(57)【要約】【課題】パターンが形成されたマーカーとこのようなマーカーが付着された目的物をトラッキングするオプティカルトラッキングシステム及びトラッキング方法が提供される。【解決手段】パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み得、各行の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み得、前記行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し得、各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含み得る。【選択図】図６
2018025531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたマーカーであって、
光学系を含み、
前記光学系を通じて前記マーカーの外部から見た方向に沿って固有に示される前記パターンの少なくとも一部が前記マーカーの外部から視覚的に識別可能であり、
前記パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み、
前記複数行の各々の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、
前記複数行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記複数行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し、
前記非周期的シーケンスの各々は事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含む、マーカー。
【請求項２】
前記複数行の二進符号化シーケンスは列方向に互いに隣接した第１二進符号化シーケンス及び第２二進符号化シーケンスを含み、
前記第１二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と相違することを特徴とする、請求項１に記載のマーカー。
【請求項３】
前記パターンは、
前記第１二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第３二進符号化シーケンスと、
前記第２二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第４二進符号化シーケンスとをさらに含み、
前記第３二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスは、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記第４二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、
ｍは２以上の自然数のうちの１つであることを特徴とする、請求項２に記載のマーカー。
【請求項４】
前記パターンは、
前記第１二進符号化シーケンス及び第２二進符号化シーケンスを含むシーケンスグループ及び前記第３二進符号化シーケンス及び第４二進符号化シーケンスを含むシーケンスグループと、
前記シーケンスグループを区分するメタシーケンスと
を含むことを特徴とする、請求項３に記載のマーカー。
【請求項５】
前記メタシーケンスは、前記シーケンスグループに含まれた二進符号化シーケンスと異なることを特徴とする、請求項４に記載のマーカー。
【請求項６】
前記メタシーケンスは互いに異なる二進符号が交互に繰り返されるシーケンスまたは同一の二進符号でのみなるシーケンスであることを特徴とする、請求項５に記載のマーカー。
【請求項７】
前記パターンが形成されるパターン面をさらに含み、
前記パターン面の上に形成される前記パターンの二進符号化シーケンスに含まれた相違する二進符号を反射率が相違する物質で具現することを特徴とする、請求項１に記載のマーカー。
【請求項８】
前記パターンが形成されるパターン面をさらに含み、
前記光学系はレンズを含み、
前記パターンは、前記パターン面の上で前記レンズの焦点が結ばれる部分に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のマーカー。
【請求項９】
前記パターン面は平面または曲面であり、
前記レンズは、前記平面または曲面上に焦点が結ばれるようにする特性を有することを特徴とする、請求項８に記載のマーカー。
【請求項１０】
前記非周期的シーケンスは、ＰＲＢＳまたはドゥブリュエインシーケンスであることを特徴とする、請求項１に記載のマーカー。
【請求項１１】
前記パターンの少なくとも一部が前記マーカーの外部でパターンイメージとして結像されると、前記パターンイメージの上で前記パターンの少なくとも一部が結像された領域の大きさは、前記パターンイメージが結像された位置から前記マーカーまでの距離及び前記マーカーの位置のうち少なくとも１つによって変更されることを特徴とする、請求項１に記載のマーカー。
【請求項１２】
オプティカルトラッキングシステムであって、
パターンが形成された少なくとも１つのマーカーと、
前記パターンのパターンイメージを取得する少なくとも１つの結像素子を含む少なくとも１つの結像部と、
前記パターンイメージに含まれた前記パターンの少なくとも一部から抽出された情報に基づいて前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするプロセッサと
を含み、
前記パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み、前記複数行の各々の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、前記複数行のいずれか1つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記複数行の他のいずれか1つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し、前記非周期的シーケンスの各々は事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含む、オプティカルトラッキングシステム。
【請求項１３】
前記オプティカルトラッキングシステムは、前記パターンイメージから少なくとも１つのシーケンスブロックを抽出して前記マーカーをトラッキングし、
前記シーケンスブロックは、前記複数行の二進符号化シーケンスの一部を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１４】
前記シーケンスブロックは、ｊ×ｌの大きさを有し、
前記ｊは、前記シーケンスブロック内に含まれた二進符号化シーケンスの数であり、
前記ｌは、前記シーケンスブロック内に含まれたサブシーケンスのうち最も長さが長いサブシーケンスのビット数であることを特徴とする、請求項１３に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記少なくとも１つのシーケンスブロックに基づいて前記マーカーの姿勢またはＩＤを決定することを特徴とする、請求項１３に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１６】
前記複数行の二進符号化シーケンスの一部は、前記複数行の二進符号化シーケンスそれぞれに含まれたサブシーケンスであり、
前記プロセッサは、前記サブシーケンスに基づいて前記シーケンスブロックが示すサブパターンの前記パターン内での位置を決定し、前記サブパターンの位置に基づいて前記マーカーの姿勢を決定することを特徴とする、請求項１５に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１７】
前記複数行の二進符号化シーケンスの一部は、前記複数行の各々の二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスであり、
前記プロセッサは、前記サブシーケンスに基づいて前記複数の二進符号化シーケンス内で前記シーケンスブロックの位置情報を決定し、前記位置情報に基づいて前記マーカーのＩＤを決定することを特徴とする、請求項１５に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの結像部は少なくとも２つの結像部を含むか、前記少なくとも１つの結像素子は少なくとも２つの結像素子を含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子により取得されたパターンイメージを用いた三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定することを特徴とする、請求項１２に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記パターンイメージの各々の上でのパターン領域の中心座標と、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子が前記マーカーを見る方向間の幾何学的関係を利用した三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定することを特徴とする、請求項１８に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記結像部で取得されたパターンイメージ上での、パターン領域の大きさと前記パターン領域の中心座標に基づいて、前記マーカーの位置を決定することを特徴とする、請求項１２記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのマーカーは、予め決定された幾何学的関係を有する２つのマーカーを含み、
前記結像部は前記２つのマーカーにそれぞれ形成されたパターンのパターンイメージを結像し、
前記プロセッサは、前記予め決定された幾何学的関係、及び前記パターンイメージの上での前記パターンの少なくとも一部の位置と、各マーカー上での前記パターンの少なくとも一部の位置間の関係に基づいて、前記２つのマーカーの位置を決定することを特徴とする、請求項１２に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２２】
前記複数行の二進符号化シーケンスは、列方向に互いに隣接した第１二進符号化シーケンス及び第２二進符号化シーケンスを含み、
前記第１二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と相違することを特徴とする、請求項１２記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２３】
前記パターンは、前記第１二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第３二進符号化シーケンスと、前記第２二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第４二進符号化シーケンスとをさらに含み、
前記第３二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスは、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記第４二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、
ｍは２以上の自然数のうちの１つであることを特徴する、請求項２２に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２４】
前記マーカーは、第１レンズを含み、
前記パターンは、前記第１レンズの焦点が結ばれるパターン面に具現され、
前記結像部は、前記第１レンズを通じて前記結像部が前記マーカーを見た方向で前記マーカーから視覚的に識別される前記パターンの少なくとも一部が前記結像素子に結像されるように構成された第２レンズを含み、前記第２レンズの焦点距離で前記パターンの少なくとも一部のパターンイメージを取得することを特徴する、請求項１２に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２５】
前記パターンの少なくとも一部に対して前記第１レンズを通じて前記第２レンズに入射される光が補強されるように、前記マーカーに向かって光を照射する光源をさらに含むことを特徴する、請求項２４に記載のオプティカルトラッキングシステム。
【請求項２６】
パターンが形成されたマーカーをトラッキングするオプティカルトラッキング方法であって、
少なくとも１つの結像部に含まれた少なくとも１つの結像素子が前記パターンの少なくとも一部のパターンイメージを取得する段階と、
プロセッサが前記パターンイメージに含まれた前記パターンの少なくとも一部から抽出された情報を処理して前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階と
を含み、
前記パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み、前記複数行の各々の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、前記複数行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記複数行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し、前記非周期的シーケンスの各々は事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含む、オプティカルトラッキング方法。
【請求項２７】
前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記パターンイメージから少なくとも１つのシーケンスブロックを抽出する段階を含み、
前記シーケンスブロックは、ｊ×ｌ の大きさを有し、
前記ｊは、前記シーケンスブロック内に含まれた二進符号化シーケンスの数であり、
前記ｌは、前記シーケンスブロック内に含まれたサブシーケンスのうち最も長さが長いサブシーケンスのビット数であることを特徴する、請求項２６に記載のオプティカルトラッキング方法。
【請求項２８】
前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記抽出された少なくとも１つのシーケンスブロックに基づいて前記マーカーの姿勢を決定する段階を含むことを特徴する、請求項２７に記載のオプティカルトラッキング方法。
【請求項２９】
前記マーカーの姿勢を決定する段階は、
前記シーケンスブロックに含まれた前記複数行の二進符号化シーケンスそれぞれに含まれたサブシーケンスに基づいて、前記シーケンスブロックが示すサブパターンの前記パターン内での位置を決定する段階と、
前記決定されたサブパターンの位置に基づいて前記マーカーの姿勢を決定する段階と
を含むことを特徴する、請求項２８に記載のオプティカルトラッキング方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの結像部は少なくとも２つの結像部を含むか、前記少なくとも１つの結像素子は少なくとも２つの結像素子を含み、
前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子により獲得されたパターンイメージを用いた三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階を含むことを特徴する、請求項２６に記載のオプティカルトラッキング方法。
【請求項３１】
前記三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階は、前記パターンイメージの各々の上でのパターン領域の中心座標と、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子が前記マーカーを見る方向間の幾何学的関係を利用した三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階を含むことを特徴する、請求項３０に記載のオプティカルトラッキング方法。
【請求項３２】
請求項２６〜請求項３１のいずれか一項のオプティカルトラッキング方法の各段階を行う命令語を含むプログラムを格納したコンピュータ読み出し可能格納媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置及び姿勢測定用のマーカー及びこれを用いたオプティカルトラッキングシステム及びトラッキング方法に関するものである。
本発明は、産業通商資源部のロボット産業融合核心技術開発事業の一環として、実行された研究から導き出されたものである（課題固有番号：１００６２８００、研究課題名：臨床試験を通じた医療画像ベースの脳手術ロボットシステムの実用化技術開発）。
【背景技術】
【０００２】
目的物をトラッキングするための方法として、オプティカルトラッキングシステムが用いられる。最近は手術の誤り発生の危険を最小化しながら精密な手術を行うために、手術ロボットまたは手術道具の位置(ｌｏｃａｔｉｏｎまたはｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ)及び姿勢(ｐｏｓｔｕｒｅまたはｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ)をトラッキングし、そのトラッキング結果を手術に活用する方法が用いられている。目的物の位置は、例えば、直交座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸上での座標のような空間座標で定義され得る。目的物の姿勢は、ロール（ｒｏｌｌ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ヨー(ｙａｗ)で定義され得る。目的物の正確なトラッキングのために、前記で説明したような目的物の６自由度(Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｆｒｅｅｄｏｍ)に該当する位置及び姿勢を正確に把握することが重要である。
【０００３】
オプティカルトラッキングシステムでは、例えば、マーカー（ｍａｒｋｅｒ）という基準体を目的物に付着した後、このマーカーをトラッキングすることにより、目的物の位置及び姿勢が測定され得る。例えば、３つ以上の複数のマーカーが付着された構造物を目的物に付着して目的物の位置及び姿勢が測定され得る。３つ以上の複数のマーカーを用いる方式は、トラッキング基準体の小型化が難しいという問題がある。特に、手術道具のように、人が直接用いる道具に複数のマーカーを付着して用いると、その大きさ及び重さによって使用者の道具の使用が妨害されたり、使用者が煩わしさを感じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、軽量化または小型化が可能なオプティカルトラッキング用のマーカーを提供することである。
【０００５】
本発明が解決しようとする更に他の課題は、軽量または小型のマーカーを用いて目的物の位置及び姿勢をいずれも測定できるオプティカルトラッキングシステム及び方法を提供することである。例えば、本発明は、少なくとも1つのマーカーが付着された目的物の位置及び姿勢をトラッキングするオプティカルトラッキングシステム及びトラッキング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的な一実施例によるマーカーは、パターンが形成された(ｆｏｒｍｅｄ)マーカーであり、光学系を含み得、前記光学系を通じて前記マーカーの外部から見た方向に沿って固有に示す前記パターンの少なくとも一部が前記マーカーの外部から視覚的に識別され得、前記パターンは複数行(ｒｏｗｓ)の二進符号化シーケンス(ｂｉｎａｒｙ−ｃｏｄｅｄ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ)を含み得、前記各行の二進符号化シーケンスは反復的に配列された非周期的シーケンス(ａｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ)を含み得、前記行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し得、前記各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含むことができる。
【０００７】
一実施例によれば、前記複数行の二進符号化シーケンスは列（ｃｏｌｕｍｎ）方向に互いに隣接した第１二進符号化シーケンス及び第２二進符号化シーケンスを含み、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と相違することができる。
【０００８】
一実施例によれば、前記パターンは、前記第１二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第３二進符号化シーケンスと、前記第２二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第４二進符号化シーケンスとをさらに含み、前記第３二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスは、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記第４二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記ｍは２以上の自然数のうちの１つであることができる。
【０００９】
一実施例によれば、前記パターンは、前記第１及び第２二進符号化シーケンスを含むシーケンスグループ及び前記第３及び第４二進符号化シーケンスを含むシーケンスグループと、前記シーケンスグループを区分するメタシーケンスとを含むことができる。
【００１０】
一実施例によれば、前記メタシーケンスは、前記シーケンスグループに含まれた二進符号化シーケンスと異なることができる。
【００１１】
一実施例によれば、前記メタシーケンスは互いに異なる二進符号が交互に繰り返されるシーケンスまたは同一の二進符号でのみなるシーケンスであることができる。
【００１２】
一実施例によれば、前記マーカーは、前記パターンが形成されるパターン面をさらに含み、前記パターン面上に形成される前記パターンの二進符号化シーケンスに含まれた相違する二進符号を反射率が相違する物質で具現することができる。
【００１３】
一実施例によれば、前記マーカーは、前記パターンが形成されるパターン面をさらに含み、前記光学系はレンズを含み、前記パターンは、前記パターン面上で前記レンズの焦点が結ばれる部分に形成されることができる。
【００１４】
一実施例によれば、前記パターン面は平面または曲面であり、前記レンズは、前記平面または曲面上に焦点が結ばれるようにする特性を有することができる。
【００１５】
一実施例によれば、前記非周期的シーケンスは、ＰＲＢＳ（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）またはドゥブリュエインシーケンス（Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｉｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）であることができる。
【００１６】
一実施例によれば、前記パターンの少なくとも一部が前記マーカーの外部でパターンイメージとして結像されると、前記パターンイメージ上で前記パターンの少なくとも一部が結像された領域の大きさは、前記パターンイメージが結像された位置から前記マーカーまでの距離及び前記マーカーの位置のうち少なくとも１つによって変更されることができる。
【００１７】
本発明の例示的な一実施例によるオプティカルトラッキングシステムは、パターンが形成された少なくとも１つのマーカーと、前記パターンのパターンイメージを取得する少なくとも１つの結像素子を含む少なくとも１つの結像部と、前記パターンイメージに含まれた前記パターンの少なくとも一部から抽出された情報に基づいて前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするプロセッサとを含み、前記パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み、前記各行の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、前記行のいずれか1つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記行の他のいずれか1つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し、前記各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含むことができる。
【００１８】
一実施例によれば、前記オプティカルトラッキングシステムは、前記パターンイメージから少なくとも１つのシーケンスブロックを抽出して前記マーカーをトラッキングし、前記シーケンスブロックは、前記複数行の二進符号化シーケンスの一部を含むことができる。
【００１９】
一実施例によれば、前記シーケンスブロックは、ｊ×ｌの大きさを有し、前記ｊは、前記シーケンスブロック内に含まれた二進符号化シーケンスの数であり、前記ｌは、前記シーケンスブロック内に含まれたサブシーケンスのうち最も長さが長いサブシーケンスのビット数であることができる。
【００２０】
一実施例によれば、前記プロセッサは、前記少なくとも１つのシーケンスブロックに基づいて前記マーカーの姿勢またはＩＤを決定することができる。
【００２１】
一実施例によれば、前記複数行の二進符号化シーケンスの一部は、前記複数行の二進符号化シーケンスそれぞれに含まれたサブシーケンスであり、前記プロセッサは、前記サブシーケンスに基づいて前記シーケンスブロックが示すサブパターンの前記パターン内での位置を決定し、前記サブパターンの位置に基づいて前記マーカーの姿勢を決定することができる。
【００２２】
一実施例によれば、前記複数行の二進符号化シーケンスの一部は、前記各複数行の二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスであり、前記プロセッサは、前記サブシーケンスに基づいて前記複数の二進符号化シーケンス内で前記シーケンスブロックの位置情報を決定し、前記位置情報に基づいて前記マーカーのＩＤを決定することができる。
【００２３】
一実施例によれば、前記少なくとも１つの結像部は少なくとも２つの結像部を含むか、前記少なくとも１つの結像素子は少なくとも２つの結像素子を含み、前記プロセッサは、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子により取得されたパターンイメージを用いた三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定することができる。
【００２４】
一実施例によれば、前記プロセッサは、前記プロセッサは、前記各パターンイメージ上でのパターン領域の中心座標と、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子が前記マーカーを見る方向間の幾何学的関係を利用した三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定することができる。
【００２５】
一実施例によれば、前記プロセッサは、前記結像部で取得されたパターンイメージ上での、パターン領域の大きさと前記パターン領域の中心座標に基づいて、前記マーカーの位置を決定することができる。
【００２６】
一実施例によれば、前記少なくとも１つのマーカーは、予め決定された幾何学的関係を有する２つのマーカーを含み、前記結像部は前記２つのマーカーにそれぞれ形成されたパターンのパターンイメージを結像し、前記プロセッサは、前記予め決定された幾何学的関係、及び前記パターンイメージ上での前記パターンの少なくとも一部の位置と、各マーカー上での前記パターンの少なくとも一部の位置間の関係に基づいて、前記２つのマーカーの位置を決定することができる。
【００２７】
一実施例によれば、前記複数行の二進符号化シーケンスは、列方向に互いに隣接した第１二進符号化シーケンス及び第２二進符号化シーケンスを含み、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と相違することができる。
【００２８】
一実施例によれば、前記パターンは、前記第１二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第３二進符号化シーケンスと、前記第２二進符号化シーケンスから列方向にｍ番目の行にある第４二進符号化シーケンスとをさらに含み、前記第３二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスは、前記第１二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記第４二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記第２二進符号化シーケンス内に含まれた非周期的シーケンスと同一であり、前記ｍは２以上の自然数のうちの１つであることができる。
【００２９】
一実施例によれば、前記マーカーは、第１レンズを含み、前記パターンは、前記第１レンズの焦点が結ばれるパターン面に具現され、前記結像部は、前記第１レンズを通じて前記結像部が前記マーカーを見た方向で前記マーカーから視覚的に識別される前記パターンの少なくとも一部が前記結像素子に結像されるように構成された第２レンズを含み、前記第２レンズの焦点距離で前記パターンの少なくとも一部のパターンイメージを取得することができる。
【００３０】
一実施例によれば、前記オプティカルトラッキングシステムは、前記パターンの少なくとも一部に対して前記第１レンズを通じて前記第２レンズに入射される光が補強されるように、前記マーカーに向かって光を照射する光源をさらに含むことができる。
【００３１】
本発明の例示的な一実施例による、パターンが形成されたマーカーをトラッキングするオプティカルトラッキング方法は、少なくとも１つの結像部に含まれた少なくとも１つの結像素子が前記パターンの少なくとも一部のパターンイメージを取得する段階と、プロセッサが前記パターンイメージに含まれた前記パターンの少なくとも一部から抽出された情報を処理して前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階とを含み、前記パターンは複数行の二進符号化シーケンスを含み、前記各行の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、前記行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、前記行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し、前記各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含むことができる。
【００３２】
一実施例によれば、前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記パターンイメージから少なくとも１つのシーケンスブロックを抽出する段階を含み、前記シーケンスブロックは、ｊ×ｌ の大きさを有し、前記ｊは、前記シーケンスブロック内に含まれた二進符号化シーケンスの数であり、前記ｌは、前記シーケンスブロック内に含まれたサブシーケンスのうち最も長さが長いサブシーケンスのビット数であることができる。
【００３３】
一実施例によれば、前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記抽出された少なくとも１つのシーケンスブロックに基づいて前記マーカーの姿勢を決定する段階を含むことができる。
【００３４】
一実施例によれば、前記マーカーの姿勢を決定する段階は、前記シーケンスブロックに含まれた前記複数行の二進符号化シーケンスそれぞれに含まれたサブシーケンスに基づいて、前記シーケンスブロックが示すサブパターンの前記パターン内での位置を決定する段階と、前記決定されたサブパターンの位置に基づいて前記マーカーの姿勢を決定する段階とを含むことができる。
【００３５】
一実施例によれば、前記少なくとも１つの結像部は少なくとも２つの結像部を含むか、前記少なくとも１つの結像素子は少なくとも２つの結像素子を含み、前記マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする段階は、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子により獲得されたパターンイメージを用いた三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階を含むことができる。
【００３６】
一実施例によれば、前記三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階は、前記各パターンイメージ上でのパターン領域の中心座標と、前記少なくとも２つの結像部または前記少なくとも２つの結像素子が前記マーカーを見る方向間の幾何学的関係を利用した三角法に基づいて前記マーカーの位置を決定する段階を含むことができる。
【００３７】
本発明の例示的な一実施例によるコンピュータ読み出し可能格納媒体は、前記本発明の例示的な一実施例によるオプティカルトラッキング方法の各段階を行うプログラムを格納することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の一実施例によるマーカーは小型で具現され得る。
【００３９】
また、本発明の一実施例によるマーカーを用いるオプティカルトラッキングシステムによれば、少なくとも1つのマーカーを用いてマーカーが付着された目的物の6自由度に該当する位置及び姿勢が測定され得る。
【００４０】
また、本発明の一実施例によるマーカーを用いるオプティカルトラッキングシステムによれば、トラッキング可能な距離を増やすことができ、マーカーに含まれたパターンの一部が遮られて発生するトラッキングのエラーを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステムが手術に用いられている例を示す図面である。
【図２】本発明の一実施例によるマーカーが手術道具に付着されて用いられる例を示す図面である。
【図３】本発明の一実施例によるマーカーを含むオプティカルトラッキングシステムのブロック図である。
【図４】本発明の他の実施例によるマーカーを含むオプティカルトラッキングシステムのブロック図である。
【図５】本発明の一実施例によるパターンを示す図面である。
【図６】本発明の一実施例によるパターンを説明するための図面である。
【図７】ドゥブリュエインシーケンスの構成を示す図面である。
【図８】ドゥブリュエインシーケンスが繰り返し示される二進符号化シーケンスを示す図面である。
【図９】本発明の一実施例によるマーカーに形成されるパターンであり、Ｂ（２、３）−１ドゥブリュエインシーケンスとＢ（２、２）ドゥブリュエインシーケンスを用いてパターンを具現する方法を説明するための図面である。
【図１０】本発明の一実施例によって形成された１つの長い水平パターンを用いて2次元パターンを具現する方法を示す図面である。
【図１１】本発明の一実施例によってオプティカルトラッキングシステムの結像部で結像されたマーカーのパターンイメージに基づいてマーカーの姿勢及びＩＤを決定する方法を説明するための図面である。
【図１２】本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステムにおいて、マーカーをトラッキングする方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステムにおいて、マーカーの位置及び姿勢をトラッキングする方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の実施例は、本発明を説明するための目的で例示されたものである。本発明の実施例は、多様な形態で実施されることができ、本発明が下記に提示された実施例やこれら実施例に関する具体的説明に限定されるものと解釈してはならない。
【００４３】
本実施例で用いられる用語「部」は、ソフトウェア、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）のようなハードウェア構成要素を意味する。しかし、「部」は、ハードウェア及びソフトウェアに限定されるものではない。「部」は、アドレッシングできる格納媒体にあるように構成されてもよく、１つまたはそれ以上のプロセッサを再生させるように構成されてもよい。従って、一例として「部」はソフトウェア構成要素、客体指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素及びタスク構成要素のような構成要素と、プロセッサ、関数、属性、プロシージャ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ及び変数を含む。構成要素と「部」内で提供される機能はさらに小さい数の構成要素及び「部」に結合したり追加の構成要素と「部」にさらに分離され得る。
【００４４】
本明細書で用いられる全ての技術的用語及び科学的用語は、別に定義されていない限り、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に一般に理解される意味を有する。本明細書で用いられる全ての用語は本発明をより明確に説明するための目的で選択されたものであり、本発明の範囲を制限するために選択されたものではない。
【００４５】
本願明細書で記述された単数形の表現は、異なって言及しない以上、複数形の表現もともに含むことができ、これは請求項に記載された単数形の表現にも同様に適用される。
【００４６】
本発明の多様な実施例で用いられた「第１」、「第２」などの表現は、複数の構成要素を相互に区分するために用いるものに過ぎず、当該構成要素の順序または重要度を限定するものではない。
【００４７】
本明細書で用いられる「含む」及び「有する」という表現は、当該表現が含まれる文句または文章において特に異なって言及されない限り、他の実施例を含む可能性を内包する開放型用語（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ  ｔｅｒｍｓ）と理解されなければならない。
【００４８】
本明細書で「〜に基づいて」という表現は、当該表現が含まれる文句で記述される決定または判断の行為または動作に影響を与える１つ以上の因子を記述するのに用いられ、この表現は決定または判断の行為または動作に影響を与える追加の因子を排除しない。
【００４９】
本明細書において、ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか、「接続されて」いると言及されたときには、前記ある構成要素が前記他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていてもよいが、前記ある構成要素と前記他の構成要素の間に新たな他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。
【００５０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を用い、同一の構成要素について重複する説明は省略する。
【００５１】
＜オプティカルトラッキングシステム＞
図１は、本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステムが手術に用いられている例を示す。図示した通り、医師１４０は、手術道具１５０と、結像部１３０とを含むオプティカルトラッキングシステムを活用して患者１６０に対する手術を行うことができる。医師１４０が用いている手術道具１５０にはマーカー１１０が付着され得、患者１６０の患部のような目的物にも他のマーカー１２０が付着され得る。オプティカルトラッキングシステムの結像部１３０は、マーカー１１０及び/又は１２０に形成されたパターンの全部または一部に対するパターンイメージを結像(ｃａｐｔｕｒｅ)及び取得することができる。パターンイメージは、結像部１３０のイメージセンサが出力する結像イメージのフレーム内の一部領域に結像され得る。
【００５２】
パターンイメージが取得されると、パターンイメージからマーカーのパターンを構成する基本単位として、サブパターンのうちの少なくとも１つが抽出され得る。一実施例によれば、抽出された少なくとも１つのサブパターンの全体パターン内での位置が決定され、決定されたサブパターンの全体パターン内の位置に基づいてマーカー１１０及び/又は１２０の姿勢が決定され得る。ここで、マーカー１１０及び/又は１２０の姿勢はマーカー１１０及び/又は１２０の結像部１３０に対する相対的な３次元的方向ないし方位を意味することができる。
【００５３】
また、一実施例によれば、ある１つのマーカー１１０及び/又は１２０の３次元空間上の位置は、少なくとも１つの結像素子を含む少なくとも1つの結像部１３０により結像された少なくとも１つのパターンイメージの結像イメージ内での大きさと座標に基づいて決定され得る。
【００５４】
一実施例により、結像部１３０は２つ以上のカメラを含ることができ、ある１つのマーカー１１０及び/又は１２０の位置は、２つ以上のカメラにより結像されたパターンイメージに基づいた三角法（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）を用いて決定され得る。
【００５５】
一実施例により、予め決定された幾何学的関係を有する２つのマーカー１１０または１２０がある１つの目的物に付着され得る。この場合、マーカー１１０または１２０の３次元空間上の位置は、予め決定された幾何学的関係と、パターンイメージ上でのパターンの少なくとも一部の位置と、各マーカー上でのパターンの少なくとも一部の位置間の関係とに基づいて決定され得る。
【００５６】
このようにマーカー１１０及び/又は１２０の位置及び姿勢が取得されると、マーカー１１０及び/又は１２０とこのマーカー１１０及び/又は１２０が付着された目的物との間の幾何学的関係に基づいて、マーカー１１０及び/又は１２０が付着された目的物の位置及び姿勢が決定され得る。
【００５７】
以下で詳細に説明するように、本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステムによれば、少なくとも１つのマーカーを用いて目的物の６自由度に該当する位置及び姿勢が決定され得る。
【００５８】
図２は、本発明の一実施例によるマーカー２１０が手術道具２３０に付着されて用いられる例を示す。本発明のオプティカルトラッキングシステムによれば、このように１つのマーカー２１０が目的物である手術道具２３０に付着された場合にも、マーカー２１０に形成されたパターンに基づいて目的物の位置及び姿勢がトラッキングされ得る。従って、手術道具２３０には軽量または小型のマーカーが付着され得、医師はマーカーの大きさ及び重さに対する負担なしにマーカーが付着された手術道具２３０を用いて手術を行うことができる。
【００５９】
一実施例によれば、マーカーはトラッキング対象である目的物に脱着され得る。図２に示した例で、施術を準備するために、マーカー２１０は手術道具２３０に付着される前に消毒され得る。この場合、１つのマーカー２１０のみ手術道具２３０に付着すればよいので、脱着過程を単純化させることができる。また、消毒しなければならない対象も１つのマーカー２１０だけなので、消毒過程を含んだ手術準備に必要な時間及び労力を減らすことができる。手術のためにマーカーが付着される目的物が多いほど脱着しなければならないマーカーの数が多いので、１つのマーカーを用いることが手術準備作業の時間及びコストを節減する利点を有する。
【００６０】
以上説明した実施例では、本発明によるマーカー及びオプティカルトラッキングシステムが医師が患者に対して手術を行う例に適用されたが、マーカーを用いて目的物の位置及び姿勢を決定する他の多様な例にも適用されることができる。例えば、本発明によるマーカー及びオプティカルトラッキングシステムは、手術ロボットを活用して患者に対して手術を行う場合に、手術ロボットに付着された手術道具の位置及び姿勢を決定するのに用いられることができる。他の例において、本発明によるマーカー及びオプティカルトラッキングシステムは、作業者または作業ロボットが特定の道具を活用して特定の目的物に対して特定の作業を行う場合に、その道具及び/又は目的物の位置及び姿勢を決定するのに用いられることができる。以下では図１及び図２の例を通じて概略的に説明した本発明のマーカー及びオプティカルトラッキングシステムの多様な実施例についてより具体的に説明する。
【００６１】
図３は、本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステム３００のブロック図である。オプティカルトラッキングシステム３００は、マーカー３１０、結像部３３０及びプロセッサ３５０を含み得る。マーカー３１０は、パターンが形成されたパターン面３１１及びマーカーの外部から見た方向に沿って固有に示されるパターンの少なくとも一部がマーカー３１０の外部から識別(または視覚的に認知)され得るように構成された、レンズのような、光学系３１２を含み得る。一実施例によれば、マーカー３１０が結像部３３０の視野角（ＦＯＶ）内に位置しており、光学系３１２が結像部３３０に向かって配列される時、結像部３３０は光学系３１２を通じて識別されるパターンの少なくとも一部を結像できる。
【００６２】
結像部３３０は、パターンの少なくとも一部を含むパターンイメージを結像及び取得できるレンズ及び結像素子を含み得る。結像素子は、任意の物体の結像イメージを取得するように構成された任意の種類の結像素子であり得、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを含み得る。
【００６３】
一実施例によれば、結像部３３０は２つ以上の結像素子３３２、３３４を含み得る。結像素子３３２、３３４は、それぞれレンズ３３１、３３３を通じて識別されたマーカー３１０のパターンイメージを取得できる。結像素子３３２、３３４はマーカー３１０に形成されたパターンの少なくとも一部(または同一領域)を含むパターンイメージを取得できる角度に配置され得る。
【００６４】
一実施例によれば、オプティカルトラッキングシステム３００は、パターンがマーカー３１０の外部から十分に識別できるように、光学系３１２を通じてレンズ３３１、３３３に入射される光を補強するために、マーカー３１０またはパターンに向かって光を照射する少なくとも１つの光源をさらに含み得る。
【００６５】
一実施例によれば、光源はマーカー３１０外部に設けられ得る。この場合、マーカー３１０は、パッシブマーカー（ｐａｓｓｉｖｅ  ｍａｒｋｅｒ）として動作できる。マーカー３１０がパッシブマーカーとして動作する場合、結像部３３０はマーカー３１０に光を照射するための少なくとも１つの光源３３５、３３７を含み得る。図３に示した通り、光源３３５からの光はビームスプリッタ３３８により反射されてレンズ３３１を通じてマーカー３１０に照射され得る。更に他の光源３３７からの光はビームスプリッタ３３９により反射されてレンズ３３３を通じてマーカー３１０に照射され得る。このような構成によると、ビームスプリッタ３３８、３３９に反射されてレンズ３３１、３３３を通じて結像部３３０からマーカー３１０に照射される光と、その光がマーカー３１０のパターンで反射されて結像部３３０のレンズ３３１、３３３を通じて受信される光が、レンズ３３１、３３３に対して同一経路を通過することができる。この場合、マーカー３１０から反射されて結像部３３３により受信される光の量が増加し得るため、結像素子３３２、３３４はより鮮明なパターンイメージを結像できる。
【００６６】
更に他の実施例によれば、光源はマーカー３１０の内部でパターン面３１１の前面または後面に対して光を照射するように設けられ得る。この場合、マーカー３１０は、アクティブマーカーとして動作できる。また、図３に示した結像部３３０内に設けられた光源３３５、３３７とビームスプリッタ３３８、３３９は省略され得る。
【００６７】
プロセッサ３５０は、結像部３３０で取得されたパターンイメージを受信し、受信されたパターンイメージに基づいてマーカー３１０の位置及び姿勢を決定できる。一実施例によれば、プロセッサ３５０は、パターンイメージ上に含まれたパターンの少なくとも一部(または領域)の大きさ及びその領域の中心座標に基づいてマーカー３１０の位置を決定したり、または三角法を用いてマーカー３１０の位置を決定できる。また、プロセッサ３５０はパターンイメージに基づいて、パターンを形成する各サブパターンの全体パターン内での位置を決定し、その結果に基づいてマーカー３１０の姿勢を決定できる。マーカー３１０の位置及び姿勢を決定する方法に関しては、以下でより具体的に説明する。
【００６８】
一実施例において、オプティカルトラッキングシステム３００が手術ナビゲーションシステムのような手術システム内で動作する場合に、マーカー３１０は手術道具、手術ロボットの一部または患者の患部を含む少なくとも１つの目的物に付着され得る。また、複数のマーカーが用いられる場合には、マーカーの位置及び姿勢が順次または同時にトラッキングされ得る。この場合、プロセッサ３５０は複数のマーカーの位置及び姿勢をトラッキングするために、それぞれの目的物に付着されたマーカーをマーカーのＩＤを通じて区別できる。一実施例によれば、プロセッサ３５０はパターンイメージからマーカー３１０のＩＤを抽出できる。マーカー３１０のＩＤを抽出及び取得する方法に関しては、以下関連部分でより具体的に説明する。
【００６９】
更に他の実施例によれば、図４に示した通り、オプティカルトラッキングシステム４００は、２つ以上の結像部４３０、４４０を含み得る。結像部４３０、４４０それぞれは、マーカー３１０に形成されたパターンの同一領域に対するパターンイメージを取得できるように、結像部４３０、４４０がマーカーに向かう方向または角度が設定され得る。
【００７０】
一実施例によれば、マーカー３１０がパッシブマーカーとして動作すると、結像部４３０、４４０は、それぞれマーカー３１０に光を照射できる光源４３３、４４３を含み得る。この場合、光源４３３から照射された光はビームスプリッタ４３４により反射されてレンズ４３１を通じてマーカー３１０に伝達され得る。また、他の光源４４３から照射された光はビームスプリッタ４４４により反射されてレンズ４４１を通じてマーカー３１０に伝達され得る。
【００７１】
プロセッサ４５０は結像部４３０、４４０それぞれに含まれた結像素子４３２、４４２により取得されたパターンイメージに含まれた、パターンの少なくとも一部から抽出された情報に基づいて、マーカー３１０の位置及び姿勢を決定できる。パターンイメージを用いてマーカー３１０の位置及び姿勢を決定する方法は先に説明したことと同一の方式で実行され、以下より具体的に説明する。
【００７２】
更に他の実施例によれば、オプティカルトラッキングシステムは、予め決定された幾何学的関係を有する２つのマーカーの位置及び姿勢をトラッキングできる。オプティカルトラッキングシステムは、１つの結像素子を通じて２つのマーカーにそれぞれ形成されたパターンのパターンイメージを取得できる。２つのマーカーの位置は、予め決定された幾何学的関係、及びパターンイメージ上でのパターンの少なくとも一部の位置と、各マーカー上でのパターンの少なくとも一部の位置間の関係に基づいて決定され得る。マーカーの姿勢は先に説明した方式と同一の方式で決定され得る。
【００７３】
＜マーカー＞
マーカー３１０は、オプティカルトラッキングシステム３００または４００によりその位置及び姿勢が測定される、目的物に付着されるかその目的物の全体または一部として具現され得る。マーカー３１０の位置及び姿勢を測定することによって、マーカー３１０が付着された目的物の位置及び姿勢が測定され得る。本発明の一実施例によるマーカー３１０は、先に図３及び図４を参照して説明した通り、パターンが形成されたパターン面３１１及びレンズのような光学系３１２を含み得る。
【００７４】
一実施例によれば、マーカー３１０は、樹脂またはアルミニウムなどのように軽量でありながら、消毒薬のような医薬品により損傷しない材料を用いて具現され得る。マーカー３１０を手術時に用いられる道具や装置に付着する場合には、マーカー３１０は手術に用いられる前に消毒され得る。この場合に、マーカー３１０は消毒薬により損傷しない材料を用いて具現される必要がある。
【００７５】
マーカー３１０の外形はパターン面３１１及びレンズのような光学系３１２の設置が容易な形状を有し得る。一実施例によれば、マーカー３１０の外形はシリンダ形状であってもよい。マーカー３１０がシリンダ形状を有する場合、シリンダ形状の一側面には光学系３１２が設けられてもよく、対向する他側面にはパターン面３１１が設けられてもよい。このような構成でパターン面３１１に形成されたパターンはシリンダの胴体を経過して光学系３１２を通じて外部から視覚的に識別され得る。更に他の実施例によれば、マーカー３１０は球形状または六面体形状を有してもよい。マーカー３１０が球形状を有する場合、パターンが形成されたパターン面３１１は球形状の内部面または外部面の少なくとも一部に具現され得、光学系３１２は球形状の内部面中からパターン面３１１と対向する他の一部に具現され得る。
【００７６】
パターンは、パターン全体に対して各サブパターンの位置が固有に決定されるように形成されるので、そのパターンのパターンイメージからパターン全体に対する各サブパターンの位置に関する情報を抽出できる。また、パターンはマーカー３１０のＩＤを提供できるように形成され得る。
【００７７】
図５は、本発明の一実施例によるパターン５００を示す。一実施例によれば、パターン５００は、水平パターン(ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｐａｔｔｅｒｎｓ；５１０、５２０、５３０)のような１つ以上の水平パターンを列方向(ｃｏｌｕｍｎ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ)に配列して形成され得る。本実施例において、パターン５００は３つの水平パターン５１０、５２０、５３０を列方向に配列して形成されたことに仮定される。図示した通り、水平パターン５１０、５２０、５３０それぞれは、複数行（ｒｏｗｓ）の二進符号化シーケンス(ｂｉｎａｒｙ−ｃｏｄｅｄ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ)をそれぞれ含むシーケンスグループ５１１、５２１、５３１を含み得る。一実施例によれば、シーケンスグループ５１１、５２１、５３１に含まれた二進符号化シーケンスそれぞれは繰り返し的に配列された非周期的シーケンス（ａｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）を含み得る。
【００７８】
ここで、「繰り返し的に配列された非周期的シーケンス」とは、非周期的シーケンスが各自内部的に最大化された自己相関性(ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ：１つの非周期的シーケンス内に同一のサブシーケンスが２回以上示されない)と決定論的任意性(ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ：１つの非周期的シーケンス内にそれぞれの唯一のサブシーケンスの位置が事前に決定される)を有するが、非周期的シーケンス間では最小化された相互相関性(ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ：互いに異なる非周期的シーケンスは必ず互いに区別され得る)を有し、１つの二進符号化シーケンス内にそのような非周期的シーケンスが2回以上繰り返されることがあることを意味し得る。
【００７９】
一実施例によれば、各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンス（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）を含み得る。例えば、各非周期的シーケンスはＰＲＢＳ(Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ)であり得、より具体的にドゥブリュエインシーケンス（Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｉｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）であり得る。ここで「非周期的シーケンス」とは、上述した通り、最大化された自己相関性を有したり、当該シーケンスに含まれた複数のサブシーケンスが周期的な方式で配列されないことを意味し得る。このような非周期的シーケンスの構成は以下でより具体的に説明する。
【００８０】
一実施例によれば、水平パターン５１０、５２０、５３０は、シーケンスグループ５１１、５２１、５３１中の隣接したシーケンスグループ間を区分できるメタシーケンスグループ５１２、５２２、５３２を含み得る。メタシーケンスグループ５１２、５２２、５３２それぞれは１つ以上のメタシーケンスを含み得る。
【００８１】
メタシーケンスは、シーケンスグループに含まれた二進符号化シーケンスとは区別され得るシーケンスであり得る。もし、パターン５００内で相互隣接したシーケンスグループ間が区分されるようにシーケンスグループ５１１、５２１、５３１が形成されるならば、メタシーケンスグループ５１２、５２２、５３２はパターン５００内で省略されてもよい。
【００８２】
一実施例により、メタシーケンスは最小化された自己相関性(メタシーケンス内に１つのサブシーケンスが繰り返される)と最大化された相互相関性を有する周期的シーケンスであり得る。
【００８３】
一実施例により、メタシーケンスはシーケンスグループに用いられない非周期的シーケンスであり得る。
【００８４】
たとえ図５でメタシーケンスは横方向にシーケンスグループ間を区分するように配置されることが例示されていても、一実施例により、メタシーケンスは縦方向にシーケンスグループ間を区分するように配置されることもできる。他の実施例によれば、メタシーケンスは横方向及び縦方向にシーケンスグループ間を区分するように配置されることもできる。
【００８５】
図６は、パターン５００内の２つの隣接した水平パターン５１０、５２０の詳細な構成を示した図面である。一実施例によれば、水平パターン５１０、５２０それぞれは複数行の二進符号化シーケンスからなるシーケンスグループ５１１、５２１を含み得る。本実施例で水平パターン５１０は３つの二進符号化シーケンス５１３、５１４、５１５からなるシーケンスグループ５１１を含んでおり、水平パターン５２０は３つの二進符号化シーケンス５２３、５２４、５２５からなるシーケンスグループ５２１を含んでいる。二進符号化シーケンス５１３、５１４、５１５は列方向に順次隣接するように配列され、更に他の二進符号化シーケンス５２３、５２４、５２５は同様に列方向に順次隣接するように配列され得る。
【００８６】
二進符号化シーケンス５１３、５１４、５１５それぞれは繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み得る。一実施例によれば、二進符号化シーケンス５１３、５１４、５１５のうちのいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンス(またはサブシーケンス)は、他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンス(またはサブシーケンス)と相違し得る。例えば、二進符号化シーケンス５１３内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は、二進符号化シーケンス５１４内に含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と相違し得る。
【００８７】
一実施例によれば、水平パターン５１０は、その水平パターンに含まれたシーケンスグループ５１１と他の水平パターン５２０に含まれたシーケンスグループ５２１を区分できるように構成されたメタシーケンスグループ５１２を含み得る。メタシーケンスグループ５１２は１つ以上のメタシーケンスを含み得、メタシーケンスはシーケンスグループ５１１、５２１に含まれた二進符号化シーケンスと区別が容易なシーケンスであり得る。
【００８８】
一実施例によれば、メタシーケンスグループ５１２は互いに異なる二進符号が交互に繰り返されて形成されたメタシーケンス５１６と、同一の二進符号が繰り返されて形成されたメタシーケンス５１７のうち少なくとも１つを含み得る。この場合、メタシーケンス５１６は二進符号化シーケンス５１３、５１４、５１５をなす二進符号を示すビットパターン(例えば、ビットパターン５１８及びビットパターン５１９)間を区分できる基準になり得る。また、メタシーケンス５１７はシーケンスグループ５１１、５２１間を区分できる基準になり得る。
【００８９】
ここで、中が詰まったビットパターン５１８が二進符号「１」に相応するならば、中が空のビットパターン５１９は二進符号「０」に相応し得、その逆も可能である。
【００９０】
一実施例によれば、シーケンスグループ５１１、５２１それぞれは、単一の長いシーケンスグループを分割して生成され得る。従って、シーケンスグループ５１１、５２１それぞれで同一の行に位置した二進符号化シーケンスは、同一の非周期的シーケンスが繰り返し的に配列されたシーケンスであり得る。例えば、シーケンスグループ５１１の二進符号化シーケンス５１３とシーケンスグループ５２１の二進符号化シーケンス５２３は同一の非周期的シーケンスが繰り返し的に配列されたシーケンスであり得、シーケンスグループ５１１の二進符号化シーケンス５１４とシーケンスグループ５１３の二進符号化シーケンス５２４は同一の非周期的シーケンスが繰り返し的に配列されたシーケンスであり得る。
【００９１】
もしシーケンスグループ５１１が２つの二進符号化シーケンス５１３、５１４を含み、他のシーケンスグループ５２１が２つの二進符号化シーケンス５２３、５２４を含み、水平パターン５１０がメタシーケンスグループ５１２を含んでいないと仮定すると、二進符号化シーケンス５１３と二進符号化シーケンス５２３は列方向に２つの行だけ離れて配列され得る。これはあたかもメタシーケンスグループ５１２を中が空のビットパターンでのみで構成されたような２つの行により形成したことと類似する。同様に、二進符号化シーケンス５１４と二進符号化シーケンス５２４も、列方向に２つの行だけ離れて配列され得る。従って、隣接したシーケンスグループで同一の行に位置した二進符号化シーケンスは列方向に最小２つの行だけ離れて配列され得る。もし各シーケンスグループに含まれる二進符号化シーケンスの数が増加したり水平パターン内にメタシーケンスグループが含まれると、隣接したシーケンスグループ内で同一の行に位置した二進符号化シーケンスは３行またはそれ以上の数の行だけ離れて配列され得る。
【００９２】
一実施例によれば、二進符号化シーケンス５１３は互いに異なる二進符号を含み得、これら二進符号はビットパターン５１８とビットパターン５１９のように互いに視覚的に区分が容易な形状に具現され得る。互いに異なる二進符号は、図６に示したような四角形形態のビットパターン５１８、５１９であってもよく、円形、ひし形、三角形、五角形などのうちのいずれか１つを含んだ多様な形態のビットパターンで具現されてもよい。
【００９３】
一実施例によれば、オプティカルトラッキングシステム３００の結像部３３０がマーカー３１０に形成されたパターン５００の少なくとも一部のイメージを結像すると、プロセッサ３５０はパターン５００に含まれた各サブパターン(例えば、シーケンスグループに含まれた二進符号化シーケンスの一部)の全体パターン５００内での位置に基づいてマーカー３１０の姿勢を決定できる。例えば、結像されたパターンイメージに図６に示したのようなパターン５００が含まれているならば、プロセッサ３５０はシーケンスグループ５２１内でシーケンスウィンドウ６１０を通じてサブパターンを識別できる。シーケンスウィンドウ６１０はサブパターンの大きさと同一であるかさらに大きくてもよい。
【００９４】
サブパターンは二進符号化シーケンス５２３、５２４、５２５それぞれをなすサブシーケンスを含むシーケンスブロック６１１で形成され得る。プロセッサ３５０はシーケンスブロック６１１に含まれたサブシーケンスを用いて、全体パターン５００内で当該サブパターン(またはシーケンスブロック６１１)の位置を決定でき、このように決定されたサブパターンの位置に基づいて、マーカー３１０の姿勢を決定できる。一実施例によれば、「シーケンスブロック」はｊ×ｌの大きさを有し得、この時、ｊはシーケンスブロック内に含まれた複数の行の二進符号化シーケンス(またはその一部)数であり得、ｌはシーケンスブロック内に含まれたサブシーケンス中、最も長さが長いサブシーケンスのビット数であり得る。
【００９５】
一実施例によれば、パターン５００に含まれた二進符号化シーケンスそれぞれは、ＰＲＢＳのように、繰り返し的に配列された非周期的シーケンスを含み、非周期的シーケンスそれぞれ内でサブシーケンスそれぞれの順序(または位置)が事前に決定され得る。例えば、プロセッサ３５０は結像されたパターン５００のイメージからサブパターンに該当するシーケンスブロックを抽出し、シーケンスブロック内でＰＲＢＳを構成するサブシーケンスまたはその一部を抽出することによって、抽出されたサブシーケンスの位置情報に基づいてサブパターンの全体パターン５００内での位置を決定できる。
【００９６】
一実施例によれば、モジュロ-２フィードバック（ｍｏｄｕｌｏ−２  ｆｅｅｄｂａｃｋ）を有するｎビットシフトレジスタ（ｓｈｉｆｔ  ｒｅｇｉｓｔｏｒ）を用いて、パターンに含まれる２ｎビットの長さのＰＲＢＳが生成され得る。このように生成されたＰＲＢＳそれぞれに含まれたｎビットのサブシーケンスそれぞれは、ＰＲＢＳ内で事前決定された位置に配列され得る。更に他の実施例によれば、ｎビットシフトレジスタの入力値と出力値を繰り返し的にＸＯＲ演算することにより、ＰＲＢＳが生成され得る。更に他の実施例によれば、フィボナッチ線状フィードバックシフトレジスタを用いて、ＰＲＢＳが生成され得る。しかし、本発明で用いられるパターンに含まれる二進符号化シーケンスの生成方法は、以上説明したＰＲＢＳ生成方法に限定されず、例えば、ＱＲＳＳ(Ｑｕａｓｉ−Ｒａｎｄｏｍ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ)のような周知の方法またはこれらと類似の多様な二進符号化シーケンス生成方法が本発明に適用され得る。
【００９７】
更に他の実施例によれば、ＰＲＢＳの一種であるドゥブリュエインシーケンスを用いてパターン５００が形成され得る。ドゥブリュエインシーケンスは、一般にＢ（ｋ、ｎ）のような形態で表現され得る。ここで、ｋは所定のアルファベットの巡回シーケンスの大きさであり、ｎは次数としてドゥブリュエインシーケンスをなす各サブシーケンスの長さ(ビット数)を意味し得る。ドゥブリュエインシーケンスを構成する全てのサブシーケンスは、同一の長さ(ビット数)を有するが、互いに相違するビット配列を有する。即ち、ドゥブリュエインシーケンスを形成する各サブシーケンスはドゥブリュエインシーケンス内で唯一のビット配列を有し、これにより各サブシーケンスはドゥブリュエインシーケンス上で１回のみ示され得る。このような特性に応じて、ドゥブリュエインシーケンスは、その内部に含まれたサブシーケンスが周期的に配列されない、非周期的シーケンスであり得る。また、ドゥブリュエインシーケンス内のサブシーケンスそれぞれの順序または位置は事前に決定され得る。
【００９８】
図７は、ドゥブリュエインシーケンスの構成を示す図面であり、Ｂ（２、２）により表現されるドゥブリュエインシーケンス７１０の一例を示す。Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス７１０は、｛０、０、１、１｝として表現され得る。具体的には、Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス７１０は、大きさが２である二進符号(「０」と「１」)を基本アルファベットとして含み、長さが２であり、互いに異なるサブシーケンスである{０、０}、{０、１}、{１、１}及び{１、０}が順次配列されて形成され得る。
【００９９】
このように、ドゥブリュエインシーケンスは、これを構成する各サブシーケンスの順序が属性変数（ｋ、ｎ）の値に応じて事前に決定される特徴を有する。Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス７１０の場合、｛０、０、１、１｝シーケンス内で{０、０}が最初、{０、１}が２番目、{１、１}が３番目、{１、０}が４番目に配列される。従って、ドゥブリュエインシーケンス内の配列されたサブシーケンスそれぞれの値(またはビット配列)に基づいて、そのサブシーケンスがドゥブリュエインシーケンス７１０内でどこに位置するか決定され得る。
【０１００】
以上で説明したドゥブリュエインシーケンスの構成と特性によれば、Ｂ（２、２）のようなｎ差ドゥブリュエインシーケンスを用いて、２ｎビットの長さを有する非周期的シーケンスが形成され得る。従って、このように形成された非周期的シーケンスからｎビット長さの任意のサブシーケンスが取得されると、当該サブシーケンスの値に基づいてドゥブリュエインシーケンス内での当該サブシーケンスの位置が決定され得る。このようなドゥブリュエインシーケンスを用いてマーカー３１０のパターンが形成されると、結像されたパターンイメージから抽出されたｎビット長さのサブシーケンスに基づいて、そのサブシーケンスが含まれたサブパターンの全体パターン内での位置が決定され得る。
【０１０１】
一方、図８に示した通り、同一のドゥブリュエインシーケンス８１１、８１２、８１３、８１４が繰り返し的に配列された二進符号化シーケンス８１０の場合には、繰り返し的に配列されたドゥブリュエインシーケンス８１１、８１２、８１３、８１４それぞれが同一の配列のサブシーケンスを含む。従って、このようなドゥブリュエインシーケンス８１１、８１２、８１３、８１４から抽出されたサブシーケンスの値に基づいて、当該サブシーケンスがドゥブリュエインシーケンス内でどこに位置するかを決定し難い。この場合には、まず当該サブシーケンスが含まれたドゥブリュエインシーケンスが、二進符号化シーケンス８１０内でどこに位置するかを決定してこそ、二進符号化シーケンス８１０内での当該サブシーケンスの位置を決定できる。
【０１０２】
一方、パターンを形成するのに用いられる二進符号化シーケンスは、そのパターンを形成できる程度に十分な長さを有する。二進符号化シーケンスがドゥブリュエインシーケンスまたはＰＲＢＳであるかどうかと関係なく、二進符号化シーケンスの次数(ｏｒｄｅｒ)ｎが大きくなるほど、そのシーケンスの長さが増加できる。また、二進符号化シーケンスの次数ｎが大きくなると、そのシーケンスに含まれた各サブシーケンスの長さも増加する。例えば、２１次のドゥブリュエインシーケンスは、２２１=２、０９７、１５２ビットの長さを有し得るが、このシーケンスに含まれたサブシーケンスそれぞれの長さは２１ビットとなる。従って、パターンを形成するためにさらに長い長さのドゥブリュエインシーケンスが必要な場合に、そのシーケンスの次数は２１より大きくなって、そのシーケンスに含まれたサブシーケンスの長さは２１ビットより長くなる。
【０１０３】
一実施例によれば、次数が互いに異なる複数のドゥブリュエインシーケンスを用いてパターンを形成するシーケンスを生成する場合には、比較的低い次数のドゥブリュエインシーケンスを用いてもパターンを形成する程十分に長い長さのシーケンスを生成できる。図９は、一実施例によってパターンを形成するために、Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンス９１１とＢ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス９２１をともに用いた例を示す。Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンス９１１は、Ｂ（２、３）のドゥブリュエインシーケンスを構成するサブシーケンス中でいずれも０でのみなるサブシーケンス｛０、０、０｝を除いた残りのサブシーケンスを用いて生成された、変形されたドゥブリュエインシーケンスである。Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンス９１１である｛０、０、１、１、１、０、１｝は、そのシーケンス９１１内で７つのサブシーケンスである｛０、０、１｝、｛０、１、１｝、{１、１、１}、｛１、１、０｝、｛１、０、１｝、｛０、１、０｝、｛１、０、０｝が予め決定された位置に配列され得る。一方、Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス９２１は、先に図７を参照して説明したドゥブリュエインシーケンス７１０と同一の構成を有する。このように一般的なドゥブリュエインシーケンスのみを用いず、変形されたドゥブリュエインシーケンスとともに一般的なドゥブリュエインシーケンスを用いてパターンを形成する理由は、以下でより具体的に説明する。
【０１０４】
Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンス９１１は、２３−１＝７ビットの長さを有し、そのシーケンス９１１のサブシーケンスそれぞれは３ビットの長さを有し得る。従って、Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンス９１１のみ考慮する場合、サブシーケンスの位置情報が取得され得る二進符号化シーケンスの全長は７ビットであり、サブシーケンスは３ビットの長さを有し得る。また、Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンス９２１は２２＝４ビットの長さを有するシーケンスであり、位置情報を有するサブシーケンスは２ビットの長さを有し得る。
【０１０５】
このような構成を有する２つのドゥブリュエインシーケンス９１１、９２１がそれぞれ繰り返し的に配列される二進符号化シーケンス９１０、９２０が列方向に結合すると、２つの行からなるパターンが形成され得る。このパターンで、２つの行の二進符号化シーケンス９１０、９２０は、２つのドゥブリュエインシーケンス９１１、９２１の長さの最小公倍数に該当する７×４＝２８ビットの周期で繰り返され得る。この場合、２８ビット周期を有する２つ行の二進符号化シーケンス９１０、９２０内で、Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンスである｛０、０、１、１、１、０、１｝シーケンス９１１は４回繰り返され、Ｂ（２、２）のドゥブリュエインシーケンスである｛０、０、１、１｝シーケンス９２１は７回繰り返され得る。従って、２つ行のドゥブリュエインシーケンスが結合してパターンが形成されると、パターンが非周期的特性を有する長さは、結合した各ドゥブリュエインシーケンス９１１、９２１が非周期的特性を有する長さより大きいことがある。
【０１０６】
このように結合した二進符号化シーケンス９１０、９２０は、２つのドゥブリュエインシーケンス９１１、９２１のサブシーケンスのうち長さが最も長いサブシーケンスのビット数(即ち、３)を列の数とし、結合したシーケンス９１０、９２０の数(即ち、２)を行の数とする、２×３の大きさのシーケンスウィンドウ９３０を二進符号化シーケンス９１０、９２０のうちの任意の位置に置くことによって、シーケンスウィンドウ９３０を通じてシーケンスブロックが抽出され得る。シーケンスブロック内の最も左側に位置したサブシーケンスである｛０、０、１｝と｛１、１｝を用いると、二進符号化シーケンス９１０、９２０内でシーケンスブロックが何番目の位置に置かれているか決定され得る。
【０１０７】
本発明において、マーカー３１０のトラッキングのために結像部３３０が結像しなければならないパターン領域の大きさは、シーケンスウィンドウの列と行のビット数によって決定され得る。例えば、図９の実施例では、２×３の大きさのシーケンスウィンドウ９３０を通じて、結像されたパターン領域からシーケンスブロックが抽出され得、２８ビット長さのシーケンス９１０、９２０内で、抽出されたシーケンスブロックの位置がどこであるか決定され得る。
【０１０８】
反面、同様に５次ドゥブリュエインシーケンス(例えば、単一のＢ（２、５）)シーケンスを用いても２８ビット長さのシーケンス(またはパターン)を生成できるが、この場合、パターンに含まれたサブシーケンスの長さは５ビットとなる。
【０１０９】
従って、同じ長さの単一ドゥブリュエインシーケンスを用いてパターンを形成した場合に比べて、本発明の実施例で同じ長さの結合されたドゥブリュエインシーケンス９１０、９２０を用いてパターンを形成した場合には、シーケンスブロックに含まれたサブシーケンスを識別するためのシーケンスウィンドウの大きさが相当減少し得る。
【０１１０】
これは、マーカー３１０のトラッキングのために結像部３３０が必ず正確に結像させなければならない領域の大きさの条件が緩和され、プロセッサ３５０が毎瞬間パターンイメージ内の結像された領域からサブシーケンスを識別するのに成功する可能性も大きく向上したことを意味する。
【０１１１】
例えば、図９の実施例で、結像されたパターンイメージのうち、少なくとも１カ所で横に３ビット、縦に２ビットのビットパターンのみ正確に識別されると、当該ビットパターンに相応するサブシーケンスを含むシーケンスブロックのパターン内の位置が決定され得る。一方、５次ドゥブリュエインシーケンスを用いた場合には、結像されたパターンイメージのうち少なくとも１カ所で横に５ビットの長さのビットパターンが正確に識別されてこそ、当該ビットパターンに相応するサブシーケンスを含むシーケンスブロックのパターン内の位置が決定され得る。
【０１１２】
更に精密な位置決めのために、例えば、Ｂ（２、７）−１、Ｂ（２、６）、Ｂ（２、５）−１、Ｂ（２、４）−１、Ｂ（２、３）−１のドゥブリュエインシーケンスを結合したパターンを用いると、結像されたパターンイメージのうち、少なくとも１カ所で横７ビット(サブシーケンスの長さ)、縦５ビット(ドゥブリュエインシーケンスの数)のビットパターン(もしメタシーケンスも考慮するならば、横７ビット、縦７ビット(ドゥブリュエインシーケンスの数とメタシーケンスの数の和)のビットパターン)のみ正確に識別されれば、当該ビットパターンに対応するサブシーケンスを含むシーケンスブロックのパターン内の位置が決定され得る。一方、同一の長さの２５次ドゥブリュエインシーケンスを用いた場合には、結像されたパターンイメージのうち、少なくとも１カ所で横に２５ビットの長さのビットパターンがいずれも正確に識別されてこそ、当該ビットパターンに対応するサブシーケンスのパターン内の位置が決定され得る。
【０１１３】
ところが、結像されるイメージは、マーカーと結像部の相対的移動速度、回転、傾きなどによる歪み、光学系の特性に応じた歪み、イメージセンサの熱雑音、振動、読み出し（ｒｅａｄ−ｏｕｔ）特性による歪みなどを有し得る。従って、シーケンスウィンドウのある方向の長さが長くなるほど、そのようなシーケンスウィンドウを通じて抽出されたビットパターンがいずれも正確に識別される可能性は次第に低くなり得る。前記例示で、横７ビット、縦５ビットのシーケンスウィンドウは横２５ビット、縦１ビットのシーケンスウィンドウよりほぼ常に、はるかに有利である。
【０１１４】
一方、前記で図９を参照して説明した実施例でのように、結合した二進符号化シーケンスを構成するドゥブリュエインシーケンス中の一部は、０でのみなるサブシーケンスを除いた、変形されたドゥブリュエインシーケンスであり得る。これは結合した二進符号化シーケンスの繰返し周期が、各ドゥブリュエインシーケンスの長さ(ビット数)の最小公倍数になるためである。従って、（i）パターンを形成するために結合する二進符号化シーケンスの数を増加させたり、（ii）二進符号化シーケンスを構成するドゥブリュエインシーケンスの次数(ｏｒｄｅｒ)を互いに異なって設定したり、（iii）二進符号化シーケンスを構成するドゥブリュエインシーケンスにおいて０でのみなるサブシーケンスを適宜除き、ドゥブリュエインシーケンスの長さの最小公倍数を増加させると、さらに長い長さの結合した二進符号化シーケンスが生成され得る。このように、パターンを形成するために結合するドゥブリュエインシーケンスの数、各ドゥブリュエインシーケンスの次数、及びドゥブリュエインシーケンスにおいて０でのみなるサブシーケンスの除外如何は、パターン形成に必要な結合した二進符号化シーケンスの長さに応じて適宜選択され得る。
【０１１５】
例えば、パターンが５つのドゥブリュエインシーケンスを用いて形成され、各ドゥブリュエインシーケンスはＢ（２、７）−１、Ｂ（２、６）、Ｂ（２、５）−１、Ｂ（２、４）−１、Ｂ（２、３）−１であると仮定する。その結果、非周期的な特性を有する、結合した二進符号化シーケンスの全長は（２７−１）×（２６）×（２５−１）×（２４−１）×（２３−１）＝２６、４５６、６４０ビットになり得る。この長さは、最小限２５次ドゥブリュエインシーケンスを用いてこそ得ることができるパターンの長さである。もしＢ（２、５）のドゥブリュエインシーケンスにおいて０でのみなるサブシーケンスを除かなかったとすれば、非周期的である全体シーケンスの長さは（２７−１）×（２５）×（２４−１）×（２３−１）＝４２６、７２０ビットに減少する。この長さは、１９次ドゥブリュエインシーケンスを用いれば得ることができるパターンの長さに過ぎない。
【０１１６】
図１０は、本発明の一実施例によって複数行の二進符号化シーケンスが結合して形成された１つの長い水平パターンを用いて２次元パターンを具現する方法を示す図面である。一実施例によれば、１つの長い水平パターンを様々なさらに小さい長さのパターンに分割した後、分割されたパターンを複数の行に配列することによって２次元パターン１０１０が具現され得る。更に他の実施例によれば、１つの長い水平パターンを様々なさらに小さい長さのパターンに分割し、分割されたパターンを複数の行に配列することによって、更に他の２次元パターン１０３０を形成した後、２次元パターン１０１０、１０３０を順次結合することによって、新たな２次元パターンが具現されることもできる。
【０１１７】
一実施例によれば、１つの水平パターンを分割して２次元パターンを生成する時、その水平パターンの全部または一部が用いられ得る。例えば、水平パターンが１０００ビットの長さである場合、これを１００ビットの長さを有する１０個のパターンに分割した後、この１０個のパターンを複数の行に配列することによって２次元パターンが具現され得る。他の例において、１０００ビットの長さの水平パターンのうち、８００ビットのみを分割して２次元パターンが具現され得る。また、１０００ビットの長さの水平パターンを１０個の１００ビットの長さの水平パターンに分割し、１０個の分割された水平パターン(またはシーケンス)それぞれを１０個のマーカーに形成することによって、互いに異なるパターンを有する１０個のマーカーが製作され得る。
【０１１８】
一実施例によれば、このように１つの水平パターンを分割して複数のマーカーに用いる複数のパターンが製作されると、各分割されたパターンでシーケンスウィンドウを通じて抽出されたシーケンスブロック自体が当該マーカーのＩＤとして用いられ得る。例えば、シーケンスウィンドウを通じて識別されるシーケンスブロックが１０００個の水平パターンがあると仮定する。この水平パターンを１００個のシーケンスブロックが含まれるように１０個の小さいパターンに分割した後、分割された１０個の小さいパターンがそれぞれ１０個のマーカーのためのパターンとして用いられると、１０００個のシーケンスブロックが１０個のマーカーのうち、どのマーカーのパターンに含まれているかが予め決定され得る。例えば、１番のマーカーは１〜１００番目のシーケンスブロックが含まれるように予め決定され得、２番のマーカーは１０１〜２００番目シーケンスブロックが含まれるように予め決定され得、同じ方式で残りの３番〜１０番のマーカーも含まれるシーケンスブロックが予め決定され得る。
【０１１９】
従って、このような情報に基づいて、プロセッサ３５０がトラッキングのために抽出されたシーケンスブロックが１０００個のシーケンスブロックのうち、何番目のシーケンスブロックであるかだけを決定すれば、これから現在トラッキングするマーカーのＩＤを決定できる。前記例で、プロセッサ３５０により抽出されたシーケンスブロックが１２０番目のシーケンスブロックであると決定すると、プロセッサ３５０はこのマーカーが２番のマーカーであることが分かる。即ち、マーカーのパターンがマーカーのＩＤを提供するための別途のパターンあるいはコード情報を含まなくても、プロセッサ３５０はマーカーのパターンから抽出されたシーケンスブロックの位置情報に基づいて当該マーカーを他のマーカーと区別することができる。
【０１２０】
本発明の一実施例によるマーカー３１０は、先に説明した通り、光源をマーカー３１０の外部または内部に設け、光源からの光がパターンが形成されたパターン面３１１で反射あるいは透過されるようにすることによって、パターン情報がレンズのような光学系３１２を経てマーカー３１０の外部から識別され得る。パターンが形成されるパターン面３１１は、光源からの光を反射させたり透過させるために、光に対する反射率が高いか低い物質を用いて具現され得る。ここで、「反射率」はパターン面に入射された光のエネルギーに対するパターン面により反射された光のエネルギーの比率を意味し得る。
【０１２１】
一実施例によれば、パターンが二進符号化シーケンスを用いて具現されると、パターン面上で「０」または「１」のように互いに異なる二進符号が具現された部分はそれぞれ光に対する反射率が他の物質として具現され得る。このように形成されたパターン面に具現されたパターンが結像部３３０により結像されると、そのパターンを構成する「０」と「１」によって結像部３３０に伝達される光の量が異なるので、パターンイメージで「０」と「１」が区分されて識別され得る。更に他の実施例によれば、パターン内で「０」または「１」を示す部分を互いに異なるイメージや形状で表現され得る。例えば、パターン内で「０」を示すイメージは円形で表され、「１」を示すイメージは四角形で表され得る。ただし、パターンに二進符号化されたシーケンスまたはそのシーケンスに含まれた二進符号を表現する方法はこれに制限されず、他の多様なイメージまたは形状で具現されてもよい。
【０１２２】
一実施例によれば、マーカー３１０はパターンの少なくとも一部がマーカー３１０の外部から視覚的に識別され得るようにするレンズのような光学系３１２を含み得る。パターン面３１１は、パターンが光学系３１２を通じて平行出射光の形態でマーカー３１０外部に伝達されるようにマーカー３１０内部に配置され得る。このようにパターン面３１１がマーカー３１０内に配置された場合、マーカー３１０の光学系がオプティカルトラッキングシステム３００の結像部３３０の光学系と結合して無限光学系が構成され得る。オプティカルトラッキングシステム３００の結像部３３０は無限光学系を通じて拡大された、パターンのパターンイメージが得られる。従って、以上の通り無限光学系が構成された場合には、マーカー３１０が結像部３３０から遠く離れて位置しても、結像部３３０により結像されたパターンイメージからパターンの少なくとも一部が識別され得る。
【０１２３】
一実施例によれば、パターンが平行出射光形態でマーカー３１０の外部に伝達されるために、パターンは光学系３１２をなすレンズの焦点が結ばれるパターン面３１１の部分に具現され得る。一実施例によれば、パターンが形成されるパターン面３１１は平面または曲面の形状を有し得る。この場合、光学系３１２を構成するレンズは、レンズの焦点がパターン面３１１の平面または曲面上に形成されるように設計され得る。例えば、光学系３１２が魚眼レンズを用いて設計されると、レンズの焦点がパターン面３１１の平面または曲面上に形成され得る。
【０１２４】
＜結像部＞
前記で図３を参照して説明した通り、マーカー３１０をトラッキングするためのパターンのイメージを結像するために、結像部３３０は２個以上の結像素子３３２、３３４とこれに対応するレンズ３３１、３３３を含み得る。マーカー３１０の外部から識別可能なパターンの少なくとも一部分は、レンズ３３１及びレンズ３３３を通じて結像素子３３２、３３４で結像され得る。
【０１２５】
本発明の一実施例による結像部３３０で結像素子３３２、３３４は、それぞれに対応するレンズ３３１、３３３の焦点距離に固定されて設けられ得る。その結果、結像素子３３２、３３４は、マーカー３１０の光学系３１２と結像部３３０のレンズ３３１、３３３それぞれが結合して構成する光学系の焦点である、無限焦点に位置し得る。この場合、結像素子３３２、３３４は、マーカー３１０の動きに応じてマーカーからの距離が変化することと関係なく、マーカー３１０に形成されたパターンの全部または一部に関する拡大されたイメージを結像できる。また、結像部３３０はマーカー３１０が動く場合にも、焦点の調整なしにパターンのイメージを結像できる。
【０１２６】
一実施例によれば、結像素子３３２、３３４は、マーカー３１０に形成されたパターンの同一領域に対するパターンイメージを取得できるように、結像部３３０内に適切な角度ないし方向を有するように配置され得る。
【０１２７】
同様に、図４に示した通り、オプティカルトラッキングシステム４００が2つの結像部４３０、４４０を含んだ場合にも、結像部４３０、４４０それぞれに含まれた結像素子４３２、４４２は対応するレンズ４３１、４４１の焦点距離に固定されて設けられる。また、結像部４３０、４４０はマーカー３１０に形成されたパターンの同一領域に対するパターンのイメージを取得できるように、オプティカルトラッキングシステム４００内で適切な角度ないし方向を有するように配置され得る。
【０１２８】
一方、パターンの少なくとも一部がマーカー３１０の外部で結像素子によりパターンイメージとして結像されると、パターンイメージ上でパターンの少なくとも一部が結像された領域の大きさは、パターンイメージが結像された位置(例えば、結像部の位置)からマーカー３１０までの距離及びマーカー３１０の位置のうち、少なくとも１つによって変更され得る。
【０１２９】
＜プロセッサ＞
本発明の一実施例によるオプティカルトラッキングシステム３００は、結像部３３０で取得されたパターンイメージに含まれたパターンの少なくとも一部から抽出された情報に基づいて、マーカー３１０の位置及び姿勢を計算できるプロセッサ３５０を含み得る。
【０１３０】
一実施例によれば、プロセッサ３５０は、結像されたパターンイメージ上でパターン領域の大きさ及びパターン領域の中心座標を抽出し、これらに基づいてマーカー３１０の位置を決定できる。例えば、マーカー３１０と結像部３３０が形成する光学系の形状及びアパチャー（ａｐｅｒｔｕｒｅ）が円形の場合、パターンイメージでパターン領域は、図１１に示した通り、略円形で、または円形の一部で示される。結像部３３０からマーカー３１０までの距離またはマーカー３１０の位置に応じて、パターンイメージ上でのパターン領域を示す円形状の大きさが変わり得る。プロセッサ３５０は、パターンイメージ上でパターン領域を示す円の直径と中心座標を抽出した後、これらを結像部３３０の結像素子に対応するレンズの直径及び焦点距離と比較することによって、レンズの中心を原点とする３次元の空間上でのマーカー３１０の位置に対応する座標値を取得できる。ここで、結像素子に対応するレンズが複数のレンズなどを用いて具現された場合には、公知となった薄いレンズ理論(ｔｈｉｎ  ｌｅｎｓ  ｔｈｅｏｒｙ)によって複数のレンズを１つの薄いレンズと定義することができる。これにより、結像部３３０の結像素子に対応するレンズの直径、焦点距離及び中心は、このように定義された１つの薄いレンズの直径、焦点距離及び中心でそれぞれ示すことができる。
【０１３１】
更に他の実施例によれば、プロセッサは、三角法を用いてマーカー３１０の位置を決定できる。プロセッサ３５０、４５０は、互いに異なる位置にある結像素子３３２、３３４または結像部４３０、４４０により結像されたパターンイメージから、パターン領域の中心座標(例えば、図１１の円形状の中心座標)を抽出した後、この中心座標に基づいた三角法を用いてマーカー３１０の位置を計算できる。より具体的には、プロセッサ３５０、４５０は各パターンイメージ上でのパターン領域の中心座標と、互いに異なる位置にある結像素子３３２、３３４または結像部４３０、４４０がマーカー３１０を見る方向との間の幾何学的関係を利用してマーカー３１０の位置を計算できる。
【０１３２】
更に他の実施例によれば、プロセッサ３５０は、予め決定された幾何学的な関係を有する２つのマーカーに対するパターンイメージを用いて２つのマーカーの位置を決定できる。具体的には、結像部が２つのマーカーにそれぞれ形成されたパターンのパターンイメージを結像すると、プロセッサ３５０は２つのマーカーの間の幾何学的関係、及びパターンイメージ上でのパターンの少なくとも一部の位置と、各マーカー上でのパターンの少なくとも一部の位置との間の関係に基づいて、２つのマーカーの位置を決定できる。この場合、２つのマーカーの間の幾何学的関係から２つのマーカーに形成されたパターンの間の距離が決定され得る。プロセッサ３５０はこのように決定された距離と、各マーカー上でのパターンの中心座標を用いて、前記位置関係に基づいた２つのマーカーの位置を決定できる。
【０１３３】
プロセッサ３５０がマーカー３１０の位置を決定する方法は、公知となったアルゴリズムのうち適切なものを選択して用いることができ、その一例は韓国特許第１０-１４０６２２０号に開示されている。
【０１３４】
一実施例によれば、プロセッサ３５０は、パターンイメージ上のパターンの少なくとも一部(例えば、サブパターン)の位置変化に基づいてマーカー３１０の姿勢を決定できる。プロセッサ３５０は、このような原理に基づいた数式１を用いてマーカー３１０の姿勢を示す姿勢行列Ｒが得られる。
【０１３５】
【数１】
2018025531.tif 000003
(ｓ＝ｒ３１ｕｉ＋ｒ３２ｖｉ＋ｒ３３ｆｂ、ｕ'ｉ、ｖ'ｉは、パターンイメージ上でｉ番目のサブパターンのピクセル座標；ｕｉ、ｖｉは、パターン上でｉ番目サブパターンの座標；ｕｃ、ｖｃは、パターン中心の実際の座標；ｐｗはパターンイメージのピクセルの広さ；ｐｈはパターンイメージのピクセルの高さ；ｆｃは結像素子に対応するレンズの焦点距離；及びｆｂはマーカーのレンズの焦点距離)
【０１３６】
プロセッサ３５０は、数式１による計算を実行するために、パターンイメージからパターン内での各サブパターンの位置(例えば、数式１でのi番目のサブパターンのパターン上での座標)を抽出できる。本発明の一実施例によるパターンは、ドゥブリュエインシーケンスが繰り返し的に配列されて形成された二進符号化シーケンスを用いて形成され得る。プロセッサ３５０は、このように形成されたパターンの全部または一部を含むパターンイメージから、シーケンスウィンドウを通じて、サブパターンを構成する１つ以上のシーケンスブロックを抽出し、シーケンスブロックに含まれたサブシーケンスを用いてシーケンスブロックのパターン上での位置(座標)を決定できる。
【０１３７】
以下では、本発明の一実施例によってプロセッサ３５０が、ドゥブリュエインシーケンスを用いて形成されたパターンのパターンイメージから各サブパターンの位置を決定する方法を具体的に説明する。
【０１３８】
パターンイメージからマーカーのトラッキングのための情報を抽出するために、まずプロセッサ３５０はパターンイメージで二進符号化シーケンスを読み出すことができる。以後プロセッサ３５０は読み出された二進符号化シーケンスからサブパターンを構成する少なくとも1つのシーケンスブロックを抽出し、各シーケンスブロックに含まれたサブシーケンスを用いて各サブパターンの全体パターン内での位置(座標)を計算できる。
【０１３９】
一実施例によれば、プロセッサ３５０は、図１１に示した通りｉ）ドゥブリュエインシーケンスを用いて形成されたパターン１１１０でシーケンスウィンドウ１１２０を通じて１つのシーケンスブロック１１３０を抽出し、ｉｉ）ここに含まれたサブシーケンスに基づいて、１つのシーケンスブロック１１３０で構成されたサブパターンの位置が得られる。具体的には、サブシーケンスがドゥブリュエインシーケンス上での位置情報を内包する(ｉｍｐｌｙ)という特性と、二進符号化シーケンスにおいて、各二進符号化シーケンスの開始ビットからシーケンスブロック１１３０の開始ビット直前までの長さがいずれも同一であるという特性を用いれば、1つのシーケンスブロック１１３０の位置情報が得られる連立方程式を導き出すことができる。プロセッサ３５０は、この連立方程式の解に基づいて、１つのシーケンスブロック１１３０で構成されたサブパターンの全体パターン内での位置を計算でき、これに基づいてマーカー３１０の姿勢を決定できる。
【０１４０】
プロセッサ３５０はこのように１つのシーケンスブロックにのみ基づいてマーカー３１０の姿勢を計算できる。もし複数のシーケンスブロックが抽出されれば、プロセッサ３５０は、パターンイメージから抽出された複数のシーケンスブロックの全部または一部を用いてマーカー３１０の姿勢を複数計算した後、これら計算結果を統計処理してマーカー３１０の姿勢を決定できる。ここで統計処理は、平均、中間値または最頻値などを得るための演算を意味し得るが、これに限定されない。
【０１４１】
＜マーカーをトラッキングする方法＞
図１２は、本発明の一実施例により、オプティカルトラッキングシステムでパターンが形成されたマーカーをトラッキングする方法を示すフローチャートである。以下、各段階について図面を参照してより具体的にマーカー３１０をトラッキングする方法を説明する。
【０１４２】
まず、段階Ｓ１２１０で、１つの結像部に含まれた少なくとも１つの結像部に含まれた少なくとも1つの結像素子がパターンの少なくとも一部のパターンイメージを取得できる。例えば、図４を参照すると、結像部４３０、４４０それぞれに含まれた結像素子４３２、４４２は、光学系３１２を通じてマーカー３１０の外部から視覚的に識別されるパターンの少なくとも一部を、結像素子４３２、４４２それぞれに対応するレンズ４３１、４４１の焦点距離でパターンイメージを結像できる。この場合、パターンが光学系３１２の焦点が結ばれるパターン面３１１に具現されていると、オプティカルトラッキングシステム４００は無限光学系を形成できる。結像部４３０、４４０それぞれは無限光学系を通じてパターンの少なくとも一部の拡大されたイメージをパターンイメージとして結像できる。
【０１４３】
本発明の一実施例によるパターンは、複数行の二進符号化シーケンスを含み得る。各行の二進符号化シーケンスは繰り返し的に配列された、ドゥブリュエインシーケンスのような、非周期的シーケンスを含み得る。この場合、複数の行の二進符号化シーケンスをなす各非周期的シーケンスは事前に決定された順序で配列された複数のサブシーケンスを含み得る。
【０１４４】
一実施例によれば、複数の行のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスは、複数の行の他のいずれか１つの二進符号化シーケンスに含まれた非周期的シーケンスと相違し得る。例えば、ある１行の二進符号化シーケンスに含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数は他の１行の二進符号化シーケンスに含まれたサブシーケンスそれぞれのビット数と異なる。ドゥブリュエインシーケンスでサブシーケンスのビット数はドゥブリュエインシーケンスの次数によって決定され得る。前記実施例のパターンの構成に関するより具体的な内容は先に説明したので省略する。
【０１４５】
段階Ｓ１２１０を通じてパターンイメージが取得されると、段階Ｓ１２２０でプロセッサはパターンイメージに含まれたパターンの少なくとも一部から抽出された情報を処理してマーカーの位置及び姿勢をトラッキングできる。例えば、図４を参照すると、プロセッサ４５０は結像素子４３２、４４２により取得されたパターンイメージに含まれたパターンの少なくとも一部から抽出された情報を処理してマーカー３１０の位置及び姿勢をトラッキングできる。
【０１４６】
具体的には、段階Ｓ１２２０で実行される、マーカー３１０の位置及び姿勢をトラッキングする方法に関し、図１３を参照して具体的に説明する。まず、段階Ｓ１２２１で、プロセッサは少なくとも２つの結像部または少なくとも２つの結像素子により取得されたパターンイメージを用いた三角法に基づいてマーカーの位置を決定できる。例えば、図３を参照すると、プロセッサ３５０は互いに異なる位置の結像素子３３２、３３４から取得されたパターンイメージに基づいた三角法を用いてマーカー３１０の位置を決定できる。また、図４を参照すると、プロセッサ４５０は互いに異なる位置の結像部４３０、４４０から取得されたパターンイメージに基づいた三角法を用いてマーカー３１０の位置を決定できる。
【０１４７】
一実施例によれば、プロセッサ３５０、４５０は各パターンイメージ上でのパターン領域の中心座標(例えば、図１１の円の中心座標)と、結像部４３０、４４０または結像素子３３２、３３４がマーカー３１０を見る方向の間の幾何学的関係を利用した三角法に基づいてマーカー３１０の位置を決定できる。以上実施例では、三角法を用いてマーカーの位置が決定されたが、これに限定されるわけではなく、三角法ではない他の位置決め方法が用いられ得る。この場合、段階Ｓ１２２１は省略されてもよい。
【０１４８】
段階Ｓ１２２２で、プロセッサはパターンイメージから少なくとも１つのシーケンスブロックを抽出できる。例えば、図３及び図６を参照すると、プロセッサ３５０は結像部３３０により取得されたパターンイメージから予め決定された大きさのシーケンスウィンドウ６１０を通じて少なくとも１つのシーケンスブロック６１１を抽出できる。シーケンスブロック６１１は、パターンをなす複数行の二進符号化シーケンスの一部を含み得る。
【０１４９】
一実施例によれば、シーケンスブロックは複数行の二進符号化シーケンスにそれぞれ対応するサブシーケンスを含み得る。シーケンスブロックはｊ×ｌの大きさを有し得るが、ここでｊはシーケンスブロック内に含まれた二進符号化シーケンスの数になり得、ｌはシーケンスブロック内に含まれたサブシーケンスのうち最も長さが長いサブシーケンスのビット数になり得る。
【０１５０】
このように、少なくとも１つのシーケンスブロックが抽出されると、段階Ｓ１２２３で、プロセッサは、抽出された少なくとも１つのシーケンスブロックに基づいてマーカーの姿勢を決定できる。具体的には、まずプロセッサはシーケンスブロックに含まれた複数行の二進符号化シーケンスそれぞれに含まれたサブシーケンスに基づいて、シーケンスブロックが示すサブパターンのパターン内での位置を決定できる。以後、プロセッサは決定されたサブパターンのパターン内での位置に基づいてマーカーの姿勢を決定できる。例えば、図５及び６を参照すると、プロセッサ３５０は抽出されたシーケンスブロック６１１に含まれているサブシーケンスを用いて、シーケンスブロック６１１が形成するサブパターンの全体パターン５００内での位置を決定できる。プロセッサ３５０は決定されたサブパターンの全体パターン５００内での位置に基づいて、マーカー３１０の姿勢を決定できる。
【０１５１】
図１３を参照して説明された実施例で、プロセッサは、マーカーの位置を決定した後にマーカー３１０の姿勢を決定する。他の実施例で、プロセッサはマーカーの位置を決定する前にマーカーの姿勢を決定できる。更に他の実施例で、プロセッサはマーカーの位置及び姿勢を並列的に処理して決定できる。
【０１５２】
前記方法は特定実施例を通じて説明されたが、前記方法はまたコンピュータで読み出すことができる記録媒体にコンピュータが読み出すことができるコードとして具現することが可能である。コンピュータが読み出すことができる記録媒体はコンピュータシステムにより読まれることができるデータが格納される全ての種類の記録装置を含む。コンピュータが読み出すことができる記録媒体の例としてはＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ格納装置などがあり、また、キャリアウェーブ(例えばインターネットを通じた伝送)の形態で具現されることも含む。また、コンピュータが読み出すことができる記録媒体はネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散し、分散方式でコンピュータが読み出すことができるコードが格納されて実行され得る。そして、前記実施例を具現するための機能的な(ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ)プログラム、コード及びコードセグメントは本発明の属する技術分野のプログラマにより容易に推論され得る。
【０１５３】
本明細書では本発明が一部実施例と関連して説明されたが、本発明の属する技術分野の当業者が理解することができる本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲で多様な変形及び変更がなされるという点を理解すべきである。また、そのような変形及び変更は本明細書に添付の請求の範囲内に属すると考えられるべきである。
【符号の説明】
【０１５４】
１１０、１２０、２１０、３１０：マーカー 
１３０、３３０、４３０、４４０：結像部
２３０：手術道具
３１１：パターン面
３１２：光学系
３３１、４３１、４４１：レンズ
３３２、３３４、４３２、４４２：結像素子
３５０、４５０：プロセッサ
３３５、３３７、４３３、４４３：光源
３３８、３３９、４３４、４４４：ビームスプリッタ
【図１】
2018025531.tif 000004
【図２】
2018025531.tif 000005
【図３】
2018025531.tif 000006
【図４】
2018025531.tif 000007
【図５】
2018025531.tif 000008
【図６】
2018025531.tif 000009
【図７】
2018025531.tif 000010
【図８】
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【図９】
2018025531.tif 000012
【図１０】
2018025531.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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