４ 光電陰極 ２６ 画像輝度増幅器 ２８ 導電性シート ３０ マイクロチャネルプレート ３２ 蛍光スクリーン ３４ 取込機構 ３６ 距離処理器 ４０ 画像群 ４２ 式の解 ４４ ベクトル画像 ４６ ４つの象限における逆正接計算を行うブロック ４８ あいまいな位相画像 ５０ 原位相間隔（−π、π］を示す間隔指示線 ５２ シフト後の間隔（−π＋α、π＋α］を示す間隔
指示線 ５４ シフト後の間隔（−π＋β、π＋β］を示す間隔
指示線 ５６ 第一位相画像Ωα ５８ 第二位相画像Ωβ ６０ 重なり領域 ６０ａ プロットの間隔 ６０ｂ プロットの間隔
指示線 ５４ シフト後の間隔（−π＋β、π＋β］を示す間隔
指示線 ５６ 第一位相画像Ωα ５８ 第二位相画像Ωβ ６０ 重なり領域 ６０ａ プロットの間隔 ６０ｂ プロットの間隔
Claims (3)
- 【請求項１】 デジタル画像の画像ピクセルから得られ
る距離情報に対応する位相画像を生成する距離画像化シ
ステムと共に用いられるあいまいでない距離推定方法に
おいて、前記方法は、 距離画像化システムによって取り込まれた一以上の画像
に対して実施されるアルゴリズムから得られる位相項を
画像ピクセル内に含み、一以上のあいまいな位相間隔を
有する第一位相画像を生成する工程（ａ）と、 第一位相画像の位相間隔を変動させる位相シフトを上記
アルゴリズムに対して組み込むことによって少なくとも
一つの追加的な位相画像を生成する工程（ｂ）と、 第一画像の少なくとも一つの位相間隔と追加的な位相画
像の少なくとも一つの変動された位相間隔との間の少な
くとも一つの重なり領域を特定する工程（ｃ）と、 第一位相画像におけるあいまいな位相間隔の少なくとも
一つの位相を重なり領域に属する画像ピクセルの位相値
に基づいて調整する工程（ｄ）とを有し、それによって
第一位相画像の一以上のあいまいな位相間隔における位
相のあいまいさを解消する方法。 - 【請求項２】 工程（ａ）において、距離画像化システ
ムによって取り込まれた一以上の画像に対して実施され
るアルゴリズムから得られる位相項は、距離画像化シス
テムによって取り込まれた３つ以上の画像群に対応する
方程式系に対する解から得られ、工程（ｂ）は第一位相
画像の位相間隔を変動させる右方程式系の解における位
相シフトを組み入れることによって少なくとも一つの追
加的な位相画像を生成することを特徴とする請求項１記
載の方法。 - 【請求項３】 距離画像化システムは距離情報に対応す
るあいまいな原位相画像を生成し、第一位相画像はあい
まいな位相画像における位相間隔を位相量α分だけシフ
トさせることによってあいまいな原位相画像から生成さ
れ、前記少なくとも一つの追加的な位相画像は第一位相
画像の位相間隔をα＜βである位相量β分だけシフトさ
せることによって生成されることを特徴とする請求項１
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/449,101 US6288776B1 (en) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | Method for unambiguous range estimation |
| US449101 | 1999-11-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001209807A true JP2001209807A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=23782863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000341396A Pending JP2001209807A (ja) | 1999-11-24 | 2000-11-09 | あいまいでない距離推定方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6288776B1 (ja) |
| EP (1) | EP1103786B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001209807A (ja) |
| DE (1) | DE60029182T2 (ja) |
| IL (1) | IL138821A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102013093A (zh) * | 2010-12-02 | 2011-04-13 | 南京大学 | 一种基于Gram-Schmidt融合和LEGION的高分辨率遥感影像分割方法 |
| JP2012506994A (ja) * | 2008-07-15 | 2012-03-22 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 映像処理方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6856355B1 (en) * | 1999-11-30 | 2005-02-15 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for a color scannerless range image system |
| US6349174B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-02-19 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for a color scannerless range imaging system |
| US6456793B1 (en) * | 2000-08-03 | 2002-09-24 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for a color scannerless range imaging system |
| US7194112B2 (en) * | 2001-03-12 | 2007-03-20 | Eastman Kodak Company | Three dimensional spatial panorama formation with a range imaging system |
| US6507706B1 (en) * | 2001-07-27 | 2003-01-14 | Eastman Kodak Company | Color scannerless range imaging system using an electromechanical grating |
| US7003742B2 (en) * | 2002-01-10 | 2006-02-21 | Pdf Solutions, Inc. | Methodology for the optimization of testing and diagnosis of analog and mixed signal ICs and embedded cores |
| US20030147002A1 (en) * | 2002-02-06 | 2003-08-07 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for a color sequential scannerless range imaging system |
| US6943724B1 (en) | 2002-10-30 | 2005-09-13 | Lockheed Martin Corporation | Identification and tracking of moving objects in detected synthetic aperture imagery |
| EP1576385A2 (en) * | 2002-11-26 | 2005-09-21 | James F. Munro | An apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof |
| US6856382B2 (en) * | 2003-02-06 | 2005-02-15 | Eastman Kodak Company | Formation of three-dimensional video sequences with a scannerless range imaging system |
| US6864828B1 (en) | 2003-02-18 | 2005-03-08 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for collection and processing of interferometric synthetic aperture radar data |
| GB0316858D0 (en) * | 2003-07-18 | 2003-08-20 | Univ Nottingham | A process for radar measurements of the position and movement of indivual targets and of areas of land and ice |
| TWI257805B (en) * | 2005-04-28 | 2006-07-01 | Asmedia Technology Inc | A method for image enlargement |
| CN102564302A (zh) | 2010-12-10 | 2012-07-11 | 通用电气公司 | 测量系统和方法 |
| KR101722641B1 (ko) * | 2010-12-23 | 2017-04-04 | 삼성전자주식회사 | 3차원 영상 획득 장치 및 상기 3차원 영상 획득 장치에서 깊이 정보를 추출하는 방법 |
| KR101854188B1 (ko) * | 2011-10-25 | 2018-05-08 | 삼성전자주식회사 | 3차원 영상 획득 장치 및 3차원 영상 획득 장치에서 깊이 정보 산출 방법 |
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| CN103279945B (zh) * | 2013-04-26 | 2015-11-25 | 北京理工大学 | 一种基于质量图导引法和枝切法的干涉相位图解缠方法 |
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| US10996335B2 (en) | 2018-05-09 | 2021-05-04 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Phase wrapping determination for time-of-flight camera |
| US10607352B2 (en) | 2018-05-17 | 2020-03-31 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Reduced power operation of time-of-flight camera |
| WO2020214914A1 (en) * | 2019-04-19 | 2020-10-22 | Sense Photonics, Inc. | Single frame distance disambiguation |
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| US5581345A (en) * | 1990-12-03 | 1996-12-03 | Nikon Corporation | Confocal laser scanning mode interference contrast microscope, and method of measuring minute step height and apparatus with said microscope |
| US5621807A (en) | 1993-06-21 | 1997-04-15 | Dornier Gmbh | Intelligent range image camera for object measurement |
| JP3305083B2 (ja) * | 1993-12-22 | 2002-07-22 | キヤノン株式会社 | 光レーダ |
| US5995223A (en) * | 1998-06-01 | 1999-11-30 | Power; Joan Fleurette | Apparatus for rapid phase imaging interferometry and method therefor |
-
1999
- 1999-11-24 US US09/449,101 patent/US6288776B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-10-03 IL IL13882100A patent/IL138821A/xx not_active IP Right Cessation
- 2000-11-09 JP JP2000341396A patent/JP2001209807A/ja active Pending
- 2000-11-13 DE DE60029182T patent/DE60029182T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-13 EP EP00203974A patent/EP1103786B1/en not_active Expired - Lifetime
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| EP1103786A2 (en) | 2001-05-30 |
| EP1103786B1 (en) | 2006-07-05 |
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| IL138821A (en) | 2005-09-25 |
| IL138821A0 (en) | 2001-10-31 |
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