KR102543275B1 - 평행 패턴들을 투사하는 거리 센서 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법은, 광원으로부터 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계로서, 복수의 빔들은 복수의 점선들이 오브젝트 상에 투사되도록 하고, 복수의 점선들은 서로 평행하게 배향되는, 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계; 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계로서, 오브젝트는 이미지 내에서 볼 수 있고, 복수의 점선들은 또한 이미지 내에서 볼 수 있는, 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계; 및 이미지 내의 정보를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

평행 패턴들을 투사하는 거리 센서
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 2015년 5월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/159,286호의 이익을 주장하며 2016년 5월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제15/149,323호의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 또한 2016년 12월 7일 출원된 미국 가특허출원 제62/430,998호의 이익을 주장한다. 이들 출원 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시사항은 일반적으로 컴퓨터 비전 시스템들(computer vision systems)에 관한 것으로서, 특히 공간 내의 오브젝트 또는 점까지의 거리를 측정하는 센서에 관한 것이다.
로봇 차량들과 같은 무인 차량들 및 드론들은 일반적으로 주변 환경에서의 장애물 검출 및 네비게이션을 위해 컴퓨터 비전 시스템들에 의존한다.
이러한 컴퓨터 비전 시스템들은 차례로 주변 환경에 대한 정보를 수집하기 위해 컴퓨터 비전 시스템들이 처리하는 주변 환경으로부터의 시각적 데이터를 수집하는 다양한 센서들에 일반적으로 의존한다. 예를 들어, 하나 이상의 이미징 센서들을 통해 수집된 데이터는 차량으로부터 주변 환경의 특정 오브젝트 또는 점까지의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법은, 광원으로부터 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계로서, 복수의 빔들은 복수의 점선들이 오브젝트 상에 투사되도록 하고, 복수의 점선들은 서로 평행하게 배향되는, 투사하는 단계, 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계로서, 오브젝트들은 이미지 내에서 볼 수 있고, 복수의 점선들 또한 이미지 내에서 볼 수 있는, 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계, 및 이미지 내의 정보를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스는, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 오브젝트까지의 거리를 산출하는 동작들을 수행하게 하는 복수의 명령들을 저장한다. 이러한 동작들은, 광원으로부터 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계로서, 복수의 빔들은 복수의 점선들이 오브젝트 상에 투사되도록 하고, 복수의 점선들은 서로 평행하게 배향되는, 투사하는 단계, 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계로서, 오브젝트들은 이미지 내에서 볼 수 있고, 복수의 점선들 또한 이미지 내에서 볼 수 있는, 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계, 및 이미지 내의 정보를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 장치는 복수의 빔들을 동시에 투사하는 광원으로서, 복수의 빔들은 복수의 점선들이 오브젝트 상에 투사되도록 하고, 복수의 점선들은 서로 평행하게 배향되는, 광원, 시야의 이미지를 캡쳐하는 이미징 센서로서, 오브젝트들은 이미지 내에서 볼 수 있고, 복수의 점선들 또한 이미지 내에서 볼 수 있는, 이미징 센서, 및 이미지를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하는 회로를 포함한다.
본 개시사항의 교시는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 개시사항의 광학 구성을 생성하는데 사용될 수 있는 거리 센서의 일 실시예의 단면도.
도 1b는 도 1a의 거리 센서의 평면도.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 거리 센서의 광원들 중 하나에 의해 투사될 수 있는 패턴의 제 1 예를 도시하는 도면.
도 2a는 도 1c에 도시된 평행선들의 예시적인 패턴을 도시하는 도면.
도 2b는 도 2a의 광원에 의해 투사된 빔들의 "부채꼴(fan)"의 정면도.
도 2c는 도 2b의 빔들의 부채꼴의 측면도.
도 3은, 반구형 시야에 투사된, 도 1c에 도시된 평행선들의 예시적인 패턴의 다른 측면도.
도 4는, 광원들 각각이 복수의 광빔들을 부채꼴 형태로 방출하는 것으로 도시된, 도 1a 내지 도 1c의 거리 센서의 평면도.
도 5a는, 동시에 복수의 광빔을 방출한 도 4의 모든 광원들에 의해 생성될 수 있는 패턴의 평면도.
도 5b는 도 5a에 도시된 패턴의 절반의 평면도.
도 6a는, 도 6a의 거리 센서가 2개의 이미징 센서들을 포함하는 것을 제외하면, 도 1b에 도시된 거리 센서와 유사한 거리 센서의 평면도.
도 7a 및 도 7b는 본 개시사항의 거리 센서에 의해 투사될 수 있는 투사 패턴들의 보다 상세한 예들을 도시하는 도면.
도 8a는 복수의 평행 투사에 의해 생성될 수 있는 예시적인 구형(또는 반구형) 좌표 구조의 예를 도시하는 도면.
도 8b는 도 8a의 패턴을 평면 투사에서 도시한 도면.
도 8c는 점들의 궤적이 오브젝트까지의 거리에 따라 변하는 도 8b의 패턴을 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 개시사항의 거리 센서에 의해 투사될 수 있는 투사 패턴의 보다 상세한 예들을 도시하는 도면.
도 10a는 각 선이 일련의 점들을 포함하는한 쌍의 평행선들을 사용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 관련 파라미터들을 나타내는 도면.
도 10b는 도 10a의 이미징 센서로부터 도 10a의 오브젝트까지의 거리(D)를 산출하는 알고리즘의 일례를 도시하는 도면.
도 11a 및 도 11b는 본 명세서에 개시된 거리 센서를 사용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 간단한 알고리즘이 도출될 수 있는 개념을 도시하는 도면.
도 12는 예시적인 거리 센서로 확대된 도 11a 및 도 11b의 개념을 도시하는 도면.
도 13은 센서로부터 공간 내의 오브젝트 또는 점까지의 거리를 산출하기 위한 방법의 흐름도.
도 14는 본 명세서에 설명된 기능들을 수행하는데 사용하기에 적합한 범용 컴퓨터의 고-레벨 블록도.
도 15는 동시에 투사되는 2개의 상이한 예시적인 투사 패턴들을 도시하는 도면.
이해를 돕기 위해, 가능한 경우, 동일한 도면 부호들이 도면에 공통인 동일한 요소들을 나타내기 위해 사용되었다.
일 실시예에서, 본 개시사항은 거리 센서에 관한 것이다. 거리 센서들은 컴퓨터 비전 시스템이 차량으로부터 주변 환경의 특정 오브젝트 또는 점까지의 거리를 결정하는 것을 돕기 위하여 무인 차량들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 거리 센서는 하나 이상의 광빔들을 오브젝트 또는 점에 투사할 수 있고, 이후 비행시간(TOF), 반사광(예: 레이더) 분석 또는 다른 수단에 따라 거리를 산출할 수 있다. 그러나 이러한 유형의 종래의 거리 센서들은 부피가 커지는 경향이 있으므로, 소형 차량들에 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 더욱이, 센서들은 제조 비용이 매우 높을 수 있으며, 제한된 시야를 갖는 경향이 있다. 예를 들어, 다수의 종래의 이미징 센서들의 배열을 사용한다고 해도, 360도 미만의 시야를 제공한다. 개시된 유형의 거리 센서들은 또한 3 차원(3D) 이미징을 포함하는 다른 애플리케이션들에 사용될 수 있다.
본 개시사항의 예는 2015년 10월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제14/920,246 호에 개시된 거리 센서들 중 어느 하나와 같은 소형 거리 센서에 대한 광학 구성 개선을 제공한다. 하나 이상의 광원들은 복수의 빔들을 투사하고, 이들은 집합적으로 오브젝트에 입사할 때 선들의 패턴을 형성한다. 하나 이상의 이미징 센서들은 이후 오브젝트와 패턴의 2차원 이미지들을 캡쳐하고, 이미지 내의 오브젝트 위에 있는 패턴의 외관에 기초하여 오브젝트까지의 거리를 산출한다. 본 개시사항의 문맥 내에서, "빔" 또는 "투사 빔"은 개시된 거리 센서의 광원에 의해 방출되는 광의 형태를 지칭한다. "선" 또는 "패턴"은 광원에 의해 방출된 빔이 표면 또는 오브젝트에 입사할 때 그 표면 또는 오브젝트에 생성되는 이미지를 나타낸다.
예를 들어, 도 1a 및 도 1b는 본 개시사항의 광학 구성들을 생성하는데 사용될 수 있는 거리 센서(100)의 일례를 도시한다. 특히, 도 1a는 거리 센서(100)의 단면도를 도시하는 반면, 도 1b는 도 1a의 거리 센서(100)의 평면도를 도시한다. 거리 센서(100)는 예를 들어 무인 차량에 장착될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 거리 센서(100)는 소형 하우징(102) 내에 배치된 복수의 구성요소들을 포함한다. 일 예에서, 구성 요소들은, 광각 렌즈(112)를 포함하는 이미징 센서(110) 주위에 배치된 복수의 광원(1081-108n)(이하, 집합적으로 "광원들(108)" 또는 개별적으로 "광원(108)"으로 지칭됨)을 포함한다. 일 예에서, 복수의 광원들(108)은 짝수의 광원들을 포함한다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 예에서, 복수의 광원들(108)은 4개의 광원들(108)을 포함한다. 일 예에서, 구성 요소들은 중심 축(A-A')을 중심으로 실질적으로 대칭으로 배치된다. 예를 들어, 일 예에서, 중심 축(A-A')은 이미징 센서(110)의 광축과 일치하고, 광원들(108)은 도 1b에 도시된 바와 같이, 이미징 센서(110)를 중심의 링(ring)에서 일정한 간격들(예를 들면, 매 30도, 매 90도, 등)로 이격된다. 그러나 다른 예들에서, 오로지 단일 광원(108)이 사용될 수 있다.
일 예에서, 각각의 광원들(108)은 복수의 광빔들을 방출하는 레이저 광원이고, 여기서 복수의 광빔들은 점들(또는 x들, 대시들, 등과 같은 다른 표식들)의 복수의 선들을 복수의 빔이 입사하는 면에 투사할 수 있다. 따라서, 각각의 광원(108)은 거리 센서(100)에 대한 투사점, 즉 복수의 광빔들이 시야로 투사되는 거리 센서(100) 위의 한 점으로 간주될 수 있다. 이를 위해, 각각의 투사점은, 광원(108)에 의해 방출된 하나의 광빔을 복수의 광 빔들로 분할하는 각각의 회절 광학 요소(1141-114n)(이하, 집합적으로 회절 광학 요소들(114")로 지칭되거나, 또는 개별적으로 "회절 광학 요소(114")로 지칭된다)를 포함할 수 있다. 복수의 광빔들 중 각각의 개별적인 광빔은 표면상에 점 또는 포인트를 투사할 수 있고, 복수의 빔들은 대응하는 점들이 일련의 평행선들을 집합적으로 형성하도록 배치된다. 이러한 선들은 점들로 이루어질 수 있어서, 이들은 집합적으로 점들의 직사각형의 매트릭스를 형성한다. 대안적으로, 선들은 연속적일 수 있거나, 대시들, x들, 등으로 형성될 수 있다.
각 광원(108)의 투사 방향은 이미징 센서(110)에 대해 고정될 수 있다. 일 예에서, 각각의 광원(108)은 표면상에 상이한 시각 패턴을 형성하는 복수의 빔들을 투사하도록 구성된다. 예를 들어, 광원(1081)은 점들의 패턴을 투사할 수 있는 반면, 광원(1082)은 대시들 또는 x들, 등의 패턴을 투사할 수 있다. 다른 예에서, 복수의 광원들(108) 중 적어도 하나의 광원(108)은 그것이 투사하는 패턴을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 광원들(108)에 의해 투사되는 광의 세기는 변할 수 있다. 예를 들어, 광원(1081)은 제 1 세기의 광을 투사할 수 있는 반면, 광원(1082)은 다른 제 2 세기의 광을 투사할 수 있다. 대안적으로, 각각의 광원(108)은 세기가 일부 범위 내에서 변할 수 있는 광을 투사할 수 있다.
각각의 광원(108)으로부터 방출되는 광은 사람의 시각에 비교적 안전하다고 알려진 파장(예: 적외선)이다. 또 다른 예에서, 각각의 광원(108)은 그 출력의 세기를 조정하는 회로를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 각각의 광원(108)은 이미지 캡쳐시 주변 광의 영향을 완화시키기 위해 광을 펄스들로 방출할 수 있다.
일 예에서, 복수의 광원들(108)은 도 1a에 도시된 바와 같이 복수의 광원들)에 의해 방출된 광이 전파하는 방향에 대해, 이미징 센서(110)의 주요 점(즉, 광축(A-A')이 이미지 평면과 교차하는 점) "뒤"에 위치한다. 일 예에서, 복수의 광원들(108) 중 적어도 하나의 광원(108)은 거리 센서(100)로부터 분리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이미징 센서(110)는 복수의 광원들(108)의 중심에서 중심 축(A-A')을 따라 위치될 수 있다. 일 예에서, 이미징 센서(110)는 스틸 카메라 또는 비디오 카메라와 같은 이미지 캡쳐 디바이스이다. 하나의 특정 예에서, 이미지 캡쳐 디바이스는 적색, 녹색, 청색 적외선(RGB-IR) 센서를 포함한다. 또한, 상술한 바와 같이, 이미징 센서(110)는 반구형 시야를 생성하는 어안 렌즈와 같은 광각 렌즈(112)를 포함한다. 일 예에서, 렌즈(112)는 중심 프로젝션이 아닌, 또는 표면 광학 렌즈가 없는 임의의 유형의 렌즈를 포함한다. 일 예에서, 이미징 센서(110)는 거리 센서(100)로부터 오브젝트 또는 점까지의 거리를 산출하기 위한 회로를 포함한다. 다른 예에서, 이미징 센서는 네트워크를 통해 캡쳐된 이미지를 프로세서에 전달하기 위한 네트워크 인터페이스를 포함하고, 프로세서는 거리 센서(100)로부터 오브젝트 또는 점까지의 거리를 산출하고, 이후 산출된 거리를 다시 거리 센서(100)에 전달한다.
또 다른 예에서, 거리 센서(100)는 그 빔을 제 1 복수의 빔들로 분할하기 위해 회절 광학 요소를 사용하는 단일 광원(108)을 사용할 수 있다. 제 1 복수의 빔들의 각각은 이후 상술한 바와 같이(예를 들어, 회절 광학 요소(114)에 의해) 거리 센서(100)의 각 투사점으로부터 방출되는 제 2 복수의 빔들로 추가로 분할된다. 이 예는 미국 특허출원 제14/920,246호에 보다 상세히 논의되었다.
따라서, 일 예에서, 거리 센서(100)는 복수의 투사 빔들을 생성하기 위해 복수의 광원들 또는 투사점들을 사용하고, 여기서 복수의 투사 빔들에 의해 생성된 복수의 선들(예를 들어, 점들 또는 대시들의 패턴들을 포함할 수 있는)은 그들이 투사되는 표면상에 서로 평행하게 배향될 수 있다. 따라서, 거리 센서(100)에 의해 표면상으로 투사된 패턴은 복수의 평행선들을 포함할 수 있고, 각각의 선들은 점들, 대시들, x들, 등의 선을 포함한다. 거리 센서(100)로부터 오브젝트까지의 거리는 (예를 들어, 2015년 10월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제14/920,246호에 기술된 바와 같이) 시야 내의 복수의 평행선들의 외관으로부터 (예를 들어, 점들의 위치에 의해) 산출될 수 있다. 예를 들어, 거리가 변하더라도 선들이 항상 연속적으로 선형이기 때문에, 오브젝트까지의 거리는 평행선들을 형성하는 점들의 축 방향 움직임을 통해 검출될 수 있다. 오브젝트의 크기와 치수들은 또한 직접 산출될 수 있다.
광원들(108)의 각각이 상이한 패턴(예를 들어, 점들, x, 대시들, 등)의 복수의 선들을 투사할 때, 이미징 센서(110)의 회로는 캡쳐된 이미지 내의 어느 선들이 광원들(108) 중 어느 것에 의해 생성되는지를 쉽게 결정할 수 있다. 이는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 거리 산출을 용이하게 할 수 있다. 일 예에서, 상이한 거리 산출 기술은 광원들(108) 각각에 의해 투사된 패턴들과 관련하여 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 거리 센서(100)는 시야에서 평행 패턴들을 형성하는 투사 빔들을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 1c는 예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 거리 센서(100)의 광원들(1081) 중 하나에 의해 투사될 수 있는 패턴(102)의 제 1 예를 도시한다. 도 1c는 또한 도 1a 및 도 1b의 거리 센서(100)의 이미징 센서(110), 렌즈(112) 및 3개의 광원들(1081, 1082 및 1083)을 포함하는 구성요소들 중 일부를 분해도로 도시한다.
도시된 바와 같이, 패턴(102)은 복수의 평행선들(1041-104m)(이하 집합적으로 "선들(104)" 또는 개별적으로 "선(104)"으로 지칭됨)을 포함하며, 각 선(104)은 일련의 점들을 더 포함한다. 복수의 평행 선들(104)은 겹치거나 교차하지 않는다. 집합적으로, 복수의 선들(104)은 중심선(즉, 도 1c의 선(1043))에 대해 대칭 패턴을 형성할 수 있고, 여기에서 점들의 분포는 시야 내에서 고도로 균일하다(최소한의 사각 지점, 즉 패턴(102)이 투사되지 않는 영역을 갖는다).
일 예에서, 복수의 선들(104) 내의 각각의 선(104)은 광원(108)의 평면에 수직인 선에 대해 회전 각도(ε)만큼 기울어지거나 경사지는, 각도(α)에 대한 와인딩(winding) 방향에 대항하고, 여기에서 각도(α)는 이미징 센서의 광축 방향의 평면도(즉, 시야 내의 오브젝트로부터의 뷰)로부터 한정되고, 회전 각도(ε)는 투사 방향의 뷰( 회전 각 ε은 (즉, 투사 축 주위에서, 투사점으로부터 시야의 오브젝트까지의 뷰)로부터 한정된다. 일 예에서, 각도(α)는 적어도 30도이고, 각도(ε)는 0도보다 크다. 도 1b에서, 회전 각(a)의 와인딩 방향은 시계 방향이고, 각도(ε)의 와인딩 방향은 반-시계 방향이다. 각도(α)는 각각의 광원(108)에 대해 동일할 수 있거나, 2개 이상의 광원들은 상이한 각도(α)를 가질 수 있다.
각각의 광원(108)은 광원(108)에 의해 투사된 복수의 선들(104)이 펼쳐지는 부채꼴 각도를 생성하는 광원(108)의 평면에 대하여 각도(θ)만큼 기울어지거나 경사질 수 있다. 또한, 각각의 광원(108)은, 이미징 센서(110)의 광축(A-A')을 따라 측정된, 광원(108)으로부터 이미징 센서(110)까지의 거리를 한정하는 이동 값(b)과 관련된다.
점들의 평행하고 겹치지 않는 선들(104)의 패턴(102)을 투사함으로써, 거리 센서(100)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이미징 센서의 시야에서 오브젝트에 대한 3차원 거리를 산출할 수 있다. 거리는, 오브젝트가 움직이거나, 반사성이거나, 만곡된 형태라 하더라도, 측정될 수 있다. 이미징 센서(110)의 렌즈(112)가 아닌 경우에도, 이러한 거리가 심지어 측정될 수 있다 할지라도, 어안 렌즈와 같은 광각 렌즈의 사용은 거리 센서(100)가 더 넓은(예, 반구) 시야를 감당할 수 있게 할 수 있다.
예를 들어, 도 2a는 표면(200) 위에 투사된 도 1c에 도시된 평행선들의 예시적인 패턴(102)의 또 다른 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 패턴(102)은 중심선(1043)에 대해 실질적으로 대칭이다. 또한, 도시된 바와 같이, 거리 센서의 시야(204)는 실질적으로 반구형이다. 도 2a는 또한 하나의 광원(108)으로부터 투사된 복수의 빔들이 광원(108)으로부터의 부채꼴 배열로 펼쳐져 표면(200)상에 평행하고 중첩되지 않는 선들의 패턴(102)을 생성하는 방법을 도시한다. 도 2b는 도 2a의 광원(108)에 의해 투사된 빔들의 "부채꼴"의 정면도를 도시하는 반면, 도 2c는 도 2b의 빔들의 부채꼴의 측면도를 도시한다. 도시된 예에서, 광원(108)에 의해 투사되는 각각의 빔 사이의 간격은 θ로 표시되고, 반면에, 패턴(102)의 각 선 사이의 간격은 η로 표시된다. 일 예에서, 빔들 사이의 간격 및 선들 사이의 간격은 균일하다.
도 3은, 반구형 시야(204)에 투사된, 도 1c에 도시된 평행선들의 예시적인 패턴(102)의 다른 측면도를 도시한다. 화살표(300)는 반구형 시야(204) 내의 오브젝트(302)까지의 거리(R)를 나타낸다. 또한, 화살표들(304 및 306)은 광원(1081)으로부터 방출된 빔의 각도와 빔에 의해 투사된 패턴의 이미지가 이미징 센서(110)에 의해 캡쳐되는 각도 사이의 위치 관계를 나타낸다.
도 4는 도 1a 내지 도 1c의 거리 센서(100)의 평면도를 도시하고, 여기에서 광원들(108)의 각각은 복수의 광빔들을 부채꼴 형태로 방출하는 것으로 도시된다. 각각의 복수의 빔들은 도 1c 및 도 2a에 도시된 패턴(102)과 같은 평행선들의 각각의 패턴을 생성한다.
또한, 일 예시에서, 광원들의 각각은 광원의 투사점을 이미징 센서(110)의 광축(A-A')에 연결하는 선에 대해 동일한 각도(α)로 복수의 빔들을 방출하도록 배치된다. 상술한 바와 같이, 일 예에서, 각도(α)는 적어도 30도이다. 각도(α)가 작을수록, 시야 내에 투사되는 집합적인 패턴은 덜 확산될 것이다(즉, 투사된 평행선들의 점들은 표면에 입사할 때 함께 근접하여 보일 것이다). 즉, 오브젝트의 거리에 대한 점의 움직임은 너무 작아서 특히 먼 거리들에 대해 거리를 효과적으로 결정할 수 없다. 각도(α)가 클수록 시야에 투사되는 집합적인 패턴이 더 확산될 것이다(즉, 투사된 평행선들의 점들은 표면에 입사할 때 더 멀리 떨어져 보일 것이다).
광원들의 각각이 동시에 복수의 빔들을 방출할 때, 시야는 평행선들의 패턴으로 균일하게 덮일 수 있으며, 평행선들의 각각은 일련의 점들, 대시들, x들, 등으로 형성된다. 이 경우에, 상이한 복수의 빔들에 의해 형성된 각각의 평행선들은 중첩되지 않는다. 이는 거리 센서(100)가 반구형 시야 내에 존재하는 임의의 오브젝트에 대한 거리를 산출하게 한다.
도 5a는, 예를 들어, 복수의 광 빔들을 동시에 방출하는 도 4의 모든 광원들에 의해 생성될 수 있는 패턴의 평면도를 도시한다. 특히, 도 5a는 공통 광원에 의해 투사된 빔들 사이의 다양한 간격들(θ)(예를 들어, θ=0도, θ=30도, θ=60도 및 θ=90도에 대한)에 대한 예시적인 패턴의 외관을 도시한다. 이 경우 4개의 광원들이 있으며, 각 광원은 거리 센서의 시야에서 한 표면에 7개의 평행선들을 생성하는 7개의 빔들의 부채꼴을 투사한다. 집합적으로, 4개의 광원들은 도시된 바와 같이 반구형 시야의 전부 또는 거의 전부를 담당하는 패턴들을 투사할 수 있다. 따라서, 약 180 도의 시야는 비교적 적은 수의 광원들 및 단일 상상 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 도 5a에 도시된 패턴의 절반의 평면도를 도시하는 도 5b에 도시된 바와 같이, 서로 180도로 이격된 광원들에 의해 생성된 각각의 패턴은 서로 옵셋될 것이다. 이 것은 반구형 시야의 전부 또는 거의 모든 부분이 덮이는 것을 보장하면서 투사된 패턴의 중첩을 최소화한다.
도 4의 모든 광원들이 그들의 각각의 복수의 광 빔들을 동시에 방출하는 일 예를 도시하지만, 다른 예들에서, 광원들은 그들의 각각의 복수의 광 빔들을 순차적으로 방출하도록 시간이 조절될 수 있다. 일 예에서, 적어도 2쌍의 광원(즉, 적어도 총 4개의 광원)이 있는 경우, 광원들의 제 1 쌍(예를 들어,도 5b에서와 같이 서로 180도 이격된)은 그들 각각의 복수의 광 빔들을 동시에 방출하도록 시간이 조절된다. 그 후, 제 1 쌍의 광원들은 그들 각각의 복수의 광 빔들을 투사하는 것을 중지하고, 광원들의 제 2 쌍(예를 들어, 또한 서로 180도 이격된)은 그들 각각의 복수의 광 빔들을 동시에 방출한다. 따라서, 2개 쌍의 광원들은 그들 각각의 복수의 광 빔들을 교대로 방출한다. 이 예는 광원에 의한 펄스 방출을 포함하며, 각 펄스 방출 사이에 일부 시간 간격이 존재한다.
일부 예들에서, 본 개시사항의 거리 센서는 하나 이상의 이미징 센서를 포함할 수 있다. 도 6a는 예를 들어, 거리 센서(600)의 평면도를 도시하며, 이는 도 6a의 거리 센서(600)가 2개의 이미징 센서들(610A 및 610B)을 포함하는 것을 제외하면 도 1b에 도시된 거리 센서(100)와 유사하다. 일 예에서, 상이한 이미징 센서들(610A 및 610B)은 상이한 광학 사양(예를 들어, 해상도, 광 감도, 시야, 등)을 가질 수 있다.
이 경우, 복수의 광원들(6081-608n)(이하, 집합적으로 "광원들(608)" 또는 개별적으로 "광원(608)"으로 지칭됨)은 한 쌍의 이미징 센서들(610A 및 610B)의 쌍 주위에는 고리 형태로 배치된다. 도시된 바와 같이, 이미징 센서들(610A 및 610B)의 광 축들(A-A' 및 B-B')은, 이미징 센서들(610A 및 610B)의 각각에 대한 개별 광원(608)의 위치 관계(광원(6083)의 상이한 각도들(αA 및 αB)에 의해 표시된)와 마찬가지로, 각각 상이하다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 광원들(608)에 의해 투사된 패턴(602)은 복수의 평행선들(6041 내지 604m)(이하, 집합적으로 "선들(604)" 또는 개별적으로 "선(604)"으로 지칭됨)을 여전히 포함하고, 각 선(604)은 일련의 점들을 추가로 포함한다. 복수의 평행선들(604)은 겹치거나 교차하지 않는다. 집합적으로, 복수의 선들(604)은 중심선(즉, 도 6b의 선(6043)) 주위의 대칭 패턴을 형성할 수 있고, 점들의 분포는 시야 내에서 고도로 균일하다(최소한의 사각 지점, 즉, 패턴(602)이 투사되지 않는 영역을 갖는다). 각 이미징 센서(610A 및 610B)는 동일한 패턴(602)의 이미지들을 캡쳐하지만, 패턴(602)의 위치는 (예를 들어, 각각의 이미징 센서 자신의 좌표계에 특정적이다(예, 각 광학 위치, 축 방향 및 광학적 주요점의 위치에 기초한다).
또한, 도 7a 및 도 7b는 본 개시사항의 거리 센서에 의해 투사될 수 있는 투사 패턴의 보다 상세한 예들을 도시한다. 특히, 도 7a는 점들의 중심선을 포함하는 점들로 형성된 복수의 평행선들을 포함하는 제 1 예시적인 패턴(700A)을 도시하는 반면, 도 7b는 점들의 중심선이 없는 점들로 형성된 복수의 평행선들을 포함하는 제 2 예시적인 패턴(700B)을 도시한다.
보다 구체적으로는, 도 7a에서, 패턴(700A)은 복수의 평행선들(702A)을 포함하며, 각 선은 일련의 점들(704A)로 형성된다. 일 예에서, 인접 평행선들(702A) 사이의 위상차(φ)가 존재하여, 인접 평행선들(702A)의 점들(704A) 사이에서 x 및/또는 y 방향으로 약간의 변위가 존재한다. 일 예에서, 위상은 하나 거른 모든 선(702A)마다(예를 들어 하나 거른 모든 선(702A)이 동일한 위상을 갖도록), 또는 매 3개의 선들(702A)마다(예를 들어, 모든 3번째 선(702A)이 동일한 위상을 갖도록), 등과 같이 변할 수 있다.
집합적으로, 복수의 평행선들(702A)은 점들(704A)의 직사각형 매트릭스를 형성하며, 이는 각도(Δφ)만큼 회전되고, 각도(Δθ)만큼 상승될 수 있다. 점들의 이러한 직사각형 매트릭스는, 패턴(700A)의 x축에 평행하게 배향되는 제 1 중심선(706A)에 대해 대칭이고, 또한 패턴의 y축에 평행한 제 2 중심선(708A)에 대해 대칭이다. 따라서, 점들의 직사각형 매트릭스는 투사 중심(71OA)에 대해 대칭이다. 제 2 중심선(708A)은 또한 이미징 센서의 렌즈(712A)에 대한 법선으로 간주될 수 있다. 일 예에서, 적어도 제 1 중심선(706A)은 이미징 센서의 광축의 원의 접선 방향에 위치한다. 제 1 중심선(706A)과 제 2 중심선(708A)은 점(704A)로 형성된다. 패턴(700A)의 투사 중심(71OA)은 패턴(700A)이 투사되는 광원의 투사의 축을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1 중심선(706A) 및 제 2 중심선(708A)은 모두 광원의 투사 중심(710A)을 통과할 수 있다.
이 예에서, 오브젝트 거리를 변화시킴으로써 패턴(700A)의 궤적은 제 2 중심선(708A)에 평행하게 또는 거의 평행하게 된다. 점들(704A)의 선들(702A)은 동일한 점 간격들(예컨대, Δθ) 또는 일부 다른 규칙성을 갖고 제 2 중심선(708A)에 평행하게 위치될 수 있다. 이들 평행선들(702A)은 점 간격에서의 위상 이동(φ)을 제외하면 동일한 구성을 갖는다.
도 7b에서, 패턴(700B)은 복수의 평행선들(702B)을 포함하며, 각 선은 일련의 점들(704B)로 형성된다. 일 예에서, 인접한 평행선들(702B) 사이에 위상차(φ)가 존재하여, 인접한 평행선들(702B)의 점들(704B) 사이에서 x 및/또는 y 방향으로 약간의 변위가 존재하게 된다. 일 예에서, 위상은, 하나 거른 모든 선(702B)마다(예를 들어 하나 거른 모든 선(702B)이 동일한 위상을 갖도록), 또는 매 3개의 선(702B)마다(예를 들어, 모든 3번째 선(702B)이 동일한 위상을 갖도록), 등과 같이 변할 수 있다.
집합적으로, 복수의 평행선들(702B)은 점들(704B)의 직사각형 매트릭스를 형성하며, 이는 각도(Δφ)만큼 회전되고, 각도(Δθ)만큼 상승될 수 있다. 점들의 이러한 직사각형 매트릭스는 패턴(700B)의 x축에 평행하게 배향되는 제 1 중심선(706B)에 대해 대칭이고, 또한 패턴의 y축에 평행한 제 2 중심선(708B)에 대해 대칭이다. 따라서, 점들의 직사각형 매트릭스는 투사 중심(710B)에 대해 대칭이다. 제 2 중심선(708B)은 또한 이미징 센서의 렌즈(712B)에 대한 법선으로 간주될 수 있다. 일 예에서, 적어도 제 1 중심선(706B)은 이미징 센서의 광축의 원의 접선 방향에 위치한다. 도 7a의 패턴(700A)과 대조적으로, 제 1 중심선(706B)은 점들(704B)로 형성되지 않는다. 따라서, 도 7b의 평행선들(704B) 사이의 간격은 도 7a의 평행선들(702A) 사이의 간격보다 클 수 있다. 패턴(700B)의 투사 중심(710B)은 패턴(700B)이 투사되는 광원의 투사의 축을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1 중심선(706B) 및 제 2 중심선(708B)은 모두 광원의 투사 중심(710B)을 통과할 수 있다.
도 8a는 전술한 바와 같은 복수의 평행선들의 투사에 의해 생성될 수 있는 예시적인 구형(또는 반구형) 좌표 구조(800)를 도시한다. 특히, 도 8a는 가상 구(802)로서 구성된 시야를 도시한다.
도시된 바와 같이, 거리 센서는 광원(804) 및 광원(804)에 의해 방출된 광의 빔을 복수의 빔들로 분할하기 위한 회절 광학 요소를 포함한다. 복수의 빔들의 중심(808)(예를 들어, 하나의 빔이 복수의 빔들로 분할되는 지점)은 패턴의 투사점으로 간주될 수 있고, 이는 패턴(812)의 투사 중심(810)에 대응한다(이 투사 중심(810)의 좌표는, (φ,θ)=(0,0)이다). 투사점(808)으로부터 투사 중심(810)까지 연장된 선은 광원(804)의 투사 축(방출 방향)으로 고려될 수 있다.
패턴(812)의 제 1 중심선(814)은 θ=0에 대응한다(즉, 상승 각(θ)은 0이다). 제 1 중심선(814)에 평행한 선들은 θ=0p에 대응한다(즉, 상승 각(θ)는 평행선에서 평행선까지 일정한 Op이다). 따라서, 패턴(812)은 도 8b에 도시된 바와 같이 핀 쿠션-형 형상을 취할 수 있고, 도 8b는 도 8a의 패턴을 평면 투사로 도시한다. y 방향의 각 점의 위치는 φ로 기술될 수 있다. 따라서, 제 2 중심선(816)은 φ=0에 대응한다.
각각의 점의 캡쳐된 이미지는 오브젝트 거리를 변화시킴으로써 제 2 중심선(816)에 평행한 방향으로 이동할 수 있다. 그러나 점들의 인접한 선들 사이에 위상 이동이 도입될 때, 점들의 이동 영역(궤적)은 중첩되지 않아야 한다. 점들의 궤적(818)이 오브젝트와의 거리에 따라 변하는 도 8b의 패턴(812)을 도시하는 도 8c에 도시된 바와 같이, 인접한 점선들 사이의 위상차는 개별 점 궤적들의 중첩을 최소화하는 것을 돕는다. 이는 패턴(812)의 점 밀도가 증가하는 것을 허용한다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시사항의 거리 센서에 의해 투사될 수 있는 투사 패턴의 보다 상세한 예들을 도시한다. 특히, 도 9a는 점들의 중심선을 포함하여 점들로 형성된 복수의 평행선들을 포함하는 제 1 예시적인 패턴(900A)을 도시하는 반면, 도 9b는 점들의 중심선이 없는, 점들로 형성된 복수의 평행선들을 포함하는 제 2 예시적인 패턴(900B)을 도시한다. 패턴들(900A 및 900B)은 도 7a 및 도 7b에 도시된 패턴들(700A 및 700B)과 유사하지만; 패턴들(900A, 900B)의 제 1 중심선(906A, 906B)은 각각 이미징 센서의 렌즈(912A, 912B)의 광축 원의 접선 방향에 대하여 각도(γ)로 경사진다.
보다 구체적으로, 도 9a에서, 패턴(900A)은 복수의 평행선들(902A)을 포함하며, 각 선은 일련의 점들(904A)로 형성된다. 집합적으로, 복수의 평행선들(902A)은 점들(904A)의 직사각형 매트릭스를 형성하며, 이는 각도(Δφ)만큼 회전되고, 각도(Δθ)만큼 상승될 수 있다. 점들의 이러한 직사각형 매트릭스는 패턴(900A)의 x축에 평행하게 배향된 제 1 중심선(906A)에 대해 대칭이고, 또한 패턴의 y축에 평행한 제 2 중심선(908A)에 대해 대칭이다. 따라서, 점들의 직사각형 매트릭스는 투사 중심(91OA)에 대해 대칭이다. 제 2 중심선(908A)은 또한 이미징 센서의 렌즈(912A)에 대한 법선으로 간주될 수 있다. 일 예에서, 적어도 제 1 중심선(906A)은 렌즈(912A)의 광학 축의 원의 접선 방향에 대해 각도(γ)로 경사진다.
제 1 중심선(906A)과 제 2 중심선(908A)은 모두 점들(904A)로 형성된다. 패턴(900A)의 투사 중심(91OA)은 패턴(900A)이 투사되는 광원의 투사의 축을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1 중심선(906A)과 제 2 중심선(908A)은 모두 광원의 투사 중심(910A)을 통과할 수 있다.
이 예에서, 오브젝트 거리를 변화시킴으로써 패턴(900A)의 궤적은 제 2 중심선(908A)과 평행 또는 거의 평행하게 된다. 점들(904A)의 선들(902A)은 동일한 점 간격들(예컨대, Δθ) 또는 일부 다른 규칙성을 갖고 제 2 중심선(908A)에 평행하게 위치될 수 있다. 이들 평행선들(902A)은 점 간격에서의 위상 이동(φ)을 제외하면 동일한 구성을 갖는다.
도 9b에서, 패턴(900B)은 복수의 평행선들(902B)을 포함하며, 각 선은 일련의 점들(904B)로 형성된다. 집합적으로, 복수의 평행선들(902B)은 점들(904B)의 직사각형 매트릭스를 형성하며, 이는 각도(Δφ)만큼 회전되고 각도(Δθ)만큼 상승될 수 있다. 점들의 이러한 직사각형 매트릭스는 패턴(900B)의 x축에 평행하게 배향된 제 1 중심선(906B)에 대해 대칭이고, 또한 패턴의 y축에 평행한 제 2 중심선(908B)에 대해 대칭이다. 따라서, 점들의 직사각형 매트릭스는 투사 중심(910B)에 대해 대칭이다. 제 2 중심선(908B)은 또한 이미징 센서의 렌즈(912B)에 대한 법선으로 간주될 수 있다.
일 예에서, 적어도 제 1 중심선(906B)은 렌즈(912B)의 광축의 원의 접선 방향에 대해 각도(γ)로 경사진다. 도 7a의 패턴(900A)과 대조적으로, 제 1 중심선(906B)은 점들(904B)로 형성되지 않는다. 따라서, 도 9b의 평행선들(902B) 사이의 간격은 도 9a의 평행선들(902A) 사이의 간격보다 클 수 있다. 패턴(900B)의 투사 중심(910B)은 패턴(900B)이 투사되는 광원의 투사의 축을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1 중심선(906B)과 제 2 중심선(908B)은 모두 광원의 투사 중심(91B)을 통과할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 선들의 다양한 패턴들은 투사 영역을 이동시킬 수 있다. 이미징 센서 주위에 복수의 광원들을 사용하고, 적절한 각도들 및 위치들에 복수의 광원들을 배치함으로써, 오브젝트까지의 거리가 3차원에서 광각 및 고밀도로 검출될 수 있는 패턴을 투사할 수 있다. 패턴은 전술한 바와 같이 경사질 수 있거나, 경사지지 않을 수 있다. 경사지지 않을 경우, 복수의 광원들은 더 보다 높은 밀도로 특정 영역에 집중되도록 배치될 수 있다.
덧붙여, 광원들(및 가능하게는 관련된 회절 광학 요소들)의 구성들은, 예를 들어 투사 영역, 점 패턴, 광 세기, 점 스폿 포커싱, 등을 변화시킴으로써, 또는 넓은 영역 및 좁은 영역을 고-세기 투사와 결합함으로써, 변할 수 있다. 이미징 센서의 구성들은 또한 다중 이미징 센서를 사용함으로써, 또는 초점 길이, 포커싱 위치, 등을 변화시킴으로써, 또한 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 15는 동시에 투사되는 2개의 상이한 예시적인 투사 패턴들을 도시한다. 제 1 투사 패턴(1500)은 제 1 광원으로부터 투사될 수 있는 반면, 제 2 투사 패턴(1502)은 제 2 광원으로부터 투사될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 투사 패턴(1502)의 선들 사이의 간격은 제 1 투사 패턴(1500)의 선들 사이의 간격보다 작다. 또한, 제 2 투사 패턴(1502)의 점들 사이의 간격은 제 1 투사 패턴(1500)의 점들 사이의 간격보다 작다. 결과적으로, 제 2 투사 패턴(1502)의 전체 투사 영역은 제 1 투사 패턴(1500)의 전체 투사 영역보다 작다. 패턴 생성 측면에서의 이러한 유연성은 거리 센서가 이미징 센서 변동들(예 : 초점 길이 조정, 초점 위치 조정, 등)의 존재하에서 거리를 효과적으로 측정하는 것을 허용할 수 있다.
도 10a는 한 쌍의 평행선들(10001 및 10002)(이하, 집합적으로 "선들(1000)"또는 개별적으로 "선(1000)"으로 지칭됨)을 사용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하기위한 관련 파라미터들을 도시하는 도면이며, 선들(1000)의 각각은 일련의 점들을 포함한다. 도 10a가 간략화된 예를 도시하며; 실제로 2개 이상의 평행선들(예컨대, 일 예에서 7개의 평행선들)이 투사될 수 있음을 주목해야 한다. 도시된 바와 같이, 평행선들(1000)은 거리 센서의 이미징 센서(1004)로부터 거리(D)에 위치된 오브젝트(1002) 위에 투사된다. 평행선들(1000)은 투사 간격(α)만큼 이격되고, 여기에서 간격의 중간점(또는 투사 중심)은 축(B-B')에 의해 한정된다. 축(B-B')과 거리 센서(1004)의 중심 축(A-A') 사이에 φ의 거리가 존재한다. 광원들(10061 내지 17002)(이하, 집합적으로 "광원들(1006)", 또는 개별적으로 "광원(1006)"으로 지칭되는)은 이미징 센서(1004) 앞에 거리(b)를 설정한다.
도 10b는 도 10a의 이미징 센서(1004)로부터 도 10a의 오브젝트(1002)까지의 거리(D)를 산출하는 알고리즘의 일 예를 도시한다. 도 10a에 도시된 파라미터들에 덧붙여, 도 10b는 광원들(1006)에 의해 방출된 광의 일부(즉, 투사 간격(α)만큼 분리된 점들의 평행선들)가 오브젝트(1002)에 의해 반사되고, 복귀 광으로서 이미징 센서(1004)로 복귀하는 것을 도시한다. 복귀 광의 빔들은 이미징 센서(1004)에 의해 캡쳐된 이미지에 의해 주어진 거리(θ)만큼 떨어져 있다.
축(B-B')과 거리 센서(1004)의 중심 축(A-A') 사이의 거리(φ)가 0일 때, (α/2)/D=tan(θ/2)이다. 따라서, 이미징 센서(1004)로부터 오브젝트(1002)까지의 거리(D)는 D=(α/2)/tan(θ/2)로서 산출될 수 있다. 또한, α<<D 일 때,
Figure 112019068775816-pct00001
이다.
축(B-B')과 거리 센서(1004)의 중심 축(A-A') 사이의 거리(φ)가 0이 아닌 숫자로 알려질때, θ =(θ/2 + φ)-(-θ/2 +φ)인 경우,
Figure 112019068775816-pct00002
이다.
도 11a 및 도 11b는 본 명세서에 개시된 거리 센서를 사용하여 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 간단한 알고리즘이 유도될 수 있는 개념을 도시한다. 도 11a를 참조하면, Op로부터 D까지의 벡터(r0)의 높이(z), 깊이(y) 및 길이(x)는 다음과 같이 산출될 수 있다 :
z = r0 sinθ (식1)
y = r0 cosθsinα (식2)
x = r0 cosθcosα (식3)
따라서,
r0 2 = x2 + y2 + z2 (식4)
식1 내지 식4는 거리 센서에 의해 방출된 경사진 투사 빔의 복수의 파라미터들의 위치 관계를 나타낸다.
도 11b를 참조하면, 높이가 b만큼 감소되고, 길이가 a만큼 증가될 때, 치수는 다음과 같이 산출될 수 있다 :
z - b = R0 sinφ (식5)
y = R0cosφsinβ (식6)
x + a = R0cosφcosβ (식7)
따라서,
R0 2 = (x+a)2 + y2 + (z-b)2 (식8)
식1 및 식5로부터, 다음을 도출할 수 있다:
R0sinφ + b = r0sinθ (식9)
식2 및 식6으로부터, 다음을 도출할 수 있다:
R0cosφsinβ = r0 cosθsinα (식10)
식3 및 식7로부터, 다음을 도출할 수 있다:
R0cosφcosβ - a = r0cosθcosα (식11)
따라서,
Figure 112019068775816-pct00003
(식12)
β 및 φ는 이미징 센서에 의해 캡쳐된 화상으로부터 측정되고; a, b 및 α는 이미징 센서/투사 설정으로부터 알려지고, θ는 투사 패턴으로부터 알려진다.
도 12는 예시적인 거리 센서(1200)로 확장된 도 11a 및 도11b의 개념을 도시한다. 예시적인 거리 센서(1200)는 도 1a 내지도 11b를 참조한다. 예시적인 거리 센서(1200)는, 광원(1202)을 포함하는 고리형 배열의 광원들, 각각의 광원에 대응하는 (및 가능하게는 회절 광학 요소 또는 다른 빔 분할 수단을 포함하는) 투사점(1204)과 같은 투사점, 및 (광각 렌즈를 포함하는) 이미징 센서(1206)를 포함한다. 예시적인 거리 센서(1200)는 집합적으로 가상 구(1208)를 형성하는 점들의 복수의 평행선들을 투사하도록 구성된다.
도시된 바와 같이, 투사점(1206)과 같은 거리 센서(1200)의 투사점은 이미징 센서(1206)로부터 거리(D)만큼 떨어져 있는 오브젝트(1210) 위에 점들의 복수의 평행선들을 형성하는 복수의 빔들을 투사한다. 중심축으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 축(B-B')에 대한 빔의 중심의 각도는 α로 정의된다. 투사점에 의해 방출된 광의 일부는 복귀 광의 빔으로서 이미징 센서(1206)로 다시 반사된다.
도 13은 센서로부터 공간 내의 오브젝트 또는 점까지의 거리를 산출하기 위한 방법(1300)의 흐름도를 도시한다. 일 실시예에서, 방법(1300)은 이미징 센서(도 1a 및 도1b에 도시된 이미징 센서(110)와 같은)에 집적된 프로세서, 또는 도 14에 도시되고 아래에서 논의되는 범용 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다.
방법(1300)은 단계(1302)에서 시작한다. 단계(1304)에서, 광원은 활성화되어 광빔을 생성한다. 일 예에서, 광원은 동시에 활성화될 복수의 광원들 중 하나이다. 일 예에서, 광원은 레이저 광원을 포함한다.
단계(1306)에서, 광 빔은 단계(1304)에서 생성된 빔이 전파하는 경로에 위치된 회절 광학 요소 또는 다른 빔 분리 수단을 사용하여 복수의 광 빔으로 분할된다. 복수의 광빔들은 투사점으로부터 시야로 방출되고, 시야 내의 표면들 및 오브젝트들 위에 패턴을 투사한다. 일 예에서, 패턴은 복수의 평행선들을 포함하며, 선들 각각은 일련의 점들로 형성된다. 복수의 평행선들이 중심점을 중심으로 대칭으로 배치될 때, 패턴은 따라서 점들의 직사각형 매트릭스와 같이 보일 수 있다.
단계(1308)에서, 시야의 이미지가 캡쳐된다. 이미지는 단계(1306)에서 시야에 투사되는 패턴의 적어도 일부뿐만 아니라 시야 내의 오브젝트를 묘사한다.
단계(1310)에서, 센서로부터 오브젝트까지의 거리는 단계(1308)에서 캡쳐된 이미지로들부터의 정보를 이용하여 산출된다. 일 예에서, 삼각 측량 기술은 거리를 산출하기 위해 사용된다. 예를 들어, 광원(들)에 의해 투사된 패턴들의 부분들(예컨대, 개별 점들) 사이의 위치 관계들이 산출의 기초로서 사용될 수 있다.
방법(1300)은 단계(1312)에서 종료된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서, 또는 유사한 기능들을 가진 센서와 조합하여, 방법(1300)은 이미지 캡쳐 및 산출의 단일 사이클에서 센서로부터 공간 내의 오브젝트 또는 점까지의 거리를 측정할 수 있다.
도 14는 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하는데 사용하기에 적합한 범용 컴퓨터의 고레벨 블록도를 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 시스템(1400)은 하나 이상의 하드웨어 프로세서 요소들(1402)(예를 들어, 중앙 처리 디바이스(CPU), 마이크로프로세서 또는 멀티-코어 프로세서), 메모리(1404), 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 판독전용 메모리(ROM), 거리 산출을 위한 모듈(1405), 및 다양한 입력/출력 디바이스들(1406)(예를 들어, 테이프 드라이브, 플로피 드라이브, 하드 디스크 드라이브 또는 콤팩트 디스크 드라이브를 포함하지만 이에 국한되지 않는 저장 디바이스들, 수신기, 송신기, 렌즈 및 광학 기기, 출력 포트, 입력 포트 및 사용자 입력 디바이스(키보드, 키패드, 마우스, 마이크, 등과 같은))을 포함한다. 단지 하나의 프로세서 요소가 도시되었지만, 범용 컴퓨터는 복수의 프로세서 요소들을 채용할 수 있음을 주목해야 한다. 또한, 단지 하나의 범용 컴퓨터가 도면에 도시되어 있지만, 위에서 논의된 방법(들)이 특정 예시적인 예를 위해 분산 또는 병렬 방식으로 구현되는 경우, 즉 상기 방법(들) 또는 전체 방법(들)의 단계들이 다중 또는 병렬 범용 컴퓨터들을 통해 구현되는 경우, 본 도면의 범용 컴퓨터는 이들 다수의 범용 컴퓨터들의 각각을 나타내도록 의도된다. 또한, 하나 이상의 하드웨어 프로세서들이 가상화된 또는 공유된 컴퓨팅 환경을 지원하는데 사용될 수 있다. 가상화된 컴퓨팅 환경은 컴퓨터들, 서버들 또는 다른 컴퓨팅 디바이스들을 나타내는 하나 이상의 가상 기계들을 지원할 수 있다. 이러한 가상화된 가상 기계들에서, 하드웨어 프로세서들 및 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스들과 같은 하드웨어 구성요소들은 가상화되거나 논리적으로 표현될 수 있다.
본 개시사항은, 예를 들어 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(PLA)를 포함하는 프로그램 가능 로직 어레이(PLA)를 사용하여 소프트웨어 및/또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있음을, 즉 하드웨어 디바이스, 범용 컴퓨터 또는 임의의 다른 하드웨어 등가물들 위에 배치된 상태 머신, 예컨대 위에서 논의된 방법(들)에 관한 컴퓨터 판독 가능 명령어들은 위에서 논의된 방법들의 단계들, 기능들 및/또는 동작들을 수행하기 위한 하드웨어 프로세서를 구성하는데 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 일 실시예에서, 거리를 산출하기 위한 본 모듈 또는 프로세스(1405)에 대한 명령들 및 데이터(예를 들어, 컴퓨터 실행 가능 명령들을 포함하는 소프트웨어 프로그램)는 메모리(1404)에 로딩되고 하드웨어 프로세서 요소(1402)에 의해 실행되어, 예시적인 방법(1300)과 관련하여 위에서 논의된 단계들, 기능들 또는 동작들을 구현할 수 있다. 또한, 하드웨어 프로세서가 "동작들"을 수행하기 위한 명령들을 실행하는 경우, 이는 동작들을 직접 수행하는, 및/또는 다른 하드웨어 디바이스(예를 들어, 코-프로세서, 등)가 동작들을 수행하는 것을 용이하게 하거나, 지시하거나, 협력하는 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있다.
상술한 방법(들)에 관한 컴퓨터 판독 가능 또는 소프트웨어 명령들을 실행하는 프로세서는 프로그램된 프로세서 또는 특수 프로세서로서 지각될 수 있다. 이와 같이, 본 개시사항의 거리를 산출하기 위한 본 모듈(1405)(관련 데이터 구조들을 포함)은 실체의 또는 물리적(광범위하게 비-일시적) 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스 또는 매체, 예를 들어 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, ROM 메모리, RAM 메모리, 자기 또는 광학 드라이브, 디바이스 또는 디스켓, 등에 저장될 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스는 프로세서 또는 컴퓨터 또는 애플리케이션 서버와 같은 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스될 데이터 및/또는 명령들과 같은 정보를 저장하는 능력을 제공하는 임의의 물리적 디바이스를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들이 위에서 기술되었지만, 이들은 단지 예시로서 제시된 것이며 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다. 따라서, 바람직한 실시예의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 하나에 의해 제한되어서는 안되며, 오로지 다음의 청구 범위 및 그 등가물에 따라서만 한정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법으로서,
    광원으로부터 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계로서, 상기 복수의 빔들은 복수의 점선들이 상기 오브젝트 상에 투사되도록 하고, 상기 복수의 점선들은 중첩되지 않는 방식으로 배향되고, 상기 복수의 점선들 중 제 1 점선의 점 간격과 상기 제 1 점선에 인접한 상기 복수의 점선들 중 제 2 점선의 점 간격 사이에 위상 이동이 도입되고, 상기 광원은 복수의 광원들 중 하나이고, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은 각각의 복수의 점선들이 시야 내에 투사되게 하는 각각의 복수의 빔들을 투사하는, 상기 복수의 빔들을 동시에 투사하는 단계;
    거리 센서의 이미징 센서를 이용하여 상기 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계로서, 상기 오브젝트는 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 점선들은 또한 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 광원들은 복수의 빔들이 전파하는 방향에 대해, 상기 이미징 센서의 주요 점 뒤에 위치되는, 상기 시야의 이미지를 캡쳐하는 단계; 및
    상기 이미지 내의 정보를 이용하여 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계를 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 점선들은 상기 복수의 점선들의 중심선에 대해 대칭인 패턴을 형성하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들은 짝수 개의 광원들을 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 짝수는 4인, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들은 각각의 복수의 빔들을 순서대로 투사하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 순서는,
    상기 복수의 광원들의 제 1 쌍에 의한 각각의 복수의 빔들의 제 1 투사; 및
    상기 제 1 투사에 후속하여, 상기 복수의 광원들의 제 2 쌍에 의한 각각의 복수의 빔들의 제 2 투사를 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은, 상기 이미지를 캡쳐하는 이미징 센서의 광축에 대해 공통의 각도로 상기 오브젝트의 방향으로 각각의 복수의 빔들을 투사하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은 상기 이미징 센서로부터 공통 거리에 위치되고, 상기 공통 거리는 상기 이미징 센서의 광축을 따라 측정되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은 각각의 복수의 빔들의 투사 방향과 상기 이미징 센서의 광학 축에 수직인 선 사이에서 일정 각도를 생성하도록 배치되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 각도는 상기 복수의 광원들의 각각의 광원에 대해 동일한, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 각도는 상기 복수의 광원들의 적어도 2개의 광원들에 대해 상이한, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 각도는 적어도 30도인, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들 중 적어도 2개의 광원들은 상이한 세기의 광을 방출하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광원들 중 제 1 광원은 제 1 복수의 빔들을 투사하고, 상기 복수의 광원들 중 제 2 광원은 제 2 복수의 빔들을 투사하고, 상기 오브젝트 상에 입사할 때의 상기 제 1 복수의 빔들에 의해 생성된 제 1 패턴은, 상기 오브젝트 상에 입사할 때의 상기 제 2 복수의 빔들에 의해 생성된 제 2 패턴과 상이한, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 점선들은 상기 광원의 평면에 수직인 선에 대해 경사지는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 이미징 센서는 광각 렌즈를 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 시야의 상기 이미지는 상기 시야의 복수의 이미지들 중 하나이고, 상기 복수의 이미지들의 각각의 이미지는 상기 광원에 대해 상이한 위치 관계를 갖는 상이한 이미징 센서에 의해 캡쳐되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 각각의 상이한 이미징 센서는 상이한 광학 사양을 갖는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  20. 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 동작들을 수행하게 하는 복수의 명령들을 저장하는 컴퓨터-판독 가능 저장 디바이스로서, 상기 동작들은:
    광원으로부터 복수의 빔들을 동시에 투사하는 동작으로서, 상기 복수의 빔들은 복수의 점선들이 상기 오브젝트 상에 투사되게 하고, 상기 복수의 점선들은 중첩되지 않는 방식으로 배향되고, 상기 복수의 점선들 중 제 1 점선의 점 간격과 상기 제 1 점선에 인접한 상기 복수의 점선들 중 제 2 점선의 점 간격 사이에 위상 이동이 도입되고, 상기 광원은 복수의 광원들 중 하나이고, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은 각각의 복수의 점선들이 시야 내에 투사되게 하는 각각의 복수의 빔들을 투사하는, 상기 복수의 빔들을 동시에 투사하는 동작;
    거리 센서의 이미징 센서를 이용하여 상기 시야의 이미지를 캡쳐하는 동작으로서, 상기 오브젝트는 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 점선들은 또한 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 광원들은 복수의 빔들이 전파하는 방향에 대해, 상기 이미징 센서의 주요 점 뒤에 위치되는, 상기 시야의 이미지를 캡쳐하는 동작; 및
    상기 이미지의 정보를 이용하여 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 동작을 포함하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 디바이스.
  21. 장치로서,
    복수의 빔들을 동시에 투사하는 광원으로서, 상기 복수의 빔들은 복수의 점선들이 오브젝트 상에 투사되게 하고, 상기 복수의 점선들은 중첩되지 않는 방식으로 배향되고, 상기 복수의 점선들 중 제 1 점선의 점 간격과 상기 제 1 점선에 인접한 상기 복수의 점선들 중 제 2 점선의 점 간격 사이에 위상 이동이 도입되고, 상기 광원은 복수의 광원들 중 하나이고, 상기 복수의 광원들의 각각의 광원은 각각의 복수의 점선들이 시야 내에 투사되게 하는 각각의 복수의 빔들을 투사하는, 상기 광원;
    상기 시야의 이미지를 캡쳐하기 위한 이미징 센서로서, 상기 오브젝트는 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 점선들은 또한 상기 이미지 내에서 볼 수 있고, 상기 복수의 광원들은 복수의 빔들이 전파하는 방향에 대해, 상기 이미징 센서의 주요 점 뒤에 위치되는, 상기 이미징 센서; 및
    상기 이미지 내의 정보를 이용하여 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 회로를 포함하는, 장치.
  22. 삭제
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