JPH10502177A

JPH10502177A - 撮像装置並びに焦点からの距離及び焦点情報を決定するための方法

Info

Publication number: JPH10502177A
Application number: JP6518394A
Authority: JP
Inventors: クリシュナン，アラン; アフジャ，ナレンドラ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1998-02-24
Also published as: DE69428686D1; US5453784A; WO1994018788A1; EP0687401A4; EP0687401B1; ATE207270T1; EP0687401A1; CA2155529A1; DE69428686T2

Abstract

(57)【要約】光軸（ＯＡ）に関して調節可能な像面（ＡＣ）を有するカメラを用いて、焦点からの距離情報を決定する。この撮像の幾何学的な配列は、焦点合わせ及びパンニングの２つの標準的な機械的作用を単独のパンニングで置き換えることにより、像平面を動かす必要性を排除する。従って、シーンの焦点合わせされた像のレンジの評価又は発生が、実質的にパンニングの速度で行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】撮像装置並びに焦点からの距離及び焦点情報を決定するための方法発明の分野本発明は、撮像装置、並びに、距離及び焦点情報を決定するための方法に関する。発明の背景焦点からの距離の技術は一般に、標準的なレンズの法則である（１／ｕ）＋（１／ν）＝（１／ｆ）を解くことに基づいている。一般に、ｆ（レンズ又はレンズ系の焦点距離）は既知である。従って、レンズ中心と物体又は像を焦点合わせする像面との間の距離に相当する値ν（焦点の距離）を決定することにより、ｕ（深度値又はレンジ）を計算することができる。一般に、ν値を決定するためには、物体又は像に関する焦点に相当する距離が得られるまで、レンズからの像面の距離を変化させる。この焦点の決定は、１又はそれ以上の周知の焦点決定アルゴリズムに従って、感知した像情報を処理することにより、行われる。本明細書で使用するｓは、レンズ中心と撮像列の像要素との間の距離を表す。レンズからある距離に位置したあるシーン点（ｓｃｅｎｅｐｏｉｎｔ）に関しては、該シーン点に対して最もシャープな焦点を与えるｓ値は、ν値に等しい。すなわち、あるシーン点に焦点が合っている時には、ｓ＝νである。周知の撮像装置においては、像面に沿う撮像要素は一般に、直線的に整合されており、各々、基準面、例えば、レンズ中心を通り、レンズの光軸に対して直交する平面から等距離に位置する。この構成に関しては、各々の撮像要素のｓ値（すなわち、レンズ中心からの距離）は、概ね等しいものと考えられる。従って、そのような構成に関しては、ｓ値は、レンズの中心からの像平面の距離であると見るのが一般的である。一般に、焦点基準の距離決定方法においては、焦点距離（ｆ）及び／又は像平面距離（ｓ）を変化させることによって、シーン点の深度評価が行われる。簡単のために、制御されるパラメータをｓと仮定する。これは、例えば、シーン点が最もシャープな焦点に位置する距離を見つけるために、像平面をレンズに向けてあるいはレンズから離れる方向に動かすことによって、像平面を機械的に再配置することにより、ｓ値を変化させることを意味する。図１は、レンズを介して撮像される矩形の像平面に対するシャープな焦点（ＳＦ）表面と呼ばれるものを示している。ＳＦ表面は、焦点距離（ｆ）及び焦点の距離（ν）のある一定値に関して、シャープな焦点で撮像される一式のシーン点を表している。光軸に対して直交する像平面に像が形成される場合（レンズが光学収差を全く有していないと仮定する）には、ＳＦ表面は、概ね平坦で光軸に対して垂直な表面である（被写界深度を無視する）。ＳＦ表面のサイズは、像平面のサイズのスケール付きのバージョン（ｓｃａｌｅｄｖｅｒｓｉｏｎ）となり、一方、その形状は、像平面の形状と同じである。レンズからの像平面の距離ｓが変化すると、ＳＦ表面は、カメラから離れる方向又はカメラに近づく方向に移動する。ｓ値の範囲に達すると、ＳＦ表面は、三次元空間の円錐形（ＳＦ円錐）の体積から出る。ＳＦ円錐の頂角は、達成される倍率又は尺度を表し、ｆ値に比例する。ＳＦ円錐の中のシーン点だけがシャープに撮像することができるので、撮像されるシーンのサイズを増大させるためには、ｆ値を増大させなければならない。しかしながら、一般的には、撮像装置の画角（すなわちコマ）は、一般にシーンと呼称される、問題となる視野全体よりも小さい。実際には、ｆ値の使用可能な範囲には限界があるので、１つの視野（又はコマ）に大きなシーンを撮像することはできない。従って、カメラは、シーンの種々の部分を撮像するようにパンされなければならない。従って、代表的なレンジ・フロム・フォーカス（ｒａｎｇｅ−ｆｒｏｍ−ｆｏｃｕｓ）の技術は、２つの機械的な段階を含む。第１の段階は、ある範囲のパン角度にわたって、順にパンさせて、一時に１つのコマで、シーン全体の像を得る操作を含む。。第２の機械的な段階は、像平面を機械的に再配置する（例えば、像平面をレンズに近づく方向あるいはレンズから離れる方向に動かすことにより）ことにより、各々のパン角度（又はコマ）に対して、最善の焦点距離又はν値を見い出す操作を含む。像平面を機械的に再配置して各々のパン角度に対する最善のν値を見い出す必要性は、その技術を煩雑にすると共に、時間がかかり、このようなことは、明らかに望ましくない。従って、従来技術の１つの欠点は、専用の機械的なサーチ（検索）を行うことなく、各々のパン角度に対する可能なν値の範囲にわたって、各々のシーン点に対する所望のν値を決定するための装置又は方法を提供できないことである。発明の総括上述の事柄に鑑み、本発明の１つの目的は、従来技術の上記及び他の欠点を解消することである。より詳細に言えば、本発明の１つの目的は、比較的大きなシーンにわたって、距離（レンジ）及び／又は焦点を高速で決定するための方法及び装置を提供することである。本発明の別の目的は、三次元的な物体に関する形状認識を行うための改善された方法及び装置を提供することである。本発明の別の目的は、焦点合わせされたシーンの像を高速で編集するための方法及び装置を提供することである。上記及び他の本発明の目的を達成するために、基準平面に関して調節可能であって、シーンを撮像するために必要とされる各々のパン角度に関する複数のｓ値の調節を行う必要のない像面を有する、撮像装置及び方法が提供される。従来の撮像装置においては、像平面は一般に、該像平面の総ての点が、基準平面から一定の距離（ｓ）に位置するように、配置される。従って、総てのシーン点は、像平面のどこに撮像されるかに関係無く、また、カメラのパン角度に関係無く、概ね同じｓ値で撮像される。本発明の１つの特徴によれば、像面の種々の点が、基準平面から異なる距離にあるような、像面が提供される。従って、像は、パン角度に応じて、種々のｓ値において像面に形成されることになる。各々のコマが、少なくとも部分的に重なり合うように、パン角度を選択することにより、各々のシーン点は、複数のコマに撮像されることになる。あるシーン点に関して最もシャープな焦点を与えるパン角度を決定することにより、対応するｓ値（従って、ν値）を決定することができる。上記ν値及び既知のｆ値に基づき、レンズの法則を解いて、シーン点のレンジ（ｕ値）を決定する。従って、そのような構造を用いると、従来技術のレンジ・フロム・フォーカス技術が必要とする上述の２つの機械的な段階を、パン角度を制御するという単一の機械的な段階によって置き換えることができ、従って、プロセスの速度を大幅に向上することができる。用語「シーン点」は、シーン、物体又は像の一部を広く表すものであって、点に限定するものではないことを理解する必要がある。本発明の一実施例によれば、光学系及び撮像列を備える撮像装置が提供される。この実施例の１つの特徴によれば、上記撮像列は、２つの自由度を有する回転運動を行うように、また、１又はそれ以上の自由度を有する並進運動を行うように、装着される。これにより、撮像列の要素を、基準平面（例えば、光軸と直交してレンズ中心を通過する平面）から種々の距離に位置させることが可能となる。撮像装置全体は、所定の軸線（例えば、レンズの光軸と直交してレンズ中心を通過する軸線）の周囲で回転するように装着されるのが好ましい。撮像装置は、所定の軸線の周囲を、複数の増分的な段階で回転し、撮像列は、シーンの少なくとも部分的に重なり合った像（コマ）を生成する。従って、各々のシーン点が、複数のコマに感知されるが、その際には、撮像列の異なる要素によって、異なるコマに感知される。各撮像列のｓ値が異なるので、シーン点は、焦点の度合いが異なる状態で、各々のコマに撮像される。シーン点が最もシャープに焦点合わせされているコマを決定することにより、また、そのコマに相当するパン角度を決定することにより、上記シーン点に関するν値を決定することができる。これから、ν値を計算してそのシーン点のレンジを決定することができる。他の実施例によれば、同様な装置が使用されるが、複数のシーン点に関する最善の焦点値の決定に基づき、三次元的に焦点合わせされたシーンが同期される。例えば、大部分の場合には、シーンが三次元の物体を含んでいる場合には、その物体は、異なる深度値（ｕ）にある部分を有することになる。従って、その物体の総ての点が、与えられたν値に関して、焦点合わせされる訳ではない。本発明のある実施例によれば、基準平面から異なる距離に位置する撮像要素を有する撮像列を準備し、該撮像列をある範囲のパン角度にわたってパンニングすることにより、少なくとも部分的に重なり合った複数のコマを得ることができる。各々のシーン点に関して、最善の焦点条件を有するコマを決定して、これらシーン点の像を用いることにより、物体の像が同期され、これにより、各々の点の焦点が合う。これを用いて、異なる深度値にある物体の部分の焦点合わせされた像を与えたり、あるいは、形状認識を行うことができる。図２を参照すると、本発明の撮像列の要素のｓ値が、パン角度の関数としてどのように変化するかの例が示されている。図２は、レンズの光軸に対して角度α をなす垂直線を有する像平面を示している。従って、各々の撮像要素は、レンズ中心（Ｏ）から異なる距離にある。光軸に対して角度Θをなして配置されるシーン点（又は物体）に関しては、そのシーン点は、撮像列上の点Ｃにある撮像要素によって撮像されることになる。これは、長さＯＣに等しいｓ値に相当し、この場合に、ＯＣは、レンズの中心（Ｏ）から、像平面上の点Ｃに位置する撮像要素までの距離である。角度Θにあるシーン点に関しては、以下の関係が存在する。カメラが、レンズ中心Ｏを通る軸線の周囲で、角度φだけ枢動すると、角度Θ が変化し、シーン点は、撮像列の平面（Ｃ’）上の異なる点にある異なる撮像要素によって撮像されることになる。従って、レンズの中心Ｏと像平面上の新しい像点（Ｃ’）との間の距離ｓも変わる。この距離（ＯＣ’）は以下の式によって与えられる。｜ＯＣ’｜＝｛ｄ／ｃｏｓ（θ＋φ）｝− ［｛α・δ・ｔａｎ（θ＋φ）｝／｛（π／２）＋θ＋φ−α｝］角度φが変化すると、ｓ値も変化する。ある角度φに対して、シーン点が焦点合わせされ、上記角度が変化し続けると、そのシーン点は、再び焦点から外れる。あるシーン点が最もシャープに焦点合わせされる角度φを特定することにより、ｓ値がν値に等しいと言う定義から、対応する像距離（ν）を計算することができる。従って、レンズの法則から、深度値ｕを決定することができる。撮像装置が、レンズ中心の周囲を回転するに従って、新しいシーン点が撮像されて左側又は右側から（回転の方向に応じて）中心に現れ、それ以前に撮像された幾つかのシーン点が、反対側（右側又は左側）に棄却される。各コマを適正に重ね合わせることにより、例えば、パン角度φを制御することにより、各々のシーン点を複数回撮像して、シーン全体を撮像することができる。このようにすると、カメラを完全に一回回転させることにより、各シーン点をカバーすることができ、各々のパン角度に関するν値を決定するために像平面を動かす必要がない。所定の焦点合わせ条件に従って、物体が焦点合わせされた時（あるいは、ぼけ又はぶれが殆ど無い状態で少なくとも撮像される時）を決定するための、種々のオートフォーカス方法及びアルゴリズムが周知である。これら及び他の周知の焦点決定技術と共に本発明を使用することができる。図面の簡単な説明図１は、撮像装置、及び、シャープな焦点表面の概略図である。図２及び図２Ａは、光軸に対して平行ではない垂直線を有する像平面を備えた撮像装置における種々の幾何学的な関係を示す図である。図３は、本発明の一実施例による撮像装置の概略図である。図４及び図４Ａは、本発明と共に使用される別の撮像列の幾何学的な関係の幾つかの例、及び、そのような幾何学的な関係を効果的に形成するための別の構成を示しており、図５は、本発明の一実施例の撮像装置及び処理回路の概略図及びブロックダイアグラムであり、図６Ａ乃至図６Ｄは、本発明の一実施例に従って実行される種々の段階の概略図である。好ましい実施例の詳細な説明図面を参照して、本発明の好ましい実施例を以下に説明する。例えば図３に示すように、本発明の１つの特徴は、その全体に参照符号１０が付された撮像装置に関するものであり、この撮像装置は、ハウジング１１と、撮像列１２と、光学系１３とを備えている。撮像装置は、例えば、ＣＣＤカメラとすることができるが、本発明は特にこれに限定されるものではない。光学系は、レンズ又はレンズ系とすることができる。説明を簡単にするために、光学系は、単一のレンズであるものと仮定する。しかしながら、本発明はそのような構成に限定されるものではない。撮像列１２は、複数の撮像要素、例えば、ＣＣＤの複数の直線列、光電検知器等を備える。撮像列１２は、２つの回転方向の自由度を有するように装着されており、また、１つの並進方向の自由度を有するように装着されるのが好ましい。上記３つの自由度は、撮像列の複数の個々の要素を、基準平面から所定の異なる距離に位置決めすることを可能とする。説明の便宜上、レンズの光軸に直交してレンズ中心を通過する基準平面について説明する。撮像列１２は、後に説明する、読み取り及び処理回路に接続されている。回転は、手動操作により、あるいは、プロセッサ制御により周知の態様で行うことができる。基準平面（及び／又は、光軸）に対して所定の向きで配列された撮像列１２の個々の撮像要素は、上記基準平面から異なる既知の距離に置かれる。撮像装置１０全体が、所定の一連の段階において、所定の軸線の周囲で回転される（例えば、ステップモータを制御して、レンズ中心を通過する垂直軸線１５の周囲で回転させることにより）と、シーン全体を、複数のコマによって順次撮影することができる。各々のコマに対応する回転角を十分に小さく選択することにより、各々のシーン点が、各々のコマ用の異なる撮像要素によって、複数のコマに撮像される。撮像要素が、基準平面から異なる既知の距離（すなわち異なるｓ値）に置かれているので、撮像されるべき各々のコマのシーン点に対する焦点基準値を決定して、複数の焦点基準値を特定のシーン点と比較することにより、該シーン点に対して最善の焦点基準値を有するコマを決定することができる。各々のコマを該コマに対応するパン角度まで送り出すことにより、上記シーン点に関する最善の焦点条件に対応する撮像要素のｓ値が、図２に関して上で説明した幾何学的な関係に基づき、決定される。定義により、最善の焦点条件をもたらすｓ値は、ν値に等しいので、この情報及び既知のｆ値に基づき、レンジ（又はｕ値）を決定することができる。問題とする各々のシーン点又はシーン部分に関して上記分析を実行することにより、問題とする各々の点又は部分のレンジを決定することができる。例として、図２は、レンズの光軸に対して平行ではない垂直線を有する平面として構成された撮像列を有する、撮像装置の簡単な場合を示している。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されるものではない。他の撮像列の幾何学的な構成を用いることができる。一般的に言えば、種々の像要素が基準平面から所定の異なる距離にある、撮像列の幾何学的構成を用いることができる。別の幾何学的構成の幾つかの例が、図４に示されている。これらの幾何学的構成は、上記列の像要素を物理的に配列することにより、あるいは、制御可能なミラーを用いることによりそのような幾何学的構成を効果的に形成することにより、当業界で周知の態様で達成することができる。そのような構成の一例が、図４Ａに示されている。図５は、本発明の読み取り及び処理回路の一実施例の概略図及びブロックダイアグラムである。撮像列１２、及び、問題とする多数の物体を含む、撮像装置１０が示されている。撮像列１２は、撮像要素の出力を処理するためのプロセッサに対して、周知の態様で作動的に接続されている。標準的なプロセッサ要素に加えて、上記プロセッサは、焦点測定抽出装置５０を備えており、該焦点測定抽出装置は、最大焦点条件決定装置５１に接続されており、該最大焦点条件決定装置は、形状抽出ユニット５２、並びに、焦点合わせされた像の抽出ユニット５３に選択的に接続される。形状抽出ユニット５２は、形状表示ユニット５２ａに接続することができる。焦点合わせされた像の抽出ユニット５３は、像表示ユニット５３ａに接続することができる。そうではなく、その一部の部品をステレオ表示ユニットとすることができる。図６Ａ乃至図６Ｄを参照して、図５の回路の作用、及び、本発明の全体的な作用を説明する。図６に示すように、撮像装置１０は、問題とする物体又はシーンに関する撮像情報を得るために、ある角度範囲（φ）にわたって回転することができる。説明を簡単にするために、図６Ａは、角度φ＝０°乃至φ＝９０°の角度で変化されている撮像装置を示している。しかしながら、本発明はそのような構成に限定されるものではない。特定の用途に応じて、種々の他の角度、及び、種々の他の角度範囲を用いることも好ましい。また、説明を簡単にするために、撮像装置は、角度φ＝０°と角度φ＝９０°との間に、５つの段階を含むものとして図示されている。実際には、分解能及び他の要因すなわち（当業者には容易に理解することができる）ファクタに応じて、より多くの又はより少ない段階を設けることが望ましい。しかしながら、上記段階の数、及び、上記角度範囲は、各々のシーン点が複数のコマに撮像されるような関係にされるのが好ましい。作動の際には、各々の段階又はパン角度（φ）において、撮像装置は、その画角（図６Ｂ）に対応する像又はコマを獲得する。この情報が記憶されて、パン角度に割り当てられる。当業者には容易に分かる焦点検知アルゴリズムを用いて（総てのコマが記憶された後に、あるいは、そのようなコマが記憶されている間に）、各々のコマを分析し、焦点基準列順序を生成する（図６Ｃ）。焦点列基準順序は、各々のコマの問題とする各々のシーン点に関する焦点情報を含んでいる。撮像装置は、周知の増分でステッピング又はパンニングされるので、各々のコマにかんする変位を決定することができる。焦点基準列を、適正な変位に整合させることにより（図６Ｃ）、該焦点基準列の対応する部分（例えば、垂直な区分）が、シーンの共通の部分（例えば、シーン点）に対応する。上記焦点基準列順序を比較して、どのコマが、各々のシーン点に関する最善の焦点基準値を有するかを決定することにより、各々のシーン点に関するν値を、上述の手順で決定することができる。これから、各々のシーン点の範囲（ｕ値）を決定することができる。また、レンジマップ列（図６Ｄ）を生成することにより、種々の距離にシーン点を有するシーン又は物体の焦点合わせされた像を形成することもできる。上記レンジマップ列においては、各々の要素が、シーン点に対応する。上記レンジマップ列は、そのシーン点に関して計算された焦点基準値を記憶することにより、生成することができる。上記レンジマップ列の値をそれらの由来する要素及びコマで指定することにより、三次元的な物体の焦点合わせされた像を発生させて表示することができる。そうではなく、上記情報を用いて、例えば、物体又は形状の認識装置で使用することのできる、物体の形状に関する情報を発生させることができる。例えば、画像列が、Ｎ×Ｎ列のピクセルを有しており、レンジマップが、Ｎ×ｂＮの列であると仮定し、ｂが１よりも大きいかあるいは１に等しく、撮像すべきシーンの幅に依存するとすれば、第ｋ番目の像のコマは、Ｉ_kで表され、その原点がカメラの中心にあり、環境的に中心決めされた積算的なレンジマップは、Ｒで表される。レンジ列の各々の要素は、異なる像インデックス、すなわち、異なるパン角度に関して、焦点基準値を有している。記憶された基準値が、最大値を示した場合には、上述のように、その最大値に対応するインデックスを用いて、そのシーン点に関するレンジを決定することができる。例えば、そのようなインデックスは、像がシャープに焦点合わせされるカメラ回転角度に対応することができる。レンジ点及び像インデックスに関して、焦点及びコラムのインデックスを用いることにより、レンズから像平面までの距離（ν）を決定することができ、また、レンズの法則に基づいて、レンジを計算することができる。より詳細に説明すると、図６Ａに示すように、撮像装置１０は、シーンの一方の側で開始して、反対の側へ所定のステップ（パン角度）で増分的にパンニングするのが好ましい。パンニングの前に、列を初期化する。各々のパン角度において、像Ｉ_j（ｊ−０ｎ、ここにおいて、ｎは、獲得すべき像の数である）が獲得される。各々の像は、焦点基準フィルタを通過し（周知の態様で）、焦点基準値の列Ｃ_jを得る。既知の角度φ（カメラがその出発位置から回転する角度）に基づき、変位を計算し、対応するシーン点をコマ毎に比較できるようにする。これにより、像が他の像と整合される。例えば、画素すなわちピクセルＩ_j[５０][７５]は、ピクセルＩ_j+1[５０][１２５]及びＩ_j+2［５０］［１７５］と同じシーン点に対応するかもしれない。すなわち、コマの間に５０単位の変位があると、５０行７５列のコマＩ_jによって撮像されるシーン点は、次のコマの５０行１２５列と、続くコマの５０行１７５列のピクセルによって撮像されるシーン点に相当することになる。上記変位は、コマ毎に等しくする必要はないが、既知であり割り出されなければならない。必要であれば、コマを有する個々のピクセルに関する変位を異ならせることができる。まだ実行されていない場合には、小さな所定の角度φだけカメラを回転させて、ｊを最新化する。この操作は、問題とするシーン全体が撮像されるまで反復される。一実施例によれば、標準的なＣＣＤカメラを変更して、その像平面が、レンズの光軸に関して枢動可能に制御することができるようにし、次に、回転プラットフォームの回転軸線がレンズ中心を通るように、カメラを上記回転プラットフォームに装着することができる。周知の態様で制御される（自動的又は手動で）モータとすることができる４つの直線的なステージ（図示せず）が設けられる。２つのステージは、カメラの中の像平面角度モータの位置を調節する。これは、回転方向の２つの自由度に相当する。第３のステージは、カメラの底部からのＣＣＤボードの高さを制御する（レンズに整合させる）。第４のステージは、カメラの枢動軸に関して、カメラの位置を制御する。光軸と像平面との間の交差点を見い出し、その交差点を、作動の前に、直線的なステージを必要に応じて調節することにより、大まかなカメラの校正を行うことができる。カメラは、レンジ・フロム・フォーカスの手法を実行するので、問題とするシーンの表面は、像の鮮明度を測定することができるように、テクスチャー（ｔｅｘｔｕｒｅ）を有する必要がある。十分なテクスチャー又は特徴を有していないシーンに関しては、当業界で周知のように、補助的な照射を用いて、物体に粗面／特徴を形成することができる。評価の確実性は、表面に存在するテクスチャーの量に応じて改善される。また、評価の信頼性は、評価されるべきレンジの固有の関数である。しかしながら、上述の手法によるレンジの評価は、従来のレンジ・フロム・フォーカスの手法よりもかなり迅速で、従来技術の主要な決定の１つを解消するようなものでなければならない。本発明の好ましい実施例を以上に記載した。本発明の範囲内の種々の変更例及び変形例は、当業者には明らかであろう。本発明は、添付の請求の範囲によってのみ制限を受けるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９４年８月２６日【補正内容】請求の範囲１．光軸及びレンズ中心を有するレンズと、像面に対する垂直線が前記光軸とゼロでない角度αをなす像面を有する、像検知手段と、前記角度αを所定値になるように変化させるための手段と、当該撮像装置を、所定の複数の角度にわたって、所定の軸線の周囲で回転させる手段と、前記所定の角度における複数のシーン点に関する焦点情報を得るための手段と、前記所定の角度におけるシーン点に関して得た前記焦点情報を比較し、個々のシーン点に関する所望の焦点条件に対応する所定の角度を選択する焦点決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。２．請求項１の撮像装置において、少なくとも１つのシーン点から当該撮像装置までのレンジを決定するためのレンジ決定手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。３．請求項１の撮像装置において、当該撮像装置を回転させるための前記手段が、前記レンズ中心と一致する軸線の周囲で、当該撮像装置を回転させることを特徴とする撮像装置。４．請求項２の撮像装置において、前記シーン点の少なくとも１つが、物体のシーン点であり、前記レンジ決定手段が、前記焦点決定手段に応答して、少なくとも１つのシーン点に関する前記所望の焦点条件に対応する前記少なくとも１つの所定の角度に基づき、前記物体から当該撮像装置までのレンジを決定することを特徴とする撮像装置。５．ハウジングと、前記ハウジングの中に位置する光学手段と、前記光学手段に対して所定の距離に位置する複数の撮像要素を具備する撮像手段と、当該撮像装置を、複数の所定の角度にわたって、所定の軸線の周囲で回転させるための手段と、前記所定の角度における複数のシーン点に関する焦点情報を得るための手段と、前記所定の角度におけるシーン点に関して得た前記焦点情報を比較し、個々のシーン点に関する所望の焦点条件に対応する所定の角度を選択する焦点決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。６．請求項５の撮像装置において、シーン点から当該撮像装置までのレンジを決定するためのレンジ決定手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。７．請求項５の撮像装置において、前記シーン点の焦点合わせされた像を生成する手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。８．光軸及びレンズ中心を有するレンズと、像面に対する垂直線が前記光軸と角度αをなす像面を有する像検知手段とを備える撮像装置による方法であって、前記像面に関する角度αの値を予め決定する段階と、前記撮像装置を、複数の所定の角度にわたって、所定の軸線の周囲で回転させる段階と、前記所定の角度における複数のシーン点に関する焦点情報を得る段階と、複数の所定の角度において少なくとも１つのシーン点に関して得られた焦点情報を比較する段階と、前記少なくとも１つのシーン点に関する所望の焦点条件に対応する所定の角度を決定する段階とを備えることを特徴とする方法。９．請求項８の方法において、少なくとも１つのシーン点から前記撮像装置までのレンジを、前記少なくとも１つのシーン点に関する前記所望の焦点条件に対応する所定の角度に基づいて決定する段階を更に備えることを特徴とする方法。１０．請求項８の方法において、前記シーン点の焦点合わせされた像を発生させる段階を更に備えることを特徴とする方法。１１．ハウジングと、前記ハウジングの中に位置する光学手段と、前記光学手段に対して所定の距離に位置する複数の平坦な撮像要素を有すると共に、該撮像要素の面に対する垂直線が、前記光学手段を通る軸線に対してゼロでない角度αをなしている、撮像手段と、前記ハウジングを複数の所定の角度にわたって回転させるための手段と、前記複数の所定の角度における複数のシーン点に関する焦点情報を得るための焦点入手手段と、前記複数の所定の角度におけるシーン点に関する焦点情報を比較するための焦点比較手段と、前記焦点比較手段に応答して、少なくとも１つのシーン点に関する所望の焦点条件に対応する少なくとも１つの所定の角度を選択するための、角度決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。１２．請求項１１の撮像装置において、前記光学手段が、レンズ中心を有するレンズを備え、前記回転手段が、前記レンズ中心と一致する軸線の周囲で前記ハウジングを回転させることを特徴とする撮像装置。１３．請求項１１の撮像装置において、前記角度決定手段に応答して、少なくとも１つのシーン点から当該撮像装置までのレンジを決定するためのレンジ決定手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。１４．請求項１２の撮像装置において、前記撮像手段に応答して、前記複数のシーン点の中の少なくとも１つのシーン点に関して、当該撮像装置までのレンジを評価するための、レンジ評価手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。１５．光軸及びレンズ中心を有するレンズと、複数の撮像要素を有する撮像手段とを備える撮像装置による方法であって、前記光軸に対する前記複数の撮像要素の配列を予め決定する段階と、前記撮像要素を複数の所定の位置にわたって動かす段階と、前記各々の所定の位置において、複数のシーン点を各々有する前記像のコマを、前記複数の撮像要素で検知する段階と、各々のコマの複数のシーン点に関する焦点情報を得る段階と、前記複数の所定の角度において、各々のシーン点に関して得られた焦点情報を比較する段階と少なくとも１つのシーン点に関する所望の焦点条件に対応する少なくとも１つの前記所定の角度を選択する段階とを備えることを特徴とする方法。１６．請求項１５の方法において、前記撮像装置が、前記レンズ中心と一致する軸線の周囲で回転されることを特徴とする方法。１７．請求項１５の方法において、前記少なくとも１つのシーン点のレンジを、該シーン点に関する前記所望の焦点条件に対応する前記少なくとも１つの所定の角度に基づいて決定する段階を更に備えることを特徴とする方法。１８．請求項１５の方法において、前記シーン点の焦点合わせされた像を生成する段階を更に備えることを特徴とする方法。１９．光軸及びレンズ中心を有するレンズと、像面に対する垂直線が、前記光軸と角度αをなす像面を有する像検知手段と、当該撮像装置によって検知された像を処理するためのプロセッサ手段と、前記像検知手段を、所定の角度にわたって、前記レンズ中心を通る軸線の周囲で回転させる手段とを備えることを特徴とする撮像装置。２０．請求項１９の撮像装置において、複数の所定の角度におけるシーン点に関する焦点情報を得るための手段と、前記複数の所定の角度において選択されたシーン点に関して得られた焦点情報を比較し、選択されたシーン点に関して所望の焦点条件が出る角度に対応する所定の角度を選択する、焦点決定手段とを更に備えることを特徴とする撮像装置。２１．請求項１９の撮像装置において、焦点情報を得るための前記手段が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を入手し、前記コマが、複数のシーン点を有しており、前記所定の角度は、前記シーン点が複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする撮像装置。２２．光軸及びレンズ中心を有するレンズと、像面に対する垂直線が前記光軸と角度αをなす像面を有する像検知手段と、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う、複数のシーン点を有する複数のコマ、に関する情報を得るための手段と、前記複数のシーン点の中の第１のシーン点に関して、複数のコマから得られた情報を比較し、前記第１のシーン点に関する所望の条件に対応する少なくとも１つのコマを選択する手段とを備えることを特徴とする撮像装置。２３．請求項２２の撮像装置において、前記所望の条件が、焦点基準値であることを特徴とする撮像装置。２４．請求項２２の撮像装置において、前記角度αを所定の値になるように変化させる手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。２５．請求項２２の撮像装置において、前記像検知手段を、前記シーン点が複数のコマに撮像されるように、選択された複数の角度にわたって、回転させる手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。２６．請求項１の撮像装置において、焦点情報を得るための前記手段が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を入手し、前記コマが、複数のシーン点を有しており、前記所定の角度は、少なくとも前記第１のシーン点が複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする撮像装置。２７．請求項５の撮像装置において、焦点情報を得るための前記手段が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を入手し、前記コマが、複数のシーン点を有しており、前記所定の角度は、前記シーン点が複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする撮像装置。２８．請求項１１の方法において、焦点情報を得るための前記段階が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を得る段階を含み、前記コマが、複数のシーン点を含み、前記所定の角度は、前記シーン点が前記複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする方法。２９．請求項１１の撮像装置において、前記焦点入手手段が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を入手し、前記コマが、複数のシーン点を有しており、前記所定の角度は、前記シーン点が複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする撮像装置。３０．請求項１９の方法において、焦点情報を得るための前記段階が、あるシーンの少なくとも部分的に重なり合う複数のコマに関する焦点情報を得る段階を含み、前記コマが、複数のシーン点を含み、前記所定の角度は、前記シーン点が前記複数のコマに撮像されるように、選択されることを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クリシュナン，アランアメリカ合衆国イリノイ州61801，アーバナ，ノース・マシューズ・アベニュー 405，ユニバーシティ・オブ・イリノイ, ベックマン・インスティチュート (72)発明者アフジャ，ナレンドラアメリカ合衆国イリノイ州61801，アーバナ，ノース・マシューズ・アベニュー 405，ユニバーシティ・オブ・イリノイ, ベックマン・インスティチュート

Claims

【特許請求の範囲】１．撮像装置であって、光軸を有するレンズと、前記光軸に対して角度αをなす垂直線を有する像面を具備する像検知手段と、前記角度αを所定の角度に変えるための手段と、前記像検知手段によって検知された像を処理して、前記像の中に位置するシーン点の範囲を決定するためのプロセッサ手段とを備えることを特徴とする撮像装置。２．請求項１の撮像装置において、前記レンズの中心と一致する軸線の周囲で、当該撮像装置を回転させて、複数の像を検知することを可能とする回転手段を更に備え、前記プロセッサ手段が、前記検知された複数の像を処理して、前記像の中のシーン点の範囲を決定することを特徴とする撮像装置。３．請求項３の撮像装置において、前記回転手段が、複数の所定の段階において、当該撮像装置を所定の角度にわたって回転させることを特徴とする撮像装置。４．請求項１の撮像装置において、当該撮像装置を、所定の軸線の周囲で、所定の複数の角度にわたって回転させて、前記各々の角度におけるシーン点に関する焦点情報を得るための手段と、前記得られた焦点情報を対応するシーン点に関して比較し、所望の焦点条件に対応する角度を決定する焦点決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。５．請求項４の撮像装置において、前記処理手段が、前記焦点決定手段に応答して、前記所望の焦点条件に相当する前記角度に基づき、物体のレンジを決定することを特徴とする撮像装置。６．撮像装置であって、ハウジングと、前記ハウジングの中に設けられた光学手段と、前記光学手段に対して所定の距離に位置する複数の撮像要素を具備する撮像手段と、前記ハウジングを複数の所定の角度にわたって回転させるための第１の手段と、前記複数の所定の角度にある複数のシーン点に関する焦点条件を得るための第２の手段と、前記第２の手段に応答して、前記焦点条件を比較するための第３の手段と、前記第３の手段に応答して、所望の焦点条件に対応する角度を決定するための第４の手段とを備えることを特徴とする撮像装置。７．請求項６の撮像装置において、前記第４の手段に応答して、前記複数のシーン点の範囲を決定するための第５の手段を備えることを特徴とする撮像装置。８．請求項６の撮像装置において、前記第４の手段に応答して、前記シーン点の焦点合わせされた像を生成するための手段を更に備えることを特徴とする撮像装置。９．光軸を有するレンズと、前記光軸に対して角度αをなす垂直線を有する像面を具備する像検知手段とを備える撮像装置において、前記像面に対して角度αを予め決定する段階と、前記レンズの中心線と一致する軸線の周囲で前記撮像装置を回転させる段階と、複数の像を検知する段階と、検知した前記複数の像を処理して、前記像の中のシーン点の範囲を決定する段階とを備えることを特徴とする方法。１０．請求項９の方法において、前記回転させる段階が、前記撮像装置を、複数の所定のステップで、所定の角度にわたって回転させる段階を備えることを特徴とする方法。１１．請求項１０の方法において、前記各々の所定の角度において、前記シーン点に関する焦点条件を得る段階と、１２．前記得られた焦点条件を対応するシーン点と比較する段階と、前記シーン点に関する所望の焦点条件に対応する角度を決定する段階とを更に備えることを特徴とする方法。１３．請求項１１の方法において、前記処理する段階が、前記所望の焦点条件に対応する前記角度に基づき、前記シーン点のレンジを決定する段階を備えることを特徴とする方法。