JP2927955B2 - 実時間三次元感知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、三次元空間において物体を感知してその位
置を探知するための装置に関し、さらに特定すると、感
知される物体から反射した複数の光平面のパターンを明
確にすることによって物体の位置を探知できる複数のカ
メラの三次元感知装置に関する。

発明の背景 従来技術では、三次元空間において物体を感知して、
センサ（複数のセンサでもよい）からの情報をコンピュ
ータの読み取り可能なデジタルデータへ変換するための
種々の装置が知られている。物体の位置と形状は、この
コンピュータの読み取り可能なデジタルデータから決定
できる。ほとんどのこのような装置は、感知すべき物体
に光を照射するための光源と、感知した物体から反射さ
れる光源の光の印象を記録するためのビデオカメラのよ
うなセンサとを含んでいる。

ある知られている装置は、単一の光平面を放射するレ
ーザ光源を含んでいる。この装置は、さらに感知される
物体から反射された光平面からの光のビデオ像を記録す
るためのカメラを含んでいる。光平面による照射に反応
して物体から反射された光は、別々の面の数に応じて一
もしくは複数の線としてビデオ線に現われる。この線
は、光が反射される物体の特定の面がそれぞれ平面もし
くは曲面であるかに応じて直線もしくは曲線でありう
る。

仮にカメラと入射光平面の空間内の位置が分かってい
るとすると、三次元空間における物体の全ての照射され
る点の位置は三角測量によって決定できる。三角測量は
次のように実施できる。まず第一に、レーザの光源は、
感知される物体を周囲の光よりも相当強く照射する。あ
るいは、カメラは、レーザにより発生される光の波長を
もつ光だけを通過させるフィルタを含んでいてもよい。
こうして、所定の閾光度より強い光度で照射されたビデ
オ像のピクセルは、レーザ光源により発生された光を反
射するものと考えられる。同様に、閾光度より弱い照射
レベルを受光する全ピクセル要素は、レーザ光源から反
射するだけの光を受けていないと考えられる。空間内で
のカメラの位置は分かっているのだから、ディスプレイ
の任意の一個のピクセルを照射する光は、カメラのレン
ズの中心から像点を通過して空間へ引いた既知の線上に
ある空間の一点から反射されねばならない。空間内の光
平面の位置も分かっており、レーザ光源により照射され
る各点のどれも皆レーザ光の既知の平面上に存在しなけ
ればならないので、レーザ光源により照射されるどの点
の正確な位置も（カメラのレンズから照射点への）既知
の線が既知の平面と交差する点を決定することにより三
角測量で決定できる。物体全体に関する位置情報を得る
ためには、光平面は（角度的にあるいは並進運動的に）
定量ずつ逐次的に走査し、且つカメラで感知される物体
から反射された光の第二の像を記録すればよい。十分な
情報を得て物体全体の形状及び位置が決まるまで、光平
面は逐次的に移動して、ヒデオの像を逐次的に記録でき
る。あるいは、平面は動かさないでそのままにでき、物
体を光源の下で移動できる。しかしながら、このような
実施例は好ましくない。なぜなら物理的な走査がこれら
の装置には必要とされるため、これら装置は実時間で動
作できない。

複数の光平面が、同時に物体を照射する別の装置が存
在する。複数平面の装置では、物体の一つの像の輪郭だ
けが記録される。このような装置では、一つの光平面に
より照射されるこれらの点と別の光平面により照射され
るこれらの点とを区別する（もしくは明確にする）ため
にある方法が使用されねばならない。典型的には、この
ような装置は、ビデオ像のある点を照射した平面に関す
るある経験による推量を採用し、この平行な方向の第一
点に直接隣接する別の照射点も同一平面により照射され
ると仮定する。平行な光平面に垂直な方向の第一点の両
側の複数の点がレーザ光源からの直接に隣接する光平面
によりそれぞれ照射されるとさらに仮定される。もちろ
ん、この後者の仮定は、不規則的形状をした物体、特に
相違面間に鋭角をもつ物体に対して正確でない。こうし
て、この装置は、一般に十分に精密でないために特に一
般的でない。

DiMatteo他に付与された米国特許第4,335,962号は、
複数の光平面と一つ以上のカメラを使用する三次元感知
装置を開示している。この装置は、一つのカメラを使用
して動作されることが企画されているが、もし付加的な
精度が必要なら、第二のカメラを含むこともできる。感
知される物体上の種々の点の位置は、この特許に開示さ
れた特定の方法によって決定される。しかしながら、こ
の方法で正確な結果を得るためには、第一のカメラは光
源の特定の距離内に配置されねばならない。このカメラ
は、光源に十分に接近しなければならない。その結果、
種々の光平面から反射された光は、光が光源から発生さ
れる同じ順序でカメラに現れるようになる。こうして、
感知される物体の同様最大の深さはカメラと光源との距
離とに制限される。

したがって、感知する物体を照射するために複数の光
パターンと、物体を感知するのに任意に配置できる複数
のカメラとを使用する三次元感知装置を提供することが
本発明の目的である。

複数のカメラと、任意の大きさの物体の形状と位置を
感知できる複数のカメラの複数平面の三次元感知装置を
提供することが本発明のさらなる目的である。

機械的な走査をせずに感知される物体についての情報
を得る三次元感知装置を提供することが本発明の別の目
的である。

本質的に実時間で動作できる三次元感知装置を提供す
ることが本発明の一以上の目的である。

ビデオ像に現れるスプリアス光を拒絶する三次元感知
装置を提供することが本発明のまたさらなる目的であ
る。

改良した三次元感知装置を提供することが本発明のま
た別の目的である。

発明の要約 本発明は、感知すべき三次元物体についての可視情報
を受信し且つ記録するための二つのカメラ（以後左方カ
メラと右方カメラと記す）を使用する三次元感知装置か
らなる。物体は、同時に複数の間隔を置いた光の平面を
発生する一つ以上のレーザ光源により照射される。各カ
メラは、感知される物体から反射された光の静止ビデオ
像を同時に記録する。記録される各像は、各カメラの位
置から見れる感知物体からの入射光平面の反射によって
形成されたパターンである。ビデオ画像のピクセルは、
デジタル情報に変換されてコンピュータのメモリに格納
される。

ビデオ像が得られデジタル情報へ変換されると、二つ
の像のそれぞれは最初別々に処理される。まず、別個に
各像に対して、アルゴリズムがデジタル情報に適応され
て個々のピクセルをグループに収集する。各グループ
は、像内の連続したピクセルからなる（以後ストライプ
と記す）。二つのビデオ像からのデータは、以下で説明
するように結合されて、感知される物体の照射された点
の三次元空間内の座標位置を決定する。

まず、一方（例えば右方）のビデオ像の各ストライプ
の一個のピクセルが選択される（以後、選択ピクセルと
記す）。空間内のカメラのレンズの位置が分かってい
て、且つ選択ピクセルが分かっていると、選択ピクセル
に対応する点はレンズの中央から空間へ引かれる既知の
線内にあることが分かる。（右方像の一点として表われ
る）この線は、左方像内に一本線として現れる。この線
は、右方像内の選択点のエピ・ポラー線と呼ばれる。左
方カメラのレンズ中央の位置も既知であるから、このエ
ピ・ポラー線は計算されて左方像内に引くことができ
る。エピ・ポラー線は、左方像内に引かれると、左方ビ
デオ像のストライプの少なくとも一つ、ほとんどは複数
と交差する。エピ・ポラー線と一つのストライプの交差
するピクセルの一個（以後、交差ピクセルと記す）は右
方像からの選択点を表わしていることが分かる。これら
交差ピクセルのいくつかに対応する点の空間内の実際の
座標位置は、簡単な三角測量によって決定できる。いく
つかのストライプを作る各光平面の空間内の位置も分か
っているので、右方像内の選択点に対応する全ての交点
の一つは、各交点の三次元座標を決定することによって
確かめられて、既知の光平面の一つにあるかどうかを決
定する。既知の光平面に接近してある交点は、選択点と
解釈される。

このアルゴリズムは、右方像内の全てのストライプの
少なくとも一点で反復される。もちろん、右方像内のス
トライプの全てが左方像内に整合するストライプを持っ
ているわけではない。右方像内に現れるストライプ、特
に端近くのストライプは、左方像内には現われない可能
性がある。とにかく、右方像内の全部でなくともほとん
どのストライプは、このアルゴリズムによって左方像内
のストライプと合致させられ、各ストライプの少なくと
も一点の三次元座標が決定される。この知識と、任意に
与えられたストライプ全ての他の点が対応する光平面内
にあるという知識を使うとグループの任意の他の点の三
次元座標は、三角測量によって決定できる。こうして、
感知される物体上のある照射される点の座標位置は、決
定できる。

この情報は、処理されて広範な種々の工業および軍事
への応用として使用できる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の三次元感知装置の説明付き図。

図２は、図１に示す光源の一例を説明付きで示す。

図3Aは、物体が複数の間隔を置いた光平面によって照
射されるとき図3Bに示すカメラにより記録された物体の
像を示す。

図3Bは、図3Aに示される物体の記録像を示す。

図4A及び4Bは、一連の光の平面により照射された感知
物体を本発明の左右のカメラによって録画した像を示
す。

図５は、ビデオ像を発生する本発明の説明付きで示す
光の平面に重ねられた記録したビデオ像を示す。

実施例の詳細な説明 図１は、本発明の全体図を説明付きで示す。感知すべ
き物体を参照番号10で示す。光源12は、同時に発生され
た複数の光の平面14a〜14nで物体を照射する。図２は、
ペンシルビームレーザ100からの光がシリンダ状レンズ1
02を通過しその後回折格子104を通過して間隔をおいた
連続する平面14a〜14nを形成する光源の一実施例を示
す。また多数のレーザ光源が使用できる。実際には、あ
る実施例において、物体の小面全てを十分に照射するた
めに種々の角度から感知される物体を間隔をおいて照射
するために複数の光源を使用するのが所望されるかもし
れない。

左右のビデオカメラ16及び18は、物体の存在する大体
の方向へ向けられる。カメラの配置は、極めて自在であ
るが無制限ではない。例えば、左方のカメラが、右方の
カメラが受光する光平面の実数の物体からの反射を受光
するように、これら二つのカメラは配置されねばならな
い。換言すれば、これら二つのカメラは、右方の像のス
トライプの実数が左方の像のストライプの実数と合致す
るように配置されねばならない。また、カメラのレンズ
の中心は、一本の線と、全ての光平面に垂直な平面とが
垂直となるように、一本の線の方向に配置されるべきで
ない。例えば、本発明の設計図である図１を参照する
と、光平面がその垂直平面と垂直であることから、カメ
ラ16及び18はともに、図１の紙面に垂直なある一本の線
上に配置されるべきでない。もちろん、光源が平面でな
い光パターンを発生する場合、この制限は使用される実
際のパターンに応じて変更される。

物体10はカメラの前に配置されて、各カメラが物体10
の静止像を記録しコンピュータ11へその情報を出力す
る。この装置の環境内の周辺の明るさはレーザの光源12
に対して比較的暗くすべきであるか、あるいは別法とし
て、レーザ光源12による物体の照射がカメラによって周
辺光と識別できるように、カメラはレーザ光の波長に同
調されたいくつかのフィルタを含むべきである。したが
って、物体10からカメラのレンズへ反射されたレーザ光
源12からの光は、ビデオ像の比較的高い光度で現れ、他
方のレーザ12からの光の当たっていない物体の残部がビ
デオ像の比較的暗い光度で現れる。

図3Aは、間隔をおいた連続の光平面により照射された
ときカメラにより記録することができる図3Bの物体のビ
デオ像の一例を示す。図3Aの線（例えば、20、22）は、
周囲領域よりもさらに広い範囲を、つまり光源12によっ
て照射されるビデオディスプレイの一部を表す。例え
ば、円筒でなく平坦な面に当たっている一番左の平面の
光は、図３に示す直線（もしくは、ストライプ）20を発
生する。しかし、一番右の光平面は、円筒と平坦面に当
たってストライプ22a、22b、22cからなるストライプの
グループ22で描かれたものに類似の線パターンを発生す
る。同様に、各連続の光平面は、感知物体から反射され
ると、ストライプのグループ22に類似のストライプのグ
ループを発生する。

図4A及び4Bは、図１の左右のカメラ16及び18によって
録画することができる図3Bに示す物体のビデオ像を例示
している。カメラ16及び18は、異なる位置から感知物体
を検視するので、図4Aと4Bのビデオ像は異なる。左右の
カメラ16及び18が図１のように互いに比較的接近して配
置されほぼ同角度から感知物体を検視するなら、左右の
ビデオ像間の差異は図4Aと4Bのようにあまりはっきり判
断されない。カメラ同士の間隔が大きいと、左右の像の
相違がもっと著しくなる。図4A及び4Bは光平面が垂直と
なる装置を示しているが、これがこの発明の要件でない
ことは理解されたい。

本発明において、これらの像の各々は、デジタル情報
へ転換されてコンピュータ11のCUP13にアクセス可能な
フレームバッファ15のメモリに格納される。本質的に、
ビデオ像のピクセルは、関係付けられるピクセルの照射
光度を表す複数ビットのピクセルデータワードへ転換さ
れる。このデータワードがビデオ像の複数のピクセルと
の一つの対応関係に対して一つもつことは必要でない。
例えば、ビデオ像が、感知装置の目的に必要であるもの
よりもっと精密な解像度（ピクセル数）をもつ場合、複
数の近接ピクセルがコンピュータのメモリ内の単一のデ
ータワードに変換することができる。ここで、用語ピク
セルデータワード及びピクセルは、コンピュータに格納
されるデータに関連して使用される場合、ビデオ像のピ
クセルに対応する何らかの点を意味しない。付加する
と、ビデオカメラからのデータは、メモリに格納される
前にさらに適当な状態にすることができる。

二つのカメラにより録画される静止像は、同一場面の
像が録画されることを保証するために同時に撮影される
べきである。しかし、感知される物体10が静止している
場合は、カメラの同期は特に関係ない。所定の閾レベル
以上の照射光度をもつこれらのピクセルワードは、レー
ザの光源12の光平面の一つにより照射されたと仮定され
る。所定の光度レベル以下の照射光度をもつ残りのピク
セルワードは、切り捨てられる。これは、左右のビデオ
像両方に対して実行される。

単一の光平面を使用する従来技術の装置とは違って、
複数の光平面を使用すると、複数の光平面のどれが点を
照射しているのかわからないため、カメラのレンズの中
心を通って引いた線を含む平面の三角測量によってある
ピクセル内で照射される三次元の点を決定することは可
能でない。

物体の形状が、任意に与えられた光平面の反射を入射
平面について不適当に出現させることがあるために、ピ
クセル像内の一番右の光点は、一番右の入射平面によっ
て照射されると想定できないことは理解されたい。

像が得られ、デジタル化され、レーザ光源で照射され
たピクセルとレーザ光源で照射されなかったピクセルに
分割されると、照射されたピクセルは連続点のグループ
（すなわち、ストライプ）に収集される。一つの光平面
は、感知される物体の形状に依存する一つ以上のストラ
イプを発生できる。ビデオ像のピクセルをストライプへ
と正確にグループをつくるアルゴリズムはわかってい
る。一つのこのようなアルゴリズムが像毎に実行されて
照射されたピクセルをこれらのストライプへ収集する。
ときどき、二つ以上のストライプが像内に互いに列をな
して現れ、そのため一つのストライプのように現れる。
これらのストライプは、信号を処理する際この点で分離
できない。しかし、処理する際に後に出てくる点で使用
してこれらの型のストライプに分離できるアルゴリズム
はわかっている。

照射される点の三次元位置を決定するためには、光平
面がその点を照射したことを決定しなければならない。
本発明は、左方像のストライプを右方像のストライプと
合致させることによってこれを行う。この処理は、本発
明の光平面と光源の設計図に描かれた模範的な左右のビ
デオ像を示す図５に関して説明するつもりである。図５
において、プライム記号「’」が参照番号に付記して使
用され、このプライム記号付参照番号は実際の物理的点
もしくは線を現し、一方、物理的点もしくは線に対応す
るビデオ像内のピクセルもしくは線はプライム記号のな
い参照番号で指示されている。図をもっと単純化するた
めに、感知物体が示されてない。本発明に従うと、ある
像の各ストライプの任意のピクセル、例えば右方像のピ
クセル30が選択される（以後、選択ピクセルと記す）。
好ましい実施例においては、ストライプの中央のピクセ
ルが選択される。右方カメラ16の位置にわかっていて選
択ピクセル30の位置もわかっているのであるから、線3
2′は、右方カメラのレンズ中央から選択ピクセル30で
指示される選択点30′があることがわかっている空間へ
と引くことができる。しかし、線32′上の選択点30′の
正確な位置（つまり、カメラからの距離）はわからな
い。

右方像の一つのピクセルの選択ピクセル30としてのみ
現れる線32′は、左方像の一本の線として現れる。空間
内の線の位置が分かっていて左方カメラの位置が分かっ
ているのだから、線32′の位置は、計算されて左方像の
32で示すように描かれる。線32は、選択ピクセル30のエ
ピ・ポラー線と称される。点30′に対応する左方像のピ
クセルは、左方像の線上にあることがわかっている。選
択点30′が光平面の一つに存在しなければならないこと
もわかっているので、選択点30′の空間内の位置は、ピ
クセル34、36、38、40、42、44、46の一つに対応するも
のとさらに絞ることができる。この場合、線32は左方像
のストライプと交差する（以後、交差ピクセルと記
す）。

選択点30′の正確な三次元座標は、現在次のように決
定できる。交差ピクセル34、36、38、40、42、44、46に
それぞれ対応する各交点34′、36′、38′、40′、4
2′、44′、46′の三次元座標は、各点が二本の別個の
線上にあることがわかっている。左方カメラのレンズ中
央から描かれた線32′である第一の線と33′ａ〜33′ｇ
の内の一つである第二線は、各交点34′、36′、38′、
40′、42′、44′、46′の内の一つを通って空間へ出
る。交点の各々の位置は二本の線の交差部分であるとわ
かっていて、三角測量によって決定できる。

さらに、光平面の空間内の位置も既知である光源の位
置からわかる。一つの既知の平面上にある交点34′、3
6′、38′、40′、42′、44′、46′の一つは選択点3
0′と同一点であるべきである。こうして、アルゴリズ
ムは、各交点34′、36′、38′、40′、42′、44′、4
6′に適応されて既知の平面の一つの最接近するように
決定される。既知の平面（例えば、点40′）に最接近す
る交点に対応する左方像の交差ピクセルは、選択点30′
と同一点であると仮定される。光の平面に大変接近する
二つ以上の交点がある場合、その後さらに、正確な交点
を決定するステップが必要かもしれない。一つの可能性
は、左方像内の二つ以上の交点に対応するストライプの
長さと右方の選択ピクセルに対応するストライプとを比
較し且つ左方像の長さが選択ピクセルに対応する右方像
のストライプの長さに接近する左方像からストライプに
対応する交点を選択することである。二以上の交点が光
平面に大変接近する位置にある場合の別の可能性は、同
一ストライプ上の右方像内の別の点を簡単に選択し、且
つ新しい選択点に関するアルゴリズムを再形成すること
である。

交点と選択点の空間内の位置は、極座標のような別の
型の座標系を用いることによって決定できる。例えば、
全ての光平面は、空間内の一本線から発生され特定の角
度でその線から外へ向かって放射する。第二の像内の交
差ピクセルに対応する交点は、発生線についての角度と
発生線上の選択点からの距離ベクトルという用語で定義
できる。各交点に関連する角度は、既知の光平面の角度
と比較して光平面に最接近する位置がどの交点かを決定
できる。

この接点において、選択点30′の三次元座標と、選択
点30′がある光平面と、選択点30′がある左右の像両方
のストライプとを全て分かっている。ピクセル30が属す
るストライプ内の他の全ての点は同一の光平面によって
照射される。こうして、関連ストライプ上の他の点の三
次元位置は、単純な三角測量によって決定できる。

同一のアルゴリズムは、右方像の全ての他のストライ
プの中央のピクセルに適応されて空間内の対応する点の
三次元座標を決定する。上記のように、右方像内のいく
つかのストライプは、左方像の対応するストライプを持
たずともよい。上で説明したアルゴリズムは、ストライ
プが合致点を持たないことを決定するだろう。さらに、
いくつか一列のストライプがある場合、既知のアルゴリ
ズムがこの点に適応されてそれらを分離する。

本発明のアルゴリズムは、さらに、それが周辺の光や
もしくは物体からの光平面の第二反射によって生じるか
もしれないようなスプリアス光の反射を内在的に拒絶す
るという利点をもつ。ビデオ像内の殆どのスプリアス光
は、一つの光平面内にないだろう。そして本発明が、ス
プリアス光に対応する右方像のピクセルを左方像に対応
するピクセルを合致させると、それは、光平面内にある
交点は見つからない。この装置は、その後ピクセルがス
プリアス光によって照射されたと仮定するだろう。この
方法で、スプリアス光によって照射されたほとんどのピ
クセルは拒絶されるだろう。

ビデオ像内のストライプがそれを発生する実際の光平
面と合致すると、ビデオ像内のいくつかの照射点の三次
元座標は、単一カメラからのデータを使用する三角測量
によって決定できる。しかしながら、高度の正確さを要
求する応用において、この装置は各カメラからのデータ
に基づく座標点を決定するように変更される。

このように、得られたデータから感知物体10を限定す
る。このデータは、特別な用途に要求されるように操作
できる。例えば、環境を製造する際に、本発明は、ドリ
ルすべき物体の位置を決定するのに使用できる。その
後、コンピュータ制御下で、ドリルはドリル動作のため
の所望位置へ運ばれる。軍事応用において、本発明は、
標的捕捉の目的に使用できる。例えば、所定の形状と／
もしくは大きさをもつ物体は配置されてその三次元座標
が決定すると、武器が自動的にこの指示座標へ向けられ
る。

本発明は、ソフトウエアで主に実行できる。しかしな
がら、この装置の応答時間、つまり、像の捕捉と像の位
置及び形状の最終的な計算値との間の時間を速くするた
めに、ハードウエアは、ステップの確実性を実行するの
に設計できる。例えば、ハードウエアは、照射されたピ
クセルをストライプへ収集するのに設計できる。

この装置の応答時間をさらに短縮するために、本発明
の方法が直列の平行プロセッサによって実行できる。好
ましい実施例において、得られたビデオ像は小部分に分
割されて、その各々が別個のプロセッサによって動作で
きる。例えば、光平面がビデオ像内でほぼ垂直であると
仮定すると、これら像は平行なセクションへ分割でき、
その各々が別個のプロセッサによって動作される。別法
として、一つのプロセッサが、各ストライプもしくはス
トライプのグループへ委ねられ得る。その後コレラ点の
三次元座標が決まると、このデータは結合できる。しか
し、多数の応用において、別個のプロセッサによって開
発されたデータを結合することは、必要でさえないかも
しれない。

さらに別法として、多数のプロセッサがパイプライン
で連結されて、応答時間をも短縮するアルゴリズムの異
なる部分を実行できる。付加すると、処理にいくつかの
ステージを実行するためのハードウエアを使用し、且つ
多数のプロセッサを使用することによって、装置の応答
時間（つまり、獲得された像からの有用な像発生するの
に必要な時間）が、ほぼ一秒の1/10まで短縮できる。一
秒の1/10の応答時間を使用すると、この装置は、必然的
に実時間で動作でき、これによって、この装置は移動し
ている物体を探知でき、位置と／もしくは形状の情報を
1/10秒の遅延で連続して更新する。

上の説明は、好ましい実施例に関する。しかし、他の
種々の実施例が、考えられる。例えば、像はビデオカメ
ラによって記録されることが必要である。いくつかの電
磁記録手段は、両立可能な電磁放射手段と結合して使用
できる。例えば、感知物体をＸ線で爆撃でき、かつ機械
の像を描くＸ線によって録画できる。

本発明は多数の光平面で物体を照射する発生源に関し
て説明したけれど、別の照射パターンも可能である。例
えば、一連の収束円もしくは正方形で、またはペンシル
ビームの列で照射できる。実際には、物体は、レーザの
位置と光パターンが分かっている限り光のパターンのい
くつかの数によって照射できる。こうして、ここで使用
された用語「ストライプ」は、直線のみに言及するもの
でなく、一組の多数の反復パターンの内のいずれかによ
って反射パターンを含むようにもっと広く解釈されるべ
きである。しかし、一連のペンシルビームからなる光パ
ターンの場合には注目すると、ピクセルデータワードを
ストライプにグループ化しないことになる（または、別
言すると、ペンシルビームによって照射された各ピクセ
ルは、それ自身のストライプとなる）。

本発明の二、三の特別な実施例を説明したけれど、種
々の変更、補正及び改善が可能であることは、当業者に
とって容易に理解されるであろう。ここの開示で明らか
にしたように、このような変更、修正及び改善は、明白
にはここで延べてないけれども、本発明の技術思想の要
旨及び範囲内で行うつもりである。例えば、物体が多数
の光の平面によって同時に照射されることは必要でな
い。代わりに、光平面は、逐次的に既知の量に置き換え
られる光の単一平面によって丁度良い時に逐次的に発生
できる。周辺の明るさがビデオ画の完全な形を維持する
のに十分に低い場合、光平面が発生されるように長い時
間見られれている単一のビデオ像はカメラによって記録
できる。また、別の像は、光平面の位置を変える毎に記
録される。したがって、上記の説明は一例であって制限
するものではない。本発明は、次の請求項に定義のよう
にのみ制限され、それに相当する。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電磁放射パターンを使って感知され
   るべき物体を照射するための電磁放射源と、 前記電磁放射源により照射されるとき前記物体からの前
   記パターンの反射の第一および第二の像をそれぞれ記録
   するための第一および第二電磁記録手段であり、前記第
   一電磁記録手段は前記第二電磁記録手段が記録する反射
   パターンの少なくともいくつかを含んだ像を記録するよ
   うな様式で互いに配置される前記第一および前記第二電
   磁記録手段と、 前記第一記録手段によって記録される前記パターンの各
   々の反射と前記第二記録手段によって記録される前記パ
   ターンの各々の反射とを相関付け、それから前記物体の
   形状と位置を決定するためのデータ処理手段であって、 前記像の各々を一連のデジタルピクセルワードへ変換す
   るための手段と、 前記パターンの一つによって照射される点に対応するデ
   ジタルピクセルワードを各々有するストライプに各像の
   前記デジタルピクセルワードをグループ化するための手
   段と、 関連パターンにより照射される前記物体上のある選択点
   を各々表わす単一デジタルピクセルワードを、前記第一
   像からの各ストライプから選択するための手段と、 前記選択デジタルピクセルワードの各々の前記第二像内
   のエピ・ポラー線を決定するための手段と、 前記第二像内のストライプの一部でありかつエピ・ポラ
   ー線の一部あり、交点と称される前記第二像内の一点を
   表す各デジタルピクセルワードを決定するための手段
   と、 前記交点の各々の三次元座標を決定するための手段と、 前記エピ・ポラー線と関連付けられる前記第一像からの
   選択点として前記パターンの一つに最も接近してある各
   エピ・ポラー線上の単一の交点を選択するための手段
   と、 前記選択点の既知の位置に基づき前記物体の形状もしく
   は位置を決定するための手段と、 を有する前記データ処理手段と、 を有する三次元物体感知装置。
2. 【請求項２】前記電磁放射源が光源よりなり、かつ前記
   パターンが複数の光平面を有する請求項１に記載の装
   置。
3. 【請求項３】前記第一及び第二像が同時に得られる請求
   項１に記載の装置。
4. 【請求項４】前記第一及び第二像内のセクションが前記
   像の対応するピクセルを含むように、前記像をセクショ
   ンに分離するための手段をさらに有し、 前記データ処理手段が複数のデータ処理手段からなり、
   前記データ処理手段の各々が前記第一及び第二ビデオ像
   の前記セクションの一つに関して同時に動作する、 請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】前記セクションの各々が関連付けられた像
   のストライプを有する請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】前記グループ化手段が、 第一グループが特定閾照射レベル以上で照射されるピク
   セルを有し且つ第二グループが特定閾照射レベル以下で
   照射されるピクセルを含むように、前記ピクセルを前記
   第一及び前記第二グループへ分離するための手段と、 前記第一グループからの前記ピクセルを前記ストライプ
   へさらに分離するための手段と、 を有する請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】前記電磁記録手段がビデオカメラからなる
   請求項１に記載の装置。
8. 【請求項８】前記光源がレーザ光源からなる請求項２に
   記載の装置。
9. 【請求項９】前記データ処理手段が複数のパイプライン
   結合されたデータ処理手段を有し、前記各データ処理手
   段が前記データ処理の逐次部分を実行する請求項１に記
   載の装置。
10. 【請求項１０】交点のどれもが前記パターンのいずれか
    の特定距離内にない場合、選択デジタルピクセルワード
    を拒絶するための手段をさらに有する請求項１に記載の
    装置。
11. 【請求項１１】三次元空間における物体を感知するため
    の方法において、 あるパターンの電磁放射を使って前記物体を照射するこ
    とと、 前記物体から前記光パターンの反射のピクセルよりなる
    第一及び第二像を得ることと、 第一カメラによって記録される前記光パターンの反射と
    第二カメラによって記録される前記光パターンの反射と
    を、まず前記第一像から少なくとも一つの選択ピクセル
    の第二像内のエピ・ポラー線の位置を決定し、次に前記
    エピ・ポラー線上にある前記第二像内の前記ピクセルの
    各々に対応する点の空間内の位置を決定し、その後前記
    点のどれが前記光パターンに接近してあるのか決定する
    ことによって相関付けることと、 の諸ステップを有する三次元空間における物体感知方
    法。
12. 【請求項１２】三次元空間における物体を感知するため
    の方法において、 複数のパターンの電磁放射を使って前記物体を照射する
    ことと、 前記物体の第一及び第二像を得ることと、 前記ビデオ像上の一点の光度レベルを各々表わす、一連
    の前記ピクセルワードに各像を変換することと、 特定の閾光度以上に照射される連続ピクセルを各々有す
    るストライプに各像の前記ピクセルワードを収集するこ
    とと、 前記第一像からの各ストライプから一つのピクセルワー
    ドを選択することと、 各選択ピクセルワードに対して、前記選択ピクセルワー
    ドの前記第二像内のエピ・ポラー線の位置を決定するこ
    とと、 各エピ・ポラー線に対して、ストライプの一部であり且
    つ前記第二像内の前記エピ・ポラー線の一部であり、交
    差ワードと称せられる各ピクセルワードを前記第二像か
    ら決定することと、 各エピ・ポラー線に対して、各交差ワードに対応する点
    の三次元座標を決定することと、 各エピ・ポラー線に対して、対応する点が前記パターン
    の一つに最も接近してある単一の交差ワードを選択する
    ことと、 前記選択ピクセルワードに対応する前記点の既知の位置
    に基づき前記物体の形状もしくは位置を決定すること
    と、 の諸ステップを有する三次元空間における物体感知方
    法。
13. 【請求項１３】第一及び第二像が同時に得られる請求項
    12に記載の方法。
14. 【請求項１４】前記グループ化ステップが、 第一グループが特定の閾値以上の値をもつピクセルワー
    ドを有し第二グループが特定の閾値以下の値をもつピク
    セルワードを有するように、前記ピクセルワードを第一
    及び第二グループに分離することと、 前記第一グループ内の前記ピクセルを前記ストライプに
    分離すること、 のステップを含む請求項12に記載の方法。
15. 【請求項１５】交差ワードに対応する点のどれもが前記
    パターンの特定距離内にない場合選択ピクセルワードを
    拒絶するステップをさらに有する請求項12に記載の方
    法。