KR101881418B1 - 기후환경을 고려한 라이다 장치 및 그의 출력조절 방법 - Google Patents

기후환경을 고려한 라이다 장치 및 그의 출력조절 방법 Download PDF

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박용완
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

기후환경을 고려한 라이다 장치 및 그의 출력조절 방법을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하는 송신부; 상기 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신하는 수신부; 및 상기 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하고, 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 제어부를 포함하는 라이다 장치를 제공한다.

Description

기후환경을 고려한 라이다 장치 및 그의 출력조절 방법{LIDAR Device and Method for Controlling Output Considering Climate Environment}
본 발명은 레이저 출력을 조절하여 최대 측정거리를 유지하는 라이다 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging) 장치는 레이저를 대상체를 향하여 조사하고 대상체로부터 반사된 광을 수신함으로써, 물체까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있다. 라이다 장치는 기상 관측이나 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 위성을 이용한 기상 관측, 무인 로봇 센서, 무인 주행차 및 3차원 영상 모델링을 위한 기술을 위해 연구되고 있다. 라이다 장치는 레이저 레이더(Laser Radar)로도 지칭된다.
거리 측정을 위한 라이다 장치는, 출력한 레이저 송신신호가 진행 방향에 있는 대상체에 반사된 레이저 반사신호를 수신할 때까지 경과한 비행시간을 측정하고, 측정한 비행시간 및 빛의 속도를 이용하여 대상체까지의 거리를 계산한다. 이 때, 라이다 장치가 측정할 수 있는 최대거리는 기후환경에 의해 영향을 받을 수 있다.
예를 들어, 안개, 비, 눈 등과 같은 기후환경에서는 기후환경을 구성하는 입자(예: 수분입자)들의 크기가 크고 그 수가 많기 때문에 레이저 반사신호가 크게 감쇠된다. 라이다 장치는 수신한 반사신호의 세기가 미리 설정된 신호세기보다 큰 경우에만 유의미한 물체가 있다고 판단하기 때문에, 기후환경에 의한 신호감쇠가 크게 일어나는 경우에는 측정 가능한 최대거리가 짧아지게 된다. 따라서, 기후환경이 좋을 때(예: 맑은 날씨)의 최대측정거리와 기후환경이 나쁠 때(예: 안개, 비, 눈)의 최대측정거리 간의 격차가 커지는 문제가 발생한다.
본 발명의 실시예들은 기후환경에 의한 신호감쇠를 고려하여 레이저 출력을 조절함으로써 측정성능을 유지할 수 있는 라이다 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하는 송신부; 상기 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신하는 수신부; 및 상기 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하고, 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 제어부를 포함하는 라이다 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하는 단계; 상기 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신하는 단계; 상기 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 단계를 포함하는 라이다 장치의 출력조절 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 라이다 장치가 기후환경에 영향을 받지 않고 최대측정거리를 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 기본 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치가 수신하는 레이저 반사신호의 상대적인 세기를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 출력조절 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 기본 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시예의 라이다 장치는 레이저 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력한다. 레이저 송신신호는 대상체(예: 차량)에 반사되어 다시 라이다 장치로 되돌아오게 된다. 라이다 장치는 대상체에 반사되어 되돌아온 레이저 반사신호를 수신하고, 레이저 송신신호를 출력한 때부터 레이저 반사신호를 수신한 때까지의 시간(즉, 레이저의 비행시간)을 측정하여 대상체까지의 거리를 계산한다. 그리고 라이다 장치는 대상체까지의 거리를 이용하여 현재의 기후환경/상태를 판단한 후, 기후에 의한 레이저 신호감쇠와 최대측정거리 감소를 보상하기 위해 레이저 출력신호를 동적으로 조절한다. 본 실시예에 따른 라이다 장치의 동작에 대한 구체적인 설명은 다른 도면을 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치가 수신하는 레이저 반사신호의 상대적인 세기를 나타내는 개념도이다.
라이다 장치가 송출한 레이저 광은 대상체에 반사되기 전에 다양한 대기 물질(예: 유리, 안개, 비, 먼지 등)에 의해 반사될 수 있다. 라이다 장치가 수신한 레이저 반사신호의 세기는 레이저 송신신호의 세기, 기후에 의한 레이저 신호의 감쇠, 대상체까지의 거리, 대상체의 반사율 및 반사영역의 크기에 따라 달라진다. 라이다 장치는 수신한 레이저 반사신호의 세기가 기 설정된 세기보다 큰 경우에 유의미한 대상체가 있다고 판단한다.
반대로 수신한 레이저 반사신호의 세기가 기 설정된 세기보다 작은 경우에 라이다 장치는 해당 반사신호에 대응하는 대상체를 인식하지 않고 무시한다. 이에 따라, 라이다 장치에서 측정할 수 있는 최대 거리가 짧아진다. 레이저 반사신호의 세기가 기 설정된 세기보다 작은 경우는 대상체가 라이다 장치로부터 매우 먼 곳에 위치하거나, 대상체의 반사율이 매우 작거나, 반사영역의 크기가 매우 작거나, 또는 기후에 의한 신호감쇠가 매우 큰 경우에 발생할 수 있다. 여기서, 기후에 의한 신호감쇠가 매우 큰 경우는 대상체(예: 안개, 비 등을 구성하는 수분입자)의 반사율 및 반사영역이 매우 작은 경우에도 해당된다.
이하 설명할 본 발명의 실시예들은 위의 여러 가지 경우들 중 기후에 의한 신호감쇠로 인해 최대측정거리가 짧아지는 것을 방지할 수 있는 라이다 장치 및 그의 동작방법에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 블록도이다.
라이다 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
송신부(110)는 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력한다.
수신부(120)는 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신한다. 수신부(120)는 레이저 반사광을 포커싱하기 위한 수신렌즈 및 수신한 레이저 반사광을 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
제어부(130)는 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하고, 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 레이저 송신신호의 신호세기를 조절한다. 이하, 도 4를 참조하여 제어부(130)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
제어부(130)는 거리 계산부(132), 기후환경 판단부(134), 감쇠계수 계산부(136) 및 송신신호 조절부(138)를 포함한다. 도 4에 도시한 제어부(130)의 각 구성요소는 하드웨어 칩으로 구현될 수 있으며, 또는 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
거리 계산부(132)는 레이저 송신신호의 출력시간 및 레이저 반사신호의 수신시간을 이용하여 대상체까지의 거리를 계산한다. 구체적으로, 거리 계산부(132)는 레이저 반사신호의 수신 시 기록된 수신시간(t1)에서 레이저 송신신호의 출력 시 기록된 출력시간(t0)을 감산하여 레이저의 비행시간(tD=t1-t0)을 구한다. 그리고 거리 계산부(132)는 빛의 속도(C)와 레이저의 비행시간(tD)을 이용하여 레이저 송신신호를 반사한 대상체까지의 거리(
Figure 112017081644364-pat00001
)를 계산한다.
기후환경 판단부(134)는 대상체까지의 거리(R)와 기 결정된 최소측정거리(Rmin)를 비교하여 기후환경을 판단한다. 구체적으로, 기후환경 판단부(134)는 대상체까지의 거리(R)가 기 결정된 최소측정거리(Rmin) 이하이면, 현재 기후환경을 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단한다. 여기서, 최소측정거리(Rmin)는 라이다 장치(100)가 충분한 응답속도를 가지고, 반향파에 의한 간섭 없이 측정할 수 있는 최소 거리를 의미한다. 최소측정거리는 실시예에 따라서 달라질 수 있으나 통상적으로 0.03 m에서 0.3 m 정도에 해당된다.
맑은 날씨의 경우에는 대기입자(예: 수분입자)의 크기가 매우 작기 때문에 라이다 장치의 최대측정거리는 기후환경의 영향을 거의 받지 않는다. 그러나, 안개, 비, 눈 등의 좋지 않은 기후환경에서는 대기입자의 크기가 상대적으로 크고 그 수도 많아서 대기입자에 의한 유의미한 세기의 레이저 반사신호가 라이다 장치에 의해 수신된다. 이 경우, 기후환경을 구성하는 대기입자들은 라이다 장치가 위치한 공간에 분포되어 있기 때문에 측정거리가 매우 가깝게 계산된다. 즉, 라이다 장치가 측정할 수 있는 최소거리 이하에서 안개, 비, 눈 등의 입자에 의해 레이저 신호가 반사되어 수신된다고 할 수 있다. 다시 말해, 계산된 대상체까지의 거리(R)가 라이다 장치의 최소측정거리(Rmin) 이하이면, 안개, 비, 눈 등과 같은 기후환경이라 판단할 수 있다.
감쇠계수 계산부(136)는 기후환경 판단부(134)에 의한 판단 결과, 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경(예: 비, 안개 등)으로 판단되면 현재 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산한다. 감쇠계수 계산부(136)는 대상체까지의 거리, 수신부(120)에 포함된 수신렌즈의 크기, 레이저 송신신호의 빔 직경 및 레이저의 확산계수로부터 감쇠계수를 계산할 수 있다. 본 실시예에 따른 감쇠계수는 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112017081644364-pat00002
수학식 1에서 σatm은 감쇠계수, R은 대상체까지의 거리, AR은 수신렌즈의 크기, DT는 레이저 송신신호의 빔 직경, αT는 레이저의 확산계수를 의미한다. 수학식 1의 파라미터들 중에서 측정에 따라 영향을 받는 파라미터는 측정거리를 나타내는 R 뿐이다. 따라서, 기후환경에 의한 영향인 감쇠계수 σatm은 레이저 반사신호를 수신하여 계산한 대상체까지의 거리 R을 수학식 1에 대입함으로써 계산이 가능하다.
수학식 1은 아래와 같은 과정을 통해 유도될 수 있다.
라이다 장치(100)의 수신부(120)에서 수신한 레이저 반사신호의 세기는 수학식 2와 같다.
Figure 112017081644364-pat00003
수학식 2에서 PR은 수신부(120)에서 수신한 레이저 반사신호의 세기, PT는 송신부(110)에서 출력한 레이저 송신신호의 세기, ρ는 대상체의 반사계수, A는 레이저 송신신호를 반사한 영역의 면적(m2 단위), AR은 수신렌즈의 크기(m 단위), θT는 레이저 송신신호가 대상체에 입사한 각도, DT는 레이저 송신신호의 빔 직경, R은 대상체까지의 거리/측정거리(m 단위), αT는 레이저의 확산계수, σatm은 기후환경에 따른 감쇠계수를 의미한다.
기수환경에 따른 감쇠계수 σatm은 수학식 3으로 표현되고, 기후환경에 따른 감쇠지수 σ는 수학식 4로 표현된다.
Figure 112017081644364-pat00004
Figure 112017081644364-pat00005
수학식 4에서 V는 가시거리(km 단위), λ는 레이저 송신신호의 주파수(nm 단위), q는 기후환경을 구성하는 입자의 크기분포를 의미한다.
레이저 송신신호가 대상체에 맞았을 경우 라이다 장치(100)에서 출력한 레이저 송신신호를 반사한 영역의 면적 A는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017081644364-pat00006
맑은 날씨의 경우, 라이다 장치(100)가 수신한 레이저 반사신호의 세기 PRC는 기 설정된 신호세기(즉, 유의미한 대상체로 판단되는 신호세기)보다 크며, 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017081644364-pat00007
수학식 6에서 AC는 맑은 날씨에서 레이저 송신신호가 반사된 대상체의 반사영역의 면적, ρC는 맑은 날씨에서의 대상체의 반사계수, σatmC는 맑은 날씨의 기후환경에 따른 감쇠계수를 의미한다. 나머지 파라미터들은 수학식 2에서 설명한 것과 동일하다.
일반적으로 맑은 날씨의 경우 기후환경에 따른 감쇠계수 σatmC는 1이고, 라이다 장치(100)에서 측정 가능한 최소 반사율은 검은색의 대상체로서 반사계수 ρC는 0.1이다. 이러한 파라미터 값들을 수학식 6에 대입하면, 맑은 날씨에 측정할 수 있는 대상체에서 반사된 레이저 반사신호세기의 최소값 PRM은 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112017081644364-pat00008
수학식 7에서 AM은 맑은 날씨에서 최소세기의 레이저 반사신호가 반사된 대상체의 반사영역의 면적을 의미하고, 나머지 파라미터들은 수학식 2에서 설명한 것과 동일하다.
기후환경을 구성하는 비 입자나 안개 입자 등은 대상체 표면의 면적이 매우 작고 반사율도 낮아서 레이저 반사신호의 세기가 기 설정된 세기보다 작게 측정되고, 이에 따라 라이다 장치(100)는 비 입자나 안개 입자 등의 대상체를 인식하지 않고 무시하게 된다. 악천후를 포함한 비나 안개 등의 좋지 않은 기후환경을 구성하는 대기입자들에 반사된 레이저 반사신호 세기 PRB는 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112017081644364-pat00009
수학식 8에서 AB는 비나 안개 등의 좋지 않은 기후환경을 구성하는 대기입자가 레이저 송신신호를 반사한 영역의 면적, ρB는 좋지 않은 기후환경을 구성하는 대기입자의 반사계수, σatmB는 좋지 않은 기후환경에 따른 감쇠계수를 의미하고, 나머지 파라미터들은 수학식 2에서 설명한 것과 동일하다. 비나 안개 등의 좋지 않은 기후환경에서 라이다 장치(100)가 대상체를 인식하기 위해서는, PRB가 맑은 날씨에 측정할 수 있는 대상체에서 반사된 레이저 반사신호세기의 최소값 PRM보다 커야 하므로, PRB의 최소값은 PRM과 같다. 이를 표현하면 수학식 9와 같다.
Figure 112017081644364-pat00010
수학식 5를 이용하여 수학식 9를 정리하면, 수학식 10이 도출된다.
Figure 112017081644364-pat00011
수학식 10과 기후환경을 구성하는 대기입자들에 맞고 수신된 레이저 반사신호의 경우, 레이저의 입사각은 0이 되는 것을 이용하여 수학식 8을 정리하면 수학식 11이 도출된다.
Figure 112017081644364-pat00012
라이다 장치(100)가 기후환경을 구성하는 대기입자에 반사된 레이저 반사신호를 수신하여 유의미한 대상체로 대기입자를 인식하려면, 기후환경을 구성하는 대기입자에 반사된 레이저 반사신호의 세기 PRB가 라이다 장치(100)에서 측정 가능한 최소신호세기보다 커야 한다. 이를 위해, 라이다 장치(100)에서 출력된 레이저 송신신호의 세기 PT도 수학식 11의 PRB 값보다 커야 한다. 구체적으로, 비나 안개 등의 좋지 않은 기후환경에서 맑은 날씨일 때와 동일하게 최대측정거리를 유지하기 위해서는, 좋지 않은 기후환경에서 수신한 레이저 반사신호 세기에 대기입자에 의한 영향인 σatmB을 곱한 값으로 레이저 송신신호의 세기 PT를 조절할 수 있다. 라이다 장치(100)는 새로 조절된 세기 PT로 레이저 송신신호를 출력함으로써, 최대측정거리를 맑은 날씨일 때와 동일하게 유지할 수 있다. 기후환경에 의한 영향을 반영하여 새로 조절된 레이저 송신신호의 세기 PT는 수학식 11를 이용하여 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017081644364-pat00013
수학식 12의 파라미터들은 전술한 의미와 같다.
수학식 12를 정리하면 본 실시예에 따른 감쇠계수 σatm을 계산하기 위한 수학식 1이 도출된다.
다시 도 1을 참조하면, 송신신호 조절부(138)는 계산된 감쇠계수 σatm을 이용하여 레이저 송신신호의 신호세기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신신호 조절부(138)는 기존에 출력한 레이저 송신신호의 세기 PT에 감쇠계수 σatm을 곱하여 새로운 레이저 송신신호 세기를 계산하고, 송신부(110)가 새로 계산된 신호세기로 레이저 송신신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 기후에 의해 레이저 신호가 감쇠하더라도 반사신호세기를 높일 수 있어 기후환경에 영향을 받지 않고 라이다 장치(100)의 최대측정거리를 유지할 수 있다.
송신신호 조절부(138)는 송신신호세기를 조절하는 것에 더하여 레이저 송신신호의 파장 및 빔 직경 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신신호 조절부(138)는 악천후를 구성하는 가장 많은 입자인 수분입자에 의한 신호감쇠를 줄이기 위하여 수분입자에 대한 투과성이 가장 강한 대역(예: 500 nm)으로 레이저 송신신호의 파장을 조절할 수 있고, 레이저 송신신호의 빔 직경을 줄여(예: 기존 송신 레이저 빔 직경의 50 %로 줄임) 수분입자에 대한 투과성을 높일 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 동작방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 출력조절 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 실시예의 라이다 장치(100)는 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하고(S510), 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신한다(S520). 라이다 장치(100)는 레이저 반사신호를 수신한 후, 대상체까지의 거리를 계산한다(S530). 구체적으로, 라이다 장치(100)는 레이저 반사신호의 수신 시 기록된 수신시간(t1)에서 레이저 송신신호의 출력 시 기록된 출력시간(t0)을 감산하여 레이저의 비행시간(tD=t1-t0)을 구한다. 그리고 빛의 속도(C)와 레이저의 비행시간(tD)을 이용하여 레이저 송신신호를 반사한 대상체까지의 거리(
Figure 112017081644364-pat00014
)를 계산한다.
라이다 장치(100)는 계산한 대상체까지의 거리와 기 결정된 최소측정거리를 비교하여 기후환경을 판단한다(S540). 라이다 장치(100)는 대상체까지의 거리가 기 결정된 최소측정거리 이하이면, 현재 기후환경을 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단할 수 있다.
라이다 장치(100)는 기후환경의 판단결과, 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단되면, 현재 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산한다(S550). 이 때, 라이다 장치(100)는 대상체까지의 거리, 라이다 장치(100)에 포함된 수신렌즈의 크기, 레이저 송신신호의 빔 직경 및 레이저의 확산계수로부터 감쇠계수를 계산할 수 있다. 구체적으로, 전술한 수학식 1을 이용하여 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산할 수 있다.
라이다 장치(100)는 계산된 감쇠계수를 이용하여 레이저 송신신호의 신호세기를 조절한다(S560). 예를 들어, 라이다 장치(100)는 수학식 1로부터 계산된 감쇠계수를 기존에 출력한 레이저 송신신호세기에 곱한 값으로 레이저 송신신호의 신호세기를 조절할 수 있다.
또한, 라이다 장치(100)는 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 것에 더하여, 레이저 송신신호의 파장 및 빔 직경 중 적어도 하나를 더 조절할 수 있다(S570). 예를 들어, 라이다 장치(100)는 악천후를 구성하는 가장 많은 입자인 수분입자에 의한 신호감쇠를 줄이기 위하여 수분입자에 대한 투과성이 가장 강한 대역(예: 500 nm)으로 레이저 송신신호의 파장을 조절할 수 있고, 레이저 송신신호의 빔 직경을 줄여(예: 기존 송신 레이저 빔 직경의 50 %로 줄임) 수분입자에 대한 투과성을 높일 수 있다.
도 5에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 5에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 5에 기재된 본 실시예에 따른 라이다 장치의 출력조절방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 라이다 장치의 출력조절방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨팅 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 라이다 장치 110: 송신부
120: 수신부 130: 제어부
132: 거리 계산부 134: 기후환경 판단부
136: 감쇠계수 계산부 138: 송신신호 조절부

Claims (12)

  1. 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하는 송신부;
    상기 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하고, 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 레이저 송신신호의 출력시간 및 상기 레이저 반사신호의 수신시간을 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 계산하는 거리 계산부;
    상기 대상체까지의 거리와 기 결정된 최소측정거리를 비교하여 기후환경을 판단하는 기후환경 판단부;
    판단 결과, 상기 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 상기 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단되면, 현재 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하는 감쇠계수 계산부; 및
    상기 계산된 감쇠계수를 이용하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 송신신호 조절부를 포함하는, 라이다 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기후환경 판단부는,
    상기 대상체까지의 거리가 상기 기 결정된 최소측정거리 이하이면, 현재 기후환경을 상기 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 상기 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단하는, 라이다 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감쇠계수 계산부는,
    상기 대상체까지의 거리, 상기 수신부에 포함된 수신렌즈의 크기, 상기 레이저 송신신호의 빔 직경 및 레이저의 확산계수로부터 상기 감쇠계수를 계산하는, 라이다 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감쇠계수는,
    수학식
    Figure 112017081644364-pat00015
    에 의해 계산되고,
    Figure 112017081644364-pat00016
    는 감쇠계수,
    Figure 112017081644364-pat00017
    은 대상체까지의 거리,
    Figure 112017081644364-pat00018
    은 수신렌즈의 크기,
    Figure 112017081644364-pat00019
    는 레이저 송신신호의 빔 직경,
    Figure 112017081644364-pat00020
    는 레이저의 확산계수인, 라이다 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신신호 조절부는,
    상기 레이저 송신신호의 파장 및 빔 직경 중 적어도 하나를 더 조절하는, 라이다 장치.
  7. 광원을 이용하여 레이저 송신신호를 출력하는 단계;
    상기 레이저 송신신호가 대상체로부터 반사된 레이저 반사신호를 수신하는 단계;
    상기 대상체까지의 거리를 계산하여 기후환경을 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 단계는,
    상기 레이저 송신신호의 출력시간 및 상기 레이저 반사신호의 수신시간을 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 계산하는 단계;
    상기 대상체까지의 거리와 기 결정된 최소측정거리를 비교하여 기후환경을 판단하는 단계;
    판단 결과, 상기 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 상기 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단되면, 현재 기후환경에 따른 감쇠계수를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 감쇠계수를 이용하여 상기 레이저 송신신호의 신호세기를 조절하는 단계를 포함하는, 라이다 장치의 출력조절 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기후환경을 판단하는 단계는,
    상기 대상체까지의 거리가 상기 기 결정된 최소측정거리 이하이면, 현재 기후환경을 상기 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 상기 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단하는 단계를 포함하는, 라이다 장치의 출력조절 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 감쇠계수를 계산하는 단계는,
    상기 대상체까지의 거리, 상기 라이다 장치에 포함된 수신렌즈의 크기, 상기 레이저 송신신호의 빔 직경 및 레이저의 확산계수로부터 상기 감쇠계수를 계산하는 단계를 포함하는, 라이다 장치의 출력조절 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 감쇠계수는,
    수학식
    Figure 112017081644364-pat00021
    에 의해 계산되고,
    Figure 112017081644364-pat00022
    는 감쇠계수, 은 대상체까지의 거리,
    Figure 112017081644364-pat00024
    은 수신렌즈의 크기,
    Figure 112017081644364-pat00025
    는 레이저 송신신호의 빔 직경,
    Figure 112017081644364-pat00026
    는 레이저의 확산계수인, 라이다 장치의 출력조절 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    판단 결과, 상기 레이저 반사신호의 신호감쇠로 인해 상기 레이저 송신신호를 조절해야 하는 기후환경으로 판단되면, 상기 레이저 송신신호의 파장 및 빔 직경 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 더 포함하는, 라이다 장치의 출력조절 방법.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102019337B1 (ko) * 2019-04-17 2019-09-06 영남대학교 산학협력단 시정 거리 측정 시스템 및 방법
KR20200033373A (ko) * 2018-09-19 2020-03-30 전자부품연구원 송광축과 수광축이 일치된 구조를 갖는 라이다
KR20220099473A (ko) * 2021-01-06 2022-07-13 한국과학기술원 라이다 포인트 클라우드 노이즈 제거 방법 및 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990076841A (ko) * 1995-12-26 1999-10-25 게네비브 부 탄 기상 레이다를 이용한 강수율 결정방법 및 그 방법을 구현하는기상 레이다
JP2004037474A (ja) * 2003-10-17 2004-02-05 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP5582732B2 (ja) * 2009-06-22 2014-09-03 三菱電機株式会社 降雪検知装置および降雪検知方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990076841A (ko) * 1995-12-26 1999-10-25 게네비브 부 탄 기상 레이다를 이용한 강수율 결정방법 및 그 방법을 구현하는기상 레이다
JP2004037474A (ja) * 2003-10-17 2004-02-05 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP5582732B2 (ja) * 2009-06-22 2014-09-03 三菱電機株式会社 降雪検知装置および降雪検知方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200033373A (ko) * 2018-09-19 2020-03-30 전자부품연구원 송광축과 수광축이 일치된 구조를 갖는 라이다
KR102181862B1 (ko) * 2018-09-19 2020-11-24 한국전자기술연구원 송광축과 수광축이 일치된 구조를 갖는 라이다
KR102019337B1 (ko) * 2019-04-17 2019-09-06 영남대학교 산학협력단 시정 거리 측정 시스템 및 방법
KR20220099473A (ko) * 2021-01-06 2022-07-13 한국과학기술원 라이다 포인트 클라우드 노이즈 제거 방법 및 장치
KR102482358B1 (ko) 2021-01-06 2023-01-03 한국과학기술원 라이다 포인트 클라우드 노이즈 제거 방법 및 장치

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