(57)【要約】  距離測定装置DDMは、送信モードにおいて送信される電磁信号TBと受信モードにおいて受信される電磁信号の反射RBとの間の遅延に基づいて距離指標DVを提供する。距離測定装置は、電磁信号TBを送信するため及びその反射RBを受信するための複数のアンテナを含んでいるアンテナ・モジュールAMを含む。ビーム成形モジュールBFは、それぞれのアンテナに対するそれぞれの大きさ及び位相関係を定めて、２つの前述のモードのうちの少なくとも１つにおいて指向性アンテナ・パターンをアンテナ・モジュールAMに提供させる。好ましくは、ビーム成形及びステアリング制御モジュールBCは、方向コマンドDIRの関数として、それぞれの大きさ及び位相関係を制御する。三次元画像は、二次元画像中のそれぞれの部分のためのそれぞれの距離指標DVを取得するようにそれぞれの方向コマンドDIRを適用することによって形成されることができる。
2011529181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信モードにおいて送信される電磁信号と受信モードにおいて受信される前記電磁信号の反射との間の遅延に基づいて距離指標を提供する距離測定装置であって、
前記電磁信号を送信して前記反射を受信するための複数のアンテナを含むアンテナ・モジュール、
２つの前記モードのうちの少なくとも一方において指向性アンテナ・パターンを前記アンテナ・モジュールに提供させるように、前記アンテナ・モジュール中のそれぞれのアンテナに対するそれぞれの大きさ及び位相関係を定めるためのビーム成形モジュール、
を有する距離測定装置。
【請求項２】
前記アンテナ・モジュールが前記複数のアンテナがその上に設けられる基板を有する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記基板がプリント回路基板材料からなる、請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
方向コマンドの関数として前記それぞれの大きさ及び位相関係を制御するためのビーム成形及びステアリング制御モジュールを有する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記ビーム成形モジュールが利得/位相調整回路を有し、前記利得/位相調整回路が、
入力信号に応じて第１遅延信号及び第２遅延信号を提供するための異なる長さの一対の送信ライン、
それぞれ前記第１遅延信号及び前記第２遅延信号に応じて第１の利得を調整された遅延信号及び第２の利得を調整された遅延信号を提供するための一対の利得制御可能回路、
前記第１の利得を調整された遅延信号及び前記第２の利得を調整された遅延信号を合成するための信号合成器、
それぞれの利得制御可能回路が提供するそれぞれの利得間の比を制御する前記ビーム成形及びステアリング制御モジュール、
を有する、請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項６】
1cmから1mmの波長範囲のキャリア波を生成する距離検出モジュールを有し、前記キャリア波が送信される前記電磁信号の一部を形成する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項７】
電磁信号が送信される送信ステップ、
前記電磁信号の反射が受信される受信ステップ、
前記送信ステップにおいて送信される前記電磁信号と前記受信ステップにおいて受信される前記電磁信号の前記反射との間の遅延に基づいて距離指標が提供される距離決定ステップ、
前記送信ステップ及び前記受信ステップのうちの少なくとも１つにおいて指向性アンテナ・パターンをアンテナ・モジュールに提供させるように、前記アンテナ・モジュール中のそれぞれのアンテナに対するそれぞれの大きさ及び位相関係が定められるビーム成形ステップ、
を有する距離測定方法。
【請求項８】
前記それぞれの大きさ及び位相関係が方向コマンドの関数として制御されるビーム成形及びステアリング制御ステップを有する、請求項７に記載の距離測定方法。
【請求項９】
請求項４に記載の距離測定装置、
二次元画像を収集するための画像収集装置、
前記二次元画像中のそれぞれの部分のためのそれぞれの距離指標を取得するように、それぞれの方向コマンドを前記距離測定装置に適用する深さマップ生成モジュール、
を有する三次元画像収集システム。
【請求項１０】
前記それぞれの距離指標が取得される前記二次元画像の前記それぞれの部分が、幾つかのピクセルを含む、請求項９に記載の三次元画像収集システム。
【請求項１１】
前記深さマップ生成モジュールが、前記画像収集装置における異なるレンズ設定に対して異なるそれぞれの方向コマンドを提供する、請求項９に記載の三次元画像収集システム。
【請求項１２】
アンテナ・モジュールの複数のアンテナがその上に設けられ、前記画像収集装置のカメラ・センサがその上に設けられた基板を有する、請求項９に記載の三次元画像収集システム。
【請求項１３】
二次元画像が収集される画像収集ステップ、
前記二次元画像のそれぞれの部分のそれぞれの距離指標を取得するように、それぞれの方向コマンドに対して請求項７に記載の方法が複数回実行される深さマップ生成ステップ、
を有する三次元画像収集方法。
【請求項１４】
プログラム可能なプロセッサにロードされた場合に、請求項７，８及び１３のいずれか一項に記載の方法を前記プログラム可能なプロセッサに実行させる１セットの命令を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、距離測定装置に関する。例えば、距離測定装置は、二次元画像に関連するいわゆる深さマップを生成するために用いられることができる。したがって、簡単に言うと三次元画像であるシーンの三次元（3D）表現が形成されることができる。本発明の他の態様は、距離測定方法、三次元画像収集システム、三次元画像収集方法、及び、プログラム可能プロセッサに上記の方法のうちの少なくとも１つを実行させるコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
距離指標は、以下のように取得されることができる。送信ステップにおいて、距離が決定されることを必要とする物体の方へ電磁信号が送信される。受信ステップにおいて、物体によって引き起こされる電磁信号の反射が、所与の遅延を伴って受信される。距離指標は、この遅延に基づいて提供されることができる。
【０００３】
レーダー装置において用いられるこの原理は、一般的に、所与の方位及び所与の指向性アンテナ・パターンを持つ一つ以上のアンテナを必要とする。電磁信号は、特定の方向を持つビームの形で送信される。アンテナの方位及びその指向性アンテナ・パターンは、その距離が決定されることを必要とする物体に向くべきであるビームの方向を決定する。
【０００４】
論文"Performance of obstacle detection and collision warning system for civil helicopters" by N. Yonemoto et al. published in the Proceedings of SPIE 6226, 622608 (2006)は、カラー・カメラ、赤外線カメラ及びミリ波（MMW）レーダーがセンサとして用いられる民間ヘリコプターのための障害物検出及び衝突警報システムを記載する。MMWレーダーが距離情報を提供する。パーソナル・コンピュータ（PC）がデータプロセッサとして用いられ、それはディスプレイ上に改善された障害物画像を提供するために色画像、赤外線画像及びレーダー・データを収集する。他のPCは、MMWレーダー、及び、ジンバル・リングを含むその走査装置を制御する。センサは、センサの軸の方向を操作するため又はヘリコプターの振動を排除するために、ジンバル・リングに取り付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に消費者向けアプリケーションのために、比較的安価である指向性距離測定装置の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、距離測定装置は、送信モードにおいて送信される電磁信号と受信モードにおいて受信される電磁信号の反射との間の遅延に基づいて距離指標を提供する。距離測定装置は、電磁信号を送信してその反射を受信するための複数のアンテナを含むアンテナ・モジュールを含む。ビーム成形モジュールは、それぞれのアンテナに関するそれぞれの大きさ及び位相関係を定め、アンテナ・モジュールに２つの前述のモードのうちの少なくとも１つにおいて指向性アンテナ・パターンを提供させる。
【０００７】
そのような距離測定装置は、距離測定が実行される方向を制御するための電気機械的モジュールを必要としない。例えば、前述の論文に述べられるジンバル・リングは必要とされない。距離測定が実行される方向は、完全に電気的に制御されることができる。そのような電気的方向制御は、電気機械的方向制御より一般に高価でない。さらに、電気的方向制御は、一般に、所与の慣性を持つ電気機械的方向制御より高速である。これは、さまざまな距離測定が、比較的短い時間間隔でさまざまな異なる方向で実行されることを可能にする。深さスキャンは、比較的迅速に実行されることができる。
【０００８】
本発明の別の態様では、三次元画像は、二次元画像中のそれぞれの物体のためのそれぞれの距離指標を提供することが可能である先に定められるような距離測定装置によって形成される。それぞれの距離指標は、二次元画像と関連するいわゆる深さマップを構成することができる。深さマップは、二次元画像のそれぞれの部分のためのそれぞれの深さ指標を有することができる。そのような深さマップを生成するために、前述のそれぞれの大きさ及び位相関係を制御するそれぞれの方向コマンドが、距離測定装置に適用されることができる。したがって、距離測定装置は、二次元画像と一致する深さスキャンを実行することができる。深さマップは、特にそれぞれの方向コマンドが二次元画像中のそれぞれの部分に対応するそれぞれの方向を定める場合、比較的単純に取得されることができる。
【０００９】
本発明の実現例は、有利には、個々の従属請求項に対応する別々の段落中に記載される以下の追加の特徴の一つ以上を含む。
【００１０】
好ましくは、アンテナ・モジュールは、複数のアンテナがその上に設けられる基板を含む。
【００１１】
基板は、好ましくはプリント回路基板材料を含む。
【００１２】
前述のそれぞれの大きさ及び位相関係は、方向コマンドの関数として、好ましくは制御される。
【００１３】
ビーム成形モジュールは、好ましくは、異なる長さの一対の送信ライン、一対の利得制御可能回路及び信号合成器を含む利得/位相調整回路を有する。送信ラインの対は、入力信号に応じて第１遅延信号及び第２遅延信号を提供する。利得制御可能回路の対は、それぞれ、第１遅延信号及び第２遅延信号に応じて、第１の利得を調整された遅延信号及び第２の利得を調整された遅延信号を提供する。信号合成器は、第１の利得を調整された遅延信号及び第２の利得を調整された遅延信号を組み合わせる。ビーム成形及びステアリング制御回路は、好ましくは、それぞれの利得制御可能回路が提供するそれぞれの利得間の比を制御する。
【００１４】
距離検出モジュールは、好ましくは、1cmと1mmとの間に含まれる波長範囲において送信される電磁信号の一部を形成するキャリア波を生成する。
【００１５】
詳細な説明は、図面を参照して、追加の特徴と同様に先に要約された本発明を示す。ここで、可能な場合、同じ参照符号は、図の全体にわたって同様の部分又は機能を示すために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】指向性距離測定装置を示すブロック図。
【図２】指向性距離測定装置の一部を形成することができるアンテナ・モジュールを示す図。
【図３】指向性距離測定装置の一部を形成することができる利得/位相調整回路を示す回路図。
【図４】図1に示される指向性距離測定装置を含む三次元画像収集システムを示すブロック図。
【図５】三次元画像収集システムで生成される画像及びそれに関連づけられる深さマップを示す概念図。
【図６】三次元画像収集システムに有効に適用されることができるアンテナ及びカメラ・センサ・モジュールを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図1は、指向性距離測定装置DDMを示す。指向性距離測定装置DDMは、アンテナ・モジュールAM、ビーム成形モジュールBF、距離決定モジュールDD並びにビーム成形及びステアリング・コントローラBCを含む。アンテナ・モジュールAMは、例えば基板上に存在することができる複数のアンテナを含む。
【００１８】
ビーム成形モジュールBFは、複数のアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNを含む。それぞれのアンテナ・ポートは、アンテナ・モジュールAM中に含まれるそれぞれのアンテナに結合される。ビーム成形モジュールBFはさらに、送信入力TI及び受信出力ROを含み、それらは、単一のポート又は２つの別々のポートを物理的に構成することができる。
【００１９】
距離決定モジュールDDは、送信出力TO及び受信入力RIを含み、それはそれぞれ、ビーム成形モジュールBFの送信入力TI及び受信出力ROに結合される。同様に、送信出力TO及び受信入力RIは、単一のポート又は２つの別々のポートを物理的に構成することができる。なお、以下で説明されるように、単一のポートが必ずしも時間多重動作を意味するというわけではない。
【００２０】
ビーム成形及びステアリング・コントローラBCは、例えば、命令実行装置、及び、ビーム成形及びステアリング・コントローラBCによって実行される以下で説明される動作を定める一セットの命令がロードされたプログラムメモリによって実施されることができる。
【００２１】
指向性距離測定装置DDMは、基本的に以下のように動作する。距離決定モジュールDDは、その送信出力TOにおいて所与の瞬間に発生する送信パルスTXを生成する。送信パルスTXは、好ましくは、1cmから1mmの間に含まれる波長範囲のキャリア波を含む。例えば、キャリア波は、90GHzの基本周波数を持つことができる。ビーム成形モジュールBFは、その送信入力TIにおいて送信パルスTXを受信し、それに応じて、複数のアンテナ駆動信号を生成する。アンテナ・モジュールAM中のそれぞれのアンテナは、それぞれのアンテナ駆動信号ADを受信する。それぞれのアンテナ駆動信号ADは、互いに対して特定の大きさ及び位相関係を持つ。これは、アンテナ・モジュールAMに特定の方向の送信ビームTBを生成させる。
【００２２】
送信ビームTBは、いわば、図1に示されるように、関係する方向に存在する物体Oに当たる。これは、物体Oからアンテナ・モジュールAMへの反射ビームRBを引き起こす。反射ビームRBは、アンテナ・モジュールAM中のそれぞれのアンテナに、それぞれの受信信号RSを生成させる。これらのそれぞれの受信信号RSは、ビーム成形モジュールBFのそれぞれのアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNで発生する。ビーム成形モジュールBFは、アンテナ・モジュールAM中のそれぞれのアンテナからのそれぞれの受信信号RSに応じてその受信出力ROにおいて受信パルスRXを生成する。距離決定モジュールDDは、送信パルスTXと受信パルスRXとの間の遅延を測定する。距離決定モジュールDDは、効果的に、この測定された遅延を距離値DVに変換する。距離値DVは、アンテナ・モジュールAMに対する関係する方向における物体Oの距離を表す。
【００２３】
送信ビームTBの方向は、以下のように決定される。ビーム成形及びステアリング・コントローラBCは、送信ビームTBの望ましい方向を表す方向コマンドDIRを受信する。方向コマンドDIRは、例えば、一方の値が方位角を表し、他方の値が仰角を表すバイナリ形式の一対の値の形であることができる。ビーム成形及びステアリング・コントローラBCは、方向コマンドDIRに基づいて一セットの利得/位相制御信号CSを生成する。
【００２４】
それぞれの利得/位相制御信号CSは、ビーム成形モジュールBFの送信入力TIからそのそれぞれのアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNまで延在するそれぞれの送信信号経路に適用される。特定の送信信号経路に適用される利得/位相制御信号は、大きさ対周波数及び位相対周波数に関するこの信号経路の応答を決定する。したがって、利得/位相制御信号CSのセットは、それぞれのアンテナ駆動信号ADが互いに対して持つ大きさ及び位相関係を決定する。先に述べられたように、この大きさ及び位相関係は送信ビームTBの方向を決定する。
【００２５】
それぞれの利得/位相制御信号CSは、ビーム成形モジュールBFのそれぞれのアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNからその受信出力ROまで延在するそれぞれの受信信号経路に、同様に適用されることができる。それぞれの受信信号経路は、受信信号経路が対応する送信信号経路の応答と同様である応答を持つという意味において、先に述べられるそれぞれの送信信号経路と一致することができる。その場合、アンテナ・モジュールAMは、送信モード及び受信モードにおいて同様のアンテナ・パターンを提供する。したがって、アンテナ・モジュールAMは、送信ビームTBが送信された方向において最大受信感度を提供する。しかしながら、これは必須ではない。ビーム成形及びステアリング・コントローラBCは、送信モード及び受信モードにおいてそれぞれ異なるアンテナ・パターンをアンテナ・モジュールAMに提供させることができる。例えば、アンテナ・モジュールAMは、送信モード又は受信モードにおいて指向性パターンを提供し、それぞれ受信モード又受信モードにおいて全方向性アンテナ・パターンを提供することができる。
【００２６】
図2は、アンテナ・モジュールAM又はその実現例を示す。アンテナ・モジュールAMは、複数のアンテナANTが設けられた基板SUBを含む。基板SUBは、例えば、標準的なプリント回路基板材料（例えばFR4エポキシ）から成ることができる。基板SUBは、Duroid、Rogers、LTCC(登録商標)の名の下で知られる材料のような特別なプリント回路基板材料から成ることもできる。アンテナは、例えば、電気素子が取り付けられる場合があるプリント回路の製造と同様のエッチングによって形成されることができる。
【００２７】
図2に示されるアンテナ・モジュールAMは、アレイとして構成される60個のアンテナを含む。アンテナは、等間隔に配置されることができ、キャリア波の波長の数倍のグリッド距離をもつグリッド上に配置されることができる。例えば、グリッド距離は、波長の2.25倍であることができる。先に述べられたようにキャリア波の基本周波数が90GHzである場合には、グリッド距離は7.5mmであることができる。したがって、アンテナ・モジュールAMは比較的小さくなることができ、各々数センチメートルのオーダーの幅及び長さを持つ。例えば、アンテナは、双極子又は半波長双極子の形であることができる。アンテナは、欧州特許出願番号第07120529.8号（代理人整理番号PH009022）に記載されるアンテナと同様でありえる。この特許出願は、図1に示されたような指向性距離測定装置DDMで使用するのに適切であるアンテナ・モジュールAMを記載する。
【００２８】
図3は、図1に示されるビーム成形モジュールBFにおいて有効に用いられることができる利得/位相調整回路GPCを示す。送信入力TIからそれぞれのアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNまで延在する前述のそれぞれの送信信号経路は、図3に示されるような利得/位相調整回路GPCを各々有することができる。同様に、それぞれのアンテナ・ポートAP1, AP2, AP3, ..., APNから受信出力ROまで延在する前述のそれぞれの受信信号経路も、図3に示されるよう利得/位相調整回路GPCを各々有することができる。図3に示される利得/位相調整回路GPCは、比較的少ない信号損失のみを有する比較的正確な位相シフトを可能にする。
【００２９】
利得/位相調整回路GPCは、２つの送信ラインTL1, TL2、２つの利得制御可能回路GC1, GC2及び信号合成器CMBを含む。２つの送信ラインTL1, TL2は異なる長さを持つ。例えば、２つの送信ラインTL1, TL2は、アンテナ・モジュールAMが形成される基板と同じ基板上に実装されることができる。２つの利得制御可能回路GC1, GC2は、例えば、一つ以上のトランジスタを含むアンプから成ることができる。２つの利得制御可能回路GC1, GC2は、同様に、例えば一つ以上の受動素子から成る減衰器の形であることができる。信号合成器CMBは、例えば、加算器又は減算器であることができる。信号合成器CMBは、加算されるべき又は減算されるべき信号が電流である場合には、例えばノードの形であることができる。
【００３０】
利得/位相調整回路GPCは、基本的に以下のように動作する。利得/位相調整回路GPCは、２つの送信ラインTL1, TL2の各々に適用される入力信号ISを受信する。２つの送信ラインTL1, TL2は、それらの異なる長さに起因して異なる信号遅延を提供する。したがって、送信ラインTL1は、入力信号ISに対して所与の遅延を持つ第１遅延信号DS1を提供する。送信ラインTL2は、入力信号ISに対して他の所与の遅延を持つ第２遅延信号DS2を提供する。したがって、第１遅延信号DS1及び第２遅延信号DS2は、互いに対して、及び入力信号ISに対して位相シフトされる。
【００３１】
利得制御可能回路GC1は、第１遅延信号DS1を受信する。利得制御可能回路GC2は、第２遅延信号DS2を受信する。これらのそれぞれの利得制御可能回路GC1, GC2は、利得/位相制御信号CSXによって決まるそれぞれの利得を提供する。より具体的には、利得/位相制御信号CSXは利得比を定める。したがって、利得制御可能回路GC1は、第１遅延利得調整信号ADS1を提供し、利得制御可能回路GC2は、第２遅延利得調整信号ADS2を提供し、それらは互いに対して利得/位相制御信号CSXによって定められる所与の大きさ関係を持つ。さらに、前述の遅延利得調整信号ADS1、ADS2は、互いに対して、２つの送信ラインTL1, TL2の長さの差によって定められる特定の位相シフトを持つ。信号合成器CMBは、第１遅延利得調整信号ADS1及び第２遅延利得調整信号ADS2を、利得/位相制御された出力信号PGSへと組み合わせる。
【００３２】
利得/位相制御された出力信号PGSは、入力信号ISに対して所与の大きさ及び位相関係を持つ。この大きさ及び位相関係は、２つの利得制御可能回路GC1, GC2のそれぞれの利得を変化させることによって調整されることができる。より具体的には、利得/位相制御された出力信号PGSは、２つの利得制御可能回路GC1, GC2の利得比を調整することによって調整されることができる入力信号ISに対する位相シフトを持つ。
【００３３】
例えば、利得制御可能回路GC2の利得が、利得制御可能回路GC1のそれに対して微々たるものであると仮定する。その場合、位相シフトは、送信ラインTL1によって導入される位相シフト+利得制御可能回路GC1が導入する可能性がある位相シフトに実質的に等しい。逆に、利得制御可能回路GC1の利得が、利得制御可能回路GC2のそれに対して微々たるものであると仮定する。その場合、利得/位相制御された出力信号PGSの位相シフトは、利得制御可能回路GC2が導入する可能性がある位相シフト+送信ラインTL2によって導入されるそれに実質的に等しい。２つの利得制御可能な回路GC1, GC2の各々によって導入される位相シフトが無視されることができる場合には、利得/位相制御された出力信号PGSの位相シフトは、送信ラインTL1によって導入される位相シフトと送信ラインTL2によって導入される位相シフトとの間で変化することができる。
【００３４】
図4は、図1に示される指向性距離測定装置DDMが適用される三次元画像収集システムPCSを示す。三次元画像収集システムPCSは、二次元画像収集経路を形成するさまざまな機能的エンティティ、レンズLS、カメラ・センサCCD、読出しモジュールRO及び第１メモリMEM1から成る。三次元画像収集システムPCSは、さらに以下の機能的エンティティから成る：コントローラCTRL、深さスキャン・コントローラDSC、第２メモリMEM2及び融合モジュールFUS。
【００３５】
カメラ・センサCCDは、例えば、電荷結合装置タイプであることができる。カメラ・センサCCDは、一般的に、各々がピクセルに対応する光電子変換器セルのマトリックスから成る。カメラ・センサCCDは、図1に示されるアンテナ・モジュールAMと一緒に基板SUB上に実装されることができる。これは、以下でより詳細に記載される。
【００３６】
読出しモジュールROは、一般的に、カメラ・センサCCD専用の回路であり、例えば、一つ以上のA/D変換器から成ることができる。第１及び第２メモリMEM1, MEM2は、例えば、単一のメモリ回路の一部を形成することができ、又は別々のメモリ回路を各々構成することができる。
【００３７】
コントローラCTRLは、例えば、命令実行装置、及び、コントローラCTRLが実行する動作を定める一セットの命令を含むプログラムメモリの形であることができる。深さスキャン・コントローラDSC及び融合モジュールFUSは、同様の形式で実施されることができる。さらに、コントローラCTRL、深さスキャン・コントローラDSC及び融合モジュールFUSは、それぞれの機能的エンティティに属するそれぞれの動作を実行する同じ命令実行装置を共有することができる。
【００３８】
三次元画像収集システムPCSは、基本的に以下のように動作する。コントローラCTRLは、画像PIを形成するために、読出しモジュールROを起動させる。そうするために、読出しモジュールROは、連続的に、それぞれの光電子変換器セルによって提供されるそれぞれの信号を読み出す。これらのそれぞれの信号は処理され、それはアナログ・デジタル変換を必要とする場合があり、画像のためのそれぞれのピクセルPXを形成する。読出しモジュールROは、第１メモリMEM1のそれぞれのメモリ位置に、これらのそれぞれのピクセルPXを書き込む。読出しモジュールROは、書込みアドレスAW1によって特定のメモリ位置を指定する。したがって、読出しモジュールROは、例えばピクセルごとに、メモリ中に画像PIを形成する。特定の光電子変換器セルに対応するピクセルPXは、特定のアドレスを持つ。
【００３９】
コントローラCTRLは、連続的にそれぞれの方向コマンドDIRを指向性距離測定装置DDMに適用するために、さらに深さスキャン・コントローラDSCを起動させる。指向性距離測定装置DDMは、図1を参照して先に説明されたように、それぞれの方向コマンドDIRに応じてそれぞれの距離値DVを提供する。コントローラCTRLは、好ましくは、画像PIが形成される間、又はすぐ前、又はすぐ後にそれぞれの距離値DVが提供されるように、深さスキャン・コントローラDSCを起動させる。深さスキャン・コントローラDSCは、第２メモリMEM2のそれぞれのメモリ位置に、それぞれの距離値DVを書き込む。深さスキャン・コントローラDSCは、書込みアドレスAW2によって特定のメモリを指定する。したがって、深さスキャン・コントローラDSCは、第２メモリMEM2中に距離値の集まりを形成する。距離値DVは、特定のアドレスを持ち、三次元画像収集システムPCSから観察される特定の方向に関する。
【００４０】
好ましくは、第２メモリMEM2中に存在するそれぞれの距離値DVは、第１メモリMEM1中に存在する画像のそれぞれのピクセルPXと直接関連付けられることができる。そのために、深さスキャン・コントローラDSCは、好ましくは、画像中の特定のピクセル又はピクセルの特定のグループと距離が測定されるべきである方向との間のリンクを定めるデータを含む。例えば、このデータは、一つ以上のテーブルの形であることができる。別の態様では、ピクセル位置と方向との間の関係は、調整されることができる一つ以上のパラメータを含む式によって定められることができる。
【００４１】
例えば、レンズが固定されていると仮定する。その場合、それぞれの距離値DVをそれぞれのピクセルPXと関連づけるために一つのテーブルで十分である。レンズLS及びカメラ・センサCCDが所与の一定の光学特性を備え、画像中の特定のピクセルに対して特定の方向が一意的に定められることができる。カラム「ピクセル位置」及びカラム「方向」から成るテーブルが、同じものを定めることができる。ピクセル位置は、第２メモリMEM2のための書込みアドレスAW2として表されることができる。方向は、指向性測定システムに適用されることができる適切な方向コマンドDIRとして表されることができる。
【００４２】
レンズLSが調整されることができる場合には（これは、さまざまなレンズ設定が可能であることを意味する）、ピクセル位置と方向との間の関係は、レンズ設定によって決まる。その場合、深さスキャン・コントローラDSCはそれぞれのレンズ設定のためのそれぞれのテーブルを有することができ、各々のテーブルが特定のピクセル位置のための特定の方向を指定する。これらのレンズ設定が一般的にコントローラCTRLによって調整されるので、コントローラCTRLは、いわば、レンズ設定の知識を持つ。コントローラCTRLは、深さスキャン・コントローラDSCが適切なテーブルを選択することができるように、深さスキャン・コントローラDSCにレンズ設定を伝えることができる。別の態様では、ピクセル位置と方向との間の関係が式によって定められる場合には、深さスキャン・コントローラDSCは、コントローラCTRLからのレンズ設定に関する情報に基づいてこの式の一つ以上のパラメータを調整することによって、異なるレンズ設定に対処することができる。
【００４３】
融合モジュールFUSは、第１メモリMEM1中に記憶される画像PIに深さマップDMを効果的に追加することによって、三次元画像を提供する。深さマップDMは、第２メモリMEM2中に記憶される距離値の集まりに対応ことができる。これは、先に述べられたように、第２メモリMEM2中に存在するそれぞれの距離値DVが第１メモリMEM1中に存在するそれぞれのピクセルPXと直接関連していることができる場合である。それぞれの距離値DVがそれぞれのピクセルPXと直接関連していることができない場合には、融合モジュールFUSは、第２メモリMEM2中に存在する距離値DV間の補間若しくは外挿又はその両方によって、深さマップDMを生成することができる。そのような補間及び外挿は、先に述べられたテーブルと機能的に同等なものとみなされることができる。
【００４４】
図5は、画像PIの一部及び画像PIに関連付けられた深さマップDMの対応する部分を示し、それらは一緒に三次元画像を構成する。画像はさまざまなピクセルPXを含み、それらは暗い灰色がかった中身を有する比較的小さい円形によって表される。ピクセルPXは、図5において番号をつけられるライン及びカラムで構成される。つまり、ピクセルは、ピクセル位置を定めるライン番号及びカラム番号の固有の組み合わせを持つ。深さマップDMは、さまざまな深さ指標値DIを含み、それらは明るい灰色がかった中身を有する比較的大きい円形によって表される。例えば、図5は、深さマップDMが、画像中の４つのピクセル、すなわち、位置(1,1), (1,2), (2,1), (2,2)を持つピクセルの左上のブロックに関連する左上の深さ指標値DIを持つことを示し、これらの位置は、コンマによって分離されるライン番号及びカラム番号に関して表される。
【００４５】
図5は、深さ指標値が、DIを４つのピクセルPXの集合体に適用することを示す。つまり、４つの隣接するピクセルは、同じ深さ指標値を共有する。したがって、図5に示される深さマップDMは、画像の解像度より４倍低い解像度を持ち、この解像度は、垂直方向に２倍低く、水平方向に２倍低い。これは単なる例であり、深さマップDMの解像度は、例えば、画像の解像度より１６倍低い場合もある。画像の解像度より低い解像度を持つ深さマップDMの利点は、いわば、距離を測定するために、より少ない方向だけが走査されなければならないことである。つまり、深さマップDMの解像度が低いほど、指向性距離測定装置DDMが単位時間あたりに生成しなければならない距離値DVの数が少ない。これは、指向性距離測定装置DDMに関する要求を緩和する。
【００４６】
画像中に含まれる情報を利用することによって効果的に深さマップの解像度を増加させることが可能である。国際特許出願公開番号WO2007/132397は、そのような技術を記載する。例えば、画像が、輝度値若しくは彩度値又はその両方の変化によって特徴付けられる所与の輪郭を持つ物体を含むと仮定する。この場合、画像中のこの輪郭を特定し、この輪郭をより高い解像度の深さマップにマップすることが可能である。深さ指標値の変化は、一般に、輝度値若しくは彩度値又はその両方の変化と一致するべきである。
【００４７】
図5に示される深さマップDMの深さ指標値DIは、指向性距離測定装置DDMによって提供される距離値DVと一致することができる。すなわち、深さ指標値は、三次元画像収集システムPCSに対応する仮想的な観察者と深さ指標値が適用されるピクセルによって少なくとも部分的に表される物体との間の距離を直接表すことができる。別の態様では、深さ指標値は、視差に関して表されることができる。距離値は、スクリーン幅及び典型的な観察距離を含むさまざまなパラメータを含む事前に決められた式によって、視差値に変換されることができ、その逆も可能である。例えば、図4に示される融合モジュールFUSは、視差値を含む深さマップを取得するように、この式を実施することができる。
【００４８】
深さマップDMが、先に述べられて図4に示された第２メモリMEM2中に記憶される距離値DVの集まりに対応すると仮定する。その場合、融合モジュールFUSは、画像PIが記憶される第１メモリMEM1から、ピクセルPX又はピクセルのグループを読み出すことができる。そのために、融合モジュールFUSは、一つ以上の読み出しアドレスAR1を第１メモリMEM1に適用し、それはピクセルPXの位置又は関係するグループ中のピクセルのそれぞれの位置に対応する。
【００４９】
その後、融合モジュールFUSは、前述のピクセルPX又はピクセルの前述のグループに適用される距離値DVを（どちらが利用されても）、第２メモリMEM2から読み出すことができる。そのためには、融合モジュールFUSは、読み出しアドレスAR2を距離値DVが記憶される第２メモリMEM2に適用する。この後者の読み出しアドレスAR2は、関係する一つ以上のピクセルが記憶される前述の１つ以上の読み出しアドレスAR1と関連している。この関連は、比較的単純でありえる。例えば、図5中に示されるそれぞれのピクセル位置が、融合モジュールFUSが第１メモリMEM1に適用するそれぞれの読み出しアドレスAR1とみなされることができる。それぞれの深さ指標値DIは、融合モジュールFUSが第２メモリMEM2に適用するそれぞれの読み出しアドレスAR2とみなされることができる深さマップDM内のそれぞれの位置を持つ。
【００５０】
図6は、指向性距離測定装置DDMが図4に示されるような三次元画像収集システムPCSに適用される場合に図1及び2に示されるアンテナ・モジュールAMを有利に置き換えることができるアンテナ及びカメラ・センサ・モジュールAM-CCDを示す。中心に位置する４つのアンテナがカメラ・センサCCDによって置き換えられていることを除いて、アンテナ及びカメラ・センサ・モジュールAM-CCDは、図2に示されるアンテナ・モジュールAMと同様であることができる。このカメラ・センサは、図4に示されるカメラ・センサCCDであることができる。アンテナ及びカメラ・センサ・モジュールAM-CCDは、したがって、図2に示されて先に議論されたアンテナ・モジュールAMのそれと同様でありえる基板SUBを含む。基板SUBには、カメラ・センサCCD及びカメラ・センサCCDを囲む複数のアンテナANTが設けられている。三次元ピクチャを生成することが可能であるWebcamが、図6に示されるアンテナ及びカメラ・センサ・モジュールAM-CCDによって実現されることができる。そのような三次元Webcamは、特に、指向性距離測定のためのアンテナANTが単一の基板上でカメラ・センサCCDに組み込まれることができるので、比較的安価でありえる。
【００５１】
図面を参照した先の詳細な説明は、特許請求の範囲において定められる本発明及び追加の特徴の単なる例である。本発明は、数多くの異なる態様で実施されることができる。これを示すために、若干の変形例が簡潔に示される。
【００５２】
本発明は、特にシーンの三次元表現を生成するために、距離測定に関連した数多くのタイプの製品又は方法に有効に適用されることができる。この三次元表現は、例えば、ビデオ又は静止画（つまり、三次元ビデオ又は三次元写真）の形であることができる。
【００５３】
本発明による距離測定装置を実施する数多くの態様が存在する。例えば、アンテナの２つの異なるセットが設けられていることができ、一方のセットが特に送信を目的とし、他方のセットが特に受信を目的とする。異なる指向性アンテナ・パターンが、送信及び受信のために用いられることができる。例えば、関連するシーン全体を照らす比較的広いビームが送信されることができる。そして、指向性距離測定値は、受信だけのために異なる方向に極大を有する異なる指向性アンテナ・パターンを提供することによって取得されることができる。測定は、ドップラー・シフト効果に基づく指向性速度測定を含むことができる。アンテナがその上に設けられる基板は、比較的多様な方向における距離測定を可能にするように、湾曲した形状を持つことができる。例えば、そのような基板は、屈曲可能である柔軟なホイルの形であることができる。
【００５４】
本発明による距離測定装置は、時間多重的に動作する必要はない。例えば、図1を参照して、距離決定モジュールDDは、周波数変調された連続波がビーム成形モジュールBFに適用されるように適応されていることができる。そのために、距離決定モジュールDDは、周波数制御信号として掃引信号を受信する周波数制御可能な発振器を有することができる。この掃引信号は、例えば、三角形状又はのこぎり歯形状でありえる。距離測定装置DDSは、効果的に送信信号及び受信信号を分離するサーキュレータをさらに備えていることができる。したがって、同時に信号を送信して反射である信号を受信しながら、距離測定が実行されることができる。送信モード及び受信モードが同時に発生することができ、送信ステップ及び受信ステップが同時に実行されることができる。
【００５５】
それぞれのアンテナに関するそれぞれの大きさ及び位相関係を定める数多くの態様が存在する。図3は、多くの変形例が存在する例を示す。例えば、相互に90°位相シフトされた一対の信号を提供するいわゆる直角位相発振器が用いられることができる。望ましい位相は、適切な重み係数を用いてこれらの信号を組み合わせることによって定められることができる。他の例として、相互に90°位相シフトされ、適切な重み係数と組み合わせられることができる一対の信号を取得するために、いわゆる多相フィルタが用いられることができる。それぞれの大きさ及び位相関係は、デジタル領域において、つまりデジタル回路によって定められることもできる。キャリア波は、デジタル領域で生成及び処理されることができ、送信モードにおいてアンテナに直接適用されるアナログ信号に変換されることができる。
【００５６】
「画像」という用語は、広い意味で理解されるべきである。この用語は、視覚的レンダリングを可能にする任意のエンティティ（例えば、画像、フレーム又はフィールド）を含む。
【００５７】
大まかには、ハードウェア若しくはソフトウェア又はその組み合わせによって機能的エンティティを実施する数多くの態様が存在する。これに関して、図面は非常に概略的である。図面は異なる機能的エンティティを異なるブロックとして示すが、これは、単一のエンティティがいくつかの機能を実行すること、又はいくつかのエンティティが単一の機能を実行する実施態様を決して除外しない。例えば、図4を参照して、指向性距離測定装置DDMの素子と同様に、読出しモジュールRO、コントローラCTRL、深さスキャン・コントローラDSC、第１メモリMEM1、第２メモリMEM2及び融合モジュールFUSは、これらの機能的エンティティを全て含む集積回路の形の適切にプログラムされたプロセッサ又は専用のプロセッサによって一緒に実施されることができる。
【００５８】
一セットの命令、すなわち、プログラム可能な回路が本発明に従って動作することを可能にするソフトウェアを記憶及び配布する数多くの態様が存在する。例えば、ソフトウェアは、適切な媒体（例えば光学ディスク又はメモリ回路）中に記憶されることができる。ソフトウェアが記憶される媒体は、個々の製品として、又は、ソフトウェアを実行することができる他の製品と共に供給されることができる。そのような媒体は、さらに、ソフトウェアが実行されることを可能にする製品の一部であることができる。ソフトウェアは、さらに、有線、無線又はハイブリッドの通信ネットワークを介して配信されることができる。例えば、ソフトウェアは、インターネットを介して配信されることができる。ソフトウェアは、サーバによってダウンロードのために利用可能にされることができる。ダウンロードは、支払いを必要とする場合がある。
【００５９】
前に本願明細書において行われる注釈は、図面を参照した詳細な説明が本発明を限定ではなく説明することを示す。添付の請求の範囲内である数多くの変形例が存在する。特許請求の範囲の任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。「有する」「含む」などの用語は、請求の範囲中に挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。単数で表現された要素又はステップは、そのような要素又はステップが複数存在することを除外しない。それぞれの従属請求項がそれぞれの追加の特徴を定めるという単なる事実は、従属請求項の組み合わせに対応する追加の特徴の組み合わせを除外しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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