Световой проектор и видеосистема для определения расстояния - RU2608690C2
Код документа: RU2608690C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к световому проектору и связанной с ним видеосистеме и, в частности (но не всецело), к подходам для обнаружения характеристик объектов, получаемых из отражений проецируемого света.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Появляющаяся и возрастающая практичность сложной обработки сигналов и в большей степени контролируемых оптических элементов привела к тому, что видеосистемы становятся все более сложными и обеспечивают все больше расширенных функциональных возможностей. Действительно, оптические системы или видеосистемы все больше используются, для того чтобы обеспечивать автоматизированное выполнение функций или выполнение функций с помощью автоматизированных устройств, как то обнаружение объекта, определение расстояния и т.д.
В качестве примера заявка на патент США US 7012750 описывает систему, в которой оптическая картина проецируется на объект и используется для фокусировки камеры. Система включает в себя средство обнаружения фокуса, которое регулирует фокусировку камеры до тех пор, пока картина не будет в фокусе. Описанная система генерирует оптическую картину (изображение) путем отправки когерентного лазерного излучения через массив микролинз. Дифракция массива микролинз приводит к тому, что когерентное лазерное излучение генерирует интерференционную картину с пиками, вызываемыми конструктивной интерференцией, и впадинами, вызванными деструктивной интерференцией. Заявка US 7012750 описывает использование неизотропной матричной линзы, чтобы обеспечить линейную интерференционную картину, которая проецируется на объект, чтобы способствовать автофокусировке.
В качестве другого примера было предложено проецировать различные картины на разных фокусных расстояниях так, что объекты на различных расстояниях могут отражать различные картины. Однако такие мультифокусные системы имеют тенденцию к тому, чтобы быть относительно сложными, негибкими, дорогостоящими и субоптимальными.
Кроме того, хотя предлагались все более развитые и сложные варианты применения оптических картин, они имеют тенденцию к тому, чтобы быть ограниченными специальными вариантами применения или действовать субоптимально.
Таким образом, улучшенные или усовершенствованные системы могли бы быть полезны, включая подходы, обеспечивающие дополнительную функциональность, применение, гибкость, более простую реализацию, более низкую стоимость и/или которые обеспечивают более высокую эффективность в отношении существующих сегодня подходов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, задачей изобретения является уменьшение, смягчение или устранение одного или нескольких из перечисленных выше недостатков, по отдельности или в любой комбинации.
В соответствии с аспектом изобретения предусмотрен световой проектор, содержащий структуру (набор) многослойных оптических элементов; данный набор содержит: группу из по меньшей мере одного оптического элемента, скомпонованного так, чтобы обеспечивать множество световых картин; и массив микролинз, скомпонованный так, чтобы фокусировать множество световых картин на разных фокусных расстояниях.
Изобретение может обеспечить световой проектор с дополнительными функциями, подходящими для множества различных вариантов применения. Изобретение может, в частности, обеспечить средство невысокой сложности и/или невысокой стоимости для генерации мультифокусных оптических изображений (картин), которые могут отражаться от объектов. Различные характеристики объектов могут определяться исходя из картин проекций на объектах. Использование массива микролинз вместе с множеством оптических световых картин обеспечивает особенно эффективное применение. Световой проектор может обеспечивать особо эффективную генерацию оптических картин, сфокусированных на разных расстояниях от светового проектора.
Микролинзы могут быть специально скомпонованы, чтобы фокусировать световые картины на разных расстояниях в результате преломления света, падающего на каждую из микролинз. Массив микролинз может во множестве сценариев преимущественно быть массивом изотропных микролинз.
В некоторых вариантах осуществления структура может конкретно быть набором объектов.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один оптический элемент и/или массив микролинз могут быть по существу планарными.
Элемент или оптический слой может считаться планарным, если он по существу плоский. Например, элемент или слой может считаться планарным, если отклонение от двухмерной плоскости составляет менее 10% от максимальной протяженности активной области в двухмерной плоскости. Активная область может быть площадью, участвующей в активной части сгенерированного изображения. Группа планарных оптических элементов может содержать один или несколько оптических элементов.
(Планарный) оптический элемент может в некоторых вариантах осуществления быть изогнутым до некоторой степени. В частности, изогнутый элемент может считаться планарным, если его толщина составляет, например, максимум 5% от радиуса изгиба.
Световой проектор может использовать световое излучение в направлении от группы планарных оптических элементов к массиву микролинз.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, световой проектор содержит источник света, расположенный так, что свет от источника света распространяется через группу из по меньшей мере одного оптического элемента к массиву микролинз; и при этом группа из по меньшей мере одного оптического элемента содержит по меньшей мере один ослабляющий свет оптический элемент, имеющий ослабляющее свет изображение (картину), соответствующее световому изображению из множества световых изображений.
Это может обеспечить особенно эффективную, несложную, недорогую и/или улучшенную генерацию оптических изображений на разных расстояниях. Во многих вариантах осуществления подход может допускать использование недорогих источников света и оптических элементов. Действительно, в некоторых вариантах осуществления источник света низкой стоимости, обеспечивающий рассеянный свет, может использоваться с несложными оптическими элементами в виде прозрачных подложек, переносящих непрозрачные или полупрозрачные изображения (картины), например, напечатанные на них.
Первая группа оптических элементов может быть расположена между источником света и массивом микролинз.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, группа из по меньшей мере одного оптического элемента содержит по меньшей мере один излучающий свет элемент, скомпонованный так, чтобы испускать пространственное световое изображение, соответствующее по меньшей мере одному изображению из множества световых изображений.
Это может обеспечить во многих вариантах осуществления повышенную эффективность, пониженное энергопотребление, повышенную гибкость или упрощенное применение. Например, это может устранить потребность во включении отдельного источника света. По меньшей мере один планарный излучающий свет элемент может, таким образом, не только распространять свет, но может сам производить его, формируя световую картину. Так, по меньшей мере один планарный излучающий свет элемент может быть активно создающим свет элементом с сформированным светом, соответствующим изображению из множества световых изображений.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, по меньшей мере один планарный излучающий свет элемент представляет собой матрицу органического светоизлучающего диода (OLED).
Это может обеспечить особенно преимущественное применение с точными оптическими изображениями, генерируемыми при поддержании стоимости и энергопотребления на низком уровне. Кроме того, OLED может быть особенно эффективным, когда используется в сценариях, при которых световой проектор в дополнение к световым изображениям также излучает другой свет, такой, например, как рассеянный свет на других частотах, чем те, что используются для световых изображений.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, группа из по меньшей мере одного оптического элемента содержит множество оптических элементов с фигурным изображением, каждый оптический элемент с фигурным изображением, имеющий отличную фиксированную картину изображение), соответствующую картине (изображению) из множества световых изображений.
Это может обеспечить особенно эффективную, несложную, недорогую и/или улучшенную генерацию оптических изображений на разных расстояниях. Во многих вариантах осуществления подход может допускать использование недорогих источников света и оптических элементов. Действительно, в некоторых вариантах осуществления источник света низкой стоимости, обеспечивающий рассеянный свет, может использоваться с несложными оптическими элементами в виде прозрачных подложек, переносящих непрозрачные или полупрозрачные изображения, например, напечатанные на них.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, световой проектор выполнен так, чтобы излучать по меньшей мере несколько из световых изображений одновременно.
Это может во многих вариантах осуществления допустить особенно эффективное применение и может уменьшить стоимость или сложность. Подход может, кроме того, допускать, что, например, видеосистемы обнаружения могут предполагать, что изображения всегда присутствуют. Подход может, к примеру, допускать, что различные изображения рассматриваются при анализе одного изображения, даже при коротком периоде затвора.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, световой проектор выполнен так, чтобы излучать по меньшей мере несколько из световых изображений одновременно.
Это может во многих вариантах осуществления допустить особенно эффективное применение и может снизить стоимость или сложность и/или может обеспечить улучшение рабочих характеристик. Это может, к примеру, устранить потребность во множестве оптических элементов с фигурным изображением. Подход может дополнительно быть чрезвычайно пригодным для вариантов применения, в которых световые изображения генерируются динамически контролируемыми оптическими элементами, так как это зачастую может обеспечить изображениям возможность гибко генерироваться.
В соответствии с опциональным признаком изобретения по меньшей мере один оптический элемент из группы из по меньшей мере одного оптического элемента представляет собой программируемый оптический массив контролируемых элементов, способных изменять оптическую характеристику в ответ на сигнал управления; и световой проектор дополнительно содержит средство для генерации сигнала управления, чтобы обеспечить по меньшей мере одно из множества световых изображений.
Это может обеспечить особенно благоприятное функционирование и/или применение во многих вариантах реализации. Например, это может обеспечить изображениям возможность быть адаптированными к специальным характеристикам. Оптическая характеристика может быть по меньшей мере одной из характеристик испускания света или ослабления света.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, множество световых изображений (картин) - инфракрасные световые изображения (картины).
Это может быть особенно преимущественным во многих сценариях. Изобретение может, например, обеспечить невидимое оптическое формирование изображения, которое может использоваться видеосистемой для достижения характеристик, не будучи отвлекающей или неудобной для пользователей.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, световой проектор дополнительно содержит источник видимого света, выполненный так, чтобы испускать видимый свет через массив микролинз.
Световой проектор может, в частности, обеспечить излучение видимого света без формирования вместе с невидимыми оптическими световыми картинами. Таким образом, один световой проектор может использоваться не только для, например, освещения пространства, но и для дополнительного формирования изображений, которое может использоваться, чтобы анализировать пространство. Видимый свет может быть, в частности, некогерентным, рассеянным светом. Видимый свет в некоторых вариантах реализации может распространяться через по меньшей мере одну из групп оптических слоев.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, по меньшей мере несколько из множества световых изображений (картин) - повторяющиеся картины (изображения), имеющие различные пространственные повторяющиеся картины (изображения) относительно друг друга.
Это может обеспечить высокоэффективное использование характеристик массива микролинз, чтобы обеспечить различные расстояния фокусирования, только изменяя пространственные расстояния повторения для повторяющихся картин (изображений). В частности, изображение может быть сформировано пространственно повторяющимися сегментами изображения с взаимосвязью между шагом массива микролинз и шагом повторения сегмента изображения, определяющим фокусное расстояние. В некоторых вариантах осуществления шаг повторения сегмента изображения может быть преимущественно больше, чем шаг между микролинзами и массивом микролинз. В некоторых вариантах осуществления шаг повторения сегмента изображения может быть преимущественно меньше, чем шаг между микролинзами и массивом микролинз.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, световой проектор дополнительно содержит проекционную линзу, расположенную напротив массива микролинз из группы по меньшей мере из одного оптического элемента; и при этом фокальная поверхность для каждого из световых изображений посредством массива микролинз находится на стороне плоскости проекционной линзы по направлению к массиву микролинз.
Это может улучшить световое излучение во многих вариантах осуществления. В частности, это может сделать возможным фокусирование оптических элементов на расстояниях, больших, чем типично достигаемые с использованием только лишь массивов микролинз. Таким образом, это может способствовать фокусировке посредством массива микролинз путем переноса фокусных плоскостей микролинз в фокусные плоскости на дальние расстояния.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, по меньшей мере одно из световых изображений скомпоновано так, чтобы обеспечивать по меньшей мере одну неплоскую фокусную поверхность и по меньшей мере одну фокусную поверхность, не параллельную плоскости массива микролинз.
Изобретение может обеспечивать очень гибкие фокусирующие поверхности, которые могут быть адаптированы для конкретного применения и/или среды. Подход может улучшить рабочие характеристики и/или может допустить дополнительные варианты применения. Например, одно или несколько оптических изображений могут быть скомпонованы так, чтобы в итоге быть в фокусной плоскости, которая наклоняется относительно плоскости массива микролинз.
В соответствии с аспектом изобретения, предусмотрена видеосистема обнаружения, содержащая: вышеописанный световой проектор; приемник для приема изображения от камеры; детектор картин, скомпонованный так, чтобы выполнять обнаружение картины (изображения) для картин в изображении, соответствующих множеству световых изображений; и схему для определения характеристики объекта, отражающего свет от светового проектора в ответ на обнаружение картины (изображения).
Указанный подход может обеспечивать несложное и/или улучшенное обнаружение характеристик объекта на основе проецированных оптических картин (изображений). Изображение может быть кадром видеопоследовательности, и система может использовать множество кадров, чтобы определить характеристику.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, характеристика - по меньшей мере одно из перечисленного далее: присутствие объекта; расстояние до объекта; индикация позиции объекта; размер объекта; движение объекта; и оценка формы объекта.
Этот подход может обеспечивать несложное и/или улучшенное обнаружение ряда характеристик объекта, отражающего свет, излучаемый от светового проектора.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут ясны из варианта (вариантов) осуществления, описанных ниже, и раскрытых со ссылкой на них.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будут описаны только в виде примера, со ссылкой на чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.2 представляет собой иллюстрацию примера световых изображений для светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.3 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.4 представляет собой иллюстрацию примера световых изображений для светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.5 является примерной иллюстрацией концепции фокусировки света с массивом микролинз;
Фиг.6 представляет собой иллюстрацию примера световых изображений для светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.7 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.8 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.9 и фиг.10 иллюстрируют примеры проецирования световых изображений от светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.11 представляет собой иллюстрацию примера элементов видеосистемы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.12 представляет собой иллюстрацию примера проецирования световых изображений от светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.13 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.14 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.15 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.16 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг.17 представляет собой иллюстрацию примера элементов светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 иллюстрирует пример светового проектора в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
В примере световой проектор содержит структуру элементов, которая, в частности, представляет собой набор многослойных пленарных оптических элементов. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления могут использоваться, например, изогнутые элементы.
В примере набор содержит (в направлении, противоположном световому излучению) массив 101 микролинз и группу пленарных оптических элементов 103 для обеспечения световых изображений (здесь и далее также именуемых элементами изображения или слоями). Группа планарных оптических элементов 103, таким образом, обеспечивает множество световых изображений для массива 101 микролинз, который обеспечивает эффект фокусировки световых изображений так, что они фокусируются на разных фокусных расстояниях.
В конкретном примере световой проектор дополнительно содержит внутренний источник 105 света, который в примере является планарным источником света. Планарный источник 105 света может, например, быть генерирован как массив источников света, таких как светодиоды (LED), или посредством рассеяния планарного оптического элемента, например, свет, подаваемый от границы элемента по поверхности элемента.
Внутренний источник 105 света излучает свет, который распространяется через группу 103 планарных оптических элементов к массиву 101 микролинз. В примере внутренний источник 105 света генерирует некогерентный рассеянный свет. Это может быть благоприятным во многих вариантах осуществления и типично может приводить к значительному снижению стоимости, так как источники рассеянного света имеют тенденцию к тому, что иметь гораздо более низкую стоимость по сравнению с источниками когерентного света, такими как источники лазерного излучения. Кроме того, во многих вариантах осуществления источник может обеспечивать в большей степени управляемый и однородный свет. В частности, чувствительность и вероятность появления нежелательных явлений интерференции могут быть значительно снижены.
В примере, группа 103 оптических элементов показана включающей в себя три элемента 107, 109, 111 изображения, которые являются ослабляющими свет оптическими элементами, по которым проходит ослабляющее свет изображение. Элементы 107, 109, 111 изображения в частности имеют непрозрачное изображение на прозрачной основе. Контраст между непрозрачными и прозрачными участками может быть преимущественно не меньше чем 10:1 и еще преимущественно не меньше чем 100:1. Такой подход может во многих сценариях быть очень благоприятным, так как может привести к низкой стоимости и простоте применения. Например, элементы изображения из примера на фиг.1 могут легко генерироваться как подложки из недорогого пластика, на которых непрозрачные изображения были напечатаны с помощью лазерного принтера.
Таким образом, группа оптических элементов создает набор световых картин (изображений) (эквивалентных различным субизображениям, формирующим составное изображение из множества элементов 107-111 изображения).
Световые изображения распространяются к массиву 101 микролинз, который производит эффект фокусировки так, что различные световые изображения фокусируются на разных расстояниях по отношению к массиву 101 микролинз.
В примере фиг.1, массив 101 микролинз - массив изотропных микролинз, где все линзы в основном одинаковы, например, все измерения (длина, ширина, высота) могут быть в пределах производственного допуска. Типично они могут варьироваться менее чем на 10%. Кроме того, микролинзы могут быть расположены симметрично в двух планарных направлениях, то есть шаг может быть по большей части идентичным в горизонтальном и вертикальном направлениях. Такие массивы изотропных микролинз не только могут обеспечивать улучшенные оптические характеристики во многих вариантах осуществления, но и способны также снизить стоимость, так как являются более простыми в производстве. В примере, микролинзы могут иметь размер приблизительно 1 мм, но следует понимать, что он может изменяться в различных вариантах осуществления. В большинстве вариантов осуществления шаги микролинз от 0,3 мм до 5 мм являются преимущественными.
В примере фиг.1 фокусировка на множестве расстояний достигается путем взаимодействия между изображениями и микролинзами. В частности, эффект воздействия микролинз на изображение контролируется, чтобы получались различные фокусные расстояния. Таким образом, результат достигается путем конструирования изображения так, что эффект фокусировки массива микролинз различен для разных изображений.
В примере это, в частности, достигается изображениями, являющимися повторяющимися изображениями, в которых сегмент изображения пространственно повторяется. В частности, изображения генерируются, чтобы обеспечить массив повторяющихся сегментов изображения. Изображения используют шаги повторения, которые относятся к шагу массива 101 микролинз.
Действительно, может быть продемонстрировано, что для такого повторяющегося изображения взаимодействие между различными линзами массива 101 микролинз осуществляется, чтобы обеспечить фокусное расстояние, которое зависит от шага пространственного повторения. Соответственно, в примере фиг.1 различные элементы 107-111 изображения используют разные пространственные повторяющиеся изображения. В частности, они используют различный шаг для повторения и дополнительно задействуют разные повторяющиеся сегменты повторения.
Фиг.2 демонстрирует пример возможных повторяющихся изображений. В примере повторяющийся сегмент - это просто число (1, 2 или 3 соответственно), и частота пространственного повторения различна. Фиг.3 демонстрирует, как комбинированное составное изображение выглядит в случае, когда изображения были напечатаны на пластиковых элементах, помещенных друг на друга. Фиг.4 демонстрирует картину практического набора из трех элементов изображения, выполненных из пластика, с описанными изображениями, напечатанными сверху вместе с массивом микролинз.
Шаг пространственного повторения может, в частности, иметь тот же порядок величины, что и шаг массива микролинз. Например, шаг повторения для одного из изображений может быть, скажем, на 10% больше, чем шаг микролинз, шаг для другого изображения может быть, скажем, на 20% больше, чем шаг микролинз, для другого изображения - скажем, на 50% больше, чем шаг микролинз, и т.д. Кроме того, размер повторяющегося сегмента может также быть увеличен для увеличения шагов повторения. Например, в примере фиг.2 числа с большим шагом повторения также увеличиваются.
В результате того, что частоты пространственного повторения различны, массив 101 микролинз может способствовать фокусировке различных изображений на разном расстоянии. Таким образом, фокальные плоскости создаются посредством использования микролинз, имеющих одинаковое фокусное расстояние, и элементов изображения, обеспечивающих маски (шаблоны), которые могут быть помещены на фокальную плоскость микролинз так, что каждая линза эффективно проецирует световые лучи в бесконечность или по меньшей мере на одинаковое расстояние до изображения (которое гораздо больше, чем фокусное расстояние). Затем множество фокальных плоскостей формируется с помощью интегрированной комбинации света от комбинации линз.
Фиг. 5 иллюстрирует концепцию фокусировки света с массивом микролинз. Слева направо свет отбрасывается на маску с отверстиями на стандартном расстоянии рM, которое называется шагом маски. Свет продолжается только от отверстий к массиву микролинз. Линзы одинаковы и помещаются на стандартном расстоянии pL друг от друга, которое называется шагом линзы. Изображены кардинальные лучи, проходящие через центр каждой микролинзы, в параксиальном приближении, пренебрегая физической толщиной микролинз. Для надлежащей конвергенции световых лучей должны соблюдаться два условия с точки зрения геометрии. Первое условие касается фокуса каждой отдельной микролинзы, второе условие касается полного фокуса совокупности микролинз. Чтобы удовлетворить первому условию, каждое отверстие маски должно быть сфокусировано на расстоянии от точки фокусировки, которое получается SM, когда
1/SM+1/SF=1/fL, (1)
где fL - фокусное расстояние каждой из микролинз.
На практике расстояние SF фокусировки стремится быть большим по сравнению с расстоянием маски SM, так что SF может браться бесконечно большим по сравнению с SM. Так, на практике расстояние маски выбирается равным фокусному расстоянию массива микролинз,
SM=fL. (2)
Интегральное преобразование совокупности микролинз определяется шагом маски рM в отношении шага линзы pL, которыйдолжен удовлетворять:
Когда маска помещается на фокусном расстоянии микролинз в массиве, мы можем комбинировать выражения и получить следующее практическое выражение:
Шаг маски рм должен быть выбран большим, чем шаг линзы pL, чтобы получить изображение, сфокусированное перед массивом микролинз, соотносящимся с положительным значением SF. В качестве альтернативы, отрицательное значение SF соотносится с изображением, сфокусированным на виртуальной плоскости за маской: ситуация, получающаяся, когда рм берется меньше, чем шаг линзы pL.
В конкретном примере световые изображения были генерированы с использованием множества элементов 107-111 изображения, каждый из которых содержал изображение, блокирующее свет. Следует понимать, что в других вариантах осуществления это могут быть прозрачные секции, комбинированные, чтобы генерировать заданное составное изображение, соответствующее множеству световых изображений.
Например, фиг.6 демонстрирует пример, когда пространственно повторяющиеся символы в виде «1», «2» или «3» покидают прозрачное отверстие в пределах противоположно непрозрачной маски.
Кроме того, в примере фиг.1 составное изображение генерируется с помощью непрозрачных изображений, комбинируемых так, что в результате получается еще более непрозрачное изображение. Однако в других вариантах осуществления составное изображение может генерироваться путем суммирования прозрачных изображений, как, например, в примере составного изображения на фиг.6.
Например, принимая прозрачный (или «белый») как «1» и (черную) маску как «0», физическое наложение отдельных изображений может привести к появлению маски, которая быстро становится очень непрозрачной, блокируя почти весь свет. Физическое наложение может быть рассмотрено как логическая AND-операция отдельных локальных элементов L(x,y) маски на каждом местоположении (x,y), то есть составное изображение может быть задано как:
где «&» - логический AND-оператор.
Вместо такого физического наложения составное изображение может быть генерировано с использованием логической OR-операции, то есть:
с «|» логической OR-операцией.
Такой подход применяется в примере фиг.6.
Это имеет такой результат, что цифры «2» оставляют пространство для цифр «1» свободным, цифры «3» оставляют прозрачным все, что требуется для других изображений. Конечно, комбинация из все большего и большего количества изображений приводит к тому, что непрозрачная маска в итоге исчезает, так что количество изображений во многих вариантах реализации может быть ограничено до разумного количества.
Следует понимать, что в других вариантах реализации могут использоваться другие операции и, в частности, другие (логические) операторы. К примеру, средняя линия из элементов изображения может использоваться, чтобы генерировать составное изображение.
Таким образом, вместо использования последовательности разных оптических элементов, каждый из которых обеспечивает одно изображение, может использоваться один элемент, который непосредственно обеспечивает составное изображение, содержащее отдельные изображения. Действительно, такой элемент может даже быть интегрирован с массивом микролинз. Например, составное изображение может быть непосредственно впечатано в массив 101 микролинз, как, например, продемонстрировано в примере фиг.7. В частности, фиг.7 иллюстрирует пример конкретной геометрической структуры маски и массива микролинз с толщиной, равной фокусному расстоянию микролинз, допуская печать маски с фигурными изображениями на массиве микролинз или ее прикрепление на плоской стороне массива микролинз.
На фиг.8 предусмотрен другой пример, который дополнительно иллюстрирует источник 105 света как содержащий точечный источник 801 света с дополнительным оптическим элементом 803, который, например, может быть рассеивающим элементом, коллимирующим элементом (типично линза Френеля), являющимся частью конфигурации коллимирующей линзы, поляризующим элементом или активным (вторичным) осветительным элементом.
Изображение (картина) может, таким образом, быть, например, успешно напечатано на заднюю часть массива 101 микролинз. В комбинации с источником света маска изображения во многих вариантах осуществления предпочтительно отражающая, а не непрозрачная (непроницаемая), так что маска будет отражать блокированный свет назад к источнику света. Когда свет возвращается в исходное состояние, повторяет цикл, это увеличивает яркость проецирования.
Дополнительно маска может быть произведена в других вариантах, кроме прозрачного/непрозрачного. Несколько изображений (картин) может быть закодировано в отдельных цветах/длинах волн и/или поляризации. (Проекция) маски, построенная из сегментов поляризационной пленки (например, горизонтальная = «1» и вертикальная = «2»), визуально единообразна, но может анализироваться камерой, оснащенной поляризационным фильтром.
Следует понимать, что существуют различные опции комбинирования множества изображений, сфокусированных на разных расстояниях. Например, изображения могут занимать различные участки маски. Пример мог бы послужить для того, чтобы ограничить изображения, вызывающие нахождение самого дальнего фокуса в периметре маски и изображений, сфокусированных ближе, в центре. Разные изображения могли бы быть напечатаны на концентрических кольцеобразных участках, которые не перекрывают друг друга («bullets eye»). Та же концентрическая сегментация тоже могла бы быть частично с перекрытием, чтобы гарантировать, что сквозь указанную структуру проходит достаточно света и т.д.
Таким образом, световой проектор с фиг.1 генерирует световой выход, который содержит множество световых изображений, которые сфокусированы на разных расстояниях. В примере множество световых изображений генерируется одновременно и, таким образом, будут отражаться объектами одновременно. Этот эффект приведет к тому, что изображение появится на объектах, близко расположенных по отношению к фокусному расстоянию от изображения. Например, отражения от объекта, расположенного близко по отношению к фокусному расстоянию от первого светового изображения (картины), приведут к тому, что это изображение будет четко проецироваться на этот объект, на объект, расположенный близко по отношению к фокусному расстоянию от второго светового изображения, будет четко проецироваться это изображение т.д. Таким образом, проецирование множества изображений на множестве фокусных расстояний позволяет различным изображениям возникать в зависимости от расстояния. Пример такого сценария показан на фиг.9 и фиг.10.
Конкретный подход позволяет таким изображениям генерироваться посредством планарной структуры. Действительно, такой подход обеспечивает практический вариант (одновременного) создания множества проецированных изображений, каждое из которых сфокусировано на разном расстоянии. Конкретное использование планарных оптических элементов и массива микролинз приводит к более удачному практическому применению. Действительно, световой проектор может применяться с использованием, например, набора пластиковых оптических элементов, каждый из которых прост в изготовлении. Дополнительно, более простое применение типично представляется возможным при использовании планарных оптических элементов с помощью таких видов устройства, как крепление, наложение и т.д. В качестве конкретного примера слои с фиг.1 могут легко помещаться друг на друга. Действительно, экспериментальная структура была произведена просто путем наложения подходящих плоских оптических элементов друг на друга с набором, просто помещаемым сверху стандартного диапроектора, используемого для источника 105 света. Также характеристики выхода света, поступающего от планарной структуры, могут быть очень высокими во многих сценариях. Например, световой проектор может выступать больше как проектор распределенного света и может обеспечивать световой выход (светоотдачу) на обширную поверхность, вместо того чтобы функционировать как одноточечный световой проектор. Также подход планарного набора может предусматривать удачные форм-факторы для светового проектора во многих вариантах осуществления.
Излучаемые мультифокусные изображения могут использоваться, чтобы определять характеристики объектов, которые отражают свет от светового проектора. Фиг.11 демонстрирует пример видеосистемы, которая содержит световой проектор 1101, такой как тот, что описан со ссылкой на фиг.1. Световой проектор 1101 излучает свет, который содержит множество изображений, которые фокусируются на разных расстояниях. Свет может излучаться на участок 1103 обнаружения, в котором могут быть расположены один или несколько объектов, которые могут отражать свет от светового проектора 1101. Таким образом, объекты, расположенные на участке 1103 обнаружения на расстояниях, близких к фокусным расстояниям светового проектора 1101, будут отражать соответствующее изображение (картину). В примере, видеосистема содержит функциональную возможность для определения одной или нескольких характеристик одного или нескольких объектов на основании обнаружения излучаемых изображений.
В частности, видеосистема содержит камеру 1105, которая охватывает участок 1103 обнаружения. Для ясности и краткости функциональная возможность будет описана со ссылкой на одно захваченное изображение, и, таким образом, камера 1105 может быть камерой с однократным фиксированием изображения. Однако следует понимать, что камера может быть и видеокамерой и что обнаружение может основываться на последовательности изображений. В частности, следующее описание может рассматриваться в отношении одного изображения из последовательности изображений, точнее, к одному кадру из видеоряда.
Камера соединяется с приемником 1107, который связывает функциональную возможность (средство) обнаружения с камерой 1105. Приемник принимает сигнал изображения от камеры и подает соответствующее изображение к процессору 1109 обнаружения, соединенному с приемником 1107. Процессор 1109 обнаружения выполнен так, чтобы осуществлять обнаружение картин в захватываемом изображении, соответствующих световым картинам светового проектора 1101. В частности, детектор может оценивать все изображение (камеры) касательно каждого из возможных излучаемых картин, чтобы обнаружить, если будет какое-либо совпадение. Процессор 1109 обнаружения может, в частности, сегментировать изображение на участки, где каждый сегмент соответствует или одной из излучаемых картин, рассматриваемой как доминирующее в сегменте, или же отсутствию доминирующей картины, имеющейся в сегменте (то есть нет объектов на каких-либо фокусных расстояниях).
Следует понимать, что может использоваться любой подходящий алгоритм обнаружения картин и что специалист будет осведомлен относительно диапазона возможных алгоритмов обнаружения картин.
Процессор 1109 обнаружения соединяется с процессором 1111 оценки, который выполнен так, чтобы определять характеристику объекта, отражающего свет от светового проектора, в ответ на обнаружение картины (изображения), выполняемое процессором 1109 обнаружения. Процессор 1109 оценки может, в частности, определять характеристику на основании сегментации, осуществляемой процессором 1109 обнаружения.
Например, такой подход может использоваться, чтобы обнаружить, присутствует ли объект на участке 1103 обнаружения. Например, световой проектор 1101 может быть выполнен так, чтобы излучать свет в помещении без объектов. Расстояние до задней стены может быть больше, чем любое фокусное расстояние для излучаемых картин (изображений). Таким образом, при отсутствии объектов в помещении свет будет падать на заднюю стенку, как несфокусированный свет, не предоставляя никакого доминирующего или четкого изображения (картины). Камера будет регистрировать изображение в комнате, которая, соответственно, не содержит каких-либо доминирующих изображений (картин). Процессор 1109 обнаружения будет, соответственно, сегментировать все изображения на сегмент (или множество сегментов), не соответствующих какому-либо значительному изображению. Процессор 1111 оценки произведет сегментацию и установит, что объектов не присутствует, а изображений не обнаружено.
Однако если объект, такой как человек, входит в помещение на такое расстояние от светового проектора, которое в значительной степени соответствует одному из фокусных расстояний, объект будет отражать более четкое и, возможно, более сфокусированное изображение. Процессор 1109 обнаружения будет, соответственно, сегментировать захваченное изображение на по меньшей мере один сегмент, соответствующий этому изображению. В ответ процессор 1111 оценки сможет определить, что объект вошел на участок 1103 обнаружения, в силу присутствия сегмента (сегментов) с доминирующей картиной (изображением).
Система может определять более конкретные характеристики на основании обнаружения изображений. Например, расстояние до объекта может быть оценено на основе распознавания изображений. В качестве простого примера сегментация изображения (камеры) может производиться на сегменты, соответствующие каждому из картин, и объект, соответствующий сегменту, может рассматриваться на расстоянии, соответствующем фокусному расстоянию соответствующей картины. В более сложных вариантах осуществления система может обнаруживать, что объект отражает больше одной картины. Например, если объект находится в промежутке между двумя фокусными расстояниями, относительно близкими друг от друга, объект может отражать обе картины, хотя и с некоторым искажением, размытием. Это может быть обнаружено видеосистемой, которая может определять расстояние, которое должно быть между двумя фокусными расстояниями. В некоторых вариантах осуществления относительное искажение (размытие) изображений может быть оценено, чтобы определить точное расстояние в пределах интервала между двумя фокусными расстояниями.
В другом примере видеосистема может быть выполнена так, чтобы оценивать размер объекта. Например, на основе картины сначала может быть определено расстояние до объекта. Затем может быть применена сегментация, чтобы определить размер объекта в изображении. В частности, сегментация может быть рассчитана, чтобы генерировать объект изображения, соответствующий обнаруженному объекту. Простой вариант осуществления может, например, просто комбинировать близкие сегменты, связанные с одной и той же картиной. На основе размера объекта в изображении и оцененного расстояния затем может быть вычислен размер объекта.
В качестве еще одного примера видеосистема может быть выполнена так, чтобы оценивать форму объекта. Например, форма может рассматриваться так, чтобы соответствовать форме сегмента, соответствующего надлежащей картине.
В качестве конкретного примера фиг.12 демонстрирует, как указанный подход может использоваться для определения характеристик, таких как высота объекта (в конкретном примере тест-объект представляет фигуру Смурфа). Согласно примеру световой проектор помещается над тест-объектом и формирует картины (изображения), сфокусированные на различной высоте выше базового уровня. Тест-Объект будет отражать картину, соответствующую относительной высоте первой поверхности в вертикальном направлении, результатом чего будет изображение с комбинированной картиной 1201.
В этом конкретном примере проецирование световым проектором конкретных картин комбинируется с осветительным средством, которое обеспечивает освещение участка. В частности, система применяется в отношении светильника 1203 уличного освещения, освещающего участок. Светильник уличного освещения генерирует световые картины (изображения), например, инфракрасные световые изображения близко к земле.
Видеосистема затем может обрабатывать изображение, чтобы обнаружить картины и, например, определить высоту объекта как обнаруженную картину, соответствующую самой высокой фокальной плоскости.
Во многих сценариях преимущество описанного подхода заключается в том, что движение параллельно фокальным плоскостям не приводит к размытости изображения движущегося объекта. Скорее, во многих сценариях такое движение может действительно быть благоприятным с точки зрения того, что обеспечивает больше участков отраженных картин в изображении. Например, если наблюдается длительное время экспонирования, движущийся объект будет отражать картину вдоль своей траектории и будет, соответственно, формировать расширенный участок желаемой картины. Если размер объекта известен (или, например, оценен для предыдущего изображения, когда объект был неподвижен), размер картины может быть использован, чтобы оценить, например, скорость движущегося объекта.
В качестве другого примера система может использоваться для оценки компонентов движения, находящихся перпендикулярно относительно фокальных плоскостей. Например, если камера 1105 регистрирует видеоряд, в котором отраженные картины постепенно изменяются от соответствующих большим фокусным расстояниям в сторону соответствующих меньшим фокусным расстояниям, видеосистема может оценить, что объект движется по направлению к камере. Кроме того, любое боковое движение между кадрами может быть оценено на основе движений изображения сегментов, соответствующих одной и той же картине.
Таким образом, в комбинации с, например, компьютерным зрением использование мультифкусного проецирования может создать различные новые опции для обнаружения и локализации статичных и движущихся объектов. Мультифокусное проецирование света может, например, использоваться для обнаружения любого вида, в котором близость играет определяющую роль. Действительно, даже в комбинации с недорогой системой компьютерного зрения указанный метод позволяет осуществлять надежную, безошибочную идентификацию объектов на конкретном расстояния от светового проектора.
Указанный метод может обеспечивать особенно удачное функционирование во многих сценариях с условиями тусклого освещения. Действительно, только простое обнаружение картины является необходимым, и это может зачастую делать возможным приемлемое функционирование даже в условиях тусклого освещения. Кроме того, размытость изображения движущегося объекта (возникающая, например, в силу длительных периодов затвора) для движения в направлениях фокальных плоскостей будет иметь тенденцию к тому, чтобы в результате получилось легко обнаруживаемое изображение (картина). В действительности, эксперименты показали, что размытость изображения движущегося объекта вместо этого имеет тенденцию к увеличению размера картины. Следовательно, способ может быть, в частности, актуальным даже в очень напряженных условиях освещения, с использованием относительно длительных периодов затвора.
В предыдущем примере массив 101 микролинз (вместе с характеристиками картины) сразу фокусирует картины на заданных фокусных расстояниях. Это может быть пригодным для множества вариантов практического применения и, в частности, для вариантов осуществления, в которых нужны относительно небольшие фокусные расстояния.
Однако в некоторых вариантах осуществления может быть благоприятным дополнительное включение проекционной линзы, чтобы фокусировать свет от массива 101 микролинз. Это может, например, часто быть удачным вариантом, когда нужны относительно более значительные фокусные расстояния.
Фиг.13 иллюстрирует пример светового проектора с фиг.1 с дополнительной проекционной линзой 1301. Проекционная линза расположена напротив массива микролинз из группы планарных оптических элементов. Таким образом, световые картины из элементов 107-111 изображения (картин) сначала достигнут массива 101 микролинз и свет из массива 101 микролинз затем распространятся к проекционной линзе 1301, из которой свет покидает световой проектор.
Массив 101 микролинз генерирует фокальные плоскости, которые являются внутренними для светового проектора. В частности, фокальные поверхности от массива 101 микролинз приходятся на сторону плоскости проекционной линзы, которая находится по направлению к массиву 101 микролинз. Согласно примеру массив 101 микролинз, таким образом, формирует фокальные плоскости, которые располагаются на другой стороне проекционной линзы 1301, а скорее на той же стороне, что и массив 101 микролинз. В результате проекционная линза 1301 создаст внешние фокальные плоскости, соответствующие внутренним фокальным плоскостям.
Отношение между виртуальными фокальными плоскостями спереди и сзади проекционной линзы выражается так:
где SF1 - фокусное расстояние картины, созданной массивом микролинз и маской, и SF2 - фокусное расстояние этой картины, как она проецируется с помощью проекционной линзы с фокусным расстоянием fP. Геометрическая конфигурация отражена на фиг.14.
В некоторых вариантах осуществления фокальные поверхности, созданные массивом 101 микролинз, могут, в частности, находиться позади самого массива 101 микролинз. Таким образом, массив 101 микролинз может формировать фокальные плоскости, которые ниже в наборе, чем сам массив 101 микролинз. Это может способствовать получением улучшенных рабочих характеристик во многих сценариях и может, в частности, сделать возможным существование внешних фокальных плоскостей на больших расстояниях.
В качестве примера описанный подход может, например, сделать возможным формирование внешних фокусных расстояний, к примеру, 1 метр, 2 метра, 4 метра и 8 метров с помощью светового проектора с размерами менее 20 см.
Действительно, в некоторых вариантах осуществления проекционная линза 1301 может быть по существу планарной линзой, которая может быть интегрирована в набор с плоской конструкцией, что очень компактно. В частности, проекционная линза может применяться как линза Френеля.
В предыдущих примерах световые картины были созданы одним световым проектором, обеспечивающим рассеянный свет, комбинированным с некоторым количеством пассивных оптических элементов, ослабляющих свет, чтобы обеспечить указанные картины.
Однако в других вариантах осуществления картины могут непосредственно генерироваться активными оптическими элементами, которые излучают пространственные световые картины. Таким образом, световые картины могут не генерироваться ослабляющим светом, а могут вместо этого генерироваться непосредственно как излучение, имеющее пространственную картину.
Пример такого варианта осуществления продемонстрирован на фиг.14. Пример соответствует световому проектору с фиг.1, за исключением того, что источник 105 света был удален и группа 103 слоев содержит три активных элемента, которые сами генерируют свет в виде подходящей картины. Такой подход может быть благоприятным во многих вариантах осуществления, так как может устранять потребность в источнике 105 света и может во многих сценариях обеспечить улучшенные рабочие характеристики.
Особенно удачный подход заключается в использовании матриц OLED (органического светоизлучающего диода) для одного или нескольких планарных излучающих свет элементов.
Таким образом, в некоторых вариантах реализации активный элемент OLED может использоваться вместо пассивной маски с источником рассеянного света. Элемент OLED может быть легко напечатан с любой картиной так, что свет эффективно генерируется только в местах, предписанных заданной картиной. Кроме того, элементы OLED обычно используют стеклянную подложку и, следовательно, в общем прозрачны. Это делает их очень подходящими для стековой структуры, так как они будут, по сути, делать возможным прохождение света с нижних слоев. Элементы OLED могут, в частности, обеспечить свободную траекторию для, например, видимого света. Кроме того, OLED генерирует некогерентный свет, который может представлять собой большое преимущество, так как обеспечивает более надежную систему с меньшей чувствительностью к нежелательным явлениям интерференции.
В некоторых вариантах осуществления световой проектор может генерировать картины (изображения) видимого света на разных фокусных расстояниях. Это может быть преимуществом во многих сценариях и может, например, сделать возможным использование стандартных видеокамер и, таким образом, обеспечение системы с низкой стоимостью. В качестве другого примера это может быть пригодным для вариантов применения, в которых наличие картин (изображений) сразу обнаруживается пользователями без какого-либо автоматизированного функционала обнаружения.
Однако во многих вариантах осуществления инфракрасный (IR) свет может преимущественно использоваться. Таким образом, во многих вариантах осуществления световые изображения являются инфракрасными световыми изображениями. Это может быть преимуществом во многих вариантах осуществления, так как невидимые изображения могут генерироваться на разных фокусных расстояниях, которые, однако, могут быть легко обнаружены видеосистемой. Так, использование IR-изображений может комбинироваться с IR-видеосистемой, которая обнаруживает IR-картины (изображения). В таких вариантах осуществления видеосистема может эффективно ограничивать ширину полосы пропускания до такой, чтобы соответствовала генерированным картинам. Например, она может отфильтровать видимый свет. Другое преимущество состоит в том, что IR-картина может быть очень четкой на объектах, которые не обязательно отражают видимый свет достаточно хорошо, например, это темные или черные объекты.
В некоторых вариантах осуществления использование IR-картин может комбинироваться с излучением видимого света. Например, как показано на фиг.16, световой проектор с фиг.15 может дополнительно содержать источник 1601 видимого света, который устроен так, чтобы излучать видимый свет через массив 101 микролинз.
Источник 1601 видимого света может, в частности, генерировать видимый, рассеянный, некогерентный свет, который распространяется, по существу, не подвергаясь воздействию, сквозь группу 103 элементов изображения. Кроме того, в отношении такого видимого, рассеянного, некогерентного света массив 101 микролинз может не иметь какого-либо значительного оптического эффекта, и, таким образом, видимый свет излучается от светового проектора. Так, создается очень компактный и простой в изготовлении световой проектор, который одновременно излучает изображения видимого света и невидимого IR-света на разных фокусных расстояниях.
В других вариантах осуществления группа 103 элементов может использовать пассивные маски, которые блокируют только инфракрасный свет, при этом обеспечивая прохождение видимого света сквозь себя. В таком варианте осуществления система может содержать как источник видимого света, так и источник IR(инфракрасный)-света, или, действительно, один источник 1601 света может обеспечивать свет во всем диапазоне как видимого, так и инфракрасного света. Так, подобная система может сделать возможным прохождение видимого света сквозь весь набор, включая массив 101 микролинз, поддерживая при этом нетекстурированную единообразную природу. Только инфракрасная часть будет текстурирована и сфокусирована на различных расстояниях.
Таким образом, в примере проецирование картин инфракрасного света и освещение видимым светом могут комбинироваться в интегрированную систему, где проекционная система извлекает пользу из отражающих элементов системы освещения. Этот подход может использоваться совместно с системой видения (видеосистемой) и обнаружения, которая чувствительна только к IR-свету. Выявленные характеристики объектов могут дополнительно использоваться для управления, например освещением видимым светом.
В качестве конкретного примера такой подход может использоваться для уличного освещения, где, например, видимое уличное освещение может быть адаптировано на основе высоты любых объектов, обнаруженных с использованием IR-изображений.
В некоторых вариантах осуществления один или несколько фиксированных элементов изображения могут быть составлены из оптического элемента, ослабление света которого может контролироваться, от непрозрачного до прозрачного. Например, такой контролируемый оптический элемент может быть электрофоретическим элементом или элементом метода «электронных чернил» с пространственно фиксированным изображением, непрозрачность которого может изменяться посредством одного напряжения по двум электродам указанного элемента. В таком случае элементы 107-111 изображения с фиг.1 могут, например, быть замещены контролируемыми электрофоретическими элементами, для которых непрозрачность отдельных изображений может контролироваться, чтобы обеспечить заданные картины (изображения).
В предыдущих примерах фиксированные элементы изображения были использованы, чтобы генерировать световые картины (изображения). Однако в некоторых вариантах осуществления один или несколько оптических элементов из группы планарных оптических элементов представляют собой программируемый оптический массив, который содержит контролируемые элементы, способные изменять оптическую характеристику в ответ на сигнал управления.
Программируемый оптический массив может, в частности, быть массивом, соответствующим тем, что использовались, дабы обеспечить изображение в различных техниках отображения.
Например, программируемый массив может быть матрицей жидкокристаллического дисплея (LCD), содержащей пиксельные элементы, которые могут менять свою прозрачность в ответ на электрический сигнал. В таком случае элементы 107-111 изображения с фиг.1 могут, например, быть заменены программируемыми матрицами LCD, для которых отдельные пиксели могут контролироваться, чтобы обеспечить заданные изображения.
В некоторых вариантах осуществления программируемый массив может непосредственно генерировать свет, вместо того, чтобы лишь модулировать падающий свет. Например, как показано на фиг.17, световой проектор может просто содержать один программируемый излучающий свет элемент 1701, который обеспечивает световые картины (изображения). В некоторых случаях один программируемый излучающий свет элемент 1701 может генерировать множество световых изображений путем генерирования сразу комбинированного или составного изображения, которое порождается светом, проходящим сквозь ряд элементов изображения, например, с фиг.1.
Активный программируемый генерирующий свет массив может, в частности, быть программируемым элементом OLED.
Значительное преимущество использования программируемых массивов состоит в том, что это делает возможным динамическую модификацию картин (изображений). Это может, к примеру, быть использовано, чтобы адаптировать и модифицировать изображения, чтобы получить различные фокусные расстояния. Например, система может сначала использовать один набор изображений с соответствием расстоянию между соседними фокальными плоскостями в, скажем, 1 метр. Это может способствовать охвату большой площади. Если объект обнаружен, картины могут быть изменены, чтобы в результате получить более близкие расстояния между фокальными плоскостями. Например, картины могут быть изменены, чтобы уменьшить расстояние между соседними фокальными плоскостями на, скажем, 25 см. Это может способствовать охвату более ограниченного участка, который, однако, ориентирован вокруг конкретного расстояния, оцененного для объекта. Таким образом, программируемые массивы могут использоваться, чтобы детализировать изначальную грубую оценку расстояния, чтобы обеспечить более детальную и точную оценку.
Кроме того, тогда как предшествующее описание было сфокусировано на вариантах осуществления, в которых световые картины (изображения) проецируются непрерывно и одновременно, по меньшей мере некоторые из картин (изображений), могут, в других вариантах осуществления, проецироваться последовательно во времени. Это может быть примером, достигнутым с использованием программируемого массива.
Например, световой проектор с фиг.17 может в первом временном сегменте излучать первую световую картину при первом фокусном расстоянии посредством программируемого излучающего свет элемента 1701, контролируемого, чтобы обеспечить соответствующую картину. За временным сегментом затем следует другой временной сегмент, в котором программируемый излучающий свет элемент 1701 настроен на другое изображение, соответствующее другому расстоянию, и т.д.
Обнаружение может, например, быть модифицировано путем рассмотрения множества изображений, чтобы увидеть, если световая картина появляется в каком-либо из них. В качестве конкретного примера каждый временной сегмент может соответствовать кадру видеоряда, таким образом, упрощая обнаружение. Однако в других сценариях временные сегменты могут иметь настолько небольшую продолжительность, что множество (возможно, все) световых картин может проецироваться в течение времени экспонирования одного изображения (кадра). В этом случае периодическая природа проецированных картин может и не влиять на обнаружение, так как изображение отразит любую световую картину, которая была отражена в любом из временных сегментов.
Преимущества такого последовательного проецирования картин состоит в том, что оно может быть более практичным в применении, например, может обеспечивать более простое применение. Кроме того, оно может сделать возможным нахождение картин отдельно друг от друга. Действительно, такой подход может сделать возможным, что только одна картина проецируется за раз и, таким образом, нет составной структуры или комбинации из различных картин. Это может обеспечить улучшенную фокусировку и функционирование системы в целом во многих вариантах осуществления.
Предыдущее описание было сфокусировано на генерации фокусирующих плоскостей для картин, которые параллельны планарным размерам оптических элементов в стеке.
Однако, в некоторых вариантах осуществления одна или более световых картин скомпонованы, чтобы обеспечить непланарную фокальную поверхность или (и) фокальную плоскость, которая не параллельна плоскости массива микролинз.
Например, картины (изображения) могут генерироваться наклонными относительно плоскостей оптических элементов, то есть пленарные картины могут быть наклонены без наклонения маски. Этого можно достичь путем постепенного изменения частоты пространственного повторения по картине (изображению).
Такой подход может быть благоприятным во многих сценариях. Например, он может использоваться, чтобы калибровать угол наклона к стене. К примеру, световой проектор может быть настроен так, чтобы генерировать картину (изображение) с заданным наклоном (например, с использованием программируемого массива вместе с калиброванными картинами (изображениями) для различных углов). Световой проектор может затем направляться на стену на надлежащем расстоянии и вращаться до тех пор, пока вся картина не будет четко отображаться на стене. Угол наклона светового проектора, относящийся к стене, далее соответствует углу, установленному для картины (изображения).
Действительно, путем изменения картины возможно создать виртуально любое заданное трехмерное фокусное изображение перед световым проектором. Например, непланарная фокальная плоскость может быть генерирована картинами (изображениями), как обозначено на фиг.6. Преимущество использования такой непланарной фокальной плоскости состоит в том, что становится возможным обнаружение объекта, когда он пересекает непланарный периметр в 3D-пространстве. Другим вариантом применения является проверка (непланарной) формы объекта, например, как часть процесса производства.
Следует понимать, что приведенное выше описание для ясности раскрыло варианты осуществления изобретения со ссылкой на разные функциональные схемы, модули и процессоры. Однако будет ясно, что любое подходящее распределение функционала между различными функциональными схемами, модулями или процессорами может быть использовано, не умаляя изобретения. Например, функциональные возможности, продемонстрированные как подлежащие использованию отдельными процессорами или контроллерами, могут использоваться одним и тем же процессором и контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные модули или схемы могут рассматриваться только как ссылки на подходящее средство для обеспечения описанной функциональности, скорее указывающей на строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Изобретение может применяться в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение может факультативно применяться, по меньшей мере частично, как компьютерное программное обеспечение, работающее на одном или нескольких процессорах для обработки данных и/или процессорах обработки цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта реализации изобретения могут физически, функционально и логически применяться любым подходящим способом. Действительно, функционал может использоваться в одном модуле, во множестве модулей или как часть других функциональных модулей. Как таковое изобретение может применяться в одном модуле или может физически и функционально распределяться между различными модулями, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с несколькими вариантами осуществления, оно не должно ограничиваться конкретной формой, изложенной здесь. Скорее, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя признак может показаться описанным в связи с конкретными вариантами реализации, специалисты в данной области техники должны распознавать, что различные признаки описанных вариантов реализации могут комбинироваться в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов и этапов.
Кроме того, хотя они и были отдельно перечислены, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут применяться, например, одной схемой, модулем или процессором. Дополнительно, хотя отдельные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они могут преимущественно комбинироваться, и включение в различные пункты формулы изобретения не предполагает ограничения до этой категории, а, скорее, обозначает, что признак в равной степени применим к другим категориям формулы изобретения сообразно обстоятельствам. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не предполагает какого-либо конкретного порядка, в котором должны обрабатываться признаки, и, в частности, порядка отдельных этапов в способе формулы изобретения. Формула изобретения не предполагает того, что этапы должны выполняться в этом порядке. Скорее, этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. Кроме того, единичные ссылки не исключают множественности. Таким образом, указание на средства в единственном числе, «первый», «второй» и т.д. не исключают их множественности. Ссылочные позиции в формуле изобретения предусмотрены только в качестве разъясняющего примера и не должны быть истолкованы как ограничивающие объем формулы изобретения каким-либо образом.
Реферат
Световой проектор включает структуру многослойных оптических элементов, формирующую набор, содержащий группу из по меньшей мере одного оптического элемента, обеспечивающего множество различных световых картин, и массив микролинз. Массив микролинз принимает множество различных световых картин и фокусирует каждую световую картину из множества различных световых картин на разных соответствующих фокусных расстояниях. Световые картины сформированы пространственно повторяющимися сегментами картин, которые имеют различные шаги для каждой световой картины. Взаимосвязь между шагом массива микролинз и шагом соответствующей световой картины определяет соответствующее фокусное расстояние. Устройство обеспечивает повышение функциональных возможностей при упрощении конструкции. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил.
