(57)【要約】  本発明は、光強度の分布を使用して情景の並進速度を測定する方法に関する。並進速度を測定することは、制御、安全、リソースの管理、燃料効率、及び多くのアプリケーション分野に有用である。しかし、これは、広視野の並進状況が、異質の分野の見掛けの速度としてイメージ平面に投影されるので、技術的に困難である。本発明は、広い視界に亘るパースペクティブディストーションマッチング及び時間フィルタリン変動という二つの原理を組み合わせることで、この問題を解決する。従来のシステムでは、獲得したイメージは、線形座標を得るために測定される。代わりに、本発明は、視界にわたって異なる線形波長で情景をサンプリングするためにイメージのパースペクティブディストーションを利用する。その結果、情景の空間感度マップが得られる。その後、得られた信号は、空間感度に比例するカットオフ周波数によって時間的にフィルタリングされる。最終的な結果物は、時間周波数と線形空間周波数との間の比率の広範囲な計算結果であり、即ち、線形速度である。この技術は、それが基準信号の発信を必要としないのでパッシブである。これには、主として電力消費を低減させるのでアクティブ速度センサに有利であるが、他のアプリケーションに対しても適用できる。航空機の分野のように、標準的な装置中心技術を使用することが困難であるか、不可能な場所で、本発明は、絶対線形速度を測定することができる。ＧＰＳのような非装置中心技術に関するこの利点は、外部インフラから独立している。小さな計算オーバーヘッドが、それをモバイルアプリケーションに適用することを可能にする。【選択図】  図１
2012513018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）時間ｔにわたって一連の光強度方向Ｉ（ｔ）をサンプリングし、各光強度方向Ｉ（ｔ）が異方位角方向（１２，１３，１４，１５）をカバーし、各異方位角方向（１２，１３，１４，１５）が、それにより、測定すべき線速度（Δｖ）の方向に見られる一連の検出長（λｉ）の検出長（λｉ；ｉ＝１，．．．，ｋ）を決め、
（ｂ）方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対する一連の検出長（λｉ）を、一連の線形空間周波数（ＳＦｉ）に変換し、
（ｃ）各方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して、バンドパス又はハイパスフィルタを決め、それにより、各検出長（λｉ）に対して、特性フィルタ周波数を各線形空間周波数（ＳＦｉ）に関連付けし、
（ｄ）各方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対してサンプルした光強度を、各バンドパス又はハイパスフィルタでフィルタリングして、一連のフィルタ済み光強度を得、
（ｅ）フィルタされた光強度が所定の敷居値を超える少なくとも一つの方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して、空間周波数（ＳＦｉ）を通して特性フィルタ周波数を分割することで線形速度を計算し、
（ｆ）フィルタされた光強度が所定の敷居値を超えるこれらの方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して計算された線形速度を相互に比較することで線形速度を決める
ことを特徴とする物体の線形速度（Δｖ）を測定する方法。
【請求項２】
各方位角方向（１２，１３，１４，１５）が、線形空間周波数（ＳＦｉ）の範囲をイールドする検出長の範囲（λｉ＋Δλｉ）をカバーする
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
方位角方向（１２，１３，１４，１５）に割り当てられた各バンドパス又はハイパスフィルタがスループット周波数の範囲をカバーする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
（ａ）物体に配置された一連の光検出器を備え、この一連の光検出器が３つの光検出器のサブセットを有し、該光検出器（３５ｉ，ｏ１，ｏ２，ｏ３）サブセットが光強度Ｉ（ｔ）を測定し、異なる方位角方向（１２，１３，１４，１５）に向いた同一の角度隙間をカバーするように配置され、それにより、各異なる方位角方向（１２，１３，１４，１５）が、測定すべき線形速度（Δｖ）の方向に見られる一連の検出長（λ）の検出長（λｉ；ｉ＝１，．．．．，ｋ）を決め、
（ｂ）かつ、計算サブセット（３６ｊ；ｊ＝１，．．．．，ｋ）に対する線形速度（Δｖ）を、サブセット（３６ｊ）の少なくとも一部に対して実行することによって、計算する手段（Ｃ）を備え、各計算サブセット（３６ｊ）が三つの隣接する光検出器（ｏ１，ｏ２，ｏ３）の強度入力を有し、
（ｃ）第一差信号（Ｓ１３）を受信するために、各計算サブセット（３６ｉ）の二つの端にある光検出器（ｏ１，ｏ３）から光強度入力を減算し、
（ｄ）第一差信号（Ｓ１３）を二つのラインに分割し、一方のラインが、時間遅れ（τ）によって差信号（Ｓ１３）を遅れさせ、
（ｅ）第二差信号（ｔＳ１３）を受信するために、二つのラインからの信号（Ｓ１３，delayed Ｓ１３）を減算し、
（ｆ）第二差信号（ｔＳ１３）に、中央にある光検出器（ｏ２）からの入力を積算し、線形速度（Δｖ）を表す出力信号（ｓｓｏ）を得る
ことを特徴とする物体の線形速度（Δｖ）を測定するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にデカルト座標系における物体の線速度を測定する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
線速度計算は、自動誘導式の乗り物（図１の符号２）、移動ロボット工学、スマートビジョンシステム、治療のための身体運動コントロール（図１の符号３）及びエンターテイメントのための身体運動コントロール（図１の符号４）のようなアプリケーションのためになり得る。一般に、光情報からの線速度の測定は、それが並進運動の座標系で動くので技術的応用に有益である。
【０００３】
さらに、線速度は、乗車距離の計算に使用され得る。これは、線速度信号に適当な時間間隔を乗算することを必要とする。
【０００４】
情景からの線速度のパッシブ測定は、並進により生じる配光を頼りにする。それは、一定の並進速度で動く広視野光景が、空間周波数の分布に依存する見掛け速度の不均質場として像面上で突出するので、大抵の場合は技術的に困難な作業である（図２）。この分野は、オプティカルフローと呼ばれ、既存の視覚速度センサが測定するものである。
【０００５】
オプティカル・フローフィールドの各速度ベクトルは、並進速度のプロジェクション(projection)である。従って、これらのベクトルは、球座標−デカルト座標変換を用いて並進速度を表し得る。これは、強度以外に、球座標フィールドにおけるベクトルの方向及び位置を必要とし、また、センシングエンティティとプロジェクティッドムービングオブジェクトとの間の距離を必要とする。この原理は、所謂、「Ｖ／Ｈ」センサに適用される。これらのセンサは、一般的に、並進方向に垂直に向けられた狭い視野を有する。
【０００６】
残念なことに、Ｖ／Ｈセンサを使用する速度の計算は、精度の観点からは、それが望ましいといえるほどしっかりとしたものではない。
【発明の概要】
【０００７】
従って、本発明の目的は、光電子装置を用いて線速度を測定する方法を提供することにある。
【０００８】
Ｖ／Ｈセンサに反して、本発明は、広範囲な視野に亘って速度を計算する。従って、広範囲な空間周波数（ライナー波長の逆）に亘って、よりしっかりとしたものである。さらに、従来のオプティカル・フローセンサに反して、本発明の空間的で時間的なフィルタリング特性、ターゲットアプリケーションの要求に適応させることができる。
【０００９】
他方、業界標準システムは、計算的に強い特徴マッチングアルゴリズム（例えば、「ブロックマッチング」）に依存する。これらに反して、本発明は、計算的に軽い。
【００１０】
従って、本発明の目的は、小さなコンピュータオーバヘッドを用いてデカルト座標系における速度を測定することにある。
【００１１】
この目的は、方法については請求項１の、システムについては請求項４の特徴部分によって達成される。
【００１２】
請求項１によれば、物体の線形速度（Δｖ）を測定する方法は、
（ａ）時間ｔにわたって一連の光強度方向Ｉ（ｔ）をサンプリングし、各光強度方向Ｉ（ｔ）が異方位角方向（１２，１３，１４，１５）をカバーし、各異方位角方向（１２，１３，１４，１５）が、それにより、測定すべき線速度（Δｖ）の方向に見られる一連の検出長（λｉ）の検出長（λｉ；ｉ＝１，．．．，ｋ）を決め、
（ｂ）方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対する一連の検出長（λｉ）を、一連の線形空間周波数（ＳＦｉ）に変換し、
（ｃ）各方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して、バンドパス又はハイパスフィルタを決め、それにより、各検出長（λｉ）に対して、特性フィルタ周波数を各線形空間周波数（ＳＦｉ）に関連付けし、
（ｄ）各方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対してサンプルした光強度を、各バンドパス又はハイパスフィルタでフィルタリングして、一連のフィルタ済み光強度を得、
（ｅ）フィルタされた光強度が所定の敷居値を超える少なくとも一つの方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して、空間周波数（ＳＦｉ）を通して特性フィルタ周波数を分割することで線形速度を計算し、
（ｆ）フィルタされた光強度が所定の敷居値を超えるこれらの方位角方向（１２，１３，１４，１５）に対して計算された線形速度を相互に比較することで線形速度を決める。
【００１３】
上記で使用されている技術用語に関して、これらの用語をどのように解釈するかについて、以下に説明する。
方位角方向は、二つの角度間の空間角を意味する。例えば、９０°の総方位角は、全てが５°をカバーする方位角方向を意味する１８個の方位角方向に分割される。検出長又は線形波長は、線形速度の方向の各方位角方向の長さである。従って、検出長は、線形速度ベクトルに直交する物理的構造体までの距離と方位角方向との関数である。これら検出長の変換は、検出長の逆数を導き、以下、空間周波数と称する。特性フィルタ周波数は、フィルタのスループット周波数に関連付けされた周波数である。スループット周波数は、方位角方向の各々の空間周波数に関連付けされている。方位角方向が垂直に向けられるほど、特性フィルタ周波数は高くなる。好ましい実施例では、異なる方位角方向に対して割り当てられたバンドパスフィルタの低カットオフ周波数と高カットオフ周波数との平均値は、この特有の検出長に対して現れる実質的に正弦曲線の強度パルスの周期時間にマッチする。光源の光強度構造が、各方位角方向の検出長とマッチしていない場合、光強度パルスは、実質的に正弦曲線の形式から外れ、強度に関して広がるか若しくは平坦になり、又は強度に関して叙々に小さくなるか若しくはより高くなる。その結果、これらの方位角方向に対して測定された強度Ｉ（ｔ）は取り除かれ、従って、これらの方位角方向は、線形速度の測定に寄与し得ない。従って、フィルタリングの後に、強度信号に対して所定の敷居値を定めなければならない。フィルタされた強度がこの敷居値を超えた時、時間周波数ＴＦ（スループット周波数の範囲）は、速度ｖ＝ＴＦ／ＳＦにわたって一連の標準化応答を遂行する各特定の方位角方向に対して空間周波数によって分割されなければならない。ここで、これら標準化応答のピークは、最終的に線形速度を遂行する複数の方位角方向に対応する。
【００１４】
従って、本発明は、パースペクティブディストーションマッチング及び時間フィルタリング変動という二つの原理を組み合わせることによって、漠然と言う線形速度の測定を実行する。本発明を使用する情景から速度を抽出する処理は、絞められた角度の隙間を持った一連の光検出器（即ち、光強度エンコーダ）と可変バンドパスフィルタを必要とする。これら二つの構成要素は、パッシブな視覚情報から速度を測定するために必要とされる三つの重要な概念を有効に使用することを可能にする。
・全ての瞬間的な自然な情景を、一連の線形空間周波数に分割可能にする。
・自然な情景における全てのポイントを、一連の時間周波数に分割可能にする。
・速度を時間周波数と空間周波数との間の比（ｖ＝ＴＦ／ＳＦ）にする。
【００１５】
点状の放射状投影から、任意の線形波長が、増大する角度波長の組み合わせの円上に投影する。この自明な現象は、射影歪みとして知られている。逆の状況は、線上に角度波長が投影することであり、次第に長い線形波長になる。広い（〜９０°）の角度開口にわたって同じ角度波長をサンプリングするために、この最後の原理を使用することは、多数の線形波長を獲得することを意味する。全ての瞬間的な自然情景が一連の線形空間周波数（即ち、線形波長の逆数）に分割可能であるので、角度波長に対する各角度レセプター感度は、異なる線形空間要素をサンプリングすることができるものになる。これは、線形から角度へのパースペクティブディストーションが、サンプリング方向に依存する線形空間フィルタを作り出すことを意味する。従って、異なる同一平面軸に向けられた一連の同じ角度の光検出器を組み合わせることで、広範囲な線形空間周波数に対する感度マップが生成される。
【００１６】
空間感度は、速度のエンコーディングをもらたす適当な時間感度によってマッチングされる必要がある。時間フィルタの分野は、広く研究がされており、広範囲な工業的アプリケーションを有する。空間感度に適用するために適当なフィルタは、ハイパスフィルタか、又はバンドパスフィルタである。時間カットオフ周波数は、空間フィルタによって生み出されたものに比例（ｖ＝ＴＦ／ＳＦ）する必要があり、線形速度に対する感度をもたらし、その範囲は、方位角分解能を設計する時に考慮される必要がある。
【００１７】
本発明の要点は、二つに分割される。
・パースペクティブディストーションを使用する広帯域空間フィルタリング
・線形速度測定を得るための時間フィルタリング変動のマッチング
これらの特徴は、堅牢で計算的に軽い、線形座標系における速度の測定方法を提供する。この方法は、概して、実装の正確な詳細（ソフトウェア、電子、デジタル、アナログ・・）から独立している。これらは、様々な種類のアプリケーションに適用可能な方法を作る計算の能力や質に影響を及ぼす。小さな計算オーバーヘッドのために、この方法は、ポータブル装置に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のアプリケーションの範囲を概略的に表した図である。
【図２】図２は、本発明における利用されるパースペクティブディストーション概念を表す図である。
【図３】サブシステムにおける本発明の分割を表す図である。
【図４】異なるサブセットのデータと並進速度の決定を説明する図である。
【図５】本発明の総合的な実施例を概略的に表す図である。
【図６】光検出器を角度を付けて配置した例と、平坦な光検出器アレイと魚眼レンズとを組み合わせたシステムとを概略的に示す図である。
【図７】平坦なイメージングセンサ上での三つのサンプリングモードを示す図である。
【図８】サブシステムの各々に対する線形速度の計算に関して、サブシステムの各々の好ましい実施例を概略的に示す図である。
【図９】好ましい実施例の出力を、その時空間感度と、その速度依存性とに関して示す図、及び個々のサブシステムの時空間プロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
並進運動は、人体、ヘリコプター、飛行機、車、ビデオゲームコントロール、ロボット等のような様々な物体の中に存在している。本発明の実施例１は、これらのアプリケーションのそれぞれに適用され得る。
【００２０】
図１は、アプリケーションの４つの例を示している。符号２は、自律ヘリコプターであり、このヘリコプターは、それ自身の並進速度を測定するために本発明の実施例１を使用する。符号３は、本発明の実施例１を装着して泳いでいる人である。符号４は、コンソールシステム６を使ってビデオゲーム（例えば、サッカーシミュレーション）を行う人であり、コンソールシステム６は、本発明の実施例１から動作速度を無線で受信し、ディスプレイシステム５にリアルタイムでフィードバックする。符号７及び８は、異なる速度で移動する車であり、本発明の実施例１によって車８において測定される。
【００２１】
本発明は、二つの原理を使用する。
・パースペクティブディストーションマッチング
・時間フィルタリング変動
【００２２】
パースペクティブディストーションは、異なる角度位置まで異なる直線波長（検出長さ）を描く。図２は、この原理を示している。点状パースペクティブ１１から、異なる長さλ１及びλ２を有する二つのオブジェクト９及び１０が、サンプリング方位角及び垂直距離１６（測定されるべき速度ベクトルの方向に対して垂直）に従って、同じ角度サイズ（オブジェクト９に対しては１２と１３との間の角度（方位角方向）であり、オブジェクト１０に対しては１４と１５との間の角度（方位角角度）である。）で、プロジェクトし得る。
【００２３】
同じ開口角を持った一組の光検出器が異なる方位角方向に向き、従って、広範囲の直線波長をサンプリングする。各直線波長は、方位角位置上に描かれる。
【００２４】
本発明は、次式によって周波数を用いて線速度を計算する。
ｖ＝ＴＦ／ＳＦ
式中、ＴＦ及びＳＦは、それぞれ時間周波数及び空間周波数である。計算は、適当な時間フィルタリングによって空間フィルタリングをマッチングすることによって行われ、従って、遮断周波数は、方位角によって異なる。
【００２５】
図３は、本発明の概念的概観を示している。それは、一組のサブシステム１９から成る。サブシステム１９は、夫々が、異なる時空間特性を有する。サブシステム１９は、一列の光検出器１８からのインフォメーション１７を使用し、狭い時空間周波数帯域で線速度をそれぞれ計算する。これらの狭い帯域は、広範囲の周波数に亘って、一定の速度計算性能をもたらす。
【００２６】
各サブシステム１９は、空間サンプリング軸及び時間フィルタリング特性について同一である。サブシステムは、最終アプリケーションが要求する性能に従って設計され得る。図４は概念的データフォームを示している。符号２０、２１、２２及び２３は、４つのサブシステムの時空間周波数帯域を示し、時間的及び空間的感度のずれを示している。２４で示すように、これらのサブシステムの感度を合計することで、本発明は、２５で示すように、広範囲の周波数に亘る速度計算を提供する。
【００２７】
図５は、本発明のサブシステムの二つの実施例を示している。第一のサブシステムは、一組の光検出器２６、前処理ステージ２７、空間バンドパスフィルタ２８、時間フィルタ２９、方向フィルタ３１、後処理ステージ３２及びリードアウトシステム３３から成る。それは以下のように動作する。並進により生じる光強度分布が、光検出器２６によってキャプチャーされ、それから前処理ステージ２７に送られる。前処理ステージ２７は、それを較正し、場合によっては次々に入力される情報を減らすために、それを取り除く。従って、結果として生じるアレイは、第一に２８で空間的にフィルタされ、次いで、２９で時間的にフィルタされる（逆もまた同様である。）。視覚刺激の方向は、空間的・時間的にフィルタされた信号から決められる。後処理ステージは、サブシステムの出力を調整して速度信号を測定する。この一般的な実施例の結果、移動する物体への距離に依存する、３３を使用する速度信号が提供される。対地速度を測定するために、固定基準値又は距離センサが使用され得る。
【００２８】
第二の実施例では、３０で空間的情報及び時間的情報を組み合わせることによって計算される。
【００２９】
上記した実施例は両方共、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせが実装される。
【００３０】
図６は、要求された角度空間サンプリング（光学軸３４及び３５の間の角度）が、角度を付けて配置された光検出器３６、又は光検出器３８の平面アレイ上に配置された広角魚眼レンズ３７を使用して達成され得ることを示している。
【００３１】
ここまで説明した本発明は、同一方向の並進速度を計算するものである。異なる方向の並進速度を測定するためには、光検出器アレイを適当に配置する必要ことが必要である。これは、異なる方向において射影歪み原理を使用することによって実行され得る。図７は、魚眼レンズを通ったイメージ４４が、二次元線形アレイの画素４３によって二次元イメージングセンサに現れることを示している。オーダ４５に沿ってサンプリングすることが、異なる速度のセンシングモード（実施例３９、４０、４１）を作り出すことを可能にする。これらのモードは、スペースの異なる方向において、レンズの光学特性のために異なる空間特性を有する速度を測定することを可能にする。
【００３２】
図５に示した第一の実施例の一つの好ましい実施例（図８）は、１６個の同一（ｎ＝１６）でパラレルなサブシステム１９（処理ライン）のための１８個（ｎ＋２＝１８）の光検出器１８から成る。これらの１６個のサブシステム１９の各々は、視界角度の異なる方位角方向で放射状に向き、３個の光検出器からの入力を受信し、４回のスカラー演算（図８に示した配線図）を実行する。
【００３３】
図８における３個の光検出器ｏ１、ｏ２、ｏ３は並べて配置され、それぞれ三つの隣接する視界角度の異なる方位角方法で狭い隙間（例えば、５°、ｎ＝１６）における光強度をサンプリングする。各光検出器ｏ１、ｏ２、ｏ３は、フーリエ変換を使用して次式に分解され得る信号を受信する。
Ｉ（ｔ）＝Ｉo・ｓｉｎ（２π・ｔ・ＴＦ・φｘ）
式中、Ｉoはフーリエ振幅、TFは時間周波数、φｘは各光検出器ｏ１、ｏ２、ｏ３の信号間の位相シフトである。
【００３４】
位相シフトφｘは、光検出器Δφと空間周波数SFとの間の隙間に依存する。
φｘ＝２π・Δφ・SF
【００３５】
各サブシステム１９の両端の光検出器ｏ１、ｏ３からの入力４７、４９は、５０で他方から一方が減算され、第一差信号S１３をもたらす。
S１３＝ｏ１−ｏ３＝２ｓｉｎ（−φｘ）・ｃｏｓ（２π・ｔ・ＴＦ）
【００３６】
この第一差信号Ｓ１３の大きさは、入力信号の線形空間周波数成分に依存し、それは、２０°の角度波長でピークに達する。
ＳＦａ，ｐｅａｋ＝１／４Δφ
従って、異なる方向を指すサブシステム１９は、（異なる方位角に対して図９に示すように）異なる線形波長に敏感である。
【００３７】
次のステップでは、空間フィルタリング特性をマッチングさせるために適当なカットオフ周波数を使用して信号Ｓ１３を時間的にフィルタする。結果として得られる信号ｔ１３は、信号Ｓ１３に何らかの工業的グレイドフィルタ（例えば、ベッセル又はチェビシェフ）を使用して得ることができる。速度の特定の範囲に対して時間的フィルタを実行するための一つの簡単な方法は、２つの時間的位相シフト信号を減算することである。従って、第一減算ステージ５０からの第一差信号Ｓ１３は、２つのラインに分割され、その一方は時間的遅れτ５１を有する。位相シフトされ分割された信号は、第二差信号ｔＳ１３を得るために一方から他方が減算される。
ｔＳ１３＝Ｓ１３−ｄｅｌａｙｅｄＳ１３＝４ｓｉｎ（−φｘ）・ｓｉｎ（−τ／２）・ｓｉｎ（２π・ｔ・ＴＦ・τ／２）
【００３８】
この信号ｔＳ１３の大きさは、入力信号の時間周波数成分に依存し、それは、時間遅れτの大きさに等しい時間周期（時間周波数の逆数）でピークに達する。各サブシステム１９ｉは、空間的特性にマッチする異なった時間遅れを有し、速度依存信号を生成するために、τは空間感度に反比例しなければならない。例えば、Δφ＝５°の速度依存信号は、速度ベクトルに対して垂直に向くサブシステム１９１に対して遅れ時間τ＝５ｍｓを使用し、他のサブシステムの各々に０．５ｍｓを固定的に増やし、１６番目のサブシステム１９１６に対してτ＝１３ｍｓとすることによって生成される。
【００３９】
時間フィルタリングステージからの信号（ｔＳ１３）の大きさは、光検出器１８１〜１８ｎ＋２の入力の速度に比例する。方向の曖昧性を解決するために、そして、平均補正値(mean offset)の形態の下で出力を提供するために、第二差信号ｔＳ１３には、５３において、中央の光検出器ｏ２からの信号４８が乗算される。
【００４０】
この処理は、信号システム出力ＳＳＯを生成し、その平均値は、時空間周波数にわたるバンドパスフィルタリング特性を現す。
ＳＳＯ＝ｔＳ１３・ｏ２＝−２ｓｉｎ（−φｘ）・ｓｉｎ（−τ／２）・（ｃｏｓ（τ／２）−ｃｏｓ（４π・ｔ・ＴＦ・τ／２））
【００４１】
狭い時空間フィルタリングは、ＳＳＯが考えられたサブシステムの範囲で線形速度ベクトルに比例することを意味する。全てのサブシステム１９１〜１９ｎの最大値は、時空間周波数の広範囲にわたる速度依存信号を提供する。この実施例は、距離リファレンスに基づいており、視界にある他の物体までの距離を測定するために使用され得る。ＴＦ、ＳＦにおける速度の依存性、距離d及び方位角αは、次式で明らかになる。
ｖ＝ＴＦ・ｄ・ａｒｃｔａｎ（ｃｏｓ２α／（ｄ＋ｃｏｓα・ｓｉｎα／ＳＦ）／ＳＦ）
【００４２】
図９は、好ましい実施例の出力を示している。符号５４は、その時空間感度を示し、符号５５は、その速度依存性を示している。下の図面は、表示した方位角を指す個々のサブシステムの時空間プロットを示している。
【００４３】
実施例
視覚的な線形速度の測定は、多くの技術的アプリケーションの可能性を有する。受動的な光学線形速度センサ（ＶＬＳＳ）の最も重要なアプリケーションは、運動におけるセルフコントロールである。治療やパフォーマンス改善のためのフィジカルトレーニングの有効性は、動きの速度に依存する。筋緊張、骨強度及び関節摩滅は、全て、運動している時間にわたって変化する適当な動作速度を必要とする。ＶＬＳＳは、動作に関する適切なフィードバックを提供することができ、運動する人が、最適なトレーニングになるように、その動きを調整することを可能にする。フィジカルコンタクト及びライトウェイトは独立しているので、ＶＬＳＳは、どこでも、別の器具を用いることなく、フィジカルトレーニングに使用することができる。
【００４４】
さらにまた、ＶＬＳＳは、運輸、スポーツ、エンターテイメント、医療、監視及び製造産業におけるアプリケーションの可能性を有する。以下は、本発明が役立つアプリケーションのショートリストである。
【００４５】
車にＶＬＳＳを使用することで、その絶対速度及び周りのトラフィックの相対速度（例えば、図１における車７及び８の間の速度差）を測定することが可能になる。
プロフェッショナルスポーツ分野でＶＬＳＳを使用することで、プレイヤー（例えば、図１におけるスイマー３）の動き、又は、試合に使われる他のパーツ（例えば、ボールや円盤）の動きを簡単に測定することが可能になる。
ヒューマンマシンインターフェイスにＶＬＳＳを使用することで、三次元での体の動きのより正確な読み取りが可能になる。この情報は、エンターテイメント（例えば、図１においてコンソール６及びディスプレイ５を使用して人４によってプレイされているサッカービデオゲーム）のための視対象物をガイドするため、又はリハビリテーションの目的のために使用され得る。
小さな飛行ロボットにＶＬＳＳを使用することで、そのロボットを、室内で自律的に動かしたり、又は、ＧＰＳが利用できなかったり、ＧＰＳを持っていない時に自立的に動かしたりすることが可能になる（例えば、図１の自律ヘリコプター２）
携帯電話やカメラにＶＬＳＳを使用することで、静止画やビデオに速度情報を加えることが可能になる。
鉄道貨物車両にＶＬＳＳを使用することで、廃線路上に自動的に貨物を配置する時に、より早い速度と高い安全性を確保することが可能になる。
製造ラインにＶＬＳＳを使用することで、自動化のコストを下げることができる。
【００４６】
工学的考察
以下、提案した方法及び提案したシステムに関し、工学的に幾つかの情報をリストアップする。方位角方向分解能の大きさと、方位角方向の各々の適当なフィルタ特性を決めるために、システムの設計が、測定すべき速度の範囲を考慮しなければならないことが強調されなければならない。そのために、表１は、物体までの距離及び角度方位角分解能の関数として線形空間分解能の一実施例を示している。
【表１】
2012513018.tif 000003
表１：三つの距離（ｄ）に対するｍｍでの空間分解能（即ち、最小検出可能線形波長）及び４つの角度分解能（Δφ：即ち、光検出器の大きさ）
値は、ｌｍｉｎ＝ｄ・ｔａｎ（Δφ）を使用して計算した。
【００４７】
表２は、空間分解能と時間分解能との関係を示している。表２は、時間周波数フィルタ分解能及び角度分解能の関数として並進速度分解能を示している。
【表２】
2012513018.tif 000004
表２：１．０ｍの距離における４つの角度分解能（Δφ）及び４つの時間周波数分解能に対するｍｍ／ｓでの速度分解能（ΔＴＦ）
値は、Ｖｍｉｎ＝ΔＴＦ・ｌｍｉｎ＝ΔＴＦ・ｄ・ｔａｎ（Δφ）を使用して計算した。
【００４８】
最大測定可能速度
最大測定可能速度は、時間フィルタのために用いられる特別な技術の高さに依存する。通常、高い速度（即ち、３ｍ／ｓ以上）での測定の均一分解能は、高空間分解能を要求する。
【００４９】
速度における漸近依存性
上記した説明では、速度依存性の式は次式で表した。
ｖ＝ＴＦ・ｄ・ａｒｃｔａｎ（ｃｏｓ２α／（ｄ＋ｃｏｓα・ｓｉｎα／ＳＦ）／ＳＦ）
この式は、ｙ＝ｘ・ａｒｃｔａｎ（１／ｘ）の形式であり、ｘに関して漸近性があり、その空間周波数ＳＦに対する依存性を一定に保つ。
これは、距離ｄが高くなるにつれて、本発明を使用する並進速度の計算が小さくなることが、それに依存していることを意味している。
この欠点は、最大測定速度を上げるために距離をのばすのに十分でないことである（これは、距離ｄがタンジェントに含まれなかった場合である。）。
【００５０】
方法の部分的な適用
この方法は、並進速度を測定するために部分的にのみでも適用することができる。周囲の距離及び空間周波数成分が分かっている場合には、その考慮した距離で前記空間周波数に対する感度があるサブシステムの一部分だけを使用すれば十分である。この方法は、決められた関心領域からステミングする、それらの信号だけの評価に関して、並進速度の高速計算に貢献することができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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