JP5592070B2 - 三次元検知のために深度変化させる光照射野 - Google Patents
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Description
個々の位置及び個々の形状を有する複数のスポットのパターンを物体上に投射する段階であって、上記形状が共通的特性を共有する一方で、上記パターン内の上記スポットの位置が無相関状態になるような、投射段階と、
上記物体上の上記スポットの画像をキャプチャする段階と、
上記物体の三次元(3D)マップを導出するべく上記画像を処理する段階と、を含む。
光ビームに対する第1の光学的制約の適用が、光ビームを複数のスポットのパターンに分割するような、第1の光学的制約を規定する段階と、
光ビームに対する第2の光学的制約の適用が、光ビームの軸に沿った距離の関数として予め規定された方式において変化する形状特性を備えるスポットを光ビームに形成させるような、第2の光学的制約を規定する段階と、
上記第1の光学的制約及び上記第2の光学的制約を重畳させるべく、少なくとも1つの光学要素をデザインする段階と、
パターン内の複数のスポットが形状特性を備えるように、パターンを表面上に投射するために、少なくとも1つの光学要素を通じて光ビームを導く段階と、を含む。
物体上のスポットの画像をキャプチャするように構成された撮像アセンブリと、
物体の三次元(3D)マップを導出するために画像を処理するように結合された画像プロセッサと、を含む。
第1の光学的制約及び第2の光学的制約を重畳するようにデザインされた少なくとも1つの光学要素であって、上記第1の光学的制約の光ビームへの適用が、光ビームを複数のスポットのパターンに分割することであり、上記第2の光学的制約の光ビームへの適用が、光ビームの軸に沿った距離の関数として予め規定された方式において変化する形状特性を備えたスポットを前記ビームに形成させるようにする、光学要素と、
パターン内の複数のスポットが形状特性を具備するようにパターンを表面上に投射するために、少なくとも1つの光学要素を通じて光ビームを導くように構成された光源と、を含む。
図1は、本発明の一実施例による3D測距及びマッピングシステム20の画的な概略図である。システム20は、スポットのパターンを生成して物体28上に投射し、且つ、物体上に現れるスポットパターンの画像をキャプチャする撮像装置22を有している。装置22のデザイン及び動作の詳細については、以降の図面に示されており、且つ、それらの図面を参照して後述することとする。
共通的な形状特性を有するスポットのパターンを使用することにより、いくつかの方法においてシステム20の動作を向上させることができる。例えば、X方向のシフトのみが物体の3D再構築において有意である前述の装置22の構成においては、Y方向に細長くなったスペックルのパターンを使用することが有利であろう。この結果、プロセッサ24がZ方向のシフトを検出する目的で画像間における相関を演算する間、この演算は、Y方向におけるスペックルの小さなシフトの影響を受けにくくなる。この機能により、X方向のシフト演算の安定性が改善される(且つ、演算において相対的に小さな相関ウィンドウを使用可能であろう)。
Claims (46)
- 光ビームを複数のスポットに分割する第1の光学的制約と、前記光ビームが、該光ビームの光軸に沿った距離に応じて所定の方法で変化する形状特性を有するスポットを形成するようにする第2の光学的制約と、を重畳するようにデザインされた少なくとも1つの光学要素に、前記光ビームを通過させることによって、前記複数のスポットのパターンを物体上に投射する段階であって、前記形状が前記形状特性を共有する一方で前記パターン内の前記スポットの位置が無相関状態になるような、投射段階と、
前記物体上の前記スポットの画像をキャプチャする段階と、
前記パターンの供給源から前記物体の表面までの距離を測定するべく、前記物体の表面上の前記スポットの前記形状特性を分析することによって、前記物体の三次元(3D)マップを導出するべく前記画像を処理する段階と、
を有するマッピング方法。 - 前記スポットのパターンは、ランダムなスペックルパターンを含む請求項1記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、前記パターンを生成するための第1光学要素と、前記形状特性を適用するための第2光学要素と、を含む請求項1記載の方法。
- 前記スポットは、前記パターンの供給源からの距離の関数として回転する細長い形状を共有しており、前記特性を分析する段階は、前記物体の表面上の前記スポットの方向を判定する段階を含む請求項1記載の方法。
- 前記画像を処理する段階は、前記画像内の前記物体の複数のエリア上の前記パターンと基準画像内のパターンとの間の個々のオフセットを見出す段階と、前記3Dマップを導出するために前記オフセットを前記形状特性を分析することによって測定される距離と共に使用する段階と、を含む請求項1記載の方法。
- 前記個々のオフセットを見出す段階は、前記供給源から前記表面までの距離に対して応答可能なように、複数の基準画像の中から前記基準画像を選択する段階を含む請求項5記載の方法。
- 前記パターン内の前記スポットは、第1方向において配列された細長い形状を有し、前記画像を処理する段階は、前記3Dマップを導出するべく、前記画像内の前記物体の複数のエリア上の前記パターンと基準画像内の前記パターンとの間で、前記第1方向に垂直である第2方向における個々のオフセットを見出す段階を含む請求項1〜6の中のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スポットのパターンを投射する段階は、コヒーレントな光ビームを拡散器に通過させる段階を含み、前記ビームは、前記第2方向に細長い前記拡散器においてプロファイルを有する請求項7記載の方法。
- 前記画像をキャプチャする段階は、前記物体が移動している間に、一連の画像をキャプチャする段階を含み、前記画像を処理する段階は、前記一連の画像を処理することにより、前記物体の移動を追跡する段階を含む請求項1〜6の中のいずれか一項に記載の方法。
- 前記物体は、人体の一部であり、
前記移動を追跡する段階は、前記人体の一部によって実行されたジェスチャーを識別する段階と、前記ジェスチャーに対して応答可能なように、コンピュータアプリケーションに入力を提供する段階と、を含む請求項9記載の方法。 - 光ビームに対する第1の光学的制約の適用が、前記光ビームを複数のスポットのパターンに分割するような、第1の光学的制約を規定する段階と、
前記光ビームに対する第2の光学的制約の適用が、前記光ビームの軸に沿った距離の関数として予め規定された方式において変化する形状特性を備えるスポットを前記光ビームに形成させるような、第2の光学的制約を規定する段階と、
前記第1の光学的制約及び前記第2の光学的制約を重畳させるべく、少なくとも1つの光学要素をデザインする段階と、
前記パターン内の前記複数のスポットが前記形状特性を備えるように、前記パターンを表面上に投射するために、前記少なくとも1つの光学要素を通じて光ビームを導く段階と、を含む撮像方法。 - 前記少なくとも1つの光学要素は、前記ビームを前記パターンに分割するための第1光学要素と、前記形状特性を適用するための第2光学要素とを含む請求項11記載の方法。
- 前記パターンは、スペックルパターンを含む請求項12記載の方法。
- 前記第1光学要素は、拡散器を含む請求項13記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、回折光学要素(DOE:Diffractive Optical Element)を含む請求項11記載の方法。
- 前記DOEは、細長い形状を前記スポットに付与するための少なくとも1つのゾーンプレートを含む請求項15記載の方法。
- 前記少なくとも1つのゾーンプレートは、前記スポットの前記細長い形状を前記距離の関数として回転させるように、異なる個々の周期及び角度方位を備えた複数の重畳するゾーンプレートを含む請求項16記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、屈折光学要素を含む請求項11記載の方法。
- 前記第1の光学的制約によって規定される前記パターンは、1/4を上回らないデューティサイクルを備える請求項11記載の方法。
- 前記パターンは、前記位置が無相関状態になるように前記スポットの個々の位置を規定している請求項11記載の方法。
- 前記第2の光学的制約は、前記スポットに、前記距離の関数として回転する細長い形状を備えさせる請求項11〜20の中のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の光学的制約は、前記スポットに、環形状を備えさせる請求項11〜20の中のいずれか一項に記載の方法。
- 前記表面上の前記スポットの画像をキャプチャする段階と、前記少なくとも1つの光学要素から前記表面までの距離を判定するべく前記画像を処理する段階と、を含む請求項11〜20の中のいずれか一項に記載の方法。
- 個々の位置及び個々の形状を有した複数のスポットのパターンを物体上に投射するように構成された照明アセンブリであって、前記形状が形状特性を共有する一方で前記パターン内の前記スポットの前記位置が無相関状態になるような、照明アセンブリであって、
前記光ビームを前記複数のスポットに分割する第1の光学的制約と、前記光ビームが、該光ビームの光軸に沿った距離に応じた所定の方法で変化する形状特性を有するスポットを形成するようにする第2の光学的制約とを、重畳するようにデザインされた少なくとも1つの光学要素と、
前記少なくとも1つの光学要素を通じて光ビームを導くように構成された光源と、を備える照明アセンブリと、
前記物体上の前記スポットの画像をキャプチャするように構成された撮像アセンブリと、
前記パターンの供給源から前記物体の表面までの距離を測定するべく前記画像内の前記物体の表面上の前記スポットの前記形状特性を分析することによって、前記物体の三次元(3D)マップを導出するために前記画像を処理するように結合された画像プロセッサと、
を備えるマッピング装置。 - 前記スポットのパターンは、ランダムなスペックルパターンを含む請求項24記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、前記パターンを生成するための第1光学要素と、前記形状特性を前記形状に適用するための第2光学要素と、を含む請求項24記載の装置。
- 前記スポットは、前記パターンの供給源からの距離の関数として回転する細長い形状を共有し、前記画像プロセッサは、前記物体の前記表面上の前記スポットの方向を判定するように構成されている請求項24記載の装置。
- 前記画像プロセッサは、前記画像内の前記物体の複数のエリア上の前記パターンと基準画像内の前記パターンとの間の個々のオフセットを見出し、且つ、前記3Dマップを導出するべく、前記オフセットを前記形状特性を分析することによって測定される距離と共に使用するように構成されている請求項24記載の装置。
- 前記画像プロセッサは、前記供給源から前記表面までの距離に対して応答可能なように、複数の基準画像の中から前記基準画像を選択するように構成されている請求項28記載の装置。
- 前記パターン内の前記スポットは、第1方向において配列された細長い形状を備え、前記画像プロセッサは、前記3Dマップを導出するべく、前記画像内の前記物体の複数のエリア上の前記パターンと基準画像内の前記パターンとの間において前記第1方向に垂直である第2方向における個々のオフセットを見出すように構成されている請求項24〜29の中のいずれか一項に記載の装置。
- 前記照明アセンブリは、拡散器と、前記拡散器を通じてコヒーレントな光ビームを導くように構成された光源と、含み、前記ビームは、前記第2方向において細長い前記拡散器においてプロファイルを有する請求項30記載の装置。
- 前記撮像アセンブリは、前記物体が移動している間に、一連の画像をキャプチャするように構成され、
前記画像プロセッサは、前記一連の画像を処理することにより、前記物体の移動を追跡するように構成されている請求項24〜29の中のいずれか一項に記載の装置。 - 前記物体は、人体の一部であり、前記画像プロセッサは、前記人体の一部によって実行されるジェスチャーを識別し、且つ、前記ジェスチャーに応答可能なようにコンピュータアプリケーションに入力を提供するように構成されている請求項32記載の装置。
- 第1の光学的制約及び第2の光学的制約を重畳するようにデザインされた少なくとも1つの光学要素であって、前記第1の光学的制約の光ビームへの適用が、前記光ビームを複数のスポットのパターンに分割することであり、前記第2の光学的制約の光ビームへの適用が、前記光ビームの軸に沿った距離の関数として予め規定された方式において変化する形状特性を備えたスポットを前記光ビームに形成させるようにする、光学要素と、
前記パターン内の前記複数のスポットが前記形状特性を備えるように前記パターンを表面上に投射するために、前記少なくとも1つの光学要素を通じて前記光ビームを導くように構成された光源と、を含む撮像装置。 - 前記少なくとも1つの光学要素は、前記ビームを前記パターンに分割するための第1光学要素と、前記形状特性を適用するための第2光学要素と、を含む請求項34記載の装置。
- 前記パターンは、スペックルパターンを含む請求項35記載の装置。
- 前記第1光学要素は、拡散器を含む請求項36記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、回折光学要素(DOE)を含む請求項34記載の装置。
- 前記DOEは、細長い形状を前記スポットに付与するための少なくとも1つのゾーンプレートを含む請求項38記載の装置。
- 前記少なくとも1つのゾーンプレートは、前記スポットの前記細長い形状を前記距離の関数として回転させるように、異なる個々の周期及び角度方位を備えた複数の重畳されたゾーンプレートを含む請求項39記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学要素は、屈折光学要素を含む請求項34記載の装置。
- 前記第1の光学的制約によって規定された前記パターンは、1/4を上回らないデューティサイクルを備える請求項34記載の装置。
- 前記パターンは、前記位置が無相関状態となるように前記スポットの個々の位置を規定している請求項34記載の装置。
- 前記第2の光学的制約は、前記スポットに、前記距離の関数として回転する細長い形状を備えさせる請求項34〜43の中のいずれか一項に記載の装置。
- 前記第2の光学的制約は、前記スポットに、環形状を備えさせる請求項34〜43の中のいずれか一項に記載の装置。
- 前記表面上の前記スポットの画像をキャプチャするように構成された撮像アセンブリと、前記少なくとも1つの光学要素から前記表面までの前記距離を判定するために前記画像を処理するように結合された画像プロセッサと、を含む請求項34〜43の中のいずれか一項に記載の装置。
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