KR20180008655A - 다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

반사성 다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 방법 및 시스템이 본 명세서에 제공된다. 방법은: 면에 평행한 회전축을 따라 복수의 면을 가지는 적어도 하나의 다각형을 회전시키는 단계; 광 빔을 다각형의 면에 전송하는 단계; 광 빔이 상이한 틸트 각도로 면 각각을 때려, 이로써 복수의 라인을 포함하는 광 패턴을 생성하도록 다각형에 대해 회전축과 평행으로 광 빔을 틸트시키는 단계; 및 조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광 강도, 회전 및 틸트 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 방법 및 시스템
본 발명은 일반적으로 구조화 광에 관한 것이고, 더욱 특히 다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 것에 관한 것이다
본 발명의 배경이 제시되기에 앞서, 이하에서 사용될 특정 용어의 정의를 규정하는 것이 도움이 될 것이다.
본 명세서에 사용되는 용어 '구조화 광(structured light)'은 알려진 광의 패턴을 장면에 프로젝션하는 프로세스로 정의된다. 패턴은 광 빔을 생성하는 일루미네이터 및 광 빔을 패턴으로 변환하는 옵틱을 포함하는 ‘송신기’에 의해 프로젝션된다. 표면에 가해질 때 이들이 변형되는 방식은 시각 시스템이 장면 내 물체들의 깊이 및 표면 정보를 계산하도록 허용한다. 패턴은 센서(또는 캡처 장치) 및 캡처된 반사 패턴을 분석하기 위한 컴퓨터 프로세서를 포함하는 소위 ‘수신기’에 의해 캡처 및 분석된다.
비가시적 구조화 광은 일반적으로 적외선 광(IR)을 사용함으로써 프로젝션된 패턴이 혼동되는 다른 컴퓨터 시각 작업을 간섭하지 않고 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 '깊이 맵(depth map)'은 시점으로부터 장면 또는 장면의 물체의 표면의 거리에 관한 정보를 포함하는 이미지로 정의된다. 수신기의 컴퓨터 프로세서는 광 패턴의 사전 지식을 사용하여 깊이 맵을 생성한다. 구체적으로, 장면에서 오는 반사의 분석은 패턴의 모든 점의 위치가 송신가와 센서의 상대 위치 및 방향에 기반하여 도출되는 삼각 측량 프로세스에 기반한다.
구조화된 광 3D 센싱 사용의 문제점 중 하나는 어떻게 센서의 노이즈 레벨에 영향을 주는 주변광을 극복하는지이다. 주변광의 문제는 높은 수준일 때, 신호 대 주변 비가 낮아지고 성능 저하로 이어진다는 것이다. 일례로, 센서 노이즈는 일반적으로 전체 조명과 관련된다. 따라서 강한 주변광은 시스템 노이즈를 증가시키고 신호 대 노이즈 비를 감소시킬 것이다.
다른 예로서, 센서의 공간적 비균일성도 일반적으로 조명 레벨에 관련된다. 따라서 주변광은 신호 레벨에 영향을 주지 않으며 비균일성을 증가시킨다. 주변광(또는 배경 조명)은 결국 시스템의 단위 전력당 범위 및 시야(FOV) - 패턴이 커버하는 영역 - 에 영향을 준다. 이것은 배경 위의 특정 수준의 밝기로 구조화 광 패턴을 유지할 필요가 있기 때문이다.
현재, 모든 친숙한 구조화 광 기술은 수신기를 위한 센서로 응시 카메라(staring camera)를 사용한다. 이와 같이, 카메라는 모든 주변광이 카메라의 프레임 시간(단일 프레임이 캡처되는 시간)에 관련된 전체 통합 시간에 걸쳐 진입할 수 있게 한다. 응시 카메라 시스템에서, 센서로 오는 주변광을 감소시키는 유일한 방법은 더 짧은 노출 시간을 사용하는 것이다. 하지만, 이것은 복잡도를 증가시키고 레이저 신뢰성을 감소시키는 고출력 단 펄스로 레이저(조명)를 구동하는 것을 요구한다. 단 펄스 사용은 눈 안전 문제로도 제한될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 그 길이 방향 축을 따라 더 회전하는 반사성 다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 방법 및 시스템이 본 명세서에 제공된다. 방법은: 면에 평행한 회전축을 따라 복수의 면을 가지는 적어도 하나의 다각형을 회전시키는 단계; 광 빔을 다각형의 면에 전송하는 단계; 각 광 빔이 상이한 틸트 각도로 면 각각을 때려, 이로써 복수의 라인을 포함하는 광 패턴을 생성하도록 회전축과 평행하게 광 빔을 분할하는 단계; 장면에서 전송되는 조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광 강도, 회전 및 틸트 중 적어도 하나를 제어하는 단계; 생성됨에 따라 장면으로부터의 패턴의 반사를 감지하는 단계(예컨대, 비-응시 카메라); 및 센서로부터 오는 신호를 분석함으로써 장면의 깊이 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
이들, 본 발명의 실시예의 추가적 및/또는 다른 측면 및/또는 이점은 다음의 상세한 설명에 기재되어 있고; 상세한 설명으로부터 추론가능하고; 및/또는 본 발명의 실시예의 실시에 의해 학습가능하다.
본 발명에 따른 실시예들은 특히 방법, 저장 매체, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 첨부된 청구항에 개시되고, 한 청구항 카테고리, 예컨대 방법에 언급된 임의의 특징은 다른 청구항 카테고리, 예컨대 시스템에도 청구될 수 있다. 첨부된 청구항의 인용 또는 참조는 형식상의 이유를 위해 선택되었을 뿐이다. 하지만 임의의 선행 청구항으로의 의도적인 참조(특히 다중 인용)에서 야기되는 임의의 주제 또한 청구될 수 있어, 청구항 및 그 특징의 임의의 조합이 첨부된 청구항에서 선택된 인용에 관계 없이 개시되고 청구될 수 있다. 청구될 수 있는 주제는 첨부된 청구항에 나타난 바와 같은 특징의 조합뿐만 아니라 청구항의 특징의 다른 임의의 조합을 포함하는데, 청구항에 언급된 각 특징은 청구항의 임의의 다른 특징 또는 다른 특징의 조합과 조합될 수 있다. 나아가, 임의의 실시예와 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징은 별개의 청구항 및/또는 임의의 실시예나 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징과의 또는 첨부된 청구항의 임의의 특징과의 조합에 청구될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 시스템은: 복수의 면 및 면에 평행한 회전축을 가지는 적어도 하나의 다각형; 광 빔을 다각형의 면에 전송하도록 구성되는 광원; 회전축을 따라 다각형을 회전시키도록 구성되는 적어도 하나의 드라이버; 및 조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광원 및 적어도 하나의 드라이버 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.
광 빔은 복수의 빔을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템은 하나 이상의 회절 광학 요소를 더 포함할 수 있고, 복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성된다.
회절 광학 요소는 다각형 면의 일부일 수 있다.
적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가질 수 있어서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능할 수 있다.
각 면은 상이한 광학 특성을 가질 수 있다.
컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행될 수 있다.
조정은 장면의 기정의된 ROI(region of interest)에 기반하여 수행될 수 있고, ROI의 광 패턴은 광 패턴의 다른 부분과 다른 광 강도를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템은 장면의 깊이 맵을 생성하기 위하여 전송된 광 패턴에 관련되고 반사에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성되는 컴퓨터 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템은 장면에서 오고 면에 의해 다시 전송되는 광 패턴의 반사를 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함할 수 있다.
센서는 적어도 하나의 다각형의 회전축과 평행하게 위치한 라인 센서일 수 있다.
다각형은 광원으로부터의 광 빔을 수신하기 위하여 위치한 제1 다각형, 및 제1 다각형과 동일한 회전축을 가지고 장면으로부터 오는 광 빔의 반사를 센서로 전송하기 위하여 더 위치한 제2 다각형을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템은 센서 및 적어도 하나의 다각형 사이에, 회전축과 수직이고 광 빔이 향하는 점과 실질적으로 동일한 라인 상의 점에 위치하고 면으로부터 오는 반사를 전송하도록 구성된 복수의 옵틱을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 방법은: 면에 평행한 회전축을 따라 복수의 면을 가지는 적어도 하나의 다각형을 회전시키는 단계; 광 빔을 다각형의 면에 전송하는 단계; 및 조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광 강도 및 회전 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.
광 빔은 복수의 빔을 포함할 수 있다.
복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성될 수 있다.
회절 광학 요소는 다각형 면의 일부일 수 있다.
적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가질 수 있어서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능할 수 있다.
각 면은 상이한 광학 특성을 가질 수 있다.
컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예의 보다 나은 이해를 위해 및 어떻게 수행되어 효과를 내는지 보이기 위하여, 참조가 예시의 방식으로 유사한 숫자가 대응하는 요소 또는 섹션에 지정되는 첨부되는 도면에 설명된다.
첨부되는 도면에서:
도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 단계의 회전에서 다각형 및 그 표면 중 하나에서 반사된 광 빔을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 송신기의 몇몇 양태를 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다각형의 상이한 면과 결과 패턴을 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다각형의 면에 대한 상이한 틸트 각과 결과 패턴을 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 빔 분할을 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 빔 분할을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 다각형 및 단일 센서를 포함하는 시스템 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 두 다각형 및 단일 센서를 포함하는 시스템 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 단일 다각형 및 단일 센서 및 그 사이의 광 경로를 따라 위치한 옵틱을 포함하는 시스템 구성들 도시하는 도면이다.
이제 도면을 상세히 구체적으로 참조하면, 도시된 세부 사항은 단지 예일 뿐이고 본 기술의 바람직한 실시예에 대한 예시적인 논의만을 목적으로 함이 강조되고, 본 기술의 이론과 개념적인 측면의 가장 유용하고 이해 가능한 설명일 것으로 생각되는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이에 관해, 본 기술의 구조적 세부사항을 더 자세히 보이려는 시도는 본 기술의 기본적 이해를 위하여 필요하지 않고, 도면과 함께 기재된 설명은 본 발명의 여러 형태가 어떻게 실제로 구현될 수 있는지 당업자에게 명백하다.
본 기술의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 본 출원의 다음 설명 또는 도면에 도시된 구성요소의 구조 및 배열의 세부사항으로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 본 기술은 다른 실시예에 적용가능하거나 다양한 방법으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이며 제한으로 간주되어서는 안 된다.
도 1a, 1b 및 1c는 각각 동일한 다각형(110)을 그 축(111)을 따르는 회전의 다양한 단계에서 도시하는 몇몇 단면도(100A, 100B 및 100C)를 도시한다.
광 빔(102)은 조명기(101)에 의해 다각형(110)의 면(102)을 향해 전송되고 다각형의 회전 진행에 기반하여 각각 도 1a, 1b 및 1c에 도시된 다양한 각도(104A, 104B 및 104C)로 반사된다. 반사된 광 빔은 장면의 표면 상에 각 광 패턴을 형성한다. 따라서, 반사된 광 빔(104A, 104B 및 104C)은 도 1a, 1b 및 1c에 각각 도시된 광 패턴 부분(105A, 105B 및 105C)을 형성한다. 다각형(110)의 연속적 회전이 도 1a에서 각도(104A)에 대한 라인 패턴, 도 1b에서 각도(104B)에 대한 라인 패턴, 도 1c에서 각도(104C)에 대한 라인 패턴을 생성함은 명백하다. 비한정적인 예시로서, 본 명세서에 서술되는 다각형은 육각형임을 유의하여야 한다. 본 발명의 실시예는 임의의 다른 종류의 다각형을 사용할 수 있음이 이해될 것이다.
다각형(110)이 회전함에 따라 반사된 빔(즉, 도 1a에서 반사된 빔(104A), 도 1b에서 반사된 빔(104B), 도 1c에서 반사된 빔(104C))은 큰 각도의 시야를 반복적으로 스캔한다. 스캔되는 각도는 아래의 식 (1)에 의한 다각형 내부 각도와 관련된다.
Figure pct00001
단일 시준 빔이 반사할 때, 단일 라인이 시야에 걸쳐 수평으로 그려진다. 라인은 다각형의 각 면에 대해 다시 그려진다. 초당 R 회전으로 다각형을 회전시키면, n이 다각형의 면의 수일 때(육각형의 경우 n=6) 선은 매초 R*n 회 반복하여 그려질 것이다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예는 일반 단순한 정수파(CW) 레이저를 사용하여 훌륭한 신호 대 배경 비를 가지는 효율적이고 큰 시야 커버리지를 생성할 수 있다. 패턴도 수평으로 매우 균일하고 단순한 광학 구성요소로 쉽게 구성될 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조정 가능한 광 패턴 송신기를 도시하는 도면이다. 시스템(200)은 112, 114 및 116과 같은 복수의 반사면 및 면에 평행한 회전축(120)을 가지는 다각형(110)을 포함할 수 있다. 시스템(200)은 다각형의 면으로 하나 이상의 광 빔(142A, 142B 및 142C)을 전송하도록 구성된, 시준 IR 레이저와 같은 광원(210)을 더 포함할 수 있다. 일실시예에서, 빔은 광원(210)과 연결된 회절 광학 요소(DOE)(220)에 의해 수 개의 빔으로 분할된다.
시스템(200)은 회전축을 따라 다각형을 회전시키도록 구성된 적어도 하나의 드라이버(230)를 더 포함할 수 있다. 드라이버(230)는 다각형(110)의 회전 속도 및 광원(210)의 광 속성(레이저 강도와 같은)도 결정할 수 있는 컨트롤러(240)에 의해 제어될 수 있다.
동작시, 각 광 빔(142A, 142B 및 142C)은 다각형의 면으로 송신되고, 장면으로, 그리고 아마도 다각형의 스캐닝 성질로 인해 각각 라인 패턴(152A, 152B 및 152C)을 형성하는 대상(10) 상에 반사된다. 각 라인은 반복적으로 다각형의 각 면에 대해 그려진다. 따라서, 다각형의 회전 속도뿐만 아니라 면의 수도 광원(210)이 생성하는 광 패턴의 리프레시 속도에 영향을 준다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 시야에 걸쳐 다양한 수평 강도를 생성하기 위하여 광원(210)의 레이저 출력은, 어쩌면 컨트롤러(240)에 의해 회전 내내 변조될 수 있다. 보다 구체적으로, 조정은 장면의 기정의된 관심 영역(ROI) 상에서 수행될 수 있는데, ROI의 광 패턴은 광 패턴의 다른 부분과 다른 광 강도를 나타낸다. 예를 들어, 라인(152A, 152B 및 152C)의 부분(154A, 154B 및 154C)은 레이저의 보다 높은 강도를 나타낸다. 이것은, 예를 들어 만약 시스템이 상이한 레벨의 배경 또는 반사도를 가지는 영역을 모니터링하여 상이한 강도가 환경 조건을 보상할 수 있는 경우 유용하다. 상술한 특징이 요구되는 시스템 및 방법의 예시는 본 명세서에 전체로서 참조로 통합되는 미국 특허 공보 US20120194561호에서 찾을 수 있다.
도 3a는 다각형(이 예시에서 n=3)의 상이한 면(312, 314 및 316) 및 대상(10) 상의 결과 패턴, 즉 라인(152A-152C, 162A-162C 및 172A-172C)을 각각 도시하는 도면이다. 이 실시예에 따르면, 일부 면은 다른 면과 상이한 광학 속성을 가지도록 설계된다. 일례로, 교차하는 면은 수평 라인 패턴을 약간 위아래로 이동시킬 수 있으므로, 장면의 얽힌 커버리지를 생성한다. 다른 예시로, 교차하는 면은 라인 강도를 변화시킬 수 있으므로, 라인 식별을 가능하게 하는 시간적 고유 코드를 디코딩할 수 있다. 일부 경우에, 각 면은 그 고유의 광학 속성을 가진다. 그 결과, 면으로부터 반사된 대응하는 광 패턴은 각 면에 연결시키는 추가적인 광학 속성을 가진다. 이것은 광학적으로 구별 가능한 상이한 패턴을 렌더링한다. 이것은 패턴을 사용하는 구조화 광 실시예에서 때때로 요구되는 패턴을 인덱싱 또는 변조하기 위한 수단으로 작용할 수 있다. 이러한 패턴화된 광 응용은 깊이 맵, 특히 볼륨으로의 광학 프로젝션을 사용하는 깊이 매핑 방법에서 사용될 수 있으나 배타적이지 않고, 예를 들어 사용자 골격 모델 또는 장치를 제어하는 사용자 인터페이스를 제공하는데, 컴퓨터의 사용자 인터페이스에, 가상 현실 시스템의 사용자 인터페이스에 또는 신체 움직임 및 제스처나 객체 움직임이 장치에 의해 추적되어야 하는 그 외의 것에 유용할 수 있다.
다음은 패턴화된 광을 사용하여, 손과 같은 객체 및/또는 객체의 움직임을 식별하고 자세나 제스처의 식별을 가능하게 하는데 사용될 수 있는 볼륨의 깊이 맵을 획득하는, 패턴화된 광의 사용을 위한 몇몇 예시적인 실시예이다.
본 실시예는 구조화 광, 즉 광 패턴을 볼륨에 투영한다. 검출되는 구조는 원래 구조의 왜곡된 버전이고, 깊이로 인한 이동 및 기타 왜곡을 포함하고, 원래 구조와 비교 또는 패턴의 일부의 단순한 식별이 이동이나 왜곡을 식별하고 깊이 맵을 생성하는데 사용될 수 있다. 즉, 깊이 맵은 후술되는 바와 같은 최상의 상관 관계로부터 획득될 수 있다.
상관 관계는 일련의 조정된 특징을 사용하여 획득될 수 있는데, 광 패턴에 포함되는 특징은 검출된 패턴과 참조 패턴 간의 상관 관계를 돕기 위해 개별화될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상관 관계는 개별 특징에 기반하여, 전체 구조나 패턴을 위한 것이거나, 개별 특징을 위하고 패턴의 일부를 위한 것이다. 상관 관계는 볼륨에서 검출된 이미지에 기반하고 깊이가 볼륨의 대상과 상관될 수 있게 한다.
일실시예에서 광 패턴의 직교 방향의 하나 이상의 상이한 변형이 깊이 매핑의 특정 광 특징의 모호하지 않은 식별을 위해 제공될 수 있다. 변형은 강도 변형일 수 있고 광 특징의 각 부분에 고유 서명을 줄 수 있다. 대안적으로, 최소한의 컴퓨팅 자원에 대해 최대한의 고유 식별을 제공하기 위하여 변형은 주기적이지만 동일 위상은 아닐 수 있다. 나아가, 둘 이상의 변형의 경우, 두 상이한 변형이 서로에 대해 측정되어 상이한 위치에서 깊이를 줄 수 있다.
단지 예시로 주어지는 일실시예로, 특징은 일차원의 줄무늬를 포함한다. 고유의 또는 주기적으로 고유한 서명이 1차원에서, 예컨대 Y축에서 각 줄무늬에 적용된다. 깊이 맵은 기본 위치로부터 각 줄무늬의 이동에 기반하여 제공할 수 있다. 이동을 정확히 획득하기 위하여, 각 라인은 개별적으로 식별되어야 하고, 식별은 고유 서명에 기반하여 이루어진다.
줄무늬의 사용은 단순히 사용될 수 있는 가능한 강도 특징의 예시라는 것이 강조된다. 예를 들어 상이한 강도의 사각형 역시 사용될 수 있다.
줄무늬 및 강도 변형의 경우, 검출된 줄무늬는 약하고, 강하고, 중간일 수 있다. 패턴은 약함, 강함, 중간이 주어진 순서로 일치하는 단일 위치를 가질 수 있으며, 이 경우, 인덱싱이 획득된다.
일실시예는 두 강도 변형을 사용할 수 있다. 두 강도 변형은 예컨대 개별 픽셀에 설정될 수 있는 가용 회색 레벨에 기반하여 주기적일 수 있고, 따라서 전자 및 광학을 상당히 절약할 수 있다. 두 주기적 변형이 동일 위상이 아닌 한 상대적으로 큰 전체 주기가 제공될 수 있다.
일실시예는 보다 자세히 후술되는 바와 같이 핫스팟 강도 및 라인 강도 간의 비율을 더 계산함으로써 상기 줄무늬 이동에 기반하여 깊이 맵 계산을 보충한다.
따라서 적어도 두 개의 변형도 패턴의 절대 인덱싱을 제공하는데 사용될 수 있다. 패턴 자체는 평행 줄무늬로 구성될 수 있다. 줄무늬는 예컨대 줄무늬와 직교하는 방향과 갈은 제1 방향에서 하나의 주기에서 변형을 주기 위해 그 기저 강도가 다양할 수 있다. 줄무늬 자체는 그들의 길이 방향으로 표기법을 지닐 수 있고, 변형은 상이한 줄무늬 상에서 상이하게 배열되어 각 줄무늬 또는 줄무늬의 클러스터가 식별되고 인덱싱되도록 할 수 있다. 표기법은 일실시예에서 일정하게 유지되는 피크 강도를 가질 수 있다. 모든 강도는 광원 및 검출기로부터 대상의 거리가 증가함에 따라 어두워 보이고 줄무늬의 감소된 검출 강도는 언제나 깊이 표시자를 제공할 수 있으나, 절대 밝기도 반사 표면에 의존하므로 단독으로 의존할 수 없다. 하지만 줄무늬 기저 강도 및 피크 강도 간의 비율을 사용하는 것은, 특히 세분화 또는 삼각 측량 결과와 결합할 때 더 정확한 깊이 계산을 가능하게 할 수 있다.
나아가 각 줄무늬 상의 상이한 강도 및 상이한 표기 분포는 개별 줄무늬 및 줄무늬의 섹터가 식별될 수 있게 하고 따라서 더 정확한 깊이 매핑을 가능하게 한다.
표기법은 필수는 아니지만 사용의 편의를 위해 가우시안 휘도 분포로부터 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 광 패턴은 1개, 2개 또는 그 이상의 구별되는 강도 변형을 가지고 투영된다. 각 변형은 공간 전체에 걸쳐 고유 강도 교대 함수를 가질 수 있다. 예를 들어, 패턴은 줄무늬를 따르는 가우시안 형태의 강도 핫스팟을 가지는 연속적인 줄무늬를 가지는 것으로 구성될 수 있다. 줄무늬 강도는 Z 방향으로 이동하는 동안 선형적으로 저하되지만, 각각의 핫스팟의 피크에서 카메라에 의해 측정되는 강도는 일정하게 유지된다. 광 패턴을 다시 카메라로 반사하는 대상으로의 거리는 핫스팟 강도를 그 주변의 줄무늬 강도에 비교함으로써 추출될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 각각 틸트 각도(예컨대 라인 간의 ½ 각도 분리 또는 유사한 자연적 인자)로 작은 이동을 가지고 결과 패턴이 대상(10)으로 투영되는 라인 세트(152A-152C, 182A-182C 및 192A-192C)인 면(311, 313 및 315)을 도시하는 도면이다. 이 실시예에서, 면의 상이한 틸트 각도는 각 프레임에 대한 패턴의 변위를 초래한다. 이것은 초-해상도를 달성하는데, 또한 인덱싱 목적으로 사용될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 빔 분할을 도시하는 도면이다. 시준된 레이저 소스(400)는 다각형의 면(430A)에서 반사되기 전 레이저 에너지의 복수의 빔(411A-415A)으로의 공간적 분할을 초래하는 간섭을 야기하는 회절 광학 요소(DOE)(420A)로 광 빔(410A)을 전송한다. 일부 실시예에서, 광 패턴의 라인들 간의 균일한 간격이 필요할 때, DOE(420A)은 다각형이 회전하면 복수의 빔(411A-415A)이 균일하게 이격된 선을 초래하도록 설계될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 빔 분할을 도시하는 도면이다. 시준된 레이저 소스(400)는 다각형의 면(430B)으로 광 빔(410B)을 전송하고, 면(430)은 광 빔(410B)을 광 패턴 생성에 사용되는 복수의 광 빔(421B-424B)으로 분할하고 반사하는 회절 광학층을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 시스템(500)을 도시하는 도면이다. 시스템(500)은 상술한 시스템(200)의 모든 요소를 제시하지만 장면(예컨대, 대상(10))에서 반사되고 면에 의해 다시 전송되는 된 광 패턴의 반사(552A, 552B 및 552C)를 감지하도록 구성된 센서(510)를 더 포함한다. 구체적으로, 센서(510)는 센서(510) 및 광원(210)이 수직 입체 기저 상의 삼각 측량 쌍을 형성하도록 공간적으로 위치한다. 시스템(500)은 장면의 깊이 맵(530)을 생성하기 위하여 전송된 광 패턴 및 대응하는 반사에 관한 데이터를 수신하도룩 구성된 컴퓨터 프로세서(520)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면 센서(510)는 적어도 하나의 다각형의 회전축과 평행하게 위치한 라인 센서이다. 모든 시점에서 상이한 픽셀의 수직 라인이 스캔되기 때문에 라인 센서의 사용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템(600)을 도시하는 도면이다. 시스템(600)은 상술한 시스템(500)의 모든 요소와 차이점 하나를 포함한다: 단일의 큰 다각형 대신, 시스템(600)은 광원(210)으로부터 광 빔을 수신하기 위해 위치한 제1 다각형(610B) 및 제1 다각형과 동일한 회전축을 가지며 장면으로부터 오는 광 빔의 반사를 센서(610)(여기서 예시로써 라인 센서로 도시)로 전송하기 위해 더 위치한 제2 다각형(610A)을 포함한다. 이 실시예는 더 컴팩트한 해결책이 필요할 때, 일반적으로 단일 다각형의 높이가 너무 클 때 일부 장점을 가진다. 시스템(600)의 적절한 동작을 위하여 제1 다각형(610B) 및 제2 다각형(610A)의 회전을 동기화할 필요가 있을 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템을 도시하는 도면이다. 시스템(700)은 상술한 시스템(500)의 모든 요소와 차이점 하나를 포함한다: 시스템(700)은 센서(740)와 적어도 하나의 다각형(710) 간에, 회전축과 수직이고 광 빔이 향하는 점과 실질적으로 동일한 라인 상의 점에 위치하고 면으로부터 오는 반사를 전송하도록 구성된 거울(730)(하지만 렌즈도 포함할 수 있음)과 같은 복수의 옵틱을 더 포함한다.
상기 설명에서, 실시예는 본 발명의 예시 또는 구현이다. 다양한 형태의 "일실시예", "실시예" 또는 "일부 실시예"는 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아니다.
본 발명의 다양한 특징이 단일 실시예의 문맥에서 서술될 수 있지만, 특징은 별개로 또는 임의의 적절한 조합에서 제공될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 본 발명이 명확성을 위해 별개의 실시예의 문맥에서 서술될 수 있지만, 본 발명은 단일 실시예에서도 구현될 수 있다.
명세서에서 "일부 실시예", "한 실시예", "일실시예" 또는 "다른 실시예"의 지칭은 실시예와 관련하여 서술된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 일부의 실시예에 포함되는 것이나, 반드시 본 발명의 모든 실시예에 포함되는 것은 아니라는 것을 의미하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 제한으로 해석되지 않고 설명의 목적만을 위한 것이라는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 개시의 원리 및 사용은 첨부된 설명, 도면 및 예시를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
본 명세서의 세부 사항은 본 발명의 응용을 제한으로 해석되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
나아가, 본 발명은 다양한 방식으로 수행 또는 실시될 수 있고 본 발명은 상기 설명에서 서술된 것과 다른 실시예로 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
“포함하는”, “가지는”, “이루어진”과 같은 용어 및 그 문법적 변형은 하나 이상의 컴포넌트, 특징, 단계 또는 정수나 그 그룹을 배제하는 것이 아니며 용어는 컴포넌트, 특징 단계 또는 정수를 특정하는 것으로 해석되어야 함을 이해하여야 한다.
명세서 또는 청구범위가 "추가적" 요소를 지칭한다면, 하나 이상의 추가적 요소가 있음을 배제하지 않는다.
청구항 또는 명세서가 "한" 또는 "하나의" 요소를 지칭할 때, 이런 지칭은 그 요소가 오직 하나만 있는 것으로 해석되지 않음이 이해될 것이다.
명세서가 구성요소, 특징, 구조 또는 특성이 포함"되도 좋거나(may)", 포함"될지도 모르거나(might)", 포함"될 수 있거나(can)", 포함"되는 것이 가능(could)"하다고 언급한다면, 특정 구성요소, 특징, 구조 또는 특성이 포함될 것이 요구되는 것이 아님이 이해될 것이다.
적용 가능하다면, 상태 천이도, 흐름도 또는 양자 모두 실시예를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 본 발명은 이들 도면 또는 대응하는 설명에 제한되지 않는다. 예를 들어, 흐름은 각 도시된 상자 또는 상태를 통해, 또는 도시되고 설명된 정확히 동일한 순서로 이동하지 않아도 된다.
본 발명의 방법은 선택된 단계나 작업을 수동, 자동 또는 그 조합으로 수행 또는 완료함으로써 구현될 수 있다.
청구범위 및 명세서에 제시된 설명, 예시, 방법 및 소재는 제한이 아니고 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어의 의미는 다르게 정의되지 않으면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되어야 한다.
본 발명은 본 명세서에 서술된 것과 동등하거나 유사한 방법 및 물질로 시험 또는 실시에서 구현될 수 있다.
본 발명이 제한된 수의 실시예에 관하여 설명되었지만, 이들은 본 발명의 범위의 제한이 아닌, 바람직한 실시예의 일부의 예시로 해석되어야 한다. 다른 가능한 변형, 수정 및 응용 또한 본 발명의 범위에 속한다. 따라서, 본 발명의 범위는 지금까지 설명된 내용에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위 및 그 법적 균등물에 의해 제한되어야 한다.

Claims (32)

  1. 복수의 면 및 면에 평행한 회전축을 가지는 적어도 하나의 다각형;
    광 빔을 다각형의 면에 전송하도록 구성되는 광원;
    회전축을 따라 다각형을 회전시키도록 구성되는 적어도 하나의 드라이버; 및
    조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광원 및 적어도 하나의 드라이버 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광 빔은 복수의 빔을 포함하는 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    회절 광학 요소를 더 포함하고, 복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성되는 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    회절 광학 요소는 다각형 면의 일부인 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가져서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능한 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    각 면은 상이한 광학 특성을 가지는 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행되는 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    조정은 장면의 기정의된 ROI(region of interest)에 기반하여 수행되고, ROI의 광 패턴은 광 패턴의 다른 부분과 다른 광 강도를 나타내는 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    장면의 깊이 맵을 생성하기 위하여 전송된 광 패턴에 관련되고 반사에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성되는 컴퓨터 프로세서를 더 포함하는 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    장면에서 오고 면에 의해 다시 전송되는 광 패턴의 반사를 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함하는 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    센서는 적어도 하나의 다각형의 회전축과 평행하게 위치한 라인 센서인 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    다각형은 광원으로부터의 광 빔을 수신하기 위하여 위치한 제1 다각형, 및 제1 다각형과 동일한 회전축을 가지고 장면으로부터 오는 광 빔의 반사를 센서로 전송하기 위하여 더 위치한 제2 다각형을 포함하는 시스템.
  13. 청구항 10에 있어서,
    센서 및 적어도 하나의 다각형 사이에, 회전축과 수직이고 광 빔이 향하는 점과 실질적으로 동일한 라인 상의 점에 위치하고 면으로부터 오는 반사를 전송하도록 구성된 복수의 옵틱을 더 포함하는 시스템.
  14. 면에 평행한 회전축을 따라 복수의 면을 가지는 적어도 하나의 다각형을 회전시키는 단계;
    광 빔을 다각형의 면에 전송하는 단계; 및
    조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광 강도 및 회전 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    광 빔은 복수의 빔을 포함하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성되는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    회절 광학 요소는 다각형 면의 일부인 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가져서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능한 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    각 면은 상이한 광학 특성을 가지는 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행되는 방법.
  21. 복수의 면 및 면에 평행한 회전축을 가지는 적어도 하나의 다각형;
    광 빔을 다각형의 면에 전송하도록 구성되는 광원;
    회전축을 따라 다각형을 회전시키도록 구성되는 적어도 하나의 드라이버; 및
    조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광원 및 적어도 하나의 드라이버 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    광 빔은 복수의 빔을 포함하고;
    바람직하게는 하나 이상의 회절 광학 요소를 더 포함하고,
    복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성되고;
    바람직하게는, 회절 광학 요소는 다각형 면의 일부인 시스템.
  23. 청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
    적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가져서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능하고; 및/또는
    각 면은 상이한 광학 특성을 가지는 시스템.
  24. 청구항 21 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행되는 시스템.
  25. 청구항 21 내지 청구항 24 중 어느 하나의 항에 있어서,
    조정은 장면의 기정의된 ROI(region of interest)에 기반하여 수행되고, ROI의 광 패턴은 광 패턴의 다른 부분과 다른 광 강도를 나타내는 시스템.
  26. 청구항 21 내지 청구항 25 중 어느 하나의 항에 있어서,
    장면의 깊이 맵을 생성하기 위하여 전송된 광 패턴에 관련되고 반사에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성되는 컴퓨터 프로세서를 더 포함하는 시스템.
  27. 청구항 21 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
    장면에서 오고 면에 의해 다시 전송되는 광 패턴의 반사를 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함하고;
    바람직하게는 센서는 적어도 하나의 다각형의 회전축과 평행하게 위치한 라인 센서이고; 및/또는
    바람직하게는 다각형은 광원으로부터의 광 빔을 수신하기 위하여 위치한 제1 다각형, 및 제1 다각형과 동일한 회전축을 가지고 장면으로부터 오는 광 빔의 반사를 센서로 전송하기 위하여 더 위치한 제2 다각형을 포함하고; 및/또는
    바람직하게는 센서 및 적어도 하나의 다각형 사이에, 회전축과 수직이고 광 빔이 향하는 점과 실질적으로 동일한 라인 상의 점에 위치하고 면으로부터 오는 반사를 전송하도록 구성된 복수의 옵틱을 더 포함하는 시스템.
  28. 면에 평행한 회전축을 따라 복수의 면을 가지는 적어도 하나의 다각형을 회전시키는 단계;
    광 빔을 다각형의 면에 전송하는 단계; 및
    조정 가능한 광 패턴을 생성하기 위하여 광 강도 및 회전 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 청구항 28에 있어서,
    광 빔은 복수의 빔을 포함하고;
    바람직하게는 복수의 빔은 회절 광학 요소를 사용하여 생성되고;
    바람직하게는 회절 광학 요소는 다각형 면의 일부인 방법.
  30. 청구항 28 또는 청구항 29에 있어서,
    적어도 하나의 면은 다른 면과는 다른 광학 특성을 가져서, 상기 적어도 하나의 면을 통해 생성된 패턴은 다른 면을 통해 생성된 패턴과 광학적으로 구별 가능한 방법.
  31. 청구항 28 내지 청구항 30 중 어느 하나의 항에 있어서,
    각 면은 상이한 광학 특성을 가지는 방법.
  32. 청구항 28 내지 청구항 31 중 어느 하나의 항에 있어서,
    컨트롤러에 의한 광원의 제어는 광 빔의 강도를 조정함으로써 수행되는 방법.
KR1020177036082A 2015-05-20 2016-05-02 다각형을 사용하여 광 패턴을 생성하는 방법 및 시스템 KR101917773B1 (ko)

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