JP2001512241A - 走査装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 物体（Ｏ）の３次元形状を取得するための装置が単眼（図９）または立体（図８）デジタルカメラ装置を含み、このカメラは、重複画像から３次元情報の導出を容易にするためか（前者の場合）、または３次元データセットの組合せ（後者の場合）を容易にするために、この物体に対するカメラの位置および／または向きを示す慣性センサ（１１）を随意に備える。単一の自由に動き得るカメラを利用する変形（図１０、図１３および図１４）では、この慣性センサが不要になりまたは相対化移転を決めるためだけに使い、および少なくともこの物体（Ｏ，Ｏ’）に対するカメラの並進を画像（Ｉ）で点のネットワーク（ａ，ｂ，ｃ；ａ’，ｂ’，ｃ’）を追跡することによって決める。他の実施例（図３、図４および図６）では、画像処理装置が収束するエピポーラ線（ＥＰ_a〜ＥＰ_d）を利用してこれらの画像の相関する領域の探索を束縛し、または相関領域（Ｐ，Ｐ’）を両画像でそれらと同じトポロジイから識別できる投影フラクタルパターン（図１５および図１５Ａ）を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、物体の３次元形状、大きさ、または、例えば色のような、その他の
３次元形態を取得するための走査装置および方法に関する。本発明は、特に手持
ち式またはその他の自由に動かし得る３次元スキャナに関するがこれのみに関す
るわけではない。

【０００２】 我々が知る限り、二つの手持ち式スキャナ、即ち、ＵＳ４，６２７，７３４（
シュルツ）とそれに相当するＥＰ−Ａ−５５３，２２６に記載されているもの、
および我々自身のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９４とそれに相当する特許ＧＢ２，２
９２，６０５Ｂに記載されているものしか知られていない。シュルツのスキャナ
装置は、スキャナの瞬間位置および向きを決めるために固定光学系を利用し、我
々のＰＣＴ出願のスキャナの一実施例は、その位置および向きを決めるためにス
キャナ上の慣性センサを利用する。他の実施例は、別々の個々に取得した表面部
分を全体の３次元表面記述に組合わせるためにソフトウェア技術を利用する。シ
ュルツの特許と我々自身のＰＣＴ出願の両方が、走査される物体上に投影した光
学パターンを検出する傾斜した光検出器アレイによって深さ情報を直接取得する
光学装置を有するスキャナを開示する。

【０００３】 光学パターンの投影を要せず、且つ走査される物体に関して自由に動かし得る
一つのスキャナがＵＳ４，９９３，８３６（フルハシ外）に開示されていて、そ
れは、光軸が平行で、視野が走査される物体の領域で重複する、２台の離間した
カメラを含む写真測定装置を使用する。走査される物体上の点の任意の線をこれ
らのカメラのそれぞれの像面上に２本の線として投影し、このカメラ装置の幾何
学的構成がこの線の３次元形状を決定できるようにする。走査される物体の回転
後に同様な方法で得た重複する線をそれらの重複領域で相互に関係させることに
よって組合わせて、この物体の表面の一つの断面を形成する閉ループを導出し、
多数のそのような断面ループを導出し且つ組合わせてこの物体の表面のワイヤフ
レーム記述を作る。好適実施例では、この物体が大きな鍛造品で、それを回転し
、カメラは固定して１メートル離した。手持ち式スキャナに参考文献はない。

【０００４】 フルハシ外の幾何学的計算の原理を本発明の幾つかの実施例で使用し、以下の
図１および図２に示す。

【０００５】 それぞれ、ＸＹ（水平）平面およびＺＹ（垂直）平面内の２台のカメラ１およ
び２を示す、図１および図２を参照して、各カメラは、焦点距離ａの集束レンズ
Ｌおよび感光性結像面Ｉを含み、各カメラの光軸は、Ｚ軸から距離Ｓだけ離間し
ている。両カメラの視野内の物体上の任意の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、光線１０、１
０”および２０、２０”によって示すように、各カメラの結像面Ｉ上に結像する
。カメラ１は、この点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をこのカメラシステムの局部座標の点（ｘ
１，−ｙ）に結像し、カメラ２は、この点を局部座標の点（−ｘ２，−ｙ）に結
像する。

【０００６】 非偏向光線１０、１０’および１０”によって形成する相似三角形を考えて： （Ｓ−Ｘ）／Ｚ＝ｘ１／ａ （ｉ） （Ｘ＋Ｓ）／Ｚ＝−ｘ２／ａ （ii） Ｙ／Ｚ＝−ｙ／ａ （iii） 従って、Ｚ＝２Ｓａ／（ｘ１−ｘ２） （iｖ） Ｙ＝Ｚ（ｘ１−ｘ２）／２ａ） （ｖ） Ｙ＝−ｙＺ／ａ （ｖi） 従って、座標Ｘ、ＹおよびＺをｘ１、ｘ２およびｙから決定できる。

【０００７】 フルハシ外では、点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が焦点距離に比べて比較的遠いと仮定する
が、実際には上の解析は、例えば、レンズＬの絞り込みの結果として、焦点が合
っているならば、点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）がこれらのカメラから遠いかどうかに関係な
く適用できる。

【０００８】 画像の相関関係がフルハシには何も開示されていない。

【０００９】 複雑な形状の物体の場合に起きる問題は、一つのカメラの結像面上の特定の点
が他のカメラの結像面上の特定の点と対応するかどうか（即ち、これらの点が共
にこの物体の表面上の同じ点の共役点であるかどうか）を決めることが困難なこ
とである。例えば、物体の張出し領域が下に横たわる領域を覆い隠して、それが
一つのカメラの視野にしか現れないかも知れない。この問題は、特に、これらの
カメラの間隔が物体からの距離に比べて比較的大きいときに起きそうである。し
かし、この間隔を物体からの距離に対して減少すると、幾何学的精度が損われる
。

【００１０】 ＷＯ９１／１５７３２（ゴードン）は、レーザスキャナが一連のストライプを
走査される物体上に投影し、左および右のカメラがこの物体からの歪んだストラ
イプを検出する装置を開示する。一つのカメラの結像面の与えられた輝点を物体
の表面上の照明した点と単純に関連させることは、どのストライプがその点を照
明するのか分らないので、できないと認識されている。

【００１１】 従って、一つのカメラの結像面のストライプの任意の画素を選択し、カメラレ
ンズの中心を通って線を引き、レンズがこの線を空間に投影する。次に、この線
を他のカメラの結像面上に投影し、この他のカメラの結像面にできたエピポーラ
線が、やはりその結像面に結像した多数のストライプを刻む。これらの交点の何
れか一つが原理上上述の任意の画素と対応する。全ての交点を空間に投影し戻し
て、できた線のどれがレーザプロジェクタからのレーザストライプと交差するか
を決めることによって、対応する特定の点を見付ける。

【００１２】 上記の装置は、投影したパターンが必要であり、もし、最後に述べた投影点の
何れかが二つ以上のレーザストライプを切るか或いは殆ど切るならば、点の相関
に幾らかの不確定性が生ずるかも知れないという欠点がある。

【００１３】 この装置は、上述の張出しが損う精度の問題にも影響されやすい。

【００１４】 ちなみに述べてもよい、高精度の可能性がある一つの他の種類のスキャナは、
モアレ縞パターンの検出に基づく。そのようなスキャナの一つが我々の同時係属
特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９５／０２４３１（ムーア）に開示されている。

【００１５】 本発明の一つの目的は、投影パターンが必要ないスキャナ装置を提供すること
である。

【００１６】 ある実施例のもう一つの目的は、走査される物体に対するスキャナの運動をこ
の物体の画像の処理によって決め、慣性センサのようなハードウェアを要しない
（もっとも、慣性センサの出力をそのような処理を補足するために使うことがで
きるが）スキャナ装置を提供することである。

【００１７】 一つの態様で、本発明は、物体の３次元形状を取得するために請求項１に記載
のような装置を提供する。

【００１８】 もう一つの態様で、本発明は、物体の３次元形状を取得するために請求項８に
記載のような装置を提供する。

【００１９】 もう一つの態様で、本発明は、請求項１１に記載のような、重複画像を処理す
る方法を提供する。

【００２０】 もう一つの態様で、本発明は、請求項１７に記載のような、画像処理装置を提
供する。

【００２１】 もう一つの態様で、本発明は、請求項２４に記載のような、物体の３次元形状
を取得するための装置を提供する。

【００２２】 これらのカメラの“視点”は、物体に対するカメラの位置および／または向き
の差によって特徴付けることができる。

【００２３】 本発明の更なる独立の態様は請求項２６、２７、２８および３２に請求されて
いる。

【００２４】 本発明の好適実施例を添付の図面の図１ないし図１９を参照して、例としてだ
け、以下に説明する。

【００２５】 図１および図２は、既に参照されており、第１実施例の光学系に適用できる。
一つのカメラ結像面Ｉの与えられた点ｘ１，ｙが他のカメラの結像面の像点ｘ２
，ｙと関連付けられる（即ち、両点が物体の表面上の共通点Ｘ，Ｙ，Ｚの共役点
である）とすると、この点の座標Ｘ，Ｙ，Ｚを見付けることができる。しかし、
一般的に、この相関付けは、２台のカメラ１および２のそれぞれの結像面での二
つの画像の何らかの処理なしには行えない。

【００２６】 図３は、カメラ１の結像面の与えられた点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１と相関
する、カメラ２の結像面Ｉの点Ａ１、Ｂ２、Ｃ２およびＤ２を探す際の予備段階
を図解する。物体の表面上の点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが表面領域Ｓを画定し、両カ
メラによって上記の点の組として結像される。非偏向光線ａ、ｂ、ｃおよびｄが
ＡをＡ１に、ＢをＢ１に、ＣをＣ１におよびＤをＤ１に結合し、カメラ２の結像
面Ｉ上に結像されたとき、点Ｘ２’で交わる４本のエピポーラ線、それぞれ、Ｅ
Ｐ_aからＥＰ_dを形成する。これは、カメラ１のレンズＬの中心Ｘ１の共役点であ
る。これらのエピポーラ線の位置は、物体の位置および向きと独立であり、カメ
ラ２の画像領域Ａ１、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の頂点がこれらの上になければならない
。

【００２７】 図４は、これらのエピポーラ線の構成を示す。構成線ＣＯＮＳＴは、レンズＬ
の光学中心Ｘ１およびＸ２を結合するように構成する。すると、線ａがエピポー
ラ線ＥＰ_a上に投影し、それらの点Ａ２およびＸ２’が点Ｘ２ａと共に、三角形 Ａ，Ｘ１，Ｘ２と幾何学的に相似の三角形を形成することが分る。他のエピポー
ラ線も同様に構成でき、それらがＸ２から距離２Ｓ（Ｘ１とＸ２の間の間隔）の
点Ｘ２’で交差することに気付くだろう。

【００２８】 物体Ｏの位置の不確実性を図５および図６で図解する。もし、この物体が位置
Ｏにあれば、カメラ１の画像の点３および４は、それぞれ、カメラ２の画像の点
３’および４’と相関する。しかし、もし、この物体が位置Ｏにあれば、それら
は、それぞれ、点５および６と相関する。

【００２９】 さて、図５を参照して、簡単のために、上記の点を画定する物体Ｏの領域Ｓが
矩形である（即ち、互いから垂直に離れた二つの点３および二つの点４がある）
とすると、位置Ｏでカメラ１の画像領域３、３、４、４がカメラ２の画像領域７
と相関する。しかし、両画像領域７および８の頂点は、点３、３、４、４のエピ
ポーラ線ＥＰ上にある。一般的に、相関する領域（例えば、７および８）の範囲
に対応する物体の有り得る位置の範囲があり、しかしそれらは全てエピポーラ線
ＥＰの組上にあり、それらの線の位置は、完全にカメラの幾何学的構成によって
決り、物体の位置と独立である。

【００３０】 物体の真の位置は、頂点がそれぞれのエピポーラ線ＥＰ上にある種々の矩形画
像領域を選択し、それらを画像領域３、３、４、４と比較するアルゴリズムによ
って見付けることができる。最も良く適合する、これらのエピポーラ線上にある
カメラ２の画像領域をカメラ１の画像領域３、３、４、４と真に相関するものと
見做し、それによってこのカメラ装置を参照して物体の位置を定め、画像領域Ｓ
上の各点の３次元座標も図１および図２の幾何学的手順によって決められるよう
にする。

【００３１】 遙かに緩い相関画像の遙かに緩い拘束画像領域（例えば、空中調査中に撮った
写真）を相関付けるための適当なアルゴリズムは既に知られている、例えば、グ
ルーエンのアルゴリズム（グルーエン、ＡＷ“適合型最小自乗相関：強力画像整
合技術”写真測量、リモートセンシングおよび地図作成法のＳ Ａｆｒ Ｊ １
４巻３号（１９８５）およびグルーエン、ＡＷおよびバルトサビアス、ＥＰ“数
値地形モデル生成”国際アーチ写真測量２５巻３号（１９８６）ｐ２５４参照）
並びに特に、オットーおよびチャウ“地形画像整合用領域拡張アルゴリズム”イ
メ−ジ・アンド・ビジョン・コンピューティング１７巻２号１９８９年５月ｐ８
３に記載されている、それへの“領域拡張”修整で、それら全てを参考までにこ
ゝに援用する。

【００３２】 本質的に、グルーエンのアルゴリズムは、適合型の最小自乗相関アルゴリズム
で、典型的には１５×１５から３０×３０画素の二つの画像パッチを、これらの
画像の座標間にアフィン幾何学歪みを許容し（即ち、本来隣接する点がこの変換
で隣接するまゝである伸長または圧縮）且つこれらの画像パッチの画素のグレー
レベル間に放射計測歪みを許容することによって相関付け（即ち、大きな左と右
の画像から、これらのパッチ間に最も安定した整合を与えるような方法で選択す
る）、相関付けした画素間の食違いを表す線形方程式の過剰拘束の組を作り、こ
れらの食違いを最小にする最小自乗解を見付ける。

【００３３】 グルーエンのアルゴリズムは、本質的に会話形アルゴリズムで、正しい解に収
束する前に、送込むべき相関に対する妥当な近似を要求する。オットーおよびチ
ャウの領域拡張アルゴリズムは、一つの画像の点と他の画像の点の間の大体の整
合で始り、グルーエンのアルゴリズムを使ってより正確な整合を作り、且つ幾何
学的および放射計測的歪みパラメータを生成し、およびこれらの歪みパラメータ
を使って初期整合点の近隣領域の点に対する近似整合を予測する。これらの近隣
点は、あらゆる画素に対してグルーエンのアルゴリズムを実行するのを避けるた
めに、例えば、５または１０画素のグリッド間隔を有するグリッド上の四つの隣
接する点を選ぶことによって選択する。

【００３４】 この初期近似整合を生成するために使用する最初の点の対は、例えば、大体整
合する画画像にパターンまたは形態を探し、整合するパターンまたは形態の対内
で輪郭のはっきりした対を選ぶことによって見付けることができる。これは、人
間の介在なしに、適当なソフトウェアまたはファームウェアによって行うことが
できる。

【００３５】 整合画像領域を個々で説明したようにエピポーラ線上にあるように限定するこ
とによって、このアルゴリズムを遙かに速く且つ不確実性少なく収束するように
できる。これは、重要な利点である。

【００３６】 本実施例で表面領域Ｓの完全な３次元記述を導出するための手順を図７に要約
する。

【００３７】 ステップ１００で、パターン、例えば、３、３、４、４（図６）が一つのカメ
ラの結像面に選択され、その頂点の位置を定め、識別される。このパターンの形
状は、矩形、平行四辺形、正三角形、正六角形または繰返して光検出器アレイの
ほゞ全面積を覆えるその他の形態であるのが好ましいが、必須ではない。

【００３８】 ステップ１１０で、これらの頂点のエピポーラ線（例えば、図６のＥＰ）が他
のカメラの結像面上へ投影される。これらのエピポーラ線が１点（それは、必ず
しも他のカメラの感光性検出器内になくてもよいが、それの他のカメラの結像面
での座標はもし必要なら外挿法で見付けることができる）に収束し、ステップ１
００の選択したパターン境界と類似の形状を有するパターン境界の範囲を画定す
る。

【００３９】 ステップ１２０で、他のカメラの結像面で可能な対応するパターン頂点の組が
、ステップ１００で選択した形状（例えば、上記実施例の三角形）に対応するパ
ターン形状を選択し、その頂点を上記エピポーラ線に合わせることによって決め
られる。例えば、矩形パターンの異なる伸びおよびサイズの範囲が生ずる。

【００４０】 ステップ１３０で、これらのパターンの各々がステップ１００で選択したパタ
ーンと比較され、最も近く整合するパターン（例えば、画像密度分布、色分布、
コントラスト分布（即ち、画像密度の変化割合の分布）または上記パラメータの
何れかの重み付けした平均）が（例えば、グルーエンのアルゴリズムまたは類似
のアルゴリズムを使って）ステップ１００のパターンと最も良く相関するパター
ンとして選択される。次に、この整合パターン内の個々の画素を互いに相関付け
、スキャナに対するこれらの画素の３次元座標を、以下に図１２および図１３を
参照して示すように、決めることができる。

【００４１】 ステップ１４０で、上記ステップ１００から１３０を第１カメラの結像面で全
ての他のパターンに対して繰返し、従って各カメラの光検出器アレイの全画素を
相関付ける。

【００４２】 ある場合には、例えば、物体のある領域の張出しがこの物体表面のある領域を
両カメラによっては見えないようにする結果として、ステップ１２０で選択した
パターンのどれもステップ１００で選択したパターンに対応しないことに注意す
べきである。そのような場合、このプロセッサは、相関が不可能であり、新しい
パターンを選択する（ステップ１００）ことを報告する。

【００４３】 ステップ１００で選択したパターンのサイズは、重要ではないが、選択したパ
ターンの幾つかの画素は、他のカメラの視野内のパターンと相関するが他の画素
は相関せず、二つのパターンの不正確な整合に繋がる可能性を最小にするために
、好ましくは、この物体の大抵の表面形態より小さくあるべきである。このサイ
ズは、ユーザが選ぶこともできる。

【００４４】 上記実施例の変形を図８に更に詳しく示す。手持ち式スキャナ１３は、３軸振
動ジャイロスコープ装置１１（それは相互に垂直な軸θ_x、θ_yおよびθ_z周りの 回転速度を検出する）および加速度計１２（それは対応する軸Ｘ、ＹおよびＺに
沿う加速度を検出する）を含む慣性センサ装置を備える。これらのセンサからの
出力信号は、我々の付与された特許ＧＢ２，２９２，６０６Ｂ（その全開示を参
考までにこゝに援用する）の図２に示すものと類似のマイクロプロセッサ装置μ
Ｐによって処理し、結果の位置および向き情報を随意に着脱式である（小型ハー
ドディスクＭのような）メモリに記憶する。この位置および向きの情報は、この
プロセッサから両方向出力ポートを介して線、無線または光リンクによってコン
ピュータＰＣへ出力することもできる。コンピュータＰＣは、従来のＲＡＭ、ハ
ードディスクおよびマイクロプロセッサを備え、図３から図７に関連して既に言
及した処理並びに後に図１０から図１５に関連して説明する処理を行うように配
設されている。この装置は、再充電可能電池Ｂで駆動され、カメラ、加速度計お
よびジャイロスコープ装置からのデータの取得を手動操作トリガーボタンＴＲに
よって制御する。

【００４５】 マイクロプロセッサからの位置および向き情報は、図７の処理を実行するソフ
トウェアを案内するために、特にステップ１３０で整合パターンを探す際に使用
することができる。しかし、一旦整合を見付け、２台のカメラの画像が相関付け
られると、スキャナ１３に関する物体Ｏの位置および向きが確定することに注意
すべきである。この位置および向きは、ジャイロスコープおよび加速度計から得
たものより正確そうである。何故なら、後者はドリフトを受けやすいからである
。従って、画像相関ソフトウェアの案内の為だけにジャイロスコープおよび加速
度計から位置および向き情報を使うことが好ましい。

【００４６】 原則として、物体の全表面を１走査で走査できるが、ある場合には、重複走査
から得た表面部分を組合せることが必要かも知れず、この目的には、我々の同時
係属特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４で開示したプロセスを使うことがで
きる。

【００４７】 スキャナ１３は、物体Ｏを照明するための光源ＬＳ（例えば、ストロボ光）お
よび随意に、適当な光学パターンを物体Ｏの表面に投影することによって追加の
深さ情報またはその他の表面座標情報を導出するために使える、補助レーザ装置
ＬＡも坦持し：例えば、それは我々のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４の図１また
は図３に開示するものに類似する三角測量装置でもよく、またはモアレ装置でも
よい。

【００４８】 レーザ装置ＬＡが三角測量装置である、上記実施例の更なる重要変形では、カ
メラの光軸を、三角測量の被写界深度の中心に相当する距離にある、そのような
投影パターンの中心で交差するように配置し、カメラを、三角測量と同時にまた
は交互に、物体の真のモノクロまたはカラー表現を得るために使う。これは、三
角測量によって得た輪郭をカメラからの画像データを使って再現させるために、
三角測量によって獲得した３次元画像上に重畳することができる。この様にして
、輪郭以外の表面形態、例えば、表面印刷および色を取込むことができる。

【００４９】 光源ＬＳは、大抵の環境照明条件で、物体Ｏのために安定した入射光を与える
ために使うことができる。それは、三角測量プロセスとの干渉を避けるために、
カメラによる画像捕捉と同期することができる。

【００５０】 ジャイロスコープおよび加速度計から得た位置および姿勢データは、カメラお
よび三角測量装置からの画像データに連結して、カメラおよび三角測量装置から
のデータをリアルタイムでまたはオフラインで処理できるようにし、三角測量信
号による記述が不十分な領域をカメラからの画像データによって補正させ、また
はその逆にする。

【００５１】 その上、カメラが検出した表面形態（即ち、画素の何らかの明確に区別できる
パターン）またはそのような表面形態のグループを、スキャナ１３を物体Ｏに対
して動かすときに追跡することができ、そのような形態の運動および／または歪
みの傾向、および／またはそのような表面形態の運動または間隔の傾向を、スキ
ャナの次の位置および向きを予測するために、従って２台のカメラからの画像を
相関付ける際にソフトウェアを案内するために使うことができる。この情報は、
加速度計およびジャイロスコープからの加速度および回転速度データを補正する
ために使うこともできる。

【００５２】 カメラ１および２を使う立体的結像と三角測量の組合せが、広範囲の照明条件
で多種多様な表面トポロジイのためのレンジデータを作ることができるシステム
を提供することに注目すべきである。二つの方法が異なる照明条件でそれらの適
用性において、大きく相補的であるので、一つの方法によって導入されるエラー
を他からのデータによって大きく補正することができる。

【００５３】 我々のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４で開示したポストプロセシング法を使っ
て、三角測量装置またはモアレ装置またはカメラ１および２からの出力から得た
別々の取得表面領域を組合わせることができる。そのような方法は、そのような
方法を要する、上に説明したプロセスの何れかで使うための位置および向きのデ
ータを提供するために使うこともできる。

【００５４】 一実施例では、共通プロセッサをａ）２台のカメラ１および２からの立体的デ
ータを（例えば、本出願の図７のプロセスにより）処理するため、ｂ）フレーム
間の形態（画素の何らかの明確に区別できるものでよい）のグループを追跡する
ことによって物体に対するスキャナの位置および／または向きを予測するため、
並びにｃ）三角測量データ（例えば、我々のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４の図
１または図３の光学装置によって得たような）を処理するために使う。それぞれ
、Ｓ、ＦおよびＴで示すこれらのプロセスは、このプロセッサのフレーム率およ
び処理能力によって比率変動で逐次実行することができる。例えば、６０フレー
ム／秒で順序が： ＳＴＴＦＴＴＦＴで比が１：２：６になり、 ３０フレーム／秒で順序が： ＳＴＦＴＦＴで比が１：２：３になる。

【００５５】 図９は、物体Ｏを追跡しその形状を決めるために、単一カメラだけおよびマイ
クロプロセッサμＰを利用する、更なる実施例１３’を示す。

【００５６】 この実施例は、図１および図２で概説し、図１から図８の実施例が利用したの
と類似の立体画像処理を利用するが、物体に対するスキャナ１３’の異なる位置
および向きで得た画像を、この画像をその結像面Ｉで追跡することによって得た
スキャナの位置および向きについての情報を使って、立体的に組合わせる。この
処理は、このスキャナから出力データを受けるコンピュータＰＣによって実行さ
れる。

【００５７】 これを図１０に示す。物体Ｏ（図示を容易にするために多面体とする）がスキ
ャナに対して位置Ｏから位置Ｏ’まで動き、面ＡＢＣを結像面Ｉ上に最初画像ａ
ｂｃ（位置Ｏ）として、次に画像ａ’ｂ’ｃ’（位置Ｏ’）として投影する。非
偏向光線Ａａ’、Ｂｂ’およびＣｃ’を画像ａ’ｂ’ｃ’の位置およびカメラの
幾何学的構成の知識からだけで構成できる。確定したサイズおよび形状の三角形
ＡＢＣは、レンズＬの光学中心を越える１位置および向きだけでこれらの光線に
合わせることができる。従って、物体の位置および向きを追跡できる。

【００５８】 上記の解析は、物体の面ＡＢＣのサイズおよび向きが最初に分っていると仮定
することに注意すべきである。しかし、これは、物体に対するスキャナの運動を
追跡するために本質的ではない。それで、光線Ａａ、ＢｂおよびＣｃは、カメラ
の近くに位置する面Ａ’Ｂ’Ｃ’（図示の通り）を有する小さな物体と一致する
。しかし、（その最初の向きが図示の通りだとすると）位置Ｏ’とＯの間の物体
の検出した向きでの差が同じであり、スキャナの運動距離は、仮定した物体サイ
ズに比例するだろう。物体の形状は、影響されないだろう。

【００５９】 勿論、物体の最初の位置Ｏが光線Ａａ、ＢｂおよびＣｃと一致する唯一の位置
ではない。例えば、これらの光線は、面Ａ’ＢＣとも一致するだろう。しかし、
この面のサイズおよび形状は、物体とスキャナが互いに対して動いても、不変で
あるので、多面体の面の（同様に多面体の）面ＡＢＣに対する向きおよび位置も
変らず、画像ａｂｃ／ａ’ｂ’ｃ’の追跡運動によって決る位置ＯとＯ’の間の
物体の相対運動は、影響されないだろう。

【００６０】 上記の例で、点ａｂｃは、物体の角から導出する。しかし、原則として、物体
Ｏの運動およびスキャナ１３’に対する回転を追跡するためには、この物体上の
三つ以上のはっきりと決る点の組または点のグループのどれでも追跡できる。実
際には、スキャナが通常動き、物体が静止しているだろう。

【００６１】 追跡される点が次第にカメラの感光性アレイの縁を離れて動くので、スキャナ
に対する物体の運動をこの感光性アレイのサイズに比べて大きい距離に亘って追
跡するために、少なくとも四つの点を追跡するのが望ましい。

【００６２】 上記の解析は、物体の追跡を説明するが、その形状が決るようにはしない。

【００６３】 この形状の決定を図１１および図１２に示す。二つのパターンＰを示し、それ
らは、それらの対応する画素間の相関２５によって示されるように、互いの歪み
版である。これらのパターンは、スキャナ１３’のカメラが物体に対して第１位
置から第２位置へ動くときにその結像面上に各々作られ、（それらが対応するの
で）物体の共通表面部Ｓから導出されると仮定する。レンズＬの光学中心を通過
する、図１２に示す非偏向光線は、物体に対するスキャナの位置および向きが図
１０の解析から分っていれば、表面領域Ｓの位置および向きを決定する。

【００６４】 図１２に示す運動Ｍは、カメラの結像面の方向の直線運動で、固定立体カメラ
装置および可動単眼カメラ装置の解析との類似性を示す。しかし、原則として、
表面の位置および向きは、このスキャナの既知の非直線運動からまさに同じよう
に容易に決められるだろう。

【００６５】 物体の形状を決めるプロセスの全体を図１３の流れ線図に示す。ステップ２０
０で、結像面の四つ以上の点を選択する。或いは、ある場合には、三つを超える
点を選択する必要がないかも知れない。

【００６６】 ステップ２１０で、四つ以上の点の隣接するものを結合して少なくとも二つの
三角形のネットワークを作る。（或いは、ある場合にはそのような点三つだけに
頼って一つの三角形を作ることが可能かも知れない）。そのような三角形の一つ
ａｂｃは、既に図１０に関連して言及した。

【００６７】 第２の三角形は、１点が感光性アレイの縁を離れてもこのネットワークの追跡
を可能にするが、これはある場合には必要ないだろう。これらの点を追跡する（
ステップ２２０）。

【００６８】 次に、非偏向光線を追跡した点から投影する（ステップ２３０）。

【００６９】 ステップ２４０で、次に、四つ以上の点（ある場合には三つ以上の点）のネッ
トワークを投影した光線に合わせて物体の新しい位置（例えば、図１０のＯ’）
を確定する。

【００７０】 ステップ２５０で、視野から外れた点を捨て、新しいネットワークを構成する
（即ち、ステップ２００および２１０を繰返す）。このステップは、ある場合に
は必要ないだろう。同時に、計算した位置および向きのデータを出力する。

【００７１】 ステップ２６０で、引続く視野を比較し（図１および図２並びに図１２参照）
、ステップ２５０の位置および向きの出力を使って、二つの視野に共通である物
体の表面部分（例えば、図１２のＳ）の３次元座標を得る。

【００７２】 最後に、ステップ２５０からの位置および向きの出力を使うか、または我々の
同時係属のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４で開示したようなポストプロセシング
法を使って、物体のこれらの表面部分を組合わせてこの物体表面の全体の３次元
座標を得る。

【００７３】 ステップ２６０（図１１および図１２に示す）を図１４の流れ線図で詳述する
。この流れ線図は、立体カメラ装置と単眼カメラ装置に同等に適用可能である。

【００７４】 ステップ３００で、パターン（例えば、図１４の左側パターンＰ）を選択する
。

【００７５】 ステップ３１０で、例えば、ＸおよびＹ方向に画像を圧縮／拡大するために、
ことによると物体の傾斜照明を考慮するために画像密度に線形相関を適用するた
めにも、可変倍率を使って、対応するパターン（例えば、図１１の右側パターン
Ｐ）を探す。

【００７６】 ステップ３２０で、他のパターンに対して上記ステップを繰返し、対応するパ
ターンの点を相関付ける（図１１に線２５によって示すマッピング参照）。

【００７７】 ステップ３３０で、これらの相関付けた点を使い、図１３のステップ２５０の
位置および／または向きのデータを使って、両カメラ視野（図１２参照）に共通
の物体領域の３次元表面領域を構成する。その上、ジャイロデータおよび／また
は加速度データおよび／または（もし使うなら）図１から図８の立体カメラ装置
の幾何学的構成を決める幾何学的データをこのステップで利用できる。

【００７８】 ステップ３４０で、このプロセスを他の表面領域に繰返し、次にこのプロセス
にステップ２７０（図１３）を続ける。

【００７９】 ある場合には、例えば、画像にコントラストを欠く結果として、ステップ３１
０でパターンＰを相関付けることが困難かも知れない。

【００８０】 走査される物体上に、（小規模構造と大規模構造が共通の要素を共有する）フ
ラクタルパターンを設け、このパターンを異なる角度から見て異なる画像を導出
し、それらを相関付けてこのパターンが造られている物体の領域の次元表面座標
を導出する、この発明の態様を、例としてだけ図１５および図１５Ａに示す。

【００８１】 フラクタルパターン５００（十字を作り、次に半分の大きさの十字を各先端に
重ね、このプロセスを各前の十字について繰返すことによって得る）の上記プロ
セスを３回繰返した後（実際には、適用範囲の詳細および密度を増すために更に
多くの繰返しを使う）を図１５に示し、パターン領域Ｐを選択する。簡単のため
に、このパターンを物体の平面領域上に直交するように投影して、図１５に示す
画像が元のパターンの一方向に歪んだ表現であると仮定する。

【００８２】 このパターンを別の角度から見ると、図１５Ａに示すように（この場合は、垂
直に圧縮し、水平に伸した）歪んだ画面が得られる。しかし、パターン領域Ｐ（
この場合、その上部および左側境界が線上にあり、その右側境界が線の先端に接
触し、およびその下部境界が２本の線を横切り、もう一つの先端に接触している
）と同じ特徴を有する唯一のパターン領域Ｐ’があり、従って適当なアルゴリズ
ムによって上記のトポロジイ的特徴を探すことによって、このパターン領域をは
っきり位置付けることができる。それで、全パターン画像（立体カメラ装置によ
って見た左および右画像か、可動単眼カメラによってみた連続画像）を相関付け
ることができ、従って、パターン５００を投影した物体の領域の全３次元表面座
標を見付けることができる。

【００８３】 深さ情報を、少なくとも大体決めるための完全に異なる装置を図１６に開示す
る。点照明源ＬＳのアレイが光点Ｒを物体の表面Ｓ上に投影し、レンズＬがこれ
らの光点が作る照明パターンを感光性結像面７００上に結像する。各結像した点
のサイズおよび／または形状を適当な画像処理ソフトウェアによって測定する。
点Ｒのサイズは、対応する照明された表面領域の対応する光源ＬＳからの距離に
正比例し、この形状（この場合は、真円度からの偏差）がこの表面の局部傾斜お
よび曲率についての情報を与える。従って、各照明円錐の角度およびその他の基
本的幾何学的情報が分っていれば、この表面座標の少なくとも近似を点Ｒのサイ
ズおよび／または形状から導出することができる。これらの光源は、光ファイバ
が好適で、そうすればこの装置を、例えば、内視鏡に小型化するために適する。
これらの光源は、点光源である必要はく、例えば、線光源でもよく、そうすれば
表面Ｓ上の各照明ストリップの幅がこの光源からの距離に関連する。その代りに
、適当なマスクを使って、暗黒領域を表面Ｓ上に投影してもよい。

【００８４】 マスクを使う代替距離センサの幾何学的構成についての背景情報は、ロレンジ
外、３次元デジタルイメージングおよびモデリングの最近の進歩についての国際
会議議事録、１９９７年５月１２日〜１５日、ｐｐ５１〜５８のｐ５２（米国カ
リフォルニア州ロスアラミトス市ＩＥＥＥコンピュータソサイエティプレス発行
）により与えられる。異なる角度で撮ったシルエット（これらを、最初に物体の
下に設けた円形基準パターンを再構成することによって正しい方法で組合わせる
）から表面の３次元表現を構成することについての背景情報は、上記議事録にニ
エム外がｐｐ１７３〜１８０に開示している。これらの両論文を参考までにこゝ
に援用し、それは、例えば、図１４のプロセスを支援するために、こゝに開示し
た新規な技術の何れかの前またはそれと組合わせて使うことができる、表面座標
への少なくとも初期近似を得るための更なる技術を提供する。

【００８５】 図１７を参照すると、体管または体腔の３次元表現をもたらすように構成され
た内視鏡が開示され、それは直径約１０ｍｍのヘッドを有し、その（直径約６ｍ
ｍの）中央領域に二つのＣＣＤ感光性アレイ７０１および７０２が配置されてい
る。この内視鏡は、標準通りに、手術器具等を収容するための、四つの規則的に
円周に分布したチャンネル７０４も備える。標準通りに、ケーブル７０３をこの
内視鏡の周辺領域周りに規則的に配置し、内視鏡を体管を通して案内するように
それを曲げるために使う。

【００８６】 図１８を参照すると、光ファイバの束７１０がヘッド７０５の前面で終り、こ
の内視鏡（図示せず）の基端の照明源から光ビームを伝送する。このビームを観
察すべき領域の表面上に投影し、重複する円形領域のアレイに見えるが、その一
つだけを図示する。これらの照明した領域のサイズおよび真円度からの歪みを検
出器アレイ７０１および７０２によって検出することができ、表面領域Ｓの３次
元座標の初期推定値をもたらす（実際ある場合には、この技術だけで満足な情報
をもたらすことができ、それで一つの感光性アレイしか必要ない）。しかし、図
示する立体装置では、照明した領域Ｓを二つの感光性アレイで別々に結像しこれ
らの画像を、上に図１４を参照して説明したように相関付けて体管内部の正確な
３次元座標を見付ける。

【００８７】 この画像は、分布屈折率（ＧＲＩＮ）ロッドまたはファイバ７１１によって集
束する。

【００８８】 変形では、照明源を一つ以上の選択したファイバに結合し、少なくともこれら
のファイバの束７１０にレンズ７０８（またはＧＲＩＮ部）を設け、それが光ビ
ームを、図示のように、体管の内部表面上にスポットとして集束する。この集束
したスポットを、例えば、照明源を隣接するファイバに順次結合してこのビーム
をファイバたばの出口面に対してラスタのように変位させるか、またはあまり好
ましくないが、何か適当な手段によって、例えば、圧電的にこの光ファイバの束
を動かすことによって、例えば、ラスタ式に走査できる。次に、出来たスポット
を、これらの感光性アレイ、並びに図１および図２を参照して説明したように、
表面Ｓの３次元座標を導出するために使うそれぞれのアレイ上の座標によって追
跡し、結像することができる。その代りに、我々のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９
４のように、好ましくはシャインプルー(Scheimpflug)の条件を満足する、単一 光検出器を使用することもできる。

【００８９】 ＷＯ９５／１４９５２の図１に基づく図１９を参照すると、末端に対物レンズ
４０２および基端に接眼レンズ４０３を有する従来の単眼剛性内視鏡４０１がビ
デオカメラ４０４と組合わされ、そのカメラが接眼レンズ４０３から出る光を集
束レンズＬによって感光性検出器（例えば、ＣＣＤ）の感光性結像面Ｉ上に集束
する。特に、レンズＬは、通常多素子レンズで、露出を通常絞り（図示せず）に
よって制御する。これまで説明したように、この装置が普通である。その代りに
、カメラ４０４がシネカメラでもよく、その場合、レンズＬからの光をシネフィ
ルムの感光性結像面上に集束する。

【００９０】 本発明のもう一つの実施例では、内視鏡の末端ヘッドに、図８に示すのと類似
の小型慣性センサ１１および１２を設け、それらが３直交軸周りの角回転および
それぞれ３直交軸に沿う線形加速度を測定する。これらのセンサからの信号を図
８の実施例のように積分してこの内視鏡ヘッドの瞬間位置および向きを導出する
。

【００９１】 レンズＬは、接眼レンズ４０３の左および右領域からでる光を、処理回路装置
４０８からの信号の制御の下で、好ましくは毎秒５０回（ビデオ用）のような速
い速度で、交互に塞ぐことによって立体的画面を得るために使う。このシャッタ
手段４０５は、例えば、図示のようにレンズＬの前に設けても、多素子レンズ（
図示せず）の異なるレンズ素子の間に設けても、またはレンズＬと感光性結合面
Ｉの間に位置してもよい。特に、このシャッタは、レンズＬの表面上に印刷した
ＬＣＤシャッタでもよい。シャッタ手段４０５によって阻止される光線は、図示
のように平行であるのが好ましいが、その代りに収束または発散してもよい。特
に、光線が収束するなら、シャッタは、好ましくは、レンズの近くに位置すべき
である。

【００９２】 立体画像対は、図８に関連して先に説明したように、内視鏡を挿入する体管の
３次元表現を得るために、図８の実施例のように位置情報および向き情報と結合
することができる。

【００９３】 変形では、シャッタ手段４０５を省略し、内視鏡ヘッドを手で操作してその位
置および／または向きを変え、出来た画面を、必要な３次元表現が得られるよう
にするために、位置および／または向き情報と結合する。

【００９４】 更なる変形では、慣性センサを省略し、図９の実施例のように、単眼画像の適
当な処理によって、３次元表現を構築する。

【００９５】 迷光がビデオカメラに入るのを防ぐために、カメラ４０４と内視鏡４０１の境
界面にフード（図示せず）を設けること、またはカメラと内視鏡が一体式である
のが好ましい。この内視鏡は、例えば、腹腔鏡、ボアスコープ、膀胱鏡または関
節鏡でもよい。ユーザは、立体画像に影響することなく、焦点またはズーム（レ
ンズにこの機構があるとして）を引くことができる。

【００９６】 スイッチング出力（シャッタ４０５と同期した）およびビデオ出力を、ＷＯ９
５／１４９５２の図１に示すような標準観察装置へ送ってもよい。

【００９７】 この発明の内視鏡態様は、例えば、ＧＢ−Ａ−２，２６８，２８３、ＵＳ５，
２２２，４７７およびＵＳ５，１２，６５０に示すような装置にも適用可能であ
る。それは、こゝに開示した画像処理方法の何れにも限定されず、例えば、パタ
ーンを投影するために内視鏡ヘッドの中の光ファイバアレイを使う、例えば、我
々の同時係属のＰＣＴ／ＧＢ９５／０１９９４の走査パターンおよび深さ検出装
置に関連して使うことができる。

【００９８】 多数の発明を開示したことが明白だろう。こゝに開示した独創的特徴は全て独
立であると考えるが、指示される場合には随意に組合せ可能である。本発明の好
適特徴は、従属請求項で定義される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例のカメラ装置を平面図で示す光線図である。

【図２】 図１のカメラ装置を立面図で示す光線図である。

【図３】 図１および図２の実施例のスケッチ透視光線図で、一つの画像領域ＡＢＣＤの
角のエピポーラ線の生成および他のカメラの結像面の対応する画像領域に近接す
る共通点でのそれらの交差を示す。

【図４】 結像面から物体領域の方に見た、上記実施例の端面図で、上記エピポーラ線の
幾何学的構成を示す。

【図５】 上記実施例を示す平面図の光線図で、左右カメラ結像面の像点に相関がない、
物体位置の不確実性を図解する。

【図６】 上記光線図の正面図で、像点の相関付けを支援するためのエピポーラ線の使い
方を示す。

【図７】 上記実施例で像点を相関付けするプロセスを示す流れ線図である。

【図８】 慣性センサを利用する、上記実施例の変形のスケッチ透視図である。

【図９】 単一カメラだけを利用する、もう一つの実施例のスケッチ透視図である。

【図１０】 物体に対するその位置を追跡するために使用する、図９の実施例の光線図を示
すスケッチ透視図である。

【図１１】 第１実施例のそれぞれのカメラの、または第２実施例の異なる既知の位置のカ
メラの、画像間の像点の相関を示す光線図の立面図である。

【図１２】 図１１のＸII−ＸIIによる断面である光線図で、相関画像からのカメラに対す
る物体位置の導出を図解する。

【図１３】 図９および図１０の実施例での像点の相関付のプロセスを示す流れ線図である
。

【図１４】 図１０および図１１の実施例を使って完全な３次元表面記述を得るためのプロ
セスおよび画像相関ソフトウェアを示す流れ線図である。

【図１５Ａ】 本発明の実施例に使用するための投影したフラクタルパターンの説明図である
。

【図１５Ｂ】 表面に対するカメラの傾斜によるフラクタルパターンの歪みの説明図である。

【図１６】 本発明の更なる実施例のスケッチ透視図である。

【図１７】 本発明のもう一つの態様による内視鏡ヘッドの線図的横断面図である。

【図１８】 図１７の内視鏡ヘッドの線図的側面図である。

【図１９】 本発明による更なる内視鏡の図表示である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ファウラー、ガイ、リチャード、ジョン イギリス国 バークシャー、メイドンヘッ ド ハーレイ、 フログミル、サンジェイ ラル Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 BB05 DD00 DD02 FF01 FF05 FF09 GG12 GG16 HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL03 MM02 QQ25 QQ38 RR02 RR07 UU05 4C061 BB06 CC06 FF40 FF47 HH53 HH60 LL02 NN05 NN10 WW20 5L096 AA09 BA06 BA13 CA05 FA34 FA66 HA01 HA05 9A001 HH29 HH34 KK16 KK25

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体（Ｏ）の３次元形状を取得するための装置であって： ａ）この物体の重複する表面領域の画像のグループを取得するための画像取得装
   置（１３）で、この物体に対して自由に動き得て、且つ視野が重複する２台以上
   の相互にオフセットしたカメラ（Ｌ，Ｉ）を含む取得装置と； ｂ）この物体に対する上記画像取得装置の運動を検出し且つそのような運動を表
   す運動出力信号を生成するように配設した慣性検知手段（１１，１２）と； ｃ）このグループに共通の、この物体の形態（ＡＢＣＤ）から導出した各グルー
   プのそれぞれの画像の形態（Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１；Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２）を相関付け
   且つ各グループに関してこの物体の表面領域の３次元形状を表す出力データセッ
   トを導出するように配設した画像処理手段（ＰＣ）と； ｄ）これらの出力データセットを、上記画像処理手段によって導出した上記出力
   データと上記慣性検知手段によって生成した上記運動出力信号の両方に依存する
   共通の出力データセットに組合わせるように配設した組合せ手段（ＰＣ）と； を有する装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、上記慣性検知手段（１１，
   １２）を、物体（Ｏ）に対するこの画像取得装置（１３）の回転を検出し且つ回
   転出力信号を生成するように配設し、および上記組合せ手段（ＰＣ）を、上記出
   力データセットを上記回転出力信号と画像取得装置から導出した並進情報の両方
   に依存して組合わせるように配設した装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の装置において、上記慣性検
   知手段（１１，１２）を、並進出力信号を生成するように配設し、および上記組
   合せ手段（ＰＣ）を、上記出力データセットを上記並進出力信号と上記処理手段
   （ＰＣ）の出力データから導出した並進情報の両方に依存して組合わせるように
   配設した装置。
4. 【請求項４】 先行する請求項の何れかに記載の装置が、体腔の３次元形状
   を取得するように配設した内視鏡（４０１）を含み、この慣性検知手段（１１，
   １２）をこの内視鏡のヘッドに取付けた装置。
5. 【請求項５】 先行する請求項の何れかに記載の装置において、相互にオフ
   セットしたカメラ（４０５，Ｌ，Ｉ）が共通の対物レンズ（４０２）を有し、お
   よびそれらのオフセットを、物体からのオフセット光束を選択的に遮断するシャ
   ッタ手段（４０５）によってもたらす装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項４の何れかに記載の装置において、カメ
   ラ（Ｌ，Ｉ）のそれぞれの光軸が同一平面上にある装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、上記光軸が平行である装置
   。
8. 【請求項８】 物体（Ｏ）の３次元形状を取得するための装置であって： ａ）異なる視点からこの物体の重複する画像を取得するように、物体に対して自
   由に動き得るカメラ（１３’）と； ｂ）物体に対する上記カメラの運動を検出し且つそのような運動を表す運動出力
   信号を生成するように配設した慣性検知手段（１１，１２）と； ｃ）カメラによって異なる視点から取得した物体の共通の形態（ＡＢＣＤ）から
   導出したそれぞれの画像の形態（Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１；Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２）を相関
   付け且つ物体の表面領域の３次元形状を表す出力データを導出するように配設し
   た画像処理手段（ＰＣ）と； ｄ）そのような出力データセットを、上記処理手段によって導出した上記出力デ
   ータと上記慣性検知手段によって生成した上記運動出力信号の両方に依存する共
   通の出力データセットに組合わせるように配設した組合せ手段（ＰＣ）と； を有する装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の装置において、上記慣性検知手段（１１，
   １２）を、物体（Ｏ）に対するカメラ（Ｌ，Ｉ）の回転を検出し且つ回転出力信
   号を生成するように配設し、および上記組合せ手段（ＰＣ）を、上記出力データ
   セットを上記回転出力信号と重複する画像から導出した並進情報の両方に依存し
   て組合わせるように配設した装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または請求項９に記載の装置において、上記慣性
    検知手段（１１，１２）を、並進出力信号を生成するように配設し、および上記
    組合せ手段（ＰＣ）を、上記出力データセットを上記並進出力信号と上記処理手
    段（ＰＣ）の出力データから導出した並進情報の両方に依存して組合わせるよう
    に配設した装置。
11. 【請求項１１】 物体（Ｏ）に対して異なる離間した視点から取得した物体
    の重複する２次元画像を処理する方法で、２次元画像が対応する領域の対（Ａ１
    Ｂ１Ｃ１Ｄ１；Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２）に関連し、そのような対応する領域の対の各
    々が、各々画像に共通の、物体の領域から導出した、一つの２次元画像の領域と
    もう一つの２次元画像の領域を含み、視点間の相対回転（もしあれば）と並進に
    よって決る、各対の対応する領域間に相互オフセットがあり、この方法が、一つ
    のそのような画像で一つのそのような領域に対応する複数のエピポーラ線（ＥＰ _a 〜ＥＰ_d）を利用することによって対応する領域を相関付けて他の画像での対応
    する領域の探索を束縛するために、これらの２次元画像をデジタル処理する工程
    を有する方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、画像を、投影画像間の
    オフセットを上記相互オフセットに対応させて、シミュレートした３次元空間に
    仮想的に投影することによって、物体（Ｏ）の共通領域の３次元構成を生成する
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１または請求項１２に記載の方法において、上記
    相互オフセットを、上記重複する２次元画像を取得するように配設したカメラ（
    Ｌ，Ｉ）の視野内の点のグループ（ａ，ｂ，ｃ：ａ’，ｂ’，ｃ’）を追跡する
    こと（２２０）、これらの追跡した点からの光線を、それらがこれらの画像の一
    つに現れるときに、シミュレートした３次元空間に仮想的に投影すること（２３
    ０）、および任意のネットワークをこれらの光線に結合すること（２４０）、こ
    れらの追跡した点からの更なる光線を、それらがこれらの画像の他に現れるとき
    に、シミュレートした３次元空間に仮想的に投影すること（２３０）、および上
    記ネットワークを上記更なる光線に結合するためにそれをオフセットし、それに
    よってこのネットワークのオフセットが上記相互オフセットに対応するようにす
    ることによって導出する方法。
14. 【請求項１４】 請求項１１から請求項１３の何れかに記載の方法において
    、上記相互オフセットを、物体と視点の間の相対運動を検出するように配設した
    慣性検知手段（１１，１２）によって決める方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１または請求項１２に記載の方法において、上記
    相互オフセットを、予め決める方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の方法において、上記画像を離間したカ
    メラの組立体（１３）によって取得し、この組立体が物体（Ｏ）に対して自由に
    動き得る方法。
17. 【請求項１７】 物体（Ｏ）の３次元形状を、相互にオフセットした視点か
    ら取得した物体の重複画像から取得するための装置であって： ａ）これらの画像間の形態の運動を光学的に追跡することによって上記視点間の
    オフセットを決めるように配設した追跡手段（ＰＣ）と； ｂ）上記オフセット視点から取得した物体の共通の形態（ＡＢＣＤ）から導出し
    たそれぞれの画像の形態（Ｐ／Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１：Ｐ／Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２）を相
    関付けるように配設した相関手段（ＰＣ）で、他の画像の領域に対応する一つの
    画像で２本以上のエピポーラ線（ＥＰ_a〜ＥＰ_d）のグループを導出し、そのグル
    ープを上記エピポーラ線のグループを利用することによって上記一つの画像の対
    応する領域と相関付けて対応する領域の探索を束縛するように配設した手段と； ｃ）上記追跡手段および相関手段に反応し、上記オフセットおよび相関付けした
    形態から上記３次元形状を導出するように配設した３次元再現手段（ＰＣ）と； を有する装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の装置において、上記３次元再現手段（
    ＰＣ）がこれらの画像を上記相互オフセットに対応するオフセットで仮想的に投
    影するための手段を含み、相関付けた形態（Ｐ／Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１；Ｐ／Ａ２Ｂ
    ２Ｃ２Ｄ２）がシミュレートした３次元空間で交差する装置。
19. 【請求項１９】 請求項１７または請求項１８に記載の装置において、上記
    追跡手段（ＰＣ）を、これらの追跡した点（ａ，ｂ，ｃ）からの光線を、それら
    がこれらの画像の一つに現れるときに、シミュレートした３次元空間に仮想的に
    投影し、および任意のネットワークをこれらの光線に結合し、これらの追跡した
    点（ａ’，ｂ’，ｃ’）からの更なる光線を、それらがこれらの画像の他に現れ
    るときに、シミュレートした３次元空間に仮想的に投影し、および上記ネットワ
    ークを上記更なる光線に結合するためにそれをオフセットし、それによってこの
    ネットワークのオフセットが上記相互オフセットに対応するように配設した装置
    。
20. 【請求項２０】 請求項１７から請求項１９の何れかに記載の装置であって
    、更に、上記重複画像を取得するための画像取得装置（１３／１３’／４０１）
    を含み、上記画像取得装置が上記物体（Ｏ）に対して自由に動き得る装置。
21. 【請求項２１】 請求項１７から請求項２０の何れかに記載の装置で、上記
    画像を取得するように配設したカメラ（Ｌ，Ｉ）を含む装置において、上記画像
    を受けるように配設したコンピュータ（ＰＣ）が上記追跡手段、相関手段および
    ３次元再現手段を実行するプログラムを備える装置。
22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の装置において、上記カメラ（Ｌ，Ｉ）
    がデジタルカメラである装置。
23. 【請求項２３】 請求項１１から請求項１６の何れかに記載の方法または請
    求項１７から請求項２２の何れかに記載の装置において、上記領域（Ｐ／Ａ１Ｂ
    １Ｃ１Ｄ１：Ｐ／Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２）が面である方法または装置。
24. 【請求項２４】 物体の３次元形状を取得するための装置であって： ａ）この物体（Ｏ）の重複する表面領域の画像を取得するための画像取得装置（
    １３／１３’／４０１）と； ｂ）上記表面領域上にフラクタルパターン（５００／５００Ａ）を設けるための
    手段と； ｃ）上記画像間にこのフラクタルパターンの形態（Ｐ，Ｐ’）を相関付け、およ
    び上にこのパターンが作られているこの物体の領域の３次元表面座標を導出する
    ように配設した画像処理手段（ＰＣ）と； を有する装置。
25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の装置において、上記画像処理手段（Ｐ
    Ｃ）を、これらの重複画像の共通トポロジイのパターン形態を識別することによ
    って上記形態を相関付けるように配設した装置。
26. 【請求項２６】 物体の３次元形状を取得するための方法であって： ａ）この表面領域上にフラクタルパターン（５００／５００Ａ）を設ける工程と
    ； ｂ）上記表面領域の重複画像を取得する工程と； ｃ）上記画像間にこのフラクタルパターンの形態（Ｐ，Ｐ’）を相関付け、およ
    び上記表面領域の３次元表面座標を導出する工程と； を有する方法。
27. 【請求項２７】 深さ情報を決めるための装置であって、表面を光学パター
    ンで照明するように配設したビーム形成手段で、この照明された表面上のパター
    ンの各形態のサイズがこのビーム形成手段からのその形態の距離に依存している
    手段と、上記形態のサイズ分布を検出するための手段と、上記サイズ分布および
    このビーム形成手段の光学特性から距離分布を導出するように配設した処理手段
    とを有する装置。
28. 【請求項２８】 形状情報を決めるための装置であって、表面（Ｓ）を光学
    パターン（Ｒ）で照明するように配設したビーム形成手段（ＬＳ／７０８）で、
    この照明された表面上のパターンの各形態の形状がこの表面の対応する領域のこ
    のビーム形成手段に対する勾配に依存する手段と、上記形態の勾配分布を検出す
    るための手段（ＰＣ）と、上記勾配分布およびこのビーム形成手段の光学特性か
    ら形状情報を導出するように配設した処理手段（ＰＣ）とを有する装置。
29. 【請求項２９】 請求項２７または請求項２８に記載の装置において、上記
    ビーム形成手段（ＬＳ／７０８）が光ファイバのアレイ（７１０，７１１）を有
    する装置。
30. 【請求項３０】 請求項２７から請求項２９の何れかに記載の装置を有し、
    且つ上記ビーム形成手段（７０８）をそのヘッド（７０５）に坦持する内視鏡（
    ４０１）。
31. 【請求項３１】 体管または体腔の内部表面（Ｓ）を検知するための光学装
    置を有する内視鏡であって、この装置が上記表面上に照明パターンを作るように
    配設した光ファイバのアレイ（７１０）と、上記パターンを感光性結像面（７０
    １）上に結像するための手段（７１１）と、この照明された表面に関する深さ情
    報を導出するためにこの画像を処理するための手段（ＰＣ）とを有する内視鏡。
32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の内視鏡において、この照明パターンが
    照明を隣接する光ファイバ（７０６）に連続して結合することによって作る走査
    パターンである内視鏡。
33. 【請求項３３】 請求項３０から請求項３２の何れかに記載の内視鏡で、こ
    の内視鏡ヘッドの位置および／または向きを決めるように配設した慣性検知手段
    （１１，１２）を有する内視鏡。
34. 【請求項３４】 実質的に添付図面の図３から図７、または図１０、図１３
    および図１４、または図１５および図１５Ａを参照して上に説明した通りの画像
    処理装置。
35. 【請求項３５】 物体の３次元形状を取得するための装置で、実質的に添付
    図面の図３から図７に関連して、または図１０、図１３および図１４に関連して
    、図８または図９を参照して上に説明した通りである装置。
36. 【請求項３６】 物体の３次元形状を取得するための装置で、実質的に添付
    図面の図１６を参照して上に説明した通りである装置。
37. 【請求項３７】 実質的に添付図面の図１７または図１８を参照して、また
    は図１９を参照して上に説明した通りの内視鏡。