JP7086330B2 - 物体の三次元モデルを形成するための１つ又は複数の光度エッジの生成 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１７年１０月６日付けで出願され、全体的に参照により本明細書に援用される米国仮特許出願第６２／５６９，３５３号の利益を主張する。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当せず
シーケンスリスト、表、又はコンピュータープログラムリストのコンパクトディスクの付録の参照
該当せず
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、スキャンデバイスの技術分野にある。より詳細には、本発明の好ましい実施形態は、一般的には、スキャン中の物体の三次元モデルを生成するスキャンデバイスに関する。より詳細には、本発明の好ましい実施形態は、一般的には、シャドウキャスタを使用して、スキャン中の物体又はエリアの三次元モデルを生成する装置、システム、及び方法に関する。
２．関連技術の説明
計算ハードウェア及びソフトウェアの進歩により、物体の形状を三次元空間で伝達する三次元モデル及びデジタル画像の生成が容易になった。従来の計算技法及びデバイスは、スキャン中の物体の表面の三次元モデルを形成する三次元（「３Ｄ」）スキャナとして実施される。これらのうち、構造化光スキャナシステムは通常、複雑なパターンの光及び１つ又は複数のカメラシステムを使用して、物体の形状を三次元で表す画像を捕捉する。従来の構造化光スキャナシステムは機能的であるが、これらのシステムは通常、スキャナをコスト的に法外なものにする材料及びリソースを必要とするため、広範囲の用途に適用するにはあまり適してない。例えば、そのようなスキャナは、レーザ及び／又は液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）プロジェクタ並びに複雑な光パターン及びそのようなスキャナに関連する撮像技法の処理に必要な他の計算ハードウェア及びアルゴリズムを利用する。
少なくとも１つの手法では、構造化光スキャナシステムの制限の１つに対処するために、「弱構造化（weak-structured）」光を使用するスキャン技法が開発された。従来の弱構造化光に基づくスキャナは通常、物体の表面を導出し得る画像を捕捉するために、単純な白熱灯及び／又はロッド（例えば、鉛筆）を利用する。そのようなスキャナシステムの一例を図１に示す。図１００は、影を平面１１０に適用して、物体１１６の形状を捕捉する単純な白熱電球１０２及びロッド１１４又は鉛筆等の任意の他の円柱形物体を示す。白熱電球１０２は、ガラスエンクロージャ内に距離（「ｄ」）１０６における支持体間に延びるフィラメント１０４を含み、ガラスエンクロージャは透明でつや消しコーティングのないガラスで形成し得る。通常、ロッド１１４の幅と相対して比較的広範囲の距離に沿って光を生成するフィラメント１０４。一般に、フィラメント１０４は、ロッド１１４都へ移行しない平面に位置決めし得る。カメラ１０１を使用して、１１６の表面の計算に使用することができる点の画像を捕捉し得る。点の画像を捕捉するために、ロッド１１４を使用して影を物体１１６にわたり適用して、カメラ１０１により捕捉された物体１１６の表面上のピクセルの相対深度（例えば、物体１１６が不在の時点でのピクセルに相対する）を特定しようとする。
図１のスキャナには幾つかの欠点がある。図１のスキャナは機能的であるが、図１００のシステムは三次元物体の３Ｄ像をモデリングするにはあまり適さないことがある。白熱電球１０２及びロッド１１４は、所与の白熱電球１０２から最小照明のゾーン１２１を含む影１２０を生成し得る。ロッド１１４から更に遠くの距離１２２では、平面１１０のゾーン１２１と照明部分１１１との境界はますます拡散する。照明拡散性の増大の一例は、最小照明のゾーン１２１と照明部分１１１との拡散した境界を示す、距離（「ｂ」）１２６内の線１１４に沿った線１２２からの増大として示し得る。拡散した境界の有害な影響を打ち消すために、３Ｄスキャンへの従来の手法は、照明の閾値と併せて、時間座標又はビデオ座標及び暗度と明度との十分な差に基づいて境界を画定する関連するアルゴリズムに頼る。拡散した境界は、物体１１６の捕捉画像から計算される表面の精度を下げる恐れがある。また、照明の閾値の使用は有効であるが、異なる色、陰影、又はテクスチャの発光効果を無視する必要があり得る。例えば、「黄」色は、拡散した境界の影響から区別可能であり得る比較的高い光度を有し得、一方、「青」色は、拡散した境界の一部として検出し得る比較的低い光度を有し得る。したがって、物体１１６の青部分１１７は、従来の照明の閾値の実施に起因して無視されることがある。したがって、色及び他の発光効果は多くの場合、従来の３Ｄスキャンに表れる不正確性であるこの無視を生じさせる。幾つかの手法では、アルゴリズム計算を利用して、ピクセルが照明されているか否かを分類する。しかしながら、これらの既知のアルゴリズムは通常、明度と暗度との間での比較的大きな揺れの区別に制限されている。そのような閾値処理は、図１００のスキャナを特定のスキャン用途にカスタマイズし適合させるためにリソースを必要とし得る。
したがって、必要とされるのは、従来の技法の制限なしで、物体及び環境の三次元モデル又は画像を生成する技法を促進する解決策である。
発明の概要
種々の実施形態は、一般的には、物体及び環境の少なくとも三次元モデル又は画像を形成するコンピュータビジョン、グラフィックス、画像スキャン、及び画像処理、並びに関連する機械的、電気的、及び電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、及びシステム、及び有線及び無線ネットワーク通信に関する。本発明の広義の実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体又は環境の三次元モデルを形成する装置、方法、及びシステムに関する。広義の実施形態では、本発明は、モデリング中の物体又はエリアにわたる１つ又は複数の光度エッジを生成する１つ又は複数の光源及び１つ又は複数のシャドウキャスタ、１つ又は複数の光度エッジを検出する１つ又は複数の手段、モデリング中の物体又はエリアに相対する１つ又は複数の光度エッジの移動を検出する手段、及びモデリング中の物体又はエリアの三次元モデルを生成する手段、並びに関連する方法及びシステムを含む。幾つかの実施形態は１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させ、幾つかの実施形態は１つ又は複数の光源を移動させ、幾つかの実施形態は、１つ又は複数の光度エッジを通して物体を移動させる。これらの実施形態は本発明の範囲及び趣旨の例示であるが、上述した実施形態及び例は本発明を限定すべきではなく、本明細書における特定の実施形態、方法、及び例の変形、組合せ、及び均等物の存在を当業者は理解し認識される。
好ましい実施形態では、本発明は広く、１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させて、モデリング中の物体又はエリアに相対して１つ又は複数の光度エッジを移動させる装置及び方法に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、１つ又は複数の光源と、１つ又は複数のシャドウキャスタであって、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスタと、上記１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させることが可能な１つ又は複数のアクチュエータと、１つ又は複数の画像捕捉デバイスと、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと、ディスプレイとを含み、上記１つ又は複数の光源は上記１つ又は複数のシャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記１つ又は複数のアクチュエータは、上記１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する方法にも関し、上記方法は、１つ又は複数の光源を提供することと、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素は、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することと、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影することであって、それにより、上記１つ又は複数の光源及び上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を使用して上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成する、投影することと、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を移動させることであって、それにより、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを移動させる、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を移動させることと、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、捕捉された上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成することと、上記三次元モデルを表示することとを含む。この広義の実施形態の他のバージョンは、離散若しくは連続、線形であり、又は１つ若しくは複数の光アレイを含む１つ又は複数の光源を有する。この実施形態の他のバージョンでは、１つ又は複数のシャドウキャスタの形状は、三次元プリント技法等を通してスキャン及びモデリング中の物体に基づく。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。この実施形態の他のバージョンは、１つ又は複数のアクチュエータを使用して、１つ又は複数のシャドウキャスタを回転させる。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。
別の好ましい実施形態では、本発明は広く、１つ又は複数の光源を移動させて、モデリング中の物体又はエリアに相対して１つ又は複数の光度エッジを移動させる装置及び方法に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、１つ又は複数の光源と、１つ又は複数のシャドウキャスタであって、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスタと、上記１つ又は複数の光源を移動させることが可能な１つ又は複数のアクチュエータと、１つ又は複数の画像捕捉デバイスと、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと、ディスプレイとを含み、上記１つ又は複数の光源は上記１つ又は複数のシャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記１つ又は複数のアクチュエータは、上記１つ又は複数の光源を移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する方法にも関し、上記方法は、１つ又は複数の光源を提供することと、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素は、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することと、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影することであって、それにより、上記１つ又は複数の光源及び上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を使用して上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成する、投影することと、上記１つ又は複数の光源を移動させることであって、それにより、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを移動させる、上記１つ又は複数の光源を移動させることと、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、捕捉された上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成することと、上記三次元モデルを表示することとを含む。この広義の実施形態の他のバージョンは、離散若しくは連続、線形であり、又は１つ若しくは複数の光アレイを含む１つ又は複数の光源を有する。この実施形態の他のバージョンでは、１つ又は複数のシャドウキャスタの形状は、三次元プリント技法等を通してスキャン及びモデリング中の物体に基づく。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の他のバージョンは、１つ又は複数のアクチュエータを使用して、１つ又は複数のシャドウキャスタを回転させる。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。
別の好ましい実施形態では、本発明は広く、１つ又は複数の光度エッジを通してモデリング中の物体を移動させる装置及び方法に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、１つ又は複数の光源と、１つ又は複数のシャドウキャスタであって、平面投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスタと、１つ又は複数の画像捕捉デバイスと、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと、ディスプレイとを含み、上記１つ又は複数の光源は上記１つ又は複数のシャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを形成し、上記物体は上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動して、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動する上記物体の上記移動を検出し、上記移動を上記メモリに記録し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動する上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記移動から上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動する上記物体の速度を計算し、上記プロセッサは、記録された上記画像及び計算された上記速度から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する方法に関し、上記方法は、１つ又は複数の光源を提供することと、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素は、平面投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することと、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影することであって、それにより、上記１つ又は複数の光源及び上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を使用して上記物体上に上記１つ又は複数の光度エッジを形成する、投影することと、上記１つ又は複数の光度エッジを通って上記物体を移動させることと、上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動する上記物体の速度を検出することと、上記１つ又は複数の光度エッジを通って移動する上記物体の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、検出された上記速度及び捕捉された上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成することと、上記三次元モデルを表示することとを含む。この広義の実施形態の他のバージョンは、離散若しくは連続、線形であり、又は１つ若しくは複数の光アレイを含む１つ又は複数の光源を有する。この実施形態の他のバージョンでは、１つ又は複数のシャドウキャスタの形状は、三次元プリント技法等を通してスキャン及びモデリング中の物体に基づく。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。この実施形態の他のバージョンは、１つ又は複数のアクチュエータを使用して、１つ又は複数のシャドウキャスタを回転させる。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。この実施形態の更に他のバージョンは、部屋に設置され、天井に搭載された１つ又は複数の光源を有する同様のバージョンを用いて天井に搭載される。
別の好ましい実施形態では、本発明は広く、物体の周囲をモデリングする装置及び方法に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、形成する装置に関し、上記装置は、上記物体に搭載される１つ又は複数の光源と、１つ又は複数のシャドウキャスタであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスタは、記物体に搭載され、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスタと、上記１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させることが可能な１つ又は複数のアクチュエータと、上記物体に搭載される１つ又は複数の画像捕捉デバイスと、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサとを含み、上記１つ又は複数の光源は上記１つ又は複数のシャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体の上記周囲に形成し、上記１つ又は複数のアクチュエータは、上記１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させて、上記物体の上記周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記物体の上記周囲の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記周囲の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは上記メモリに記憶される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の周囲の三次元モデルを形成する方法にも関し、上記方法は、上記物体に搭載される１つ又は複数の光源を提供することと、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素は、上記物体に搭載され、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することと、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影することであって、それにより、上記１つ又は複数の光源及び上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を使用して上記物体の上記周囲上に上記１つ又は複数の光度エッジを形成する、投影することと、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を移動させることであって、それにより、上記物体の上記周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを移動させる、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を移動させることと、上記物体の上記周囲上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、捕捉された上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記周囲の上記三次元モデルを生成することと、上記三次元モデルを非一時的コンピュータ可読媒体に記憶することとを含む。この広義の実施形態の他のバージョンは、離散若しくは連続、線形であり、又は１つ若しくは複数の光アレイを含む１つ又は複数の光源を有する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、拡張現実ヘッドセットを使用し、物体の周囲に重ねられたモデルを表示し、一方、同様のバージョンは、拡張現実ヘッドセットの周囲に重ねられたモデルを表示する。さらに、本発明のこの実施形態は、自律自動車又は潜水可能な車両の人工視覚としての使用等、車両で使用し得、潜水可能な車両の場合、本装置は耐水性部品を有する。同様に、この実施形態はロボットの人工視覚に使用することもできる。
別の好ましい実施形態では、本発明は広く、静的シャドウキャスタを使用して物体の周囲をモデリングする装置及び装置に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の周囲の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、上記物体に搭載される１つ又は複数の光源と、１つ又は複数のシャドウキャスタであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスタは、上記物体に搭載され、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスタと、上記物体に搭載される１つ又は複数の画像捕捉デバイスと、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサとを含み、上記１つ又は複数の光源は上記１つ又は複数のシャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体の上記周囲に形成し、上記物体は上記物体の上記周囲を通って移動して、上記物体の上記周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記１つ又は複数の画像捕捉デバイスは、上記物体の上記周囲上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記周囲の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは上記メモリに記憶される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の周囲の三次元モデルを形成する方法に関し、上記方法は、上記物体に搭載される１つ又は複数の光源を提供することと、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することであって、上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素は、上記物体に搭載され、平面に投影されたとき、少なくとも１つの直線エッジを有する形状を有する、１つ又は複数のシャドウキャスト要素を提供することと、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影することであって、それにより、上記１つ又は複数の光源及び上記１つ又は複数のシャドウキャスト要素を使用して上記物体の上記周囲上に上記１つ又は複数の光度エッジを形成する、投影することと、上記物体を移動させることであって、それにより、上記物体の上記周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを移動させる、上記物体を移動させることと、上記物体の上記周囲上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、捕捉された上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記周囲の上記三次元モデルを生成することと、上記三次元モデルを非一時的コンピュータ可読媒体に記憶することとを含む。この広義の実施形態の他のバージョンは、離散若しくは連続、線形であり、又は１つ若しくは複数の光アレイを含む１つ又は複数の光源を有する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、拡張現実ヘッドセットを使用し、物体の周囲に重ねられたモデルを表示し、一方、同様のバージョンは、拡張現実ヘッドセットの周囲に重ねられたモデルを表示する。さらに、本発明のこの実施形態は、自律自動車又は潜水可能な車両の人工視覚としての使用等、車両で使用し得、潜水可能な車両の場合、本装置は耐水性部品を有する。同様に、この実施形態はロボットの人工視覚に使用することもできる。
最も好ましい実施形態では、本発明は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、外部筐体であって、カメラ開口部を有する背面パネル、上面パネル、及び旋回点を有する２つのサイドパネルを有する、外部筐体と；シャドウキャスタであって、矩形のフロントセグメント、２つのサイドセグメントであって、上記サイドセグメントはそれぞれ、上記フロントセグメントの両端部に垂直に従属し、上記サイドセグメントはそれぞれ、三角形及びショルダねじ穴及びショルダねじを有するショルダマウントであって、上記ショルダねじはナットを使用して上記サイドパネルに回転可能に取り付けられる、ショルダマウント、及び上記サイドセグメントに従属するタブを有する、シャドウキャスタと；アクチュエータ組立体であって、上記外部筐体に従属するアクチュエータアーム、上記アクチュエータアームに従属するアクチュエータモータ、及び上記アクチュエータモータに従属し、上記シャドウキャスタの上記タブに接続するアクチュエータコネクタを有する、アクチュエータ組立体と；光源であって、上記光源は離散、連続、線形であり、上記シャドウキャスタの上記サイドセグメントの上記ショルダマウントの上記ショルダねじ間に延在する、光源と；ビデオカメラ組立体であって、上記ビデオカメラ組立体は、上記外部筐体の上記背面パネルの上記カメラ開口部を通って延び、ビデオカメラ支持プラットフォーム及び上記ビデオカメラ支持プラットフォームに搭載されるビデオカメラであって、カメラレンズ、カメラ同期ポート、ビデオ出力ポート、及び制御ポートを有する、ビデオカメラを有する、ビデオカメラ組立体と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと；ディスプレイとを含み、上記光源は上記シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記アクチュエータモータは、上記シャドウキャスタを移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記ビデオカメラは、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この実施形態の他のバージョンでは、１つ又は複数のシャドウキャスタの形状は、三次元プリント技法等を通してスキャン及びモデリング中の物体に基づく。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。この実施形態の他のバージョンは、複数のフロントセクションを有するシャドウキャスタのフロントセグメント及び複数のサイドセクションを有するサイドセグメントを使用する。追加のバージョンは、本装置が天井に搭載された部屋で使用される。特定の用途では、この実施形態の一バージョンは、黒子若しくは皮膚病変のマップを作成するため又は皮膚癌若しくは同様の病気について患者を検査等するために皮膚病学で使用される等、１人の人間をスキャンし、その人の皮膚の三次元モデルを生成するのに使用し得る。本発明の最も好ましい実施形態の別の特定の用途として、本装置は、患者の脳手術中に使用し得、その場合、本装置は、本装置の上記外部筐体に適合するドレープであって、患者を汚染から保護することが可能なドレープと、患者に対して本装置の位置を固定することが可能なクランプ組立体とを更に有する。この好ましい実施形態はまた、一般的には、患者の脳手術で本装置を使用する方法にも関し、上記方法は、上記装置にドレープを掛けることであって、上記ドレープは上記装置の上記外部筐体に適合し、上記患者を汚染から保護することが可能である、ドレープを掛けることと、上記装置を上記患者と位置合わせすることと、上記装置の上記ビデオカメラを上記患者にフォーカスすることと、上記ビデオカメラを使用して上記患者の録画を開始することと、上記アクチュエータモータを使用して上記患者にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引することと、上記ビデオカメラを使用して上記患者上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、上記患者の録画を停止することと、上記プロセッサを使用して上記画像を収集し解析することと、上記プロセッサを使用して上記画像から三次元データ表現を形成することと、上記プロセッサを使用して、上記三次元データ表現を使用して上記患者の上記三次元モデルを生成することと、上記プロセッサを使用して上記三次元モデルを上記ディスプレイに表示することとを含む。この好ましい実施形態はまた、一般的には、患者のロボット脳手術で本装置を使用する方法にも関し、上記方法は、上記装置を制御するロボットを提供することであって、上記ロボットは、上記ビデオカメラ及び上記アクチュエータモータを制御することが可能であり、上記プロセッサと対話することが可能であり、上記ロボットは、上記ロボットをナビゲートすることが可能なナビゲーションコンピュータであって、上記メモリ及び上記コンピュータ可読媒体を有するナビゲーションコンピュータ、１つ又は複数の位置決めロボットモータ、１つ又は複数の位置合わせロボットモータ、及び１つ又は複数のフォーカスロボットモータを有する、ロボットを提供することと；上記装置にドレープを掛けることであって、上記ドレープは上記装置の上記外部筐体に適合し、上記患者を汚染から保護することが可能である、ドレープを掛けることと；上記１つ又は複数の位置決めロボットモータを使用して上記患者上に上記装置を位置決めすることと；上記１つ又は複数の位置合わせロボットモータを使用して上記装置を上記患者と位置合わせすることと；上記１つ又は複数のフォーカスロボットモータを使用して、上記装置の上記ビデオカメラを上記患者にフォーカスすることと；ロボット制御される上記ビデオカメラを使用して上記患者を録画することと；上記ロボット制御される上記アクチュエータモータを使用して上記患者にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引することと；ロボット制御される上記ビデオカメラを使用して上記患者上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと；上記プロセッサを使用して上記画像を収集し解析することと；上記プロセッサを使用して上記画像から三次元データ表現を形成することと；上記プロセッサを使用して、上記三次元データ表現を使用して上記患者の上記三次元モデルを生成することと；上記ロボット脳手術中に使用される上記ロボットの上記ナビゲーションコンピュータに上記三次元モデルを記憶することとを含む。さらに、この好ましい実施形態はまた、一般的には、患者の脳手術で本装置を使用する方法にも関し、上記方法は、他のスキャン技法を使用して、上記脳手術前、上記患者の脳をスキャンすることであって、それにより、上記脳の事前モデルを生成し、上記他のスキャン技法は、ＭＲＩスキャン、ＣＴスキャン、ＰＥＴスキャン、又は超音波スキャンを含む、スキャンすることと；上記プロセッサを使用して上記事前モデルを上記メモリに記憶することと；上記装置にドレープを掛けることであって、上記ドレープは上記装置の上記外部筐体に適合し、上記患者を汚染から保護することが可能である、ドレープを掛けることと；上記装置を上記患者と位置合わせすることと；上記装置の上記ビデオカメラを上記患者にフォーカスすることと；上記ビデオカメラを使用して上記患者の録画を開始することと；上記アクチュエータモータを使用して上記患者にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引することと；上記ビデオカメラを使用して上記患者上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと；上記患者の録画を停止することと；上記プロセッサを使用して上記画像を収集し解析することと；上記プロセッサを使用して上記画像から三次元データ表現を形成することと；上記プロセッサを使用して、上記三次元データ表現を使用して上記患者の上記三次元モデルを生成することと；上記プロセッサを使用して上記三次元モデルを上記事前モデルと比較することと；上記プロセッサを使用して上記事前モデルが重ねられた上記三次元モデルを上記ディスプレイに表示することとを含む。この好ましい実施形態はまた、一般的には、脳が律動的に脈動する状態での患者の脳手術に本装置を使用する方法にも関し、上記方法は、上記装置にドレープを掛けることであって、上記ドレープは上記装置の上記外部筐体に適合し、上記患者を汚染から保護することが可能である、ドレープを掛けることと、上記装置を上記患者と位置合わせすることと、上記装置の上記ビデオカメラを上記患者の上記律動的に脈動している脳にフォーカスすることと、上記ビデオカメラを使用して上記患者の上記律動的に脈動している脳の録画を開始することと、上記患者の血圧波形を測定することであって、上記血圧波形は、上記患者の血圧の律動的な脈動を含む、測定することと、上記アクチュエータモータを使用して、上記患者の上記律動的に脈動する脳にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引することと、上記ビデオカメラを使用して、上記患者の上記律動的に脈動する脳上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉することと、上記患者の上記律動的に脈動する脳の録画を停止することと、上記プロセッサを使用して上記画像を収集し解析することと、上記血圧波形及び上記プロセッサを使用して、上記患者の上記律動的に脈動する脳の上記律動的運動をなくすことと、上記プロセッサを使用して上記シャドウキャスタのスキャン運動を考慮に入れることと、上記プロセッサを使用して上記画像及びなくされた上記患者の上記律動的に脈動する脳の上記律動的運動から三次元データ表現を形成することと、上記プロセッサを使用して、上記三次元データ表現を使用して上記患者の上記三次元モデルを生成することと、上記プロセッサを使用して上記三次元モデルを上記ディスプレイに表示することとを含む。
別の好ましい実施形態では、本発明は、一般的には、内視鏡装置に関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置に関し、上記装置は、内視鏡本体であって、基端部、先端部、上記基端部と上記先端部との間に広がる内視鏡スリーブ、上記内視鏡スリーブ内に配置され、上記先端部に向かって先細るテーパ光ファイバ束、及び上記内視鏡スリーブ内に配置され、上記先端部を向いた内視鏡カメラを有する、内視鏡本体と；上記テーパ光ファイバ束の上方に上記内視鏡本体の上記先端部に搭載されるシャドウキャスタであって、半円ピースを有する、シャドウキャスタと；光出射部であって、水平プラットフォーム、上記水平プラットフォームから膨張した垂直スタンド、上記水平プラットフォームから膨張したステッパモータリニアアクチュエータ、上記ステッパモータリニアアクチュエータに接続される並進プラットフォーム、上記並進プラットフォームに従属する光源、上記光源に従属する光ファイバ束、上記光ファイバ束に従属する角丸テーパ、及び上記角丸テーパに搭載されるスリットを有する、光出射部と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと；ディスプレイとを含み、上記光出射部は、上記内視鏡本体の上記基端部に接続され、上記光源は上記光ファイバ束、上記角丸テーパ、上記スリット、上記テーパ光ファイバ束、及び上記シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記ステッパモータリニアアクチュエータは、上記光源と共に上記並進プラットフォームを移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記内視鏡カメラは、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成する装置にも関し、上記装置は、内視鏡本体であって、基端部、先端部、上記基端部と上記先端部との間に広がる内視鏡スリーブ、上記内視鏡スリーブ内に配置され、上記先端部に向かって先細るテーパ光ファイバ束、及び上記内視鏡スリーブ内に配置され、上記先端部を向いた内視鏡カメラを有する、内視鏡本体と；上記テーパ光ファイバ束の上方に上記内視鏡本体の上記先端部に搭載されるシャドウキャスタであって、半円ピースを有する、シャドウキャスタと；光出射部であって、水平プラットフォーム、上記水平プラットフォームから膨張した垂直スタンド、上記水平プラットフォームから膨張したステッパモータリニアアクチュエータ、上記垂直スタンドに従属する支持プラットフォーム、上記支持プラットフォームに従属する光源、上記光源に従属する光ファイバ束、上記光ファイバ束に従属する角丸テーパ、及び上記ステッパモータリニアアクチュエータに搭載されるスリットを有する、光出射部と；一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと；ディスプレイとを含み、上記光出射部は、上記内視鏡本体の上記基端部に接続され、上記光源は上記光ファイバ束、上記角丸テーパ、上記スリット、上記テーパ光ファイバ束、及び上記シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記ステッパモータリニアアクチュエータは、上記スリットを移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記内視鏡カメラは、上記物体上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この実施形態の他のバージョンは、矩形又は角が丸められた矩形であるテーパ光ファイバ束を使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。
別の好ましい実施形態では、本発明は、一般的には、ドローンを使用してエリアをモデリングするシステムに関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、エリアの三次元モデルを形成するシステムに関し、上記システムは、複数のシャドウドローンであって、上記シャドウドローンはそれぞれ、遠隔制御される飛行車両を有するドローン及び上記ドローンに従属するパネルを有するシャドウキャスタを有する、複数のシャドウドローンと；複数のカメラドローンであって、上記カメラドローンはそれぞれ、上記ドローン及び上記ドローンに従属する画像捕捉デバイスを有する、複数のカメラドローンと；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記シャドウドローン及び上記カメラドローンを制御することが可能なプロセッサであって、上記コンピュータ可読媒体を有する、プロセッサと；ディスプレイとを含み、上記複数のシャドウドローンは、上記シャドウキャスタが実質的に連続した集合的シャドウキャスタを形成するように、飛行フォーメーションで位置合わせされ、上記集合的シャドウキャスタは位置合わせされた上記シャドウキャスタを含み、太陽が上記集合的シャドウキャスタを照らして、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記エリア上に形成し、上記飛行フォーメーションの位置合わせされた上記複数のシャドウドローンは、上記エリアにわたりフォーメーションで移動して、上記エリアにわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記カメラドローンの上記画像捕捉デバイスは、上記エリア上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記エリアの上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、エリアの三次元モデルを形成するシステムにも関し、上記システムは、複数のシャドウドローンであって、上記シャドウドローンはそれぞれ、遠隔制御される飛行車両を有するドローン及び上記ドローンに従属するパネルを有するシャドウキャスタを有する、複数のシャドウドローンと；複数のライトドローンであって、上記ライトドローンはそれぞれ、上記ドローン及び上記ドローンに従属する光源を有する、複数のライトドローンと；複数のカメラドローンであって、上記カメラドローンはそれぞれ、上記ドローン及び上記ドローンに従属する画像捕捉デバイスを有する、複数のカメラドローンと；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記シャドウドローン、上記ライトドローン、及び上記カメラドローンを制御することが可能なプロセッサであって、上記コンピュータ可読媒体を有する、プロセッサと；ディスプレイとを含み、上記複数のシャドウドローンは、上記シャドウキャスタが実質的に連続した集合的シャドウキャスタを形成するように、飛行フォーメーションで位置合わせされ、上記集合的シャドウキャスタは位置合わせされた上記シャドウキャスタを含み、上記ライトドローンは上記集合的シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記エリア上に形成し、上記飛行フォーメーションの位置合わせされた上記複数のシャドウドローンは、上記エリアにわたりフォーメーションで移動して、上記エリアにわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記カメラドローンの上記画像捕捉デバイスは、上記エリア上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記エリアの上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この実施形態の他のバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。
別の好ましい実施形態では、本発明は、一般的には、大型スタジアム等のエリアをモデリングするシステムに関する。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、エリアの三次元モデルを形成するシステムに関し、上記システムは、水平であり、回転可能なシャドウキャスタプラットフォームと；上記シャドウキャスタプラットフォームの中心に従属する光源と；それぞれが上記光源の周囲で上記シャドウキャスタプラットフォームに従属する少なくとも１つのシャドウキャスタであって、垂直パネル及び上記光源に向かって傾斜した傾斜パネルを有する、少なくとも１つのシャドウキャスタと；それぞれが三脚に搭載される複数の画像捕捉デバイスと；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと；ディスプレイとを含み、上記複数の画像捕捉デバイスは、上記シャドウキャスタプラットフォームの周囲に配置され、上記光源は上記シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記エリア上に形成し、上記シャドウキャスタプラットフォームは回転し、それにより、上記光源の周りで上記シャドウキャスタを回転させて、上記エリアにわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記複数の画像捕捉デバイスは、上記エリア上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記エリアの上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この好ましい実施形態はまた、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、エリアの三次元モデルを形成するシステムにも関し、上記システムは、水平であるシャドウキャスタプラットフォームと；指向性であり、回転可能であり、上記シャドウキャスタプラットフォームの中心に従属する光源と；それぞれが上記光源の周囲で上記シャドウキャスタプラットフォームに従属する少なくとも１つのシャドウキャスタであって、垂直パネル及び上記光源に向かって傾斜した傾斜パネルを有する、少なくとも１つのシャドウキャスタと；それぞれが三脚に搭載される画像捕捉デバイスと；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサと；ディスプレイとを含み、上記複数の画像捕捉デバイスは、上記シャドウキャスタプラットフォームの周囲に配置され、上記光源は上記シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記エリア上に形成し、上記光源は移動して、上記エリアにわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記複数の画像捕捉デバイスは、上記エリア上の上記１つ又は複数の光度エッジの画像を捕捉し、上記画像を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記画像から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記エリアの上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この実施形態の他のバージョンは、構成可能な形状、構成可能な不透明度、又はカラーフィルタを更に有する１つ又は複数のシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の幾つかのバージョンはディスプレイを使用し、ディスプレイは、ヘッドセットのユーザのビューに三次元モデルを重ねることができる拡張現実ヘッドセットである。
別の好ましい実施形態では、本発明は広く、成形シャドウキャスタを生成する方法に関し、これは上記好ましい実施形態の多くで使用される。この実施形態は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体の三次元モデルを形成するカスタムシャドウキャスタを作製する方法に関し、上記方法は、三次元プリンタを提供することと、写真、ビデオ、又は影投影を使用して上記物体の外形を特定することと、上記三次元プリンタを使用して上記外形の形状で上記カスタムシャドウキャスタを三次元プリントすることと、上記１つ又は複数の光度エッジを生成する際、上記物体の実質的に近くに上記カスタムシャドウキャスタを配置することとを含む。
別の好ましい実施形態では、本発明はスリット付き線形光源である装置に関し、これは上記好ましい実施形態の多くで使用し得る。この実施形態は、一般的には、シャドウキャスタ用の光を生成する装置に関し、上記装置は、スリット管であって、白色で塗装された内部、不透明である外部、及び上記スリット管の長さに延び、幅を有するスリットを有する、スリット管と、上記スリット管の両端部に従属する２つの光源と、上記光源に従属する２つのヒートシンクと、上記スリット管の周囲に巻かれる２つのクランプであって、ねじを有する、２つのクランプとを含み、上記クランプは上記スリットの上記幅を調整することが可能である。この実施形態の他のバージョンは、複数のＬＥＤの組立体であるか、又は光ファイバ束により提供される光源を使用する。さらに、この実施形態の追加のバージョンは、負の焦点距離を有する、スリットにわたる１つ又は複数のレンズを更に有する。
別の好ましい実施形態では、本発明は、鮮鋭な影を生成する装置に関し、上記装置は、２つのサイドシャドウキャスタであって、上記サイドシャドウキャスタはそれぞれ三角形であり、基部、上記基部から延び、一点で交わる２つの辺、及び２つの上記辺が交わる上記点及び旋回点を有する頂点を有する、２つのサイドシャドウキャスタと、メインシャドウキャスタであって、上記メインシャドウキャスタは、上記サイドシャドウキャスタが上記メインシャドウキャスタに従属した状態で上記サイドシャドウキャスタの上記基部間に配置される、メインシャドウキャスタと、上記サイドシャドウキャスタの上記旋回点と交わる回転軸と、線形であり、上記サイドシャドウキャスタの上記頂点間に広がり、上記回転軸に沿って配置される光源とを含み、上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタは、上記回転軸の回りを回転することができ、上記光源は上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタにわたり光を投影して、上記鮮鋭な影を生成する。この実施形態の他のバージョンは、構成可能な形状を更に有する上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタを使用する。この実施形態の更に他のバージョンは、構成可能な不透明度を更に有する上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタを使用する。この実施形態の追加のバージョンは、カラーフィルタを更に有する上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタを使用する。さらに、この実施形態の他のバージョンは、複数のセクションを更に有する上記サイドシャドウキャスタ及び上記メインシャドウキャスタを使用する。シャドウキャスタスキャナと併用される場合、カメラを光源から分けなければならない。
上記例について理解を明確にするために幾らか詳細に説明したが、上述した本発明の技法は、提供された詳細に限定されない。上述した本発明の技法を実施する多くの代替の方法がある。開示される例は例示的なものであり、限定ではない。これらの実施形態は、本発明の範囲を限定する意図はない。
図面の簡単な説明
本発明の例示的な好ましい実施形態を添付図面に示す。
既知のスキャナシステムである。 幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。 幾つかの例によるスキャンシステムを示す図である。 幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの別の例を示す図である。 幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの別の例を示す図である。 幾つかの例による、光度エッジを生成して、複数の物体をスキャンするシャドウキャスタの一例を示す図である。 幾つかの例によるスキャン中の物体の側面図を示す図である。 幾つかの例によるスキャン中の物体の斜視図を示す図である。 幾つかの例による物体表面上の点の空間場所を特定する一例のフローチャートである。 種々の実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。 種々の実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。 種々の実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。 種々の実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。 幾つかの例による三次元物体をスキャンするシャドウキャスタの適応可能な構造特性の例を示す図である。 幾つかの例による三次元物体をスキャンするシャドウキャスタの適応可能な構造特性の例を示す図である。 幾つかの例による三次元物体をスキャンするシャドウキャスタの適応可能な構造特性の例を示す図である。 幾つかの例による構成可能なシャドウキャスタの一例を示す図である。 幾つかの例によるスキャンシステムの一例を示す図である。 幾つかの例によるスキャンシステムの更に別の例を示すための図である。 幾つかの例による医療用途を実行するように構成されたスキャンシステムの一例を示す。 幾つかの例によるシャドウキャスタのシステムを含む専用外科用顕微鏡を示す図である。 幾つかの例による少なくとも１つのシャドウキャスタを含む更に別の専用外科用顕微鏡を示す図である。 幾つかの例による三次元スキャンされた特徴に基づく拡大画像を示す図である。 幾つかの例によるｉｎ ｖｉｖｏ三次元スキャン及び画像統合を示す機能ブロック図である。 幾つかの例による１つ又は複数の光度エッジを生成するように構成された１つ又は複数のシャドウキャスタの更に別の例を示す図である。 幾つかの例によるウェアラブルシャドウキャスタからの光投影パターンの一例を示す図である。 幾つかの例によるウェアラブルシャドウキャスタと共に実施される画像捕捉デバイスを示す図である。 幾つかの例による、共通する環境で協働する複数のウェアラブルシャドウキャスタを示す図である。 種々の実施形態による、三次元スキャンを実行する構成要素に種々の機能を提供するように構成された種々の計算プラットフォームの例を示す。 幾つかの例による本発明の装置の正面斜視図である。 幾つかの例による図２４の装置の背面斜視図である。 幾つかの例による図２４の装置の分解組立図である。 種々の実施形態による本発明のシャドウキャスタの正面斜視図である。 種々の実施形態による本発明の別のシャドウキャスタの正面斜視図である。 種々の実施形態による本発明の別のシャドウキャスタの正面斜視図である。 幾つかの例による図２４の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、脳手術中に使用されている本発明の装置の正面斜視図である。 幾つかの例による、脳手術中に使用されている本発明の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による、脳手術中に使用されている本発明の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による本発明により使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、患者のレジストレーションに使用される本発明の装置を説明するフローチャートを表示する。 幾つかの例による、ロボット脳手術中に使用される本発明の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による本発明の装置の正面斜視図である。 幾つかの例による図３７の装置の分解組立図である。 種々の実施形態による本発明の装置の正面斜視図である。 種々の実施形態による、内視鏡の先端部に搭載された本発明の装置の正面斜視図及び分解組立図を示す。 幾つかの例による図４０の装置を説明するブロック図を示す。 種々の実施形態による本発明の装置の内視鏡バージョンの動作を説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による本発明の内視鏡バージョンにより使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による本発明の装置の内視鏡バージョンのシャドウキャスタ掃引を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、人をスキャンする本発明の装置の正面斜視図である。 幾つかの例による図４５の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、歩行中の人をスキャンする本発明の別の装置の正面斜視図である。 幾つかの例による図４７の装置の動作を説明するフローチャートである。 種々の実施形態による、自動車に組み込まれた本発明の別の装置の正面斜視図を示す。 幾つかの例による図４９の装置の拡大図である。 幾つかの例による図４９の装置の動作を説明するフローチャートを表示する。 種々の実施形態による、ロボットに組み込まれた本発明の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、潜水艇に組み込まれた本発明の装置の動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、ドローンを使用する本発明のシステムの正面斜視図を示す。 幾つかの例による図５４のシステムの動作を説明するフローチャートである。 種々の実施形態による、ドローンを使用する本発明の別のシステムの正面斜視図である。 幾つかの例による図５６のシステムの動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、ドローンを使用する本発明のシステムにより使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、ドローンを使用する本発明のシステムのシャドウキャスタ掃引を説明するフローチャートである。 種々の実施形態による、スタジアムをスキャンするのに使用される本発明の別のシステムの斜視図である。 幾つかの例による、スタジアムをスキャンするプロセスにおける図６０のシステムの斜視図である。 幾つかの例による、１つのシャドウキャスタを使用する本発明の実施形態により使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による、１つのシャドウキャスタを使用する本発明の実施形態により使用されるシャドウキャスタ掃引を説明するフローチャートである。 種々の実施形態による、デスクトップスキャンに使用される本発明の装置又はシステムの動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、部屋をスキャンする、三脚と併用し得る本発明の装置又はシステムの動作を説明するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、部屋をスキャンする、頭上照明と併用し得る本発明の装置又はシステムの動作を説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による、複数のカメラを使用する本発明の実施形態により使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による、複数のカメラ及び１つの静的シャドウキャスタを使用する本発明の実施形態により使用されるアルゴリズムを説明するフローチャートである。 幾つかの例によるカスタムシャドウキャスタを作製する方法を説明するフローチャートを示す。 幾つかの例による、スリット付き光源である本発明の装置の斜視図である。 幾つかの例による図７０の装置の分解組立図を示す。
好ましい実施形態の詳細な説明
例示のために、本発明は、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体又は環境の三次元モデルを形成する装置、方法、及びシステムの好ましい実施形態において示される。広義の実施形態では、本発明は、モデリング中の物体又はエリアにわたる１つ又は複数の光度エッジを生成する１つ又は複数の光源及び１つ又は複数のシャドウキャスタ、１つ又は複数の光度エッジを検出する１つ又は複数の手段、モデリング中の物体又はエリアに相対する１つ又は複数の光度エッジの移動を検出する手段、及びモデリング中の物体又はエリアの三次元モデルを生成する手段、並びに関連する方法及びシステムを含む。幾つかの実施形態は１つ又は複数のシャドウキャスタを移動させ、幾つかの実施形態は１つ又は複数の光源を移動させ、幾つかの実施形態は、１つ又は複数の光度エッジを通して物体を移動させる。種々の実施形態又は例は、システム、プロセス、方法、装置、ユーザインターフェース、又はコンピュータ可読記憶媒体等のコンピュータ可読媒体若しくはプログラム命令が光学リンク、電子リンク、若しくは無線通信リンクを介して送信されるコンピュータネットワークにおける一連のプログラム命令を含む多くの方法で実施し得る。一般に、開示されるプロセスの動作は、特許請求の範囲において別段のことが提供される場合を除き、任意の順序で実行し得る。これらの実施形態は本発明の範囲の限定を意図しない。
１つ又は複数の例の詳細な説明を添付図と共に以下に提供する。詳細な説明は、そのような例と併せて提供されるが、いかなる特定の例にも限定されない。範囲は特許請求の範囲によってのみ限定され、多くの代替、変更、及び均等物。完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が以下に記載される。これらの詳細は例を目的として提供され、記載される技法は、これらの具体的な詳細の幾つか又は全てなしで特許請求の範囲に従って実施し得る。明確にするために、例に関連する技術分野において既知の技術材料については、説明を不必要に曖昧にすることを避けるために詳述しなかった。
これより本発明の好ましい実施形態を参照すると、図２は、幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの一例を示す図である。図２００は、投影面、物体（図示せず）、又は環境（図示せず）において又はその上に（at or upon）光度エッジ２５０ａ及び２５０ｂを形成して、物体又は環境の形状又は画像の三次元表現を促進するように構成された一例のシャドウキャスタ２１５を示す。幾つかの例では、シャドウキャスタ２１５は、シャドウキャスタ２１５の縁部２１３ａの少なくとも縁部部分２１１ａ及び２１１ｂに衝突し得る光子放射（例えば、光として）を受けるように構成し得、衝突により、縁部部分２１１ａ及び２１１ｂからの光の投影２０４ａ及び２０４ｂに光度エッジ２５０ａを投影面２１０に形成させ得る。同様に、光はまた、縁部２１３ｂの縁部部分２１１ａａ及び２１１ｂｂにも衝突し得、衝突により、縁部部分２１１ａａ及び２１１ｂｂからの光の投影２０４ａａ及び２０４ｂｂに別の光度エッジ２５０ｂを形成させ得る。種々の例によれば、光度エッジ２５０ａ又は光度エッジ２５０ｂのいずれか又は両方を三次元スキャン及びデジタル複製の促進に使用し得る。示される例では、シャドウキャスタ２１５は不透明であり得、それにより、光度エッジ２５０ａ及び２５０ｂに基づいて暗影部２２０を形成し得る。暗影部２２０には、照明平面部分２２８を含む平面２１０の照明部分２９９に相対して比較的高度の暗度（例えば、低いか又はごく僅かな照明レベル）が関連し得る。
上記に鑑みて、シャドウキャスタ２１５は、本明細書に記載される種々の機能及び／又は構造に従って実施されて、光度エッジを形成し、物体の表面及び環境に関連する空間特徴の三次元スキャン及びデジタル複製を促進し得る。幾つかの例によれば、シャドウキャスタ２１５は、投影時に平面Ｙ－Ｚにおいて三角形外形を提供する三角形断面エリアを含み、三角形断面エリアは、各エッジがスキャンを通して線２１２への平行を維持する鮮鋭な影をキャストし、ここで、その鮮鋭な影は線２１２に平行する任意の平面に投影される。すなわち、線２１２への一方又は両方の縁部の平行は、スキャン中（例えば、一方又は両方の光度エッジ２５０ａ及び２５０ｂが物体、環境、及び／又は投影面２１０にわたり移動するとき）、平面２１０に投影される際、維持し得る。シャドウキャスタ２１５、光源２０３、及び光度エッジ２５０ａ（又は光度エッジ２５０ｂ）の幾何学的形状及び寸法は、例えば、スキャンプロセス中、光度エッジの１つ又は複数が移動する際、平行の維持を促進する。シャドウキャスタ２１５の角度は事前に既知であり得るため、スキャンに使用される１つ又は複数の光度エッジとして平行が維持されて、シャドウ面の特定精度を促進し得、それにより、３Ｄ物体の座標の精度を改善し得る。少なくとも１つの例では、シャドウキャスタ２１５は、縁部２１３ａ又は２１３ｂのいずれか又は両方で、点Ｌにおける光源２０３及びシャドウキャスタ２１５の頂点２６２を通る線２１２に平行であるシャドウ面を形成するように実施し得る。シャドウ面の一例は、点Ｌ、Ａ、及びＢで形成され、第２のシャドウ面の一例は、点Ｌ、Ｃ、及びＤで形成される。すなわち、幾つかの例によれば、点Ａと点Ｂとの間の光度エッジ２５０ａは、点Ｃと点Ｄとの間の光度エッジ２５０ｂとの平行（又は略平行）を維持し得る。なお、少なくとも１つの例によれば、光源２０３を通る線２１２はシャドウ面を通る必要はない。他の例では、線２１２はシャドウ面に平行し、シャドウ面は線２１２まで広がることが可能（extendable）である。しかしながら、影はシャドウキャスタにより必ずしもこの線に沿ってキャストされる必要はない。
例えば、光度エッジ２５０ａには、距離単位２２６内で暗影部２２０（例えば、比較的低レベルの明度又は光度）における反射光又は光子放射の不在（又は比較的低量）から照明平面部分２２８における比較的高レベルの反射光又は光子放射まで比較的急な変化率が関連し得る。幾つかの例によれば、光度エッジ２５０ａは、単位距離２２６を示す勾配に関連するものとして説明し得る。ピクセルの特性は、限定ではなく、グレーピクセル強度、明度値、光度値等のピクセル強度を含み得る。一例では、勾配は、関連する暗影部２２０の１つ又は複数のピクセル特性がピクセル値０００（例えば、照明なし又は「黒色」）からピクセル値２５５（例えば、最高照明又は「白色」）に変化する距離を指定し得る。少なくとも幾つかの場合、少なくとも幾つかの例によれば、シャドウキャスタ２１５に関連する断面エリアは、例えば、シャドウキャストエッジが全体的に、光源を含む１つの平面にないように配置される円柱ロッド又は鉛筆よりも鮮鋭な光度エッジ及び高いコントラストを生成し得る。換言すれば、全体的に、光源も含む１つの平面にある任意のエッジは鮮鋭で高コントラストの影をキャストし、これは本発明の実施形態の特別な利点である。
幾つかの例では、光度エッジは十分に、照明された表面と生成された影とに比較的鮮鋭なコントラストを提供し得る。したがって、光度エッジの例は、３Ｄ表面の空間特性の捕捉を促進すると共に、影エッジに最も近い照明された表面から色を取得し得る表面に関連する色の捕捉を促進し得る。したがって、スキャン中、色を正確に表すために、本発明が使用されない場合よりも、スキャン中、光度エッジに比較的近い色の特定を取得し得る。例えば、色の特定は、別個の色情報との３Ｄデータとのコレジストレーションに頼る必要はなく、これは、別個のカメラを使用して又は３Ｄ情報を表すデータがスキャン若しくは他の方法で捕捉されるときとは異なる時間に取得し得る。
なお図２を参照すると、図２００は、投影面２１０の負Ｘ平面（例えば、「－Ｘ」）部分に関連する領域に配置された光源２０３を示し、シャドウキャスタ２１５（又はその投影）は平面（例えば、Ｙ－Ｚ平面）に配置される。シャドウキャスタ２１５の部分２６０は、線２１２に又は線２１２に隣接して配置し得る。線２１２はまた、線上に位置する光源２０３を含むこともできる。少なくとも１つの例では、部分２６０は線２１２と同じ広がりを有し得る。一例では、線２１２はシャドウキャスタ２１５の１つ又は複数の部分と一致し得、これ（ら）の部分は、図２００に示される三角形シャドウキャスタ２１５の頂点２６２を含み得る。少なくとも幾つかの場合では、線２１２は、Ｘ－Ｙ平面に平行し、Ｙ－Ｚ平面に直交し得る。シャドウキャスタ２１５の別の部分は、端部部分２３０等に離れて配置し得る。例えば、端部部分２３０は投影面２１０に又は投影面２１０に隣接して配置し得る。
幾つかの例では、シャドウキャスタ２１５の図は、光度エッジ２５０ａ及び２５０ｂを形成し得る平面（例えば、Ｙ－Ｚ平面）に関連して断面エリア又はその投影を表し得る。代替的には、シャドウキャスタ２１５（又はその断面エリア）は、平面に対して傾斜して（例えば、Ｘ－Ｙ平面と同じ広がりの平面に対して角度２８０で）位置決め又は向け得る。したがって、シャドウキャスタ２１５の構造及び機能は、図２に関連して示され説明されるものに限定される必要はない。例えば、１つ又は複数の光源２０３（例えば、光点）等の本明細書に記載される１つ又は複数の特徴、機能、及び／又は構造を有する矩形シャドウキャスタを実施し得、それにより、矩形シャドウキャスタは、縁部上の一点の回り（例えば、線２１２に平行する回転軸の回り）を回転して、少なくとも１つの比較的鮮鋭な影エッジ（又は光度エッジ）を形成し得る。幾つかの例によれば、シャドウキャスタ２１５は不透明であり得、不透明度は構成可能又はプログラム可能である。なお、幾つかの例では、半影部は暗影部２２０として実施し得、それにより、光源２０３（又は任意の他の光源）からの部分量の照明は、最大暗度（例えば、照明の部分量は、完全な暗さを表し得る０００を超えてピクセル強度値を増大させ得る）を変更又は制限し得る。それにも関わらず、光度エッジ２５０ａ及び２５０ｂは、幾つかの例によれば、半影部２２０に関連する１つ又は複数のピクセル値の第１の範囲から投影平面２１０の照明部分２２８に関連する１つ又は複数のピクセル値の第２の範囲への遷移として検出し得る。幾つかの例によれば、遷移は、隣接ピクセルを比較し得る１つのフレームにおいて検出又は特定し得る。又は、遷移は、時間の経過に伴う（例えば、複数のフレームにわたる）ピクセル明度の変化として特定し得る。少なくとも１つの場合、光度（又は影）エッジは、ピクセルよりも細かい大きさに分解し得る（例えば、スキャン中、影エッジがピクセルにわたり移動する際、ピクセル値が比較的ゆっくりと変化し得る１つ又は複数のフレーム中）。したがって、光度エッジはサブピクセル精度で特定し得る。
図３は、幾つかの例によるスキャンシステムを示す図である。図３００は、画像捕捉デバイス３０１及び１つの光源３０３又は線３１２に配置された複数の光源３０３（図示せず）も含むスキャンシステムの構成要素としてのシャドウキャスタ３１５の別の例を示す。線３１２は、シャドウキャスタ３１５の頂点３６２及び１つ又は複数の光源３０３を通って延び得る。幾つかの例では、シャドウキャスタ３１５は、シャドウキャスタ３１５の縁部３１３ａの少なくとも縁部部分３１１ａ及び３１１ｂに衝突し得る光子放射（例えば、光として）を受けるように構成し得、衝突により、縁部部分３１１ａ及び３１１ｂからの光の投影３０４ａ及び３０４ｂにそれぞれ、光度エッジ３５０ａを投影面３１０に形成させ得る。同様に、光はまた、縁部３１３ｂの縁部部分３１１ａａ及び３１１ｂｂにも衝突し得、衝突により、縁部部分３１１ａａ及び３１１ｂｂからの光の投影３０４ａａ及び３０４ｂｂに別の光度エッジ３５０ｂを形成させ得る。１つ又は複数の光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂを投影面３１０に又はその上に（at or upon）形成して、物体３７０の形状の三次元表現の生成を促進し得る。
種々の機能及び構造によれば、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂは、物体３７０の表面にわたり遷移又は移動して、表面の三次元空間特徴を特定し得る。電気機械モータ等のデバイス（図示せず）により又は重力により任意の数又はタイプの原動力（図示せず）を生成して、シャドウキャスタ３１５及び物体３７０の一方を他方に対して移動させ、物体３７０に対する光度エッジ３５０の移動を行わせ得る。例えば、原動力は、平面（例えば、Ｙ－Ｚ平面）におけるシャドウキャスタ３１５の角変位を生じさせ得る（例えば、線３１２に平行する軸の回りの少なくとも幾つかの回転成分を有する回転３８４）。幾つかの例では、上述した平行を維持し、図３の頂点３６２の回りでシャドウキャスタ３１５を回転させることによりスキャン全体を通して移動する（例えば、同期して）平行光度エッジを提供し得る。同様に、図２のシャドウキャスタ２１５は、頂点２６２の回りを回転して、平行を維持し得る。なお、下部分３３１の幅（例えば、Ｙ軸方向における）は、図３００に示される碁盤の目パターンの１つ又は複数の正方形の幅に等しいものとして示し得る。しかしここでは又は本明細書に記載の任意の他の例では、下部分３３１の幅は、任意の数の碁盤の目の幅よりも小さくてもよく、又は大きくてもよい。したがって、図３００に示されるシャドウキャスタ３１５の寸法は例示である。種々の例の中でも特に、平行光度エッジ３５０ａと３５０ｂとの間に任意の距離３３３を形成するために、任意の数の構成及び幅を使用し得る。
スキャンを実施するために、Ｙ－Ｚ平面におけるシャドウキャスタ３１５の角変位は、例えば、Ｙ軸に平行する方向３８０において投影面３１０にわたり光度エッジ３５０及び暗影部３２０を移動させ得る。別の例として、原動力は、シャドウキャスタ３１５をＹ軸に沿って示される向きに並進（例えば、非回転）させて、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂ並びに暗影部３２０を方向３８０に移動させ得る。更に別の例では、原動力は物体３７０をシャドウキャスタ３１５に相対して回転３８２又は並進３８３（例えば、Ｙ軸に平行する線形変位）させて、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂに異なる時点で物体３７０の異なる部分に接触させ得る。別の例では、原動力は、物体３７０をシャドウキャスタ３１５に相対して移動させて、光度エッジを移動させ得る。
幾つかの例では、原動力は、光源３０３、シャドウキャスタ３１５、及び物体３７０の１つを他の２つに相対して移動させて、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂの移動を行わせ得る。なお、光源３０３又はシャドウキャスタ３１５への原動力は任意のタイプの原動力であり得、その例には、限定ではなく、機械的、電子機械的、電気的、磁気的、電子磁気的、電子的（例えば、ＬＣＤの素子を活性化させて、シミュレートされたシャドウキャスタ３１５の移動を行わせる電流又は電圧）、又は任意の他の原動力がある。さらに、原動力を生成するデバイスは、電子機械モータに限定される必要はなく、重力又は物体３７０の表面に相対して光度エッジ３５０を移動させる任意の既知のデバイスであり得る。
画像捕捉デバイス３０１は、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂが投影面３１０上を進む又は移動する際、物体３７０を含むシーン又は環境の画像を捕捉するように構成し得る。画像捕捉デバイス３０１の例には、デジタルビデオカメラ、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）ベースの画像センサ等、及びアナログカメラ等の任意のタイプのカメラがあり得る。示される例では、画像捕捉デバイス３０１は、影３２０（例えば、暗影部）が物体３７０を通過する際、１つ又は複数のピクセル３７３を光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂ関連付け得る１つ又は複数の画像フレーム（例えば、特定のフレームレートのビデオ）を捕捉し得る。１つ又は複数のピクセル３７３は、１つ又は複数のピクセル３７３として示される物体３７０上の点に対応するカメラ上のピクセルであり得る。この例では、画像捕捉デバイス３０１は、所与の光度エッジについて、暗から明又は明から暗のいずれかの反射光度の変化を捕捉することができる。物体３７０の表面は、光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂの一部分（例えば、物体３７０にキャストされた部分）をカメラ３０１の視点から検出された光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂ他の直線部分（例えば、Ｘ－Ｙ平面上）から逸脱させ得る。光度エッジ３５０ａ及び３５０ｂの逸脱又は変形は、Ｚ軸の正の値に延びる表面寸法（物体３７０の）に起因し得る。少なくとも１つの実施態様では、１つの画像捕捉デバイス３０１（例えば、１つのレンズを有する）が、本明細書に記載されるスキャン機能の少なくとも幾つかの実施に十分であり得る。
図４は、幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの別の例を示す図である。図４００は、投影面４１０において又はその上に（at or upon）１つ又は複数の光度エッジ４５０を形成して、三次元物体スキャンを促進するように構成されたシャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂのシステムを示す。図４００はまた、互いに一致するように光度エッジ４５１及び４５３をキャストして、共通のエッジ４５０を形成するようシャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂを構成し得る構成も示す。図４００はまた、画像捕捉デバイス４０１、１つ又は複数の光源のサブセット４０３ａ、及び１つ又は複数の光源のサブセット４０３ｂも示す。１つ又は複数の光源のサブセット４０３ａは領域４３０（例えば、シャドウキャスタ４１５ａの片側）に配置されて示され、１つ又は複数の光源のサブセット４０３ｂは領域４３４に配置し得る。領域４３０、４３２、及び４３４は、二次元空間又は三次元空間を画定し得る。サブセット４０３ａ及び４０３ｂの光源は、線４１２上に軸方向に配置し得、任意の量のルーメン（例えば、２００ルーメン以下から１３００ルーメン以上）放射し得る任意のタイプの光生成源であり得る。光生成源の例には、限定ではなく、ＬＥＤ、白熱灯、ハロゲン、レーザ等及び任意のタイプのライトパイプ、レンズ（例えば、フレネルレンズ）又は照明光ファイバ（例えば、光ファイバケーブル等の光ファイバ）等の光導体があり得る。サブセット４０３ａ及び４０３ｂの各光源は、同じ又は異なる波長の光子放射（例えば、光）を放射し得る。例えば、サブセット４０３ａ及び４０３ｂのそれぞれの１つ又は複数の光源は、可視光スペクトルの光及び他の任意の範囲のスペクトルの光（例えば、紫外線スペクトル、赤外線スペクトル等）を生成し得、比較的狭いスペクトル範囲を放射し得る。１つ又は複数の波長範囲は、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂの用途に応じて選択可能に実施し得る。幾つかの場合、サブセット４０３ａ及び４０３ｂの光源は、シャドウキャスタの縁部における回折の影響を低減又はなくし得る「白色光」又は「広帯域光」を構成する波長の光を放射するように実施することができる（例えば、１つ又は複数の波長範囲は、組み合わせて、縁部に起因する光回折に関連するアーチファクトを低減又はなくし得る）。また、サブセット４０３ａ及び４０３ｂの光源は、それらの範囲が可視スペクトル内にあるか否かに関係なく、任意の数の範囲の波長を実施することができる。サブセット４０３ａ及び４０３ｂの光源は、光を全方向、単方向、又は任意の他の光パターンで放射するように構成し得る。
幾つかの場合、サブセット４０３ａ及び４０３ｂの光源は、比較的狭く、又は光点を近似し、及び／又は線４１２の回りで低減された（又は比較的短い）半径寸法（「ｒ」）４９９を有して、例えば、エッジ４５０に沿った「明」から「暗」への比較的鮮鋭な遷移を行い得る。線４１２の一部分の長さ（「Ｌ」）４０７に沿って光源（例えば、比較的狭い光源）の数が増えるにつれて、シャドウキャスタ４１５ｂにより生成される光度エッジ４５３は鮮鋭になり得る（例えば、領域４３２における暗影部又は影エリア４２０から投影面４１０の照明部分への遷移率を増大させ得る）。幾つかの例では、サブセット４０３ｂ等の光源は、シャドウキャスタ４１５ｂからより離れた距離４９０に配置されて、光度エッジ４５３を鮮鋭にし得る。同様に、任意の数の光源を線４１２の対応する部分に沿ってサブセット４０３ａ内に配置して、シャドウキャスタ４１５ａに関連して強化された光度エッジ４５１を生成し得る。少なくとも１つの例では、フィラメント（例えば、ハロゲン電球内）は、連続した集合を形成するようにサブセット４０３ａに配置される数光点群として機能するために使用し得る。ハロゲン電球若しくはフィラメント又は本明細書に記載される任意の他の光源の半径は、少なくとも幾つかの実施形態において、半径「ｒ」の「狭い光源」４９９を記述する光源のサブセットを指し得る。
幾つかの例によれば、シャドウキャスタ４１５ａは、縁部部分において光子放射を受けて（例えば、１つ又は複数の光源のサブセット４０３ａから）、光度エッジ４５１の少なくとも２つの部分を形成するように構成し得る。光度エッジ４５１の少なくとも２つの部分は、投影面４１０に投影された場合、互いに平行又は略平行（例えば、投影面４１０において交わらない）であり得る。シャドウキャスタ４１５ｂは、縁部部分において光子放射を受けて（例えば、１つ又は複数の光源のサブセット４０３ｂから）、光度エッジ４５３の少なくとも２つの部分を形成するように構成し得る。光度エッジ４５３の少なくとも２つの部分は、投影面４１０に投影された場合、互いに平行又は略平行であり得る。
光度エッジ４５３は、光度エッジ４５１と同じ広がり（又は略同じ広がり）で一致して、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂに基づいて光度エッジ４５０を形成し得る。したがって、シャドウキャスタ４１５ｂは光度エッジ４５３を形成して光度エッジ４５１（例えば、隣接するシャドウキャスタ４１５ｂ）を強化し得、同様に、シャドウキャスタ４１５ａは光度エッジ４５１を形成して、光度エッジ４５３（例えば、隣接するシャドウキャスタ４１５ａ）を強化し得る。強化された光度エッジ４５３は、少なくとも１つの例によれば、平行する影に比較的鮮鋭な影を提供し得る。
光度エッジ４５０は、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂが軸として線４１２の回りの共通回転成分を有するため、投影面４１０上を同期して並進し得、ここで、線４１２は、光源のサブセット４０３ａ及び４０３ｂに沿ってシャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂの頂点４６２ａ及び４６２ｂにそれぞれ延びるように維持し得る。他の例では、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂ並びに光源のサブセット４０３ａ及び４０３ｂは、Ｙ軸に沿って、例えば線４３１及び４３３に沿ってそれぞれ幾つかの構成要素と一緒に並進し得る。他の例では、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂ並びに光源のサブセット４０３ａ及び４０３ｂは、共通の線４１２を維持しながら一緒に回転し得る。そのような場合、照明エッジ４５０は１つの軸（例えば、図４に示されるＸ軸）に沿う必要はない。他の例では、シャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂ並びに４０３ａ及び４０３ｂは両方とも、共通の線４１２を維持しながら、一致して並進及び／又は回転し得る。
図５は、幾つかの実施形態によるシャドウキャスタの別の例を示す図である。図５００は、投影面５１０において又はその上に（at or upon）１つ又は複数の光度エッジ５５０を形成して、三次元物体スキャンを促進するように構成されたシャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂのシステムを示す。示されるように、シャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂは、シャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂが軸５１２の回りを回転する際の異なる時点で異なる位置及び／又は向きで示されている（例えば、破線は前の位置又は向きを表す）。それに対応して、シャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂは、暗影部が第１の時点において位置５２０ａに移動し、第２の時点において位置５２０ａから５２０に移動し、第３の時点において位置５２０から位置５２０ｂに移動し、他の時点で他の位置に移動するにつれて移動する光度エッジ５５０を形成し得る。
幾つかの例では、光源５０３は、軸５１２に沿って拡張された光源（例えば、細長い光源）として実施し得る。幾つかの実施形態では、軸５１２に沿って長手方向に延びるフィラメントを有するハロゲン灯を使用し得る。ハロゲン灯として、光源５０３は、端面図５５６に示されるように、直径（「ｄ」）５６６を有し得、図４の「ｒ」４９９の２倍（例えば、２＊半径「ｒ」）として実施し得る。特定の実施態様によれば、光源５０３の直径５６６は２ｍｍ以下であり得る。幾つかの場合、直径５６６は、実施される光源のタイプに従ってより大きくてもよく、又は他の寸法であってもよい。さらに、光源５０３は、反射されることに加えて、光源の拡大画像又は縮小画像である光源の画像を含めて、正又は負のレンズ又はレンズ系（図示せず）により影響される光源の実像又は虚像であり得る。そのような画像は、拡大解釈して光源５０３と見なすことができる。
少なくとも１つの実施形態では、シャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂは、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）５７０ａ及び５７０ｂ又は他の切り替え可能な不透明ガラス、膜、若しくは材料を使用して実施し得る。例えば、ＬＣＤ５７０ａ及び５７０ｂは、透明（例えば、通常透明）であり得、活性化されて不透明断面形状を形成して、シャドウキャスタ５１５ａ及び５１５ｂ及び／又はそれらの移動をシミュレートし得る。ＬＣＤ５７０ａ及び５７０ｂは、異なる時間に選択的に活性化されて、光源５０３から放射される光に、投影面５１０の表面上を移動する光度エッジ５５０を生成させる部分を有し得る。
種々の例では、シャドウキャスタ５１５ａ又は５１５ｂの一方又は両方を複数のシャドウキャスタで置換し得る。例えば、図５００における各三角形は、同期して移動（例えば、軸５１２に関連して同期回転）し得る異なる物理的なシャドウキャスタを表し得る。したがって、シャドウキャスタ５１５ａ（例えば、位置の平面における）及び５１５ｂ（例えば、第２の平面における）の各サブセットは、各シャドウキャスタが２つの光度エッジを生成して、６つの光度エッジを生成し得る。種々の他の例によれば、任意の数のシャドウキャスタを使用し得る。
図６は、幾つかの例による、光度エッジを生成して、複数の物体をスキャンするシャドウキャスタの一例を示す図である。図６００は、図４に示される照明配置のシャドウキャスタ６１５ａ及び６１５ｂによりキャストされて、光度エッジ６５０ａ及び６５０ｂを生成する影を示す。示されるように、光度エッジ６５０ａ及び６５０ｂは、円錐体６３０、半球体６３４、及び矩形ブロック６３４等の三次元物体にわたり共通のエッジ及び明（例えば、照明領域）から暗（例えば、低照明又は照明のない領域）への比較的急な遷移を維持する。さらに、物体の照明領域は、３Ｄスキャン中、複数の方向から照明されて、増強された情報（例えば、複数の方向に基づいて）を提供し得るように、６１５ａ及び６１５ｂの両方からキャストされた影に対応する光から照明される。シャドウキャスタ６１５ａ及び６１５ｂは、図４のシャドウキャスタ４１５ａ及び４１５ｂに関して説明したように、回転又は移動して、円錐体６３０、半球体６３２、及び矩形ブロック６３４にわたり影を並進又は回転させ、それぞれの三次元データ表現又はモデルを形成し得る。カメラ（図示せず）等の画像捕捉デバイスは、光度エッジ６５０ａが点６６４に一致する時点において、半球体６３２上の点（「Ｐ１」）６６４に関連するピクセル化された像を捕捉し得る。同様に、画像捕捉デバイスは、光度エッジ６５０ｂが点６６５に一致する時点において、ブロック６３４の表面上の点（「Ｐ２」）６６５の画像を捕捉し得る。
図７Ａは、幾つかの例によるスキャン中の物体の側面図を示す図である。図７００は、光度エッジが物体７７０の表面を移動する際、光度エッジの画像を捕捉するように構成された画像捕捉デバイス７０１及び光源７０３を示す。画像捕捉デバイス７０１は、カメラ、光、及び平面光度エッジに共通する座標系に対する光線の角座標を相関付けるように較正することができる。画像捕捉デバイス７０１はまた、カメラ、光、及びペイン光度エッジに共通する座標系に対して既知の位置を有することもできる。例えば、物体７７０にはない投影面７１０の表面上の点（「Ｐ１」）７６６は、照明光線７５１ａを含む光度エッジが点７６６上を移動する際、捕捉し得る。画像捕捉デバイス７０１の１つ又は複数のピクセル（及び対応するピクセルデータ）は、例えば、光線７１１に沿って検出し得、点７６６の画像データを表すことができる。点７６６の角座標は、画像捕捉デバイス７０１により特定することができ、画像捕捉デバイス７０１の位置と共に、示される例では光線７１１として示されるカメラから点７６６までの線を画定し得る。照明光線７５１ａを含む平面光度エッジを識別し得るため、点（「Ｐ１」）７６６の位置の空間座標は、光線７１１と、照明光線７５１ａを含む光度エッジとの交点として特定することができる。図７００は３Ｄスキャンプロセスの例における投影面７１０を含むが、投影面７１０は任意選択的であり、３Ｄスキャン用に実施する必要はない。
投影面７１０に配置された物体７７０のスキャン中、点（「Ｐ１ｘ」）７６４は、照明光線７５１ｂを含む光度エッジが第１の時点において物体７７０上を通過する際、識別し得る。続く時点において、画像捕捉デバイス７０１は、照明光線７５１ｃを含む光度エッジが物体７７０上を通過する際、別の点（「Ｐ１ｙ」）７６５を捕捉し得る。他の光線（図示せず）は物体７７０の表面上の異なる点をインターセプトするため、物体７７０の表面部分に適用される光度エッジの部分は、投影面７１０における形状（物体７７０が存在しない場合）から歪み得る。三次元表面計算機７０２は、ハードウェアであれソフトウェアであれそれの組合せであれ関係なく、点７６４及び７６５のそれぞれのＸ及びＹ位置（図示せず）並びにＺ深度７７７及び７７８を計算する論理を含む。
図７Ｂは、幾つかの例によるスキャン中の物体の斜視図を示す図である。図７５２は、光度エッジが物体７７０の表面上を方向７０９に移動する際、光度エッジの画像を捕捉するように構成された画像捕捉デバイス７０１及び光源７０３を示す。影７２０及び図７Ｂの７５０と記された照明光線７５１ｃを含む、対応する光度エッジ７５０は、投影面７１０の部分及び物体７７０の表面に投影されて示されている。光度エッジ７５０の部分７７３及び７７５は、平面７１０の表面に投影されて示されている。光度エッジ７５０の部分７７３は基準点（「基準点Ａ」）７７２を含み、光度エッジ７５０の部分７７５は基準点（「基準点Ｂ」）７７４を含む。部分７７３及び７７５は直線と同じ広がりで示されるが、少なくともこの例では、照明光線７５１ｃを含む光度エッジのエッジ歪み部分７７６は、点「ｍ」と点「ｎ」との間のエッジ歪み部分７７６として示され、それにより、エッジは、点７６６において投影面７１０をインターセプトするのではなく、物体７７０の表面を点７６４においてインターセプトする。基準点７７２及び７７４並びに図５の線５１２又は光源７０３の場所と均等であり得る線（図示せず）の場所のいずれかに基づいて、シャドウ面７５５を導出し得る。幾つかの例によれば、基準点７７２及び７７４の代わりに１つ又は複数のシャドウキャスタの位置を特定し得る。例えば、シャドウキャスタの位置及び角度は、線形若しくは角度エンコーダ又は任意の他の検出若しくは監視デバイスを使用して監視し得る。複数の光線（図示せず）とシャドウ面７７５との交点を使用して、三次元表面の空間特徴を特定し得る。
物体７７０を投影面７１０に導入した状態で、光線７１１は、投影面７１０上の点７６６ではなく物体７７０上の点７６４をインターセプトし得る。点７６４は、光度エッジ７５０のエッジ歪み部分７７６に示されている。さらに、影エッジ７５０は、特定されたＺ深度７７７まで歪んで示されており、光度エッジ７５０が投影面７１０において点７６６とインターセプトする（物体７７０が存在しない場合）線から測定された点７６４の対応するＺ座標を示す。同様に、点７６４Ｘ及びＹの位置（図示せず）もまた、光度エッジ７５０との光線７１１のインターセプトから特定することができる。複数の画像を使用して測定される光度エッジ７５０の複数の位置から取得される種々の線、線分、三角形、平面及び他の幾何学的関係、並びにそれらの寸法を使用して、物体７７０の表面上の点のサブセットの推定を計算して、物体表面の三次元モデル又は表現を形成し得る。
図７Ｃは、幾つかの例による物体表面上の点の空間場所を特定するフロー例である。フロー７９０は、Ｘ、Ｙ、及びＺ座標を有する点の三次元での空間場所を計算し得、点は物体の表面と同じ広がりを有する。７９２において、１つ又は複数のシャドウキャスタを使用して、シーンにわたり移動する光度エッジを投影し得る。７９４において、光度エッジは、各画像でサンプリングされる物体上の点について検出し得る。例えば、画像捕捉デバイスは、各画像で投影面に配置された物体に対する１組の光度エッジを捕捉し、複数の画像を使用して、物体の複数の部分をサンプリングし得る。各画像の各光度エッジは、データ表現として記憶され、又はリアルタイム（略リアルタイム）で処理されて、エッジに沿った３Ｄ点を表すデータを特定し、これを他の３Ｄ点と集計して表面の三次元部分を記述し得る。７９６において、各画像で各シャドウキャスタの位置に関連する平面を特定し得る。表面上の光度エッジにおける各点では、シャドウ面は、例えば、所定であり得る光源の場所と共にシャドウキャスタの位置の機械的又は光学的測定値から測定し得る。さらに、シャドウ面は、基準点及びライトの場所又は図５の線５１２の均等物に相対して計算し得る。７９８において、特定の光度エッジに沿った点は、各画像で、他の光度エッジに対応する全ての点から区別されるものとして特定し得る。幾つかの例では、各点には、画像フレーム内の１つ又は複数のピクセルが関連し得る。さらに、特定の点に関連するシャドウ面を識別することができる。スキャンプロセス中、特定の画像の特定の光度エッジ及び対応するシャドウ面を捕捉することができる。特定の点の「特定のフレーム」は、フレームのシーケンス番号に基づいて導出し得る。７９９において、任意の特定の点への光線を識別し得、光線とその点の特定の光度エッジのシャドウ面との光点に基づいてその点の推定座標Ｘ、Ｙ、及びＺを計算することができる。光線は、１つ又は複数の座標及び較正されたカメラの角度に基づいて特定し得る。さらに、表面と同じ広がりの点の推定座標に基づいて、表面の三次元モデルを形成し得る。なお、幾つかの例では、「各画像」という言及は、画像のサブセット内の各画像を記述し得る。また、表面の三次元モデル上の点の色が、幾つかの例によれば、その三次元座標の導出に使用される画像から導出し得ることにも留意する。幾つかの例では、三次元座標の導出に使用されるフレームのシーケンス番号近くで取得された画像。
図８、図９、図１０、及び図１０Ａは、種々の実施形態によるシャドウキャスタの種々の例を示す図である。図８の図８００は、投影面８１０に影８２０並びに光度エッジ８５０ａ及び８５０ｂを形成するように構成されたシャドウキャスタ８１５及び光源８０３（例えば、１つ又は複数の点又は相対的に狭い光源）を含む。図８００はまた、シャドウキャスタ８１５の投影された断面エリア８９５も示し、それにより、シャドウキャスタ８１５の寸法及び／又は境界を方向８０４に沿って投影して、投影された断面エリア８９５を形成し得る。例えば、シャドウキャスタ８１５のエッジは、Ｙ－Ｚ平面に平行する平面８１１に投影されて（８０４）、投影エッジ８９３ａ及び８９３ｂを形成し得る。
図９の図９００は、投影面９１０に影９２０並びに光度エッジ９５０ａ及び９５０ｂを形成するように構成されたシャドウキャスタ９１５及び光源９０３（例えば、１つ又は複数の点光源）を含む。示されるように、シャドウキャスタ９１５は、例えば、平面９１１に平行し得る断面エリア９９６（例えば、図８のシャドウキャスタ８１５の）に相対して角度９２０に向けられ得る。この例によれば、シャドウキャスタ９１５の物理形態の断面エリアは、寸法の低減に関連して低減し得る（例えば、シャドウキャスタ９１５の頂点部分と先端部分との間の距離低減）。図９は、投影エッジ９９３ａ及び９９３ｂを有する投影された断面エリア９９５として、平面９１１に投影された断面エリア９９６を示す。平面９１１はＹ－Ｚ平面に平行し得る。示されるように、シャドウキャスタ９１５のサイズが小さいほど、３Ｄスキャナのフォームファクタを低減し得、断面エリア９９６の実施をシミュレートして、光度エッジ９５０ａ及び９５０ｂを形成し得、平面９１１に投影されて示されるその外形境界は、外形９９５の十分な領域にわたり重複する。この構成でのスキャンは、頂点（図示せず）をこの線上に維持しながら、光９０３を含む線の回りを回転する構成要素を用いてシャドウキャスタ９１５を回転させることにより達成し得る。
図１０及び図１０Ａの図１０００は、影１０２０並びに光度エッジ１０５０ａ及び１０５０ｂを投影面１０１０に形成するように構成されたシャドウキャスタ１０１５及び光源１００３（例えば、１つ又は複数の点光源）を含む。なお、シャドウキャスタ１０１５の物理的形態の断面エリアは平面１０１１に投影されて、投影断面エリア１０９５を形成し得る。例えば、シャドウキャスタ１０１５の縁部は、Ｙ－Ｚ平面に平行する平面１０１１に投影１００４されて、投影エッジ１０９３ａ及び１０９３ｂを形成し得る。一例では、投影断面１０９５は、図８におけるシャドウキャスタ８１５の投影断面エリア８９５と同等であり得る。示されるように、シャドウキャスタ１０１５は、例えば、平面からの変形が、光に沿った線に平行する方向１００４に沿う場合場合、非平坦であり得る。したがって、シャドウキャスタ８１５（図８）及び１０１５（図１０及び図１０Ａ）は、種々の例によれば、同様又は同等の光度エッジを形成し得る。
シャドウキャスタ１０１５は、柔軟に変形可能であってもよく、又は剛性に形成されてもよい。シャドウキャスタ１０１５は、プラスチック、金属、木等の任意の材料（例えば、不透明材料）で形成し得る。シャドウキャスタ１０１５は、影が特に、１つ又は複数の波長ｈ安易の１つ又は複数の波長のものであるように有色透明材料で形成し得る。シャドウキャスタに使用される有色透明材料の場合、光度エッジは、幾つかの例によれば、１つ又は複数の特定の色の光の遷移を検出可能にする、利用されるカラーフィルタを有する画像検出デバイス（図示せず）を使用して特定し得る。シャドウキャスタ１０１５の反復を改善するために、粗いシャドウキャスタ（rough shadow caster）を使用して、粗い三次元スキャンを行うことができ、次に、粗い三次元スキャンを使用して、他の近いシャドウキャスタを作成し得る。
一例では、シャドウキャスタ１０１５は、三次元（「３Ｄ」）プリント技法で使用される材料から形成し得る。したがって、シャドウキャスタ１０１５は、一連の写真（又はデジタル画像）又は例えば前の３Ｄスキャンを使用した初期外形測定を受けた物体の表面の寸法及び輪郭に合致、模倣、又は複製するように形成し得る。示される例では、シャドウキャスタ１０１５は、表面輪郭１０８２を含め、花瓶１０８０（図１０）の表面特徴及び比較のために、異なる形状の花瓶１０８０ｂ（図１０Ａ）の表面特徴を複製するように形成された。シャドウキャスタ１０１５は、シャドウキャスタ１０１５の表面と花瓶１０８０の表面又は別形状の花瓶１０８０ｂとの間の距離を相対的に低減した（又は一定若しくは略一定の距離の）ギャップを確立するように形成し得る。ギャップ距離はＸ－Ｙ平面に相対して表現し得る。
また、相対的に小さな距離を有するギャップの実施は、図１１Ａ～図１１Ｃにより説明したように、物体１０８０又は１０８０ａの３Ｄスキャンの精度及び解像度の改善を提供し得る。幾つかの例によれば、シャドウキャスタ１０１５は、物体の表面上の光度エッジ及び点（例えば、ピクセルを含む）を特定する際にミリメートル範囲及びサブミリメートル（例えば、解像度はμｍ以下の単位で表現し得る）範囲を提供し得る。幾つかの実施形態によれば、花瓶１０８０又は別形状の花瓶１０８０ｂの表面は、原動力（図示せず）を適用してＺ方向に（且つＸ－Ｙ平面に直交して）線の回りで花瓶１０８０又は別形状の花瓶１０８０ｂを回転させた状態（１０９２）でスキャンし得る。
図１１Ａ～図１１Ｃは、幾つかの例による三次元物体をスキャンするシャドウキャスタの適応可能な構造特性の例を示す図である。図１１Ａは、光源１１０３、シャドウキャスタ１１１５、及び三次元物体１１７０を示す図１１００である。示される例では、シャドウキャスタ１１１５は平面（例えば、Ｙ－Ｚ平面）に配置されて示されている。光源１１０３は、直径又はＹ軸に平行する距離等の幅Ｗ１を有して示されている。また、光源１１０３は、シャドウキャスタ１１１５のエッジにおける点１１１１ａから距離Ｄ１ａのところ且つシャドウキャスタ１１１５のエッジにおける点１１１１ｂから距離Ｄ１ｂのところに配置し得る。物体１１７０は、それぞれ点１１１１ａ及び１１１１ｂによるシャドウキャストの領域である表面部分１１７２及び表面部分１１７４を有するピラミッドである。表面部分１１７２及び１１７４は、点１１１１ａ及び１１１１ｂ並びにシャドウキャスタ１１１５に相対してそれぞれ距離（例えば、平均距離）Ｄ２ａ及びＤ２ｂに配置される。ピラミッド表面部分１１７２及び１１７４はそれぞれ幅Ｗ２ａ及びＷ２ｂを有する。なお、図１１Ａは、ピラミッド１１７０により部分的に隠され得るため、１１７２及び１１７４の全体領域を示していないが、Ｙ軸に沿ったそれらの幅はそれぞれＷ２ａ及びＷ２ｂとして示されている。例えば、Ｗ２ａは、幾つかの実施形態によれば、半影部のＹ軸方向に沿って測定される幅又はシャドウキャスタ１１１５の影に形成される光度エッジ及び光源１１０３の幅を表し得る。ピラミッド１１７０の高さが投影面１１１０（例えば、Ｘ－Ｙ平面と同じ広がり）から頂点１１７１までＺ方向に拡張するにつれて、表面部分はシャドウキャスタ１１１５から離れた距離に配置される。したがって、距離Ｄ２ａは距離Ｄ２ｂよりも大きい値であり得る。
種々の例では、本明細書に記載される構造には、例えば、その１つ又は複数の機能を強化するように構成し得る特性が関連し得る。シャドウキャスタ１１１５及び／又は光源１１０３の１つ又は複数の構造的特性は、例えば、光度エッジを強化する（例えば、鮮鋭度）を強化するように変更し得る。構造的特性は、幅Ｗ２ａと距離Ｄ１ａとの積が幅Ｗ１と距離Ｄ２ａとの積に比例し得る関係に基づいて構成し得る。また、幅Ｗ２ｂと距離Ｄ１ｂとの積も、幅Ｗ１とＤ２ｂとの積に比例し得る。一例として、関係はＷ２ａ・Ｄ１ａ＝Ｗ１・Ｄ２ａとして表現し得る。幾つかの例では、三次元スキャンの精度は、例えば、シャドウキャスタ１１１５と物体１１７０の表面との間の距離を低減する（例えば、Ｄ１ａ及びＤ１ｂを一定のままにした状態でＤ２ａ及びＤ２ｂの一方又は両方を低減する）ことにより影響を受け得るＷ２ａ及びＷ２ｂの値を低減することにより、光度エッジの解像度を増大させて強化し得る。幾つかの実施形態によれば、幅Ｗ２は、半影部の幅又は例えば、光度エッジの幅を表し得、又は他の方法で影響し得る。
種々の例では、例えば、以下の関係：Ｗ２ａ＝（Ｄ２ａ／Ｄ１ａ）・Ｗ１（Ｗ２ａの場合）に従って、光源１１０３の幅Ｗ１を低減して、Ｗ２ａ及びＷ２ｂを低減し得る。一つの場合では、例えば、幅Ｗ２ａは、例えば、２ｍｍ以下の直径（すなわち、幅Ｗ１）を有する光源を実施し、Ｄ２／Ｄ１の比率を１／４以下として実施することにより、２５０μｍ以下等の１ｍｍ未満に低減し得る。光源１１０３は、一例によれば、ハロゲン電球等であり得、その場合、光源１１０３の線形の広がり（図示せず）は、光源１１０３をシャドウキャスタ１１１５の頂点に結ぶ線１１９９に沿う。
図１１Ｂ及び図１１Ｃは、表面部分１１７２等の表面部分の場所（例えば、表面部分１１７４に相対する）の関数として距離Ｄ１及びＤ２の少なくともサブセットを調整する例を示す。幾つかの例によれば、シャドウキャスタ１１１５は、図１１Ａの距離Ｄ１ａを含む距離Ｄ１のサブセットを増大させながら、距離Ｄ２ａを含む距離Ｄ２のサブセットを低減して、図１１Ａに関連して上述した式に記述されるように解像度がより高いスキャンを行うように構成、適合、又は形成し得る。図１１Ｂの図１１３０は、線１１７９（例えば、Ｘ－Ｙ平面に直交する）から角度１１３１に向けられた頂点１１７１ａを有するシャドウキャスタ１１３５を示す。角度１１３１において、距離Ｄ２ａ及びＤ２ｂは、図１１Ａのシャドウキャスタ１１３５の表面と物体１１７０の１つ又は複数の表面部分との間に略一定のギャップを提供するように概ね等しい値であり得る。図１１Ｃの図１１６０は、シャドウキャスタ１１６５が、部分１１６５ｂに相対して角度１１８１だけ軸１１６７の回りに向けられる部分１１６５ａを有するように、光源（図示せず）と頂点１１７１ｂとの間の距離であるＸ方向において変更されるように構成された部分１１６５ａを含むシャドウキャスタ１１６５を示す。この変更は、図１１Ａの光１１０３とシャドウキャスタ１１６５の頂点１１７１ｂとの間の線の方向に沿って、例えば、Ｙ－Ｚ平面（図示せず）に平行する投影面に投影される際、シャドウキャスタの外形を維持する。この変更は、図１１Ａの光１１０３並びに両部分１１６５ａ及び１１６５ｂを含む１つの平面があることを維持する一例である。角度１１８１において、距離Ｄ２ａは、距離Ｄ２ｂに近づくか、又は距離Ｄ２ｂを近似するように低減し得る。幾つかの場合によれば、複数の部分１１６５ａ（図示せず）は、スキャンする物体の曲率を近似するように実施し得、又はシャドウキャスタは、Ｙ方向に沿って連続して同様に歪み、平滑な外形を生じさせることができる。
図１２は、幾つかの例による構成可能なシャドウキャスタの一例を示す図である。図１２００は、物体表面の形状をそれぞれ近似して、シャドウキャスタ１２１５ａ及び１２１５ｂと一例のスキャンされる物体１２７０との間のギャップ変動の大きさを低減又は等化するように適合可能な部分１２６５ａ及び１２６５ｂを有するシャドウキャスタ１２１５ａ及び１２１５ｂを含む。物体１２７０は、投影面１２１０に配置される半球体である。適応可能な部分１２６５ａ及び１２６５ｂは、この例では、軸１２６７ａ及び１２６７ｂの回りでそれぞれ傾斜する部分として示されている。幾つかの例では、シャドウキャスタ１２１５ａ及び１２１５ｂは、任意選択的に、シャドウキャスタ１２１５ａと１２１５ｂとの間に結合されて、影１２２０（又は暗影部）及び１つ又は複数の光度エッジ１２５０の生成に寄与する適合可能な不透明上部分１２１１を含み得るシャドウキャスタのシステムを構成するように実施し得る。図３、図４、又は図５の線３１２、４１２、又は５１２によりそれぞれ画定される線と共線上の光源（図示せず）は、少なくとも幾つかの場合、シャドウキャスタ１２１５ａ及び１２１５ｂの上及び上部分１２１１（又は部分１２６５ａ及び１２６５ｂ）の実施を用いてそれらの間にあり得る。なお、適応可能な部分１２１１、１２６５ａ、及び１２６５ｂは、任意の数の平坦部分に細分して、曲率を近似し得る。代替的には、適応可能な部分１２６５ａ及び１２６５ｂは、１つ又は複数の湾曲部分として形成し得、又は１つ又は複数の湾曲部分を含むように構成し得る。
幾つかの実施形態によれば、シャドウキャスタ部分１２１５ａ及び１２１５ｂは、画像捕捉デバイス（図示せず）により検出されて、例えば、照明エッジの平面の幾何学的形状を特定し得る。次に、この特定された照明エッジの平面を照明エッジの特定と組み合わせて使用して、物体１２７０の形状を特定し得る。シャドウキャスタ部分１２１５ａ及び１２１５ｂは、各エッジにおいて照明の１つの平面エッジを画定するために、三角形外形を有することにおいて８１５、９１５、及び１０１５と同様であり得る。代替的には、シャドウキャスタ部分１２１５ａ及び１２１５ｂは、部分１２１１、１２６５ａ、及び１２６５ｂの構造的及び支持的部分であり得、それ自体は影エッジを物体１２７０にキャストしない。なお、物体１２７０は平滑表面の半球体として示されているが、任意の形状の物体が使用可能である。幾つかの場合、物体１２７０は、限定ではなく、突起又はリッジ様特徴及び窪み、裂溝、又は溝等を含む凸面部分及び凹面部分を含む表面トポロジ及びテクスチャを有し得る。幾つかの例では、物体１２７０は、脳の表面又は任意の他の有機構造体を表し得る。
少なくとも１つの例では、シャドウキャスタは、光源（図示せず）を含む線に平行する１つ又は複数の直線縁部を有し得るセクション１２１１と、長手方向（例えば、周縁１２９９を有する）に延びて、影を物体１２１０の各寸法にキャストし得るセクション１２１１とを含み得る。したがって、部分１２６５ａ及び１２６５ｂは省略し得る。そのような場合、互いに及び１２１１に対して平行する複数の光源（図示せず）が存在してもよい。複数の平行光源を順次（及び／又は空間的に）照明して、一連の直線影を生成し得る。平行光源、シャドウキャスタ、又は両方を移動させて、物体１２１０の表面にわたるスキャンを行い得、回転軸上に配置される必要がない複数行のライトを有し得る。そのような構成は、光度エッジの変形と併せて使用され得る幾何学形状を有する１つ又は複数のシャドウ面を生成し、物体１２７０の三次元形状を画定し得る。平行光源は、セクション１２１１の上の領域まで延びて、物体１２７０の照明エッジを生成し得る。少なくとも１つの例によれば、１つ又は複数の光源は、コントラストを強化した光度エッジを生成しながら、物体１２７０を十分に照明（例えば、物体１２７０を均等に照明）し得る、照明部分においてＸ方向に沿った両側への長手方向拡張なしで（又は最小若しくは無視できる程度の長手方向拡張で）セクション１２１１の上に延びるような程度に制限し得る。
種々の例によれば、選択的不透明シャドウキャスタは、シャドウキャスタが白色光に対して不透明である１つ又は複数の部分を実施し得、又は特定の波長の光の透過を選択的に低減若しくはなくす（例えば、カラーフィルタを実施する）ように構成し得る有色部分を含み得るように形成し得る。次に、光度エッジは、シャドウキャスタを様々に透過した波長の比較的暗い照明領域（例えば、照明がより少ない領域）に遷移する照明領域により画定し得る。代替的には、光度エッジは、１つ又は複数の他の波長領域により照明された領域に遷移するある波長範囲で照明される領域により画定し得る。シャドウキャスタは、これもまた組み合わせて不透明領域を有し得るパターンに配置された複数の波長透過領域を含み得る。
選択的不透明シャドウキャスタは、１つ又は複数の範囲又は帯域の光に対して不透明であるように構成し得る。したがって、選択的不透明シャドウキャスタは、１つ又は複数の波長範囲の光を選択的に濾波して除去し、選択された波長を透過させ得る。一例では、異なる選択的不透明シャドウキャスタは、青色光から赤色光に遷移する光をキャストする有色透明シャドウキャスタとして実施し得、それにより、１組の有色透明シャドウキャスタの一例は、互いに当接する少なくとも２つの平らなカラーフィルタを含み得る。一方の透明シャドウキャスタは赤色であり得、他方は青色であり得る。スキャンするとき、青色から赤色へのシーン遷移は照明エッジを構成し得、濾波されて、青色から赤色への遷移をシーン内の他の変化から識別し得る。この色変化の追跡は、シーン内の他のことが変化する場合であっても影の移動を追跡する技法を提供する。したがって、特定の色変化（色に関係なく）を処理して、照明エッジを識別し得る。種々の例によれば、上述した選択的不透明シャドウキャスタは、物体１２１０（又は任意の他の物体）が画像捕捉デバイスに対して移動し得る（例えば、制御可能なように）場合、３Ｄスキャンに役立ち得る。カメラを有する携帯電話又は任意の他のモバイルデバイス等のモバイル計算デバイスは、幾つかの実施形態によれば、上述した選択的不透明シャドウキャスタを実施し得る。
図１３は、幾つかの例によるスキャンシステムの一例を示す図である。図１３００は、画像捕捉デバイス１３０１と、１つ又は複数の光源１３０３と、反射面１３２０（例えば、反射平面又はミラー）とを含むスキャンシステムの構成要素としてのシャドウキャスタ１３１５の別の例を示す。反射面１３２０により、シャドウキャスタ１３１５の逆側の別の組のシャドウキャスタ及び光源の実施をなくし得る。物体１３７０は平坦投影１３１０に配置され、その反射１３７０ｒが反射面１３２０に示される。さらに、図１３００は、反射面１３２０における反射点（「Ｐ２ｒ」）１３６９の表面上の点（「Ｐ２」）１３６８を示す。示されるように、物体１３７０にキャストされた影１３９８は、物体の反射１３７０ｒへの影１３９８ｒとして反射し得る。なお、光を含む光子放射は、点１３６６まで移動し得るよりも更に遠くの距離まで移動して点１３６８を照明し得る（反射光を介して）。したがって、反射面１３２０により点１３６８を含む表面部分から画像捕捉デバイス１３０１に反射される光は、点１３６６を含む別の表面部分からの反射光よりも明度及び精度が劣り得る。しかしながら、関係Ｗ２＝（Ｄ２／Ｄ１）・Ｗ１の距離Ｄ１は相対的に変更（例えば、増大）されて、点１３６８における光度エッジに関連する他のことの中でも特に、コントラストを強化し得る。
画像捕捉デバイス１３０１は、１３７０ｒとして反射物体１３７０を観測し得、それにより、物体１３７０の未反射又は直接観測を通しては見ることができない１３７０の部分を観測し得る。このようにして、他の反射面（図示せず）は、画像捕捉デバイス１３０１が物体１３７０の未反射又は直接観測を通しては見ることができない反射における１３７０の１つ又は複数の部分を観測し得るように、画像捕捉デバイス１３０１の視野内に配置し得る。例えば、投影面１３１０を、投影面１３１０に配置された物体の底面を画像捕捉デバイス１３０１に反射する反射面にし得る。次に、シャドウキャスタを移動させて、例えば、光度エッジも、反射面から、物体１３７０への影エッジの未反射又は直接投影を通しては影によりアクセスされない領域に反射し得るようにスキャンを行い得る。反射面は平坦な幾何学的形状であり得るが、湾曲してもよく、又は曲面、平面のセグメント、若しくは両方の組合せを含んでもよい。
図１４は、幾つかの例によるスキャンシステムの更に別の例を示す図である。図１４００は、画像捕捉デバイス１４０１と、シャドウキャスタ１４１５と、１つ又は複数の光源１４０３と、上記構成要素を実施又は統合するように構成されたスタンド又は構造体１４０９とを含むスキャンシステム１４９０を示す。ここで記載されるスキャンシステムは、任意の環境における物体等の小さな物体及び比較的大きな物体をスキャンするようにスケーラブルであり得る。環境の例には、部屋（例えば、人、家電、家具等）及び屋外建物（例えば、建物、車両、木々等のスキャン）がある。示される例では、スキャンシステム１４９０は、投影面１４１０ａ（例えば、床）、１４１０ｂ（例えば、後壁）、及び１４１０ｃ（例えば、側壁）により画定される部屋内のソファー１４７０及び鏡又は絵画等の壁装飾品１４７２をスキャンするように構成し得る。
示される例では、シャドウキャスタ１４１５は、菱形構造体として又は例えば、図９及び図１０におけるシャドウキャスタにより記載される同様又は均等な１つのエッジ若しくは鮮鋭な影又は２つの光度エッジを生成し得る断面エリアを有する任意の均等なシャドウキャスタとして実施し得る。シャドウキャスタ１４１５ａは、例えば、線１４７９において接合又は結合される２つの三角形構造体１４６６及び１４６８として形成されて示されている。頂点１４３１ａ及び頂点１４３３ａは回転軸１４１２に配置し得、それにより、軸１４１２の回りのシャドウキャスタ１４１５ａの回転により光度エッジ１４５０を生成し得る。さらに、光源１４０３は光源１４０３ａとして実施し得、光源１４０３ａは、１つの光源又は点１４３１ｂから点１４３３ｂまで広がる軸に沿った１つ又は複数の光源の線形配置を含み得る。光源１４０３ａの一例は長尺状ハロゲン電球であり得る。光源１４０３ａの別の例は発光ダイオードの線形配列であり得る。光源１４０３ａの点１４３１ａ及び１４３３ｂはそれぞれ、軸１４１２上の点１４３１ａ及び１４３３ａと共線上にあり得る。種々の例によれば、シャドウキャスタ１４１５及び光源１４０３は、任意の数の構造又は変形で実施し得、図１４００に示されるものは限定を意図しない。さらに、スキャンシステム１４９０及び本明細書に記載される他のスキャンシステムは、特に医療用途及び拡張現実用途を含む任意の数の用途に向けて変更し適合し得る。
図１５は、幾つかの例による医療用途を実行するように構成されたスキャンシステムの一例を示す。図１５００は、外科用顕微鏡１５３０等の医療機器又は器具を含む。外科用顕微鏡は、医療用途での脳組織等のｉｎ ｖｉｖｏでの組織（すなわち、物体１５７０として）の三次元スキャンを実行するように構成されたスキャンシステムにより生成されるデータを実施するように構成し得る。さらに、図１５００のスキャンシステムは、手術中、脳組織のｉｎ ｓｉｔｕ三次元スキャンを促進し得る。
外科用顕微鏡１５３０は、組織を含む関心のある比較的小さな特徴を拡大するように構成し得るとともに、デジタル作成されるか、又は脳１５７０の拡大ビューに重ねられた像を統合するように更に構成し得る、接眼レンズを含む光学構成要素１５３８を含む。示される例によれば、外科用顕微鏡１５３０は拡張画像生成器１５９０に電子的又は光学的に結合し得、拡張画像生成器１５９０は画像捕捉デバイス１５０１に電子的又は光学的に結合し得る。幾つかの例では、外科用顕微鏡１５３０は画像捕捉デバイス１５０１に電子的又は光学的に結合し得、画像捕捉デバイス１５０１は拡張画像生成器１５９０に電子的又は光学的に結合し得る。幾つかの例では、拡張画像生成器１５９０は、３Ｄスキャンベースの像を脳組織ビューに適用する（例えば、重ねる）ことにより拡大脳組織ビューを光学的に拡張し得る。例えば、標的脳部分（例えば、修復又は除去する）を表すクロスハッチンググラフィックスは、外科医が標的を容易に識別し得るように、拡大脳組織のビュー又はデジタル画像に三次元で重ね得る。外科用顕微鏡１５３０の筐体１５３２は、命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェア等）を実行して、拡張画像生成器１５９０により生成された画像データを結合するように構成されたプロセッサ及び電子構成要素を含み得る。
図１５００のスキャンシステムは、多種多様な例により任意のタイプ又は数のシャドウキャスタを実施し得る。１つ又は複数のスキャンシステムは、１つ又は複数の光源の１つ又は複数のサブセット１５０３と、影１５２０及び１つ又は複数の光度エッジ１５５０を形成するように構成されたシャドウキャスタのサブセットとを含み得る。シャドウキャスタのサブセットは、第１の例示的な実施態様におけるシャドウキャスタ１５１５ａ及び１５１５ｂの１つ又は複数を含み得る。シャドウキャスタの別のサブセットは、第２の例示的な実施態様におけるシャドウキャスタ１５１５ｃ及び１５１５ｄの１つ又は複数を含み得る。他のシャドウキャスタ及び光源構造体も同様に使用し得る。
医療用途を含め、種々の用途では、図１５００のスキャンシステムは、少なくとも幾つかの場合、１ｍｍ未満（例えば、２５μｍ未満）の解像度を有して、脳１５７０の少なくとも一部の３Ｄ表現を形成し得る。幾つかの場合、図１５００のスキャンシステムは、磁気共鳴撮像（「ＭＲＩ」）スキャンデータ又はコンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）スキャンデータ等の他の技術よりも高い解像度の３Ｄ表面情報を提供し得る。
脳１５７０等の軟組織からなる有機物体は、状態の変化に起因して変化し又は変わり得る三次元表面形状を有し得る。例えば、柔軟な軟組織は、第１の（例えば、術前の外科処置のない（undisturbed））状態では第１の三次元表面形状を有し、それにより、表面形状は、第２の状態（例えば、医療処置又は手術処置の後）に遷移するとき、第１の状態から変わり得る。一例では、表面形状は、状態を律動的に変え得る（例えば、心拍に起因した律動的な血圧変動に応答して）。少なくとも１つの状態では、シャドウキャスタ１５１５ａ、１５１５ｂ、１５１５ｃ、及び１５１５ｄの１つ又は複数を使用して脳１５７０又はその一部の表面をスキャンして、脳１５７０の三次元モデルを形成し得る。カメラ１５０１は、脳１５７０の画像を捕捉し得、拡張画像生成器１５９０は、脳１５７０の表面上の点を表すピクセルのＸ、Ｙ、及びＺ座標を特定し得る。表面形状が変動（例えば、心拍及び拍動する血流）に応答して律動的に変化している場合、スキャンは、各段階で表面１５７０を特定し得るように、律動的な応答において複数の段階での表面１５７０の測定を可能にする時間期間にわたり実行し得る。これは、スキャンが実行されているとき、測定された表面１５７０の段階に律動的応答における段階を相関付けることにより達成し得る。
特に、図１５００のスキャンシステムは、脳１５７０の輪郭及び他の解剖学的特徴をデジタル的に捕捉するように構成し得る。例えば、モデリングされた脳表面の表面曲率及び輪郭は、三次元空間における大脳皮質の畝（すなわち、脳回）及び溝（すなわち、脳溝）を含み得る。さらに、図１５００のスキャンシステムは、脳に供給する脈管系（例えば、静脈、動脈、毛細血管等）の三次元表面特徴を捕捉するように構成し得、それにより、外科医が血管を脳１５７０の一部にナビゲートするのを支援する脈管「ロードマップ」を提供するためのモニュメント（又はガイドポスト）として脈管組織を使用し得る。これらの血管の幾つかは、関連するＭＲＩ又はＣＴスキャンの解像度よりも細かいことがある。
手術前、患者は磁気共鳴撮像等の診断処置を受けて、内部構造を含む脳１５７０の２Ｄ画像及び３Ｄ画像を示し得るＭＲＩスキャンを取得し得る。その後、開頭又は骨の一部の除去に続けて脳１５７０を露出し得る。任意選択的に図１５００のスキャンシステムを使用して、脳１５７０の露出部分の３Ｄスキャンを生成し得る（例えば、脳１５７０の構造の外科処置前）。拡張画像生成器１５９０は、脳のＭＲＩスキャンを表すデータの第１のサブセットと、図１５００のスキャンシステムからの脳１５７０の３Ｄスキャンデータを表すデータの第２のサブセットとを受信するように構成し得る。さらに、拡張画像生成器１５９０は、命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェア等）を実行して、データの第２のサブセットの３Ｄ表面にデータの第１のサブセットのＭＲＩ生成表面を関連付け得るように構成されたプロセッサ及び電子構成要素を含み得る。したがって、データの第２のサブセットからの３Ｄスキャンデータに、データの第１のサブセットからのＭＲＩ生成脳スキャンデータの内部構造を表すデータを関連付け得る。
頭蓋骨の一部を除去した状態で、膜（例えば、軟膜等又は他の液関門組織）への切開を介して大脳皮質の一部を形成する脳組織にアクセスし得る。脳組織を取り巻く膜を切開すると、流体が失われ得（例えば、脳脊髄液すなわちＣＳＦ）、それにより、脳の構造状態が変化し得る。流体が失われた状態では、脳組織構造は、機械的特性の変化に起因して萎むか、又は他の方法で変形することがあり、それにより、脳組織構造をシフトさせ得る。したがって、シフトした脳組織は、ＭＲＩデータを使用して脳組織の表面及び内部構造を位置特定して、脳組織の標的場所を識別することに誤差を導入する。
切開後、図１５００のスキャナシステムを使用して、脳組織形状が内部流体圧力の減少に起因してシフトした後の脳１５７０曲率及び輪郭を特定し得る。続けて、拡張画像生成器１５９０は、ＭＲＩスキャンデータに相対する脳組織及び脈管構造の位置ずれを含み得る脳１５７０の表面の第２の三次元モデルを形成するように構成された論理を含み得る。さらに、拡張画像生成器１５９０は、切開前状態及び切開後状態の両方での三次元脳モデルでの脈管構造及び特定の脳回及び脳溝等の他のランドマークを識別し、デジタル像のレジストレーション及び位置合わせの位置ずれを特定するように構成された論理を含み得る。脈管組織（例えば、血管）は脳組織に隣接して弾性的に固定され得るため、特定の脳回及び脳溝のずれへの代替又は追加として脈管構造のずれを使用して、内部脳組織部分の切開後位置を予測し得る。さらに、前に得られたＭＲＩスキャンデータは、内部脳組織の予測された切開後位置を反映するように調整し得る。したがって、関連する脳組織に伴う毛細血管並びに脳回及び脳溝の移動は、標的脳組織の場所の予測を助け得る。医療処置中、図１５００のスキャンシステムを使用して、脳の影響を受けた部分（例えば、脳組織が切除又は他の方法で変化した後）を特定することもできる。前に得られたＭＲＩスキャンデータは、医療処置により影響を受ける予測された脳組織の切開後部分を反映するように調整し得る。
拡張画像生成器１５９０における論理は、脈管構造の場所変化を初期ＭＲＩスキャンデータからの内部脳組織の予測された位置ずれに相関付けるように構成し得る。さらに、内部脳組織の予測された位置ずれは、脳変形データのモデル及び計算に基づいて予期された変化を近似する脳変形を計算することにより特定し得る。幾つかの例によれば、脳変形データのモデルは、種々のファクタ（例えば、流体損失量、切開サイズ、性別、年齢、民族性、虚弱性等）の関数として脳の予期される変化を表し得る。そのようなモデルを使用して、脳脊髄液の損失に起因して脳構造がいかに変形し得るかを予測し得る。脳変形データは、経験的に及び／又は計算アルゴリズムを介して確率論的（例えば、数学的）に形成し得る。
上記に鑑みて、脳組織の標的部分は、脳１５７０の三次元空間内で手術前に位置特定し得る。脳組織の標的部分の一例は、小児癲癇発作を生じさせる部分であり得る。脳組織の標的部分の除去は、発作を含め症状を軽減し得る。図１５００のスキャナシステムの上述した実施態様によれば、拡張画像生成器１５９０は、脳１５７０の表面及び内部内の脳組織の位置ずれを識別又は予測するように構成し得る。したがって、拡張画像生成器１５９０は、例えば、初期ＭＲＩにおいて追加識別された脳組織の標的部分の位置ずれを識別又は予測するよう構成し得る。
種々の例によれば、図１５００のスキャナシステムを実施する上述した技法は、他の脳関連診断、テスト、手術、及び治療に適用可能であり得る。さらに、上述した技法は、硬組織（例えば、骨等）を含め任意の医療用途に適用可能であり得る。別の例は、図１５００のスキャナシステムを創傷治癒に使用することである。例えば、図１５００と同様のスキャナシステム（外科用顕微鏡１５３０を除く）を糖尿病患者の自宅に配置して、感染を防ぐために創傷（例えば、潰瘍）を監視し得ると考える。患者は、創傷を三次元スキャンして（例えば、色あり又は色なしで）、創傷形状データを生成し得、ネットワークを介して創傷形状データを医療提供者に送信して、創傷の治癒率を監視し得る。上述した例は非限定的であり、任意の医療又は非医療用途に適用可能であり得る。
図１６Ａは、幾つかの例によるシャドウキャスタのシステムを含む専用外科用顕微鏡を示す図である。図１６００は、脳１６７０のｉｎ ｓｉｔｕ三次元スキャンを促進するように構成された外科用顕微鏡１６３０、拡張画像生成器１６５０、及び画像捕捉デバイス１６０１を含む。幾つかの例によれば、図１６Ａの図１６００に示される要素は、他の図面に示される同様の名称又は同様の番号の要素としての構造及び／又は機能を含み得る。この例では、シャドウキャスタ１６１５ｃ及び１６１５ｄ並びに光源１６０３は、システム１６８０として相互作用して、影１６２０及び１つ又は複数の光度エッジ１６５０を形成し得る。幾つかの実施形態では、シャドウキャスタ１６１５ｃ及び１６１５ｄ並びに光源１６０３又はそれらの均等物は、筐体１６３２内に配置されて、本明細書に記載される例により３Ｄスキャンを実行するように構成された統合三次元スキャン外科用顕微鏡を形成し得る。
図１６Ｂは、幾つかの例による、少なくとも１つのシャドウキャスタを含む更に別の専用外科用顕微鏡を示す図である。図１６５０は、外科用顕微鏡１６３０と、脳１６７０のｉｎ ｓｉｔｕ三次元スキャンを促進するように構成された、本明細書に記載される他の要素とを含む。幾つかの例によれば、図１６Ｂの図１６５０に示される要素は、他の図面に示される同様の名称又は同様の番号の要素としての構造及び／又は機能を含み得る。この例では、シャドウキャスタ１６８０及び光源のサブセット１６９１ａ、１６９１ｂ、及び１６９１ｃはシステム１６９０として相互作用して、異なる時点で証明される光源のサブセット１６９１ａ、１６９１ｂ、及び１６９１ｃの関数として影１６２０及び１つ又は複数の光度エッジ１６５０を形成し得る。シャドウキャスタ１６８０の一例について図１２において説明し、光源１６９１ａ、１６９１ｂ、及び１６９１ｃはシャドウキャスタ１６８０の上に配置し得る。幾つかの例によれば、光源のサブセット１６９１ａ、１６９１ｂ、及び１６９１ｃは、順次及び／又は空間的に照明されて、一連の影（例えば、直線の影又は光度エッジ）を生成し得る複数の平行光源として実施される。幾つかの実施形態では、シャドウキャスタ１６８０並びに光源１６９１ａ、１６９１ｂ、及び１６９１ｃ、又はそれらの均等物は、筐体１６３２内に配置されて、本明細書に記載される例により３Ｄスキャンを実行するように構成された統合三次元スキャン外科用顕微鏡を形成し得る。
図１７は、幾つかの例による三次元スキャン特徴に基づく拡大画像を示す図である。図１７００は、脳１７７０の部分を拡大するように構成された光学構成要素１７３８を含む。光学構成要素１７３８が結合する外科用顕微鏡は示されていない。図１７００はまた、脳１７７０の光学像（脳の表面から反射された光に基づく）と、例えば、光学構成要素１７３８を介して観測可能であり得る標的脳組織１７８８の表面場所を表すデジタル生成画像オーバーレイデータとを統合するように構成された拡張画像生成器１７９０も含む。幾つかの例では、外科医又は任意の他のユーザは、光学構成要素１７３８を介してインセット１７２２に提示された画像を見得る。例えば、接眼レンズ１７３８において、脳回若しくは脳溝に相対又は種々の数若しくはサイズを有する血管の脈管系１７７５ｓに相対して脳１７７０ｓ及びその部分を見得る。幾つかの例では、脳１７７０ｓの輪郭は、畝（脳回）１７８４及び溝（脳溝）１７８６として三次元スキャンを通して捕捉し得る。少なくとも１つの例によれば、インセット１７２２は、実（例えば、そのまま拡大された）像又はシミュレートされた像（例えば、画像処理に基づく）、又は両方の組合せを含み得る。
図１８は、幾つかの例によるｉｎ ｖｉｖｏ三次元スキャン及び画像統合を示す機能ブロック図である。図１８００は、拡張画像生成器１８９０、組織モデルデータリポジトリ１８３０、及びスキャン組織データリポジトリ１８３２を含み、例えば、それらの１つ又は複数は、例えば図１７に示される像を形成するように実施し得る。スキャン組織データリポジトリ１８３２は、脳１８７０の二次元及び／又は三次元解剖学的特徴及び構造を表すスキャン脳データ１８０２を受信するように構成される。例えば、データ１８０２は、ＭＲＩデータ、ＣＴデータ、ＭＥＧデータ、ＰＥＴデータ、又は任意の他の脳関連データを含み得、スキャン組織データリポジトリ１８３２に記憶し得、データ１８２４として拡張画像生成器１８９０により検索し得る。組織モデルデータリポジトリ１８３０は、種々のファクタ（例えば、流体損失量、切開サイズ、性別、年齢、民族性、虚弱性等）の関数に基づいて脳変形又は脳における位置ずれの変化率を特定又は予測するデータモデルを記憶するように構成し得る。拡張画像生成器１８９０はこれらのデータモデルを使用して、対応する脳脊髄液の損失又は摘出された腫瘍若しくは脳の質量に起因して脳構造が変わり得る（例えば、サイズ、位置、場所等に関して）程度を数学的（例えば、確率論的）に予測しシミュレートし得る。データモデルからのデータ１８２２は、拡張画像生成器１８９０により検索し得る。幾つかの例によれば、図１８の図１８００に示される要素は、他の図面に示される同様の名称又は同様の番号の要素としての構造及び／又は機能を含み得る。
拡張画像生成器１８９０は、拡張像コントローラ１８５１、生物学的モニュメント生成器１８５２、生物学的モニュメントマッパ１８５３、組織相関器１８５４、標的組織統合器１８５５、及び画像生成器１８５６を含んで示される。少なくとも幾つかの例によれば、拡張像コントローラ１８５１は、拡張画像生成器１８９０の補助機能（例えば、要素１８５２～１８５６）を制御して、拡張画像生成器１８９０の全体機能を促進するように構成し得る。
生物学的モニュメント生成器１８５２は、スキャン組織データ１８２４（例えば、ＭＲＩデータ）にアクセスして、血管の空間寸法、位置等の脈管又は脳データ１８４２の特徴を表すデータ１８４０を生成するように構成し得る。データ１８４２は、例えば、血管又は脳回若しくは脳溝等の特徴等の任意の他の物理的特徴に基づいて、例えば、幾何学的特徴の空間寸法、位置等を指定するデータ１８４０を含むデータ構造を表す。脈管データ１８４２はデータ１８２４からのものであり得る。データ１８４０はデータ構造１８４２から検索されるデータの一例であり、それにより、脈管系データ１８４２の部分を例えば隣接する脳組織に相対する「モニュメント」（例えば、関心のある脳部分への「ロードマップ」を識別する測量モニュメント）又は基準点として使用できるようにする。幾つかの例によれば、脈管企画学的特徴等の幾何学的特徴は、脈管系データ１８４２において記述し得、手術又は他の構造的外科処置前の脳１８７０の脈管系の特徴（例えば、表面特徴）を表し得る。
生物学的モニュメントマッパ１８５３は、モデル生成器による三次元スキャンを介して導出された脳又は脈管データ（例えば、脳１８７０の切開後表面における）を表すデータを含むデータ１８４４の更新されたサブセットをマッピング又は他の方法で相関付けるように構成し得る。幾つかの例では、生物学的モニュメントマッパ１８５３は、構造的な脳変形に基づいて脳の位置変位又は脈管データ１８４２を計算し特徴付けることが可能であり得る。位置変位データ１８４３は、組織相関器１８５４において受信し得る。
組織相関器１８５４は、萎んだ脳の表面特徴データ１８４３を初期ＭＲＩ表面データ１８２４に相関付けて、ＭＲＩにより当初検出された脳組織の元の部分を識別するように構成し得る。血管及び表面特徴（例えば、畝及び溝）の変位に基づいて、表面部分の変位及び脳組織１８８８の標的部分の変位を識別することができる。組織相関器１８５４はまた、組織モデルデータリポジトリ１８３０にアクセスして、内部脳構造の表面の変位を推定し予測する計算を実行するように構成することもできる。
標的組織統合器１８５５は、ＭＲＩデータ１８２４に相対して、染料に関連し得る又は関連しない標的脳組織の部分を識別するように構成される。標的組織１８８８は、例えば、小児癲癇又は腫瘍に関連する脳組織を表し得る。さらに、標的組織統合器１８５５は、切開後の活動及び組織相関器１８５４からのデータに関連して標的組織１８８８の変位を計算するように構成し得る。例えば、組織相関器１８５４は、識別及び摘出のために標的組織１８８８を調整する位置ずれを特定するように構成し得る。
画像生成器１８５６は、リアルタイム（又は略リアルタイム）且つｉｎ ｖｉｖｏで脳の画像１８４８に重ねられた標的組織１８８８を示す画像データ１８４６を生成するように構成し得る。画像データ１８４６は、標的領域１８８８のビューが重ねられたビューを提供する、データ１８４４を拡張するｉｎ ｖｉｖｏビューのリアルタイム２Ｄ又は３Ｄ画像として示される。したがって、外科医は、標的組織１８８８に向かえるようにし得、１８９９（外科的変更）における脳部分の摘出後、３Ｄスキャンに基づいて、摘出すべき残りの脳部分をｉｎ ｖｉｖｏで検出して、データ１８４４のサブセットを更新し得る。拡張画像生成器１８９０は、続く処置について外科医に残りの組織を光学的に提示するためにグラフィカルオーバーレイデータを再計算し得る。したがって、外科医は、ｉｎ ｓｉｔｕ ３Ｄスキャンに基づいて摘出された組織の「剥がれおち」を見て、光学顕微鏡又は他の外科ナビゲーションデバイス若しくはディスプレイを介してｉｎ ｖｉｖｏで摘出すべき残りの組織を提示し得る。種々の他の例によれば、機能ブロック図１８００は、本明細書に記載される種々の例に従って変形し得る。
図１９は、幾つかの例による、１つ又は複数の光度エッジを生成するように構成された１つ又は複数のシャドウキャスタの更に別の例を示す図である。図１９００は、少なくとも１つの光度エッジを生成して、三次元スキャンを促進するように構成し得るウェアラブルシステム１９１１等のウェアラブルシャドウキャスタを示す。この例では、ウェアラブルシステム１９１１は、光度エッジを生成するように構成された縁部１９５０を有する少なくとも１つのシャドウキャスタ１９２０を有する少なくともフロント筐体１９２１を含むアイウェアである。シャドウキャスタ１９２０は、少なくとも幾つかの例では、透明表面（例えば、アイウェアのレンズ又はフレーム）に塗布される不透明膜であり得る。アイウェアはまた、ユーザの耳を固定するイヤーピース１９０６、及び電子回路、光導体等を含み得るテンプルバー構造１９０７を含んでもよく、その中に配置されるシャドウキャスタを含む三次元スキャナとしてのアイウェアの実装を容易にすることもできる。アイウェアは、電力及び光生成モジュール１９０９から導管１９０８を介して光及び電子信号を受信し得、電力及び光生成モジュール１９０９は任意選択的であり得、ユーザの体の任意の場所又はどこか他の場所に配置し得る。
ウェアラブルシステム１９１１に加えて、アイウェアは、光を含む光子放射を透過し得る任意選択的な透明構造１９２４を含み得る。透明構造１９２４は、縁部１９５０に平行する方向に沿った順方向透過光を制御するレイヤとしてフレネルプリズムを実施し得る。レンズ１９０１は、任意選択的であり得、少なくとも幾つかの場合、ヘッドアップディスプレイすなわちＨＵＤを形成する投影光（図示せず）を受け取るように構成し得る。示される例では、光源は、例えば、光ビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎ（例えば、テンプルバーの背後のソース又は同様の構造から形成される）として光を放射するように構成された光ファイバ（optical fiber）（例えば、光ファイバ（fiber optic））として実施し得る。はるかに多くの光ビームを実施し得、又はビームは、多くの光ビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎの部分的に重複する組合せから生じる連続放射線の形状であり得る。さらに、光放射又はビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎとしてファイバを介して伝達される光の波長は、任意の波長範囲のものであり得る。例えば、光ファイバから放射された光は、人間の目により検出可能ではないか、又は知覚されない光の波長範囲内（例えば、光の不可視スペクトル内）であり得る。幾つかの例では、正面図１９４０は、ファイバからの光放射１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎを示し、それにより、光放射はシャドウキャスタ１９２０の縁部１９５０に衝突して、光度エッジを形成し得る。この例での正面図１９４０は、Ｙ－Ｚ平面に平行する平面において示されている（例えば、Ｘ軸に沿って見ている）。正面図１９４０に加えて、光ビームは、互いに対して（例えば、隣同士で）縁部１９５０に沿って任意の距離（「Ｆ」）１９４１に向けられ得、互いの間隔は同じである必要はない。ファイバの任意の数の端部を実施して、任意の数の光放射１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎを生成し得る。
幾つかの例によれば、光ビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎは、Ｘ－Ｙ平面に平行する平面等の共通平面を横断するように配置又は配向されてもよい。幾つかの例では、各ファイバ及び／又はファイバ端部（図示せず）からの光放射１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎはそれぞれ、縁部１９５０において、その方向がシャドウキャスタ１９２０の表面の法線１９１９に平行するように放射し得る。又は、各ファイバ及び／又はファイバ端部からの光放射１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎはそれぞれ、縁部１９５０において、それらの方向が、シャドウキャスタ１９２０を含むＸ－Ｙ平面に平行する１９１９に相対して傾斜し得るように放射し得る。全ての次元Ｘ、Ｙ、及びＺにおいて線形のシャドウキャスタ１９２０の場合、鮮鋭な光度エッジを達成するために、縁部１９５０においてそれらの方向がＸ及びＹ平面において任意の角度をなし、線１９１９に相対してＺ方向において共通成分を含むよう１つ又は複数の光ビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎが放射されるように１つ又は複数のファイバを配置し得る。
側面図１９４２は、シャドウキャスタ１９２０及び縁部１９５０から突出して、光ビーム１９３０ｎを形成する光１９４６を放射するファイバ１９６６の側面を示す。光１９４６は、側面図１９４２に示されるようにコリメート（例えば、直線に）し得、又はシャドウキャスタ１９５０に及ぶにつれて広がるように発散し得る。側面図１９４２は、この例では、Ｘ－Ｚ平面に平行する平面にあるものとして示されている。光が放射されるファイバ１９６６の端部１９６９は、幅（「Ｗ１」）１９２７等の寸法を有し得る。ファイバ１９６６の端部１９６９は、例えば、フロント筐体１９２１及びテンプルバー構造１９０７の１つ又は複数に配置し得る。さらに、ファイバ１９６６の端部１９６９は、シャドウキャスタ１９２０から任意の距離（「Ｄ１」）１９２９に配置し得る。フロント筐体１９２１の奥行き（「Ｈ」）は、より長い距離１９２９に対応するように拡張し得る。幾つかの例によれば、直径又はＷ１は２５μｍから５０μｍ、又はそれ以下の範囲、又は４００μｍまでの範囲であり得る。別の例では、幅Ｗ１を有するファイバ１９６６の代わりにＬＥＤ又はマイクロＬＥＤを使用し得る。加えて、フレネルプリズムのレイヤを使用して、ファイバ端部１９６９を出る光に影響を及ぼし、線１９１９に関して上述した光ビーム１９３０、１９３０ａ、及び１９３０ｎを生成し得る。
動作において、ウェアラブルシステム１９１１は、家電、家具、人々等を含む部屋等の環境に投影される少なくとも１つの光度エッジを生成するように構成される。ユーザが室内等の周囲環境を査定し検討しているとき、シャドウキャスタ１９２０の移動はユーザの頭部の移動に一致し得る。幾つかの例では、テンプルバー構造１９０７内の電子回路は、プロセッサ、メモリ、加速度計等を含み得る。１つの場合では、１つ又は複数の加速度計、傾斜計、コンパス、ジャイロスコープ等により、ユーザが頭部を動かしている速度を特定し得る。したがって、テンプルバー構造１９０７内の論理は、所望の場合、環境の３Ｄモデルを形成する目的で、光度エッジが環境又はシーンにわたり掃引している速度を検出し得る。掃引速度は、アイウェアシステム１９１１又は電力及び光生成モジュール１９０９内の無線送受信機を介して送信し得る。別の場合、１９１１の位置及び向きの外部検出器（図示せず）により外部基準（例えば、反射マーカ又はＩＲ ＬＥＤエミッタ、図示せず）を使用し得る。そのような外部検出器は、例えば、カメラ又は近接場センサであり得る。
幾つかの例では、テンプルバー構造１９０７内の電子回路又はウェアラブルシャドウキャスタ１９１１の任意の他の部分は、例えば、１つ又は複数のレンズ１９０１へのビデオ投影をサポートして、グラフィカル像を環境内の三次元物体のビューに重ね、提供する拡張現実像を作成するためのプロセッサ及びメモリを含み得る。例えば、ウェアラブルシャドウキャスタ１９１１を装着したユーザは、室内の椅子を見ることができ、それにより、ウェアラブルシャドウキャスタ１９１１（及び画像捕捉デバイス）は、椅子の三次元空間寸法及び表面を捕捉し得る。さらに、ウェアラブルシャドウキャスタ１９１１は、レンズ１９０１上の椅子のユーザのビュー上に異なる色を重ねるビデオ又は像を受信し得る。また、ウェアラブルシャドウキャスタ１９１１は、レンズ１９０１上の椅子のユーザのビュー上に、椅子に座っている人物のグラフィカル表現を重ねるビデオ又は像を受信し得る。
図２０は、幾つかの例による、ウェアラブルシステムからの光投影方向の一例を示す図である。示されるように、光投影方向は、ウェアラブルシステム２０１１のテンプルバーに沿って配置される多くのファイバ又はＬＥＤ源から発し得る。図２０００は、ウェアラブルシステム２０１１を装着しているユーザ２０９１と、破線として示されるフロント筐体とを含み、光ビーム２０３０、２０３０ａ、２０３０ｎ、２０３２、２０３２ａ、及び２０３２ｎはフロント筐体を透過する。フロント筐体は、図１９を参照して説明したように奥行き（「Ｈ」）１９３１を有し得る。再び図２０を参照すると、光ビーム２０３０、２０３０ａ、２０３０ｎ、２０３２、２０３２ａ、及び２０３２ｎは代替的には、部分的に重複して、光（図示せず）の連続分布に影響を及ぼし得る。少なくとも光放射２０３０ｎ及び２０３２ｎは視線に平行し得る。幾つかの場合、光放射２０３０、２０３０ａ、２０３０ｎ、２０３２、２０３２ａ、及び２０３２ｎはそれぞれ、視線（図示せず）に平行して環境２０９０に投影し得る。示されるように、光放射２０３０、２０３０ａ、２０３２、及び２０３２ａ等の光放射のサブセットは、視線に傾斜して投影し得る（例えば、視線に平行し得る環境内の表面特徴を照明するために）。示される例では、光放射２０３０、２０３０ａ、２０３０ｎ、２０３２、２０３２ａ、及び２０３２ｎを使用して、ウェアラブルシャドウキャスタ２０１１に対して距離２０４０にある輪郭付き表面２０６０の三次元空間寸法を特定し得る。
図２０００に示される光放射の例は、特定の用途の適宜性に基づいて変形又は適合し得る。例えば、ウェアラブルシャドウキャスタ２０１１は、脳手術を実行する外科医又は任意の他の医療用途により装着され得る。種々の例によれば、ウェアラブルシャドウキャスタ２０１１は、三次元ウェブカメラ通信等の通信を目的として実施し得る。幾つかの場合、ウェアラブルシャドウキャスタ２０１１は、仮想現実用途及び拡張現実用途を促進するように構成し得る。例えば、ウェアラブルシャドウキャスタ２０１１は、ヘッドアップディスプレイ（「ＨＵＤ」）又は縮小ビデオ画像を投影し得る１つ若しくは複数のレンズ又は１つ若しくは複数の透明表面（図示せず）を含み得る。
図２１は、幾つかの例による、ウェアラブルシャドウキャスタと共に実施される画像捕捉デバイスを示す図である。図２１００は、ウェアラブルシステム２１１１及びウェアラブルカメラ２１１７を装着したユーザ２１９１を含み、ウェアラブルカメラ２１１７は、プロセッサ、メモリ、及び環境内の表面に投影される光度エッジに関連するデータを含むデータを送受信する無線装置を含み得る。ウェアラブルカメラ２１１７はまた、特にウェアラブルシステム２１１１に対するウェアラブルカメラ２１１７の場所及び向きを特定し報告するために、加速度計、傾斜検出器、コンパス等を含むこともできる。示されるように、光放射２１３０は、視線を含む平面内に投影し得、又は視線に対して角度を有する光放射２１３５として投影し得る。示されるように、カメラ２１１７に反射して戻る光２１８２は、光放射２１３５から距離２１８０にあり得る。幾つかの例によれば、距離２１８０は２０ｃｍであり得、又は２０ｃｍを含む範囲内にあり得る。この例では、他の例と同様に、カメラロケーション距離２１８０は、そのカメラをシャドウ面から隔てて、図２０の形状２０６０から生じた光度エッジの変形を観測し得る。少なくとも１つの例では、距離２１８０は、ウェアラブルシャドウキャスタ２１１１が動作する他のパラメータを変更することにより、図２０の表面２０６０の３Ｄ情報の特定に悪影響を及ぼすことなく短縮し得る。他の種々の例では、カメラ２１１７は人から離れて配置し得る（例えば、カメラを装着する必要がない）。したがって、別のカメラ２１１７は、ウェアラブルシャドウキャスタ２１１１が配置される環境内の同じ場所に配置し得、それにより、カメラ２１１７及び２１１１は互いにデータを無線で交換し得る。幾つかの例によれば、図２０の図２０００及び図２１の図２１００に示される要素は、他の図面に示される同様の名称又は同様の番号の要素としての構造及び／又は機能を含み得る。一例では、ウェアラブルシャドウキャスタ２１１１及びウェアラブルカメラ２１１７は、図１４のスキャンシステム１４９０と互いに交換可能に使用し得る。
図２２は、幾つかの例による、共通する環境で協働する複数のウェアラブルシャドウキャスタを示す図である。図２２００は、ソファー２２２２、ビリヤード台２２２４、及び椅子２２２６の種々の表面特徴を含む、部屋２２１０等の環境を示す。さらに、部屋２２１０は、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄをそれぞれ装着しているユーザ２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄのサブセットを含む。ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄのそれぞれは、プロセッサと、メモリと、加速度計、ビデオ画像生成器、ＧＰＳ送信機、ジャイロスコープ、カメラ、無線送受信機（例えば、ＲＦ無線送信機及び／又は受信機）等の他の電子構成要素とを含み得る。示されていないが、画像捕捉デバイス又はカメラは、ユーザ２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄのそれぞれに関連し得る。幾つかの例によれば、図２２の図２２００に示される要素は、他の図面に示される同様の名称又は同様の番号の要素としての構造及び／又は機能を含み得る。
幾つかの例では、１つ又は複数の人から離れた（又はリモートの）カメラ２２０１は、複数のウェアラブルシャドウキャスタから種々の表面から反射された複数の光度エッジの画像を捕捉し得る。種々の例によれば、カメラ２２０１、拡張画像生成器２２９０、並びにウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄの１つ又は複数は、ユーザ２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄ（及びカメラ）の場所及び向きを特定するように構成し得る。また、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄの位置及び向きを検出するために、基準（例えば、反射マーカ又はＩＲ ＬＥＤエミッタ、図示せず）を任意の場所部屋２２１０に配置し得る。カメラ２２０１、拡張画像生成器２２９０、並びにウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄの１つ又は複数は、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄ間の違いを特定するように構成し得、可視波長又は任意の他の波長でウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１を実施するように更に構成し得る。３Ｄスキャンデータの複数のサブセットを結合して、部屋２２１０並びにその居住者及び家具の単一の三次元モデルを形成する論理を含み得る拡張画像生成器２２９０も示されている。したがって、拡張画像生成器２２９０は、画像レジストレーションを実行して、複数の３Ｄ画像を位置合わせし、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ～２２１１ｄからのデータに基づいて統合画像又は３Ｄモデルを形成し得る。さらに、拡張画像生成器２２９０は、部屋２２１０内の物体の３Ｄ表面に重ね得るグラフィカル像を表すデータを生成し得る。例えば、拡張画像生成器２２９０は、ユーザ２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄが他の人々により見られるように選択し得る「仮想コスチューム」のグラフィカル像を生成し得る。ユーザ２２１０ａがユーザ２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄに「海賊コスチューム」を着たユーザ２２１０ａを知覚させたいと考える。拡張画像生成器２２９０は、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄ内のレンズに重ね得るグラフィカル像を生成することができる。したがって、ユーザ２２１０ｂ、２２１０ｃ、及び２２１０ｄは、重ねられた「海賊コスチューム」を着たユーザ２２１０ａを視覚的に知覚し得る。したがって、これらのユーザは仮想コスチュームパーティを組織し得る。
ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄは、無線データリンク２２１３ａ、２２１３ｂ、２２１３ｃ、及び２２１３ｄをそれぞれ生成するＲＦ無線装置を含み得る。さらに、１つ又は複数のカメラ２２０１及び拡張画像生成器２２９０は、１つ又は複数のウェアラブルシャドウキャスタとデータを送受信する論理（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せ）及びＲＦ無線装置を含み得る。一実施態様では、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄは、リンク２２１３ａ、２２１３ｂ、２２１３ｃ、及び２２１３ｄを介してピアツーピアネットワークを形成して、３Ｄスキャンデータ及びグラフィカリ像を交換し、拡張現実用途を促進し得る。別の実施態様では、ウェアラブルシャドウキャスタ２２１１ａ、２２１１ｂ、２２１１ｃ、及び２２１１ｄは、無線データリンク２２１４、２２１５、２２１３ａ、２２１３ｂ、２２１３ｃ、及び２２１３ｄを介してカメラ２２０１及び拡張画像生成器２２９０とのクライアント－サーバネットワークを実施し得、無線データリンクのそれぞれは他のネットワークトポロジを実施するようにも同様に適合し得る。
図２３は、種々の実施形態による、三次元スキャンを実行する構成要素に種々の機能を提供するように構成された種々の計算プラットフォームの例を示す。幾つかの例では、計算プラットフォーム２３００は、コンピュータプログラム、アプリケーション、方法、プロセス、アルゴリズム、又は他のソフトウェア及びその任意のハードウェア実装を実施して、上述した技法を実行し得る。
幾つかの場合、計算プラットフォーム２３００又は任意の部分（例えば、任意の構造部分又は機能部分）は、計算デバイス２３９０ａ、モバイル計算デバイス２３９０ｂ、ウェアラブルデバイス２３９０ｃ、及び／又は処理回路等の任意のデバイスに配置されて、本明細書に記載される種々の例により、種々の構造及び／又は機能を実施することができる。
計算プラットフォーム２３００は、プロセッサ２３０４、システムメモリ２３０６（例えば、ＲＡＭ等）、記憶装置２３０８（例えば、ＲＯＭ等）、インメモリキャッシュ（ＲＡＭ２３０６又は計算プラットフォーム２３００の他の部分において実施し得る）、通信インターフェース２３１３（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ又は無線コントローラ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコントローラ、ＮＦＣ論理等）等のサブシステム及びデバイスを相互接続して、通信リンク２３２１上のポートを介した通信を促進し、例えば、データベースデバイス（例えば、限定ではなく、トリプルストア等を含め、拡張データセットを記憶するように構成された記憶装置）を含め、プロセッサを有するモバイル計算及び／又は通信デバイスを含む計算デバイスと通信する、情報を通信するためのバス２３０２又は他の通信機構を含む。プロセッサ２３０４は、１つ又は複数のグラフィックス処理ユニット（「ＧＰＵ」）として、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）社製等の１つ又は複数の中央演算処理装置（「ＣＰＵ」）として、又は１つ又は複数の仮想プロセッサ及びＣＰＵと仮想プロセッサとの任意の組合せとして実施することができる。計算プラットフォーム２３００は、限定ではなく、キーボード、マウス、オーディオ入力（例えば、音声テキスト化駆動デバイス）、ユーザインターフェース、ディスプレイ、モニタ、カーソル、タッチセンシティブディスプレイ、ＬＣＤ又はＬＥＤディスプレイ、及び他のＩ／Ｏ関連デバイスを含め、入出力デバイス２３０１を介して入力及び出力を表すデータを交換する。
なお、幾つかの例では、入出力デバイス２３０１は、本明細書に記載される種々の例により、ユーザアカウント識別子に関連する計算デバイスにおけるユーザインターフェースとして実施し得、又はユーザインターフェースと置換し得る。
幾つかの例によれば、計算プラットフォーム２３００は、システムメモリ２３０６に記憶された１つ又は複数の命令の１つ又は複数のシーケンスを実行するプロセッサ２３０４により特定の動作を実行し、計算プラットフォーム２３００は、クライアント－サーバ構成、ピアツーピア構成で、又はスマートフォン等を含む任意のモバイル計算デバイスとして実施することができる。そのような命令又はデータは、記憶装置２３０８等の別のコンピュータ可読媒体からシステムメモリ２３０６に読み出し得る。幾つかの例では、実施するソフトウェア命令への代替又は追加として、ハードワイヤード回路を使用し得る。命令は、ソフトウェア又はファームウェアで組み込み得る。「コンピュータ可読媒体」という用語は、命令を実行のためにプロセッサ２３０４に提供することに参加する任意の有形媒体を指す。そのような媒体は、限定ではなく、不揮発性媒体及び揮発性媒体を含め、多くの形態をとり得る。不揮発性媒体には、例えば、光ディスク又は磁気ディスク等がある。揮発性媒体には、システムメモリ２３０６等のダイナミックメモリがある。
既知の形態のコンピュータ可読媒体には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ（例えば、若しくは穴のパターン）、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭデバイス等の任意の他の物理媒体、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、又はコンピュータがデータにアクセスすることができる任意の他の媒体がある。命令は、伝送媒体を使用して更に送信又は受信し得る。「伝送媒体」という用語は、マシンにより実行される命令を記憶、符号化、又は搬送することが可能な任意の有形又は非有形媒体を含み得、デジタル若しくはアナログ通信信号又はそのような命令の通信を促進する他の非有形媒体を含む。伝送媒体は、コンピュータデータ信号を伝送するためのバス２３０２を構成するワイヤを含め、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバを含む。
幾つかの例では、命令シーケンスの実行は計算プラットフォーム２３００により実行し得る。幾つかの例によれば、計算プラットフォーム２３００は、通信リンク２３２１（例えば、ＬＡＮ、ＰＳＴＮ等の有線ネットワーク又は種々の規格及びプロトコルのＷｉＦｉ、Bluetooth（登録商標）、ＮＦＣ、ＺｉｇＢｅｅ等を含む任意の無線ネットワーク）により任意の他のプロセッサに結合されて、互いに協働して（又は互いと非同期で）命令シーケンスを実行することができる。計算プラットフォーム２３００は、通信リンク２３２１及び通信インターフェース２３１３を通して、プログラムコード（例えば、アプリケーションコード）を含め、メッセージ、データ、及び命令を送受信し得る。受信されたプログラムコードは、受信されたときにプロセッサ２３０４により実行し得、及び／又は後で実行するためにメモリ２３０６又は他の不揮発性記憶装置に記憶し得る。
示される例では、システムメモリ２３０６は、本明細書に記載される機能を実施する実行可能命令を含む種々のモジュールを含むことができる。システムメモリ２３０６は、オペレーティングシステム（「Ｏ／Ｓ」）２３３２及びアプリケーション２３３６及び／又は論理モジュール２３５９を含み得る。図２３に示される例では、システムメモリ２３０６は任意の数のモジュール２３５９を含み得、そのうちの任意のもの又はその１つ若しくは複数の部分は、本明細書に記載される１つ又は複数の機能を実施することにより計算システムの任意の１つ又は複数の構成要素（例えば、クライアント計算システム、サーバ計算システム等）を促進するように構成することができる。
上述した任意の特徴の構造及び／又は機能は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、回路、又はそれらの組合せで実施することができる。なお、上記の構造及び構成要素並びにそれらの機能は、１つ又は複数の他の構造又は要素と統合し得る。代替的には、要素及び要素の機能は、構成サブ要素がある場合、構成サブ要素に細分し得る。ソフトウェアとして、上述した技法は、種々のタイプのプログラミング言語又はフォーマット言語、フレームワーク、シンタックス、アプリケーション、プロトコル、オブジェクト、又は技法を使用して実施し得る。ハードウェア及び／又はファームウェアとして、上述した技法は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、又は任意の他のタイプの集積回路を設計するように構成された任意のレジスタ転送言語（「ＲＴＬ」）等のハードウェア記述言語を含め、種々のタイプのプログラミング言語又は集積回路設計言語を使用して実施し得る。幾つかの実施形態によれば、「モジュール」という用語は、例えば、ハードウェア回路若しくはソフトウェア、又はそれらの組合せで実施されるアルゴリズム又はその部分及び／又は論理を指すことができる。これらは変更可能であり、提供された例又は説明に限定されない。
幾つかの実施形態では、図２３のモジュール２３５９若しくはそれらの構成要素の１つ若しくは複数、又は本明細書に記載される任意のプロセス若しくはデバイスは、携帯電話、ウェアラブルデバイス、若しくは計算デバイス等のモバイルデバイスと通信することができ（例えば、有線又は無線で）、又は内部に配置することができる。
幾つかの場合、１つ若しくは複数のモジュール２３５９又はその／それらの構成要素（若しくは本明細書に記載される任意のプロセス若しくはデバイス）の１つ若しくは複数と通信するモバイルデバイス又は任意のネットワーク接続された計算デバイス（図示せず）は、本明細書に記載される任意の特徴の構造及び／又は機能の少なくとも幾つかを提供することができる。上述した図に示されるように、上述した任意の特徴の構造及び／又は機能は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、回路、又はそれらの任意の組合せで実施することができる。なお、上記の構造及び構成要素並びにそれらの機能は、１つ又は複数の他の構造又は要素と統合又は結合し得る。代替的には、要素及び要素の機能は、構成サブ要素がある場合、構成サブ要素に細分し得る。ソフトウェアとして、上述した技法の少なくとも幾つかは、種々のタイプのプログラミング言語又はフォーマット言語、フレームワーク、シンタックス、アプリケーション、プロトコル、オブジェクト、又は技法を使用して実施し得る。例えば、任意の図に示される要素の少なくとも１つは、１つ又は複数のアルゴリズムを表すことができる。又は、要素の少なくとも１つは、構成構造及び／又は機能を提供するように構成されたハードウェアの一部分を含む論理の一部分を表すことができる。
例えば、モジュール２３５９又はその／それらの構成要素の１つ若しくは複数又は本明細書に記載される任意のプロセス若しくはデバイスは、メモリ内の１つ又は複数のアルゴリズムを実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサを含む１つ又は複数の計算デバイス（すなわち、装着されるか、それとも携帯されるかに関係なく、帽子若しくはヘッドバンド等のウェアラブルデバイス又は携帯電話等の任意のモバイル計算デバイス）で実施することができる。したがって、上述した図における要素の少なくとも幾つかは、１つ又は複数のアルゴリズムを表すことができる。又は、要素の少なくとも１つは、構成構造及び／又は機能を提供するように構成されたハードウェアの一部分を含む論理の一部分を表すことができる。これらは変更可能であり、提供された例又は説明に限定されない。
ハードウェア及び／又はソフトウェアとして、上述した構造及び技法は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、マルチチップモジュール、又は任意の他のタイプの集積回路を設計するように構成された任意のレジスタ転送言語（「ＲＴＬ」）等のハードウェア記述言語を含め、種々のタイプのプログラミング言語又は集積回路設計言語を使用して実施することができる
例えば、モジュール２３５９又はその／それらの構成要素の１つ若しくは複数又は本明細書に記載される任意のプロセス若しくはデバイスは、１つ又は複数の回路を含む１つ又は複数の計算デバイスで実施することができる。したがって、上述した図における要素の少なくとも１つは、ハードウェアの１つ又は複数の構成要素を表すことができる。又は、要素の少なくとも１つは、構成構造及び／又は機能を提供するように構成された回路の一部分を含む論理の一部分を表すことができる。
幾つかの実施形態によれば、「回路」という用語は、例えば、電流が流れて１つ又は複数の機能を実行する幾つかの構成要素を含む任意のシステムを指すことができ、構成要素は離散構成要素及び複合構成要素を含む。離散構成要素の例には、トランジスタ、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、及びダイオード等があり、複合構成要素の例には、メモリ、プロセッサ、アナログ回路、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）を含めたデジタル回路等がある。したがって、回路は、電子構成要素及び論理構成要素（例えば、例えばアルゴリズムの実行可能命令のグループ、ひいてはが回路の構成要素であるように命令を実行するように構成された論理）のシステムを含むことができる。幾つかの実施形態によれば、「モジュール」という用語は、例えば、ハードウェア回路若しくはソフトウェア、又はそれらの組合せ（すなわち、モジュールは回路として実施することができる）で実施されるアルゴリズム又はその一部分及び／又は論理を指すことができる。幾つかの実施形態では、アルゴリズム及び／又はアルゴリズムが記憶されたメモリは、回路の「構成要素」である。したがって、「回路」という用語は、例えば、アルゴリズムを含む構成要素のシステムを指すこともできる。これらは変更可能であり、提供された例又は説明に限定されない。
上記に鑑みて、図２００～図２３００は、任意の数の用途に適用し得る任意の数の構造及び機能を記載する。例えば、上述した任意の構造及び機能は、カメラを有する携帯電話に組み込み得る。したがって、シャドウキャスタ及び／又は光源は、携帯電話に取り付けられ、又は携帯電話内に統合されて、３Ｄスキャンを実行し得る。別の例では、上述した任意の構造及び機能は、セキュアな認証又は身元確認を提供するためのデータとしての指紋の三次元スキャン等の識別目的で表面パターンを記憶するように実施し得る。任意の数のアプリケーションが、本明細書に記載される構造及び機能を実施し得る。
一例では、方法は、シャドウキャスタにおいて光子放射を受けることと、光度エッジを形成することとを含み得る。方法は、光として光子放射を受け取ることと、光度エッジを投影面に投影することとを含み得る。方法は、シャドウキャスタの２つの縁部部分において光子放射を受け取ることと、光子エッジの少なくとも２つの部分の２つの部分を形成することとを含み得る。光度エッジの少なくとも２つの部分は、投影面に投影される際、略平行し得る。方法は、別のシャドウキャスタにおいて他の光子放射を受け取ることと、別の光度エッジを形成することとを含み得る。他の光度エッジは、光度エッジと略同じ広がりを有し得る。方法は、投影面からある距離（例えば、最大距離）にあるシャドウキャスタの端部において隣接して配置される（例えば、実質的に軸上に）光源において光子放射を生成することを含み得る。幾つかの例では、シャドウキャスタにおいて光子放射を受け取ることは、第１の領域において光子放射を受け取ることと、光子エッジを投影面に投影することとを含み得る。シャドウキャスタは、１つ又は複数の光源と投影面との間に配置し得る。方法は、原動力を適用して、投影面にわたり光度エッジを移動させることを含み得る。
本発明の特定の具体的な用途に目を向けて、これより図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、及び図３０における本発明の最も好ましい実施形態を参照し、シャドウキャスタスキャナ２４００を示す。図２４はシャドウキャスタスキャナ２４００の正面斜視図を示す。図２５はシャドウキャスタスキャナ２４００の背面斜視図である。図２６はシャドウキャスタスキャナ２４００の分解組立図である。図２７は本発明のフィルタ付きシャドウキャスタ２４００ａの正面斜視図である。図２８は本発明のブレード付きシャドウキャスタ２４００ｂの正面斜視図である。図２９は本発明のワイドブレード付きシャドウキャスタ２４００ｃの正面斜視図である。図３０はシャドウキャスタスキャナ２４００の動作を説明する動作フローチャート３０００を示す。
更に詳細には、図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、及び図３０の本発明をなお参照すると、シャドウキャスタスキャナ２４００は、外部筐体２４１０であって、カメラ開口部２４３２を有する背面パネル２４１８、上面パネル２４１２、旋回点２４１１を有する２つのサイドパネル２４１４、及び基部２４１６を有する、外部筐体２４１０と；シャドウキャスタ２４２０であって、矩形のフロントセグメント２４２４、２つのサイドセグメント２４２２であって、上記サイドセグメント２４２２はそれぞれ、上記フロントセグメント２４２４の両端部に垂直に従属し、上記サイドセグメント２４２２はそれぞれ、三角形及びショルダねじ穴２４２１及びショルダねじ２４２８を有するショルダマウント２４２３であって、上記ショルダねじ２４２８はナット２４１９及び座金２４１３を使用して上記サイドパネル２４１４に回転可能に取り付けられる、ショルダマウント２４２３、及び上記サイドセグメント２４２２に従属するタブ２４２６を有する、シャドウキャスタ２４２０と；アクチュエータ組立体２４４０であって、上記外部筐体２４１０に従属するアクチュエータアーム２４４２、上記アクチュエータアーム２４４２に従属するアクチュエータモータ２４４６、及び上記アクチュエータモータ２４４６に従属し、上記シャドウキャスタ２４２０の上記タブ２４２６に接続するアクチュエータコネクタ２４４４を有する、アクチュエータ組立体２４４０と；光源２４５０であって、上記光源２４５０は離散、連続、線形であり、上記シャドウキャスタ２４２０の上記サイドセグメント２４２２の上記ショルダマウント２４２３の上記ショルダねじ２４２８間に延在する、光源２４５０と；ビデオカメラ組立体２４３０であって、上記ビデオカメラ組立体２４３０は、上記外部筐体２４１０の上記背面パネル２４１８の上記カメラ開口部２４３２を通って延び、ビデオカメラ支持プラットフォーム２４３６及び上記ビデオカメラ支持プラットフォーム２４３６に搭載されるビデオカメラ２４３４であって、カメラレンズ２４３５、カメラ同期ポート２４３３、ビデオ出力ポート２４３９、及び制御ポート２４９０を有する、ビデオカメラ２４３４を有する、ビデオカメラ組立体２４３０と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記光源２４５０は上記シャドウキャスタ２４２０を照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記アクチュエータモータ２４４６は、上記シャドウキャスタ２４２０を移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記ビデオカメラ２４３４は、上記物体上の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを捕捉し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次元点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。代替的には、図２７に示されるフィルタ付きシャドウキャスタ２４２０ａをシャドウキャスタ２４２０の代わりにシャドウキャスタスキャナ２４００と併用し得、フィルタ付きシャドウキャスタ２４２０ａは、矩形のフロントセグメント２４２４ａと、２つのサイドセグメント２４２２ａであって、上記サイドセグメント２４２２ａはそれぞれ、上記フロントセグメント２４２４ａの両端部に垂直に従属し、上記サイドセグメント２４２２ａはそれぞれ、三角形及びショルダマウント２４２３ａを有し、上記ショルダマウント２４２３ａはそれぞれ、ショルダねじ穴２４２１ａ及びタブ２４２６ａを有する、サイドセグメント２４２２ａとを有する。フロントセグメント２４２４ａ及び２つのサイドセグメント２４２２ａは、第１のフィルタ２４２３ａ、第２のフィルタ２４２５ａ、及び第３のフィルタ２４２７ａを更に有し、これらは異なる色の光りを濾波し得、又は様々な不透明度を有し得る。３つのみのフィルタが図に示されているが、任意の数のフィルタが使用可能である。代替的には、図２８に示されるブレード付きシャドウキャスタ２４００ｂをシャドウキャスタ２４２０の代わりにシャドウキャスタスキャナ２４００と併用し得、ブレード付きシャドウキャスタ２４２０ｂは、矩形のフロントセグメント２４２４ｂと、２つのサイドセグメント２４２２ｂであって、上記サイドセグメント２４２２ｂはそれぞれ、上記フロントセグメント２４２４ｂの両端部に垂直に従属し、上記サイドセグメント２４２２ｂはそれぞれ、三角形及びショルダマウント２４２３ｂを有し、上記ショルダマウント２４２３ｂはそれぞれ、ショルダねじ穴２４２１ｂ及びタブ２４２６ｂを有する、サイドセグメント２４２２ｂとを有する。フロントセグメント２４２４ｂ及び２つのサイドセグメント２４２２ｂは、第１のセグメント２４２３ｂ、第２のセグメント２４２５ｂ、及び第３のセグメント２４２７ｂを更に有して、より多くの光度エッジを生成する。３つのみのセグメントが図に示されているが、任意の数のセグメントが使用可能である。代替的には、図２９に示されるワイドブレード付きシャドウキャスタ２４００ｃをシャドウキャスタ２４２０の代わりにシャドウキャスタスキャナ２４００と併用し得、ワイドブレード付きシャドウキャスタ２４２０ｃは、フロントセグメント２４２４ｃと、２つのサイドセグメント２４２２ｃであって、上記サイドセグメント２４２２ｃはそれぞれ、上記フロントセグメント２４２４ｃの両端部に垂直に従属し、上記サイドセグメント２４２２ｃはそれぞれ、三角形及びショルダマウント２４２３ｃを有し、上記ショルダマウント２４２３ｃはそれぞれ、ショルダねじ穴２４２１ｃ及びタブ２４２６ｃを有する、サイドセグメント２４２２ｃとを有する。フロントセグメント２４２４ｃ及び２つのサイドセグメント２４２２ｃは、第１のワイドセグメント２４２３ｃ、第２のワイドセグメント２４２５ｃ、及び第３のワイドセグメント２４２７ｃを更に有して、より多くの光度エッジを生成する。３つのみのセグメントが図に示されているが、任意の数のセグメントが使用可能である。図３０に示される動作フローチャート３０００では、シャドウキャスタスキャナ２４００の動作における最初のステップは、スキャナ位置決めステップ３００５において、スキャナを対象物の上に位置決めすることを含む。次に、位置合わせ判断ステップ３０１０において、スキャナが対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ３０４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ３０１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ３０２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ３０２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３０４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ３０５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、掃引停止ステップ３０６０において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、点群フィルタリングステップ３０７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３０７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、画像表示ステップ３０５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ３０３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ３０２５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、ファイル保存ステップ３０３５において、モデリングされた表面は結合され、ファイルに保存される。最後に、スキャナ格納ステップ３０８０において、動作後、スキャナは格納される。
図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、及び図３０に示される本発明の構築の詳細は以下である。外部筐体２４１０の背面パネル２４１８は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。外部筐体２４１０の上面パネル２４１２は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。外部筐体２４１０のサイドパネル２４１４は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。外部筐体２４１０の基部２４１６は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。シャドウキャスタ２４２０は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタを更に有する。ショルダねじ２４２８は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。ナット２４１９及び座金２４１３は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。シャドウキャスタ２４２０のタブ２４２６は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の軽量剛性材料を有する。アクチュエータ組立体２４４０のアクチュエータアーム２４４２は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。アクチュエータ組立体２４４０のアクチュエータモータ２４４６は、リニアステッパモータ、電気モータ、油圧系統等を有する。アクチュエータ組立体２４４０のアクチュエータコネクタ２４４４は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。光源２４５０は、白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、線光、スリット付きチューブライト、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、ＬＥＤの線形アレイ、異なる色の光源、カラーＬＥＤ、レーザ、Ｘ線源、ＵＶ源、又は赤外線源等を含む。ビデオカメラ支持プラットフォーム２４３６は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。ビデオカメラ２４３４はデジタル又はアナログビデオカメラ等を含む。カメラレンズ２４３５は、望遠レンズ、フィルタレンズ、拡大レンズ、又は負の焦点距離を有するレンズ等を含む。非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリは、ソフトウェア、命令、データ、又はアルゴリズム等を含む。プロセッサは、コンピュータ、携帯電話、ＰＣ、又はＣＰＵ等を含む。ディスプレイは、モニタ、スクリーン、テレビジョン、拡張現実ヘッドセット、又は顕微鏡等を含む。フィルタ付きシャドウキャスタ２４２０ａは、液晶等の構成可能な不透明度等、又は異なる色の光を濾波し得、又は様々な不透明度を有し得る種々のカラーフィルタ等を有する。ブレード付きシャドウキャスタ２４００ｂは、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。ワイドブレード付きシャドウキャスタ２４００ｃは、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。
これより本発明の別の実施形態を参照すると、図３１、図３２、図３３、図３４、図３５、及び図３６において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は手術中に使用されて示されている。図３１は、患者３１７０に対する脳手術中に使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の正面斜視図である。図３２は、脳手術中に使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作を説明する動作フローチャート３２００を示す。図３３は、脳手術中、サイドスキャナとして使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作を説明するサイドスキャナフローチャート３３００を示す。図３４は、脳手術中、サイドスキャナとして使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００により使用されるアルゴリズムを説明するアルゴリズムフローチャート３４００を示す。図３５は、患者のレジストレーションに使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００を説明するレジストレーションフローチャート３５００を示す。図３６は、ロボット脳手術中に使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作を説明するロボットフローチャート３６００を示す。
更に詳細には、図３１、図３２、図３３、図３４、図３５、及び図３６の本発明をなお参照すると、図３１において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は、シャドウキャスタ３１２０からの影３１６７を患者３１７０の開頭切開３１８０にわたりキャストして示されており、その間、ビデオカメラ３１３０は掃引を記録している。ヘッド鉗子３１６５、直角鉗子３１６１、及びロック可能屈曲アーム３１６３は、患者３１７０のスキャン中のエリアに対して外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の位置を固定する。図３２では、動作フローチャート３２００は、脳手術中に使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作を説明する。外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作における最初のステップは、スキャナドレープステップ３２０３において、手術に適し、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の外側に適合し、手術中の汚染から患者３１７０を保護可能なカスタムドレープをスキャナに掛けることを含む。次に、スキャナ位置決めステップ３２０５において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は対象物の上に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ３２１０において、スキャナが、この場合は患者３１７０の開頭切開３１８０である対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ３２４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ３２１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ３２２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ３２２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３２４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ３２５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ３２５２において、新しい点群はプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ３２５４において、フィルタリングされた点群表示が更新される。次に、全点群フィルタリングステップ３２７０において、プロセッサは全点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３２７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、表面送信ステップ３２６３において、表面は手術ナビゲーションコンピュータに送信される。手術ナビゲーションコンピュータは、共通の三次元座標系に関連して外科医の器具がある場所及び患者がいる場所を特定するコンピュータを含む。手術ナビゲーションを使用して手術を支援する。次に、ファイル保存ステップ３２３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ３２５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ３２３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように位置合わせ判断ステップ３２１０が繰り返される。次に、掃引停止ステップ３２６０において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ３２６５において、カメラは録画を停止する。次に、スキャナからのドレープ取り去りステップ３２７７において、スキャナからドレープが取り去られる。最後に、スキャナ格納ステップ３２８０において、スキャナは、動作後、格納される。図３３では、サイドスキャナフローチャート３３００は、脳手術中、サイドスキャナとして使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００を説明する。サイドスキャナとしての外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作における最初のステップは、スキャナドレープステップ３３０３において、手術に適し、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の外側に適合し、手術中の汚染から患者３１７０を保護可能なカスタムドレープをスキャナに掛けることを含む。次に、スキャナ位置決めステップ３３０５において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は対象物の横に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ３３１０において、スキャナが対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ３３４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ３３１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ３３２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ３３２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３３４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ３３５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、掃引停止ステップ３３６０において、シャドウキャスタは、対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ３３６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、点群フィルタリングステップ３３７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３３７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ３３３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ３３５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ３３３０において、別のスキャンが必要であるか否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、なお標的設定するステップ３３３３において、スキャナがなお対象物に面しているか否かが判断される。スキャナがなお標的に面している場合、上述したように記録開始ステップ３３２５が繰り返される。スキャナがもはや標的に面していない場合、後退ステップ３３３７において、スキャナが後退するまで待つ。スキャナが標的に後退すると、上述したように記録開始ステップ３３２５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、スキャナドレープ取り去りステップ３３７７において、スキャナからドレープが取り去られる。最後に、スキャナ格納ステップ３３８０において、スキャナは、動作後、格納される。図３４では、アルゴリズムフローチャート３４００は、脳手術中、サイドスキャナとして使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００により使用されるアルゴリズムを説明する。外科用シャドウキャスタスキャナ３１００のアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ３４０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ３４０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、記録開始ステップ３４２５において、カメラは録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３４４５において、モータが開始されて、シャドウキャスタを移動させ、対象物にわたり光度エッジを掃引する。次に、ビデオ収集ステップ３４５０において、記録されたビデオのフレームが収集される。次に、バッファ判断ステップ３４２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したようにビデオ収集ステップ３４５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、フレーム解析ステップ３４４４において、ビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、新点群フィルタリングステップ３４５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ３４５４において、フィルタリングされた点群表示が更新される。次に、なおバッファが十分か判断するステップ３４５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ３４２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、掃引終了判断ステップ３４７８において、掃引を終了するか否かが判断される。掃引が終了しない場合、上述したようにフレーム解析ステップ３４４４が繰り返される。掃引が終了する場合、モータ停止ステップ３４６８において、モータが停止する。次に、記録停止ステップ３４６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、フレーム解析終了ステップ３４６４において、フレームの解析が終了する。次に、点群フィルタリングステップ３４７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３４７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ３４３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ３４５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ３４３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、なお可視であるステップ３４１４において、標的又は基準がなおカメラの視野で可視であるか否かが判断される。標的又は基準がなお可視である場合、上述したように記録開始ステップ３４２５が繰り返される。標的又は基準がもう可視ではない場合、待機ステップ３４１２において、標的又は基準が再び可視になるのを待ち、標的又は基準が再び可視になると、上述したように記録開始ステップ３４２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ３４９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。図３５では、レジストレーションフローチャート３５００が、患者レジストレーションに使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００を説明する。患者のレジストレーションにおける最初のステップは、スキャナドレープステップ３５０３において、カスタムフォレームをスキャナに掛けることを含む。次に、スキャナ位置決めステップ３５０５において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は対象物の上に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ３５１０において、スキャナが対象物と位置合わせされているか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ３５４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ３５１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ３５２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ３５２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３５４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ３５５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、掃引停止ステップ３５６０において、シャドウキャスタは、対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ３５６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、点群フィルタリングステップ３５７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３５７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ３２３５において、表面はファイルに保存される。次に、表面送信ステップ３５６３において、表面はナビゲーションコンピュータに送信される。次に、２スキャン判断ステップ３５３１において、２つのスキャンが収集されたか否かが判断される。２つの
スキャンが収集されていない場合、上述したようにスキャナ位置決めステップ３５０５を繰り返す。２つのスキャンが収集されている場合、第１基準識別ステップ３５８１において、第１の表面上の基準を識別する。次に、第２基準識別ステップ３５８３において、第２の表面上の対応する基準を識別する。次に、計算ステップ３５８５において、プロセッサを使用して剛性変換を計算する。次に、スキャナ又は患者が移動した場合、マッピングステップ３５８７において、剛性変換を使用して全ての表面点を新しい位置にマッピングする。最後に、動作継続ステップ３５９５において、動作を継続する。図３６では、ロボットフローチャート３６００が、ロボット脳手術中に使用されている外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の動作を説明する。外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の手術における最初のステップは、スキャナドレープステップ３６０３において、手術に適し、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００の外側に適合し、手術中の汚染から患者３１７０を保護可能なカスタムドレープをスキャナに掛けることを含む。次に、スキャナ位置決めステップ３６０５において、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００は、ロボット制御されるモータを使用して対象物の上に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ３６１０において、スキャナが対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ３６４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ３６１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ３６２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ３６２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ３６４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ３６５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ３６５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ３６５４において、フィルタリングされた点群表示が更新される。次に、全体スキャン判断ステップ３６６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ３６５０を繰り返す。関心領域全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ３６７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３６７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、表面送信ステップ３６６３において、表面は手術ナビゲーションコンピュータに送信される。次に、ファイル保存ステップ３６３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ３６５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ３６３０において、別のスキャンが必要であるか否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように位置合わせ判断ステップ３６１０が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ３６６０において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ３６６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、スキャナドレープ取り去りステップ３６７７において、スキャナからドレープが取り去られる。最後に、スキャナ格納ステップ３６８０において、スキャナは、動作後、格納される。
図３１、図３２、図３３、図３４、図３５、及び図３６に示される本発明の構築の詳細は、外科用シャドウキャスタスキャナ３１００が、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有することである。シャドウキャスタ３１２０は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。ビデオカメラ３１３０はデジタル又はアナログビデオカメラ等を含む。ヘッド鉗子３１６５、直角鉗子３１６１、及びロック可能屈曲アーム３１６３は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図３７、図３８、図３９、図４０、図４１、図４２、図４３、及び図４４にシャドウキャスタの内視鏡版を示す。図３７は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００の正面斜視図である。図３８は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００の分解組立図である。図３９は、スリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の正面斜視図である。図４０は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の先端部４０００、４０００ａ、及び４０００ｂの正面斜視図及び分解組立図を示す。図４１は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の光路を説明する光路ブロック図４１００を示す。図４２は、手術中の内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の動作を説明する内視鏡動作フローチャート４２００を示す。図４３は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００により使用されるアルゴリズムを記述する内視鏡アルゴリズムフローチャート４３００を示す。図４４は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のシャドウキャスタ掃引を説明する内視鏡掃引フローチャート４４００を示す。
更に詳細には、図３７、図３８、図３９、図４０、図４１、図４２、図４３、及び図４４の本発明をなお参照すると、図３７、図３８、及び図４０において、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００が任意選択的な先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂと共に示される。内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００は、内視鏡本体４０００、４０００ａ、及び４０００ｂであって、上記内視鏡本体４０００、４０００ａ、又は４０００ｂは基端部３７０１、先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂ、上記基端部３７０１と上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂとの間に広がる内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂ、上記内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂ内に配置され、上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂに向かって先細るテーパ光ファイバ束４０６０ａ及び４０６０ｂ、及び上記内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂ内に配置され、上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂを向いた内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂを有する、内視鏡本体４０００、４０００ａ、及び４０００ｂと；上記テーパ光ファイバ束４０６０ａ及び４０６０ｂの上方に上記内視鏡本体４０００、４０００ａ、又は４０００ｂの上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂに搭載されるシャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂであって、半円ピースを有する、シャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂと；光出射部３７００であって、水平プラットフォーム３７３０、上記水平プラットフォーム３７３０から膨張した垂直スタンド３７０５、上記水平プラットフォーム３７３０から膨張したステッパモータリニアアクチュエータ３７４０、上記ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０に接続される並進プラットフォーム３７１５、上記並進プラットフォーム３７１５に従属する光源３７０１、円柱レンズ３７６０、画像保持光ファイバ束であり得、上記光源３７０１に従属する光ファイバ束３７１０、上記光ファイバ束３７１０に従属する角丸テーパ３７２０、及び上記角丸テーパ３７２０に搭載されるスリット３７２５を有する、光出射部３７００と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記光出射部３７００は、上記内視鏡本体４０００、４０００ａ、及び４０００ｂの上記基端部３７０１に接続され、上記光源３７０１は上記光ファイバ束３７１０、上記角丸テーパ３７２０、上記スリット３７２５、上記テーパ光ファイバ束４０６０ａ、及び上記シャドウキャスタ４０２０又は４０２０ａを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０は、上記光源３７０１と共に上記並進プラットフォーム３７１５を移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは、上記物体上の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを検出し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次原点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。図３９及び図４０には、スリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００が、任意選択的な先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂと共に示される。スリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００は、内視鏡本体４０００、４０００ａ、及び４０００ｂであって、基端部３７０１（図３７及び図３８に示される）、先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂ、上記基端部３７０１と上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂとの間に広がる内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂ、上記内視鏡スリーブ４０１０、又は４０１０ａ内に配置され、上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂに向かって先細るテーパ光ファイバ束４０６０ａ、及び上記内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂ内に配置され、上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂを向いた内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂを有する、内視鏡本体４０００、４０００ａ、及び４０００ｂと；上記テーパ光ファイバ束４０６０ａの上方に上記内視鏡本体４０００、４０００ａ、又は４０００ｂの上記先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂに搭載されるシャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂであって、半円ピースを有する、シャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂと；光出射部３９００であって、水平プラットフォーム３９３０、上記水平プラットフォーム３９３０から膨張した垂直スタンド３９０５、上記水平プラットフォーム３９３０から膨張したステッパモータリニアアクチュエータ３９４０、上記垂直スタンド３９０５に従属する支持プラットフォーム３９１５、光源（図示せず）、上記光源に従属する光ファイバ束３９１０、上記光ファイバ束３９１０に従属する角丸テーパ３９２０、及び上記ステッパモータリニアアクチュエータ３９４０に搭載されるスリット３９２５を有する、光出射部３９００と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記光出射部３９００は上記光源に接続され、上記光源は上記光ファイバ束３９１０、上記角丸テーパ３９２０、上記スリット３９２５、上記テーパ光ファイバ束４０６０ａ、及び上記シャドウキャスタ４０２０又は４０２０ａを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウを投影し、上記高コントラストシャドウは上記１つ又は複数の光度エッジを上記物体上に形成し、上記ステッパモータリニアアクチュエータ３９４０は、上記スリット３９２５を移動させて、上記物体にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは、上記物体上の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを検出し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次元点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記物体の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。図４１では、光路ブロック図４１００は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の光路を説明する。まず、光源ステップ４１１０において、光は光源３７０１から発せられる。次に、ソース注入ステップ４１２０において、光は光出射部３７００及び３９００を通して照明され、ここで、光源３７０１が移動するか、又はスリット３９２５が移動する。次に、ファイバステップ４１３０において、光出射部３７００及び３９００からの光はテーパ光ファイバ束４０６０ａを下に伝達する。次に、先端部ステップ４１４０において、光は上記内視鏡本体４０００、４０００ａ、又は４０００ｂの先端部先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂからシャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂにわたり投影される。次に、カメラステップ４１５０において、光及び光度エッジは内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂにより検出される。最後に、コンピュータステップ４１６０において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂからの画像はプロセッサに送信されて、三次元モデルに処理される。図４２では、内視鏡動作フローチャート４２００は、スキャナドレープステップ４２０３において、手術中に使用されている内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の動作を説明する。内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の動作の最初のステップは、手術に適し、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の外側に適合し、手術中の汚染から患者を保護可能なカスタムドレープをスキャナに掛けることを含む。次に、スキャナ挿入ステップ４２０５において、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂは、天然又は人造のオリフィスに挿入される。次に、イネーブルステップ４２１０において、光源３７０１及び内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂがイネーブルされる。次に、ナビゲートステップ４２４０において、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００の先端部４００１、４００１ａ、又は４００１ｂは、標的にナビゲートされる。次に、フォーカス判断ステップ４２１５において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂが標的にフォーカスしているか否かが判断される。内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ４２２０において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂはフォーカスされる。内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂがフォーカスされると、記録開始ステップ４２２５において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは標的の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ４２４５において、光度エッジは、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００の光源３７０１又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のスリット３９２５を移動させることにより対象物にわたる掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ４２５０において、プロセッサにより記録されたビデオのフレームが収集、解析されて、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ４２５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ４２５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ４２６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ４２５０を繰り返す。関心領域全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ４２７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ３２７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、表面送信ステップ４２６３において、表面は手術ナビゲーションコンピュータに送信される。次に、ファイル保存ステップ４２３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ４２５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ４２３０において、別のスキャンが必要であるか否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように掃引開始ステップ４２４５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ４２６０において、光度エッジは対象物にわたる掃引を停止する。次に、記録停止ステップ４２６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、スキャナドレープ取り去りステップ４２７７において、スキャナからドレープが取り去られる。最後に、スキャナ格納ステップ４２８０において、スキャナは、動作後、格納される。図４３では、内視鏡アルゴリズムフローチャート４３００は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００により使用されるアルゴリズムを説明する。内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００又はスリット移
動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ４３０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ４３０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、記録開始ステップ４３２５において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは録画を開始する。次に、掃引開始ステップ４３４５において、ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０又は３９４０が開始されて、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００の光源３７０１又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のスリット３９２５を移動させ、対象物にわたり光度エッジを掃引する。次に、ビデオ収集ステップ４３５０において、記録されたビデオのフレームが収集される。次に、バッファ判断ステップ４３２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したようにビデオ収集ステップ４３５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、フレーム解析ステップ４３４４において、ビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、なおバッファが十分か判断するステップ４３５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ４３２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、掃引終了判断ステップ４３７８において、掃引を終了するか否かが判断される。掃引が終了しない場合、上述したようにフレーム解析ステップ４３４４が繰り返される。掃引が終了する場合、モータ停止ステップ４３６８において、ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０又は３９４０が停止する。次に、記録停止ステップ４３６５において、内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは対象物の録画を停止する。次に、フレーム解析終了ステップ４３６４において、フレームの解析が終了する。次に、点群フィルタリングステップ４３７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ４３７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ４３３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ４３５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ４３３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ４３２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ４３９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。図４４では、内視鏡掃引フローチャート４４００は、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００及びスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のシャドウキャスタ掃引を説明する。まず、モータパラメータ設定ステップ４４０７において、ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０又は３９４０のパラメータが設定される。次に、掃引開始ステップ４４４５において、内視鏡シャドウキャスタスキャナ３７００の光源３７０１又はスリット移動式内視鏡シャドウキャスタスキャナ３９００のスリット３９２５を移動させることにより、光源３７０１は掃引を開始する。次に、現在モータ位置取得ステップ４４４７において、ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０又は３９４０の位置が特定される。次に、掃引端部判断ステップ４４４９において、光源が掃引の端部に達したか否かが判断される。光源が掃引の端部に達していなかった場合、上述したように現在モータ位置取得ステップ４４４７が繰り返される。光源が掃引の端部に達しており、別のスキャンが必要な場合、アルゴリズムリピートステップ４４９４において、最初のスキャンとは逆方向でモータパラメータ設定ステップ４４０７が繰り返される。上記テーパ光ファイバ束４０６０ｂを使用するために、基端部テーパ光ファイバ束３７２０及び３９２０は、先端テーパ光ファイバ束４０６０ｂと同じ形状、例えば、半丸角に先細らなければならない。
図３７、図３８、図３９、図４０、図４１、図４２、図４３、及び図４４に示される本発明の構築の詳細は、内視鏡スリーブ４０１０、４０１０ａ、又は４０１０ｂが、プラスチック、シリコーン、又は金属等の可撓性材料を含むことである。テーパ光ファイバ束例えば４０６０ａ及び４０６０ｂは、光ファイバ、ガラス、プラスチック、又は複合材料等を含む。内視鏡カメラ４０３０、４０３０ａ、又は４０３０ｂは、標準内視鏡カメラ等を含む。シャドウキャスタ４０２０、４０２０ａ、又は４０２０ｂは、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。水平プラットフォーム３７３０及び３９３０は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。垂直スタンド３７０５及び３９０５は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。ステッパモータリニアアクチュエータ３７４０及び３９４０は、リニアステッパモータ、電気モータ、又は油圧系統等を有する。並進プラットフォーム３７１５は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。光源３７０１は、熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、線光、スリット付きチューブライト、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、ＬＥＤの線形アレイ、異なる色の光源、カラーＬＥＤ、レーザ、Ｘ線源、ＵＶ源、又は赤外線源等を含む。円柱レンズ３７６０は、ガラス、アクリル、又はセラミック等の光学材料を含む。光ファイバ束３７１０及び３９１０は、ガラス、アクリル、又はセラミック等の光学材料を含む。角丸テーパ３７２０及び３９２０はガラス、又はプラスチック等を含む。スリット３７２５は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、不透明ペイント、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の不透明材料を有する。非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリは、ソフトウェア、命令、データ、又はアルゴリズム等を含む。プロセッサは、コンピュータ、携帯電話、ＰＣ、又はＣＰＵ等を含む。ディスプレイは、モニタ、スクリーン、テレビジョン、拡張現実ヘッドセット、又は顕微鏡等を含む。支持プラットフォーム３９１５は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。スリット３９２５は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、不透明ペイント、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の不透明材料を有する。
これより図４５及び図４６における本発明の別の実施形態を参照して、全人シャドウスキャナ４５００を示す。図４５は、全人４５７０をスキャンする全人シャドウスキャナ４５００の正面斜視図である。図４６は、全人シャドウスキャナ４５００の動作を説明する全人動作フローチャート４６００を示す。
関する。
更に詳細には、なお図４５及び図４６の本発明を参照すると、全人シャドウスキャナ４５００はシャドウキャスタスキャナ２４００と構築が同様であるが、全人４５７０の表面をスキャンするようにスケーリングされ構成されており、部屋の天井等の全人４５７０の上方に搭載し得る。全人シャドウスキャナ４５００は、全人シャドウキャスタ４５２０を使用して、全人４５７０上に光度エッジを投影し、全人カメラ４５３０を使用して光度エッジを記録する。全人シャドウスキャナ４５００は、皮膚のスキャン又は皮膚科学的検査の実行に使用され、黒子、そばかす、皮膚病変、皮膚癌、いぼ、腫瘍、異常、又は傷等の全人４５７０の皮膚の特徴をマッピングすることが可能である。任意選択的に、人を全人シャドウスキャナ４５００及び／又は同様のスキャナのより小さな実施形態のかなり近くに配置して、より小さな関心領域にわたりより高解像度のスキャンを行い、例えば、１つの黒子の三次元形状に集中し得る。異なる時間に実行されたスキャンはまた、全人４５７０の皮膚変化の記録を提供することもでき、例えば、新しい黒子又は変化している特徴の記録を確立し得る。更に、カラーフィルタとの併用により、スキャン中、腫瘍又は癌領域の識別等の異なる組織を識別し得る。図４６では、全人動作フローチャート４６００は、使用されている全人シャドウスキャナ４５００の動作を説明する。全人シャドウスキャナ４５００の動作における最初のステップは、スキャナ位置決めステップ４６０５において、全人シャドウスキャナ４５００を全人４５７０の上方に位置決めされた又は全人４５７０を全人シャドウスキャナ４５００の下に位置決めすることを含む。次に、位置合わせ判断ステップ４６１０において、全人シャドウスキャナ４５００が、この場合は全人４５７０である対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ４６４０においてスキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ４６１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ４６２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ４６２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ４６４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ４６５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、掃引停止ステップ４６６０において、シャドウキャスタ４５２０は対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ４６６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、点群フィルタリングステップ４６７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ４６７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、画像表示ステップ４６５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ４６３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように掃引開始ステップ４６４５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、ファイル保存ステップ４６３５において、表面は結合され、ファイルに保存される。最後に、スキャナ格納ステップ４６８０において、動作後、全人シャドウスキャナ４５００は格納される。
図４５及び図４６に示される本発明の構築の詳細は、図３７、図３８、図３９、図４０、図４１、図４２、図４３、及び図４４に示される本発明の構築の詳細とほぼ同じである。
これより本発明の別の実施形態を参照すると、図４７及び図４８において、セキュリティシャドウスキャナ４７００を示す。図４７は、歩行者４７７０をスキャンしているセキュリティシャドウスキャナ４７００の正面斜視図である。図４６は、セキュリティシャドウスキャナ４７００の動作を説明するセキュリティスキャナ動作フローチャート４８００を示す。
更に詳細には、なお図４７及び図４８を参照すると、セキュリティシャドウスキャナ４７００はシャドウキャスタスキャナ２４００と構築が同様であるが、歩行者４７７０の移動を使用して、光度エッジを掃引し得、歩行者４７７０の速度を測定するために、壁４７７２に搭載し得る１つ又は複数の追加のカメラ４７３７を更に有し得る。セキュリティシャドウスキャナ４７００は、歩行者４７７０の表面をスキャンすることができるようにスケーリングされ構成されており、部屋４７１０の天井４７７６等の歩行者４７７０の上方に搭載し得る。他のバージョンは、部屋の天井に光源を搭載し得る。セキュリティシャドウスキャナ４７００は、静止シャドウキャスタ４７２０を使用して、歩行者４７７０に光度エッジを投影し、セキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７を使用して光度エッジを記録する。追加のカメラ４７３７（そして実際には、セキュリティカメラ４７３０及び追加のカメラ４７３７の両方）は、光度エッジのみならず、物体自体も検出して、物体の速度特定を助けることができる。セキュリティシャドウスキャナ４７００は、セキュリティリスクについて人をスキャンするのに使用され、建物のエントランス又はセキュアエリアへの入口に配置し得る。さらに、カラーフィルタとの併用により、武器又は密輸品の識別等の異なる特徴をスキャン中に識別し得る。図４８では、セキュリティスキャナ動作フローチャート４８００は、使用されているセキュリティシャドウスキャナ４７００の動作を説明する。セキュリティシャドウスキャナ４７００の動作における最初のステップは、スキャナアクティブ化ステップ４８０１において、セキュリティシャドウスキャナ４７００をアクティブ化することを含む。次に、フォーカス判断ステップ４８１５において、セキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７が対象物にフォーカスされているか否かが判断される。セキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７がフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ４８２０においてセキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７はフォーカスされる。セキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７がフォーカスされると、記録開始ステップ４８２５において、セキュリティカメラ４７３０及び任意選択的に追加のカメラ４７３７のビューにわたり歩いている歩行者４７７０としての対象物の録画を開始する。次に、フレーム収集ステップ４８５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集される。次に、速度計算ステップ４８５１において、対象物、この場合は歩行者４７７０の速度がプロセッサにより計算される。次に、フレーム解析ステップ４８４４において、セキュリティカメラ４７３０からのフレームはプロセッサを使用して解析されて、点群を作成する。次に、全体スキャン判断ステップ４８６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したようにフレーム収集ステップ４８５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、点群フィルタリングステップ４８７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ４８７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ４８３５において、表面はファイルに保存される。次に、表面送信ステップ４８７１において、表面はプロセッサに送信されて表示される。別スキャン判断ステップ４８３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したようにフレーム収集ステップ４８５０が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、スキャナ非アクティブ化ステップ４８８１において、スキャナは非アクティブ化される。
図４７及び図４８に示される本発明の構築の詳細は、図３７、図３８、図３９、図４０、図４１、図４２、図４３、及び図４４に示される本発明の構築の詳細と略同じである。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図４９、図５０、図５１、図５２、及び図５３にビジョンシャドウスキャナ４９００を示す。図４９は、自動車４９０１である車両に組み込まれたビジョンシャドウスキャナ４９００の正面斜視図である。図５０は、図４９の指示エリア４９１１の拡大図である。図５１は、車両に組み込まれたビジョンシャドウスキャナ４９００の動作を説明するビジョンスキャナ動作フローチャート５１００を表示する。図５２は、ロボットに組み込まれたビジョンシャドウスキャナ４９００の動作を説明するロボットビジョンスキャナ動作フローチャート５２００を示す。図５３は、潜水艇に組み込まれたビジョンシャドウスキャナ４９００の動作を説明する潜水可能なビジョンスキャナ動作フローチャート５３００である。
更に詳細には、なお図４９、図５０、図５１、図５２、及び図５３の本発明を参照すると、ビジョンシャドウスキャナ４９００は、移動中の車両の動きを使用して、車両の周囲にわたり光度エッジを掃引して、周囲の三次元モデルを生成し、ビジョンシャドウスキャナ４９００は、頂点４９９９を有するシャドウキャスタ４９２０であって、自動車両４９０１のヘッドライト４９９８の上に、上記頂点４９９９に従属する光源４９５０の上方に搭載されるか、又は図１４に記載される物と一貫する光源４９５０と共に自動車４９０１の内部に配置されるシャドウキャスタ４９２０と、自動車４９０１のルーフ４９０３に搭載されたカメラ４９３０と、プロセッサ（図示せず）とを有する。図５１では、ビジョンスキャナ動作フローチャート５１００は、車両に組み込まれたビジョンシャドウスキャナ４９００の動作を説明する。ビジョンシャドウスキャナ４９００の動作における最初のステップは、スキャナアクティブ化ステップ５１０１において、ビジョンシャドウスキャナ４９００をアクティブ化することを含む。次に、位置合わせ判断ステップ５１１０において、ビジョンシャドウスキャナ４９００が位置合わせされているか否かが判断される。ビジョンシャドウスキャナ４９００が位置合わせされていない場合、スキャナ位置合わせステップ５１４０において、モータを使用してビジョンシャドウスキャナ４９００を位置合わせする。ビジョンシャドウスキャナ４９００が位置合わせされると、フォーカス判断ステップ５１１５において、カメラ４９３０がフォーカスされているか否かが判断される。カメラ４９３０がフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ５１２０において、カメラ４９３０はモータを使用してフォーカスされる。カメラ４９３０がフォーカスされると、記録開始ステップ５１２５において、カメラ４９３０は車両の周囲の録画を開始する。次に、フレーム収集ステップ５１５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集される。次に、速度特定ステップ５１５１において、プロセッサにより車両の速度が特定される。次に、フレーム解析ステップ５１４４において、カメラ４９３０からのフレームはプロセッサを使用して解析されて、点群を作成する。次に、全体スキャン判断ステップ５１６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したようにフレーム収集ステップ５１５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、点群フィルタリングステップ５１７０において、プロセッサは点群全体をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５１７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から車両の周囲の三次元モデルを構築する。次に、表面送信ステップ５１７１において、表面はプロセッサに送信される。次に、別スキャン判断ステップ５１３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように位置合わせ判断ステップ５１１０が繰り返される。次に、別のスキャンが必要ない場合、記録停止ステップ５１６５において、カメラ４９３０は車両の周囲の録画を停止する。最後に、スキャナ非アクティブ化ステップ５１８１において、スキャナは非アクティブ化される。図５２では、ロボットビジョンスキャナ動作フローチャート５２００は、車両の速度に頼って周囲にわたり光度エッジを掃引する代わりに、ロボットの周囲を能動的にスキャンすることでビジョンシャドウスキャナ４９００と異なる、ロボットに組み込まれたシャドウキャスタスキャナの動作を説明する。ロボット憎み込まれるスキャナの動作における最初のステップは、スキャナアクティブ化ステップ５２０１においてスキャナをアクティブ化することを含む。次に、位置合わせ判断ステップ５２１０において、スキャナが位置合わせされているか否かが判断される。スキャナが位置合わせされていない場合、スキャナ位置合わせステップ５２４０において、スキャナはロボット制御モータを使用して位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ５２１５において、カメラがフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ５２２０において、カメラはロボット制御モータを使用してフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ５２２５において、カメラはロボットの周囲の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ５２４５において、シャドウキャスタはロボットの周囲にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、フレーム収集及び解析ステップ５２５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集、解析されて、点群を作成する。次に、全体スキャン判断ステップ５２６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したようにフレーム収集及び解析ステップステップ５２５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、点群フィルタリングステップ５２７０において、プロセッサは点群全体をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５２７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群からロボットの周囲の三次元モデルを構築する。次に、表面送信ステップ５２７１において、表面はロボットのプロセッサに送信される。次に、別スキャン判断ステップ５２３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように位置合わせ判断ステップ５２１０が繰り返される。次に、別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ５２６０において、シャドウキャスタは、ロボットの周囲にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ５２６５において、カメラはロボットの周囲の録画を停止する。最後に、スキャナ非アクティブ化ステップ５２８１において、スキャナは非アクティブ化される。図５３では、潜水可能なビジョンスキャナ動作フローチャート５３００は、水中の潜水艇に組み込まれたシャドウキャスタスキャナの動作を説明する。潜水艇に組み込まれたスキャナの動作における最初のステップは、スキャナアクティブ化ステップ５３０１においてスキャナをアクティブ化することを含む。次に、フォーカス判断ステップ５３１５において、カメラがフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ５３２０において、カメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ５３２５において、カメラは潜水艇の周囲の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ５３４５において、光又は移動中の潜水艇は潜水艇の周囲にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、フレーム収集及び解析ステップ５３５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集、解析されて、点群を作成する。次に、掃引停止ステップ５３６０において、光は掃引を停止し、又は潜水艇は移動を停止し、それにより、光度エッジは潜水艇の周囲にわたる掃引を停止する。次に、点群フィルタリングステップ５３７０において、プロセッサは点群全体をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５３７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から潜水艇の周囲の三次元モデルを構築する。次に、表面保存ステップ５３３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ５３５５において、表面はプロセッサによりディスプレイに表示される。次に、別スキャン判断ステップ５３３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ５３２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、スキャナ非アクティブ化ステップ５３８１において、スキャナは非アクティブ化される。
図４９、図５０、図５１、図５２、及び図５３に示される本発明の構築の詳細は、シャドウキャスタ４９２０が、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度、又は種々のカラーフィルタを更に有し得ることである。ヘッドライト４９９８は、標準のヘッドライト又はカスタムヘッドライト等を含む。光源４９５０は線光又は点源等を含む。自動車４９０１は、標準の自動車、自律自動車、遠隔制御自動車、ロボット、又は潜水艇等を含む。カメラ４９３０はデジタル又はアナログビデオカメラ等を含む。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図５４、図５５、図５６、図５７、図５８、及び図５９に、ドローンを使用して、シャドウキャスタを用いて大きなエリアをスキャンする本発明のシステムを示す。図５４は、ドローン及び太陽の光を使用して、家５４７０をスキャンする太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００の正面斜視図を示す。図５５は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００の動作を説明する太陽ドローン動作フローチャート５５００である。図５６は、光源と共にドローンを使用してエリアをスキャンするドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００の正面斜視図である。図５７は、ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００の動作を説明するドローン動作フローチャート５７００である。図５８は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００及びドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００により使用されるアルゴリズムを説明するドローンアルゴリズムフローチャート５８００を示す。図５９は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００及びドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００により使用されるシャドウキャスタ掃引を説明するドローン掃引フローチャート５９００である。
更に詳細には、なお図５４、図５５、図５６、図５７、図５８、及び図５９の本発明を参照すると、図５４及び図５５において、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００は、遠隔制御される飛行車両及びシャドウキャスタ５４２４を有するドローンをそれぞれ有する複数のシャドウドローン５４２０であって、上記シャドウキャスタ５４２４は、上記ドローンに従属するパネルを有する、複数のシャドウドローン５４２０と；上記ドローン及びビデオカメラを有する複数のカメラドローン５４３０であって、上記ビデオカメラは上記ドローンに従属する、複数のカメラドローン５４３０と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記シャドウドローン５４２０及び上記カメラドローン５４３０を制御可能であり、上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記シャドウキャスタ５４２４は、略連続した集合的シャドウキャスタを形成し、上記集合的シャドウキャスタは、位置合わせされた上記シャドウキャスタ５４２４を有し、前記太陽は上記集合的シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウ５４６７を投影し、高コントラストシャドウ５４６７により、家５４７０及びその周囲に上記１つ又は複数の光度エッジを形成し、上記飛行フォーメーションで位置合わせされた上記複数のシャドウドローン５４２０は、上記エリアをフォーメーションで移動して、上記家５４７０及びその周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記カメラドローン５４３０の上記ビデオカメラは、上記家５４７０及びその周囲の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを検出し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次原点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記家５４７０及びその周囲の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは上記プロセッサにより上記ディスプレイに表示される。図５５では、太陽ドローン動作フローチャート５５００は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００の動作を説明する。太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００の動作における最初のステップは、シャドウキャスタ取り付けステップ５５０２において、シャドウキャスタ５４２４をシャドウドローン５４２０に取り付けることを含む。次に、シャドウキャスタ配置ステップ５５１１において、シャドウドローン５４２０は、空中で略連続したシャドウキャスタを形成するように配置される。次に、カメラドローン位置決めステップ５５０５において、カメラドローン５４３０は空中でシャドウドローン５４２０の上方に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ５５１０において、シャドウドローン５４２０がカメラドローン５４３０と位置合わせされたか否かが判断される。シャドウドローン５４２０がカメラドローン５４３０と位置合わせされていない場合、ドローン位置合わせステップ５５４０において、ドローンは位置合わせされる。シャドウドローン５４２０がカメラドローン５４３０と位置合わせされると、フォーカス判断ステップ５５１５において、カメラドローン５４３０が対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラドロ－ン５４３０がフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ５５２０において、カメラドローン５４３０はフォーカスされる。カメラドローン５４３０がフォーカスされると、記録開始ステップ５５２５において、カメラドローン５４３０は対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ５５４５において、シャドウドローン５４２０は、太陽を光源として使用して、対象物にわたり及び対象物の上方をユニゾンで飛行することで対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ５５５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集、解析されて、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ５５７４において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ５５５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ５５６７において、物体全体がスキャンされたか否かが判断される。物体全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ５５５０が繰り返される。物体全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ５５７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５５７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ５５３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ５５５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ５５３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したようにシャドウキャスタ配置ステップ５５１１が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ５５６０において、シャドウドローン５４２０は対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。最後に、スキャナ格納ステップ５５８０において、ドローンは、動作後、格納される。図５６及び図５７では、ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００は、複数のシャドウドローン５６２０であって、上記シャドウドローン５６２０はそれぞれ、遠隔制御される飛行車両を有するドローン及び上記ドローンに従属するパネルを有するシャドウキャスタ５６２４を有する、複数のシャドウドローン５６２０と；複数のライトドローン５６５０であって、上記ライトドローン５６５０はそれぞれ、上記ドローン及び上記ドローンに従属する光源を有する、複数のライトドローン５６５０と；複数のカメラドローン５６３０であって、上記カメラドローン５６３０はそれぞれ、上記ドローン及び上記ドローンに従属するビデオカメラを有する、複数のカメラドローン５６３０と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記シャドウドローン５６２０、上記ライトドローン５６５０、及び上記カメラドローン５６３０を制御することが可能なプロセッサ（図示せず）であって、上記コンピュータ可読媒体を有する、プロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記複数のシャドウドローン５６４０は、上記シャドウキャスタ５６２４が実質的に連続した集合的シャドウキャスタを形成するように、飛行フォーメーションで位置合わせされ、上記集合的シャドウキャスタは位置合わせされた上記シャドウキャスタ５６２４を含み、上記ライトドローン５６５０は上記集合的シャドウキャスタを照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウ５６６７を投影し、上記高コントラストシャドウ５６６７は上記１つ又は複数の光度エッジを家５６７０及びその周囲に形成し、上記飛行フォーメーションの位置合わせされた上記複数のシャドウドローン５６２０は、上記家５６７０及びその周囲にわたりフォーメーションで移動して、上記家５６７０及びその周囲にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記カメラドローン５６３０の上記ビデオカメラは、上記家５６７０及びその周囲の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを検出し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次元点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記家５６７０及びその周囲の上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。図５７では、ドローン動作フローチャート５７００は、ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００の動作を説明する。ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００の動作における最初のステップは、シャドウキャスタ取り付けステップ５７０２において、シャドウキャスタ５６２４をシャドウドローン５６２０に取り付けることを含む。次に、ライト取り付けステップ５７０８において、ライトがライトドローン５６５０に取り付けられる。次に、ライトドローン位置決めステップ５７１８において、ライトドローン５６５０は空中で位置決めされる。次に、シャドウキャスタ配置ステップ５７１１において、シャドウドローン５６２０は、空中に略連続したシャドウキャスタを形成するように配置される。次に、カメラドローン位置決めステップ５７０５において、カメラドローン５６３０は空中でシャドウドローン５６２０の上方に位置決めされる。次に、位置合わせ判断ステップ５７１０において、シャドウドローン５４２０及びライトドローン５６５０がカメラドローン５６３０と位置合わせされたか否かが判断される。シャドウドローン５６２０及びライトドローン５６５０がカメラドローン５６３０と位置合わせされない場合、ドローン位置合わせステップ５７４０において、ドローンは位置合わせされる。シャドウドローン５６２０及びライトドローン５６５０がカメラドローン５６３０と位置合わせされると、フォーカス判断ステップ５７１５において、カメラドローン５６３０が対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラドローン５６３０がフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ５７２０において、カメラドローン５６３０はフォーカスされる。カメラドローン５６３０がフォーカスされると、記録開始ステップ５７２５において、カメラドローン５６３０は対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ５７４５において、シャドウドローン５６２０は、光源としてライトドローン５６５０を使用して、対象物にわたり対象物の上方をユニゾンで飛行することにより対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ５７５０において、記録されたビデオのフレームはプロセッサにより収集、解析されて、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ５７７４において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ５７５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ５７６７において、物体全体がスキャンされたか否かが判断される。物体全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ５７５０が繰り返される。物体全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ５７７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５７７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ５７３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ５７５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ５７３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したようにライトドローン位置決めステップ５７１８が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ５７６０において、シャドウドローン５６２０は対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。最後に、スキャナ格納ステップ５７８０において、ドローンは、動作後、格納される。図５８では、ドローンアルゴリズムフローチャート５８００は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００及びドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００により使用されるアルゴリズムを説明するドローンアルゴリズムフローチャート５８００を説明する。太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００及びドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００のアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ５８０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ５８０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、連動保証ステップ５８１１において、ドローンが
連動することを保証する。次に、記録開始ステップ５８２５において、カメラドローン５４３０又は５６３０は録画を開始する。次に、掃引開始ステップ５８４５において、シャドウドローン５４２０又は５６２０は、対象物にわたり対象物の上方をユニゾンで飛行することにより対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、ビデオ収集ステップ５８５０において、記録されたビデオのフレームが収集される。次に、バッファ判断ステップ５８２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したようにビデオ収集ステップ５８５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、フレーム解析ステップ５８４４において、ビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、なおバッファが十分か判断するステップ５８５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ５８２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、ドローン位置合わせ判断ステップ５８１０において、ドローンがなお位置合わせているか否かが判断される。ドローンが位置合わせされていない場合、ドローン位置合わせステップ５８４０において、ドローンは位置合わせされる。ドローンが位置合わせされると、掃引終了判断ステップ５８７８において、掃引を終了するか否かが判断される。掃引が終了しない場合、上述したようにフレーム解析ステップ５８４４が繰り返される。掃引が終了する場合、掃引停止ステップ５８６０において、シャドウドローン５４２０又は５６２０は掃引を停止する。次に、記録停止ステップ５８６５において、カメラドローン５４３０又は５６３０は対象物の録画を停止する。次に、フレーム解析終了ステップ５８６４において、フレームの解析が終了する。次に、点群フィルタリングステップ５８７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ５８７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表現のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ５８３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ５８５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ５８３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように連動保証ステップ５８１１が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ５８９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。図５９では、ドローン掃引フローチャート５９００は、太陽ドローンシャドウキャスタスキャナシステム５４００及びドローンシャドウキャスタスキャナシステム５６００により使用されるシャドウキャスタ掃引を説明する。まず、パラメータ設定ステップ５９０８において、ドローンの移動パラメータが設定される。次に、ドローン位置合わせステップ５９１１において、ドローンは空中で位置合わせされる。次に、掃引開始ステップ５９４５において、シャドウドローン５４２０及び５６２０は、一定速度で標的エリアの上方をユニゾンで飛行することにより掃引を開始する。次に、現在ドローン位置取得ステップ５９２７において、ドローンの位置が特定される。次に、ドローン位置合わせずれ判断ステップ５９１０において、ドローンが位置合わせずれしているか否かが判断される。ドローンが位置合わせずれしている場合、ドローン位置合わせステップ５９４０において、ドローンは位置合わせされる。ドローンの位置合わせずれが解消されると、掃引端部判断ステップ５９７８において、シャドウドローン５４２０又は５６２０が掃引の端部に達したか否かが判断される。シャドウドローン５４２０又は５６２０が掃引の端部に達していなかった場合、上述したように現在ドローン位置取得ステップ５９２７が繰り返される。シャドウドローン５４２０又は５６２０が掃引の端部に達しており、別のスキャンが必要な場合、アルゴリズム繰り返しステップ５９９７において、ドローンが最初のスキャンとは逆方向で移動した状態でパラメータ設定ステップ５９０８が繰り返される。
図５４、図５５、図５６、図５７、図５８、及び図５９示される本発明の構築の詳細は、ドローンが、標準の遠隔制御される飛行車両等を含むことである。シャドウキャスタ５４２４及び５６２４は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の軽量の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度、又は種々のカラーフィルタ等を更に有する。カメラドローン５４３０又は５６３０のビデオカメラは、デジタル又はアナログビデオカメラ等を含む。ライトドローン５６５０の光源は、白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、線光、スリット付きチューブライト、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、ＬＥＤの線形アレイ、異なる色の光源、カラーＬＥＤ、レーザ、Ｘ線源、ＵＶ源、又は赤外線源等を含む。非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリは、ソフトウェア、命令、データ、又はアルゴリズム等を含む。プロセッサは、コンピュータ、携帯電話、ＰＣ、又はＣＰＵ等を含む。ディスプレイは、モニタ、スクリーン、テレビジョン、拡張現実ヘッドセット、又は顕微鏡等を含む。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図６０及び図６１に三脚シャドウスキャナシステム６０００を示す。図６０は、スタジアム６０７０における三脚シャドウスキャナシステム６０００の斜視図である。図６１は、スタジアムスキャンプロセスにおける三脚シャドウスキャナシステム６０００の斜視図である。
更に詳細には、なお図６０及び図６１の本発明を参照すると、三脚シャドウスキャナシステム６０００は、水平であり、回転可能なシャドウキャスタプラットフォーム６０３７と；上記シャドウキャスタプラットフォーム６０３７の中心に従属する光源６０５０と；それぞれが上記光源６０５０の周囲で上記シャドウキャスタプラットフォーム６０３７に従属する少なくとも１つのシャドウキャスタ６０２０であって、垂直パネル６０２４及び上記光源６０５０に向かって傾斜した傾斜パネル６０２２を有する、少なくとも１つのシャドウキャスタ６０２０と；それぞれが三脚６０３３に搭載される複数のビデオカメラ６０３０と；非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリと；上記コンピュータ可読媒体を有するプロセッサ（図示せず）と；ディスプレイ（図示せず）とを含み、上記複数のビデオカメラ６０３０は、上記シャドウキャスタプラットフォーム６０３７の周囲に配置され、上記光源６０５０は上記少なくとも１つのシャドウキャスタ６０２０を照明して、既知のジオメトリの高コントラストシャドウ６０６７を投影し、上記高コントラストシャドウ６０６７は上記１つ又は複数の光度エッジをスタジアム６０７０に形成し、上記シャドウキャスタプラットフォーム６０３７は回転し、それにより、上記光源６０５０の周りで上記シャドウキャスタ６０２０を回転させて、上記スタジアム６０７０にわたり上記１つ又は複数の光度エッジを掃引し、上記複数のビデオカメラ６０３０は、上記スタジアム６０７０の三次元点の上記１つ又は複数の光度エッジを捕捉し、上記三次元点を上記メモリに記録し、上記プロセッサは、記録された上記三次元点から三次元データ表現を形成し、上記プロセッサは、上記三次元データ表現を使用して上記スタジアムの上記三次元モデルを生成し、上記三次元モデルは、上記プロセッサを使用して上記ディスプレイに表示される。この実施形態の他のバージョンでは、指向性である光源６０５０が回転する間、シャドウキャスタプラットフォーム６０３７は静止したままである。
図６０及び図６１示される本発明の構築の詳細は、シャドウキャスタプラットフォーム６０３７が、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有することである。光源６０５０は、白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、線光、スリット付きチューブライト、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、ＬＥＤの線形アレイ、異なる色の光源、カラーＬＥＤ、レーザ、Ｘ線源、ＵＶ源、又は赤外線源等を含む。シャドウキャスタ６０２０は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。垂直パネル６０２４は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。傾斜パネル６０２２は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得る。ビデオカメラ６０３０は、デジタル又はアナログビデオカメラ等を含む。非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるメモリは、ソフトウェア、命令、データ、又はアルゴリズム等を含む。プロセッサは、コンピュータ、携帯電話、ＰＣ、又はＣＰＵ等を含む。ディスプレイは、モニタ、スクリーン、テレビジョン、拡張現実ヘッドセット、又は顕微鏡等を含む。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図６２、図６３、及び図６４に、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナのアルゴリズム、掃引、及び動作のフローチャートを示す。図６２は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナにより使用されるアルゴリズムを説明するアルゴリズムフローチャート６２００を表示する。図６３は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナにより使用されるシャドウキャスタ掃引を説明する掃引フローチャート６３００である。図６４は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナの動作を説明する動作フローチャート６４００を示す。
更に詳細には、なお図６２、図６３、及び図６４の本発明を参照すると、図６２では、アルゴリズムフローチャート６２００は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナにより使用されるアルゴリズムを説明する。シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナのアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ６２０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ６２０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、記録開始ステップ６２２５において、カメラは録画を開始する。次に、掃引開始ステップ６２４５において、モータが開始されて、シャドウキャスタを移動させ、対象物にわたり光度エッジを掃引する。次に、ビデオ収集ステップ６２５０において、記録されたビデオのフレームが収集される。次に、バッファ判断ステップ６２２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したようにビデオ収集ステップ６２５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、フレーム解析ステップ６２４４において、ビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、新点群フィルタリングステップ６２５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ６２５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、なおバッファが十分か判断するステップ６２５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ６２２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、掃引終了判断ステップ６２７８において、掃引を終了するか否かが判断される。掃引が終了しない場合、上述したようにフレーム解析ステップ６２４４が繰り返される。掃引が終了する場合、モータ停止ステップ６２６８において、モータが停止する。次に、記録停止ステップ６２６５において、カメラは対象物の録画を停止する。次に、フレーム解析終了ステップ６２６４において、フレームの解析が終了する。次に、点群フィルタリングステップ６２７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ６２７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表現のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６２３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６２５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ６２３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ６２２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ６２９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。図６３では、掃引フローチャート６３００は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナにより使用されるシャドウキャスタ掃引を説明する。まず、モータパラメータ設定ステップ６３０８において、モータパラメータが設定される。次に、掃引開始ステップ６３４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、現在モータ位置取得ステップ６３２７において、モータ位置が特定される。次に、掃引端部判断ステップ６３７８において、シャドウキャスタが掃引の端部に達したか否かが判断される。シャドウキャスタが掃引の端部に達しなかった場合、上述したように現在モータ位置取得ステップ６３２７が繰り返される。シャドウキャスタが掃引の端部に達しており、別のスキャンが必要な場合、アルゴリズム繰り返しステップ６３９７において、最初のスキャンとは逆方向でモータパラメータ設定ステップ６３０８が繰り返される。図６４では、動作フローチャート６４００は、シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナの動作を説明する。シングルモバイルシャドウキャスタスキャナ又は卓上シャドウスキャナの動作における最初のステップは、スキャナ位置決めステップ６４０５において、スキャナを対象物の上方に位置決めする子とを含む。次に、位置合わせ判断ステップ６４１０において、スキャナが対象物と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ６４４０において、スキャナは対象物と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ６４１５において、カメラが対象物にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ６４２０においてカメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ６４２５において、カメラは対象物の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ６４４５において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ６４５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ６４５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ６４５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ６４６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ６４５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ６４７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ６４７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６４３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６４５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ６４３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ６４２５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ６４６０において、シャドウキャスタは対象物にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ６４６５において、カメラは対象物の録画を停止する。最後に、スキャナ格納ステップ６４８０において、スキャナは、動作後、格納される。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図６５及び図６６に部屋シャドウキャスタスキャナの動作フローチャートを示す。図６５は、三脚と併用し得、部屋をスキャンするシャドウキャスタスキャナの動作を説明するシングル三脚部屋スキャナ動作フローチャート６５００を示す。図６６は、頭上ライトと併用し得、部屋をスキャンするシャドウキャスタスキャナの動作を説明する頭上ライト部屋スキャナ動作フローチャート６６００を示す。
更に詳細には、なお図６５及び図６６の本発明を参照すると、図６５はシングル三脚部屋スキャナ動作フローチャート６５００は、三脚と併用し得、部屋をスキャンするシャドウキャスタスキャナの動作を説明する。三脚と併用し得、部屋をスキャンするシャドウキャスタの動作における最初のステップは、スキャナ位置決めステップ６５０５において、部屋に三脚を準備することを含む。次に、ライトステップ６５０９において、ライトに電源投入する。次に、位置合わせ判断ステップ６５１０において、スキャナが部屋と位置合わせされたか否かが判断される。スキャナが位置合わせされていない場合、スキャナ位置合わせステップ６５４０において、スキャナは部屋と位置合わせされる。スキャナが位置合わせされると、フォーカス判断ステップ６５１５において、カメラが部屋にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ６５２０において、カメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ６５２５において、カメラは部屋の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ６５４５において、光源は部屋にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ６５５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ６５５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ６５５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ６５６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ６５５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ６５７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ６５７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から部屋の三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６５３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６５５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ６５３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように掃引開始ステップ６５４５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ６５６０において、シャドウキャスタは部屋にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ６５６５において、カメラは部屋の録画を停止する。最後に、スキャナ格納ステップ６５８０において、スキャナは、動作後、格納される。図６６では、頭上ライトと併用し得る、部屋をスキャンするシャドウキャスタスキャナの動作を説明する頭上ライト部屋スキャナ動作フローチャート６６００。頭上ライトと併用し得る、部屋をスキャンするシャドウキャスタの動作における最初のステップは、準備ステップ６６０５において、スキャナを部屋に準備することを含む。次に、ライトステップ６６１６において、頭上ライトが電源投入される。次に、照明判断ステップ６６１７において、部屋のエリアが照明されるか否かが判断される。部屋のエリアが照明されない場合、ライト向け直しステップ６６１８において、ライトの向きを直す。部屋のエリアが照明されると、位置合わせ判断ステップ６６１０において、シャドウキャスタがカメラと位置合わせされたか否かが判断される。シャドウキャスタがカメラと位置合わせされない場合、スキャナ位置合わせステップ６６４０において、シャドウキャスタはカメラと位置合わせされる。シャドウキャスタがカメラと位置合わせされると、フォーカス判断ステップ６６１５において、カメラが部屋にフォーカスされているか否かが判断される。カメラがフォーカスされていない場合、カメラフォーカスステップ６６２０において、カメラはフォーカスされる。カメラがフォーカスされると、記録開始ステップ６６２５において、カメラは部屋の録画を開始する。次に、掃引開始ステップ６６４５において、シャドウキャスタは部屋にわたる光度エッジの掃引を開始する。次に、収集及び解析ステップ６６５０において、記録されたビデオのフレームがプロセッサにより集められて解析され、点群を作成する。次に、新点群フィルタリングステップ６６５２において、新しい点群がプロセッサによりフィルタリングされる。次に、フィルタリングされた点群の更新ステップ６６５４において、フィルタリングされた点群表示は更新される。次に、全体スキャン判断ステップ６６６７において、関心領域全体がスキャンされたか否かが判断される。関心領域全体がスキャンされていない場合、上述したように収集及び解析ステップ６６５０が繰り返される。関心領域全体がスキャンされた場合、全体点群フィルタリングステップ６６７０において、プロセッサは全体点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ６６７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から部屋の三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６６３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６６５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。次に、別スキャン判断ステップ６６３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように掃引開始ステップ６６４５が繰り返される。別のスキャンが必要ない場合、掃引停止ステップ６６６０において、シャドウキャスタは部屋にわたる光度エッジの掃引を停止する。次に、記録停止ステップ６６６５において、カメラは部屋の録画を停止する。最後に、スキャナ格納ステップ６６８０において、スキャナは、動作後、格納される。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図６７及び図６８に複数のカメラシャドウキャスタスキャナのアルゴリズムフローチャートを示す。図６７は、複数のカメラシャドウスキャナにより使用されるアルゴリズムを説明するマルチカメラアルゴリズムフローチャート６７００を表示する。図６８は、シングル静止シャドウキャスタを使用する複数のカメラシャドウキャスタスキャナのアルゴリズムを説明するマルチカメラ静止シャドウキャスタフローチャート６８００を示す。
更なる詳細では、なお図６７及び図６８の本発明を参照すると、図６７では、マルチカメラアルゴリズムフローチャート６７００は、複数のカメラを使用するシャドウキャスタスキャナにより使用されるアルゴリズムを説明する。複数のカメラシャドウキャスタスキャナのアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ６７０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ６７０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、記録開始ステップ６７２５において、複数のカメラは録画を開始する。次に、掃引開始ステップ６７４５において、モータが開始されて、シャドウキャスタを移動させ、対象物にわたり光度エッジを掃引する。次に、ビデオ収集ステップ６７５０において、記録されたビデオのフレームが複数のカメラから収集される。次に、バッファ判断ステップ６７２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したようにビデオ収集ステップ６７５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、フレーム解析ステップ６７４４において、複数のカメラから収集されたビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、なおバッファが十分か判断するステップ６７５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ６７２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、掃引終了判断ステップ６７７８において、掃引を終了するか否かが判断される。掃引が終了しない場合、上述したようにフレーム解析ステップ６７４４が繰り返される。掃引が終了する場合、モータ停止ステップ６７６８において、モータが停止する。次に、記録停止ステップ６７６５において、複数のカメラは対象物の録画を停止する。次に、フレーム解析終了ステップ６７６４において、フレームの解析が終了する。次に、点群フィルタリングステップ６７７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、点群レジストレーションステップ６２７９において、複数のカメラからの点群は互いにレジストレーションされる。次に、表面構築ステップ６７７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６７３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６７５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ６７３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ６７２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ６７９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。図６８では、マルチカメラ静止シャドウキャスタフローチャート６８００は、メインカメラを含む複数のカメラ及びシングル静止シャドウキャスタを使用する複数カメラシャドウキャスタスキャナのアルゴリズムを説明する。シングル静止シャドウキャスタを使用する複数カメラシャドウキャスタスキャナのアルゴリズムにおける最初のステップは、プログラム開始ステップ６８０４において、プログラムを開始することを含む。次に、パラメータ収集ステップ６８０８において、ユーザ提供又はプログラム指定のスキャン及び解析パラメータが収集される。次に、記録開始ステップ６８２５において、複数のカメラは録画を開始する。次に、１フレーム収集ステップ６８５０において、全てのカメラから１つのビデオフレームが収集される。次に、バッファ判断ステップ６８２４において、ビデオバッファが解析するのに十分に埋まったか否かが判断される。バッファが十分に埋まっていない場合、上述したように１フレーム収集ステップ６８５０が繰り返される。バッファが解析するのに十分に埋まった場合、速度計算ステップ６８５１において、少なくとも２つのカメラからのフレームを使用して標的の速度を計算する。次に、フレーム解析ステップ６８４４において、メインカメラビデオフレームが解析されて、点群を構築する。次に、なおバッファが十分か判断するステップ６８５８において、バッファ内になお十分なフレームがあるか否かが判断される。バッファに十分なフレームがない場合、上述したようにバッファ判断ステップ６８２４が繰り返される。バッファ内になお十分なフレームがある場合、標的視野判断ステップ６８１４において、標的がメインカメラの視野外であるか否かが判断される。標的がメインカメラの視野外にない場合、上述したようにフレーム解析ステップ６８４４が繰り返される。標的がメインカメラの視野外にある場合、記録停止ステップ６８６５において、複数のカメラは対象物の録画を停止する。次に、点群フィルタリングステップ６８７０において、プロセッサは点群をフィルタリングする。次に、表面構築ステップ６８７５において、プロセッサは、フィルタリングされた点群から三次元表面のモデルを構築する。次に、ファイル保存ステップ６８３５において、表面はファイルに保存される。次に、画像表示ステップ６８５５において、モデルはプロセッサによりディスプレイに表示される。別スキャン判断ステップ６８３０において、別のスキャンが必要か否かが判断される。別のスキャンが必要な場合、上述したように記録開始ステップ６８２５が繰り返される。最後に、別のスキャンが必要ない場合、アルゴリズム終了ステップ６８９０において、ユーザはアルゴリズムを終了する。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図６９にカスタムシャドウキャスタを作製する方法を説明するフローチャートを示す。
更に詳細には、なお図６９の本発明を参照すると、カスタムシャドウキャスタフローチャート６９００は、カスタム形シャドウキャスタを作製する方法を説明する。まず、外形特定ステップ６９１０において、写真、ビデオ、又は影投影を使用して物体全体の外形が特定される。次に、影生成ステップ６９２０において、カスタム形シャドウキャスタは、三次元プリント、構成可能なシャドウキャスタ、又は他の作製手段等を使用して物体全体の外形の形状で生成される。次に、シャドウキャスタ配置ステップ６９３０において、カスタム形シャドウキャスタは、可能な限り物体の表面の近くに配置される。最後に、物体掃引ステップ６９４０において、シャドウキャスタの物体全体は、物体にわたり光度エッジを掃引して、スキャンに影響を及ぼす。
図６９に示される本発明の構築の詳細は、カスタム形シャドウキャスタが、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有し、所望の形態に操作された有する構成可能な形状、三次元プリントされる形状、液晶等の構成可能な不透明度等、又は種々のカラーフィルタ等を更に有し得ることである。
これより本発明の別の実施形態を参照して、図７０及び図７１に、シャドウキャスタスキャナに改善されたスキャン結果を提供するスリット付き線形光源７０００を示す。図７０は、スリット付き線形光源７０００の斜視図を表示する。図７１は、スリット付き線形光源７０００の分解組立図を示す。
更に詳細には、なお図７０及び図７１の本発明を参照すると、スリット付き線形光源７０００は、スリット管７０１０であって、白色で塗装（ＴｉＯ２を含む塗料）された内部７０１１、不透明である外部７０１２、及び上記スリット管７０１０の長さに延び、幅を有するスリット７０２０を有する、スリット管７０１０と、上記スリット管７０１０の両端部に従属する２つの光源７０６０と、上記光源７０６０に従属する２つのヒートシンク７０５０と、上記スリット管の周囲に巻かれる２つのクランプ７０３０であって、ねじ７０４０を有する、２つのクランプ７０３０とを含み、上記クランプ７０３０は上記スリット７０２０の上記幅を調整することが可能である。スリット管７０１０は、非常に薄い形態で光を逃すことができ、それにより、シャドウキャスタスキャナの精度を改善する。この管は代替的には、光がスリットを通って逃げる限り、任意の断面形状であることができる。光源７０６０はＬＥＤの組立体である。光源７０６０は、前に屈折要素を有することもできるが、示されるように裸であってもよい。ＬＥＤは代替的には、スリット７０２０外に直接光らない（スリット７０２０外に直接光ると、非均一照明が生じる恐れがある）ようにスリット管７０１０に線形アレイ（ストリップと同様に）で置くことができる。代替的には、光ファイバを使用して、スリット管７０１０内に光を導くことができる。この代替は、ファイバ束をライトに取り付ける必要があるという代償で局所的な熱の発生をなくす。ＬＥＤはヒートシンクを必要とし有する。しかしながら、線形アレイのＬＥＤの場合、スリット管７０１０はそれ自体、ヒートシンクであることができる。他のバージョンは、別の管の内部に管を有し得、熱制御のために管間の空間に空気を流すことができる。クランプ７０３０は、スリット管７０１０を絞り又は解放し、それにより、スリット７０２０のサイズを増大又は低減させ、それにより、光出力をそれぞれ増大又は低減することにより、スリット７０２０の幅を調整するのに使用される。この実施形態の変形及び本発明の他の光源の変形では、正味で負の屈折力（負の焦点距離）を有する１つのレンズ又は一連のレンズを追加することが有利であり得る。これらのレンズは、円柱であり得、スリット管７０１０の長さに沿って延び得る。そのような１つ又は複数のレンズは、レンズ又はレンズ組合せの焦点距離に応じて物体への光の強度を低減し、光の角度範囲を増大させ、光源の有効距離を変更するという効果を有する。負レンズの場合、有効源を何らかの量だけ物体の近くにシフトさせる。
図７０及び図７１に示される本発明の構築の詳細は、スリット管７０１０がプラスチック、金属、又は複合材料等の可撓性材料を有することである。光源７０６０は、白熱灯、光ファイバ束、ハロゲン灯、蛍光灯、線光、スリット管光、ＬＥＤ、ＬＥＤのアレイ、ＬＥＤの線形アレイ、異なる色の光源、有色ＬＥＤ、レーザ、Ｘ線源、ＵＶ源、又は赤外線源等を有する。ヒートシンク７０５０は、金属等の熱伝導材料を含む。クランプ７０３０は、鋼、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強可撓性材料を有する。ねじ７０４０は、鋼、銅クラッディング、プラスチック、高密度プラスチック、シリコーン、ＰＶＣ、繊維ガラス、カーボン繊維、複合材料、金属、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、木、又は他の同様の材料等の強剛性材料を有する。
本発明の利点は、限定ではなく、本発明の光源が、コントラストが鮮鋭なパターンをスキャン中の物体に投影するために、重量及び費用を生じさせ、レンズなしの可能性を含む光学系が最小であること；光ビームを特定の距離において最適化するために光学系を必要としないこと；本発明の光源がレーザ等の他の技術と比較して相対的に安価であること；本発明の光源が大きな被写界深度に適すること；本発明の光源が非常に明るい光源を有し得、シャドウキャスタから十分に離れている場合であっても精度を維持し得ること；本発明の光源が、同時に測定される点の数及び０．６インチの奥行き解像度（大凡１００ｐｓの遅延での０．６インチ変更結果を意味する）を暗示し、ノイズの影響を受けやすい典型的な電子の立ち上がり時間（１００ｐｓ）に制限される絶対解像度を制限し得る時間遅延測定を通して距離を評価する方式で使用されるパルス技術又は位相検出技術に頼らないこと；本発明の光源は、競合する技術よりも広い角度から物体を照明する一次元、換言すれば、線に沿って最適に「拡張」した光源であり得、三次元スキャンされる表面は同時に照明され観測されなければならないため、典型的な投影ベースのスキャナよりも物体のより広くをスキャンすることができるので、この照明角度の増大は有利であること；本発明のハードウェアが３つ全ての要素：光源、シャドウキャスタ、及び受光器間で分離することができ、したがって、１つ又は複数のシャドウキャスタから１つの影エッジを見ている複数のカメラが存在可能なこと；実際幅を有する「点源」であるため、シーンコントラストを改善しながら、線に沿って光源を再現することによりそのような光源の拡張が光を追加し、その理由は、拡張が光を追加するが、シャドウキャスタの縁部から離れているため点光の「立体角」を低減した状態でそれを行い、それにより、線形光源が、平均で光源の解像度を改善しながら明るさを追加するためであること；拡張光源が、共線上にある限り、連続する必要がなく、２つ以上の光源が存在し得ること；本発明の光源が全て一緒になって１つの影エッジをキャストし（そして実際に影エッジのコントラストを増大させ）、その理由が、この協働が、実用的構造の別個の光源を使用しながら角度範囲を広げ、所与のタスクのカスタム照明ジオメトリを作製する潜在性を増大させるためであること；複数のシャドウキャスタが光から物理的になくなる場合、複数のシャドウキャスタにより１つの光源を使用することができ、位置合わせされた場合、部屋全体を通してシャドウキャスタカメラシステムによりその部屋の上部における１つの長く明るい光をより局所的に使用することができること；本発明のシャドウ生成方式が、被写界深度の大きな影を生成することができ、限られた範囲にわたってのみ鮮鋭なパターンを生成するように適合されなければならないレンズを使用するプロジェクタを用いる等の被写界深度問題を本質的にもたらすレンズにより生じる効果ではなく、幾何学的効果に起因して鮮鋭度を保持すること；工学的プロジェクタの必要をなくし、レーザ単一波長動作の特異性をなくすことにより、本発明の光源は広帯域幅であれ狭帯域幅であれ任意の波長であることができ、同じスキャンで白色光及び蛍光励起波長を使用することができ、本発明がレーザ光を使用して影をキャストし、又は手術中の蛍光測定に特に有利な影をレーザ光にキャストし得る代替「モード」で１つのカメラを使用することができること；空間解像度の問題として、本発明で使用される白色光は、レーザ光よりも可視回折アーチファクトが少なく、鮮鋭な影を生成し、白色光は狭帯域レーザ光ほどはスペックルの問題を受けず、このノイズ源は本発明により回避されること；単純な１本線ジオメトリを有する本発明での影により提供される鮮鋭なエッジ及び大きなコントラストにより、表面下散乱測定を即時に行うことができ、健康な組織と癌組織との境界の判断が進行中の問題であるため、皮膚癌を検出するための光学生検又は癌手術等のリアルタイム生物学的用途に繋がること；顔の表面下散乱特徴を偽造することは非常に困難であるため、セキュリティの分野で、これらの表面下散乱測定により、セキュリティスキャンの改善が可能になること；本発明こと；これらの表面下散乱測定が、俳優の顔のコンピュータグラフィックス再現においてメーキャップの世界にとって有用であること；例えば、青と赤等の異なる周波数の光の散乱特性のリアルタイム比較を行い得るため、白色光の使用は単一周波数源（レーザ又はランプ）よりも有利であること；ＬＥＤのアレイを使用し得、異なる波長のＬＥＤを織り交ぜ、交互に閃光させ得、カメラは各交互フレームで露出を最適化して、色情報を捕捉するため、本発明を用いると、２つの別個の周波数を使用することが可能であること；本発明のシャドウキャスタの側面三角形断面により、シャドウキャスタを物体の非常に近くに適用できるようにし、１つの連続した影エッジを投影しながら、光を側方に拡張することが可能になり、これらのサイドシャドウキャスタは、シャドウキャスタ構成要素が一緒になって、拡張光源により画定される線に沿って見たとき三角形断面を作る限り、中間シャドウキャスタに接続することができること；セグメント化されたシャドウキャスタが、追加の影幅を追加することにより、大きな複雑性がない物体ジオメトリのスキャンをスケーラブルに加速させることができ、したがって、掃引中、単純な物体の場合、これらの別個の影は重なって見えず、物体の複雑性に応じて影の分離を用いて独立して解析することができること；通常、物体へのパターンの撮像、次に散乱光の撮像が必要であるため、Ｘ線構造スキャンは通常、特に実現可能ではないが、本発明の光源の単純性は、影のレンズなし投影が比較的容易なｘ線を含めて任意の線形光源が役目を果たすことができることを示すこと；この技術の典型的な実施形態がカメラ及び光源を静止したまま保持し、主に影エッジに起因したシーンへの変更がある状態で精度を改善し、これが、特に比較的狭い影エリアの場合であっても、スキャン中の物体の全体照明の変化はごく僅かであり、生成されるスキャンでの大きな信号対雑音比を可能にすることを意味すること；本発明の典型的な実施形態は、較正済みであり、したがっての、較正がない全て互いにロバストに取り付けられたカメラ、光、及びシャドウキャスタを有し、較正は再び自律的に決定することができる（較正スタンド等の追加のハードウェアを用いるが）こと；本発明のスキャン技術は、明度と精度を含む様々なトレードオフで構成し得、したがって、特定の最適化されたジオメトリを使用して、非常に微細な解像度（顕微鏡法）で平坦な物品をスキャンすることができること；本発明は潜在的な生の精度（raw accuracy）を改善したこと；カメラが影エッジを記録する限り、大きな物品をミリメートル未満の精度で測定することができること；スキャン中の物品の近くに運ぶことができる場合、影を常に鮮鋭にすることができ、精度を改善すること；スキャナは、特徴マッチング又は写真測量法に決して依存せず、代わりに、上述した高信号対雑音比を使用して三角測量のみに依存し、１つの「正しい」答えを提供し、スキャンの確実性を上げること；スキャンでのノイズは多くの場合、バンディング及び他のアーチファクトによって損なわれることが多い他のスキャン技法よりも自動的に削除することができること；本発明を用いると、画像のノイズが、鮮鋭な影エッジにより提供されるコントラストさえも圧倒する場合があるが、このノイズは通常、影エッジからの多くのピクセルを占め、続くデータの三角測量において、そのようなノイズ点は最終的に非常に遠くに除去され３Ｄ空間にまばらに位置し、特定数の最近傍からの各点の平均半径を計算し、閾値ｇよりも大きな平均距離を有するものを除去する密度閾値アルゴリズムを使用して容易にフィルタリングされ、非常にクリーンなスキャンを生成すること；本発明を用いて、スキャン中、動きを追跡する（恐らく別個のカメラを用いて）ことにより、物体の移動をより容易に補償し得ること；本発明が、特に座っているとき、重量を左右にシフトさせがちである人のスキャンに有用であること；本発明は、各ピクチャで物体の色及びその３Ｄ座標の両方を同時に検出し、これが、物体が三次元で移動する場合、その正確な色も表現され、三次元形状及び色の同時特定がピクセル単位であり、３Ｄスキャン全般でのカラー画像をレジストレーションする複雑な問題をなくし、本発明では、このデータは、１つのカメラから来るため、自動的に位置合わせされることを意味することを含む。全体的に、本発明は、シャドウキャスタを使用した三次元モデルの生成において、比較的安価なスキャン品質及び精度の改善を提供する。
広義の実施形態では、本発明は、一般的には、１つ又は複数の光度エッジを生成して、物体又は環境の三次元モデルを形成する装置、方法、及びシステムに関する。広義の実施形態では、本発明は、モデリング中の物体又はエリアにわたり１つ又は複数の光度エッジを生成する１つ又は複数の光源及び１つ又は複数のシャドウキャスタと、１つ又は複数の光度エッジを検出する１つ又は複数の手段と、モデリング中の物体又はエリアに相対して１つ又は複数の光度エッジを移動させる手段と、モデリング中の物体又はエリアの三次元モデルを生成する手段とを有すると共に、関連する方法及びシステムも有する。これらの実施形態は、本発明の範囲の限定を意図しない。
本発明の上記説明は、当業者が最良の形態であると現在考えられるものを作製し使用できるようにするが、本明細書における特定の実施形態、方法、及び例の変形、組合せ、及び均等物の存在を当業者は理解し認識しよう。したがって、本発明は、上述した実施形態、方法、及び例により限定されるべきではなく、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲及び趣旨内にある全ての実施形態及び方法によって限定されるべきである。

Claims (5)

  1. 鮮鋭な影を生成する装置であって、
    ２つのサイドシャドウキャスタであって、前記サイドシャドウキャスタはそれぞれ三角形であり、
    基部、
    前記基部から延び、一点で交わる２つの辺、及び
    ２つの前記辺が交わる前記点及び旋回点を有する頂点
    を有する、２つのサイドシャドウキャスタと、
    メインシャドウキャスタであって、前記メインシャドウキャスタは、前記サイドシャドウキャスタが前記メインシャドウキャスタに従属した状態で前記サイドシャドウキャスタの前記基部間に配置される、メインシャドウキャスタと、
    前記サイドシャドウキャスタの前記旋回点と交わる回転軸と、
    線形であり、前記サイドシャドウキャスタの前記頂点間に広がり、前記回転軸に沿って配置される光源と、
    を含み、
    前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタは、前記回転軸の回りを回転することができ、
    前記光源は前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタにわたり光を投影して、前記鮮鋭な影を生成する、装置。
  2. 前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタは、構成可能な形状を更に有する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタは、構成可能な不透明度を更に有する、請求項１に記載の装置。
  4. 前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタは、カラーフィルタを更に有する、請求項１に記載の装置。
  5. 前記サイドシャドウキャスタ及び前記メインシャドウキャスタは、複数のセクションを更に有する、請求項１に記載の装置。
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