KR101318951B1 - 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법 - Google Patents

듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수십 나노초 이하의 펄스폭을 갖는 레이저 펄스 빔을 목표물에 조사하고, 그로부터 산란되어 돌아오는 광의 일부를 광학계를 통해 가이거 모드 어밸런치 광다이오드(GmAPD: Geiger-mode Avalanche PhotoDiode)로 검출함으로써 레이저 펄스 빔의 TOF(Time-Of-Flight)를 측정하게 되며 이 TOF는 TDC(Time-to-Digital Converter) 변환기를 통하여 신호처리시스템으로 전송되어 거리 정보들로 변환되고, 이를 통해 3차원 영상을 획득하게 되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템의 신호 검출부에 두 개의 GmAPD를 위치하고 빔 분할기로 동일한 빛 에너지가 각각의 GmAPD로 전달되게 하게 두 개의 GmAPD로부터 나오는 신호를 AND 게이트에 연결함으로써, 거짓 경보 확률(false-alarm probability)을 급격하게 낮출 수 있다.

Description

듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법{Scanning three-dimensional imaging pulsed laser radar System and Method using dual Geiger-mode avalanche photodiodes}
본 발명은 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수십 나노초 이하의 펄스폭을 갖는 레이저 펄스 빔을 목표물에 조사하고, 그로부터 산란되어 돌아오는 광의 일부를 광학계를 통해 가이거 모드 어밸런치 광다이오드(GmAPD: Geiger-mode Avalanche PhotoDiode)로 검출함으로써 레이저 펄스 빔의 TOF(Time-Of-Flight)를 측정하게 되며 이 TOF는 TDC(Time-to-Digital Converter) 변환기를 통하여 신호처리시스템으로 전송되어 거리 정보들로 변환되고, 이를 통해 3차원 영상을 획득하게 되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법에 대한 것이다.
3차원 영상 레이저 레이더 기술은 우주, 군사, 산업, 보안, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이러한 3차원 영상 레이저 레이더 기술을 구현하는 시스템 구성도를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1은 일반적인 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템은 주로 펄스 레이저부(110), 스캐닝 광학계(120), 광신호 검출부(140), 신호 처리부(150), 영상 처리부(160) 등으로 구성된다. 펄스 레이저부(110)는 원거리 3차원 영상획득을 목표로 하는 경우, 펄스 레이저가 사용된다.
이 펄스 레이저부(110)에서 출력된 펄스를 레이저 펄스 빔라고 하며, 이 레이저 펄스 빔은 스캐닝 광학계(120)를 통하여 목표물(130)에 조사되며, 이 목표물(130)로부터 산란되어 돌아오는 레이저 펄스 빔의 일부를 스캐닝 광학계(120)를 통하여 수집한다. 수집된 레이저 펄스 빔들은 광신호 검출부(140)에서 전기 신호로 변환되어 신호처리부(150)로 전달된다.
신호 처리부(150)에서는 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간을 시간-디지털 변환기를 통하여 측정하여 시간 정보를 생성하게 된다. 측정된 시간 정보들은 거리 정보로 변환되어 영상 처리부(160)에서 목표물(130)에 대한 3차원 영상이 가시화된다.
일반적으로 3차원 영상 레이저 레이더 시스템은 우주선, 비행기, 차량 등에 탑재되어 활용되기 때문에 긴 작동시간(2시간 이상)을 위해 적은 전력소모를 필요로 한다. 이를 위해 레이저 펄스 빔 에너지의 축소가 불가피한 상황이므로, 광신호 검출부(140)를 고감도의 광신호 검출기인 GmAPD(Geiger-mode Avalanche PhotoDiode)로 구성하게 된다.
일반적으로 GmAPD는 단일 광자를 검출할 정도의 고감도 센서인 반면에, 돌아오는 광신호의 에너지 정보는 손실되고 광신호의 검출 유무를 동일한 전기신호를 발생시키어 나타내므로 목표물(130)에서 산란되어 돌아오는 펄스에 의한 신호와 노이즈에 의한 신호를 구별할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
노이즈는 레이저 레이더 광학계의 FOV(Field-Of-View)안에 해당하는 백그라운드 광(background light)과 GmAPD 자체의 열잡음(thermal noise)인 다크 카운트(dark count)가 대표적이며, 이로 인해 거짓 경보(false-alarm)을 유발한다.
이러한 단점을 해소하고자, GmAPD를 운용하는 레이저 레이더 시스템에 있어서, 목표물에 의한 신호와 노이즈에 의한 신호를 구별하는 방법으로 TCSPC(Time Correlated Single Photon Counting)이 적용되고 있다.
이것은 많은 수의 레이저 펄스 빔을 목표물에 조사하여 TOF들을 측정하고, 그것들을 TOF 히스토그램으로 변환하여 발생 빈도수를 비교함으로써, 목표물에 의한 신호와 노이즈에 의한 신호를 구별하는 방법이다. 3차원 영상 획득 후, 노이즈 제거할 시에는 TCSPC를 3차원적으로 확장하여 적용한다.
구체적으로 얻어진 왕복 비행시간 데이터들을 Point-Cloud 방법으로 나타내고 복셀(voxel) 공간으로 변환한 뒤, 각 voxel에서의 도수(accumulation)를 비교한 후 thresholding하여 노이즈를 제거한다.
GmAPD를 운용하는 레이저 레이더 시스템에 관한 다양한 발명들이 제안되었다. 대표적으로 1999년 4월 6일에 등록된 미국특허 U.S. pat. No. 5,892,575,“Method and apparatus for imaging a scene using a light detector operating in non-linear Geiger mode" 와 2007년 11월 27일 등록된 미국 특허 U.S. pat. No. 7,301,608, ”Photon-counting, non-imaging direct-detector LADAR"를 들 수 있다.
특히, 위의 특허들은 GmAPD FPA(Focal Plane Array) 초점면 배열을 이용하여 목표물의 3차원 영상을 획득하거나 목표물까지의 거리를 측정하는 시스템에 관한 발명이다.
이중, U.S. 특허 제5,892,575호의 경우, 2006년에 발표된 Lincoln Lab. J. Vol. 16 No. 1 “Real-time 3D Ladar Imaging”을 참고하면, 3차원 거리 데이터를 3차원 voxel 공간에 전시한 후에 thresholding함으로써 노이즈가 없는 3차원 영상을 획득하였다.
참고적으로 2010년에 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 49, 026601에 등재된 ”Time-of-flight analysis of three-dimensional imaging laser radar using a Geiger-mode avlanche photodiode"에서 thresholding값의 변화에 따른 3차원 영상을 확인할 수 있다.
또한, U.S. 특허 제7,301,608호의 경우는 3차원 영상이 아닌 거리를 측정하는데 있어서 GmAPD FPA를 이용함으로써, 한 개의 레이저 펄스 빔으로 여러 개의 레이저 펄스 빔을 이용하여 데이터를 획득한 효과를 나타낸다. 이 특허 또한, 히스토그램으로 변환하여 thresholding을 수행함으로써 노이즈를 제거할 수 있었다.
그런데, 거짓 경보(false-alarm)을 제거하기 위하여 많은 량의 TOF 데이터를 획득한 뒤, 별도의 노이즈 제거 단계가 필요하다는 단점이 있다.
특히, 많은 량의 레이저 펄스 빔을 이용하여 얻은 3차원 거리 데이터를 영상화하였을 때 노이즈에 의한 신호들을 제거하기 위하여 수행하는 영상처리 단계에서 많은 시간이 소요되며, 이는 실시간 영상화에 걸림돌이 된다는 단점이 있다.
이는 노이즈에 의한 신호를 제거하는데 소요되는 시간 때문에, 깨끗한 3차원 영상 획득을 위한 소요 시간이 증가됨을 의미한다.
미국등록특허 [5892575] 미국등록특허 [7301608]
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술의 문제점을 극복하고자 노이즈 신호가 강한 상황에서도 거짓 경보 확률(false-alarm probability)을 현저하게 낮게 만드는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 깨끗한 3차원 영상을 획득하는 데에 걸리는 시간을 최소로 단축시켜, 이를 통해 저전력, 실시간 원거리 3차원 영상획득이 가능한 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해, 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템을 제공한다. 이 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템은, 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 펄스 레이저부(110); 조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 송수신 광학계(200); 상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 빔 분할기(220); 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240); 변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310); 및 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 디스플레이부(270)를 포함한다.
여기서, 디스플레이부는 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하고 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하여 하나의 프레임을 만드는 프레임 생성부; 상기 프레임 생성부에서 만들어진 프레임을 이전에 만들어진 프레임과 비교하는 프레임 비교부; 및 상기 프레임 비교부를 통해 걸러진 데이터로 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또, 상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은, 상기 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 동시에 상기 전기 신호가 발생하는 때만 동작하는 AND 게이트(250); 및 상기 AND 게이트(250)가 동작함에 따라 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하는 1채널 시간-디지털 컨버터(260)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은, 상기 2개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 각각 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 복수의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하고, 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF)을 비교하여 동일하면 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF) 중 어느 하나를 상기 디스플레이부(270)에 전송하는 2채널 시간-디지털 컨버터(310)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 거리 정보는 다음식,
Figure 112013029427541-pat00001
(여기서, c는 3×108m/s이고, TOF는 왕복 비행시간이다)를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)는 2개로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, j 번째 time bin에 표적(target)이 있을 경우, 상기 산란된 레이저 펄스 빔에 대한 개별 표적 검출 확률(target detection probability)은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00002
, 및
Figure 112012016240404-pat00003
(여기서, SPE는 레이저 펄스 빔에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률, NPE는 노이즈에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률이고, RPE(t) = SPE(t) + NPE(t)임) 를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 AND 게이트(250)에 적용하여 생성되는 전체 표적 검출 확률은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00004
를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 오작동 확률(false alarm probability)은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00005
를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편의 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법은, 펄스 레이저부(110)가 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 레이저 펄스 빔 조사 단계; 송수신 광학계(200)가 조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 레이저 펄스 빔 수신 단계; 빔 분할기(220)가 상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 분할 단계; 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)가 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 빔-전기 신호 변환 단계; 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)이 변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간 산출 단계; 및 디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 영상 신호 생성 단계는 디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하고 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하여 하나의 프레임을 만드는 프레임 생성 단계; 상기 프레임 생성부에서 만들어진 프레임을 이전에 만들어진 프레임과 비교하는 프레임 비교 단계; 및 상기 프레임 비교부 단계 통해 노이즈가 제거된 데이터로 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또, 상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은 상기 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 동시에 상기 전기 신호가 발생하는 때만 동작하는 AND 게이트(250); 및 상기 AND 게이트(250)가 동작함에 따라 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하는 1채널 시간-디지털 컨버터(260)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은 상기 2개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 각각 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 복수의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하고, 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF)을 비교하여 동일하면 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF) 중 어느 하나를 상기 디스플레이부(270)에 전송하는 2채널 시간-디지털 컨버터(310)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또, 상기 거리 정보는 다음식,
Figure 112013029427541-pat00006
(여기서, c는 3×108m/s이고, TOF는 왕복 비행시간이다)를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)는 2개로 구성되되,
상기 산란된 레이저 펄스 빔에 대한 개별 표적 검출 확률(target detection probability)은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00007
,
Figure 112012016240404-pat00008
(여기서, SPE는 레이저 펄스 빔에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률, NPE는 노이즈에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률이고, RPE(t) = SPE(t) + NPE(t)임) 를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 상기 AND 게이트(250)에 적용하여 생성되는 전체 표적 검출 확률은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00009
를 이용하여 산출되고,
오작동 확률(false alarm probability)은 다음식,
Figure 112012016240404-pat00010
를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템의 신호 검출부에 두 개의 GmAPD를 위치하고 빔 분할기로 동일한 빛 에너지가 각각의 GmAPD로 전달되게 하게 두 개의 GmAPD로부터 나오는 신호를 AND 게이트에 연결함으로써, 거짓 경보 확률(false-alarm probability)을 급격하게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 별도의 노이즈 제거를 위한 신호처리 또는 영상처리 구성이 요구되지 않으므로 실시간으로 노이즈 없는 3차원 영상 획득이 가능하게 된다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 깨끗한 3차원 영상을 획득하는 데에 걸리는 시간을 최소로 단축시키게 되므로 저전력, 실시간 원거리 3차원 영상획득이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1-채널 TDC(Time-to-Digital Converter)를 운영할 경우, 두 개의 GmAPD(Geiger-mode avalanche photodiode)으로 구현된 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 2-채널 TDC(Time-to-Digital Converter)를 운영할 경우, 두 개의 GmAPD(Geiger-mode avalanche photodiode)으로 구현된 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 GmAPD에 도달하는 산란된 레이저 펄스 빔과 노이즈에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 평균 생성률의 시간에 따른 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 목표물(130)이 10m 거리에 있을 때, 1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 전산모사 결과 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따라 목표물(130)이 150m 거리에 있을 때, 1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 전산모사 결과 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따라 목표물(130)이 290m 거리에 있을 때, 1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 전산모사 결과 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 노이즈 발생율(NPE)이 5MHz 이고 목표물(130)이 15m 거리에 있을때, 1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 실험 결과 그래프.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 노이즈 발생율(NPE)이 9.5MHz 이고 목표물(130)이 15m 거리에 있을때, 1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수(SPE_tot)에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 실험 결과 그래프.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 노이즈 발생율(NPE)이 12MHz 일 때,1개의 GmAPD로 구현된 경우와 2개의 GmAPD로 구현된 경우의 비교를 위하여 쵤영한 3차원 영상.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법을 설명한다.
본 발명에서 제안한 듀얼(2개) GmAPD를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템의 구성이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1-채널 TDC(Time-to-Digital Converter)를 운영할 경우, 두 개의 GmAPD(Geiger-mode avalanche photodiode)으로 구현된 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 구성도이다. 특히 도 2는 1-채널 TDC를 운용하는 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 펄스 레이저부(110)에서 나노초 이하의 펄스폭을 갖는 레이저 펄스 빔이 발진되어 송수신 광학계(200)를 통하여 목표물(130)로 조사된다. 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔은 산란되며, 이 산란된 레이저 펄스 빔의 일부가 송수신 광학계(200)를 통하여 수집된다.
송수신 광학계(200)는 제 1 빔 분할기(210) 및 스캐닝 광학계(120)로 구성되어, 스캐닝 광학계(120)를 통하여 수집된 빔을 제 2 빔 분할기(220)로 반사한다.
수집된 빔의 광 에너지들은 제 2 빔 분할기(220)에서 에너지가 반반으로 나뉘어 제 1 가이거 모드 광다이오드(230) 및 제 2 가이거 모드 광다이오드(240) 쪽으로 향하게 된다.
가이거 모드 광다이오드(230,240)는 제 2 빔 분할기(220)로부터 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 역활을 한다. 가이거 모드 광다이오드(230,240)는 단일 광자까지도 일일이 감지하여 계수하여 전기 신호로 변환할 수 있는 소자이다.
가이거 모드 광다이오드(GmAPD: Gieger mode Avalanche PhotoDiode)는 비교적 간단한 ROIC(ReadOut Integrated Circuit) 구조를 가진다는 점에서도 장점을 갖는다. 또한, GmAPD는 일반적인 광다이오드에 항복 전압(breakdown voltage) 이상으로 역전압을 걸어줌으로써, 소량의 광자가 공핍층(depletion region)으로 도달하여 전자 홀 쌍 생성(electron hole pair generation)을 일으키면 연쇄적으로 충격 이온화(impact ionization)를 일으켜 전기신호로 증폭시킨다.
이때의 증폭률(gain)은 108 이상이 되며, GmAPD는 한 개의 광자도 검출할 정도의 고감도 센서가 된다. 끊임없이 일어나게 되는 전류를 멈추게 하기 위하여 quenching circuit이 필요하다. 이러한 Quenching circuit에 의하여 어밸런치(avalanche) 전류가 사라지고 다시 역전압이 걸리게 되기까지 걸리는 시간 동안은 광자를 검출하지 못하며 이 시간을 dead time이라고 한다.
quenching 방식에는 Active quenching 방식, passive quenching 방식 등이 있다. Active quenching 방식을 이용하는 경우 수십 나노초 정도가 걸리며, passive quenching 방식을 이용하는 경우 수 마이크로초 정도가 된다. 이러한 dead time을 극복하기 위하여 single-hit mode에서 gate time을 적절하게 조정하거나, multi-hit mode로 동작시킨다.
물론, 본 발명의 일실시예에서는 가이거 모드 광다이오드를 들어 설명하였으나, 초고감도 실리콘 광센서인 ‘실리콘 광증배소자(SiPM:Silicon Photomultiplier), 하이브리드 광다이오드(HPD) 등도 사용이 가능하다.
두 개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)에서 발생하는 전기 신호들은 AND 게이트(250)로 향하고, 전기 신호들이 동시에 들어왔을 경우에만 1채널 시간-디지털 컨버터(TDC: Time-to-Digital Converter)(260)로 전기 신호가 전달된다.
이때, 펄스 레이저부(110))에서 레이저 펄스 빔 발진시 전달된 신호와 AND 게이트(8)를 통하여 전달된 신호 사이의 시간차가 측정된다. 부연하면, 변환된 전기 신호의 입력에 따라 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 펄스 레이저부(110)에서 목표물(130)까지의 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF: Time Of Fly) 정보를 산출하게 된다.
왕복 비행시간(TOF)은 다음 수학식을 통하여 거리정보로 변환된다.
Figure 112012016240404-pat00011
여기서, D는 거리, c는 빛의 속도(3×108m/s), TOF(7)는 측정된 왕복 비행시간이다.
디스플레이부(270)는 측정된 TOF 데이터들을 이용하여 별도의 영상처리 없이, 목표물(130)까지의 거리 정보를 산출함으로써 노이즈가 거의 없는 3차원 영상으로 변환한다. 이에 따라 3차원 영상이 가시화되며, 노이즈를 제거하는 알고리즘을 적용하여 노이즈를 제거한다. 물론, 이를 위해 디스플레이부(270)는 마이크로프로세서, 프로그램 및/또는 소프트웨어 데이터를 저장하는 메모리, 하드디스크, 처리된 영상을 표시하는 표시장치 등이 구비된다.
여기서, 디스플레이부(270)는 프레임 생성부, 프레임 비교부, 영상신호 생성부를 포함하여 구성할 수 있다. 프레임 생성부는 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하고 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하여 하나의 프레임을 만든다. 프레임 비교부는 상기 프레임 생성부에서 만들어진 프레임을 이전에 만들어진 프레임과 비교하여 각 픽셀별로 동일한 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF)에 발생한 신호를 데이터로 선택한다. 즉 동일한 시간에 발생한 신호만 데이터로 선택한다. 영상 신호 생성부는 상기 프레임 비교부를 통해 노이즈가 제거된 데이터로 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성부를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 2-채널 TDC(Time-to-Digital Converter)를 운영할 경우, 두 개의 GmAPD(Geiger-mode avalanche photodiode)으로 구현된 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 구성도이다. 도 2와 달리, 도 3의 경우는 2-채널 시간-디지털 컨버터(310)를 운용하는 경우의 구성도이다.
물론, 도 2의 경우와 마찬가지로 펄스 레이저부(110)에서 레이저 펄스 빔이 발진되어 송수신 광학계(200)를 통하여 목표물(130)로 조사되고 산란된 빛 에너지들은 송수신 광학계(200)를 통하여 두 개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로 향하게 된다.
이때 두 개의 신호는 바로 2-채널 시간-디지털 컨버터(310)로 전달되어 컴퓨터상에서 AND gate 신호처리를 구현하여 왕복 비행시간(TOF)을 측정한다.
부연하면, 2개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 각각 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 복수의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하고, 왕복 비행시간(TOF)들을 비교하여 동일하면 복수의 왕복 비행시간(TOF) 중 어느 하나를 디스플레이부(270)에 전송하게 된다. 따라서, 도 2의 경우와 마찬가지로, 측정된 TOF 데이터들은 별도의 영상처리 없이, 노이즈가 거의 없는 3차원 영상으로 변환된다.
즉, 도 2는 물리적인 회로칩(즉, AND 게이트(도 2의 250))을 이용하여 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF)을 계산함에 반해, 도 3은 데이터만을 프로그램적으로 이용하여 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF)을 계산하는 방식이다.
이제, 도 2 및 도 3에서 설명한 레이저 펄스 빔으로부터 왕복 비행시간(TOF)을 계산하는 원리를 이론적으로 설명하기로 한다.
먼저, 한 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)를 이용한 경우와 본 발명의 일실시예에서 제안된 두 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)를 운용하는 경우의 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)을 이론적으로 비교한다.
2003년에 Applied Optics, Vol. 42, Issue 27, pp. 5388-5398 에 등재된 “Detection and false-alarm probabilities for laser radars that use Geiger-mode detectors" 와 2010년에 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 49, 026601에 등재된 ”Time-of-flight analysis of three-dimensional imaging laser radar using a Geiger-mode avlanche photodiode"와 2010년에 Current Applied Physics, Vol. 10에 등제된 "Systematic experiments for proof of Poisson statistc on direct-detection laser radar using Geiger mode avalanche photodiode"에 따르면, 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)의 전기 신호 발생 확률은 근사적으로 포와송 통계(Poisson statistics)를 따른다.
가이거 모드 광다이오드(도 2의 230,240)에 도달하는 목표물로부터 산란되어 수집된 레이저 펄스 빔과 발생하게 되는 평균 1차 전자(primary electrons)의 생성률과 노이즈들에 의하여 발생하는 평균 1차 전자(primary electrons)의 생성률을 나타내면 도 4와 같다.
도 4를 참조하면, SPE(420)는 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)에 수집되는 레이저 펄스 빔에 의하여 발생하는 평균 Primary electrons의 생성률, NPE는 노이즈들에 의하여 발생하는 평균 1차 전자(Primary electrons)의 생성률, RPE는 그 두 생성률의 합이며, 그들의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 NPE(410)는 일정하고 SPE는 time bin number(400) 축 중 한 개의 time bin에 구속되어있다고 가정한다. 여기서, 이들의 관계식은 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012016240404-pat00012
이때의 i번째 time bin에서 1차 전자(Primary electron)가 생성될 확률, 즉 전기 신호가 발생할 확률은 포와송 통계(Poisson statistics)를 이용하여 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012016240404-pat00013
목표물이 j번째 time bin에 위치하고 있는 상황에서 한 개의 GmAPD를 이용하여 계산된 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)은 다음식과 같이 주어진다.
Figure 112012016240404-pat00014
Figure 112012016240404-pat00015
그리고 두 개의 가이거 모드 광다이오드(도 2의 230,240)를 빔 분할기(도 2의 220)와 함께 사용한 경우의 각각에서의 표적 검출 확률(target detection probability)은 다음식과 같다.
Figure 112012016240404-pat00016
Figure 112012016240404-pat00017

위 수학식 6 및 7에 AND 게이트(도 2의 250)를 적용하면, 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false alarm probability)을 다음식과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112012016240404-pat00018
Figure 112012016240404-pat00019
가이거 모드 광다이오드(도 2의 230,240)를 한 개 운용하는 경우와 두 개 운용하는 경우에 대하여 NPE와 SPE를 바꿔가면서 표적 검출 확률과 거짓 경보 확률을 계산한 결과가 도 5 내지 7에 나타나 있다. 이때, 2μs의 게이트 시간(gate time)과 1ns의 time bin의 경우를 가정하고, 각각 10m, 150m, 290m에 위치한 목표물에 대하여 계산하였다.
도 5는 목표물(도 2의 130)이 10m 거리에 위치한 경우(500 내지 120)로써, NPE 값이 10kHz에서 1000kHz까지 변하는 동안 한 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)의 경우 거짓 경보 확률(505)이 0.1%~86.6%까지 나타나는 반면에 두 개의 GmAPD의 경우 거짓 경 확률(507)이 1.6*10-7%~1.6*10-3% 나타나는 것을 확인할 수 있다.
일반적으로 표적 검출 확률(target detection probability)은 SPE가 증가함에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있으며 두 개의 GmAPD의 경우 표적 검출 확률(503)은 SPE가 20 이하인 영역에서는 한 개의 GmAPD의 경우 표적 검출 확률(501) 보다 절반 정도 작은 것을 확인할 수 있다.
이것은 레이저 펄스 빔의 에너지가 빔 분할기(도 2의 220)에서 반으로 나뉘어져서 각각의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로 향하기 때문이다. 이것은 false-alarm probability을 줄이는 대신 발생하는 일종의 상충관계이다.
도 6은 목표물이 150m 거리에 위치한 경우(600 내지 620)로써, NPE 값이 10kHz에서 1000kHz까지 변하는 동안 한 개의 GmAPD의 경우는 false-alarm probability가 2.0%~86.4%까지 나타나는 반면에 두 개의 GmAPD의 경우는 2.5*10-7%~2.0*10-2% 나타나는 것을 확인할 수 있다.
여기서도 SPE가 20 이하인 영역에서는 한 개의 GmAPD의 경우보다 두 개의 GmAPD의 경우가 절반 정도 작게 나타나는 상충관계가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 목표물이 290m 거리에 위치한 경우(700 내지 720)로써, NPE 값이 10kHz에서 1000kHz까지 변하는 동안 한 개의 GmAPD의 경우는 false-alarm probability가 2.0%~86.4%까지 나타나는 반면에 두 개의 GmAPD의 경우는 4.8*10-6%~2.2*10-2% 나타나는 것을 확인할 수 있다.
여기서도 SPE가 20 이하인 영역에서는 한 개의 GmAPD의 경우보다 두 개의 GmAPD의 경우가 절반 정도 작게 나타나는 상충관계가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 8 에서는 노이즈 발생율(NPE) 이 5MHz, 도 9에서는 9.5MHz 일 때, 1개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)로 구현된 경우와 2개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)로 구현된 경우의 비교를 위하여, 목표물(130)로부터 산란된 레이저 펄스 빔에 의해 발생하는 1차 전자(primary electron)의 개수(SPE_tot)에 따른 표적 검출 확률(target detection probability)과 거짓 경보 확률(false-alarm probability)에 대한 실험 결과 그래프를 나타내고 있다. 물체는 검출기로부터 15m에 위치하고 있으며, 데이터 처리 시, 게이트 시간(gate time)은 100ns, time bin은 3ns로 하였다. 도 8의 경우, 한 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)의 경우 거짓 경보 확률(505)이 23%~37%까지 나타나는 반면에 두 개의 GmAPD의 경우 거짓 경 확률(507)이 0.09%~0.1% 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도 9의 경우, 한 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)의 경우 거짓 경보 확률(505)이 38%~58%까지 나타나는 반면에 두 개의 GmAPD의 경우 거짓 경 확률(507)이 0.3%~0.4% 나타나는 것을 확인할 수 있다
도 10은 본 발명의 두 개의 GmAPD(도 2의 230,240) 일실시예에 따라 노이즈 발생율(NPE)이 12MHz 일 때,1개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)로 구현된 경우와 2개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)로 구현된 경우의 비교를 위하여 쵤영한 3차원 영상이다. 물체는 철제 상자이고 스캐닝을 통해 256×256 픽셀의 영상을 획득하였다. 결과를 보면, 도10의 (a)에 도시된 바와 같이 1개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)로 구현된 경우 false-alarm probability가 46.9%인 반면, 도10의 (b)에 도시된 바와 같이 2 개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)(도 2의 230,240)를 운용하는 경우 false-alarm probability가 0.0092% 이하로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 2개의 가이거 모드 광다이오드(GmAPD)를 운용하는 경우 false-alarm probability가 5,097 배 적게 측정되었다.
110: 펄스 레이저부 120: 스캐닝 광학계
200: 송수신 광학계 210: 제 1 빔 분할기
220: 제 2 빔 분할기 230: 제 1 가이거 모드 광다이오드
240: 제 2 가이거 모드 광다이오드
250: AND 게이트
260: 1채널 시간-디지털 컨버터
270: 디스플레이부
310: 2채널 시간-디지털 컨버터

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 펄스 레이저부(110);
    조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 송수신 광학계(200);
    상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 빔 분할기(220);
    분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240);
    변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310); 및
    상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 디스플레이부(270)
    를 포함하며,
    상기 디스플레이부는
    상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하고 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하여 하나의 프레임을 만드는 프레임 생성부;
    상기 프레임 생성부에서 만들어진 프레임을 이전에 만들어진 프레임과 비교하여 각 픽셀별로 동일한 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF)에 발생한 신호를 데이터로 선택하는 프레임 비교부;
    상기 프레임 비교부를 통해 노이즈가 제거된 데이터로 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성부; 및
    를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  3. 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 펄스 레이저부(110);
    조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 송수신 광학계(200);
    상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 빔 분할기(220);
    분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240);
    변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310); 및
    상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 디스플레이부(270)
    를 포함하며,
    상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은,
    상기 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 동시에 상기 전기 신호가 발생하는 때만 동작하는 AND 게이트(250); 및
    상기 AND 게이트(250)가 동작함에 따라 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하는 1채널 시간-디지털 컨버터(260);
    를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  4. 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 펄스 레이저부(110);
    조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 송수신 광학계(200);
    상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 빔 분할기(220);
    분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240);
    변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310); 및
    상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 디스플레이부(270)
    를 포함하며,
    상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은,
    상기 2개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 각각 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 복수의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하고, 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF)을 비교하여 동일하면 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF) 중 어느 하나를 상기 디스플레이부(270)에 전송하는 2채널 시간-디지털 컨버터(310)를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 정보는 다음식,
    Figure 112013029427541-pat00020
    (여기서, c는 3×108m/s이고, TOF는 왕복 비행시간이다)를 이용하여 계산되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)는 2개로 구성되되,
    상기 산란된 레이저 펄스 빔에 대한 개별 표적 검출 확률(target detection probability)은 다음식,
    Figure 112013029427541-pat00021
    ,
    Figure 112013029427541-pat00022
    (여기서, SPE는 레이저 펄스 빔에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률, NPE는 노이즈에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률이고, RPE(t) = SPE(t) + NPE(t)임) 를 이용하여 산출되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 AND 게이트(250)에 적용하여 생성되는 전체 표적 검출 확률은 다음식,
    Figure 112012016240404-pat00023
    를 이용하여 산출되고,
    오작동 확률(false alarm probability)은 다음식,
    Figure 112012016240404-pat00024
    를 이용하여 산출되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템.
  8. 삭제
  9. 펄스 레이저부(110)가 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 레이저 펄스 빔 조사 단계;
    송수신 광학계(200)가 조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 레이저 펄스 빔 수신 단계;
    빔 분할기(220)가 상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 분할 단계;
    복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)가 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 빔-전기 신호 변환 단계;
    왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)이 변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간 산출 단계; 및
    디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성 단계;
    를 포함하며,
    상기 영상 신호 생성 단계는
    디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하고 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하여 하나의 프레임을 만드는 프레임 생성 단계;
    상기 프레임 생성부에서 만들어진 프레임을 이전에 만들어진 프레임과 비교하여 각 픽셀별로 동일한 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF)에 발생한 신호를 데이터로 선택하는 프레임 비교 단계;
    상기 프레임 비교부 단계 통해 노이즈가 제거된 데이터로 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 처리 단계;
    를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
  10. 펄스 레이저부(110)가 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 레이저 펄스 빔 조사 단계;
    송수신 광학계(200)가 조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 레이저 펄스 빔 수신 단계;
    빔 분할기(220)가 상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 분할 단계;
    복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)가 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 빔-전기 신호 변환 단계;
    왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)이 변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간 산출 단계; 및
    디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성 단계;
    를 포함하며,
    상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은,
    상기 복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 동시에 상기 전기 신호가 발생하는 때만 동작하는 AND 게이트(250); 및
    상기 AND 게이트(250)가 동작함에 따라 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하는 1채널 시간-디지털 컨버터(260)를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
  11. 펄스 레이저부(110)가 레이저 펄스 빔을 생성하여 목표물(130)을 향하에 조사하는 레이저 펄스 빔 조사 단계;
    송수신 광학계(200)가 조사된 레이저 펄스 빔을 상기 목표물(130)에 송신하거나 상기 목표물(130)에 조사된 레이저 펄스 빔이 상기 목표물(130)로부터 산란된 경우 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하는 레이저 펄스 빔 수신 단계;
    빔 분할기(220)가 상기 송수신 광학계(200)로부터 상기 산란된 레이저 펄스 빔의 일부를 수신하여 2 방향으로 분할하는 분할 단계;
    복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)가 분할된 빔을 수신하여 전기 신호로 변환하는 빔-전기 신호 변환 단계;
    왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)이 변환된 전기 신호의 입력에 따라 상기 펄스 레이저부(110)로부터 상기 레이저 펄스 빔이 생성된 시작 시간 정보와 상기 전기 신호의 입력에 따른 정지 시간 정보에 대한 간격을 이용하여 상기 레이저 펄스 빔의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 계산하는 왕복 비행시간 산출 단계; 및
    디스플레이부(270)가 상기 왕복 비행시간(TOF) 정보를 이용하여 상기 목표물(130)까지의 거리 정보를 획득하여 상기 거리 정보에 따른 3차원 영상 신호를 생성하는 영상 신호 생성 단계;
    를 포함하며,
    상기 왕복 비행시간(TOF) 산출 수단(250,260,310)은,
    상기 2개의 가이거 모드 광다이오드(230,240)로부터 각각 상기 시작 시간 정보와 정지 시간 정보를 생성하여 복수의 왕복 비행시간(TOF) 정보를 산출하고, 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF)을 비교하여 동일하면 상기 복수의 왕복 비행시간(TOF) 중 어느 하나를 상기 디스플레이부(270)에 전송하는 2채널 시간-디지털 컨버터(310)를 포함하는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 정보는 다음식,
    Figure 112013029427541-pat00025
    (여기서, c는 3×108m/s이고, TOF는 왕복 비행시간이다)를 이용하여 계산되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 가이거 모드 광다이오드(230,240)는 2개로 구성되되,
    상기 산란된 레이저 펄스 빔에 대한 개별 표적 검출 확률(target detection probability)은 다음식,
    Figure 112013029427541-pat00026
    ,
    Figure 112013029427541-pat00027
    (여기서, SPE는 레이저 펄스 빔에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률, NPE는 노이즈에 의해 생성되는 평균 1차 전자의 생성률이고, RPE(t) = SPE(t) + NPE(t)임) 를 이용하여 산출되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 AND 게이트(250)에 적용하여 생성되는 전체 표적 검출 확률은 다음식,
    Figure 112012016240404-pat00028
    를 이용하여 산출되고,
    오작동 확률(false alarm probability)은 다음식,
    Figure 112012016240404-pat00029
    를 이용하여 산출되는 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 방법.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200085297A (ko) * 2017-12-18 2020-07-14 애플 인크. 방출기들의 어드레스가능 어레이를 사용하는 비행 시간 감지
US11371833B2 (en) 2019-02-11 2022-06-28 Apple Inc. Calibration of depth sensing using a sparse array of pulsed beams
US11415679B2 (en) 2015-08-20 2022-08-16 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction
US11500094B2 (en) 2019-06-10 2022-11-15 Apple Inc. Selection of pulse repetition intervals for sensing time of flight
US11555900B1 (en) 2019-07-17 2023-01-17 Apple Inc. LiDAR system with enhanced area coverage
US11681028B2 (en) 2021-07-18 2023-06-20 Apple Inc. Close-range measurement of time of flight using parallax shift
US11681027B2 (en) 2017-06-29 2023-06-20 Apple Inc. Time-of-flight depth mapping with parallax compensation
US11733359B2 (en) 2019-12-03 2023-08-22 Apple Inc. Configurable array of single-photon detectors

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9086389B2 (en) * 2012-10-26 2015-07-21 Kla-Tencor Corporation Sample inspection system detector
KR101866764B1 (ko) * 2016-05-13 2018-06-18 충남대학교산학협력단 통합픽셀로 구성된 거리영상센서
KR102239319B1 (ko) * 2019-02-07 2021-04-09 국민대학교산학협력단 시분해 단일 광자 계수 장치
KR200489708Y1 (ko) 2019-05-27 2019-07-25 이성원 달비계 작업용 로프
CN112767284B (zh) * 2021-02-03 2024-03-08 哈尔滨工业大学 基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法及系统
CN113589320B (zh) * 2021-07-12 2023-12-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种非扫描式单次三维激光雷达成像方法及装置
CN113885042B (zh) * 2021-08-17 2022-06-03 哈尔滨工业大学 一种1.55μm单光子相干激光雷达探测方法及装置
KR102390757B1 (ko) 2022-01-14 2022-04-27 초연결 주식회사 시스템형 달 비계 작업용 로프

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142724A (ja) 2001-11-02 2003-05-16 Univ Nihon 単一光子検出器
JP2007501934A (ja) * 2003-08-12 2007-02-01 ライカ ミクロジュステムス ツェーエムエス ゲーエムベーハー 光ビームの光子検出装置
KR20100120808A (ko) * 2009-05-07 2010-11-17 주식회사 바이옵틱 가이거 모드로 동작하는 어밸런치 포토 다이오드를 이용한 광 수신 회로에서 어밸런치 포토 다이오드에 직렬로 연결된 포토 다이오드를 이용하여 광학적으로 트리거 펄스를 제공방법 및 플라이백 다이오드를 이용한 에프터 펄스 제거법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142724A (ja) 2001-11-02 2003-05-16 Univ Nihon 単一光子検出器
JP2007501934A (ja) * 2003-08-12 2007-02-01 ライカ ミクロジュステムス ツェーエムエス ゲーエムベーハー 光ビームの光子検出装置
KR20100120808A (ko) * 2009-05-07 2010-11-17 주식회사 바이옵틱 가이거 모드로 동작하는 어밸런치 포토 다이오드를 이용한 광 수신 회로에서 어밸런치 포토 다이오드에 직렬로 연결된 포토 다이오드를 이용하여 광학적으로 트리거 펄스를 제공방법 및 플라이백 다이오드를 이용한 에프터 펄스 제거법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Time-of-flight analysis of three-dimensional imaging laser radar using a Geiger-mode avlanche photodiode(Japanese Journal of Applied Physics vol. 49, 2010.02.22.) *
Time-of-flight analysis of three-dimensional imaging laser radar using a Geiger-mode avlanche photodiode(Japanese Journal of Applied Physics vol. 49, 2010.02.22.)*

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11415679B2 (en) 2015-08-20 2022-08-16 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction
US11681027B2 (en) 2017-06-29 2023-06-20 Apple Inc. Time-of-flight depth mapping with parallax compensation
KR20200085297A (ko) * 2017-12-18 2020-07-14 애플 인크. 방출기들의 어드레스가능 어레이를 사용하는 비행 시간 감지
CN111465870A (zh) * 2017-12-18 2020-07-28 苹果公司 使用可寻址发射器阵列的飞行时间感测
KR102403544B1 (ko) * 2017-12-18 2022-05-30 애플 인크. 방출기들의 어드레스가능 어레이를 사용하는 비행 시간 감지
CN111465870B (zh) * 2017-12-18 2023-08-29 苹果公司 使用可寻址发射器阵列的飞行时间感测
US11852727B2 (en) 2017-12-18 2023-12-26 Apple Inc. Time-of-flight sensing using an addressable array of emitters
US11371833B2 (en) 2019-02-11 2022-06-28 Apple Inc. Calibration of depth sensing using a sparse array of pulsed beams
US11500094B2 (en) 2019-06-10 2022-11-15 Apple Inc. Selection of pulse repetition intervals for sensing time of flight
US11555900B1 (en) 2019-07-17 2023-01-17 Apple Inc. LiDAR system with enhanced area coverage
US11733359B2 (en) 2019-12-03 2023-08-22 Apple Inc. Configurable array of single-photon detectors
US11681028B2 (en) 2021-07-18 2023-06-20 Apple Inc. Close-range measurement of time of flight using parallax shift

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