KR20190085151A - 조정 가능한 초점 이미징 센서를 포함한 거리 센서 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법은 기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위해 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트를 동시에 활성화하는 단계, 측정 패턴을 시야로 투사하기 위해 거리 센서의 제 3 투사 포인트를 활성화하는 단계, 시야의 이미지를 캡처하는 단계로서, 상기 오브젝트, 상기 기준 패턴, 및 상기 측정 패턴은 이미지에서 가시적인, 상기 시야의 이미지를 캡처하는 단계; 이미지에서 측정 패턴의 외형에 기초하여 거리 센서로부터 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계, 이미지에서 기준 패턴의 외형에 기초하여 거리 센서의 렌즈의 움직임을 검출하는 단계, 및 검출되는 움직임에 기초하여 산출된 대로 거리를 조정하는 단계를 포함한다.

Description

조정 가능한 초점 이미징 센서를 포함한 거리 센서
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 여기에서 전체적으로 참조로서 통합되는, 2016년 12월 7일에 출원된, 미국 가 특허 출원 일련 번호 제62/430,998호의 이득을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 컴퓨터 비전 시스템들에 관한 것이고, 보다 특히 공간에서 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 측정하기 위한 센서들에 관한 것이다.
로봇 차량들 및 드론들과 같은, 무인 차량들은 통상적으로 주변 환경에서 장애물 검출 및 내비게이션을 위한 컴퓨터 비전 시스템들에 의존한다. 이들 컴퓨터 비전 시스템들은, 결국, 통상적으로 주변 환경으로부터 시각적 데이터를 획득하는 다양한 센서들에 의존하고, 컴퓨터 비전 시스템들은 주변 환경에 대한 정보를 모으도록 프로세싱한다. 예를 들면, 하나 이상의 이미징 센서들을 통해 획득된 데이터는 차량으로부터 주변 환경에서 특정한 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시는 일반적으로 컴퓨터 비전 시스템들에 관한 것이고, 보다 특히 공간에서 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 측정하기 위한 센서들에 관한 것이다.
일 실시예에서, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법은 기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위해 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트를 동시에 활성화하는 단계, 측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위해 상기 거리 센서의 제 3 투사 포인트를 활성화하는 단계, 상기 시야의 이미지를 캡처하는 단계로서, 상기 오브젝트, 상기 기준 패턴, 및 상기 측정 패턴은 상기 이미지에서 가시적인, 상기 시야의 이미지를 캡처하는 단계, 상기 이미지에서 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서로부터 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계, 상기 이미지에서 기준 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서의 렌즈의 움직임을 검출하는 단계, 및 검출되는 상기 움직임에 기초하여 산출된 대로 상기 거리를 조정하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 컴퓨터-판독 가능한 저장 디바이스는, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 동작들을 수행하게 하는 복수의 명령들을 저장한다. 상기 동작들은 기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위해 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트를 동시에 활성화하는 동작, 측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위해 상기 거리 센서의 제 3 투사 포인트를 활성화하는 동작, 상기 시야의 이미지를 캡처하는 동작으로서, 상기 오브젝트, 상기 기준 패턴, 및 상기 측정 패턴은 상기 이미지에서 가시적인, 상기 캡처하기, 상기 이미지에서 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서로부터 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 동작, 상기 이미지에서 기준 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서의 렌즈의 움직임을 검출하는 동작, 및 검출되는 상기 움직임에 기초하여 산출된 대로 상기 거리를 조정하는 동작을 포함한다.
또 다른 예에서, 이동 가능한 렌즈를 포함한 이미징 센서, 기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위한 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트로서, 상기 이미징 센서에 대한 상기 제 1 투사 포인트 및 상기 제 2 투사 포인트의 각각의 위치들이 고정되는, 상기 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트, 측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위한 제 3 투사 포인트로서, 상기 이미징 센서에 대한 상기 제 3 투사 포인트의 위치가 고정되는, 상기 제 3 투사 포인트, 및 상기 이미징 센서에 의해 캡처된 상기 시야의 이미지에서 상기 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 시야에서 오브젝트로 상기 장치로부터의 거리를 산출하고, 상기 이미지에서 기준 패턴의 외형에 기초하여 렌즈의 움직임을 검출하고, 검출되는 움직임에 기초하여 산출된 대로 거리를 조정하기 위한 회로를 포함한다.
본 발명은 공간에서 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 측정하기 위한 센서들을 제공한다.
본 개시의 교시는 수반되는 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다:
도 1a는 본 개시의 광학 구성들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 거리 센서의 일 실시예의 단면도를 예시한다;
도 1b는 도 1a의 거리 센서의 상면도를 예시한다;
도 2는 도 1a 및 도 1b의 거리 센서의 일 부분의 상면도를 예시한다;
도 3a는 렌즈 시프트를 보다 상세하게 예시한다;
도 3b는 이미지 확대를 보다 상세하게 예시한다;
도 4a는 두 개의 기준 빔들이 이미지 확대 및/또는 렌즈 시프트를 검출하기 위해 사용될 수 있는 제 1 예를 예시한다;
도 4b는 도 4a의 제 1 및 제 2 기준 빔들이 동시에 발생하는 이미지 확대 및 렌즈 시프트를 검출하기 위해 사용되는 예를 예시한다;
도 5a는 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트로부터 예시적인 1차 기준 패턴의 투사를 예시한다;
도 5b는 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트로부터 예시적인 2차 기준 패턴의 투사를 예시한다;
도 6a 및 도 6b는 동시에 투사된 예시적인 1차 및 2차 기준 패턴들을 예시한다;
도 7은 도 6a 및 도 6의 1차 기준 패턴 및 2차 기준 패턴의 투사의 제 1 예시적인 측면도를 예시한다;
도 8은 상이한 위치들에서 투사된 점들의 다수의 직사각 행렬들의 중첩을 예시한다;
도 9는 동시에 투사된 1차 기준 패턴 및 2차 기준 패턴을 가진 예시적인 측정 패턴을 예시한다;
도 10은 센서로부터 공간에서의 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 산출하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다; 및
도 11은 여기에서 설명된 기능들을 수행하는데 사용하기 적합한 범용 컴퓨터의 고-레벨 블록도를 묘사한다.
이해를 가능하게 하기 위해, 동일한 참조 번호들이, 가능한 경우, 도면들에 일반적인 동일한 요소들을 지정하기 위해 사용되어 왔다.
일 실시예에서, 본 개시는 거리 센서에 관한 것이다. 거리 센서들은 컴퓨터 비전 시스템이 차량으로부터 주변 환경에서의 특정한 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 결정하도록 돕기 위해 무인 차량들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 거리 센서는 광의 하나 이상의 빔들을 오브젝트 또는 포인트로 투사하고, 그 후 비행 시간(TOF), 반사된 광의 분석(예로서, 라이다), 또는 다른 수단들에 따라 거리를 계산할 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 종래의 거리 센서들은 부피가 큰 경향이 있고, 따라서 소형 차량들에서의 사용에 적합하지 않을 수 있다. 게다가, 센서들은 제조하기에 매우 비싸고 제한된 시야를 갖는 경향이 있을 수 있다. 예를 들면, 다수의 종래의 이미징 센서들의 배열을 사용하는 것은 또한 360도 미만인 시야를 제공한다. 거리 센서들은 또한, 3-차원(3D) 이미징, 개인용 및 상업용 차량 카메라 시스템들, 보안 시스템들 등을 포함한, 다른 애플리케이션들을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이들 애플리케이션들의 각각은 상이한 유형들의 이미지 데이터(넓은 시야, 먼 거리, 작은 크기 등)를 요구할 수 있고; 따라서 렌즈 시프트 및 이미지 확대는 주어진 애플리케이션을 위해 요구된 이미지들의 유형들을 캡처하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 거리 센서들은 이미지의 위치를 거리에 직접 연관시키고 그에 의해 이미지와 연관된 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위해 단순한 삼각측량 알고리즘들을 이용한다. 이러한 유형의 몇몇 센서들은 3-차원 센서들로서 2-차원 카메라들을 사용할 수 있다. 따라서, 비용 및 크기에 대하여 이러한 시스템들에 대한 이점이 있다. 그러나, 빔 투사를 이용하는 능동형 삼각측량 시스템들에 대해, 이미징 센서(예로서, 카메라)는 통상적으로 주밍 능력들이 없는 고정 렌즈, 고정된 초점 시스템으로서 구성된다. 고정된 초점은 보다 큰 거리들로부터 이미지들을 캡처하려고 시도할 때 블러를 도입할 수 있고, 줌에 대한 무능력은 이동하는 오브젝트들의 선명한 이미지들을 캡처하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 다른 한편으로, 렌즈가 주밍 및 포커싱을 위해 조정 가능하면, 렌즈의 임의의 바람직하지 않은 움직임(예로서, 시프팅 또는 경사)은 삼각측량 정확도에 영향을 줄 수 있다.
개시의 예들은 여기에 전체적으로 참조로서 통합되는, 2015년 10월 22일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제14/920,246호에 개시된 거리 센서들 중 임의의 것과 같은, 소형 거리 센서에 대한 개선들을 광학 구성에 제공한다. 하나 이상의 광원들은 오브젝트에 입사될 때 기준 패턴(예로서, 또한 복수의 평행 라인들)을 일괄하여 형성하는 복수의 빔들을 투사한다. 측정 및 기준 패턴들은 동일한 광원들로부터 또는 상이한 광원들로부터 동시에 투사될 수 있다. 하나 이상의 이미징 센서들은 그 후 오브젝트의 2-차원 이미지들, 측정 패턴, 및 기준 패턴을 캡처하고, 이미지들의 오브젝트 상에서 측정 패턴 및 기준 패턴의 외형에 기초하여, 거리 센서의 이미징 센서 렌즈의 움직임(예로서, 시프트, 경사 등)을 검출한다. 보상들은 그 후 렌즈 움직임을 감안하기 위해 삼각측량-기반 오브젝트 거리 측정들에 대해 이루어질 수 있다.
본 개시의 맥락 내에서, "빔" 또는 "투사 빔"은 개시된 거리 센서의 광원에 의해 방출되는 광의 형태를 나타낸다. "라인" 또는 "패턴"은 광원에 의해 방출된 빔이 표면 또는 오브젝트에 입사될 때 상기 표면 또는 오브젝트 상에 생성되는 이미지를 나타낸다.
예를 들면, 도 1a 및 도 1b는 본 개시의 광학 구성들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 거리 센서(100)의 일 예를 예시한다. 특히, 도 1a는 거리 센서(100)의 단면도를 예시하는 반면, 도 1b는 도 1a의 거리 센서(100)의 상면도를 예시한다. 거리 센서(100)는, 예를 들면, 무인 차량에 장착될 수 있다.
도 1a에 예시된 바와 같이, 거리 센서(100)는 소형 하우징(102) 내에 배열된 복수의 구성요소들을 포함한다. 일 예에서, 구성요소들은 광각 렌즈(112)를 포함하는 이미징 센서(110) 주위에 배열된 복수의 광원들(1081 내지 108n)(이후, 총괄하여 "광원들(108)"로 불리우거나 또는 개별적으로 "광원(108)"으로 불리우는)을 포함한다. 일 예에서, 복수의 광원들(108)은 짝수의 광원들을 포함한다. 예를 들면, 도 1b에 묘사된 예에서, 복수의 광원들(108)은 4개의 광원들(108)을 포함한다. 일 예에서, 구성요소들은 중심 축(A-A')에 대해 대체로 대칭으로 배열된다. 예를 들면, 일 예에서, 중심 축(A-A')은 이미징 센서(110)의 광학 축(예로서, 렌즈 유닛의 중심)과 일치하고, 광원들(108)은 도 1b에 예시된 바와 같이, 이미징 센서(110) 주위의 링에 규칙적인 간격들로(예로서, 30도마다, 90도마다 등) 이격된다.
일 예에서, 광원들(108)의 각각은 광의 복수의 빔들을 방출하는 레이저 광원이고, 여기에서 광의 복수의 빔들은 복수의 빔들이 입사되는 표면으로 복수의 연속 라인들 또는 점들의 라인들(또는 x들, 대시 기호들 등과 같은, 다른 표시들)을 투사할 수 있다. 따라서, 각각의 광원(108)은 거리 센서(100)에 대한 투사 포인트, 즉 광의 복수의 빔들이 시야로 투사되는 거리 센서(100) 상에서의 포인트로 고려될 수 있다. 이를 위해, 각각의 투사 포인트는 광원(108)에 의해 방출된, 광의 단일 빔을, 광의 복수의 빔들로 나뉘는 각각의 회절 광학 요소(1141 내지 114n)(이후 총괄하여 "회절 광학 요소들(114)" 불리우거나 또는 개별적으로 "회절 광학 요소(114)"로 불리우는)를 포함할 수 있다. 복수의 빔들의 각각의 개개의 빔은 결국 표면으로 점 또는 포인트를 투사할 수 있고, 여기에서 복수의 빔들은 대응하는 점들이 일련의 평행 라인들을 일괄하여 형성하도록 배열된다. 라인들은 점들로 형성될 수 있고, 따라서 그것들은 일괄하여 점들의 직사각 행렬을 형성한다. 대안적으로, 라인들은 연속적일 수 있거나, 또는 대시 기호들, x들 등으로 형성될 수 있다.
각각의 광원(108)의 투사의 방향은 이미징 센서(110)에 대하여 고정될 수 있다. 일 예에서, 각각의 광원(108)은 표면상에 상이한 시각적 패턴을 형성하는 복수의 빔들을 투사하도록 구성된다. 예를 들면, 광원(1081)은 점들의 패턴을 투사할 수 있는 반면, 광원(1082)은 대시 기호들 또는 x들 등의 패턴을 투사할 수 있다. 추가 예에서, 복수의 광원들(108) 중 적어도 하나의 광원(108)은 그것이 투사하는 패턴을 변경하도록 구성 가능하다. 또한, 광원들(108) 중 하나 이상에 의해 투사된 광의 강도는 달라질 수 있다. 예를 들면, 광원(1081)은 제 1 강도의 광을 투사할 수 있는 반면, 광원(1082)은 상이한 제 2 강도의 광을 투사할 수 있다. 대안적으로, 각각의 광원(108)은 그 강도가 몇몇 범위 내에서 변경될 수 있는 광을 투사할 수 있을 것이다.
각각의 광원(108)으로부터 방출되는 광은 인간 시각에 비교적 안전한 것으로 알려진 파장이다(예로서, 적외선). 추가 예에서, 각각의 광원(108)은 그것의 출력의 강도를 조정하기 위해 회로를 포함할 수 있다. 추가 예에서, 각각의 광원(108)은, 이미지 캡처에 대한 주변 광의 효과들을 완화시키기 위해, 펄스들로 광을 방출할 수 있다.
일 예에서, 복수의 광원들(108)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 복수의 광원들(108)에 의해 방출된 광이 전파되는 방향에 대하여, 이미징 센서(110)의 주 포인트(즉, 광학 축(A-A')이 이미지 평면에 교차하는 포인트) "뒤에" 배치된다. 일 예에서, 복수의 광원들(108) 중 적어도 하나의 광원(108)은 거리 센서(100)로부터 떼어낼 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 이미징 센서(110)는 복수의 광원들(108)의 중앙에, 중심 축(A-A')을 따라 배치될 수 있다. 일 예에서, 이미징 센서(110)는 스틸 또는 비디오 카메라와 같은, 이미지 캡처링 디바이스이다. 하나의 특정한 예에서, 이미지 캡처링 디바이스는 적색, 녹색, 청색 적외선(RGB-IR) 센서를 포함한다. 또한 상기 논의된 바와 같이, 이미징 센서(110)는 반구형 시야를 생성하는 어안 렌즈와 같은, 광각 렌즈(112)를 포함한다. 일 예에서, 렌즈(112)는 중심 투사가 아닌 다른 임의의 유형의 렌즈 또는 자유 형태 표면 광학 렌즈를 포함한다. 일 예에서, 이미징 센서(110)는 거리 센서(110)로부터 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 산출하기 위한 회로를 포함한다. 또 다른 예에서, 이미징 센서는 캡처된 이미지들을 네트워크를 통해 프로세서로 전달하기 위해 네트워크 인터페이스를 포함하고, 여기에서 프로세서는 거리 센서(100)로부터 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 산출하고 그 후 산출된 거리를 다시 거리 센서(100)로 전달한다.
또 다른 예에서, 거리 센서(100)는 그것의 빔을 제 1 복수의 빔들로 나누기 위해 회절 광학 요소를 이용하는 단일 광원(108)을 이용할 수 있다. 제 1 복수의 빔들의 각각은 그 후 상기 논의된 바와 같이(예로서, 회절 광학 요소들(114)에 의해) 거리 센서(100)의 각각의 투사 포인트로부터 방출되는 제 2 복수의 빔들로 추가로 나뉜다. 이 예는 미국 특허 출원 번호 제14/920,246호에서 추가로 상세하게 논의된다.
따라서, 일 예에서, 거리 센서(100)는 복수의 투사 빔들이 방출되는 복수의 투사 포인트들을 생성하기 위해 하나 이상의 광원들 및/또는 하나 이상의 회절 광학 요소들을 사용하고, 여기에서 복수의 투사 빔들(예로서, 점들 또는 대시 기호들의 패턴들을 포함할 수 있는)에 의해 생성된 복수의 라인들은 그것들이 투사되는 표면상에서 서로 평행하여 배향될 수 있다. 따라서, 거리 센서(100)에 의해 표면으로 투사된 패턴은 복수의 평행 라인들을 포함할 수 있고, 라인들의 각각은 연속 라인 또는 점들, 대시 기호들, x들 등의 라인을 포함한다. 거리 센서(100)로부터 오브젝트로의 거리는 그 후 시야에서(예로서, 2015년 10월 22일에 출원된, 비국 특허 출원 번호 제14/920,246호에서 설명된 바와 같이) 복수의 평행 라인들의 외형들로부터 산출될 수 있다(예로서, 라인들이 점들로 형성될 때, 점들의 위치들에 의해). 예를 들면, 오브젝트로의 거리는, 거리가 변할지라도 라인들이 항상 연속적으로 선형이기 때문에, 평행 라인들을 형성하는 점들의 측방향 움직임을 통해 검출될 수 있다. 오브젝트의 크기 및 치수들이 또한 직접 산출될 수 있다.
이하에서 추가로 상세하게 논의되는 바와 같이, 평행 라인들의 상이한 패턴들은 거리를 측정하기 위해 및 렌즈 움직임을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 및/또는 제 2 기준 패턴의 이미지들은 렌즈 움직임을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 렌즈 움직임에 대한 지식은 그 후 측정 패턴의 이미지에 기초하여 이루어진 거리 측정(예로서, 삼각측량을 통해)을 조정하기 위해 적용될 수 있다.
광원들(108)의 각각이 상이한 패턴(예로서, 점들, x, 대시 기호들 등)의 복수의 라인들을 투사할 때, 이미징 센서(110)에서의 회로는 캡처된 이미지에서의 어떤 라인들이 광원들(108) 중 어떤 것에 의해 생성되었는지를 쉽게 결정할 수 있다. 이것은, 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 거리 산출들을 가능하게 할 수 있다. 일 예에서, 상이한 거리 산출 기술은 광원들(108)의 각각에 의해 투사된 패턴들과 함께 사용될 수 있다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 거리 센서(100)의 일 부분의 상면도를 예시한다. 특히, 도 2는 검출되는 오브젝트(200)에 대해서 렌즈 시프트 및 이미지 확대의 개념들을 예시한다.
예시된 바와 같이, 이미징 센서(110) 및 광원들(108)은 고정된 위치들을 갖는다. 그러나, 렌즈(112)는 그것이 포커싱 및 주밍을 위해 조정될 수 있도록 이동 가능한 위치를 갖는다. 따라서, 거리 센서(100)는 거리가 측정되고 있는 오브젝트(200)에 대하여 고정된 위치를 가질 수 있지만, 오브젝트(200)에 대한 렌즈(112)의 위치는 달라질 수 있고, 이것은 거리 산출을 위해 사용된 삼각측량 기술의 정확도에 영향을 줄 수 있다.
예를 들면, 렌즈(112)는, 이미징 센서(110)의 광학 축에 대하여 측방향 또는 수직 방향으로 시프트, 즉 이동할 수 있다. 도 2에서, 초기, 시프트-전 광학 축은 A-A'에서 도시되지만, 새로운, 시프트-후 광학 축은 B-B'에서 도시된다.
렌즈(112)는 또한, 예로서 이미지 확대(줌)의 목적들을 위해, 이미징 센서(110)의 광학 축에 평행한 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우에, 이미징 센서의 광학 축의 위치는 변하지 않고(예로서, 그것은 A-A'인 채로 있다), 렌즈(112)로부터 오브젝트(200)로의 거리는 변한다.
기준 패턴은 광원들(108) 중 둘 이상에 의해 오브젝트(200)로 투사될 수 있고, 여기에서 각각의 광원(108)은 각각의 기준 빔(2061 또는 206n)(이후 총괄하여, "기준 빔(206)으로 불리우거나 또는 개별적으로 "기준 빔(206)"으로 불리운다)을 투사한다. 기준 패턴은 적어도 하나의 기준 포인트(204)(예로서, 점, 대시 기호, 라인 등)를 포함하고, 여기에서 기준 빔들(206)은 이하에서 추가로 상세하게 논의되는 바와 같이, 수렴되거나 또는 교차한다. 일 예에서, 기준 패턴의 기준 축(202)은 이미징 센서(110)의 광학 축(A-A')과 동조된다(예로서, 동일 선상이다).
도 3a는 렌즈 시프트를 보다 상세하게 예시한다. 특히, 도 3a는 렌즈로부터 오브젝트(306)로의 거리에서의 변화가 없는 렌즈 시프트를 예시한다. 도 3a에서, 렌즈(112)의 초기 위치는 300에서 표시되지만, 렌즈(112)의 새로운 또는 시프트된 위치는 302에서 표시된다. 시프트, 또는 초기 위치(300) 및 새로운 위치(302) 사이에서의 측방향 차이는 s로서 제공될 수 있다.
참조 번호(304)는 오브젝트(306)로 투사되어, 오브젝트(306) 상에서, 이후 "기준 포인트"로 불리우는, 포인트(예로서, 점, x, 대시 기호 등) 이미지(PR)를 생성하는 기준 빔을 표시한다. 예시된 바와 같이, 기준 빔(304)은 렌즈(112)의 초기 위치(300)로부터 렌즈(112)의 전방 교점(Nf)으로부터 투사되고, 그것을 통과한다. 이 경우에, 전방 교점(Nf)은 삼각측량을 위한 거리 센서(100)의 교정 위치로서 작용한다. 렌즈(112)가 새로운 위치(302)로 시프트할 때, 렌즈(112)의 전방 교점은
Figure pct00001
로 이동한다. 렌즈(112)의 후방 교점은 Nr로부터
Figure pct00002
로 이동한다. 기준 빔(304)과 연관된 방향 및 기준 포인트(PR)는 고정된다.
렌즈(112)가 초기 위치(300)에 있을 때, 이미징 센서(110) 상에서의 기준 포인트(PR)의 이미지는 QR로 표시된다. 그러나, 렌즈(112)가 새로운 위치(304)로 시프트할 때, 이미징 센서(110) 상에서의 기준 포인트(PR)의 이미지는 QR'로 이동한다. 이 경우에, 기준 포인트(PR)의 이동 거리(s')는 다음과 같이 산출될 수 있다:
s' = s+s(b/a) (식 1)
여기에서 b는 이미지 거리(즉, 이미지 센서(110) 상에서의 기준 포인트(PR)의 이미지(QR')로부터 렌즈(112)의 후방 교점(
Figure pct00003
)까지의 거리)를 나타내고 a는 오브젝트 거리(즉, 오브젝트(306)로부터 렌즈(112)의 후방 교점(
Figure pct00004
)까지의 거리)를 나타낸다. 통상적으로, 비(b/a)는 비교적 작고, 따라서 시프트(s)는 이동 거리(s')와 거의 동일하다.
일 예에서, 점 이미지들(P0, P1, 및 P2)은 거리 측정 목적들을 위해 오브젝트(306)로 투사되는 패턴의 부분을 형성하고; 따라서, 점 이미지들(P0, P1, 및 P2)은 여기에서 "측정 포인트들"로 불리울 수 있다. 이미징 센서(110) 상에서 측정 포인트들의 대응하는 이미지들은 각각 Q0, Q1, 및 Q2로 표시된다. 렌즈(112)가 새로운 위치(302)로 시프트할 때, 이미징 센서(110) 상에서의 측정 포인트들의 이미지들은 각각 Q0', Q1', 및 Q2'로 이동한다. 이 경우에, 측정 포인트들(P0, P1, 및 P2)의 이동 거리들(s')은 시프트(s)와 대략 동일하다.
따라서, 렌즈(112)의 시프트(s)는 오브젝트(306)로의 임의의 거리를 갖고 기준 빔(304)을 이용함으로써 결정될 수 있다. 시프트가 s일 때, 오브젝트(306)로의 임의의 거리에서 임의의 측정 포인트(P0, P1, 및 P2)(이미징 센서(110)에 의해 캡처된 바와 같이)의 이미지의 이동 값은 s'이다.
도 3b는 이미지 확대를 보다 상세하게 예시한다. 이미지 확대는 이미지 거리(즉, 이미지 센서 상에서의 패턴 포인트의 이미지로부터 렌즈의 후방 교점까지의 거리)와 비례 관계를 갖는다는 것이 주의되어야 한다. 특히, 도 3b는 렌즈 시프트가 없는 이미지 확대를 예시한다. 따라서, 렌즈(112)는 오브젝트(306)에 더 가깝거나 또는 더 멀리 이동할 수 있지만(즉, 이미징 센서(110)의 광학 축에 평행한 방향으로), 측방향으로 이동하지 않는다(즉, 도 3a에 예시된 바와 같이, 이미징 센서(110)의 광학 축에 수직인 방향으로).
도 3b에서, 렌즈(112)의 초기 위치는 308에서 표시되지만, 렌즈(112)의 새로운 또는 확대 위치는 310에서 표시된다. 참조 번호(304)는 오브젝트(306)로 투사되어, 오브젝트(306) 상에서, 이후 "기준 포인트"로 불리우는, 포인트(예로서, 점, x, 대시 기호 등) 이미지(PR)를 생성하는, 기준 빔을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 기준 빔(304)은 초기 위치(308)로부터 렌즈(112)의 전방 교점(Nf)으로부터 투사되고, 그것을 통과한다. 이 경우에, 전방 교점(Nf)은 삼각측량을 위한 거리 센서(100)의 교정 위치로서 작용한다. 렌즈(112)가 새로운 위치(310)로 이동할 때, 렌즈(112)의 전방 교점은
Figure pct00005
로 이동한다. 렌즈(112)의 후방 교점은 Nr로부터
Figure pct00006
로 이동한다. 기준 빔(304)과 연관된 방향 및 기준 포인트(PR)는 고정된다(즉, 기준 포인트(PR)는 이미지 거리가 변할지라도 오브젝트(306)에 대하여 이동하지 않는다).
렌즈(112)가 초기 위치(308)에 있을 때, 이미징 센서(110) 상에서 기준 포인트의 이미지는 QR로 표시된다. 상기 논의된 바와 같이, 오브젝트(306) 상에서 기준 포인트(PR)의 이미지의 위치는 이미지 거리에서의 변화와 함께 이동하지 않는다. 그러나, 렌즈(112)가 새로운 위치(310)로 시프트하고 이미지 거리가 변경될 때(예로서, 주밍 또는 포커싱으로 인해), 이미징 센서(110) 상에서의 기준 포인트의 이미지는 QR'로 이동한다.
추가 예들에서, 복수의 기준 빔들(예로서, 적어도 두 개)은 렌즈 시프트 및 이미지 확대를 검출하고 이를 보상하기 위해 사용된다. 이 경우에, 거리 센서의 적어도 제 1 및 제 2 투사 포인트들은 거리가 측정되고 있는 오브젝트로, 각각 적어도 제 1 및 제 2 기준 빔들을 투사하기 위해 사용될 수 있다.
도 4a는, 예를 들면, 두 개의 기준 빔들이 이미지 확대 및/또는 렌즈 시프트를 검출하기 위해 사용될 수 있는 제 1 예를 예시한다. 이 경우에, 변화 비(k)는 양쪽 기준 빔들 모두에 대응하는 캡처된 이미지들의 거리 변화들을 검출함으로써 획득될 수 있다.
특히, 제 1 기준 빔(400) 및 제 2 기준 빔(402)은 오브젝트(404) 상에 제 1 기준 포인트(PR) 및 제 2 기준 포인트(PSR)를 생성하기 위해 투사된다. 이미징 센서 상에서 제 1 기준 포인트(PR) 및 제 2 기준 포인트(PSR)의 이미지들의 위치들은 각각 QR 및 QSR로 표시되고; 이미징 센서 상에서 제 1 기준 포인트(PR) 및 제 2 기준 포인트(PSR)의 이미지들의 새로운 위치들은 각각 QR' 및 QSR'로 표시된다. 포인트들(P 및 P0)은 각각 제 1 측정 빔(406) 및 제 2 측정 빔(408)에 의해 오브젝트(404) 상에 만들어진, 각각 제 1 측정 포인트 및 제 2 측정 포인트를 나타낸다.
이 경우에 변화 비(k)는 다음에 따라 획득될 수 있다:
k = (khSR + khR)/(hSR * hR) (식 2)
여기에서 khSR 및 khR은 알려져 있다.
도 4b는 도 4a의 제 1 및 제 2 기준 빔들(400 및 402)이 동시에 발생하는 이미지 확대 및 렌즈 시프트를 검출하기 위해 사용되는 예를 예시한다. 이 경우에, 시프트(s) 및 변화 비(k) 양쪽 모두를 산출하기 위해 제 1 및 제 2 기준 빔들(400 및 402)의 절대 위치들(즉, 삼각측량 교정이 수행되는 초기, 렌즈 시프트-전 위치들)을 아는 것이 필요하다. 이 경우에 절대 위치들은 이미징 센서의 광학 축(A-A')에 대한 위치들로서 정의되고, 여기에서 광학 축(A-A')은 기준 포인트들의 이미지들이 오브젝트 거리 변화 또는 이미지 거리 변화와 함께 이동하지 않으므로 추가로 정의된다.
절대 위치들이 알려질 필요가 있는 정확도는 조건들에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 몇몇 예들에서, 제 1 기준 빔(400), 제 2 기준 빔(402), 및 광학 축의 위치들을 검출할 수 있는 교정 수단들이 이용될 수 있다. 교정 수단들은 검출된 위치들을 추가로 배열하고 저장할 수 있다. 이들 위치들의 검출, 배열, 및 저장은 삼각측량 교정과 관련되어 수행될 수 있다.
상기 설명된 예들은 렌즈 시프트 및 오브젝트 거리 변화들을 검출하기 위해 기준 "빔들"을 사용하는 것에 대하여 논의되었지만, 본 개시의 추가 예들은 렌즈 시프트 및 오브젝트 거리 변화들을 검출하기 위해 복수의 빔들에 의해 생성된 기준 "패턴들"을 사용할 수 있다. 이 경우에, 거리 센서의 적어도 두 개의 투사 포인트들은 복수의 빔들을 동시에 투사하고, 이것은 그것들이 방출되는 투사 포인트로부터 퍼질 수 있다. 복수의 빔들의 각각의 빔은 오브젝트로 포인트를 투사할 수 있다. 복수의 빔들에 의해 투사된 포인트들은 오브젝트 상에 복수의 라인들(예로서, 연속 라인들 또는 일련의 점들, 대시 기호들, x들 등에 의해 형성된 라인들)을 일괄하여 형성할 수 있다. 단일 투사 포인트로부터 방출된 복수의 빔들에 의해 및 복수의 빔들에 의해 오브젝트로 투사되는 포인트들에 의해 제한되는 공간은 거리 센서의 렌즈의 전방 교점을 포함할 수 있는 투사 평면을 형성한다. 각각의 투사 평면은 거리 센서의 광학 축을 포함할 수 있다.
도 5a는, 예를 들면, 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504)로부터 대표적인 1차 기준 패턴(500)의 투사를 예시한다. 예시된 바와 같이, 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504) 각각은 각각, 제 1 투사 평면(506) 또는 제 2 투사 평면(508)을 형성하기 위해 퍼지는 복수의 빔들을 투사한다.
예시된 바와 같이, 제 1 투사 평면(506) 및 제 2 투사 평면(508)은 이미징 센서(512)의 전방 교점(510)을 통과하는 라인(C-C')을 따라 교차한다. 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504)의 위치들이 이미징 센서(512)에 대하여 고정되므로, 제 1 투사 평면(506) 및 제 2 투사 평면(508)이 교차하는 라인(C-C')의 위치는 또한 이미징 센서(512)에 대해 고정된다. 따라서, 라인(C-C')은 실제로 기준 패턴(500)의 이미지를 캡처함으로써 인식될 수 있는 "기준 빔"으로 고려될 수 있다.
제 1 투사 평면(506) 및 제 2 투사 평면(508)은 이미징 센서(512)의 광학 축을 지나므로, 제 1 투사 평면(506) 및 제 2 투사 평면(508)에 의해 생성된 1차 기준 패턴은 "1차" 기준 패턴으로 고려될 수 있다. 라인(C-C')은 유사하게 "1차" 기준 축으로 고려될 수 있다.
도 5b는 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504)로부터 예시적인 2차 기준 패턴(514)의 투사를 예시한다. 이 경우에, 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504) 각각은, 각각 제 3 투사 평면(516) 또는 제 4 투사 평면(518)을 형성하기 위해 퍼지는 복수의 빔들을 투사한다.
예시된 바와 같이, 제 3 투사 평면(516) 및 제 4 투사 평면(518)은 라인(D-D')을 따라 미리 결정된 각도를 갖고 교차한다. 제 1 투사 포인트(502) 및 제 2 투사 포인트(504)의 위치들이 이미징 센서(512)에 대하여 고정되므로, 제 3 투사 평면(516) 및 제 4 투사 평면(518)이 교차하는 라인(D-D')의 위치가 또한 이미징 센서(512)에 대하여 고정된다. 따라서, 라인(D-D')은 사실상 기준 패턴(514)의 이미지를 캡처함으로써 인식될 수 있는 "기준 빔"으로 고려될 수 있다.
제 3 투사 평면(516) 및 제 4 투사 평면(518)은 이미징 센서(512)의 광학 축을 지나지 않으므로, 제 3 투사 평면(516) 및 제 4 투사 평면(518)에 의해 생성된 기준 패턴(514)은 "2차" 기준 패턴으로 고려될 수 있다. 라인(D-D')은 유사하게 "2차" 기준 축으로 고려될 수 있다.
1차 기준 패턴(500) 및 2차 기준 패턴(514)은 동일한 평면에서 서로 평행한다. 1차 기준 패턴(500) 및 2차 기준 패턴(514) 사이에서 이미징 센서(512)에 의해 캡처된 이미지의 거리는 오브젝트 거리에서의 변화에 대해 일정하다.
도 6a는 본 개시의 거리 센서에 의해 오브젝트로 투사될 수 있는 예시적인 측정 패턴(600)을 예시한다. 예시된 바와 같이, 측정 패턴(600)은 점들의 직사각 행렬을 포함한다. 그러나, 다른 예들에서, 점들의 각각의 컬럼 또는 로우는 연속 라인으로서 형성될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 측정 패턴(600)은 복수의 빔들을 동시에 방출하는, 이미징 센서 주위에 위치되고 이미징 센서의 렌즈의 전방 교점에 대하여 동일한 높이에 위치되는(이미징 센서의 광학 축의 방향을 따라), 적어도 두 개의 투사 포인트들에 의해 생성된다.
측정 패턴(600) 내에서 동시에 투사된(또는 그 위에 중첩된) 예시적인 1차 및 2차 기준 패턴들을 예시하는, 도 6a 및 도 6b에 예시된 예에서, 1차 기준 패턴은 점들의 수직으로 배향된 중앙 라인(602)을 포함하지만, 2차 기준 패턴은 중앙 라인(602)으로부터 측방향으로 바깥쪽으로(및 그것에 평행하여) 이격된 점들의 수직으로 배향된 라인들(604)의 세트를 포함한다. 측정 패턴(600), 1차 기준 패턴, 및 2차 기준 패턴은 복수의 투사 포인트들(606)로부터 반구형 시야(예로서, "가상의 구체")로 투사되고, 이것은 각각의 광원들(608)에 대응하는 회절 광학 요소들을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 1차 기준 패턴은 구면 좌표들에서,
Figure pct00007
=C(여기에서 C는 일정하지만, 임의의 값이다)의 라인에 대응하고, 보다 특히
Figure pct00008
=0(즉, C=0)의 라인에 대응하고, 여기에서
Figure pct00009
는 측정 패턴(600)의 회전 각이다. 따라서, 1차 및 2차 기준 패턴들은 그것들이 투사되는 투사 포인트들과 함께 평면들을 생성하고, 오브젝트로 투사되는 결과적인 패턴은 라인을 형성한다.
1차 기준 패턴은 앙각에 의해 추가로 정의될 수 있다(θ = +θa 내지 -θa)(여기에서, θ는 임의의 값이고, 1차 기준 패턴은 θa 내지 θb의 미리 결정된 범위에 있다). 2차 기준 패턴은 앙각에 의해 추가로 정의될 수 있다(θ = +θb 내지 -θb)(여기에서 θ는 임의의 값이고, θc 내지 θd의 미리 결정된 범위에 있다면, 2차 기준 패턴). 2차 기준 패턴의 회전 각(
Figure pct00010
)은
Figure pct00011
=△
Figure pct00012
로서 정의될 수 있다(여기에서
Figure pct00013
는 미리 결정된 값이다).
그와 대조적으로, 측정 패턴(600)은 θ=0의 라인에 대응하고(및, 보다 특히, 측정 패턴(600)의 수평으로 배향된 중심 라인(610)은 θ=0에 대응한다), 여기에서 θ는 측정 패턴(600)의 앙각이다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 1차 기준 패턴 및 2차 기준 패턴의 투사의 제 1 예시적인 측면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 1차 기준 패턴(빔(702)에 의해 투사된) 및 2차 기준 패턴(빔(704)에 의해 투사된)을 포함한 기준 패턴의 투사된 포인트의 위치는 렌즈(706)의 전방 교점(Nf)과 일치하여 배치된다. 따라서, 기준 패턴의 라인의 캡처된 이미지는 오브젝트로부터 렌즈(706)의 임의의 거리에서 동일한 위치를 차지한다.
따라서, 1차 기준 패턴(800) 및 두 개의 2차 기준 패턴(802)(유사하게 구성되지만 상이한 각각의 위치들에 배열된)의 중첩을 예시하는, 도 8에 예시된 바와 같이 복수의 투사된 포인트들을 배열함으로써, 각각의 중심 라인들(804, 806, 및 808)은 이미징 센서의 렌즈(812)의 광학 축 상에서 교차하는 포인트는 렌즈(812)로부터 1차 기준 패턴(800) 및 2차 기준 패턴(804)이 투사되는 오브젝트로의 임의의 거리에서 고정된다.
일 예에서, 1차 기준 패턴(800)은 그것의 교차 포인트들이 쉽게 인식될 수 있도록 구성된다. 그러나, 1차 기준 패턴(800)의 몇몇 부분은 포인트 이미지 조건들로 인해 검출 가능하지 않게 될 수 있다(비정상적인 반사 조건들, 장애물의 존재 등과 같은 오브젝트 조건들에 의존하여)고 가정될 수 있다. 따라서, 시간에 걸쳐, 시간에 걸쳐 1차 기준 패턴(800)을 검출하기 위한 거리 센서의 능력의 정확도는 달라질 수 있다.
따라서, 일 예에서, 보호 장치들(safeguards)이 1차 기준 패턴(800)의 교차 포인트들이 인식되는 정확도를 개선하기 위해 취해질 수 있다. 예를 들면, 1차 기준 패턴(800)에서 투사된 라인들의 수는 증가될 수 있고(예로서, 4개 이상으로) 및/또는 투사된 라인들의 길이들은 증가될 수 있다. 추가 예들에서, 선택 수단들은 1차 기준 패턴(800)의 가장 효과적인 부분들을 선택하기 위해 사용될 수 있고 가장 효과적인 산출 수단들은 1차 기준 패턴(800)의 선택된 부분에 기초한다. 추가의 예들에서, 제어 수단들은 패턴 조건들의 분석 및/또는 삼각측량 결과들에 기초하여 1차 기준 패턴(800)의 투사 및 이미지 캡처(예로서, 방출의 시간, 방출의 강도, 노출의 시간, 이미지 감산 방식 등)를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 9는 동시에 투사된 1차 기준 패턴(902) 및 2차 기준 패턴(904)을 가진 예시적인 측정 패턴(900)을 예시한다. 예시된 바와 같이, 측정 패턴(900)은 직선들의 규칙적인 패턴으로 구성된 비교적 단순한 형태를 가진다(각각의 라인은 이 경우에 일련의 점들로 형성된다). 따라서, 전체 측정 패턴(900)의 형태는 측정 패턴(900)의 부분 뷰로부터 쉽게 추정할 수 있다.
그러나, 총괄하여, 측정 패턴(900) 위에 중첩되는 1차 기준 패턴(902) 및 2차 기준 패턴(904)으로 구성된, 기준 패턴은 측정 패턴(900) 및 1차 및 2차 기준 패턴들(902 및 904)이 거리 센서의 동일한 투사 포인트로부터 투사된다면 측정 패턴(900)의 기능을 간섭할 수 있다. 따라서, 일 예에서, 기준 패턴은 복수의 세그먼트들(9061 내지 906m)(이후 총괄하여 "세그먼트들(906)"로 불리우거나 또는 개별적으로 "세그먼트(906)"로 불리운다)로 분해될 수 있다.
본 개시의 추가 예들은 줌한 3-차원 거리 센서를 제공한다. 먼 거리들에 대해, 투사된 포인트 이미지의 이동 값은 작다. 그러나, 줌 인함으로써(즉, 렌즈로부터 오브젝트까지의 거리를 감소시킴으로써), 포인트 이미지의 이동 값은 증가되고, 거리 민감도는 개선된다.
먼 거리들을 측정하기 위해, 렌즈 밝기가 감소함에 따라, 귀환 광(즉, 오브젝트에 의해 반사되고 이미징 센서로 다시 돌아온 광)의 강도가 또한 감소한다. 따라서, 광원들에 의해 방출된 광의 강도는 증가될 수 있다. 다른 한편으로, 방출된 광의 강도를 증가시키는 것은, 증가된 전력 소비, 감소된 수명, 및 감소된 보안과 같은, 몇몇 단점들을 도입할 수 있다.
따라서, 제어 수단들은 주밍 기능과 동기화하기 위해 이용될 수 있다. 제어 수단들은 특정 투사 패턴을 선택하고, 광원 강도를 조정하고, 방출 시간 및/또는 광원 펄스들의 간격들을 조정하고, 이미징 센서의 캡처 기능들(예로서, 셔터 속도, 노출 타이밍 등)을 조정할 수 있다.
부가적으로, 이미지 블러는 초점 조정들에 따라 달라질 수 있고 또한 거리 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 거리 센서가 줌 인함에 따라(예로서, 이미지 확대가 증가함에 따라), 이미지 블러의 효과는 더 심각해질 수 있다. 거리 센서가 광범위한 범위에서 거리들을 측정하도록 요구하므로, 임의의 자동 초점 시스템이 아무때나 전체 범위의 거리들에 초점을 맞춰야 한다. 순환 패턴을 가진 초점 변화 시스템이 따라서 이용될 수 있고, 여기에서 순환 패턴은 이미지 확대/줌 값에 따라 변한다.
본 개시의 추가 예들은 렌즈 움직임에 따라 달라지는 렌즈 및 다른 이미징 광학 수차들을 보상할 수 있다. 일 예에서, 이것은 교정된 보상 값들을 저장하고 측정된 거리에 대응하는 교정된 보상 값들을 사용하여 3-차원 측정 결과들을 조정하는 프로세스를 이용함으로써 행해진다.
도 10은 센서로부터 공간에서의 오브젝트 또는 포인트로의 거리를 산출하기 위한 방법(1000)의 흐름도를 예시한다. 일 실시예에서, 방법(1000)은 이미징 센서(도 1a 및 도 1b에 예시된 이미징 센서(110)와 같은)에 통합된 프로세서 또는 도 11에 예시되고 이하에서 논의되는 바와 같이 범용 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다.
방법(100)은 단계(1002)에서 시작한다. 단계(1004)에서, 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트가 각각, 제 1 및 제 2 복수의 빔들을 투사하기 위해 동시에 활성화된다. 총괄하여, 제 1 및 제 2 복수의 빔들은 기준 패턴을 시야로 투사한다. 상기 논의된 바와 같이, 기준 패턴은 1차 기준 패턴 및 2차 기준 패턴을 포함할 수 있고, 여기에서 1차 기준 패턴은 제 1 라인을 포함하고 2차 기준 패턴은 제 1 라인에 평행하여 배향된 제 2 및 제 3 라인들을 포함한다. 예를 들면, 제 1 라인은 거리 센서의 이미징 센서의 광학 축에 평행하여 배향될 수 있지만, 제 2 라인 및 제 3 라인은 제 1 라인의 평면에 대하여 비스듬히 배향된다.
제 1, 제 2, 및 제 3 라인들 중 임의의 것은 일련의 포인트들(예로서, 점들, 대시 기호들, x들 등)로서 형성될 수 있다. 제 1, 제 2, 및 제 3 라인들은 이미징 센서의 고정된 포인트(예로서, 이미징 센서의 렌즈의 전방 교점)를 갖고 각각의 제 1, 제 2, 및 제 3 평면들을 형성할 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 1차 기준 패턴의 회전 각은 구면 좌표들에서 0일 수 있고, 1차 기준 패턴의 앙각은 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있을 수 있다. 동시에, 2차 기준 패턴의 회전 각은 구면 좌표들에서 일정한 값일 수 있고, 2차 기준 패턴의 앙각은 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있을 수 있다.
단계(1006)에서, 거리 센서의 제 3 투사 포인트는 제 3 복수의 빔들을 투사하기 위해 활성화된다. 제 3 복수의 빔들은 측정 패턴을 시야로 투사한다. 일 예에서, 제 1 및/또는 제 2 투사 포인트에 의해 투사된 제 1 및/또는 제 2 복수의 빔들은 기준 패턴을 형성하기 위해 제 3 복수의 빔들과 협력할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 측정 패턴은 복수의 평행 라인들을 포함할 수 있고, 여기에서 복수의 평행 라인들의 각각의 라인은 일련의 포인트들(예로서, 점들, 대시 기호들, x들 등)로서 형성된다. 따라서, 일 예에서, 측정 패턴은 점들의 직사각 행렬을 포함할 수 있다. 일 예에서, 기준 패턴의 제 1, 제 2, 및 제 3 라인들은 측정 패턴의 복수의 평행 라인에 평행하여 배향되지만, 그 위에 중첩된다.
상기 논의된 바와 같이, 측정 패턴의 회전 각은 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있을 수 있고, 측정 패턴의 앙각은 구면 좌표들에서 일정한 값일 수 있다.
단계(1008)에서, 시야의 이미지가, 예로서 이미징 센서에 의해 캡처되고, 여기에서 제 1, 제 2, 및 제 3 투사 포인트들의 위치들은 이미징 센서의 위치에 대하여 고정된다. 오브젝트, 기준 패턴, 및 측정 패턴은 이미지에서 가시적이다. 이미징 센서는 포커싱 기능 및/또는 초점 길이 변경 기능을 포함할 수 있다. 따라서, 이미징 센서의 렌즈는 이동 가능할 수 있다.
단계(1010)에서, 거리 센서로부터 오브젝트로의 거리는 이미지에서 측정 패턴의 외형에 기초하여 산출된다. 일 예에서, 거리는 삼각측량 알고리즘을 사용하여 산출된다.
단계(1012)에서, 이미징 센서의 렌즈의 움직임은 이미지에서 기준 패턴의 외형에 기초하여 검출된다. 예를 들면, 이미징 센서의 고정된 포인트(예로서, 이미징 센서의 렌즈의 전방 교점)에 대하여 기준 패턴의 고정된 방향의 외형에 기초하여, 렌즈가 이미징 센서의 광학 축의 방향에 대하여 측방향으로 시프트하였거나, 또는 렌즈가 오브젝트에 더 가깝게 또는 그로부터 더 멀리 이동하였다고 결정될 수 있다. 움직임은 렌즈의 초기(예로서, 교정된) 위치에 대한 것이다.
예를 들면, 렌즈의 움직임은 2차 기준 패턴과 1차 기준 패턴의 교차 포인트의 초기 위치를 검출함으로써 검출될 수 있다. 초기 패턴은 렌즈의 미리 결정된(예로서, 교정된) 위치에 대하여 저장될 수 있다. 교차 포인트의 현재 위치가 그 후 검출될 수 있고, 차이는 렌즈 움직임의 양을 찾기 위해 초기 포인트 및 현재 포인트 사이에서 산출될 수 있다. 추가 예에서, 제 1 기준 패턴 및 제 2 기준 패턴 사이에서의 초기 거리 및 현재 거리가 또한 검출될 수 있고, 초기 거리 및 현재 거리 사이에서의 차이는 렌즈 움직임의 양을 나타낼 수 있다.
단계(1014)에서, 단계(1010)에서 산출된 거리는 단계(1012)에서 검출된 움직임에 기초하여 조정된다. 따라서, 거리 산출은 렌즈 움직임(시프트, 줌, 경사 등)을 보상하기 위해 조정될 수 있다.
방법(1000)은 그 후 단계(1016)에서 종료된다.
도 11은 여기에서 설명된 기능들을 수행하는데 사용하기 적합한 범용 컴퓨터의 고-레벨 블록도를 묘사한다. 도 11에 묘사된 바와 같이, 시스템(1100)은 하나 이상의 하드웨어 프로세서 요소들(1102)(예로서, 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 마이크로프로세서, 또는 다중-코어 프로세서), 메모리(1104), 예로서 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 판독 전용 메모리(ROM), 거리를 산출하기 위한 모듈(1105), 및 다양한 입력/출력 디바이스들(1106)(예로서, 이에 제한되지 않지만, 테이프 들이브, 플로피 드라이브, 하드 디스크 드라이브 또는 컴팩트 디스크 드라이브, 수신기, 송신기, 렌즈 및 광학, 출력 포트, 입력 포트 및 사용자 입력 디바이스(키보드, 키패드, 마우스, 마이크로폰 등과 같은)를 포함한, 저장 디바이스들)를 포함한다. 단지 하나의 프로세서 요소만이 도시되지만, 범용 컴퓨터는 복수의 프로세서 요소들을 이용할 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 더욱이, 단지 하나의 범용 컴퓨터만이 도면에 도시되지만, 상기 논의된 바와 같이 방법(들)이 특정한 예시적인 예를 위해 분산 또는 병렬 방식으로 구현된다면, 즉 상기 방법(들) 또는 전체 방법(들)의 단계들이 다수의 또는 병렬 범용 컴퓨터들에 걸쳐 구현된다면, 이러한 도면의 범용 컴퓨터는 이들 다수의 범용 컴퓨터들의 각각을 나타내도록 의도된다. 더욱이, 하나 이상의 하드웨어 프로세서들은 가상화된 또는 공유된 컴퓨팅 환경을 지원하는데 이용될 수 있다. 가상화 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 가능한 저장 디바이스들과 같은 하드웨어 구성요소들은 가상화되거나 또는 논리적으로 표현될 수 있다.
본 개시는, 예로서 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 필드-프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA)를 포함한 프로그램 가능한 로직 어레이(PLA), 또는 하드웨어 디바이스 상에 배치된 상태 기계, 범용 컴퓨터 또는 임의의 다른 하드웨어 등가물을 사용하여, 소프트웨어에 및/또는 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있고, 예로서 상기 논의된 방법(들)에 관련된 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 상기 개시된 방법들의 단계들, 기능들, 및/또는 동작들을 수행하도록 하드웨어 프로세서를 구성하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 일 실시예에서, 거리를 산출하기 위한 현재 모듈 또는 프로세스(1105)에 대한 명령들 및 데이터(예로서, 컴퓨터-실행 가능한 명령들을 포함한 소프트웨어 프로그램)는 메모리(1104)로 로딩되고 예시적인 방법(1000)과 관련되어 상기 논의된 바와 같이 단계들, 기능들 또는 동작들을 구현하기 위해 하드웨어 프로세서 요소(1102)에 의해 실행될 수 있다. 더욱이, 하드웨어 프로세서가 "동작들"을 수행하기 위해 명령들을 실행할 때, 이것은 동작들을 직접 수행하고 및/또는 동작들을 수행하기 위해 가능하게 하고, 지시하거나 또는 또 다른 하드웨어 디바이스 또는 구성요소(예로서, 코-프로세서 등)와 협력하는 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 설명된 방법(들)에 관한 컴퓨터 판독 가능한 또는 소프트웨어 명령들을 실행한 프로세서는 프로그램된 프로세서 또는 전문화 프로세서로서 지각될 수 있다. 이와 같이, 본 개시의 거리를 산출하기 위한 본 모듈(1105)(연관된 데이터 구조들을 포함한)은 유형의 또는 물리적(광범위하게 비-일시적) 컴퓨터-판독 가능한 저장 디바이스 또는 매체, 예로서 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, ROM 메모리, RAM 메모리, 자기 또는 광학 드라이브, 디바이스 또는 디스켓 등 상에 저장될 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨터-판독 가능한 저장 디바이스는 컴퓨터 또는 애플리케이션 서버와 같은 프로세서 또는 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스되도록 데이터 및/또는 명령들과 같은 정보를 저장하기 위한 능력을 제공하는 임의의 물리적 디바이스들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들이 상기 설명되었지만, 그것들은 제한이 아닌, 단지 예로서 제공되었다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 바람직한 실시예의 폭 및 범위는 상기 설명된 대표적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 하고, 다음의 청구항들 및 그것들의 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다.
100: 거리 센서 102: 소형 하우징
108: 광원 110: 이미징 센서
112: 광각 렌즈 114: 회절 광학 요소
200: 오브젝트 204: 기준 포인트
206: 기준 빔 304: 기준 빔
306: 오브젝트 400: 제 1 기준 빔
402: 제 2 기준 빔 500: 1차 기준 패턴
502: 제 1 투사 포인트 504: 제 2 투사 포인트
506: 제 1 투사 평면 508: 제 2 투사 평면
510: 전방 교점 512: 이미징 센서
514: 2차 기준 패턴 516: 제 3 투사 평면
518: 제 4 투사 평면 600: 측정 패턴
606: 투사 포인트 608: 광원
702: 빔 706: 렌즈
812: 렌즈 906: 세그먼트
1100: 시스템 1102: 하드웨어 프로세서 요소
1104: 메모리 1105: 거리를 산출하기 위한 모듈
1106: 입력/출력 디바이스

Claims (21)

  1. 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법에 있어서,
    기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위해 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트를 동시에 활성화하는 단계;
    측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위해 상기 거리 센서의 제 3 투사 포인트를 활성화하는 단계;
    상기 시야의 이미지를 캡처하는 단계로서, 상기 오브젝트, 상기 기준 패턴, 및 상기 측정 패턴은 상기 이미지에서 가시적인, 상기 시야의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 이미지에서 상기 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서로부터 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 단계;
    상기 이미지에서 상기 기준 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서의 렌즈의 움직임을 검출하는 단계; 및
    검출되는 상기 움직임에 기초하여 산출된 대로 상기 거리를 조정하는 단계를 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 패턴은 서로에 평행하여 배치되는 제 1 라인, 제 2 라인, 및 제 3 라인을 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 및 상기 제 3 라인의 각각은 각각의 일련의 점들로부터 형성되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임은 상기 이미지를 캡처하기 위해 사용된 이미징 센서의 고정된 포인트에 대해 상기 기준 패턴의 고정된 방향에 기초하여 검출되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 및 상기 제 3 라인의 각각은 상기 이미징 센서의 고정된 포인트를 가진 평면을 형성하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미징 센서의 고정된 포인트는 상기 렌즈의 전방 교점을 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 및 상기 제 3 라인의 각각은 상기 이미징 센서의 광학 축을 포함하는 평면을 형성하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 라인은 1차 기준 패턴을 포함하고, 상기 제 2 라인 및 제 3 라인은 집단적으로 2차 기준 패턴을 포함하고, 상기 1차 기준 패턴은 상기 거리 센서의 이미징 센서의 광학 축에 평행하여 배향되고, 상기 2차 기준 패턴은 상기 1차 기준 패턴의 평면에 대해 비스듬히 배향되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 1차 기준 패턴의 회전 각은 구면 좌표들에서 0이고, 상기 1차 기준 패턴의 앙각(elevation angle)은 상기 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 2차 기준 패턴의 회전 각은 상기 구면 좌표들에서 일정한 값이고, 상기 2차 기준 패턴의 앙각은 상기 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 패턴의 회전 각은 상기 구면 좌표들에서 미리 결정된 범위 내에 있고, 상기 측정 패턴의 앙각은 상기 구면 좌표들에서 일정한 값인, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출 단계는:
    상기 2차 기준 패턴과 상기 1차 기준 패턴의 교차 포인트의 초기 위치를 검출하는 단계;
    상기 렌즈의 미리 결정된 위치에 대하여 상기 초기 위치를 저장하는 단계;
    상기 교차 포인트의 현재 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 움직임의 양을 찾기 위해 상기 초기 위치 및 상기 현재 위치 사이에서의 차이를 산출하는 단계를 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서:
    상기 제 1 기준 패턴 및 상기 제 2 기준 패턴 사이에서의 초기 거리를 검출하는 단계;
    상기 렌즈의 미리 결정된 위치에 대하여 상기 초기 거리를 저장하는 단계;
    상기 제 1 기준 패턴 및 상기 제 2 기준 패턴 사이에서의 현재 거리를 검출하는 단계; 및
    상기 움직임의 양을 찾기 위해 상기 초기 거리 및 상기 현재 거리 사이에서의 차이를 산출하는 단계를 더 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투사 포인트 및 상기 제 2 투사 포인트 중 적어도 하나는 상기 측정 패턴을 투사하기 위해 상기 제 3 투사 포인트와 협력하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임은 상기 거리 센서의 이미징 센서의 광학 축에 수직인 방향에서의 시프트인, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임은 상기 거리 센서의 이미징 센서의 광학 축에 평행한 방향에 있는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투사 포인트, 상기 제 2 투사 포인트, 및 제 3 투사 포인트의 각각의 위치들은 상기 캡처링을 수행하는 이미징 센서 주위에서 고정되는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 센서는 포커싱 기능을 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 센서는 초점 길이 변경 기능을 포함하는, 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 방법.
  20. 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 오브젝트까지의 거리를 산출하기 위한 동작들을 수행하게 하는 복수의 명령들을 저장한 컴퓨터-판독 가능한 저장 디바이스에 있어서,
    상기 동작들은:
    기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위해 거리 센서의 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트를 동시에 활성화하는 동작;
    측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위해 상기 거리 센서의 제 3 투사 포인트를 활성화하는 동작;
    상기 시야의 이미지를 캡처하는 동작으로서, 상기 오브젝트, 상기 기준 패턴, 및 상기 측정 패턴은 상기 이미지에서 가시적인, 상기 이미지를 캡처하는 동작;
    상기 이미지에서 상기 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서로부터 상기 오브젝트까지의 거리를 산출하는 동작;
    상기 이미지에서 상기 기준 패턴의 외형에 기초하여 상기 거리 센서의 렌즈의 움직임을 검출하는 동작; 및
    검출되는 상기 움직임에 기초하여 산출된 대로 상기 거리를 조정하는 동작을 포함하는, 컴퓨터-판독 가능한 저장 디바이스.
  21. 장치에 있어서:
    이동 가능한 렌즈를 포함한 이미징 센서;
    기준 패턴을 시야로 집단적으로 투사하기 위한 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트로서, 상기 이미징 센서에 대하여 상기 제 1 투사 포인트 및 상기 제 2 투사 포인트의 각각의 위치들이 고정되는, 상기 제 1 투사 포인트 및 제 2 투사 포인트;
    측정 패턴을 상기 시야로 투사하기 위한 제 3 투사 포인트로서, 상기 이미징 센서에 대하여 상기 제 3 투사 포인트의 위치가 고정되는, 상기 제 3 투사 포인트; 및
    상기 이미징 센서에 의해 캡처된 상기 시야의 이미지에서 상기 측정 패턴의 외형에 기초하여 상기 시야에서 오브젝트로 장치로부터의 거리를 산출하고, 상기 이미지에서 상기 기준 패턴의 외형에 기초하여 상기 렌즈의 움직임을 검출하고, 검출되는 상기 움직임에 기초하여 산출된 대로 상기 거리를 조정하기 위한 회로를 포함하는, 장치.
KR1020197019486A 2016-12-07 2017-12-05 조정 가능한 초점 이미징 센서를 포함한 거리 센서 KR102595391B1 (ko)

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