(57)【要約】 【課題】  変調された照明を用いてシーンを照明するための照明器と、シーンから反射された被変調照明を反射し且つ変調するための画像変調部と、画像変調部により画像出力を捕捉するための画像捕捉要素であって、照明器からのシーンにおける対象の距離に対応する位相遅延を各々加える少なくとも３つの位相オフセット画像の画層の束を含み、画像の束の各々の位相オフセット画像はまた各々の画像のために異なる位相オフセットを加える、画像捕捉要素と、から構成されるタイプのスキャナーレス距離画像化システムから距離ビデオシーケンスを生成するための方法である。【解決方法】  その方法にしたがって、３つまたはそれ以上の位相オフセット画像のシーケンスは、シーンから反射される被変調照明に対応して得られ、それにより、シーケンスは連続的位相オフセット画像の重なり合うサブシーケンスを含み、各々のサブシーケンスは画像の束を形成する。距離画像は、それ故、各々の対応する画像の束からの位相オフセット画像を用いて演算され、それにより、距離画像シーケンスを形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された照明を用いてシーンを照明するための照明器；
シーンから反射された被変調照明を反射し且つ変調するための画像変調部；並びに
画像変調部により画像出力を捕捉するための画像捕捉要素であって、照明器からのシーンにおける対象の距離に対応する位相遅延を各々加える少なくとも３つの位相オフセット画像の画層の束を含み、画像の束の各々の位相オフセット画像はまた各々の画像のために異なる位相オフセットを加える、画像捕捉要素；
から構成されるタイプのスキャナーレス距離画像化システムから距離ビデオシーケンスを生成するための方法であって：
（ａ）シーンから反射された被変調照明に対応する連続的位相オフセット画像のシーケンスを得る段階；
（ｂ）連続的位相オフセット画像のシーケンスから位相オフセット画像の重なり合うサブシーケンスを得る段階であって、各々のサブシーケンスは異なる位相オフセットを各々加える少なくとも３つの位相オフセット画像の画像の束から構成され、それにより、各々の画像の束は重なり合うサブシーケンスからの少なくとも１つの他の画像の束と共有される少なくとも１つの位相オフセット画像を含む、段階；並びに
（ｃ）対応する画像の束からの位相オフセット画像を用いて距離画像を各々のサブシーケンスのために演算する段階であって、それにより、距離ビデオシーケンスを形成する、段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、連続的位相オフセット画像のシーケンスを得る段階（ａ）は、３つまたはそれ以上の異なる位相オフセットの集合を選択する手順と、３つまたはそれ以上の位相オフセット画像の各々のサブシーケンスが異なる位相オフセットを有するような繰り返しのシーケンスにおいて連続的位相オフセット画像に３つまたはそれ以上の異なるオフセットを適用する手順とから構成される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、距離画像を演算する段階（ｃ）は、画像の束のために距離画像を演算することにおいて複数の異なる演算を用い、少なくとも１つの異なる演算は重なり合うサブシーケンスからの少なくとも１つの他の画像の束のために距離画像を演算することにおいて再度用いられることができる、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、デジタル画像処理に関し、特に、スキャナーレス距離画像化システムから捕捉される動画像の束からの３次元画像シーケンスの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第４，９３５，６１６号明細書（特許文献１）（Ｓａｎｄｉａ  Ｌａｂ  Ｎｅｗｓ，  ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１９，Ｓｐｔｅｍｂｅｒ  １６，１９９４（非特許文献１）にさらに開示されている）に、目的のシーンを完全に照射するために振幅変調された発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイかまたは振幅変調された高出力のレーザダイオードのどちらかを用いるスキャナーレス距離画像化システムについて説明している。３Ｄ距離画像に加えて色強度画像を生成することができる改善されたスキャナーレス距離画像システムについては、同一出願人による、“カラースキャナーレス距離画像化システムのための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｃａｎｎｅｒｌｅｓｓ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）”と題された米国特許第６，３４９，１７４号明細書（特許文献２）に説明されている。ここで用いるように、スキャナーレス距離画像システムは、“ＳＲＩシステム”と呼ぶこととする。３次元画像（ここで、強度画像と距離画像との組み合わせを参照する）の生成において、ＳＲＩシステムは、距離画像を構成するために用いられる位相オフセット画像の集合と強度画像の両方を含む“画像の束”を生成する。ＳＲＩシステムによる３次元画像の生成については、本発明の下の“発明を実施するための最良の形態”の節において非常に詳細に説明している。
【０００３】
ＳＲＩシステムにより生成される３次元画像は種々のアプリケーションにおいて有用である。コンピュータグラフィクスにおいては、３次元画像は写真的リアリティの高い仮想世界を構築するために用いられることができる。例えば、見込み顧客は、売りに出されている家の３次元画像は写真的リアリティの 高い仮想モデルであって、３次元画像の集合により生成されるモデルにおいて６つの自由度（平行移動のための３つの自由度と回転のための３つの自由度）を操作することが可能である。法医学においては、現実のシーンが調査されてから長く経た後、３次元画像は捕捉されたシーンの方法論を可能にする。コンピュータビジョンにおいては、危険な、人が近づくことができない、または費用がかさむ状況下でロボットの操縦をエンハンスするために、代表的なステレオ画像化デザインに代えて、ＳＲＩシステムからの３次元画像を用いることができる。
【０００４】
これらのアプリケーションの全ては、静止シーンの３次元画像の有用性から恩恵を受けている。３次元ビデオシーケンス（すなわち、適時に索引を付けられる３次元画像シーケンス）の有用性から恩恵を受ける他のタイプのアプリケーションがある。例えば、３次元ビデオは、現実の環境と自然に相互作用するように対象を現すことができるような方法において、アニメまたは仮想的俳優のようなコンピュータグラフィクスの対象を現実のシーンのビデオシーケンスに映画制作者が容易に組み込むことを可能にする。ビデオシーケンスにおける対象についての知識の深さは、ビデオシーケンスからの対象の削除を支援するため、または再捕捉を必要とすることなくライティングまたは他の特性を修正するために用いられることが可能である。３次元ビデオシーケンスはまた、ビューアがビデオにおける６つの自由度を操作することを可能にすることにより、ビューアの経験をエンハンスすることが可能である。しかしながら、ＳＲＩシステムは単一の３次元画像を生成することのみができるために、そのような３次元ビデオシーケンスは、現在のＳＲＩシステムの適用範囲を超えている。
【０００５】
従って、スキャナーレス距離画像化システムにより捕捉された画像から３次元ビデオシーケンスを生成する方法に対する当該技術分野における要求が存在する。そのような方法は、最小限の保存要求を有する必要があり、リアルタイムでシーケンスにおける各々の３次元画像を演算することができる必要がある。
【特許文献１】米国特許第４，９３５，６１６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３４９，１７４号明細書
【非特許文献１】Ｓａｎｄｉａ  Ｌａｂ  Ｎｅｗｓ，ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１９，Ｓｐｔｅｍｂｅｒ  １６，１９９４
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、変調照明を用いてシーンを照明するための照明器と、シーンから反射される被変調照明を反射し且つ変調するための画像変調部と、画像変調部により画像出力を捕捉するための画像捕捉要素とから構成されるタイプのスキャナーレス距離画像化システムであって、照明器からのシーンにおける対象の距離に対応する位相遅延を各々加える少なくとも３つの位相オフセット画像の束を含み、各々の位相オフセット画像はまた各々の画像のために異なる位相オフセットを加える、スキャナーレス距離画像化システムに関連して、上記の１つまたはそれ以上の問題点を克服することに導く。
【０００７】
要約すると、本発明の１つの側面に従って、上記のようなスキャナーレス距離画像化システムから距離ビデオシーケンスを生成するための方法は、フレームレートを規定する段階であって、フレームレートは単位時間当たりの距離ビデオシーケンスのフレーム数である、段階と、シーンから反射される被変調照明に対応する３つまたはそれ以上の位相オフセット画像のシーケンスを各々のフレームのために得る段階であって、それにより、シーケンスが画像の束を形成する、段階と、対応する画像の束からの位相オフセット画像を用いて距離画像を各々の画像の束のために演算する段階であって、それにより、距離ビデオシーケンスを形成する、段階と、から構成される。
【０００８】
本発明の他の側面に従って、上記のようなスキャナーレス距離画像化システムから距離ビデオシーケンスを生成するための方法は、シーンから反射される被変調照明に対応する３つまたはそれ以上の位相オフセット画像のシーケンスを得る段階であって、それにより、シーケンスは連続的位相オフセット画像の重なり合うサブシーケンスを含み、各々のサブシーケンスは画像の束を形成する、段階と、対応する画像の束からの位相オフセット画像を用いて距離画像を各々のサブシーケンスのために演算する段階であって、それにより距離ビデオシーケンスを形成する、段階と、から構成される。
【０００９】
本発明のこのような側面は、シーケンスにおいて１つより多い距離画像の演算における同じ位相オフセット画像を用いることにより、必要とされる記憶量を減少させる優位性がある。さらに、本発明の好適な実施形態は、必要な演算を減少させ、距離画像がリアルタイムに演算されることを可能にする優位性を有している。
【００１０】
本発明の以上のおよび他の側面、目的、特徴および優位性は、以下の好適な実施形態についての説明および同時提出の請求の範囲を読むこと、並びに添付図面を参照することにより、より明快に理解され且つ評価されることであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
レーザ照明を用いる距離画像化装置と捕捉装置（光電子増倍管と電子センサとを含む）を用いる距離画像化装置は周知であるため、本発明の説明は特に、本発明に従った方法および／またはシステムの一部を構成するかまたはそれらと非常に直接的に協調する要素に導く。ここで特に示したり説明したりしない要素は、当業者により選択されることが可能である。説明される実施形態の一部の側面はソフトウェアに提供されることが可能である。以下のような事項において、本発明に従って図に示され且つ説明されるようなシステムを提供することにより、本発明の実行のために有用であって、特にここで図に示し、説明しまたは示唆することをしないソフトウェアは、そのような技術分野における通常の知識の範囲内の従来のものである。
【００１２】
スキャナーレス距離画像化に関連する原理および技術について概説することは有用である。表記を簡単化するために、全てのアレイの集合の０ベースのインデックス化の慣例を採用する。それ故、長さｋの集合またはベクトルは非負整数０，１，．．．，ｋ−１によりインデックス番号付けされる。行列の左上の要素は（０，０）エントリである。同様に、（ｋｘｋ）の行列の最も左の列は０番目の列と呼ばれ、最も下の行は（ｋ−１）ｓｔと呼ばれる等である。
【００１３】
図１（先行技術）を参照するに、ＳＲＩカメラ１００は、シーン１０２を照射するためおよび、次いで、最小限３つのシーン１０２の画像から構成される画像の束を捕捉するために、用いられるレーザレーダとして示されている。照明器１０４は、振幅が変調器１０６により制御される電磁放射ビームを放射する。一般に、先行技術においては、照明器１０４は、広視野照明の効果を与え且つ最もよくみられる構造を取り除くために、光拡散器を含むレーザ装置である。変調器１０６は正弦波変調を提供する。変調照明ソースは、
Ｌ（ｔ）＝μＬ＋ηｓｉｎ（２πλｔ）                  （式１）
により変調され、ここで、μＬは平均照明であり、ηは照明ソースの係数であり、λは照明器１０４に適用される変調周波数である。変調周波数は、十分正確な距離推定を達成するために十分高い（例えば、１２．５ＭＨｚ）。出力ビーム１０８は、シーンの方に方向付けられ、反射ビーム１１０は受光部１１２の方に戻るように方向付けられる。周知のように、反射ビーム１１０は、距離画像化システムからのシーン１０２の距離の関数である位相遅延量を用いて送られる出力ビームの遅延バージョンである。反射ビーム１１０は、光電子増倍管１１６内の光電陰極１１４に当たり、それ故、入力振幅の変化に比例する変調電子流を生成する。光電子増倍管１１６の出力は、
Ｍ（ｔ）＝μＭ＋γｓｉｎ（２πλｔ）                  （式２）
により変調され、ここで、μＭは平均増倍、γは増倍係数、およびλは光電子増倍管１１６に適用される変調周波数である。光電子増倍管の目的は、画像を強化するばかりでなく、周波数混合器およびシャッタとして機能することである。従って、光電子増倍管１１６は、マイクロチャンネルプレート１１８の利得が変調するようにする変調器１０６に接続される。光電陰極１１４からの電子流はマイクロチャンネルプレート１１８に当たり、変調器１０６からの変調信号と混合される。変調された電子流は、マイクロチャンネルプレート１１８による２次放射により増幅される。増倍された電子流は、電子流のエネルギーが可視光画像に変換する蛍光スクリーン１２０に衝突する。増倍された可視光画像の信号は、ＣＣＤ（電荷結合素子）のような捕捉機構１２２により捕捉される。捕捉された画像信号は、シーンの各々のポイントにおける位相遅延を決定するために距離プロセッサ１２４に加えられる。距離ρにおける対象の位相遅延項ωは、
ω＝（２ρλ／ｃ）ｍｏｄ２π                          （式３）
により与えられ、ここで、ｃは真空中の光の速度である。従って、このポイントにおける反射光は、
Ｒ（ｔ）＝κμL＋κηｓｉｎ（２πλｔ＋ω）          （式４）
により変調され、ここで、κは対象から反射される照明の係数である。このポイントにおける画素応答Ｐは反射光と増倍の効果との統合であり、次式により表される。
【００１４】
【数１】
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ここにおいて参照により開示に含まれる上記の米国特許第４，９３５，６１６号明細書で開示されている距離画像化システムにおいて、マイクロチャンネルプレートが変調されず、むしろ平均応答に保たれる間に、基準画像が捕捉される。基準画像および位相画像における画素の値の関数として位相の項を正常な状態に戻すことにより、各々の画素に対して距離が推定される。
【００１５】
位相を正常な状態に戻すための好適でより頑強なアプローチについて、ここにおける参照により開示に含まれる“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｅｒｌｅｓｓ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｆｉｌｍ”と題される同一出願人による米国特許第６，１１８，９４６号明細書に開示されている。基準画像および位相画像の収集に代わりに、このアプローチは少なくとも３つの位相画像（画像の束として参照される）を収集する。このアプローチは、照明器１０４の位相に相対して光電子増倍管１６の位相をシフトさせ、各々の位相画像は異なった位相オフセットを有している。このために、距離プロセッサ１２４は、必要とされるような平均照明レベルとそのような他の捕捉関数のみならず変調器１０６の位相オフセットを制御するために、適切に接続される。光電子増倍管１１６（またはレーザ照明器１０４）はθｉだけ位相シフトされ、式５による画素応答は、
Ｐｉ＝２κμＬμＭπ＋κηπγｃｏｓ（ω＋θｉ）        （式６）
この式から位相項ωを外挿することが好ましい。しかしながら、この項は単一画像から直接得ることはできない。式６においては、式はきわめて単純であり、３つの未知数がある。その結果、画像化システムからシーンにおける対象までの距離に比例する位相項の推定を導き出すためには、数学的に（３つの画像からの）３つのサンプルが必要とされる。従って、異なる位相シフトを伴って捕捉される３つの画像の集合は、ωを決定するためには十分である。簡単のために、それら位相シフトは、θｋ＝２πｋ／３，ｋ＝０．１．２により与えられる。以下の説明においては、画像の束は同じシーンである画像の収集を含むが、各々の画像は光電子増倍管１１６に適用される変調から得られる異なる位相オフセットを有するとして理解される。画像の束はまた、推定距離画像と同じシーンの任意の増倍（ここにおいて参照により開示に含まれる上記の米国特許第６，３４９，１７４号明細書において説明されているように、カラーを含む）画像を含むことが可能である。類似した分析は光電子増倍管１１６の代わりにレーザ照明器１０４を位相シフトすることにより実行されることができることをまた、理解する必要がある。３つより多い画像から構成される画像の束が捕捉された場合、距離の推定は、特異値分解（例えば、Ｗ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓ，Ｂ．Ｐ．Ｆｌａｎｎｅｒｙ，Ｓ．Ａ．Ｔｅｕｋｏｌｓｋｙ  ａｎｄＷ．Ｔ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉｎｇ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ（ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ），ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，１９８６を参照）を用いて、最小２乗分析によりエンハンスされることができる。
【００１６】
画像が光電子増倍管（またはレーザ照明またはそれら両方の組み合わせ）のｎ≧３の異なる位相オフセットを用いて捕捉される場合、これらの画像は画像の束の一部を構成する。画像の束における各々の位相オフセット画像に式６を適用することおよび余弦項（すなわち、Ｐｉ＝２κμＬμＭπ＋κηπγ（ｃｏｓ（ω）ｃｏｓ（θｉ）−ｓｉｎ（ω）ｓｉｎ（θｉ）））を拡張することの結果として、各々のポイントのｎ個の未知数における次の連立線形方程式
【００１７】
【数２】
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が得られ、ここで、Λ０＝２κμＬμＭπ、Λ１＝κηπγｃｏｓω、Λ２＝κηπγｓｉｎωである。この連立方程式は、ベクトルΛ＝［Λ０，Λ１，Λ２］Ｔを生成するために特異値分解により解かれる。この計算は画像の束の位相オフセット画像における全ての位置（ｘ，ｙ）において実行されるため、Λは、実際には、全てのポイントにおける３つの要素ベクトルを含むベクトル画像である。位相項ωは、４象限逆正接演算
ω＝ｔａｎ−１（Λ２，Λ１）                            （式８）
を用いて、各々のポイントにおいて演算される。結果として得られる各々のポイントにおける位相値の収集は位相画像を形成する。一旦、位相が決定されると、距離ｒが、
ｒ＝ωｃ／４πλ                                      （式９）
により演算されることができる。式１乃至９は、このようにして、電子増倍管および／またはレーザ照明の異なる位相オフセットに対応する少なくとも３つの画像（すなわち、ｎ＝３）をもつ画像の束を用いて距離を推定する方法について表している。
【００１８】
ここで、図２を参照するに、本発明は、スキャナーレス距離画像化システムにより細くされる画像の束のシーケンスから距離ビデオシーケンスを生成する。第１段階２００において、ビデオシーケンスのためのフレームレートが規定される。フレームレートは、単位時間当たりのビデオシーケンスにおけるフレーム数または画像数である。例えば、動画像業界において用いられている幾つかの代表的なフレームレートは、ＮＴＳＣビデオに対しては２９．９７フレーム／秒、ＰＡＬビデオに対しては２５フレーム／秒およびフィルムに対しては２４フレーム／秒である。段階２０２において、各々のフレームに対して、ＳＲＩシステムはＭ≧３の位相オフセット画像のシーケンスＩ＝｛Ｉ０，Ｉ１，．．．，ＩＭ−１｝を得る。対応する位相オフセットは、Φ＝｛φ０，φ１，．．．，φＭ−１｝により与えられる。従って、各々のフレームは、画像の束に関連するものとみなされることができる。上記のように、画像の束は少なくとも３つの位相オフセット画像を含む必要があり、亜宇部手の位相オフセット値は異なる必要がある。次に、段階２０４において、各々のフレームのために、図１の表示において示された技術を用いて、距離画像が対応する画像の束から演算される。各々のフレームにおいて演算された距離画像は、ブロック２０６により示されるように、距離ビデオシーケンスを形成する。各々の距離画像に対応する電子増倍管画像が盛り込まれる場合、増倍データにより増加された、演算された距離画像は３次元画像を形成し、ビデオシーケンスは３次元ビデオシーケンスとなる。
【００１９】
ここで、図３Ａを参照するに、各々のフレームのための位相オフセット画像のシーケンスを得る段階２０２が、本発明の一実施形態に関して示されている。ビデオシーケンスのフレーム３００は、フレームレート２００により規定される周波数を伴って間隔をあけられる。各々のフレーム３００において、３つまたはそれ以上の異なる位相オフセット画像の集合から構成される画像の束３０２が得られる。説明のために、異なる位相オフセットはα＝｛α０，α１，．．．，αｋ−１｝により与えられ、対応する位相オフセット画像はＩ＝｛Ｉ０，Ｉ１，．．．，ＩＭ−１｝により与えられることが仮定される。この実施形態において、位相オフセット画像を捕捉するために用いられる異なる位相オフセットは各々のフレームについて同じであることが仮定される。
【００２０】
古典的な方法（式７のシステムを解く方法）を用いて、シーケンスにおける各々の距離画像が成功裏に演算されることができる。（ｎｘ３）行列の擬似逆行列を生成するために必要な操作を含まないで、この方法は２ｎの乗算、２ｎ−２の加算および画素毎に１つの逆余弦演算を必要とする。ここで、図３Ｂを参照するに、各々の画像の束から距離画像を演算する段階２０４の一実施形態が示されている。
【００２１】
【数３】
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により与えられる（ｋｘ３）行列として行列Ｂを定義する。行列Ｂは、距離ビデオシーケンスのために予備演算され且つ各々の距離画像を演算するために繰り返して用いられることが可能である。ＨＢ＝Ｉを満足する行列Ｈは、種々の異なる手段のいずれかにより演算されることができる。例えば、Ｈは、正規方程式Ｈ＝（ＢＴＢ）−１ＢＴにより演算されることができる。また、Ｈは、特異値分解、ＱＲ分解、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ擬似逆行列または当該技術分野で周知の他のいずれかの技術により演算されることが可能である。
【００２２】
クエリ３０６は、距離画像が各々のフレームについて演算されたかどうかに関してなされる。クエリ３０６に対する肯定的な応答は、プロセスが距離ビデオシーケンス３１４を生成したことを示す。クエリ３０６に対する否定的な応答は、距離画像は現時点のフレームについて演算される必要があることを示す。段階３０８において、３つの要素ベクトルΛ＝ＨＰが各々の画素に対して設定され、ここで、Ｐは式７で示す位相オフセット画像における対応する画素値のベクトルである。段階３１０において、各々の画素値についての距離の値は、前の段階から得られた出力であった対応するベクトルΛから演算される。距離の値の演算は、Ｒ＝ｔａｎ−１（Λ２，Λ１）により与えられる。一旦、距離の値が各々の画素について演算され、それ故、現時点のフレームについて距離画像を形成すると、プロセスはシーケンスにおいて次のフレームに移動する３１２。このとき、クエリ３０６に対して肯定的な応答がなされるまで、クエリ３０６で始まる全体的なプロセスが繰り返される。
【００２３】
ここで、図４を参照するに、本発明の他の実施形態において、距離画像シーケンスは、スキャナーレス距離画像化システムにより細くされる位相オフセット画像のシーケンスから生成される。第１段階４００において、ＳＲＩシステムは、Ｍ≧３の位相オフセット画像のシーケンスＩ＝｛Ｉ０，Ｉ１，．．．，ＩＭ−１｝を得る。対応する位相オフセットは、Φ＝｛φ０，φ１，．．．，φＭ−１｝により与えられる。段階４００において得られた位相オフセット画像のシーケンスは、それが連続的な位相オフセット画像の重なり合うサブシーケンスを含む特別の特性を有しており、各々のサブシーケンスは画像の束を形成する。蒸気のように、画像の束は少なくとも３つの位相オフセット画像を含む必要があり、全ての位相オフセット値は異なる必要がある。重なり合うサブシーケンスはＡ＝｛Ａ０，Ａ１，．．．，Ａｎ−１｝により表され、ここで、Ａｊは全てのｊ＝０，１，．．．，ｎ−１に対して少なくとも３つの位相オフセット画像を含み、Ａｊは互いに排他的であり、
【００２４】
【数４】
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である。次に、段階４０２において、移動した画像の束は、第１サブシーケンスＡ０における位相オフセット画像を含む画像の束であるように、対応する位相オフセット値を用いて初期設定される。移動する画像の束は、移動する画像の束がインクリメントされ、１つの重なり合うサブシーケンスＡｊから次のＡｊ＋１に連続的に移動するときに、位相オフセット画像（および対応する位相オフセット値）が変化するが層の束である。次に、段階４０４において、距離画像は、図１の表示に示された技術を用いて、移動する画像の束の位相オフセット画像から演算される。距離画像はラベル付けＲ０される。次に、クエリ４０６が、シーケンスにおける全ての距離画像が演算されたかどうかに関してなされる。クエリ４０６に対する否定的な応答は、移動する画像の束がインクリメントされる４０８ことを示す。段階４０８、クエリ４０６および段階４０４は、クエリ４０６に対する肯定的な応答が受け取られるまで、連続して繰り返され、距離画像Ｒ１，Ｒ２，．．．，Ｒｎ−１を生成する。一旦、ｎ個の距離画像が演算されると、クエリ４０６に対する応答は肯定的になる必要がある。クエリ４０６に対する肯定的な応答は、全ての距離画像が演算され、その結果、距離ビデオシーケンス４１０の形成が得られたことを示す。
【００２５】
ここで、図５Ａおよび５Ｂを参照するに、位相オフセット画像のシーケンスを得る段階４００が、図４の実施形態に関して示されている。この実施形態において、段階４００は２つの手順からさらに構成される。第１に、３つまたはそれ以上の異なる位相オフセットの集合α＝｛α０，α１，．．．，αｋ−１｝が選択される５００．次に、３つまたはそれ以上の位相オフセット画像のシーケンスＩ＝｛Ｉ０，Ｉ１，．．．，ＩＭ−１｝が、対応する位相オフセットΦｊ＝αｊ  ｍｏｄ  ｋを用いて、各々の位相オフセット画像Ｉｊ５０２を捕捉する５０４ことにより得られる。図５Ｃの表示において示すように、この特別な位相オフセットの選択は、距離画像を演算する段階４０４における必要な演算すなわち連続的な繰り返し演算を減少させる。
【００２６】
移動する画像の束Ａｊを用いて、距離画像シーケンスにおけるｊ番目の距離画像がすでに演算され、距離画像Ｒｊが生成されたことを考慮する。また、距離画像Ｒｊの演算の間に、各々の画素における値Λ１およびΛ２が中間画像において記憶されたことを考慮する。次の距離画像Ｒｊ＋１を演算するために伝統的な方法を用いることに代えて、現時点の中間画像Λ１およびΛ２は単純に更新され、次いで、逆余弦評価が再演算される。更新スキームは伝統的な方法から導かれることができる。Ｐが、順序付けされた位相オフセット画像Ｉｊ，Ｉｊ＋１，．．．，Ｉｊ＋ｋ−１の特定画素におけるコード値をもつｋベクトルであるとすると、位相オフセット画像Ｉｉの画素におけるコード値はＰの（ｉ  ｍｏｄ  ｋ）番目に置かれる。よって、Ｐ＝Ｂ（Λ０，Λ１，Λ２）Ｔとなる。
【００２７】
Ａｊ＋１に画像の束を進めると、新しい画像の束はもはや位相オフセット画像Ｉｊを含まないが、ここでは、位相オフセット画像Ｉｊ＋ｋを含む。
【００２８】
従って、
【００２９】
（外１）
2004240973.tif 000007
を、位相オフセット画像Ｉｊ＋ｋの画素におけるコード値に等しい（ｉ  ｍｏｄ  ｋ）番目の位置を除いて、Ｐに等しいｋベクトルとする。それ故、
【００３０】
【数５】
2004240973.tif 000008
であって、ここで、ｅｉ  ｍｏｄ  ｋは単位行列の（ｉ  ｍｏｄ  ｋ）番目の列であり、Ｈは図３の表示において与えられる行列である。Ｈを割り当てると、これは、
【００３１】
（外２）
2004240973.tif 000009
に等しく、また、
【００３２】
（外３）
2004240973.tif 000010
に等しく、ここで、Ｈ・，ｉ  ｍｏｄ  ｋはＨの（ｉ  ｍｏｄ  ｋ）番目の列であることが理解される。このことは、距離画像Ｒｊおよびその中間画像Λ１およびΛ２が与えられて、距離画像Ｒｊ＋１が２つの式
【００３３】
【数６】
2004240973.tif 000011
【００３４】
【数７】
2004240973.tif 000012
によってΛ１およびΛ２を更新することにより実行されることができ、ここで、Ｈｍ，ｎはＨの（ｍ，ｎ）要素と呼ばれ、続いてｔａｎ−１（Λ２，Λ１）を評価する。
【００３５】
中間画像Λ１およびΛ２を更新し且つ逆余弦を評価する方法は、連続的距離画像を生成するために繰り返して実行されることができる。第１距離画像が伝統的な方法を用いて演算される場合、全ての連続的距離画像は２つの乗算、３つの加算および画素毎の１つの逆余弦評価のみを必要とする。これは、各々の画像の束において用いられる位相オフセット画像の数に依存しない距離画像シーケンスのリアルタイムの演算を可能にする。
【００３６】
図５Ｃを参照するに、本発明の段階４０４乃至４１０を図４の実施形態に関して示している。得られた位相オフセット画像Ｉ＝｛Ｉ０，Ｉ１，．．．，ＩＭ−１｝および関連する重なり合うサブシーケンス＝｛Ａ０，Ａ１，．．．，Ａｎ−１｝はブロック５０６により表され、０に初期設定されたカウンタｊはブロック５０８により表され、行列Ｂはブロック５１０により表される。行列Ｂは上で定義された（ｋｘ３）行列である。段階５１２において、移動する画像の束はＡ０５１４に初期設定され、距離画像Ｒ０は図１の表示に示された伝統的な方法を用いて演算される。距離画像Ｒ０と中間画像Λ１およびΛ２（式７におけるシステムの解から演算される）とはメモリに記憶される。段階５１６において、上述の行列Ｈが演算される。次に、クエリ５１８が、ｊ＝ｎ−１であるかどうかに関してなされる。クエリ５１８に対する肯定的な応答は、全ての距離画像が演算され、距離ビデオシーケンス４１０を生成したことを示す。クエリ５１８に対する否定的な応答は、少なくとももう１つの距離画像が演算される必要があることを示す。新しい距離画像は次の方法において演算される。第１に、異なる画像Ｄ＝Ｉｋ＋ｊ−Ｉｊが演算される５２０。次に、中間であって演算された画像Λ１およびΛ２の値が式Λ１＝Ｈ１，ｊ  ｍｏｄ  ｋＤ＋Λ１およびΛ１＝Ｈ２，ｊ  ｍｏｄ  ｋＤ＋Λ２により更新される５２２。最終的に、新しい距離画像Ｒｊ＋１は４象限逆余弦、すなわちＲｊ＋１＝ｔａｎ−１（Λ２，Λ１）を用いて、各々の画素において演算される５２４。一旦、新しい距離画像が演算される５２４と、カウンタｊはインクリメントされ５２６、プロセスはクエリ５１８に戻る。カウンタがインクリメントされる５２６とき、移動する画像の束は、位相オフセット画像の次のサブシーケンス５２８、５３０等を収容するために移動される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術において周知のタイプのスキャナーレス距離画像化システムのブロック図である。
【図２】本発明に従った、距離ビデオシーケンスを形成する方法についてのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明に従った、移動する画像の束から距離ビデオシーケンスを形成する方法のブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００    ＳＲＩカメラ
１０２    シーン
１０４    照明器
１０６    変調器
１０８    出力ビーム
１１０    反射ビーム
１１２    受光部
１１４    光電陰極
１１６    光電子増倍管
１１８    マイクロチャンネルプレート
１２０    蛍光スクリーン
１２２    捕捉機構
１２４    距離プロセッサ
２００    フレームレートを規定する段階
２０２    位相オフセット画像を得る段階
２０４    距離画像を捕捉する段階
２０６    距離ビデオシーケンス
３００    フレーム
３０２    画像の束
３０４    行列を捕捉する段階
３０６    クエリ
３０８    Λを捕捉する段階
３１０    距離画像を捕捉する段階
３１２    次のフレームに移動する段階
３１４    距離ビデオシーケンス
４００    位相オフセット画像のシーケンスを得る段階
４０２    移動する画像の束を初期設定する段階
４０４    距離画像を演算する段階
４０６    クエリ
４０８    移動する画像の束をインクリメントする段階
４１０    距離ビデオシーケンス
５００    位相オフセットを選択する段階
５０２    位相オフセット画像
５０４    位相オフセット画像を捕捉する段階
５０６    位相オフセット画像シーケンスおよび重なり合うサブシーケンス
５０８    カウンタ
５１０    行列
５１２    移動する画像の束を初期設定し、初期の距離画像を演算する段階
５１４    移動する画像の束
５１６    行列を演算する段階
５１８    クエリ
５２０    異なる画像を演算する段階
５２２    中間画像を更新する段階
５２４    距離画像を演算する段階
５２６    カウンタをインクリメントする段階
５２８    移動する画像の束
５３０    移動する画像の束
【図１】
2004240973.tif 000013
【図２】
2004240973.tif 000014
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2004240973.tif 000020