JPH11506892A

JPH11506892A - 改良型３次元撮像装置

Info

Publication number: JPH11506892A
Application number: JP9526043A
Authority: JP
Inventors: ラッパポート，ソール; ワインチェス，ゲールト; シェパード，オル
Original assignee: ビジダイン，インコーポレーテッド
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: EP0875117A4; WO1997026761A1; US6002423A; EP0875117A1; CA2243494C; JP3100639B2; AU1693297A; CA2243494A1

Abstract

(57)【要約】複数の解像要素を含む被写体を撮像するための改良型３次元撮像装置は、該被写体に放射線を送る振幅変調放射線源（２８）と、少なくとも１つの光電画像検出器（１２，１４，１６）と、該被写体から反射された放射線（３６）を検出するための、前記変調放射線源の周期の少なくとも３つの部分（３７，３８，３９）の間に少なくとも１つの画像検出器を同期して動作可能とする手段と、放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算するための手段（４０）と、前記位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段（４０）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】改良型３次元撮像装置発明の分野本発明は、改良型３次元撮像装置に関する。発明の背景可視、および赤外撮像装置は、例えば、工業分野、輸送分野、宇宙、および環境分野における商業的応用と同様に、監視、遠方観察、夜間視野、および誘導武器制御に関する、基本的な情報を提供する軍事的応用分野のような多くの応用分野で、有用である。従来の撮像装置は、しかしながら、一般に２次元撮像しか提供せず、上記の多くの軍事および商業分野は、３次元撮像を望んでいた。これら、および他の分野に対して、レーザ測距儀は、一点測距を提供することにより、従来の２次元撮像器を強化するのに用いられてきた。しかしながら、これらの装置の有用性には、一情景の中で多数の被写体を撮像することができない、という制約がある。走査ライダー装置は、一情景の中で多数の被写体を撮像、および測距することができるが、その応答時間は遅く、全景をラスタ走査するために取る時間によって制約されている。このように、これらの装置はリアルタイムの３次元撮像を提供してはいない。他の３次元撮像装置は、多数の観察光景に多重カメラを必要とする立体視技術を利用している。これらの装置は、非常に多くのハードウェアを必要とし、大変高価である。さらに、他の３次元撮像装置は、撮像すべき情景を照明し、情景内の被写体の測距をなしとげるために反射光の強度データを利用している。しかしながら、情景照明のバラツキが、大きな問題である。また、多くの被写体は、その表面での反射率にバラツキがあり、異なる被写体は、異なる反射率を有するので、測距の不正確さは当然である。発明の要約したがって、リアルタイムで３次元撮像を提供する改良された３次元撮像装置を提供することが、本発明の目的である。さらに、複合した情景中の多数の被写体を撮像することができるような３次元撮像装置を提供することが、本発明の目的である。さらに、立体視技術で要求されるような、多数の位置からよりも、むしろ単一位置からの３次元撮像を提供するような３次元撮像装置を提供することが、本発明の目的である。さらに、測距函数を完成するために、光強度データに依存しないような３次元撮像装置を提供することが、本発明の目的である。さらに、従来の立体視装置よりも、より少ないハードウェアで、かつ費用も少なくて済むような３次元撮像装置を提供することが、本発明の目的である。本発明は、複数の解像可能な要素を含む被写体のリアルタイムの撮像を提供することができる改良型３次元撮像装置が、被写体に対して振幅変調した放射線を当てることにより、また、振幅変調放射線周期の少なくとも３つの異なる部分の間、被写体からの反射した放射線を検出することにより、また、放射線と反射された放射線との間の位相角を計算することにより、および位相角から、被写体の複数の解像可能な要素の距離を、他の被写体との間で互いに計算することにより達成される、という事実から由来する。本発明は、複数の解像可能な要素を含む被写体を撮像する、３次元撮像装置であることを特徴とする。本装置は、被写体に放射線を放射するための振幅変調放射線源と、少なくとも１個の光電画像検出器を有する。被写体から反射された放射線を検出するための変調放射線周期の少なくとも３つの部分の間、少なくとも１個の検出器を同期して動作可能にする手段がある。被写体の複数の要素の距離を、他の被写体との間で互いに計算するために、位相角を計算する手段に応答する、放射線と反射放射線との間の位相角を計算する手段がある。好ましい実施例では、放射線源は、正弦波振幅変調放射線源であってもよい。放射線源は、被写体を照射するレーザ光源を含んでもよい。該放射線源は、発光ダイオードを含んでもよい。少なくとも１個の光電画像検出器は、ＣＣＤ撮像器であってもよい。同期して動作可能とする手段に応答して、前記変調放射線源の各周期の少なくとも３つの部分の間に放射線を検出する手段を含む１つの光電画像検出器があってもよい。３つの光電画像検出器があってもよく、同期して動作可能とする手段は、振幅変調放射線源の各周期の少なくとも３つの部分の個々の間、異なる検出器を動作可能にする手段を含んでもよい。少なくとも１個の検出器は、振幅変調放射線源の各３分の１の周期で動作されてもよい。位相角計算手段は、放射線と、複数の要素の各々から反射された、装置によって受光された放射線との間の位相角を計算する手段を含んでもよい。さらに、少なくとも１つの光電画像検出器に応答して、被写体から反射した、検出された放射線から被写体の２次元反射画像を生成する手段を含んでもよい。さらに、距離の計算手段に応答して、複数の要素相互間の距離の表示を生成する手段を含んでもよい。さらに、距離の計算手段に応答して、複数の要素相互間の距離を含む被写体の３次元画像の表示を生成する手段を含んでもよい。さらに、位相角の計算手段に応答して、撮像装置に対する複数の要素の絶対距離を計算する手段を含んでもよい。絶対距離を計算する手段は、第１の周波数で照射を行う前記振幅変調放射線源において、放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第１の位相角組を計算する手段と、前記振幅変調放射線源の周波数を第２の周波数に調整する手段と、第２の周波数における放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第２の位相角組を計算する手段と、第１および第２の位相角の組と第１および第２の周波数とに応答して、複数の要素の装置からの絶対距離を決定する手段とを含んでいてもよい。前記絶対距離を計算する手段に応答して、前記複数の要素の撮像装置からの絶対距離の表示を生成する手段をさらに含んでもよい。前記絶対距離を計算する手段および前記２次元反射画像を生成する手段に応答して、前記複数の解像要素の撮像装置への絶対距離を含む、被写体の３次元画像の表示を生成する手段をさらに含んでもよい。装置と被写体の間の相対移動のために装置にもたらされたドップラー効果を補償する手段をさらに含んでもよい。前記補償する手段は、複数の連続する所定期間にわたって、放射された放射線と反射された放射線との間の計算された位相角の平均値を繰返し求める手段を含んでもよい。求められたいずれか２つの連続する計算された位相角の平均値の間に、変化があったかどうかを判定する手段と、同期して動作可能とする手段を調整する手段であって、前記検出器の可動化の頻度を変化させて、前記計算された位相角の平均値を複数の連続する所定時間にわたって等しくなるようにし、ドップラー効果を補償する調整手段とをさらに含んでもよい。本発明は、また、複数の解像要素を有する被写体を撮像する３次元撮像装置であることを特徴とする。本装置は、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源を含む。少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器と、被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段とがある。放射光と反射光の間の位相角を計算する手段がある。位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段がある。前記距離を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を表示する手段がある。本発明はさらに、複数の解像可能な要素を有する被写体を撮像する３次元撮像装置であることを特徴とする。本装置は、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源と、少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器とを含む。被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段がある。前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器に応答して、被写体から反射された検出光から、被写体の２次元反射画像を生成する手段がある。放射光と反射光の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とがある。前記距離を計算する手段と前記２次元反射画像を生成する手段とに応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を含む、被写体の３次元画像を生成する手段とがある。本発明はさらに、複数の解像可能な要素を有する被写体を撮像する３次元撮像装置であることを特徴とする。本装置は、撮像される被写体に放射線を放射するための振幅変調放射線源を含む。少なくとも３つの光電画像検出器と、被写体から反射された放射線を検出するための、前記変調放射線源の周期の異なる部分の間に、前記検出器を同期して動作可能とする手段とがある。放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とがある。好適な実施例の開示他の目的、特徴および利点は、下記の好ましい実施例の記述と、付帯する図面から、当該技術分野の専門家に思い浮かぶであろう。図１は、ＣＣＤ撮像器をゲート制御するタイミング図を含む、本発明の３次元撮像装置の概略図である。図２Ａは、図１の装置の光学ヘッドの概略図である。図２Ｂは、図１の装置の光学ヘッドの代案の断面図である。図２Ｃは、図１の装置の光学ヘッドの代案の断面図である。図３は、図１の装置から放射され、そこで受光された光の軌跡である。図４は、本発明による、撮像すべき被写体の表面に放射され、そこから反射される光の側面図である。図５は、図１に示した装置の詳細な系統ブロック図である。図６は、図５の絶対距離変換回路の操作を説明する流れ図である。図７は、本発明に従った被写体の３次元表示である。図８は、図１の３つの同期ゲート制御ＣＣＤ撮像器の１つの系統ブロック図である。図９は、図２Ｃの同期ゲート制御ＣＣＤ撮像器の系統ブロック図である。図１に示すのは、３台の同じＣＣＤ撮像器１２、１４および１６を含む、改良された３次元撮像装置１０である。対物レンズ１８、２０および２２は、撮像すべき被写体２６の表面から反射光２４を受け取って、ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６上に集束させる。被写体２６から反射される光２４は、光源２８から発せられ、光源２８は、ＬＤＰ４５００Ｃレーザダイオード、ダイオード励起固体レーザイリュミネータ（a diode pumped solid state laser illuminator）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などのレーザダイオードイリュミネータなどであり、正弦波発生器３０によって例えば１ＭＨｚの高周波で正弦波変調されて、撮像器視野を満たすために光ビーム３２を発する。発光波長としては、通常８０８ｎｍのものが使用されるが、これはＣＣＤ撮像器１２、１４および１６のピークレスポンスに近いからである。撮像すべき被写体が１つしか示されていないが、これは本発明に必要な制限ではなく、装置１０の視野内に被写体が幾つあっても、ＣＣＤ画素の数が被写体を解像するのに十分であれば、撮像可能である。正弦波発生器３０によって駆動されるゲート回路３４は、各ＣＣＤ撮像器への光２４の入力をシャッターし、各撮像器は、正弦波変調された光３２の各サイクルのそれぞれ別の部分の間、電源を投入される。詳細は、図８を参照して後述する。ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６はまた、光学式シャッター１２ａ、１４ａおよび１６ａをＣＣＤ撮像器の前に配置することによってゲート制御されてもよい。光学式シャッターは、例えば、ゲーテッドマイクロチャネルプレート撮像器（gated microchannel plate imagers）、ゲーテッド近接集束イメージ倍増管（gated proximity focused image intensifiers）、電子切換ポッケルス電池（ electronically switched Pockel's cell）、液晶シャッター、または、メカニカルシャッターで実現されてもよい。回路３４は、放射光３２の変調周波数３５と同期して、撮像器１２、１４および１６をゲート制御し、各撮像器は、各フルサイクル３６のそれぞれ異なる部分の間、電源を投入されるか、または、開かれて、各サイクルの残余部分の間、電源を切られるか、または、閉じられる。本実施例において、ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６は、それぞれ、１/３０秒の各ＣＣＤ画像フレーム時間につき、非常に多くの回数、例えば１ＭＨｚの変調周波数なら約３３，０００回まで、正弦波３５の各サイクル３６の１２０°（またはそれ以下）の部分３７、３８および３９の間、電源を投入され、各サイクルの残余部分の間、電源を切られる。各画像フレーム時間の最後に、各ＣＣＤ画素からの平均強度レベルＩ_R、Ｉ_sおよびＩ_Tが、ＣＣＤ撮像器から読み出され、表示装置４２に与えられる。３台の各ＣＣＤ撮像器からの対応画素(すなわち、各ＣＣＤ撮像器からの画素(１，１)) の強度レベルは合計され、平均画素強度レベル、または、ＩおよびＪがＸおよびＹ画素の位置に対応するような各画素の反射レベルＲ_Uが、被写体２６の２次元反射画像を表示するために表示装置４２に与えられる。強度レベルＩ_R、Ｉ_SおよびＩ_Tはまた、他の様々な外部アプリケーションに使用可能である。また、各画像フレーム時間の最後に、ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６の各画素からの強度レベルＩ_R．Ｉ_SおよびＩ_Tは、それぞれ、放射光３２と、各画素で受光された光２４との間の位相角を求める３次元画像計算機４０に与えられる。位相角から、装置１０から被写体２６の各解像要素（すなわち、画素によって撮像される被写体の各要素）までの光軸に沿う距離が算出される。例えば、各ＣＣＤ撮像器の画素（１，１）は被写体２６の同一の要素を解像し、したがって、画素（１，１）から被写体２６上の要素まで、１つの距離だけが、各撮像器の画素（１，１）からの強度情報を用いて算出されることに注目されたい。装置１０から被写体２６までの距離が変調周波数の波長の２分の１を越える場合、装置１０から被写体２６上の各解像要素までの距離は、相対変調λ/２の距離でしかない。換言すれば、この情報は、装置１０に関して、他の解像要素を基準とした各解像要素の位置だけを示している。この相対距離情報は、各画像フレーム時間の最後に、表示装置４２に与えられる。装置１０から解像される被写体２６の各画像要素までの絶対距離も、３次元画像計算機４０によって計算し、表示装置４２に与えることが可能である。画像の第３の距離（相対的でも絶対的でも）は、２次元反射画像と合成されて、表示装置４２に、例えば、アイソメトリック表示として表示される３次元像を形成する。装置１０から被写体２６の各解像要素までの絶対距離を求めるために使用される１つの方法は、変調周波数の一時的な調整を必要とし、それは、調整信号を線４１を介して正弦波発生器３０に与えることによって達成される。このプロセスは、図６を参照して詳細に後述する。３次元画像計算機４０はまた、ドップラー効果を補償するが、このドップラー効果は、ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６へのオン/オフゲート信号の周波数を、源変調周波数を基準として調整することによって、装置１０と被写体６とが相対的に移動するために起こる。このプロセスは、図５を参照して後述するが、調整信号を線４３を介してゲート回路３４に与えることによって達成される。図２Ａにおいて、光学ヘッド４４は、通常、対物レンズ１８、２０および２２を整列させ、光源２８をレンズについてほぼ中央に置いて構成される。光学ヘッド４４は、各ＣＣＤ撮像器の対応画素が、被写体２６の同一の要素から反射される光２４を受け取り、こうして、それぞれが被写体２６の同一の要素を解像するように構成されている。図２Ｂにおいて、他の光学ヘッド４４ａは、入射する反射光２４を受け取る対物レンズ４５を１つだけ有する。反射光２４の３分の１は、２４’で示すように、部分的に透過するミラー４６を通過して、ＣＣＤ撮像器１２上に集束され、一方、入射光２４の残りの３分の２は、２４’’で示すように、ミラー４６の表面で反射され、部分的に透過するミラー４８に向けられる。ミラー４８は、残余光の２分の１（２４’’’）を、ＣＣＤ撮像器１４に通し、残余光の他の２分の１（２４’’’’）は、ＣＣＤ撮像器１６の表面上に反射される。この図では示されていないが、光源２８は、対物レンズ４５に近接して位置する。ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６の各対応画素はまた、被写体２６から同じ反射光２４を受け取り、したがって、それぞれが、被写体２６の同一の要素を解像する。図２Ｃは、１つのＣＣＤ撮像器１２’および対物レンズ１２ａ’を用いる構成を示しており、変調放射線（modulated radiation）のサイクルにつき、３つのサンプルを同時にゲート制御し、統合することが可能である。この機能を有する撮像器は、コロラド州コロラド・スプリングスのD．Gardner of SMD，Inc.によって製造されており、また、T．Sprigと、P．Seitzと、O．Vietzeと、F．Heitzg erとによる記事である，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol．31，No． 9，September 1995「The Lock-In CCD-Two-Dimensional Synchronous Detection of Light」に記載されており、全文を参照して本明細書中に取り入れられている。図１のゲート回路３４は、図９を参照して以下に詳述されるように、ゲート信号をＣＣＤ撮像器１２’に与え、同期して撮像器１２’をゲート制御し、サイクルごとに少なくとも３つのサンプルを得る。図３の放射光３２は、例えば１ＭＨｚの変調周波数で平均ＤＣ値Ｉ_DC位の強度レベルＩ_Vで変調される。ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６の１画素によって受け取られる、反射または後方に散乱する光２４ａは、角度φの位相でシフトして示されている。この位相シフトは、装置１０に関して、１画素によって解像された、図１の被写体２６の要素の距離を算出するために用いられる。他の画素によって受光された反射光の位相シフトを求めることによって、装置１０に関する、要素間の相対オフセット距離が算出される。装置１０に対する、被写体２６の解像要素の絶対距離も求められる。平均ＤＣ値Ｉ_DCや変調強度レベルＩvは、光が被写体２６に伝播され反射されるときに減衰するが、これらにかかわらず放射され受光される光間の位相角差φ を求めるために、受光される光２４の強度レベルが、各画像フレーム時間中、放射光３２の変調周波数の各サイクルの少なくとも３つの部分の間、監視されなければならない。このような監視は、少なくとも３台のＣＣＤ撮像器を用いて、または、変調放射線のサイクルにつき、少なくとも３つのサンプルをゲート制御し統合することが可能な１つのＣＣＤ撮像器を用いて行われる。各画像フレーム時間の最後に、各サイクルの３つの部分の間、フレーム時間にわたって、累積される光の強度レベルが、以下に述べるように、各画素位置で受光される光の位相角を算出するために用いられる。放射光３２の変調周波数と同期して、０°から最大１２０°の角度まで、ＣＣＤ撮像器１２は、ゲートオンされて反射光２４ａを受け取っており、一方、ＣＣＤ撮像器１４および１６は、ゲートオフされてこの周期中の反射光２４ａの受光を妨げられる。１２０°で、ＣＣＤ撮像器１４は、同じサンプル周期間、ゲートオンされて反射光２４ａを受光しており、一方、ＣＣＤ撮像器１２および１６はゲートオフされてこの周期中の反射光の受光を妨げられる。２４０°で、ＣＣＤ撮像器１６は、同じサンプル周期間、ゲートオンされて反射光２４ａを受光しており、一方、ＣＣＤ撮像器１２および１４はゲートオフされてこの周期中の反射光の受光を妨げられる。こうして、放射光３２の変調周波数と同期して光２４ａを受光する１つのフルサイクルが完了する。別のゲート時間が用いられてもよいが、最適なゲート時間は、各サイクルの１/６、または、ゲートオンされるＣＣＤ撮像器ごとに６０°である。変調位相角を一意に定めるために、サイクルごとに３つのサンプルが必要である。サンプル間の最適な間隔は、１２０°である。このプロセスは、ＣＣＤ撮像器の各画素中に累積された受光された光２４に対応する画素の信号Ｉ_R、Ｉ_S、Ｉ_Tが、各画素（Ｉ，Ｊ）における位相角差φが求められる３次元画像計算機に与えられる場合、各画像フレーム時間の最後まで続く。各画素（Ｉ，Ｊ）における算出された位相角φ_Uから、装置１０と被写体２６の各解像要素との間の距離ｚ_Uが算出される。装置１０が被写体２６から波長の２分の１以上離れて位置している場合、算出された距離ｚ_Uは相対変調λ/２のオフセット距離であり、絶対距離ではない。すなわち、これらの距離は、被写体２６の１つの要素が装置１０から２００メートル離れていて、他の要素が装置１０から２００．１メートル離れていることを示しているというよりも、むしろ、例えば、被写体２６の１つの解像要素は他の解像要素よりも装置１０に１０ｃｍ近いことを示している。放射光３２の位相角は、通常０ラジアンに設定されており、したがって、各画素位置において図１の受光された光２４の算出された位相角φ_RCVは、次式によって、各解像要素（すなわち、所定の画像位置で解像された被写体２６上の要素）の装置１０までの距離ｚを算出するために、用いることができる。２ｚ＝（ｃ/ｆ_m）（φ_RCV/２π）（１）ｃは光速であり、ｆ_mは放射された光の変調周波数であり、φ_RCVは被写体２６の解像要素から反射された受光される光のラジアンでの位相角である。被写体の個別の要素から装置１０までの距離ｚ_Uの算出は、図４の表面５０を参照して説明され、表面５０は、装置１０から、変調周波数の波長の２分の１よりも大きい未知の距離をおいて位置する。こうして、式（１）によって各解像要素ごとにｚを計算することによって、変調周波数波長の２分の１と等しい距離をおいた位置にある任意の平面５２からの相対変調λ/２の距離だけが求められる。表面５０上の要素５４は、放射光５５を受け取り、例えば、装置１０の画素（Ｉ，１）によって受光されて解像される光５６を反射する。装置１０は、画素によって受光される光の位相角φ_RCVI1を計算し、０ラジアンにする。表面５０上の要素５８は、要素５４よりも装置１０に近い位置にあり、したがって、放射線５９が要素５８上に当たるとき、要素５８は光６０を反射し、光６０は、例えば、装置１０の画素（Ｉ，２）によって受光されて解像されたとき、３π/２ラジアンに等しい位相角φ_RCVI2を有する。表面５０上の要素６２は、装置１０に対して、要素５８よりもさらに近い位置にあり、放射光６３を受光し、例えば、π ラジアンの位相角φ_RCVI3を有する、装置１０の画素（Ｉ，３）によって受光されて解像される光６４を反射する。表面５０上の要素６６は、装置１０に最も近い位置にあり、放射光６７を受光し、例えば、π/２ラジアンの位相角φ_RCVI4を有する、画素（Ｉ，４）によって受光されて解像された光６８を反射する。距離ｚ₁₁ないしＺ₁₄は、位相角φ_RCVI1ないしφ_RCVI4を式（１）に挿入することによって計算される。要素６６の距離ｚ４は最も小さいので、被写体２６に最も近く、基準点に指定されている。より大きな値を有する全ての距離は、被写体２６からより遠い。例えば、距離ｚ₁₄ないしｚ₁₁は、それぞれ、２、４、６および８ｃｍであると計算される。したがって、要素６６はゼロ点に指定され、他の要素は、要素６６の距離ｚ₁₄よりも、装置１０から２、４および６ｃｍ遠い。装置１０は、図５において詳細に示されているように、３相クロック７０をゲート回路３４内に含み、３相クロック７０は、ＣＣＤ撮像器１２、１４および１６と相互接続され、これらの撮像器を、それぞれ、放射光３２の変調周波数の０ °、１２０°および２４０°で電源を投入し、被写体２６から反射される光２４を集める。３相クロック７０は、以下に操作を説明するデジタル制御位相シフタ７２と、外部クロック７４とによって駆動され、外部クロック７４の入力は、光源２８から放射される光３２を変調する源３０からの正弦波基準信号である。これらの撮像器は、電源が切られている間、反射光２４を受光するが、光電子を集めることは妨げられる。通常１/３０秒である各画像フレーム時間の最後に、各撮像器１２、１４および１６は、電源が投入されている間、各撮像器の各画素によって受光された光量に対応する、各画素での強度信号Ｉ_R、Ｉ_SおよびＩ_Tを出力する。増幅器７６は、３つの信号を合計し、各画素の反射像ＲＵを線７７を介して表示装置４２に提供する。各画素に対する強度信号Ｉ_R，Ｉ_SおよびＩ_Tは、アナログ／デジタル変換器７８ａ〜ｃによって、それぞれデジタル値に変換され、該デジタル値はライン７９，８０および８１を介して位相角計算機８２に与えられ、該位相角計算機８２はＣＣＤ撮像器の各画素で受取られた光の位相角を後述のようにして計算する。送られてきた光３２の各サイクルの３つの部分の間に、すなわち０°，１２０°および２４０°の間に、撮像器のゲート制御プロセスは、以下の形の３つのＤＣベースバンド画像を生み出す。式中、Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tの上のバーは画像フレーム時間（１／３０秒）内における時間平均を示し、φ_Oは基準位相値である。３つのＣＣＤ撮像器１２，１４および１６が等しいゲインまたは応答性を有するか、あるいはそうなるように調整されていると仮定すると、それぞれの式中のＩ_DCおよびＩ_Vの項は等しくなる。３つの数式を用いて、画素ごとのφ_Uは、ライン７９，８０および８１を介して供給される、各撮像器１２，１４および１６からの３つの画素ストリーム強度値Ｉ_R ，Ｉ_SおよびＩ_Tを、３次元画像計算機４０内の位相角計算機８２に取込むことによって求められる。位相角計算機８２では、デジタル信号処理装置または均等物などの、３相を９０°離れた２相値にコンデンスする同相／直角位相変換回路８４によって、同相／直角位相変換計算が行われる。デジタル化された同相信号（Ｉ）は下記式（３）に等しく、Ｉ＝Ｉ_VＣＯＳ（φ＋φ_O）（３）該信号は画素毎に、ライン８５を介して、デカルト−極座標変換回路８６、たとえばRaytheon TMC 2330または他の高速位相処理装置などに供給される。デジタル化された直角位相信号（Ｑ）は下記式（４）に等しく、Ｉ＝Ｉ_VＳＩＮ（φ＋φ_O）（４）該信号もまた画素毎に、ライン８７を介して、デカルト−極座標変換回路８６に供給される。位相角，φ_U＝ｔａｎ^-1Ｉ／Ｑは、回路８６においてＣＣＤ画像の各画素について解析される。上記式（１）および角画素について決定された位相角φ_Uを用いて、ＣＣＤ撮像器によって解像される被写体の各要素の相対的なオフセット距離が、相対オフセット距離回路８８において計算され、該回路８８は相対オフセット距離アルゴリズムを実行するデジタル信号処理装置とすることができる。各画素の位置／解像要素の相対オフセット距離は表示装置４２に供給される。相対オフセット距離変換回路８８からの相対距離情報は、表示装置４２上に３次元画像を表示するために使用されることができる。３次元画像表示装置は、たとえばNuVision(SGS60 Stereotek)，Dimension Technologies，Inc(DTI1100 C)などから市販されている。得られた３次元画像データは必ずしも可視表示装置に提供される必要はない。このデータは高速の３次元画像データを要求するいかなる装置に提供されてもよい。位相角信号φ_Uは、絶対距離変換回路９０によっても処理され、該回路９０は、たとえばデジタル信号処理装置であって、各解像点の装置１０からの絶対距離を決定する絶対距離変換アルゴリズムを実行し、被写体の装置１０からの絶対距離を含む情報を表示装置４２に提供して、被写体の３次元画像を表示させる。位相角および距離計算のどちらも、画像強度データが撮像器から読出されているＣＣＤ画像収集フレーム間の期間に実行される。したがって、装置１０はリアルタイムの３次元撮像を提供する。ドップラー補償ループ９２は、撮像装置１０が、たとえばヘリコプタなどの移動性の土台上に取付けられて、静止した被写体を撮像している場合や、あるいは装置１０が静止して被写体が移動するような場合に、ドップラー周波数変化を導入するために使用される。加算器９４は、期間ｔの間にｎ個の位相角を受取り、相角を出力する。この信号は、撮像されている被写体が装置１０に対して移動することによって生じるドップラー効果に起因する、たとえば時間ｔ₁とｔ₀間で号から差し引かれ、位相差信号が、ゲート回路３４内のデジタル信号処理装置などの、デジタル制御される位相シフタに与えられる。該ゲート回路３４は、クロック７０において３相クロック信号のタイミングを、必要に応じて増加または減たとえば、装置１０と撮影中の被写体とが、１秒間に１０メートルの速さで相対的に移動する場合、ｄφ／ｄｔは１秒あたり１０ラジアン、あるいは１．６Ｈｚとなる。したがって、ドップラー効果を補償するためには、クロック７０における３位相クロック信号の周波数を、たとえば１,０００,０００Ｈｚから１,０００,００１.６Ｈｚに上げることにより、ｄφ／ｄｔが０になるようにする。上述のように、装置１０が撮影中の被写体から１波長以上離れている場合には、被写体の各解像される要素に対して計算される距離Ｚ_Uは、相対変調λ／２の距離だけである。典型的な１ＭＨｚの変調周波数の場合、測定距離は１５０メートルである。換言すると、撮影中の被写体が装置１０から１５０メートル以内にある限り、計算された距離Ｚ_Uは、各解像要素の装置１０からの絶対距離である。しかしながら、被写体が装置１０から１５０メートル以上のところにある場合、距離Ｚ_Uは相対変調λ／２の距離だけである。絶対距離変換回路９０は、図６のフローチャート１００に従って動作し、撮像される被写体上の各撮像点から装置１０までの絶対距離を決定するために使用される。回路９０は、ステップ１０２において、初期変調周波数ｆ₁における各画素に対する位相角φ₁を計算する。ステップ１０４では、図５の絶対距離変換回路９０が、ライン９７を伝わる信号によって、正弦波発生器３０の出力をｆ₂に調整することにより、光源２８の変調周波数を所定の増加分だけ変化させる。ステップ１０６では、減少した変調周波数ｆ₂における位相角φ₂が、各画素について計算される。ステップ１０８において、各画素に対する絶対距離Ｚ_ABSが下記の式に従って計算される。上式中、ｃは光の速度であり、ｄφはφ₂−φ₁に等しく、ｄｆはｆ₂−ｆ₁に等しい。絶対距離変換回路９０の絶対距離判定関数は、他の公知の手法によって達成されてもよい。図７の表示１２０は、本発明の装置１０を用いて生成される被写体１２２の典型的な３次元表示である。この表示において、被写体１２２の各解像要素の絶対距離がＺ軸に表示されている。このディスプレイは、被写体１２２の各解像要素の相対オフセット距離のディスプレイでもある。本発明による３次元撮像に必要とされる高速シャッタリングを実現するために、ＣＣＤ撮像器１２，１４および１６は、同期してゲート制御される高速ＣＣＤ撮像器として作動するように構成される。撮像器の構成は、図８ではＣＣＤ撮像器１２についてのみ図示したが、撮像器１４および１６に関しても同様に構成される。ＣＣＤ撮像器１２は感光領域の複数の列を含むが、そのうちの２つ、１３０および１３２のみが示されている。各列は複数の画素１３０ａ〜ｂおよび１３２ａ〜ｂを含んでいる。簡略化のため、それぞれの列に２つの画素を有する２つの列だけのアレイを示しているが、本発明に使用される典型的なＣＣＤ撮像器は、たとえば、各列に５１２の画素を含む５１２列のアレイを含んでいる。各画素は、領域１３４ａ〜ｂや１３６ａ〜ｂなどの感光領域を含む。それぞれの感光領域の上方には、レンズ１３８ａ〜ｂや１４０ａ〜ｂなどのマイクロレンズが含まれ、該レンズは各画素の有効感光面積を典型的には８０％まで上昇させる。被写体から反射された、図１の光源からのＣＣＤ撮像器１２へのフォトン入射が光電子を発生し、該光電子はホトサイト１３４ａ〜ｂおよび１３６ａ〜ｂによって収集または集積される。ホトサイトにおいて収集された光電子は、スイッチ１４２ａ〜ｂおよび１４４ａ〜ｂによって、それぞれ蓄積井戸１４６ａ〜ｂおよび１４８ａ〜ｂ、あるいは光電子ドレイン１５０ａ〜ｂおよび１５２ａ〜ｂのいずれかに経路づけられる。スイッチ１４２ａ〜ｂおよび１４４ａ〜ｂは、ゲート回路３４に由来する垂直シフトレジスタ１５４および１５６からの制御信号によって作動される。ＣＣＤ撮像器１２は、従来のＣＣＤ撮像器と同様に、１／３０秒の画像フレーム時間を有する。しかしながら、上述のように、図１の装置１０は、ＣＣＤ撮像器１２（ならびにＣＣＤ撮像器１４および１６）に入力される光が、各画像フレーム時間内に何度もゲート制御される必要がある。すなわち、装置１０は、ＣＣＤ撮像器１２が、各１／３０秒の画像フレーム時間の間に、何度もオン（反射光２４からの光電子を収集するため）／オフ（反射光２４からの光電子の収集を阻止するため）されることを要求する。したがって、ＣＣＤ撮像器１２が正弦波変調光ビーム３２の各サイクルごとに、反射光２４からの光電子を収集するためにゲートオンされる場合、ゲート回路３４が、垂直シフトレジスタ１５４および１５６を介して、ホトサイト１３４ａ〜ｂおよび１３６ａ〜ｂを蓄積井戸１４６ａ〜ｂおよび１４８ａ〜ｂに相互接続し、その結果、光電子が収集され蓄積井戸に蓄積される。そして、残りの各サイクルの間に、ゲート回路３４は、垂直シフトレジスタ１５４および１５６を介して、ホトサイトを光電子ドレイン１５０ａ〜ｂおよび１５２ａ〜ｂに相互接続し、その結果、ホトサイトからの光電子が除去または流出され、蓄積井戸に収集されることが阻止される。この切換位置において、ＣＣＤ撮像器１２はゲートオフされ、ＣＣＤ撮像器１２に対する「シャッタ」が効果的に閉じられる。スイッチが他方切換位置にあり、ホトサイトからの光電子が蓄積井戸に経路づけられる場合、ＣＣＤ撮像器１２に対する「シャッタ」は効果的に開かれる。図１の例において、ＣＣＤ撮像器１２は、放射光３２の変調周波数の各サイクルの０°〜１２０°の間にゲートオン（シャッタが開かれる）され、サイクルの残りの期間においてはゲートオフ（シャッタが閉じられる）される。いずれか１つのＣＣＤ撮像器がゲート回路３４によってゲートオンされる場合、他の２つのＣＣＤ撮像器はこれに同期してゲートオフされる。電気的なシャッタ制御またはゲート制御は、約３ＭＨｚまでの範囲で行われる。したがって、ＣＣＤ撮像器１２，１４および１６は、各撮像器について、１／３０秒の画像フレーム時間の間に約３３,０００のサンプルを取得し、蓄積井戸に蓄積するように、ゲートオンまたはゲートオフされることができる。１／３０秒のフレーム時間の最後に、その画像フレーム時間中に蓄積井戸１４６ａ〜ｂおよび１４８ａ〜ｂに蓄積されていた全ての光電子が、それぞれ垂直レジスタ１５４および１５６によって、蓄積井戸列１５８および１６０にシフトダウンされる。垂直シフトレジスタ１５４および１５６は、蓄積井戸の内容を水平シフトレジスタ１６２および１６４に桁送りし、該水平シフトレジスタは増幅器１６６を介して、画素ごとに直列反射画像Ｉ_Rを出力する。ＣＣＤ撮像器１２からの出力は、増幅器７６と位相角計算機８２（図５）とに供給され、ここで、撮像器１４および１６からの出力と共に、表示装置４２上に２次元反射画像を表示するために、あるいはＣＣＤ画像１２，１４および１６の各画素に対する被写体２６からの反射光２４の位相角を計算するために使用される。ＣＣＤ画像１２，１４および１６は、十分に高い頻度で各ＣＣＤ撮像器をオンまたはオフできるようなゲート手段であれば、当業者自明の他の手段によってゲート制御されることができる。ＣＣＤ撮像器のゲート制御の頻度が高ければ高いほど、最小検出可能距離差が小さくなる。最小解像可能距離がより短い３次元撮像器は、高い応用性をもつ。また別のやり方として、単一のＣＣＤ撮像器、たとえば図２ＣのＣＣＤ撮像器１２'を使用する場合は、図９に示されるように構成する。本実施形態において、各ホトサイトは３つの蓄積井戸に選択的に相互接続される。ホトサイト１３４ａ’および１３４ｂ’は、蓄積井戸１４６ａ’（Ｒ），１４６ａ’’（Ｓ），１４６ａ’’’（Ｔ）、および１４６ｂ’（Ｒ），１４６ｂ’’（Ｓ），１４６ｂ ’’’（Ｔ）にそれぞれ選択的に相互接続される。ホトサイト１３６ａ’および１３６ｂ’は、蓄積井戸１４８ａ’（Ｒ），１４８ａ’’（Ｓ），１４８ａ’’ ’（Ｔ）、および１４８ｂ’（Ｒ），１４８ｂ’’（Ｓ），１４８ｂ’’’（Ｔ）にそれぞれ選択的に相互接続される。ゲート回路３４の制御下、垂直シフトレジスタ１５４’を介して、スイッチ１４２ａ’〜ｂ’および１４４ａ’〜ｂ’にゲート信号が与えられ、該スイッチは、正弦波変調光ビーム３２の各サイクルの収集時間部において、ホトサイトからの光電子を、３つの蓄積井戸（Ｒ，ＳおよびＴ）のうちの適切な１つに選択的に経路づける。すなわち、正弦波変調光ビーム３２の各サイクルの、たとえば最初の１／３サイクルの間に、ホトサイト内に収集された光電子が、各画素の位置に対する蓄積井戸Ｒに与えられる。次の１／３サイクルの間に、ゲート回路３４’ は、垂直シフトレジスタ１５４’を介して、各スイッチに信号を与え、該各スイッチはホトサイトを蓄積井戸Ｓに相互接続して、これらの蓄積井戸がサイクルの１／３の部分の間に光電予を収集するようにする。そして、最後の１／３サイクルの間に、ゲート回路３４は、そのサイクル部分の間にＴ蓄積井戸が光電子を収集するように、ホトサイトをＴ蓄積井戸に相互接続する。１／３０秒の画像フレーム時間の終了時、各画素の各蓄積井戸Ｒ，ＳおよびＴには、多数のサイクルの間に累積的に光電子が蓄積されており、光電子は、垂直シフトレジスタ１５４’ および１５６’の制御下に、蓄積井戸から対応する垂直シフトレジスタ列１５８ ’および１６０’に転送される。次に垂直シフトレジスタ１５４’および１５６ ’は、光電子を水平シフトレジスタ１６２’および１６４’に桁送りし、該水平シフトレジスタは、増幅器１６６’を介して、３つの強度信号Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tを、画素ごとに直列的に出力する。各画素に対するこれらの強度信号Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_T は、図５の増幅器７６およびライン７９，８０および８１に与えられる。これらの信号は、図５のように並列的ではなく、直列的に出力されるので、増幅器７６およびライン７９，８０および８１に並列入力を与えるために、当業者周知のいかなる処理を行うこともできる。本発明の特徴はいくつかの図面にだけ示されているが、これは便宜上にすぎず、それぞれの特徴は本発明に従ういずれかまたは全ての特徴と組合わせられることができる。請求の範囲を逸脱しない他の実施形態も当業者によって見出されるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項【提出日】１９９７年７月１４日【補正内容】請求の範囲１．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、該被写体に放射線（radiation）を送る振幅変調放射線源と、少なくとも１つの光電画像検出器と、該被写体から反射された放射線を検出するための、前記変調放射線源の周期の少なくとも３つの部分の間に少なくとも１つの画像検出器を同期して動作可能とする手段と、前記少なくとも１つの画像検出器によって検出された反射された放射線に応答して、放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算するための手段と、前記位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。２．前記放射線源は正弦波振幅変調放射線源であることを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。３．前記放射線源は被写体に放射するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。４．前記放射線源は発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。５．前記少なくとも１つの光電画像検出器は、ＣＣＤ撮像器であることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。６．１つの光電画像検出器があり、該光電画像検出器は、前記振幅変調放射線源の各周期の少なくとも３つの部分の間に、前記同期させるための手段に応答して放射線を検出する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。７．少なくとも３つの光電画像検出器があり、前記同期して動作可能とする手段は、前記振幅変調放射線源の各期間の少なくとも３つの部分の間に、異なる前記検出器を動作可能とすることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。８．前記少なくとも１つの検出器は、振幅変調放射線源の１／３周期毎に動作可能とされることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。９．前記位相角を計算する手段は、放射された放射線と、複数の要素のそれぞれから反射されて装置により受取られた放射線の間の位相角を計算する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 10．前記少なくとも１つの光電画像検出器に応答して、被写体から反射された検出放射線から、被写体の２次元反射画像を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 11．前記距離を計算する手段に応答して、前記複数の要素相互間の距離の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 12．前記距離を計算する手段に応答して、複数の要素相互間の距離を含む被写体の３次元画像の表示を生成する手段を更に含むことを特徴とする請求項10記載の３次元撮像装置。 13．前記位相角を計算する手段に応答して、複数の要素と撮像装置との絶対距離を計算する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または10記載の３次元撮像装置。 14．前記絶対距離を計算する手段は、第１の周波数で照射を行う前記振幅変調放射線源において、放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第１の位相角組を計算する手段と、前記振幅変調放射線源の周波数を第２の周波数に調整する手段と、第２の周波数における放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第２の位相角組を計算する手段と、第１および第２の位相角の組と第１および第２の周波数とに応答して、複数の要素の装置からの絶対距離を決定する手段とを含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 15．前記絶対距離を計算する手段に応答して、前記複数の要素の撮像装置からの絶対距離の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 16．前記絶対距離を計算する手段および前記２次元反射画像を生成する手段に応答して、前記複数の解像要素の撮像装置への絶対距離を含む、被写体の３次元画像の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 17．装置と被写体の間の相対移動のために装置にもたらされたドップラー効果を補償する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 18．前記補償する手段は、複数の連続する所定期間にわたって、放射された放射線と反射された放射線との間の計算された位相角の平均値を繰返し求める手段を含むことを特徴とする請求項17記載の３次元撮像装置。 19．求められたいずれか２つの連続する計算された位相角の平均値の間に、変化があったかどうかを判定する手段と、同期して動作可能とする手段を調整する手段であって、前記検出器の可動化の頻度を変化させて、前記計算された位相角の平均値を複数の連続する所定時間にわたって等しくなるようにし、ドップラー効果を補償する調整手段とをさらに含むことを特徴とする請求項18記載の３次元撮像装置。 20．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源と、少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器と、被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段と、放射光と反射光の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段と、前記距離を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を表示する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。 21．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源と、少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器と、被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段と、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器に応答して、被写体から反射された検出光から、被写体の２次元反射画像を生成する手段と、放射光と反射光の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段と、前記距離を計算する手段と前記２次元反射画像を生成する手段とに応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を含む、被写体の３次元画像を生成する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。 22．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に放射線を放射するための振幅変調放射線源と、少なくとも３つの光電画像検出器と、被写体から反射された放射線を検出するための、前記変調放射線源の周期の異なる部分の間に、前記検出器を同期して動作可能とする手段と、放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ワインチェス，ゲールトアメリカ合衆国マサチューセッツ州 02150 チェルシーコマンダントロードシャープ404 160 (72)発明者シェパード，オルアメリカ合衆国マサチューセッツ州 02174 アーリントンバレンタインロード 99

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、該被写体に放射線（radiation）を送る振幅変調放射線源と、少なくとも１つの光電画像検出器と、該被写体から反射された放射線を検出するための、前記変調放射線源の周期の少なくとも３つの部分の間に少なくとも１つの検出器を同期して動作可能とする手段と、放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算するための手段と、前記位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。２．前記放射線源は正弦波振幅変調放射線源であることを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。３．前記放射線源は被写体に放射するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。４．前記放射線源は発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元撮像装置。５．前記少なくとも１つの光電画像検出器は、ＣＣＤ撮像器であることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。６．１つの光電画像検出器があり、該光電画像検出器は、前記振幅変調放射線源の各周期の少なくとも３つの部分の間に、前記同期させるための手段に応答して放射線を検出する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。７．少なくとも３つの光電画像検出器があり、前記同期して動作可能とする手段は、前記振幅変調放射線源の各期間の少なくとも３つの部分の間に、異なる前記検出器を動作可能とすることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。８．前記少なくとも１つの検出器は、振幅変調放射線源の１／３周期毎に動作可能とされることを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。９．前記位相角を計算する手段は、放射された放射線と、複数の要素のそれぞれから反射されて装置により受取られた放射線の間の位相角を計算する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 10．前記少なくとも１つの光電画像検出器に応答して、被写体から反射された検出放射線から、被写体の２次元反射画像を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 11．前記距離を計算する手段に応答して、前記複数の要素相互間の距離の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 12．前記距離を計算する手段に応答して、複数の要素相互間の距離を含む被写体の３次元画像の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項10記載の３次元撮像装置。 13．前記位相角を計算する手段に応答して、複数の要素と撮像装置との絶対距離を計算する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１および10記載の３次元撮像装置。 14．前記絶対距離を計算する手段は、第１の周波数で照射を行う前記振幅変調放射線源において、放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第１の位相角組を計算する手段と、前記振幅変調放射線源の周波数を第２の周波数に調整する手段と、第２の周波数における放射された放射線と、各複数の要素から反射されて装置により受取られた放射線との間の第２の位相角組を計算する手段と、第１および第２の位相角の組と第１および第２の周波数とに応答して、複数の要素の装置からの絶対距離を決定する手段とを含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 15．前記絶対距離を計算する手段に応答して、前記複数の要素の撮像装置からの絶対距離の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 16．前記絶対距離を計算する手段および前記２次元反射画像を生成する手段に応答して、前記複数の解像要素の撮像装置への絶対距離を含む、被写体の３次元画像の表示を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項13記載の３次元撮像装置。 17．装置と被写体の間の相対移動のために装置にもたらされたドップラー効果を補償する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の３次元撮像装置。 18．前記補償する手段は、複数の連続する所定期間にわたって、放射された放射線と反射された放射線との間の計算された位相角の平均値を繰返し求める手段を含むことを特徴とする請求項17記載の３次元撮像装置。 19．求められたいずれか２つの連続する計算された位相角の平均値の間に、変化があったかどうかを判定する手段と、同期して動作可能とする手段を調整する手段であって、前記検出器の可動化の頻度を変化させて、前記計算された位相角の平均値を複数の連続する所定時間にわたって等しくなるようにし、ドップラー効果を補償する調整手段とをさらに含むことを特徴とする請求項18記載の３次元撮像装置。 20．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源と、少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器と、被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段と、放射光と反射光の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段と、前記距離を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を表示する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。 21．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に照光するための正弦波振幅変調光源と、少なくとも１つの同期してゲート制御されるＣＣＤ撮像器と、被写体から反射された光を検出するための、前記変調光源の正弦波期間の少なくとも３つの部分の間に、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器を同期して動作可能とする手段と、前記少なくとも１つのＣＣＤ撮像器に応答して、被写体から反射された検出光から、被写体の２次元反射画像を生成する手段と、放射光と反射光の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段と、前記距離を計算する手段と前記２次元反射画像を生成する手段とに応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を含む、被写体の３次元画像を生成する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。 22．複数の解像要素を含む被写体を撮像するための３次元撮像装置において、撮像される被写体に放射線を放射するための振幅変調放射線源と、少なくとも３つの光電画像検出器と、被写体から反射された放射線を検出するための、前記変調放射線源の周期の異なる部分の間に、前記検出器を同期して動作可能とする手段と、放射された放射線と反射された放射線の間の位相角を計算する手段と、位相角を計算する手段に応答して、被写体の複数の要素相互間の距離を計算する手段とを含むことを特徴とする３次元撮像装置。