(57)【要約】      （修正有）【課題】高感度且つ低電力の、デプス（深さ）に関連して構造化された光パターンを応用するカメラシステムを提供する。【解決手段】構造化された光パターンを１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、シーンの選択されたスライスは第１方向への第１の所定のサイズ及び第１方向に垂直である第２方向への第２の所定のサイズを有するプロジェクタと、シーンの選択されたスライスをスキャンし選択されたスライスの領域に対応する出力を生成するイメージセンサと、ここでイメージセンサ及びプロジェクタはエピポーラ方式において同期化されイメージセンサに連結され、客体がスキャンされた領域内に位置するか否かを探知し、客体がスキャンされた領域で探知されている場合プロジェクタを制御して構造化された光パターンをシーンの選択されたスライスのスキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影するコントローラとを含む。【選択図】図１
2019197055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有するプロジェクタと、
前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンし、前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成するイメージセンサと、
前記イメージセンサに連結され、客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知し、そして前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを、前記シーンの前記選択されたスライスの、前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影するコントローラと、を含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタは、エピポーラ方式において（ｉｎ）同期化される、ことを特徴とする構造化された光イメージングシステム。
【請求項２】
前記構造化された光パターンは、前記第１方向に延長する複数のサブパターンの行を含み、
各サブパターンは、少なくとも１つの他のサブパターンに隣接し、
各サブパターンは、各他のサブパターンとは異なり、
各サブパターンは、サブ行に第１予め定められた数の領域及びサブ列に第２予め定められた数の領域を含み（前記第１予め定められた数及び前記第２予め定められた数は整数）、
各領域は、同一サイズを有し、
各サブ行は、前記第１方向に延長し、
各サブ列は、前記第２方向に延長する、ことを特徴とする請求項１に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項３】
前記複数のサブパターンは、４８個のサブパターンを含み、
前記第１予め定められた数と前記第２予め定められた数とは、互いに同一であり、
各領域は、前記構造化された光パターンのドットに対応する、ことを特徴とする請求項２に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項４】
前記第１複数回は、１０回である、ことを特徴とする請求項１に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記スキャンされた領域の黒色ピクセルと白色ピクセルとの間の強度差に基づいて、探知された客体の反射度を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項６】
前記第１方向への前記選択されたスライスの前記第１予め定められたサイズは、前記第２方向への前記選択されたスライスの前記第２予め定められたサイズより大きく、
前記コントローラは、前記プロジェクタを制御して選択された順序に第３予め定められた数のスライスに向かって前記構造化された光パターンを投影し、
前記イメージセンサは、前記選択された順序に前記第３予め定められた数のスライスをスキャンする、ことを特徴とする請求項１に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項７】
前記選択された順序は、ランダム順序である、ことを特徴とする請求項６に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項８】
構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有し、前記第１方向への前記選択されたスライスの前記第１予め定められたサイズが、前記第２方向への前記選択されたスライスの前記第２予め定められたサイズより大きいプロジェクタと、
前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンし、前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成するイメージセンサと、
前記イメージセンサに連結され、客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知し、そして前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを、前記シーンの前記選択されたスライスの前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影するコントローラと、を含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタは、エピポーラ方式において同期化される、ことを特徴とする構造化された光イメージングシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記プロジェクタを制御して選択された順序に第３予め定められた数のスライスに向かって前記構造化された光パターンを投影し、
前記イメージセンサは、前記選択された順序に前記第３予め定められた数のスライスをスキャンし、
前記選択された順序は、ランダム順序である、ことを特徴とする請求項８に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項１０】
前記構造化された光パターンは、前記第１方向に延長する複数のサブパターンの行を含み、
各サブパターンは、少なくとも１つの他のサブパターンに隣接し、
各サブパターンは、各他のサブパターンとは異なり、
各サブパターンは、サブ行に第１予め定められた数の領域及びサブ列に第２予め定められた数の領域を含み（前記第１予め定められた数及び前記第２予め定められた数は整数）、
各領域は、同一サイズを有し、
各サブ行は、前記第１方向に延長し、
各サブ列は、前記第２方向に延長する、ことを特徴とする請求項９に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項１１】
前記複数のサブパターンは、４８個のサブパターンを含み、
前記第１予め定められた数と前記第２予め定められた数は、互いに同一である、ことを特徴とする請求項１０に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項１２】
前記第１複数回は、１０回である、ことを特徴とする請求項８に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記スキャンされた領域の黒色ピクセルと白色ピクセルとの間の強度差に基づいて、探知された客体の反射度を決定する、ことを特徴とする請求項１０に記載の構造化された光イメージングシステム。
【請求項１４】
シーンをスキャンする構造化された光イメージングシステムの動作方法において、
プロジェクタを利用して構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有する段階と、
イメージセンサを利用して前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンする段階と、
前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成する段階と、
客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知する段階と、
前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、コントローラを利用して前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを、前記シーンの前記選択されたスライスの前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影する段階と、を含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタは、エピポーラ方式において同期化される、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記構造化された光パターンは、前記第１方向に延長する複数のサブパターンの行を含み、
各サブパターンは、少なくとも１つの他のサブパターンに隣接し、
各サブパターンは、各他のサブパターンとは異なり、
各サブパターンは、サブ行に第１予め定められた数の領域及びサブ列に第２予め定められた数の領域を含み（前記第１予め定められた数及び前記第２予め定められた数は整数）、
各領域は、同一サイズを有し、
各サブ行は、前記第１方向に延長し、
各サブ列は、前記第２方向に延長する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のサブパターンは、４８個のサブパターンを含み、
前記第１予め定められた数と前記第２予め定められた数とは、互いに同一であり、
前記第１複数回は、１０回である、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１方向への前記選択されたスライスの前記第１予め定められたサイズは、前記第２方向への前記選択されたスライスの前記第２予め定められたサイズより大きく、
前記プロジェクタを制御して選択された順序に第３予め定められた数のスライスに向かって前記構造化された光パターンを投影する段階と、
前記選択された順序に前記第３予め定められた数のスライスをスキャンする段階と、を更に含み、
前記選択された順序は、ランダム順序である、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記イメージセンサは、広域シャッターがエピポーラスキャンラインに対応する、複数の広域シャッターアレイを含み、
前記イメージセンサをランダムシャッターモード及びローリングシャッターモードの中の１つに動作させる段階を更に含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記プロジェクタを利用して、前記構造化された光パターンを前記スキャンされた領域から離れて前記第１複数回投影して、前記スキャンされた領域で探知された前記客体より遠く離れた客体を探知する段階を更に含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記コントローラを利用して、前記スキャンされた領域の黒色ピクセルと白色ピクセルとの間の強度差に基づいて、前記スキャンされた領域で探知された前記客体の反射度を決定する段階を更に含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化された（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）光イメージングシステム及びその方法に係り、更に詳細には、デプスに関連して構造化された光パターンを応用した、高感度を有する低電力のカメラシステム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周辺光条件下で（即ち、周辺環境が明るい場合）、３次元（３Ｄ）構造化された光カメラ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｃａｍｅｒａ）は、更に遠く離れた客体を探知可能である一方で大略４ｍ以内の客体を探知するためには、大きいダイナミックレンジ（動的範囲、ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ）を必要とする。高周辺光条件は、遠距離（ｌｏｎｇｅｒ−ｒａｎｇｅ）の客体に対する信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）を顕著に減少する一方で近距離（ｓｈｏｒｔ−ｒａｎｇｅ）の客体に対してカメラのセンサのピクセルを飽和させ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７５４，３７０号公報
【特許文献２】米国特許第９，８７４，６３８号公報
【特許文献３】米国特許公開第２０１５／００９４６０６号明細書
【特許文献４】米国特許公開第２０１６／００６１０３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は高感度且つ低電力の、デプス（深さ）に関連して構造化された光パターンを応用するイメージング（カメラ）システム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態に係る構造化された光イメージングシステムは、
構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有するプロジェクタ、
前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンし、前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成するイメージセンサ、及び
前記イメージセンサに連結され、客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知し、そして前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを、前記シーンの前記選択されたスライスの前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影するコントローラを含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタは、エピポーラ方式において（ｉｎ）同期化される。
【０００６】
本発明の他の例示的な実施形態に係る構造化された光イメージングシステムは、
構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有し、前記第１方向への前記選択されたスライスの前記第１予め定められたサイズが前記第２方向への前記選択されたスライスの前記第２予め定められたサイズより大きいプロジェクタ、
前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンし、前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成するイメージセンサ、及び
前記イメージセンサに連結され、客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知し、そして前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを前記シーンの前記選択されたスライスの前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影するコントローラを含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタはエピポーラ方式において同期化される。
【０００７】
本発明のその他の例示的な実施形態に係る、シーンをスキャンする構造化された光イメージングシステムの動作方法は、
プロジェクタを利用して構造化された光パターンを、１つ以上の客体を含むシーンの選択されたスライスに投影し、前記シーンの前記選択されたスライスが第１方向への第１予め定められたサイズ及び前記第１方向に垂直である第２方向への第２予め定められたサイズを有する段階、
イメージセンサを利用して前記シーンの前記選択されたスライスをスキャンする段階、
前記選択されたスライスの領域に対応する出力を生成する段階、
客体が前記スキャンされた領域内に位置するか否かを探知する段階、及び
前記客体が前記スキャンされた領域で探知されている場合、コントローラを利用して前記プロジェクタを制御して前記構造化された光パターンを、前記シーンの前記選択されたスライスの前記スキャンされた領域から離れた他の領域に向かって第１複数回投影する段階を含み、
前記イメージセンサ及び前記プロジェクタはエピポーラ方式において同期化される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、
シーンの選択されたスライスのスキャンした領域内に客体が位置するか否かを探知し、客体がスキャンされた領域で探知されている場合、コントローラを利用してプロジェクタを制御して構造化された光パターンをシーンの選択されたスライスのスキャンされた領域から離れた他の領域に向かって、第１複数回投影して客体が領域内に位置するか否かを探知するので、
高感度を有する低電力の、デプス（深さ）に関連して構造化された光パターンを応用するイメージング（カメラ）システム及び方法を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る構造化された光イメージングシステムの例示的な実施形態のブロック図を図示する。
【図２】（Ａ）は、基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）光パターンの例示的な実施形態を図示し、（Ｂ）は、基本（ｂａｓｅ）光パターンの例示的な実施形態を図示する。
【図３】本発明に係ってエピポーラスキャン又はポイントスキャンが３Ｄデプス測定のために遂行される方法の例示を図示する。
【図４】（Ａ）は、エピポーライメージング技法を使用しないカメラによってイメージングされた、光を反射するディスコボールのシーンであり、（Ｂ）は、エピポーライメージング技法を使用してイメージングされた、光を反射するディスコボールの同一のシーンである。
【図５】本発明の実施形態に係ってスライスバイスライス（ｓｌｉｃｅ−ｂｙ−ｓｌｉｃｅ）方式において（ｉｎ）シーンに投影されるスライスに分割された例示的な基準光パターンを図示する。
【図６】本発明の実施形態に係ってスライスバイスライス方式においてシーンを選択的に投影／スキャンするための構造化された光カメラを使用する方法の例示的な順序図を図示する。
【図７】（Ａ）は、本発明に係るカメラ内のセンサのために使用される例示的な積層アーキテクチャを図示し、（Ｂ）は、本発明に係るピクセルアレイのピクセルの例示的な実施形態を図示する。
【図８】本発明に係るシーンの感知されたスライスの出力の例示的な部分を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の本文で、多様な詳細な説明は本文の理解を提供するために提示される。しかし、このような詳細な説明が無くとも、特許請求の範囲に記載された本発明の思想が通常の技術者によって容易に具現されることはよく理解されるべきである。他の例で、広く公知された方法、手続、構成、及び回路は本文を曖昧にしないために説明されない。
【００１１】
詳細な説明で“１つの実施形態”又は“一実施形態”を参照することは実施形態と連関された特定な特徴、構造、又は特性が本文の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。即ち、本文の多様な位置で使用される“１つの実施形態で”又は“一実施形態で”又は“１つの実施形態に係って”又は類似な意味を有する他の表現は同一の実施形態を参照することを要求しない。更に、特定な特徴、構造、又は特性は適切な方式に１つ以上の実施形態で組み合わされ得る。
又は、本文で言及された内容に従って、単数用語は複数の形態を含み、複数用語は単数形態を含み得る。構成図面を含む多様な図面はただ説明の目的のために本文で言及され、図示され、正量化されない。類似に、多様な波形及びタイミング図は単純に説明の目的のために図示される。例えば、一部要素の寸法は明確性のために他の要素に比べて誇張され得る。また、適切なことと考慮される場合、参照番号は対応する要素及び／又は類似な要素を示すために図面で反複される。
【００１２】
本文で使用された用語は特定な実施形態を記述するための目的のみに使用されるものであり、本発明の装置と方法に限定する意図としては使用されない。文脈の上に明確に異なって指示しない限り、単数形態は本発明の概念の説明及び付加された請求項に使用される時、複数の形態を含む意図として使用されたことと理解されなければならない。
そして、“含む”又は“含み、限定されない”の用語が本明細書に使用される場合、記述された特徴、数字、段階、動作、構成、及び／又は部品の存在を明記することであり、これらの１つ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成、部品、及び／又はグループの存在又は付加を排除しないことと更に理解されなければならない。“第１”、“第２”のような用語は先に説明された構成に対するラベルとして使用され、別の定義が無い限り特定な順序（例えば、空間的、時間的、論理的、等）を意図することではない。
その上に、同一の参照番号は同一であるか、或いは類似な機能を有する部品、構成、ブロック、回路、ユニット、又はモジュールと関連された２つ以上の図面にわたって使用され得る。しかし、このような使用は単純に説明の簡易化のためのことであり、このような構成及びユニットの構成又は構造的な細部事項が全ての実施形態又は共通的に参照される部分／モジュールで同一のことと意図されなく、単純に、本発明の特定実施形態を指称するための１つの手段である。
【００１３】
異なって定義されない限り、本明細書で使用された全ての用語（技術的そして科学的用語を含む）は本発明が属する技術分野で通常の技術者によって一般的に理解される同一の意味を有する。一般的に使用される事前に定義されたこのような用語は本明細書及び／又は関連技術の文脈でそれらの意味と一致する意味を有することと解釈されるべきであり、本明細書で明確に定義されない限り、理想化されるか、或いは過度に形式的に解釈されてはならない。
【００１４】
本発明の実施形態は中距離（ｍｉｄ−ｒａｎｇｅ）の適用のために屋外で使用される構造化された光３Ｄシステムを提供し、例えばスマートフォン、ドローン、及びＡＲ／ＶＲ装置［拡張現実（ａｌｔｅｒｅｄ（ａｕｇｍｅｎｔｅｄ）  ｒｅａｌｉｔｙ）／仮想現実（ｖｉｒｔｕａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ）装置］での使用のために適合し得る。
【００１５】
本発明の一実施形態は、スライスバイスライス（ｓｌｉｃｅ−ｂｙ−ｓｌｉｃｅ）方式においてシーンを選択的に投影／スキャンするために制御されるプロジェクタ／スキャナを含む、構造化された光イメージングシステムを提供する。一実施形態で、プロジェクタ／スキャナが制御される選択された順序はランダムな順序である。プロジェクタ／スキャナは相対的に高いピークの光出力（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）及び相対的に短いパルス持続時間（ｐｕｌｓｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）を有するパルスを使用し得る。イメージセンサはプロジェクタ／スキャナに同期化されて、プロジェクタのエピポーラ（ｅｐｉｐｏｌａｒ）平面に対応する広域シャッター配置を有するサブピクセルアレイを使用してイメージをキャプチャし得る。その結果、デプスエラーを引き起こす多重反射を除去し得、高いＳＮＲを提供しながら、光センサの飽和を防止し得る。
各スライスのスキャン反複はスライス内の客体の感知された距離及び感知された反射度に基づいて決定され得る。代案的に、各エピポーラ平面のスキャン反複はエピポーラ平面内の客体の感知された距離及び感知された反射度に基づいて決定され得る。投影された光は同一のスライス又は平面上の客体が探知された後、スライス又は平面の他の部分に向け直される（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）。従って、中距離の３Ｄ探知のために必要である光出力は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサＣＩＳを使用する一般的な方式より数百倍少ない。
【００１６】
一実施形態で、イメージセンサは高変換利得及び高速読出し時間を有するイメージセンサであり、高周辺光条件を克服するためのエピポーラ−平面イメージング技法を提供する光プロジェクタ／スキャナと共に使用され得る。一般的なＣＩＳは近距離及び遠距離で客体が反射した全ての光電子を探知するための十分に高い変換利得を有しないこともある。
大きいピクセルピッチ及び広域シャッターを含む一般的なＣＩＳが、３Ｄイメージングのための十分に精細なディスパリティ（ｄｉｓｐａｒｉｔｙ、視差）解像度を有するのに十分に大きい空間解像度を有しないのに反して、２Ｄイメージングのための小さいピクセルピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する一般的なＣＩＳは、殆ど全ての範囲の客体を探知するのに十分に大きい動的範囲を有しないフルウェル（ｆｕｌｌ  ｗｅｌｌ）を含む。他の実施形態で、本明細書で開示されたシステムのためのイメージセンサは非常に小さいピクセルピッチ、高感度、低いフルウェル容量（ｆｕｌｌ  ｗｅｌｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ）、及び高速読出し時間を有する特別なＣＩＳである。
【００１７】
本明細書で開示される他の実施形態は一般的な技法とは異なり、少ない電力を使用するデプスマップ情報を生成する方法と関連され得る。短い持続時間と高いピークのパルス状光出力（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有するプロジェクタは構造化された光パターンを投影するのに使用され得る。広域シャッター及びセンサの各サブアレイに対する短い露出時間を有するセンサは、強い周辺光条件を顕著に抑制するように、そしてプロジェクタによって使用される平均光出力を削減するように、プロジェクタとエピポーラ同期して（ｉｎ  ａｎ  ｅｐｉｐｏｌａｒ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ  ｗｉｔｈ）制御され得る。
カメラに隣接する客体はイメージセンサの小さいピクセルピッチから利用可能である、より精細な視差に起因する更に深い解像度を有し得る。もし、イメージセンサに近い客体が探知されれば、投影された光は、更に遠く離れた任意の客体を探知するためにシーンの他の領域に向け直される。客体の反射率は、客体から反射された光から周辺光を差し引いた光量に基づいて決定され得る。
【００１８】
図１は本発明に係る構造化された光イメージングシステム１００の例示的な実施形態のブロック図を図示する。構造化された光システム１００はプロジェクタ１０１、カメラ１０２、及びコントローラ又はプロセシング装置１０３を含む。動作中、コントローラ１０３は基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）光パターン１０４をプロジェクタ１０１に送信し、プロジェクタ１０１は基準光パターン１０４を図１の線で表示されたシーン１０５に投影する。カメラ１０２は投影された基準光パターン１０４を有するシーン１０５をイメージ１０６としてキャプチャする。イメージ１０６はコントローラ１０３に送信され、コントローラ１０３は基準光パターン１０４と、イメージ１０６としてキャプチャされた基準光パターン１０４とのディスパリティ（ｄｉｓｐａｒｉｔｙ、差異＝視差）に基づいてデプスマップ（ｄｅｐｔｈ  ｍａｐ）１０７を生成する。デプスマップ１０７はイメージ１０６の断片（ｐａｔｃｈ）に対応する推定されたデプス情報を含む。
【００１９】
実施形態において、コントローラ１０３は、エピポーラ（ｅｐｉｐｏｌａｒ）方式において（ｉｎ）同期するようにプロジェクタ１０１とカメラ１０２を制御する。その上に、プロジェクタ１０１及びカメラ１０２は、高いピーク電力及び短い持続時間の光パルスを利用して、エピポーラ方式において１ライン毎に、シーン１０５を照射するメタフォトニクス（ｍｅｔａｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、高次光工学）プロジェクタ／スキャナシステムを形成し得る。
【００２０】
コントローラ１０３はソフトウェア命令語、専用集積回路、又はこれらの組み合わせを通じてプログラムされたマイクロプロセッサ又はパーソナルコンピュータである。実施形態において、コントローラ１０３によって提供されるプロセシングは、ソフトウェアを通じて、若しくは、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃｓ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）、マルチコアシステム、又はプロセシング動作を具現し得る専用ハードウェアによって加速されるソフトウェアを通じて、完全に具現され得る。ハードウェア及びソフトウェア構成の全ては並列性の異なる段階を提供し得る。構造化された光イメージングシステム１００の一実施形態はスマートフォン（ｓｍａｒｔ  ｐｈｏｎｅ）、セルラフォン（ｃｅｌｌ  ｐｈｏｎｅ）、又はデジタルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｃａｍｅｒａ）のような携帯用装置の一部であるが、これに限定されない。
【００２１】
実施形態において、プロジェクタ１０１及びカメラ１０２は、可視光又は人の目に見えない赤外線スペクトルでマッチングされ得る。投影された基準光パターンはプロジェクタ１０１及びカメラ１０２の双方のスペクトル範囲内にある。その上に、プロジェクタ１０１及びカメラ１０２の解像度は異なり得る。例えば、プロジェクタ１０１はビデオグラフィックアレイ（ｖｉｄｅｏ  ｇｒａｐｈｉｃｓ  ａｒｒａｙ；ＶＧＡ）解像度（例えば、６４０×４８０ピクセル）に従って（ｉｎ）基準光パターン１０４を投影し、カメラ１０２は更に高い解像度（例えば、１２８０×７２０ピクセル）を有し得る。このような構成で、デプスマップ１０７を生成するために、イメージ１０６はダウンサンプリングされるか、及び／又は、プロジェクタ１０１によって照明されたイメージ１０６の領域のみが分析され得る。
【００２２】
図２（Ａ）は図１に図示された一般的な基準光パターン１０４の例示的な実施形態を図示する。実施形態において、基準光パターン１０４は基準光パターン１０４を完全に満たすように水平及び垂直方向に反複される複数の基準光パターン要素を含み得る。図２（Ｂ）は水平方向（即ち、図２（Ｂ）のｘ方向）に４８ドット（ｄｏｔ）幅であり，垂直方向（即ち、図２（Ｂ）のｙ方向）に４ドット高さである基本光パターン１１８の例示的な実施形態を図示する。他の基本光パターンも可能である。単純化のために、ドット対ピクセルの比は１：１であり、即ち、各投影されたドットはカメラ１０２のようなカメラの、正確に１つのピクセルによってキャプチャされる。実施形態において、図２（Ａ）の基準光パターン１０４は、基本光パターン１１８を水平方向に１０回、垂直方向に１６０回繰り返すことによって形成され得る。
【００２３】
例えば、４ｘ４ピクセルウインドーが基本光パターン１１８に重畳され（エッジを包む）、水平方向にスライディングされれば、４８個の固有（ｕｎｉｑｕｅ）サブパターンがあり得る。４ｘ４ピクセルウインドーが垂直方向にスライディングする時、４ｘ４ピクセルウインドーが（包む）基本光パターン１１８の４ピクセル高さに亘って垂直方向にスライディングされれば、総計１９２個の固有（ｕｎｉｑｕｅ）サブパターンがあり得る。
【００２４】
再び図１を参照すれば、ｘ軸は構造化された光イメージングシステム１００の前面に沿った水平方向を示し、ｙ軸は垂直方向を示し、ｚ軸は、イメージングシステム１００から離れて、イメージングされるシーン１０５の一般的な方向に向かって延長される。デプス測定のために、プロジェクタ１０１及びカメラ１０２の光軸はｚ軸に平行である。他の光学的配置が、本明細書で開示された原理を具現するのに使用され得るだけでなく、本明細書に開示された主題の範囲内にあると考慮され得る。
【００２５】
実施形態において、プロジェクタ１０１はダイオードレーザ、可視光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＮＩＲ（ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）レーザ、点光源（ｐｏｉｎｔ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）、可視光スペクトル内の（白色ランプとモノクロメーター（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ）との組み合わせのような）単色照明光（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）、又は他のレーザ光源などの、しかし、これに限定されない光源を含み得る。実施形態において、レーザ光源はイメージングシステム１００のハウジング内の任意の位置に固定され得、ｘ方向及びｙ方向に回転し得る。その上に、プロジェクタ１０１はフォーカシングレンズ、ガラス／プラスチック表面、及び／又はレーザ光源からのレーザビームをシーン１０５の客体の表面上に点（ｐｏｉｎｔ）又はスポット（ｓｐｏｔ）として集束させる他の円筒形の光要素のような（しかし、これに限定されない）投影光学系（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）を含み得る。
【００２６】
カメラ１０２は、シーン１０５内の客体上の光スポットを、画素アレイを含むイメージセンサ上の光スポットとして集束させ得る光学系を含む。カメラ１０２はまた、フォーカシングレンズ、ガラス／プラスチック表面、またはシーン１０５内の客体から受信した反射光を二次元（２Ｄ）アレイ内の１つまたは複数のピクセル上に集光する他の円筒形光学要素を含む。２Ｄのピクセルのアレイはピクセルの各行がシーン１０５上の走査線（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｌｉｎｅ）のエピポーララインを形成するイメージ平面を形成する。
一実施形態において、カメラ１０２のイメージセンサは高い変換利得及び速い読出し速度を有するイメージセンサであり、高周辺光条件を克服するためにエピポーラ平面イメージング技法を提供する光プロジェクタ／スキャナの一部として使用され得る。実施形態において、イメージセンサの各ピクセルは約２００ｅ−（電子）未満のフルウェル容量（ｆｕｌｌ  ｗｅｌｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を有するフォトダイオードを含み得、約５００μＶ／ｅ−（電子）より大きい変換利得を有し得る。イメージセンサは１μｍ程度の小さいピクセルピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有し得る。
【００２７】
プロジェクタ１０１は、ポイントスキャン又はエピポーラスキャン技法を使用して、投影（プロジェクト）線（破線で図示）１０８、１０９によって指示されるように、シーンを照明し得る。即ち、レーザ光源からの光ビームはシーン１０５を横切ってｘ−ｙ方向にプロセシング装置１０３の制御の下にポイントスキャニングされ得る。ポイント−スキャン技法は、図３を参照してより詳細に説明されるように、スキャンラインに沿ってシーン１０５の任意の客体の表面上に光スポットを投影し得る。
シーン１０５のポイントスキャンから反射された光は、プロジェクタ１０１のレーザソースから光を受信した時にシーン１０５の客体の表面から反射された又は表面によって散乱されたフォトン（ｐｈｏｔｏｎ）を含み得る。例えば、照明された客体から受信された光はカメラ１０２の集光光学系を通じて２Ｄピクセルアレイの１つ以上のピクセルにフォーカシングされ得る。カメラのピクセルアレイは収集されたフォトンを対応する電気的信号に変換し得、以後、該電気的信号はコントローラ１０３によってシーン１０５の３Ｄデプスマップとして処理され得る。実施形態において、コントローラ１０３はデプス測定のための三角測量技法（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用し得る。
【００２８】
図３は本発明の一実施例に係って、エピポーラスキャン又はポイントスキャンが３Ｄデプス測定のために遂行される方法を図示する。図３で、プロジェクタ１０１の一部であるレーザ光源２０３のｘ−ｙ回転能力（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｙ）は矢印２０１、２０２によって指示され、（角“β”を有する）ｘ方向及び（角“α”を有する）ｙ方向へのレーザの角運動（ａｎｇｕｌａｒ  ｍｏｔｉｏｎ）を各々示す。実施形態において、コントローラ１０３は、例えばスキャン命令語に基づいて、レーザ光源２０３のｘ−ｙ回転動作を制御し得る。
【００２９】
図３に図示されたように、レーザ光源２０３は、１次元（１Ｄ）水平スキャニングラインに沿って光スポットを走査することによって、客体２０４の表面をポイントスキャニングする。ここで第Ｒ、第（Ｒ＋１）行の、２つの水平スキャニングラインＳＲ（２０５）、ＳＲ＋１（２０６）が図３に点線で表示されている。客体２０４の表面の曲率（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）の結果、光スポット２０７乃至２１０が第Ｒ行スキャニングラインＳＲを形成する。簡単かつ明瞭にするために、スキャンラインＳＲ＋１（２０６）を形成する光スポットは参照番号の添付を省略する。レーザ２０３は、例えば左側から右側方向に１回に１つのスポットずつ、第Ｒ、第（Ｒ＋１）、第（Ｒ＋２）スキャニング行ＳＲ、ＳＲ＋１、ＳＲ＋２、…等に沿って客体２０４をスキャンする。
【００３０】
値Ｒ、Ｒ＋１等はカメラ１０２の２Ｄピクセルアレイ２１１のピクセルの特定行番号を指し、この値は既知である。例えば、図３の２Ｄピクセルアレイ２１１で、第Ｒピクセル行は参照番号２１２を使用して識別され、第（Ｒ＋１）ピクセル行は参照番号２１３を使用して識別される。ピクセルアレイ２１１の第Ｒ、第（Ｒ＋１）行は単なる図示の目的のためにピクセルの複数の行から選択されたことが理解されなければならない。
【００３１】
２Ｄピクセルアレイ２１１のピクセルの行を含む平面はイメージ平面と称され、第Ｒ、第（Ｒ＋１）ラインＳＲ、ＳＲ＋１のようなスキャニングラインを含む平面はスキャニング平面と称される。図３の実施形態で、イメージ平面とスキャニング平面はエピポーラ幾何学を使用して配向され（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）て２Ｄピクセルアレイ２１１の第Ｒ、第（Ｒ＋１）ピクセル行等は、第Ｒ、第（Ｒ＋１）スキャニングラインＳＲ、ＳＲ＋１等に対応するエピポーララインを形成し得る。（第ＲスキャニングラインＳＲにおける）照明されたスポットのイメージ平面への投影が行Ｒその自体であるラインに沿って明瞭なスポットを形成する場合、第Ｒピクセル行は対応する第ＲスキャニングラインＳＲに対してエピポーラであると考えられ得る。
例えば、図３で、矢印２１４はレーザ光源２０３からの、光スポット２０８を形成するレーザ光を示し、矢印２１５は光スポット２０８がフォーカシングレンズ２１６によってピクセルアレイ２１１の行２１２に沿ってイメージングされるか、或いは投影されていることを示す。図３には表示されていないが、光スポット２０７乃至２１０の全てはピクセルアレイ２１１の第Ｒ行に対応するピクセルによってイメージングされると理解されるべきである。即ち、実施形態において、レーザ２０３及びピクセルアレイ２１１の位置及び方向などの物理的配置は、客体２０４の表面上のスキャニングラインの照明された光スポットがピクセルアレイ２１１の対応する行のピクセルによってキャプチャされるか、或いは探知され得ることであり、従って、ピクセルの行はスキャニングラインのエピポーララインを形成し得る。
【００３２】
２Ｄピクセルアレイ２１１のピクセルは行と列に配列され得る。照明された光スポットはピクセルアレイ２１１の行及び列によって参照され得る。例えば、図３で、第ＲスキャニングラインＳＲの光スポット２０８はＸ（Ｒ、ｉ）と命名されてスポット２０８がピクセルアレイ２１１の第Ｒピクセル行（２１２）及び第ｉピクセル列（２１７、即ち、Ｃｉ）によってイメージングされることを示し得る。第ｉピクセル列Ｃｉは点線２１７によって指定される。他の照明されたスポットも同様に識別される。２つ以上の光スポットから反射された光が行の１つのピクセルによって受信され得、或いは、逆に１つの光スポットから反射された光がピクセルの行の２つ以上のピクセルによって受信され得ることが理解されなければならない。タイムスタンプが光スポットを識別するのに使用され得る。
【００３３】
図３で、矢印２１８は、図１に図示されたｘ軸のようにカメラ１０２の前方に沿うｘ軸２１９から光スポット２０８までの（ｚ軸に沿う）デプス又は長さＺを示す。図３で、ｘ軸は、プロジェクタ１０１の投影光学系（図示せず）及びカメラ１０２の集光光学系（図示せず）も更に含む垂直平面に含まれることによって視覚化され得る、２１９によって指示される。しかし、三角測量方法の説明を容易にするために、図３で、投影光学系の代わりにレーザソース２０３がｘ軸２１９で図示されている。三角測量ベースのアプローチを使用することによって、下の数学式を使用してＺの値が決定され得る。
［数学式１］
Ｚ＝  （ｈ・ｄ）／（ｑ−（ｈ・ｔａｎθ））
【００３４】
数学式１で、パラメータｈは収集光学系（図示せず）及び（収集光学系後方の垂直平面にあると仮定される）イメージセンサ２１１の間の（ｚ軸に沿う）距離であり、パラメータｄは光源２０３及びカメラ１０２と関連された（レンズ２１６によって代表される）収集光学系の間のオフセット距離であり、パラメータｑはカメラ１０２及び対応する光スポットを探知するピクセル間のオフセット距離であり（図３の例で、ピクセルｉを探知／イメージングすることは光スポットＸ（Ｒ、ｉ）、（２０８）と関連された第ｉピクセル列Ｃｉによって表示される）、パラメータθは考慮中である光スポット（図２（Ｂ）の例では、光スポット２０８）のための光源のスキャン角度又はビーム角度である。代案的に、パラメータｑはピクセルアレイ２１１の観測視野内の光スポットのオフセットとして考慮され得る。数学式１のパラメータは図３に図示されている。イメージングシステム１００の物理的構成に基づいて、数学式１の右側のパラメータ値は予め決定され得る。
【００３５】
所与のポイントスキャンにおいてパラメータθ、ｑのみが可変であることが数学式１から分かる。パラメータｈ、ｄはイメージングシステム１００の物理的幾何学（構造）によって本質的に固定される。第Ｒ行２１２は第ＲスキャニングラインＳＲのエピポーララインであるので、デプス差又は客体２０４のデプスプロフィールは、イメージングされる他の光スポットに対するパラメータｑの値によって表示されるように、水平方向へのイメージシフトによって反映され得る。
従って、スキャン角度θ及び（パラメータｑによって表示されるような）対応するイメージングされた光スポットの位置から、光スポットまでの距離Ｚは数学式１を使用して決定され得る。距離測定のための三角法は、例えば三角測量ベースの距離測定と関連された開示が全体として参照されて本明細書に含まれる、米国特許出願番号２０１１／０１０２７６３Ａ１（Ｂｒｏｗｎ外）を含む関連文献において説明されていることを理解しなければならない。
【００３６】
高周辺光条件は、遠距離の客体の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）を顕著に減少させ得る一方、近距離の客体に対してはセンサのピクセルを飽和させ得る。エピポーラ、又はポイント−スキャン技法はデプス情報の推定値を生成する時、高周辺光条件によって生じる悪影響を減少させるために使用され得る。例えば、図４（Ａ）は、エピポーライメージング技法を使用しないカメラによってイメージングされた、光を反射するディスコボール（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ｍｉｒｒｏｒｅｄ  ｄｉｓｃｏ  ｂａｌｌ）のシーンである。図４（Ａ）でイメージングされたシーンはディスコボールの反射された複数のマルチパス（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ）反射を含む。マルチパス反射は３Ｄデプス測定でエラーを惹起し得る。
【００３７】
図４（Ａ）とは異なり、図４（Ｂ）は、エピポーライメージング技法を使用してイメージングされた、光を反射するディスコボールの同一のシーンである。エピポーライメージング技法がマルチパス反射を除去するので、図４（Ａ）に比べて図４（Ｂ）では、ディスコボールから反射された光スポットが著しく少ないことが確認される。その上に、距離と関連されたディスパリティはセンサエピポーララインのみで感知される。
【００３８】
図１を再び参照すれば、構造化された光イメージングシステム１００のコントローラ１０３はプロジェクタ１０１及びカメラ１０２を制御してエピポーラ技法でシーンのスライスをイメージングし得る。例えば、図５は本発明の実施形態に係ってスライスバイスライス（ｓｌｉｃｅ−ｂｙ−ｓｌｉｃｅ）方式においてシーンに投影されるスライス４０１乃至４０８に分割された例示的な基準光パターン４００を図示する。図５では、例示的な基準光パターン４００が８個のスライスに分割されたが、多様な数のスライスがシーンをスキャンするために使用され得ることが理解されなければならない。
【００３９】
基準光パターン４００の各スライス４０１乃至４０８は相対的に高いピーク光出力及び相対的に短い周期のパルスを使用してエピポーラ方式においてプロジェクタ１０１によって選択的に投影され得る。実施形態において、ピーク光出力は約０．２μｓのパルス持続時間を有し、約４Ｗである。カメラ１０２はプロジェクタ１０１に同期され得、低ビットのアナログデジタルコンバータ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＡＤＣ）を備えた高速読出し回路を含み得る。
【００４０】
相対的に近い範囲にあるスキャンされたスライスの客体は殆ど１回のスキャンでカメラ１０２の出力において探知される。客体が探知された後、客体が未だ探知されないスキャンされたスライスの領域に向かってパルスが向け直される（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）ことによって、プロジェクタ１０１の光出力はより効率的に使用され得る。一実施形態において、プロジェクタ１０１の光出力は向け直されて近距離の客体が探知されないスライスの領域を選択された複数回だけ繰り返しスキャンし得る。反射されたフォトンを蓄積するか、又はビニングする（ｂｉｎｎｉｎｇ）ことに基づいて、光出力が向け直されたスライスの領域にある如何なる客体であっても探知され得る。繰り返しスキャンされる領域は任意の順序でよい。
【００４１】
シーンのスライスがスキャンされる順序（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）は、ランダムな順序を含む任意の順序である。その上に、スライスは、一般的に水平方向に長い長方形の形状を有する図５のように図示されるが、カメラ及びプロジェクタ／スキャナが垂直の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を有する場合、代案的に、スライスは一般的に垂直方向に長い長方形の形状を有し得る。他の実施形態として、このようなスライスを使用する代わりに、任意の閉じた形状を有するシーンの領域が選択的にスキャンされ得る。
【００４２】
図６は本発明の実施形態に係って、スライスバイスライス方式において、シーンを選択的に投影／スキャンするための構造化された光カメラを使用する方法５００の例示的な順序図を図示する。本方法は５０１で開始する。５０２で、インデックスｎが初期化される。５０３で、構造化された光パターンがエピポーライメージング技法を使用してシーンの選択されたスライスに向かって投影される。プロジェクタは相対的に短いパルスを有する相対的に高い光出力を使用するように制御される。５０４で、５０３の投影されたパルスに同期化して、エピポーライメージング技法を使用してシーンがスキャンされる。５０５で、客体が選択されたスライス内で探知されるか否かが決定される。近距離の客体が受信された複数の光電子（ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ）に基づいて探知される。
【００４３】
５０５で客体が探知されれば、手続は５０６に続き、５０６で、客体が探知されない選択されたスライスの領域がエピポーライメージング技法を使用してスキャンされる。即ち、プロジェクタの光出力は客体が探知されない選択されたスライスの領域に再び向け直され、エピポーライメージング技法を使用して領域がスキャンされる。
構造化された光パターンの反複的な投影が、客体が探知されない領域のみに向け直されると、比較的遠距離の客体の存在を明らかにし得る。５０７で、スキャンされる領域で客体が探知されるか否かが決定される。手続は５０８に続き、インデックスｎは増加する。５０９で、インデックスｎは、予め定められた数Ｎ（例えば、Ｎ＝８）と同一になる（‘Ｙ’）まで繰り返される（‘Ｎ’）。但し、予め定められた数Ｎとしては、他の（８以外の）予め定められた値が使用され得る。
【００４４】
５０９でインデックスｎが予め定められた数Ｎと等しくないと判断されれば、手続は５０６に続き、客体が探知されない選択されたスライスの領域がエピポーライメージング方式においてスキャンされる。５０９でインデックスｎが予め定められた数Ｎと等しいと判断されれば、手続は５１２に続き、全てのスライスがスキャンされるか否かが決定される。そうであれば、手続は５１３に続き、本方法は終了する。５１２で全てのスライスがスキャンされていなければ、手続は５０２に戻る。
【００４５】
５０５で客体が探知されなかったと判断されれば、手続は５１０に続き、インデックスｎは増加し、５１１が実行される。５１１でインデックスｎが予め定められた数Ｎと等しくなければ、手続は５０３に戻る。５１１でインデックスｎが予め定められた数Ｎと同一であれば、手続は５１２に続き、全てのスライスがスキャンされるか否かが決定される。
【００４６】
図７（Ａ）は本発明に係るカメラ１０２のセンサのために使用される例示的な積層アーキテクチャ（ｓｔａｃｋｅｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）６００を図示する。積層アーキテクチャ６００は最上層のピクセルアレイ６０１を含み、最下層の周辺及びＡＤＣ回路６０２を含む。ピクセルアレイ６０１は１つのピクセル６０３のみが表示されているが、複数のピクセル６０３を含み得る。ピクセルアレイ６０１は１つの広域シャッターアレイ６０４のみが破線で表示されているが、複数の広域シャッターアレイを含むように配置され得る。
実施形態において、各広域シャッターアレイ６０４は１つのエピポーラ投影／スキャンラインに対応し得る。広域シャッターアレイのための他のサイズが可能である。その他の実施形態において、ピクセルアレイ６０１はローリングシャッター（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｓｈｕｔｔｅｒ  ｍｏｄｅ）モードで動作するシャッターアレイを含むように配置され得る。最下層６０２は、１つのＡＤＣ６０６のみが表示された複数のＡＤＣ６０６を含む低ビットのＡＤＣアレイ６０５を含む。実施形態において、各ＡＤＣ６０６は（縦方向の破線で示されたような）高速読出し回路を通じて対応するピクセル６０３に連結され、４ビット以下の解像度を有し得る。最下層６０２は行ドライバアレイ６０７並びにバイアス及び他の回路６０８を含む。
【００４７】
図７（Ｂ）は本発明に係るピクセルアレイ６０１のピクセル６０３の例示的な実施形態を図示する。実施形態において、ピクセル６０３はＱＩＳ光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含む広く公知された４トランジスタ（４Ｔ）構造を有し得る。他の実施形態において、ピクセル６０３は共有された構造を有し得る。各ピクセル６０３は約２００ｅ−（電子）以下のフルウェル容量を有し、約５００μＶ／ｅ−（電子）以上の変換利得を有する光検出器を含み得る。約１μｍの小さいピクセルピッチが使用され得る。
【００４８】
図８は本発明に係るシーンの感知されたスライスの出力の例示的な部分７００を図示する。実施形態において、スライスはピクセルからの探知された出力が４ｘ４のビンにビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）される４８０個のスキャンラインを含み得る。黒色で表示された例示的な部分７００の領域は周辺光フォトンのみを受信したピクセルを示す。白色で表示されたピクセルは周辺光フォトンと基準光パターンの反射されたフォトンとの合計を受信したピクセルを示す。
例えば、例示的な部分７００の領域７０１は０．３ｍの範囲を有する探知された客体を含み得る。白色ピクセルは３０個の電子を受信することに反して、黒いピクセルは１つ未満の電子を受信する。領域７０２は１ｍの範囲を有する探知された客体を含む。１０回のスキャンで、黒いピクセルは総計０．２個の電子を受信し、白色ピクセルは３０個の電子を受信する。領域７０３は４ｍの範囲を有する探知された客体を含み得る。１０回のスキャン及び４ｘ４ビニングで、黒いピクセルは３．２個の電子を受信し得、白色ピクセルは４０個の電子を受信し得る。
【００４９】
遠く離れた客体がピクセルアレイによって探知された、より少ないフォトンを反射することに対して、カメラに最も近い客体はピクセルアレイによって探知された、より多いフォトンを反射する。客体の距離に基づく探知されたフォトンの個数の差が探知された基準光パターンの白色部分の強さとして図８に図示されている。
客体が探知されれば、例えば、図１のプロジェクタ１０１からの投影された光は、客体が探知される時まで非常に少ない反射されたフォトンが探知されるか、或いは反射されたフォトンが探知されない、他の領域に繰り返しに向け直される。ビニングが使用されて客体を探知するために充分な反射されたフォトンが収集され得る。例えば、１０回のスキャンが領域７０２、７０３の客体を探知するのに必要とすることに反して、領域７０１は１回のスキャンのみで客体を探知し得る。
【００５０】
客体の反射度は黒いピクセルと白いピクセルとの差に基づいて推定され得る。即ち、白色で表示されたピクセルが周辺光フォトンと基準光パターンの反射されたフォトンとの合計を受信したピクセルを示すのに反して、黒色で表示された例示的な部分７００の領域は周辺光フォトンのみを受信するピクセルを示す。２種のピクセル間の差は活性電子の数を示し得る。活性電子の理論的な数は、数学式１の三角測量基盤の接近法を使用して獲得され得る客体の距離と関連され得る。活性電子の受信された数と理論的な数との比率を決定することによって、特定なピクセルによってキャプチャされた客体の反射度が決定され得る。
【００５１】
本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって認識されるように、本明細書で開示された技術的思想は広い範囲の適用で変形され、応用され得る。従って、権利化された主題の範囲は前述した特定な例示に限定されなく、後続する請求項によって決定され得る。
【符号の説明】
【００５２】
１００      構造化された光システム
１０１      プロジェクタ
１０２      カメラ
１０３      コントローラ又はプロセシング装置
１０４      基準光パターン
１０５      シーン
１０６      イメージ
１０７      デプスマップ
１０８、１０９      プロジェクタ照明線
１１８      基本光パターン
２０１、２０２      レーザ光源の回転能力
２０３      レーザ光源
２０４      客体
２０５、２０６      第Ｒ、第（Ｒ＋１）（水平）スキャニングラインＳＲ、ＳＲ＋１
２０７、２０９、２１０      （光）スポット
２０８      （光）スポットＸ（Ｒ、ｉ）
２１１      （２Ｄ）ピクセルアレイ
２１２、２１３      第Ｒ、第（Ｒ＋１）（ピクセル）行
２１４      光スポットを形成するレーザ光を示す矢印
２１５      イメージング／投影される光スポットを示す矢印
２１６      フォーカシングレンズ
２１７      第ｉ（ピクセル）列Ｃｉ
２１８      ｚ軸に沿うデプス（Ｚ）を示す矢印
２１９      ｘ軸
５００      シーンを選択的に投影／スキャンするための構造化された光カメラを使用する方法
６００      カメラ１０２のセンサの例示的な積層アーキテクチャ
６０１      最上層のピクセルアレイ
６０２      最下層の周辺及びＡＤＣ回路
６０３      １つのピクセル
６０４      広域シャッターアレイ
６０５      ＡＤＣアレイ
６０６      ＡＤＣ
６０７      行ドライバアレイ
６０８      バイアス及び他の回路
７００      シーンの感知されたスライスの出力の例示的な部分
ＣＩＳ      ＣＭＯＳイメージセンサ
【図１】
2019197055.tif 000003
【図２】
2019197055.tif 000004
【図３】
2019197055.tif 000005
【図４】
2019197055.tif 000006
【図５】
2019197055.tif 000007
【図６】
2019197055.tif 000008
【図７】
2019197055.tif 000009
【図８】
2019197055.tif 000010