JP2008268216A - 視空間複数点認知の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 視空間複数点認知の方法を提供する。
【解決手段】 主に本発明視空間複数点認知の方法は多数の一次元光学レンズユニットを利用し構成する光学システム、及びロジック解析の方法を通して複数の点光源の物点座標を測定し取得し、視空間複数の点光源位置を認知するもので、複数の点光源は任意に移動可能で、しかも任意の波長を備え、しかも数量を変えることができるN個の点光源で、光学システムは複数の一次元フォーカス光学レンズユニットにより構成し、ロジック解析方法は像オーバーラップの現象を除去することができ、該複数の点光源の物点座標を計算により取得することができる視空間複数点認知の方法。
【選択図】 図７

Description

本発明は視空間複数点認知の方法に関する。特に多数の一次元光学レンズユニットを利用し構成する光学システム、及びロジック解析の方法を通して、複数の点光源の物点座標を測定、取得し、視空間複数の点光源位置を認知する目的を達成する視空間複数点認知の方法に係る。

視空間点認知の方法に関しては、中華民国特許申請番号：096108692特許、あるいは特願2008-65232に詳述されている。該特許が提出するその内の一つの実施例は、垂直、水平交互に排列するの３個の一次元レンズを利用し、結像点の位置、及び関連する視点引数に基づき、該点光源(物点)位置の座標を算出するものである。しかし、該方法は特定空間排列の複数の点光源には適用されない。
図１に示すように、垂直フォーカスを備える一次元レンズ1(以下の本文ではすべて、双方向矢印の短線により一次元レンズを示し、その矢印の方向はフォーカスの方向を示す)において、しかも異なる垂直位置に位置する点光源o₁、o₂において、その結像の位置はそれぞれi_y1、i_y2で、すなわち垂直方向上において、該一次元レンズ1は該点光源o₁、o₂を解析及び識別することができる。しかし、該垂直フォーカスを備える一次元レンズ1において、Z=Cの平面上(すなわち、光軸に垂直する平面、Z軸は光軸である)に位置し、しかも同一水平線上に位置する点光源o₁、

の結像の位置は相同で、すべてi_y1である。つまり水平方向上において、該一次元レンズ1は該点光源o₁、

を解析及び識別することはできない。

図２に示すように、水平フォーカスを備える一次元レンズ2において、しかも異なる水平位置に位置する点光源o₁、o₂において、その結像の位置はそれぞれi_x1、i_x2で、すなわち水平方向上において、該一次元レンズ2は該点光源o₁、o₂を解析及び識別することができる。しかし、水平フォーカスを備える一次元レンズ2において、Z=Cの平面上(すなわち光軸に垂直する平面、Z軸は光軸である)において、しかも同一垂直線上に位置する点光源o₁、

の結像の位置は相同で、すべてi_x1である。つまり垂直方向上において、該一次元レンズ2は該点光源o₁、

を解析及び識別することはできない。
よって、光軸に垂直な平面(以下、光軸垂直平面と略称)上に位置する複数の点光源において、その位置排列の状態は、もしフォーカス方向と垂直なら、その結像は像オーバーラップの現象を発生し、該複数の点光源の空間位置を解析することはできない。
前記特許のように、３個の固定空間排列を利用する一次元レンズは、複数の点光源にとっては、該複数の点光源中の２点以上で、その空間位置排列の状況が、任意の一次元レンズの光軸垂直平面に並存し、しかも同時に該一次元レンズのフォーカス方向に垂直である時、該一次元レンズは識別の機能を失う。以下に、理論解析を通してこの現象について証明する。

図３は一次元垂直フォーカス光学レンズ結像理論の指示図である。
傍軸点光源の物点P(0,Y_P,Z_P)において、該一次元光学レンズ3の作用を経由後、像点I(0,y_i,0)の位置で結像し、該物点と像点との位置の関係は、式(1)にしめす幾何光学の法則に従う。

(1)
内、l_oは点光源P(0,Y_P,Z_P)のオブジェクト距離で、l_iはイメージ距離で、ｆは一次元光学レンズ3の焦点距離である。別に、幾何光学結像の理論は点光源P(0,Y_P,Z_P)と像点I(0,y_i,0)の間に１本の屈折しない光線を備える。しかも該光線は該一次元光学レンズ3の幾何中心点O_lensを通過する。別に、オブジェクト距離l_oがイメージ距離l_iよりはるかに大きい時には、すなわち

であるとき、

の関係となる。
図４は一次元垂直フォーカス光学レンズ結像特徴の指示図である。
X_P＝0に位置する任意の点光源P(0,Y_P,Z_P)は、一次元垂直フォーカス光学レンズ3の作用を経由後、その結像の特徴は横方向線で、像の位置はI(0,y_i,0)である。別に、同一水平方向上に位置する。他の任意点光源

において、その結像の特徴もまた横方向線で、像の位置もまたI(0,y_i,0)に位置する。よって、P(0,Y_P,Z_P)を軸方向点光源と定義し、

はP(0,Y_P,Z_P)で共役像点光源である。図５は一次元任意方向フォーカス光学レンズ結像特徴の指示図である。
座標系O(X,Y,Z)において、該一次元フォーカス光学レンズのフォーカス方向はZ軸に対してθ角度回転する。別に、座標系O(X,Y,Z)をオーバーラップする新座標系O₁(x,y,z)を定義し、これによりそのx−y軸もまたZ軸に対してθ角度回転する。よって、新座標系O₁(x,y,z)において、P₁(0,y_P,z_P)は軸方向点光源で、

はP₁(0,y_P,z_P)の共役像点光源である。座標系O(X,Y,Z)において、

の座標は

である。

図６は任意の空間に排列する一次元レンズ光学結像の指示図である。
先ず、世界座標係O(X,Y,Z)、或いは別称、視空間座標系を(X_i,Y_i,Z_i)において定義し、点光源

を設置する。内、1≦i≦NのNは任意の整数で、該点光源

の座標は(X_i,Y_i,Z_i)で、物点座標とも呼ばれる。すべての点光源の座標は、物点群座標とも別称され、物点群中心座標を以下の通り定義することができる。

(2)
こうして該世界座標系のZ軸は、先ずそのY軸に対してΘ角度回転後、さらにそのX軸に対してΦ角度回転する。その角度正負値は、右手の法則により定義される。よって、回転後の世界座標系は
Ｏ”(X”,Y”,Z”)
と定義される。別に、多数の像座標系

を定義し、こうして該像座標系

の原点は世界座標系
Ｏ”(X”,Y”,Z”)
の(h_xj,h_yj,h_zj)位置に設置される。図を単純化するため、図６ではh_xjの分量だけを示している。別に、該像座標系

の

軸上にそれぞれに、しかも像座標系からの原点距離がｆ_jである位置に、一次元垂直フォーカスのレンズL_j１個を固設する。該F_jは該一次元レンズL_jの幾何中心点で、ｆ_jは焦点距離である。また、該像座標系

は先ずその

軸に対してθ_j角度回転後、さらにその

軸に対してρ_j角度回転し、その角度正負値は右手の法則に基づき定義される。よって、回転後の像座標系は

と定義される。また、点光源

のオブジェクト距離は焦点距離ｆ_jよりはるかに大きくなるため、その焦点平面は結像面で、しかも像座標系

上に位置し、すなわち

の

平面上である。別に、点光源

については、世界座標系
Ｏ”(X”,Y”,Z”)
において

に位置する。像座標系

においては、

に位置する。また、像座標系

においては、点光源

の軸方向点光源の位置はP_ij(0,y_oij,z_oij)で、その結像位置はI_ij(0,y_sij,0)で、その相互間の幾何光学の関係は、以下の通りである。

(3)
別に、像座標系

と世界座標系O(X,Y,Z)間の座標転換の関係、及び複数の点光源の視空間における幾何排列関係に基づき、使用する必要がある一次元レンズL_jの数量を推論し、世界座標系O(X,Y,Z)における各点光源

の座標位置(X_i,Y_i,Z_i)を算出することができる。以下に詳述する。
像座標系

と世界座標系O(X,Y,Z)間の座標転換の関係は、以下の通りである。

(4)
内、

(5)
で、その内、

(6)
で、R_jlmはΘ,Φ,θ_j,ρ_jの函数である。別に、マトリックスの演算に基づき、

を以下の通りに計算し得ることができる。

(7)
内、

(8)
で、式(7)を展開し、以下を得ることができる。

(9)
式(9)のy_oij、z_oijを式(3)中に代入し、以下を得ることができる。

(10)
内、1≦i≦N、1≦j≦Mで、Nは点光源の個数で、Mは一次元レンズの個数である。
よって、(X_i,Y_i,Z_i)に位置するN個の点光源においては、3N個の独立した方程式がなければ、すべてのN個の点光源の座標(X_i,Y_i,Z_i)を解析することはできない。そのため、少なくとも３個の一次元レンズ(つまりM=3)を使用し、しかも異なる角度に該３個の一次元レンズフォーカスの方向を設置しなければ、3N個の独立方程式の条件を満たすことはできない。しかし、図１、２に示す複数の点光源において、その視空間中において排列する位置が共役の関係を備えるなら、像オーバーラップの現象を生じる。よって、3N個の独立方程式の条件を満たすことができず、すべてのNの点光源位置座標を解析する目的を達成することはできない。これが前特許が成しえない機能である。
もし式(10)に独立した解を持たせようとするなら、上記像オーバーラップの現象を避けなければならない。つまり、N個任意移動の点光源において、しかもすべての一次元レンズの作用後に、N個の独立識別可能な像を生じなければならない。こうすることで、任意の一次元レンズL_jが得るN個の像y_sijはすべて独立し、かつ識別可能となり、すべてのN個の点光源の座標(X_i,Y_i,Z_i)を初めて解析可能となる。よって、特殊空間位置排列において、しかも特殊固定運動状態を維持する複数の点光源において、一次元レンズの方向を特殊排列し、或いは異なる空間位置排列の一次元レンズの個数を増やせば、該複数の点光源空間の位置座標を効果的に解析することができる。しかし、任意運動状態の複数の点光源に対しては、随時発生する可能性がある像オーバーラップ現象を効果的に解決することはできない。但し、式(9)、及び式(3)に基づき、像オーバーラップの現象の発生時に、r_j(Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の値を改変し、つまり座標転換の関係を改変すれば、像オーバーラップの現象を除去することができる。
中華民国特許申請番号：０９６１０８６９２特許 特願２００８−６５２３２

上記公知技術に存在する欠点を解決するため、及び複数の点光源空間位置認知の未達成に鑑み、本発明視空間複数点認知の方法は、特殊空間位置排列、しかも特殊運動状態、或いは任意運動状態の複数の点光源に対して、主に多数の一次元光学レンズにより構成する光学システム、及び像オーバーラップ現象を除去可能なロジック解析方法を利用し、複数の点光源の物点座標を計算し取得し、視空間複数の点光源位置を認知する目的を達成する。

上記課題を解決するため、本発明は下記の視空間複数点認知の方法を提供する。

上記のように、本発明視空間複数点認知の方法は多数の一次元光学レンズユニットを利用し構成する光学システム、及びロジック解析の方法を通して複数の点光源の物点座標を測定し取得し、視空間複数の点光源位置を認知する目的を達成することができる。

第一実施例
図７は本発明第一実施例の光学システム構成指示図である。
視空間中において、任意に移動でき、しかも任意の波長を備え、しかも数量を変えることができるN個の点光源

が存在する。本発明第一実施例の光学システムは主に、３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃により構成し、しかもｆ_j(内、1≦j≦3)は異なるの焦点距離を備え、或いはすべて同様の焦点距離ｆを備える。図を単純化するため、本文では等焦点距離ｆのみ図示する。世界座標系O(X,Y,Z)については、任意回転可能な３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)の原点を、任意の位置に設置、しかも固定する。つまり、(h_x1,h_y1,h_z1)、(h_x2,h_y2,h_z2)、(h_x3,h_y3,h_z3)の任意位置で、それぞれに設置し、或いはその内の一つの横座標軸に固定する。図を単純化するため、本文ではX軸沿い、しかも対称の方式によってのみこれを図示する。すなわち、該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)の原点を(-h,0,0)、(0,0,0)、(h,0,0)位置に設置し、しかも固定する。
初期状態において、該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)のX_j、Y_j、Z_j軸(内、1≦j≦3)はそれぞれ世界座標系O(X,Y,Z)のX、Y、Z軸に平行である。該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)において、それぞれ (0,0,ｆ)位置、つまりZ_j軸のｆ位置には、該３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃を設置かつ固定し、しかもそのフォーカスの方向はY_j軸に平行である。別に、３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)の原点において、それぞれ１個のMx1個感知画素を備え、しかも細長い形状の一次元影像感知装置S₁、S₂、S₃を設置かつ固定する。しかもその長い方の軸の方向は該一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカスの方向にそれぞれ平行である。但し、該一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃の後端に、他の光学レンズユニットをさらに加え、各種像差の現象を修正し、これにより９０°像回転を行う時、該一次元影像感知装置S₁、S₂、S₃長い方の軸の方向は該一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカスの方向にそれぞれ垂直である。主要な光学特徴が一致するため、本文では以下に、この９０°像回転の事例について記述しない。
別に、該世界座標系O(X,Y,Z)は３種の角度の回転を行うことができる。つまり、そのY軸に対して任意のΘ角度の回転を行い、そのX軸に対して任意のΦ角度の回転を行い、しかもそのZ軸に対して任意のΩ角度の回転を行う。こうして世界座標系O(X,Y,Z)の内の任意の一つのΘ、Φ、Ω角度回転はすべて同時に該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)のX_j、Y_j、Z_j座標軸を転動させ、該一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃の光軸Z_jの方向を改変する。別に、該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)もまた２種の角度の回転を行うことができる。つまり、そのY_j軸に対して任意のθ_j角度の回転を行う、及びそのZ_j軸に対して任意のρ_j角度の回転を行う。こうして該像座標系O_j(X_j,Y_j,Z_j)はθ_j、ρ_j角度の回転を行い、つまり同時に該一次元フォーカス光学レンズL_j及び一次元感知器S_jを転動させる。すなわち、上記のどの角度の転動であっても、該一次元フォーカス光学レンズL_jフォーカス方向と該一次元感知器S_j長い方の軸方向間の相対角度は不変を維持する。
前記のように、像オーバーラップの現象の発生時、(θ_j, ρ_j)等角度の値を適当に改変することにより、像オーバーラップの現象を除去し、点光源

の物点座標(X_i,Y_i,Z_i)を計算することができる。この他、物点群の中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算することにより、(Θ,Φ)の改変を通して、別に物点群追跡の目的を達成することができる。そのロジック解析方法のプロセスは以下の通りである。
ステップ1: 先ず、各角度(Ω,Θ,Φ,θ_j, ρ_j)の初期値を設定するが、それは任意の値とすることができる。最適例は、(Ω＝0°,Θ＝0°,Φ＝0°)を設定し、或いはもし物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)が既に分かる時には、(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、こうしてZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準することができる。
ステップ2:点光源

の数量Nを読み込む。
ステップ3:すべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、影像処理により、像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出す。
ステップ4:もしレンズL_jの像点数がN_j≠Nであるなら、ρ_j或いはθ_jの角度を改変、記録後、ステップ3に戻る。もしすべてのレンズL_jの像点数がN_j =Nであるなら、ステップ5に進む。
ステップ5:点光源

の対応像点(y_si1,y_si2,y_si3)を探し出し、式(10)に基づき、物点座標(X_i,Y_i,Z_i) を計算、出力する。
ステップ6:式(2)に基づき、物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算、出力する。
ステップ7:(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準し、物点群追跡の目的を達成する。
ステップ8:ステップ2に戻る。

第二実施例
図８は本発明第二実施例の光学システム構成指示図である。
本発明第二実施例の光学システムの構成は第一実施例と相同であるが、θ₁＝θ₂＝θ₃＝0°で、しかも該３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカスの方向は、それぞれρ₁＝90°、ρ₂＝0°、ρ₃＝90°である。つまり、該３個の一次元影像感知装置S₁、S₂、S₃長い方の軸の方向は３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカス方向に平行な方向に設定する。前記のように、像オーバーラップの現象が発生した時には、ρ_j等角度の値を適当に改変することで、像オーバーラップの現象を除去することができ、点光源

の物点座標(X_i,Y_i,Z_i)を計算することができる。この他、物点群の中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算することにより、(Θ,Φ)の改変を通して、別に物点群追跡の目的を達成することができる。そのロジック解析方法プロセスは以下の通りである。
ステップ1: 先ず、各角度(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の初期値をそれぞれ(θ₁＝0°,θ₂＝0°,θ₃＝0°)、(ρ₁＝90°,ρ₂＝0°,ρ₃＝90°)に設定する。(Ω,Θ,Φ)は任意の角度とすることができ、最適例は、(Ω＝0°,Θ＝0°,Φ＝0°)で、或いはもし物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)が既に分かる時には、(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、こうしてZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準することができる。
ステップ2:点光源

の数量Nを読み込む。
ステップ3:すべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、影像処理により、像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出す。
ステップ4:もしレンズL_jの像点数がN_j≠Nであるなら、ρ_j角度を改変、記録後、ステップ3に戻る。もしすべてのレンズL_jの像点数がN_j =Nであるなら、ステップ5に進む。
ステップ5:点光源

の対応像点(y_si1,y_si2,y_si3)を探し出し、式(10)に基づき、物点座標(X_i,Y_i,Z_i) を計算、出力する。
ステップ6:式(2)に基づき物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算、出力する。
ステップ7:(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準でき、物点群追跡の目的を達成する。
ステップ8:ステップ2に戻る。

第三実施例
図９は本発明第三実施例の光学システム構成指示図である。
本発明第三実施例の光学システムの構成は第二実施例と相同であるが、θ₁＝θ、θ₂＝0、θ₃＝-θで、すなわち該３個の像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)のZ_j座標軸は一点に交差する。該点は視点V(X_V,Y_V,Z_V)である。Θ、Φ及びθの角度に基づき、視点の座標V(X_V,Y_V,Z_V)を算出することができる。別に、該３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカスの方向は、それぞれρ₁＝90°、ρ₂＝0°、ρ₃＝90°である。こうして、該３個の一次元影像感知装置S₁、S₂、S₃長い方の軸の方向はまた、該３個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃フォーカスの方向にそれぞれ平行である。前記のように、像オーバーラップの現象が発生した時には、ρ_j等角度の値を適当に改変することで、像オーバーラップの現象を除去することができ、点光源

の物点座標(X_i,Y_i,Z_i)を計算することができる。この他、物点群の中心座標を計算することで、(Θ,Φ)の改変を通して、別に物点群追跡の目的を達成することができる。そのロジック解析方法プロセスは以下の通りである。
ステップ1:先ず、各角度(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の初期値を、それぞれ(θ₁＝θ,θ₂＝0°,θ₃＝-θ)、(ρ₁＝90°,ρ₂＝0°,ρ₃＝90°)に設定する。(Ω,Θ,Φ)は任意の角度で、最適例は、(Ω＝0°,Θ＝0°,Φ＝0°)で、或いはもし物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)が既に分かる時には、(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準することができる。
ステップ2:点光源

の数量Nを読み込む。
ステップ3:すべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、影像処理により、像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出す。
ステップ4:もしレンズL_jの像点数がN_j≠Nであるなら、ρ_j角度を改変、記録後、ステップ3に戻る。もしすべてのレンズL_jの像点数がN_j=Nであるなら、ステップ5に進む。
ステップ5:点光源

の対応像点(y_si1,y_si2,y_si3)を探し出し、式(10)に基づき、物点座標 (X_i,Y_i,Z_i) を計算、出力する。
ステップ6:式(2)に基づき物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算、出力する。
ステップ7:(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準でき、物点群追跡の目的を達成する。
ステップ8:ステップ2に戻る。

第四実施例
図１０は本発明第四実施例の光学システム構成指示図である。
本発明第四実施例の光学システムの構成は第三実施例と相同であるが、像オーバーラップの現象が発生する時、Ω角度の値を適当に改変することで、像オーバーラップの現象を除去することができ、点光源

の物点座標(X_i,Y_i,Z_i)を計算することができる。この他、物点群の中心座標を計算することで、(Θ,Φ)の改変を通して、別に物点群追跡の目的を達成することができる。そのロジック解析方法プロセスは以下の通りである。
ステップ1:先ず、各角度(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の初期値をそれぞれ(θ₁＝θ,θ₂＝0°,θ₃＝-θ)、(ρ₁＝90°,ρ₂＝0°, ρ₃＝90°)に設定する。(Ω,Θ,Φ)は任意の角度で、最適例は、(Ω＝0°,Θ＝0°,Φ＝0°)で、或いはもし物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)が既に分かる時には、(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準することができる。
ステップ2:点光源

の数量Nを読み込む。
ステップ3:すべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、影像処理により、像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出す。
ステップ4:もしレンズL_jの像点数がN_j≠Nであるなら、Ωの角度を改変、記録後、ステップ3に戻る。もしすべてのレンズL_jの像点数がN_j=Nであるなら、ステップ5に進む。
ステップ5:点光源

の対応像点(y_si1,y_si2,y_si3)を探し出し、式(10)に基づき、物点座標(X_i,Y_i,Z_i) を計算、出力する。
ステップ6:式(2)に基づき物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算、出力する。
ステップ7:(Θ,Φ,θ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準でき、物点群追跡の目的を達成する。
ステップ8:ステップ2に戻る。

第五実施例
図１１は本発明第五実施例の光学システム構成指示図である。
本明第五実施例の光学システムの構成と第四実施例は相同であるが、Ωを角速度ω₀により回転させる。そのロジック解析方法プロセスは以下の通りである。
ステップ1:先ず、各角度(Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の初期値をそれぞれ(θ₁＝θ,θ₂＝0°,θ₃＝-θ)、(ρ₁＝90°,ρ₂＝0°,ρ₃＝90°)に設定する。(Θ,Φ)は任意の角度で、最適例は、(Θ＝0°,Φ＝0°)で、或いはもし物点群中心座標 (X_C,Y_C,Z_C)が既に分かる時には、(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準することができる。最後に、Ωを角速度ω₀により回転させる。
ステップ2:点光源

の数量Nを読み込む。
ステップ3:Ω角度、及びすべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、影像処理により、像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出す。
ステップ4:もしレンズL_jの像点数がN_j≠Nであるなら、ステップ3に戻る。もしすべてのレンズL_jの像点数がN_j=Nであるなら、ステップ5に進む。
ステップ5:点光源

の対応像点(y_si1,y_si2,y_si3)を探し出し、式(10)に基づき、物点座標(X_i,Y_i,Z_i) を計算、出力する。
ステップ6:式(2)に基づき物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算、出力する。
ステップ7:(Θ,Φ)の角度を改変、記録し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準でき、物点群追跡の目的を達成する。
ステップ8:ステップ2に戻る。

第六実施例
図１２は本発明第六実施例の光学システム構成指示図である。
本発明第六実施例の光学システムの構成の特徴とロジック解析方法は共に第一〜五実施例と相同であるが、それが使用する一次元フォーカス光学レンズの数量は、３個以上である。図を単純化するために、ここでは４個により表示する。

第七実施例
図１３は本発明第七実施例の光学システム構成指示図である。
本発明第七実施例の光学システムは主に、４個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃、L₄及び４個の一次元影像感知装置S₁、S₂、S₃、S₄により構成する。４個の一次元フォーカス光学レンズL₁、L₂、L₃、L₄はそれぞれｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄の焦点距離を備える。世界座標系O(X,Y,Z)において、その像座標系O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)、O₄(X₄,Y₄,Z₄)の原点は、それぞれ（0,h,0）、（0,0,0）、（-H,0,H）、（H,0,H）位置に設置する。しかもそれぞれθ₁＝0°、θ₂＝0°、θ₃＝90°、θ₄＝-90°及びρ₁＝90°、ρ₂＝0°、ρ₃＝90°、ρ₄＝90°等の角度を備える。別に、本第七実施例のロジック解析方法はすべて第一〜五実施例と相同である。
本発明の方法特徴及び各実施例はすべて上記に詳細に掲示した。これにより本発明は目的及び機能の両面において、実施の進?性、産業上の利用価値を備え、しかも現在市場では運用されていないことは明らかである。よって特許法の精神により、本発明は特許申請の要件を完全に満たしている。
上記は本発明の実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明の特許申請範囲に基づき行う均等変化と修飾はすべて、本発明の特許範囲に含まれるものとする。

垂直フォーカスを備える一次元レンズ結像理論の指示図である。 水平フォーカスを備える一次元レンズ結像理論の指示図である。 一次元垂直フォーカス光学レンズ結像理論の指示図である。 一次元垂直フォーカス光学レンズ結像特徴の指示図である。 任意の方向にフォーカスする一次元光学レンズ結像特徴の指示図である。 任意の空間に排列する一次元レンズ光学結像の指示図である。 本発明第一実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第二実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第三実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第四実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第五実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第六実施例の光学システム構成指示図である。 本発明第七実施例の光学システム構成指示図である。

符号の説明

1、3 垂直フォーカスを備える一次元レンズ
2 水平フォーカスを備える一次元レンズ

O_lens 一次元光学レンズの幾何中心点
i_x1、i_x2、i_y1、i_y2 線状の像
l₀ オブジェクト距離
l_i イメージ距離
ｆ、ｆ_i 焦点距離
X、Y、Z 視空間座標軸
C 常数
P(0,Y_P,Z_P)、P₁(0,y_P,z_P) 軸方向点光源
I(0,y_i,0) 像点

O(X,Y,Z) 視空間座標系(世界座標系)及びその座標軸
O₁(X₁,Y₁,Z₁)、O₂(X₂,Y₂,Z₂)、O₃(X₃,Y₃,Z₃)、O₄(X₄,Y₄,Z₄)、O_j(X_j,Y_j,Z_j) 像座標系及びその座標軸

I_ij(0,y_sij,0) P_ij(0,y_oij,z_oij)の像

r_j(Θ,Φ,θ_j,ρ_j) R_j(Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の反マトリックス
Θ 世界座標系O(X,Y,Z)のそのY軸に対する回転角度
Φ 世界座標系O(X,Y,Z)のそのX軸に対する回転角度
Ω 世界座標系O(X,Y,Z)のそのZ軸に対する回転角度
θ_j 像座標系O_j(X_j,Y_j,Z_j)のそのY_j軸に対する回転角度
ρ_j 像座標系O_j(X_j,Y_j,Z_j)のそのZ_j軸に対する回転角度
N 点光源の個数
M 整数
L₁、L₂、L₃、L_j 一次元フォーカス光学レンズ
(h_x1,h_y1,h_z1) 世界座標系におけるO₁(X₁,Y₁,Z₁)原点の位置
(h_x2,h_y2,h_z2) 世界座標系におけるO₂(X₂,Y₂,Z₂)原点の位置
(h_x3,h_y3,h_z3) 世界座標系におけるO₃(X₃,Y₃,Z₃)原点の位置
S₁、S₂、S₃ 一次元影像感知装置
(X_C,Y_C,Z_C) 世界座標系における物点群の中心座標

ω₀ 角速度

Claims (23)

1. 視空間複数点認知の方法は主に以下のパーツ及び方法により構成し、
   複数の点光源は任意に移動可能で、しかも任意の波長を備え、しかも数量を変えることができるN個の点光源で、
   光学システムは複数の一次元フォーカス光学レンズユニットにより構成し、
   ロジック解析方法は像オーバーラップの現象を除去することができ、該複数の点光源の物点座標を計算により取得することができることを特徴とする視空間複数点認知の方法。
2. 前記複数の点光源は主動式点光源で、自ら点状の発散光を発射することができ、または受動式点光源で、該点光源は点状の反射光であることを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
3. 前記一次元フォーカス光学レンズユニットは一次元フォーカス光学レンズ、及び細長い形状の一次元影像感知装置により構成することを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
4. 前記一次元フォーカス光学レンズユニットは一次元フォーカス光学レンズ、像差修正レンズユニット、及び細長い形状の一次元影像感知装置により構成することを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
5. 前記光学システムは３組の一次元フォーカス光学レンズユニットにより構成することを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
6. 前記光学システムは少なくとも４組以上の一次元フォーカス光学レンズユニットにより構成することを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
7. 前記一次元フォーカス光学レンズのフォーカス方向と該一次元影像感知装置の長い方の軸方向の関係は同一方向であることを特徴とする請求項３記載の視空間複数点認知の方法。
8. 前記一次元フォーカス光学レンズのフォーカス方向と該一次元影像感知装置の長い方の軸方向の関係は同一方向、或いは垂直であることを特徴とする請求項４記載の視空間複数点認知の方法。
9. 前記一次元フォーカス光学レンズユニットは視空間中の装置において、任意の位置に排列可能であることを特徴とする請求項５或いは６記載の視空間複数点認知の方法。
10. 前記一次元フォーカス光学レンズズユニットの視空間中におけるフォーカス方向は任意の方向に設置可能であることを特徴とする請求項５或いは６記載の視空間複数点認知の方法。
11. 前記一次元フォーカス光学レンズユニットの焦点距離は任意の焦点距離或いは等焦点距離の内の一つであることを特徴とする請求項５或いは６記載の視空間複数点認知の方法。
12. 前記すべての一次元フォーカス光学レンズユニット位置の設置は視空間座標系の横軸沿い、並びに等距離間隔で、しかも視空間座標原点に対称な方式で排列可能であることを特徴とする請求項５或いは６記載の視空間複数点認知の方法。
13. 前記ロジック解析方法は主に以下の手順により構成し、
    初期状態設定の手順は主に光学システム中の各一次元フォーカス光学レンズユニットに対して各角度(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)の初期状態値を設定、記録し、また点光源
    

    

    の数量Nを読み込むことができ、
    影像処理の手順は主にすべての一次元レンズL_jの影像を読み取り、該影像処理の方式により像点数量N_jと像点座標y_sijを取り出し、
    像オーバーラップ除去の手順は主に像オーバーラップ現象の発生時、レンズL_jの像点数がN_j≠Nである時、該一次元フォーカス光学レンズユニットのフォーカス方向の改変を通して、像オーバーラップ現象を除去し、
    像対応と物点座標計算の手順は主に対応するロジックを通して、点光源
    

    

    の対応像点y_sijを探し出した後、物点座標(X_i,Y_i,Z_i)を計算により取得し、
    物点群追跡の手順は主に物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)を計算後、本光学システム光軸の角度を改変し、こうして該光軸は物点群中心座標に照準することができ、物点群追跡の目的を達成することを特徴とする請求項１記載の視空間複数点認知の方法。
14. 前記(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)初期状態の設定において、該(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)は任意の値で、或いは(Ω,Θ,Φ)は(Ω＝0°,Θ＝0°,Φ＝0°)と設定可能で、もし物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)が既に分かるなら、(Θ,Φ)の角度を改変し、記録し、これによりZ軸は (X_C,Y_C,Z_C)に照準可能であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
15. 前記(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)初期状態の設定において、一次元フォーカス光学レンズユニットの数が3個であるとき、該(θ_j,ρ_j)は(θ₁＝0°,θ₂＝0°,θ₃＝0°)、
    (ρ₁＝90°,ρ₂＝0°,ρ₃＝90°)であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
16. 前記(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)初期状態の設定において、一次元フォーカス光学レンズユニットの数が3個であるとき、該(θ_j,ρ_j)は(θ₁＝θ,θ₂＝0°,θ₃＝-θ)、(ρ₁＝90°,
    ρ₂＝0°,ρ₃＝90°)で、しかもθ≧0°であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
17. 前記像オーバーラップ除去の手順において、ρ_j、θ_j或いはΩの内の一つの角度を調整することにより、像オーバーラップ除去の目的を達成することを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
18. 前記像オーバーラップ除去の手順において、等角速度によりΩの角度を回転することで像オーバーラップ除去の目的を達成することを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
19. 前記物点座標(X_i,Y_i,Z_i)の計算方法は
    

    

    であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
20. 前記物点群中心座標(X_C,Y_C,Z_C)の計算方法は
    

    

    であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
21. 前記物点群追跡の方法は(Θ,Φ)の角度を調整し、これによりZ軸は(X_C,Y_C,Z_C)に照準可能で、物点群追跡の目的を達成することを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。
22. 前記４組の一次元フォーカス光学レンズユニットの各像座標系の原点は、視空間座標系中において、(0,h,0)、(0,0,0)、(-H,0,H)、(H,0,H)位置に設置可能で、その内のhとHは実数であることを特徴とする請求項６記載の視空間複数点認知の方法。
23. 前記(Ω,Θ,Φ,θ_j,ρ_j)初期状態の設定において、一次元フォーカス光学レンズユニットの数が４個であるとき、該(θ_j,ρ_j)は(θ₁＝0°,θ₂＝0°,θ₃＝90°,θ₄＝-90°)、 (ρ₁＝90°,ρ₂＝0°,ρ₃＝90°,ρ₄＝90°)であることを特徴とする請求項１３記載の視空間複数点認知の方法。

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