KR101937777B1 - 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법 - Google Patents

라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101937777B1
KR101937777B1 KR1020180099340A KR20180099340A KR101937777B1 KR 101937777 B1 KR101937777 B1 KR 101937777B1 KR 1020180099340 A KR1020180099340 A KR 1020180099340A KR 20180099340 A KR20180099340 A KR 20180099340A KR 101937777 B1 KR101937777 B1 KR 101937777B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
distance
unit
edges
light receiving
Prior art date
Application number
KR1020180099340A
Other languages
English (en)
Inventor
정지성
장준환
김동규
황성의
Original Assignee
주식회사 에스오에스랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에스오에스랩 filed Critical 주식회사 에스오에스랩
Application granted granted Critical
Publication of KR101937777B1 publication Critical patent/KR101937777B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1821—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors for rotating or oscillating mirrors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 레이저를 출사하는 레이저 출력부 및 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 거리 측정 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계; 상기 센서부를 이용하여 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계; 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계; 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하는 단계; 및 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법에 관한 것이다.

Description

라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법{LIDAR DEVICE AND METHOD FOR MEASURING DISTANCE USING THE SAME}
본 발명은 레이저를 이용하여 주변의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 대상체를 향해 레이저를 조사하고 상기 대상체로부터 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 이용하여 거리 정보를 획득하는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법에 관한 것이다.
근래에, 자율주행자동차 및 무인자동차에 대한 관심과 함께 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)가 각광받고 있다. 라이다는 레이저를 이용하여 주변의 거리 정보를 획득하는 장치로서, 정밀도 및 해상도가 뛰어나며 사물을 입체로 파악할 수 있다는 장점 덕분에, 자동차뿐만 아니라 드론, 항공기 등 다양한 분야에 적용되고 있는 추세이다.
한편, 라이다는 레이저가 발사되는 시점과 대상체로부터 반사되는 레이저가 수신되는 시점을 비교함으로써 거리 정보를 획득할 수 있다. 즉, 라이다는 발사된 레이저의 비행시간을 측정함으로써 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 수신되는 레이저로부터 리딩 엣지를 검출하고, 리딩 엣지가 검출된 시점을 레이저의 수신 시점으로하여 대상체의 거리 계산을 하는 것이 일반적이다.
다만, 대상체로부터 반사되어 수신되는 레이저의 세기는 여러 대상체가 동일한 거리에 위치하더라도, 각 대상체의 반사율에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 수신되는 레이저로부터 검출되는 리딩 엣지의 검출 시점 또한 각 대상체의 반사율에 따라 달라질 수 있다. 결과적으로, 하나의 리딩 엣지만을 이용하여 대상체의 거리를 측정할 경우, 라이다로부터 동일한 거리에 위치하는 여러 대상체의 거리 정보가 각기 다르게 측정될 수 있는 문제가 있다.
일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 대상체로부터 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 획득하는 것이다.
다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 복수의 엣지를 외삽함으로써 대상체로부터 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 획득하는 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 이용하여 대상체의 거리를 산출함으로써, 대상체의 거리 정보의 정확도를 향상시키는 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 대상체의 색상 데이터를 이용하여 대상체의 거리 정보를 보정함으로써, 대상체의 거리 정보의 정확도를 향상시키는 것이다.
일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부 및 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 거리 측정 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계; 상기 센서부를 이용하여 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계; 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계; 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하는 단계; 및 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법이 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 감지되는 레이저로부터 변환되는 전기 신호를 획득하고, 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하고, 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 제어부;를 포함하는 거리 측정 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부 및 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 라이다 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계; 상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사하는 단계; 상기 센서부를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계; 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계; 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 및 상기 복수의 엣지에 기초하여 상기 전기 신호의 이론적 최대 피크값을 산출하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 대상체로부터 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 획득할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 복수의 엣지를 외삽함으로써 대상체로부터 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 획득할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 반사되는 레이저의 실제 수광 시점을 이용하여 대상체의 거리를 산출함으로써, 대상체의 거리 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 대상체의 색상 데이터를 이용하여 대상체의 거리 정보를 보정함으로써, 대상체의 거리 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 블락도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 스캐닝부의 기능을 설명하기 위한 블락도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 블락도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 상승 엣지를 이용한 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 피크값을 이용한 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 블락도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11 내지 도 14는 실제 수광 시점을 이용한 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 전기신호의 피크값을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17은 intensity map을 설명하기 위한 도면이다.
도 18 및 도 19는 노이즈 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20 및 도 21은 거리 측정 장치의 포화상태여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 거리 측정 장치의 포화상태여부에 기초한 외삽을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하기 위한 블락도이다.
도 24는 일 실시예에 따른 거리 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 25 내지 도 27은 대상체의 반사율을 고려한 거리 보정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분양에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 도는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부 및 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 거리 측정 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계; 상기 센서부를 이용하여 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계; 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계; 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하는 단계; 및 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계는, 상기 복수의 엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계는, 상기 복수의 엣지 간의 간격에 기초하여 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 기준값은 그 크기가 가장 작은 최소 기준값 및 그 크기가 가장 큰 최대 기준값을 포함하고, 상기 최소 기준값은 문턱값 이상이고, 상기 최대 기준값은 포화값보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 방법은 상기 전기 신호로부터 지터를 측정하고, 상기 측정 결과에 기초하여 상기 기준값의 개수를 늘리는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 엣지는 상기 전기 신호의 크기가 증가하는 구간에서 검출되는 상승 엣지 및 상기 전기 신호의 크기가 감소하는 구간에서 검출되는 하강 엣지를 포함하고, 상기 거리 측정 방법은 상기 상승 엣지의 검출 시점으로부터 상기 하강 엣지의 검출시점까지의 시간이 미리 정해진 시간 보다 큰 경우, 상기 센서부의 이득 값을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 방법은 상기 복수의 엣지 중 적어도 하나의 엣지와 상기 실제 수광 시점을 이용하여 상기 전기 신호의 기울기를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 기울기가 미리 정해진 기울기보다 큰 경우, 상기 센서부의 이득 값을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는, 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부를 더 포함하고, 상기 거리 측정 방법은, 상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 감지되는 레이저로부터 변환되는 전기 신호를 획득하고, 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하고, 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 제어부;를 포함하는 거리 측정 장치가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 상기 실제 수광 시점을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 엣지 간의 간격에 기초하여 상기 실제 수광 시점을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는 라이다 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부 및 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 라이다 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계; 상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사하는 단계; 상기 센서부를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계; 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계; 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 및 상기 복수의 엣지에 기초하여 상기 전기 신호의 이론적 최대 피크값을 산출하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이론적 최대 피크값은, 상기 센서부로부터 출력되는 전기 신호의 포화값보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 방법은 상기 이론적 최대 피크값에 기초하여 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보를 획득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보는, 상기 대상체의 색상, 표면 특성 및 상기 대상체로 조사되는 광의 입사 각도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 방법은 상기 이론적 최대 피크값에 기초하여 상기 대상체를 인식하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대상체를 인식하는 단계는 표지판, 주행 상황, 보행자, 자동차, 문자 중 적어도 하나를 인식하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 방법은 상기 복수의 엣지 중 어느 하나 또는 상기 복수의 엣지 중 적어도 둘 이상의 조합에 기초하여 상기 대상체까지의 거리를 산출하는 단계; 및 상기 이론적 최대 피크값을 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
1. 라이다 장치 및 용어정리
라이다 장치는 레이저를 이용하여 대상체의 거리 및 위치를 탐지하기 위한 장치이다. 예를 들어 라이다 장치와 대상체와의 거리 및 라이다 장치를 기준으로 한 대상체의 위치는 (R,
Figure 112018084202582-pat00001
,
Figure 112018084202582-pat00002
)로 나타낼 수 있다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 라이다 장치와 대상체와의 거리 및 라이다 장치를 기준으로 한 대상체의 위치는 직교좌표계 (X,Y,Z), 원통좌표계 (R,
Figure 112018084202582-pat00003
,z) 등으로 나타낼 수 있다.
또한 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위하여, 대상체로부터 반사된 레이저를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 출사된 레이저와 감지된 레이저의 시간차이인 비행시간(TOF: Time Of Flight)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 레이저를 출력하는 레이저 출력부와 반사된 레이저를 감지하는 센서부를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 레이저 출력부에서 레이저가 출력된 시간을 확인하고, 대상체로부터 반사된 레이저를 센서부에서 감지한 시간을 확인하여, 출사된 시간과 감지된 시간의 차이에 기초하여 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 감지된 레이저의 감지 위치를 기초로 삼각측량법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상대적으로 가까운 대상체로부터 반사되는 경우 상기 반사된 레이저는 센서부 중 레이저 출력부와 상대적으로 먼 지점에서 감지될 수 있다. 또한, 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상대적으로 먼 대상체로부터 반사되는 경우 상기 반사된 레이저는 센서부 중 레이저 출력부와 상대적으로 가까운 지점에서 감지될 수 있다. 이에 따라, 라이다 장치는 레이저의 감지 위치의 차이를 기초로 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 감지된 레이저의 위상변화(Phase shift)를 이용할 수 있다. 예를 들어 라이다 장치는 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 AM(Amplitude Modulation)시켜 진폭에 대한 위상을 감지하고, 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저의 진폭에 대한 위상을 감지하여 출사된 레이저와 감지된 레이저의 위상 차이에 기초하여 스캔영역상에 존재하는 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 조사되는 레이저의 각도를 이용하여 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치에서 라이다 장치의 스캔영역을 향해 조사된 하나의 레이저의 조사 각도(
Figure 112018084202582-pat00004
,
Figure 112018084202582-pat00005
)를 알 수 있는 경우, 상기 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부에서 감지된다면, 라이다 장치는 조사된 레이저의 조사 각도(
Figure 112018084202582-pat00006
,
Figure 112018084202582-pat00007
)로 상기 대상체의 위치를 결정할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 수광되는 레이저의 각도를 이용하여 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 대상체와 제2 대상체가 라이다 장치로부터 같은 거리(R)에 있으나, 라이다 장치를 기준으로 서로 다른 위치(
Figure 112018084202582-pat00008
,
Figure 112018084202582-pat00009
)에 있는 경우, 제1 대상체에서 반사된 레이저와 제2 대상체에서 반사된 레이저는 센서부의 서로 다른 지점에서 감지될 수 있다. 라이다 장치는 반사된 레이저들이 센서부에서 감지된 지점을 기초로 대상체의 위치를 결정할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 주변의 임의의 대상체의 위치를 탐지하기 위해 대상체를 포함하는 스캔영역을 가질 수 있다. 여기서 스캔영역은 탐지 가능한 영역을 한 화면으로 표현한 것으로 1프레임동안 한 화면을 형성하는 점, 선, 면의 집합을 의미할 수 있다. 또한 스캔영역은 라이다 장치에서 조사된 레이저의 조사영역을 의미할 수 있으며, 조사영역은 1프레임 동안 조사된 레이저가 같은 거리(R)에 있는 구면과 만나는 점, 선, 면의 집합을 의미 할 수 있다. 또한 시야각(FOV, Field of view)은 탐지 가능한 영역(Field)을 의미하며, 라이다 장치를 원점으로 보았을 때 스캔영역이 가지는 각도 범위로 정의 될 수 있다.
2. 라이다 장치의 구성
이하에서는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 각 구성요소들에 대하여 상세하게 설명한다.
2.1 라이다 장치의 구성요소
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 구성에 국한되지 않고, 상기 라이다 장치(100)는 상기 구성보다 많거나 적은 구성을 갖는 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 상기 스캐닝부 없이 상기 레이저 출력부, 상기 센서부 및 상기 제어부만으로 구성될 수 있다.
또한, 라이다 장치(100)에 포함된 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140) 각각은 복수개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 복수 개의 레이저 출력부, 복수 개의 스캐닝부, 복수 개의 센서부로 구성 될 수 있다. 물론, 단일 레이저 출력부, 복수 개의 스캐닝부, 단일 센서부로 구성 될 수도 있다.
라이다 장치(100)에 포함된 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140) 각각은 복수개의 하위 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이로 레이저 출력부를 구성할 수 있다.
2.1.1 레이저 출력부
상기 레이저 출력부(110)는 레이저를 출사할 수 있다. 상기 라이다 장치(100)는 상기 출사된 레이저를 이용하여 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)는 하나 이상의 레이저 출력 소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 레이저 출력부(110)는 단일 레이저 출력 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 레이저 출력소자를 포함할 수 있다. 또한 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우 상기 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이를 구성할 수 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)는 905nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 1550nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있다. 또한 상기 레이저 출력부(110)는 800nm에서 1000nm사이 파장의 레이저를 출사시킬 수 있는 등 출사된 레이저의 파장은 다양한 범위에 걸쳐있을 수도 있으며, 특정 범위에 있을 수도 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)의 레이저 출력소자가 복수개인 경우 각 레이저 출력소자는 같은 파장대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 서로 다른 파장대역의 레이저를 출사시킬 수 있다. 예를 들어, 2개의 레이저 출력소자를 포함하는 레이저 출력부의 경우, 하나의 레이저 출력소자는 905nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 다른 하나의 레이저 출력소자는 1550nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있다.
또한 상기 레이저 출력 소자는 레이저 다이오드(Laser Diode:LD), Solid-state laser, high power laser, Light entitling diode(LED), 빅셀(Vertical cavity Surface emitting Laser : VCSEL), External cavity diode laser(ECDL) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
2.1.2 스캐닝부
스캐닝부(120)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 이동방향을 변경하여 레이저의 조사방향을 변경시킬 수 있으며, 출사된 레이저를 발산시키거나 위상을 변화시켜 레이저의 크기를 변경시키거나 조사방향을 변경시킬 수도 있고, 레이저를 발산시키고 레이저의 이동방향을 변경시켜 레이저의 조사 방향 및 크기를 변경시킬 수도 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 상기 레이저 출력부(110)에서 조사되는 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경시킴으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 이동방향을 변경시키기 위해 고정된 각도로 레이저의 이동방향을 변경하는 고정미러, 기 설정된 각도 범위에서 노딩(nodding)하며 지속적으로 레이저의 이동방향을 변경하는 노딩미러 및 일 축을 기준으로 회전하며 지속적으로 레이저의 이동방향을 변경하는 회전미러를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저를 발산시키기 위하여 렌즈, 프리즘, 액체 렌즈(Microfluidie lens), Liquid Crystal 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 위상을 변화시키고 이를 통하여 조사 방향을 변경하기 위하여 OPA(Optical phased array)등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 노딩미러는 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시켜, 레이저의 조사영역을 확장 또는 변경시키는 것으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수 있다. 여기서 노딩은 하나 또는 다수의 축을 기준으로 회전하며, 일정 각도 범위 내에서 왕복운동을 하는 것을 지칭할 수 있다. 또한 상기 노딩미러는 공진스캐너(Resonance scanner), MEMs mirror, VCM(Voice Coil Motor)등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 회전미러는 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시켜, 레이저의 조사영역을 확장 또는 변경시키는 것으로, 일 축을 기준으로 회전할 수 있다. 또한 상기 회전미러는 단면미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수 있으며, 원뿔형 미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수도 있고, 다면 미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 축을 기준으로 각도범위 제한 없이 회전하는 미러일 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 단일한 스캐닝부로 구성될 수도 있고, 복수개의 스캐닝부로 구성될 수도 있다. 또한 상기 스캐닝부는 하나 또는 둘 이상의 광학요소를 포함 할 수 있으며, 그 구성에 제한이 없다.
2.1.3 센서부
센서부(130)는 라이다 장치(100)의 스캔영역 상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있다.
또한, 상기 센서부(130)는 하나 이상의 센서 소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 센서부(130)는 단일 센서소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서 소자로 구성된 센서 어레이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 센서부(130)는 하나의 APD(Avalanche Photodiode)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 SPAD(Single-photon avalanche diode)이 어레이로 구성된 SiPM(Silicon PhotoMultipliers)를 포함할 수도 있다. 또한 복수개의 APD를 단일 채널로 구성할 수 있으며, 복수개의 채널로 구성할 수도 있다.
또한 센서부가 복수개인 경우, 복수개의 센서부 각각은 서로 다른 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서부가 3개인 경우 하나의 센서부는 APD로 구성될 수 있으며, 다른 하나의 센서부는 SPAD로 구성될 수 있고, 또 다른 하나의 센서부는 SiPM으로 구성될 수 있다.
또한 센서부가 복수개이며, 레이저 출력부의 파장이 복수개인 경우, 복수개의 센서부 각각은 서로 다른 파장을 위한 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부에서 905nm 대역의 파장 및 1550nm대역의 파장의 레이저를 출력하며, 센서부가 2개인 경우, 하나의 센서부는 905nm 대역의 파장의 레이저를 감지하며, 다른 하나의 센서부는 1550nm 대역의 파장을 감지할 수 있다.
또한 상기 센서 소자는 PN 포토다이오드, 포토트랜지스터, PIN 포토다이오드, APD, SPAD, SiPM, CCD(Charge-Coupled Device)등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
2.1.4 제어부
제어부(140)는 감지된 레이저에 기초하여 상기 라이다 장치로부터 스캔영역 상에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 레이저 출력부(110), 상기 스캐닝부(120), 상기 센서부(130) 등 상기 라이다 장치의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.
2.2 스캐닝부
이하에서는 상기 스캐닝부(120)에 대해서 보다 더 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 스캐닝부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저의 조사영역에 따라 상기 스캐닝부(120)의 기능이 다를 수 있다.
2.2.1 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 점 형태인 경우
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 출력부(110)가 단일 레이저 출력소자를 갖는 경우 레이저 출력부에서 출사되는 레이저(111)의 조사영역은 점 형태일 수 있다. 이 때, 스캐닝부(120)는 상기 레이저(111)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 선 형태 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)를 발산하게 하여 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 선 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 위상을 변경하여 레이저의 크기 및 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 선 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하고, 2차적으로 상기 레이저의 이동방향을 앞서 변경한 이동방향과 다른 방향으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하고, 2차적으로 상기 레이저를 발산하게 하여 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)를 발산시키고, 2차적으로 상기 발산된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
2.2.2 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 선 형태인 경우
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 복수 개의 레이저 출력소자로 구성된 경우 레이저 출력부에서 출사되는 레이저(112)의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저(112)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 일렬로 배열된 어레이로 구성된 레이저 출력소자를 포함하는 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(112)의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저(112)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
2.2.3 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 면 형태인 경우
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 복수 개의 레이저 출력소자로 구성된 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(113)의 조사영역은 면 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 면 형태의 어레이로 구성된 레이저 출력소자를 포함하는 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(113)의 조사영역은 면 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이하에서는 상기 레이저 출력부에서 출사되는 레이저의 조사영역이 점 형태인 라이다 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
3. 라이다 장치의 일 실시예
3.1 라이다 장치의 구성
도 3은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부(110), 제1 스캐닝부(121), 제2 스캐닝부(126) 및 센서부(130)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)은 도 1 및 도 2에서 설명되었으므로, 이하에서 상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2에서 전술된 스캐닝부(120)는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저를 선 형태로 발산시켜 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수도 있다.
또한 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 또한 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부에서 조사된 레이저를 발산시켜 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
3.2 라이다 장치의 동작
도 3을 참조하면, 도 3에서는 상기 라이다 장치(100)에서 출사된 레이저의 광경로가 표시된다. 구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)는 레이저를 출사할 수 있다. 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121)에 도달하고, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향하여 조사할 수 있다. 또한. 상기 레이저는 제2 스캐닝부(126)에 도달하고, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 스캔영역(150)을 향하여 상기 레이저를 조사할 수 있다. 또한 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 상기 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되어 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 상기 센서부(130)는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 조사된 상기 레이저를 감지할 수 있다.
3.2.1 라이다 장치의 조사 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 라이다 장치(100)는 대상체(160)를 향해 레이저를 조사해야야 하며, 이에 따라, 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체와의 거리를 측정하기 위한 조사방법을 가질 수 있다. 여기서 조사방법은 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저가 스캔영역상(150)에 위치하는 대상체(160)에 도달하기까지의 조사경로를 결정하고, 스캔영역(150)을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서는 상기 라이다 장치의 조사경로 및 스캔영역(150)에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)는 상기 제1 스캐닝부(121)를 향하여 레이저를 출사시킬 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121)는 출사된 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사시킬 수 있으며, 상기 제2 스캐닝부(126)는 조사된 레이저를 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사영역은 점 형태이며, 상기 출사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121)를 통하여 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사영역이 점 형태인 상기 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 레이저 출력부로(110)부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달 받아 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사할 수 있다.
이 때, 상기 제2 스캐닝부(126)에서 조사영역이 선 형태인 상기 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 스캔영역을 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 제2 스캐닝부(126)는 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 제1 스캐닝부(121) 로부터 전달 받아 조사영역이 면 형태인 레이저를 상기 스캔영역(150)을 향해 조사할 수 있다. 그리고 상기 제2 스캐닝부(126)에서 조사영역이 면 형태인 레이저를 조사함으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
3.2.2 라이다 장치의 수광방법
라이다 장치(100)는 대상체로부터 반사된 레이저를 감지하여야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체와의 거리를 측정하기 위한 수광방법을 가질 수 있다. 여기서 수광방법은 대상체에서 반사된 레이저가 센서부에 도달하기까지의 수광경로를 결정하고, 센서부에 도달하는 레이저의 양을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서 상기 라이다 장치(100)의 수광경로 및 센서부에 도달하는 레이저의 양에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 레이저는 상기 라이다 장치의 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사될 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 향할 수 있으며, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 센서부(130)를 향해 조사할 수 있다. 이 때, 상기 대상체(160)의 색상, 재질 등 또는 상기 레이저의 입사각 등에 따라 상기 대상체(160)로부터 반사되는 레이저의 성질이 달라질 수 있다.
또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 대상체로(160)부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부를 향해 조사될 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)부 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)부 모두를 통하지 않고 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 따라서 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 제2 스캐닝부(126)에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 도 3에서는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저가 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되는 것으로 표현하였으나. 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라, 상기 대상체(160) 로부터 반사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 거쳐 상기 센서부(130)에 도달될 수도 있다. 또한, 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 거치지 않고 상기 센서부(130)에 도달될 수도 있다.
상술한 바와 같이 점 형태의 레이저를 출사하는 레이저 출력부(110), 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 포함하는 라이다 장치는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 이용하여 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 따라서, 라이다 장치 자체의 기계적회전을 통하여 스캔영역을 면 형태로 확장시키는 라이다 장치보다 내구성 및 안정성 측면에서 좋은 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 레이저의 확산을 이용하여 스캔영역을 면 형태로 확장시키는 라이다 장치보다 더 먼거리까지 측정이 가능할 수 있다. 또한, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)의 동작을 제어하면 원하는 관심영역(Region Of Interest)으로 레이저를 조사할 수 있다.
4. 노딩미러(Nodding mirror)와 회전 다면 미러(Rotating polygon mirror)를 이용한 라이다 장치
라이다 장치(100)의 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사영역이 점 형태인 경우, 라이다 장치(100)는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 포함할 수 있다. 여기서 조사영역이 점 형태인 출사된 레이저는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 통하여 레이저의 조사영역이 면 형태로 확장되며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)이 면 형태로 확장될 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 그 용도에 따라 요구되는 시야각(FOV)이 다를 수 있다. 예를 들어, 3차원 지도(3D Mapping)을 위한 고정형 라이다 장치의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구할 수 있으며, 차량에 배치되는 라이다 장치의 경우는 수평방향으로 상대적으로 넓은 시야각에 비해 수직방향으로 상대적으로 좁은 시야각을 요구할 수 있다. 또한 드론(Dron)에 배치되는 라이다의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구 할 수 있다. 따라서 수직방향에서 요구할 수 있는 시야각과 수평방향에서 요구할 수 있는 시야각이 다른 경우, 제1 스캐닝부(121)에서 상대적으로 좁은 시야각을 요구하는 방향으로 레이저의 이동방향을 변경시키고, 제2 스캐닝부(126)에서 상대적으로 넓은 시야각을 요구하는 방향으로 레이저의 이동방향을 변경시키는 것이 라이다 장치(100)의 전체적인 크기를 줄일 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 스캔영역(150)을 향해 조사된 레이저가 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되는 경우, 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 장치이다. 여기서 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)의 색상, 재질 또는 대상체(160)를 향해 조사되는 레이저의 입사각 등에 따라 사방으로 난반사될 수 있다. 따라서 먼 거리에 있는 대상체(160)의 거리를 측정하기 위해서 레이저의 확산을 줄여야 할 수 있으며, 이를 위해 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)는 레이저의 크기를 확장시키지 않되, 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사영역을 확장시키는 것일 수 있다.
또한 라이다 장치(100)가 3차원으로 스캔을 하기 위하여 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)는 레이저의 이동방향을 서로 다른 방향으로 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝부(121)는 지면과 수직한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하며, 제2 스캐닝부(126)는 지면과 수평한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경할 수 있다.
또한 라이다 장치(100)에서 제1 스캐닝부(121)는 레이저 출력부(110)로부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달받는 반면, 제2 스캐닝부(126)는 제1 스캐닝부(121)로부터 조사영역이 선 형태인 레이저를 전달 받을 수 있다. 따라서 제2 스캐닝부(126)는 제1 스캐닝부(121) 보다 크기가 클 수 있다. 또한 이에 따라, 크기가 작은 제1 스캐닝부(121)가 크기가 큰 제2 스캐닝부(126) 보다 스캐닝속도가 빠를 수 있다. 여기서 스캐닝 속도는 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 속도를 의미할 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 스캔영역(150)을 향해 조사된 레이저가 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되는 경우, 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 장치이다. 여기서 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)의 색상, 재질 또는 대상체(160)를 향해 조사되는 레이저의 입사각 등에 따라 사방으로 난반사될 수 있다. 따라서 먼 거리에 있는 대상체(160)의 거리를 측정하기 위해 센서부(130)에서 감지할 수 있는 레이저의 양을 증가시켜야 할 수 있으며, 이를 위해 대상체(160)에서 반사된 레이저는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126) 중 크기가 큰 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다.
따라서 상술한 기능을 원활히 수행할 수 있도록, 라이다 장치(100)의 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러를 포함할 수 있으며, 라이다 장치(100)의 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러를 포함할 수 있다.
이하에서는 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러를 포함하며, 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러를 포함하는 라이다 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
4.1 라이다 장치의 구성
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 관한 것이다.
도 4는 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 출력부(110), 노딩미러(122), 회전 다면 미러(127) 및 센서부(130)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)은 도 1 및 도 2에서 설명되었으므로, 이하에서 상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에서 전술된 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러(122)를 포함할 수 있으며, 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러(127)를 포함할 수 있다.
상기 노딩미러(122)는 전술한 제1 스캐너부(121)의 일 구현예일 수 있다. 상기 노딩미러(122)는 일 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수 있으며, 두 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수도 있다. 이 때, 상기 노딩미러(122)가 일 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 경우 상기 노딩미러에서 조사된 레이저의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 또한, 상기 노딩미러(122)가 두 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 경우 상기 노딩미러에서 조사된 레이저의 조사영역은 면 형태일 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)의 노딩속도는 기 설정된 각도 전 범위에서 동일할 수 있으며, 기 설정된 각도 전 범위에서 상이할 수도 있다. 예를 들어, 상기 노딩미러(122)는 기 설정된 각도 전 범위에서 동일한 각속도로 노딩할 수 있다. 또한 예를 들어, 상기 노딩미러(122)는 기 설정된 각도의 양 끝에서 상대적으로 느리며, 기 설정된 각도의 중앙 부분에서 상대적으로 빠른 각 속도로 노딩할 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저를 전달받아 반사하며, 기 설정된 각도 범위에서 노딩함에 따라 상기 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저의 조사영역은 선 또는 면 형태로 확장될 수 있다.
또한, 상기 회전 다면 미러(127)는 전술한 상기 제2 스캐너(126)의 일 구현예일 수 있다. 상기 회전 다면 미러(127)는 일 축을 기준으로 회전할 수 있다. 여기서 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저를 전달받아 반사하며, 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시킬 수 있다. 그리고 이에 따라, 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 결과적으로 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(310)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 회전 다면 미러(127)의 회전속도는 회전하는 각도 전 범위에서 동일할 수 있으며, 회전하는 각도 범위에서 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사되는 레이저의 방향이 스캔영역(310)의 중심부분을 향할 때 회전속도가 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사되는 레이저의 방향이 스캔영역(310)의 사이드 부분을 향할 때 회전속도보다 상대적으로 느릴 수 있다. 또한 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 차수에 따라서 회전속도가 서로 다를 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(100)의 수직 시야각을 수평 시야각보다 좁게 설정하는 경우, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수직인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 지면에 대하여 수직 방향인 선 형태로 확장시킬 수 있다. 그리고 이 때, 상기 회전 다면미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수평인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(310)을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(122)는 수직으로 스캔영역(310)을 확장시키며, 상기 회전 다면 미러(127)는 수평으로 스캔영역(310)을 확장시킬 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저를 반사시키므로 상기 노딩미러(122)의 크기는 상기 레이저의 직경과 유사할 수 있다. 그러나 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저는 조사영역이 선 형태이므로 상기 회전 다면 미러(127)의 크기는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저를 반사시키기 위해 상기 조사영역의 크기 이상일 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(122)의 크기가 상기 회전 다면 미러(127)의 크기보다 작을 수 있으며, 상기 노딩미러(122)의 노딩속도는 상기 회전 다면 미러(127)의 회전속도보다 빠를 수 있다.
이하에서는 상술한 구성을 가지는 상기 라이다 장치(100)의 레이저 조사 방법 및 레이저 수광 방법에 대하여 설명하기로 한다.
4.2 라이다 장치의 동작
다시 도 4를 참조하면, 상기 라이다 장치(100)의 상기 레이저가 출사될 때부터 감지될 때까지 레이저의 이동경로를 알 수 있다. 구체적으로, 상기 라이다 장치(100)의 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 노딩미러(122)를 통하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사되며, 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통해 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사될 수 있다. 또한 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 상기 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되어 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 또한 상기 센서부(130)는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 조사된 상기 레이저를 감지할 수 있다.
4.2.1 라이다 장치의 조사 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 라이다 장치(100)는 대상체(160)를 향해 레이저를 조사해야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체(160)와의 거리를 측정하기 위한 조사방법을 가질 수 있다. 여기서 조사방법은 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저가 스캔영역(150)상에 위치하는 대상체(160)에 도달하기까지의 조사경로를 결정하고, 스캔영역(150)을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서는 상기 라이다 장치(100)의 조사경로 및 스캔영역(150)에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)에서 상기 노딩미러(122)를 향하여 레이저를 출사시킬 수 있으며, 상기 노딩미러(122)는 출사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사시킬 수 있으며, 상기 회전 다면 미러(127)는 조사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사시킬 수 있다.
이 때, 상기 레이저 출력부(110)에서 상기 노딩미러(122)를 향해 레이저를 출사할 수 있으며, 이 때 상기 출사된 레이저의 조사영역은 점 형태일 수 있다.
여기서, 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 노딩미러(122)를 통하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 노딩미러(122)에서 조사영역이 점 형태인 상기 레이저의 조사방향을 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)로부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달 받아 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사할 수 있다.
이 때, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수직인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 지면에 대하여 수직 방향인 선 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 스캔영역(150)을 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사영역이 선 형태인 상기 레이저의 조사방향을 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 회전 다면 미러(127)는 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 노딩미러(122)로부터 전달 받아 조사영역이 면 형태인 레이저를 상기 스캔영역(150)을 향해 조사할 수 있다. 그리고 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사영역이 면 형태인 레이저를 조사함으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수평인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 이 경우, 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)은 상기 노딩미러(122)의 기 설정된 각도 및 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 수에 기초하여 결정될 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치(100)의 시야각이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 노딩미러(122)가 지면에 대하여 수직한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 경우 상기 라이다 장치(100)의 수직시야각은 상기 노딩미러(122)의 기 설정된 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 또한 상기 회전 다면 미러(127)가 지면에 대하여 수평한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 경우 상기 라이다 장치(100)의 수평시야각은 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 수에 기초하여 결정될 수 있다.
4.2.2 라이다 장치의 수광 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 감지하여야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체(160)와의 거리를 측정하기 위한 수광방법을 가질 수 있다. 여기서 수광방법은 대상체(160)에서 반사된 레이저가 센서부(130)에 도달하기까지의 수광경로를 결정하고, 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서 상기 라이다 장치(100)의 수광경로 및 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 레이저는 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사될 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 향할 수 있으며, 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 센서부(130)를 향해 조사할 수 있다. 이 때, 상기 대상체(160)의 색상, 재질 등 또는 상기 레이저의 입사각 등에 따라 상기 대상체(160)로부터 반사되는 레이저의 성질이 달라질 수 있다.
또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하지 않고 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 따라서 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 회전 다면 미러(127)에 기초하여 결정될 수 있다.
여기서 상기 대상체로(160)부터 반사된 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 것은 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 것보다 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 증가시킬 수 있으며, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 보다 고르게할 수 있다.
구체적으로 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 크기 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 각도에 기초하여 결정될 수 있다.
이에 반해 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두 를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 노딩미러(122)의 크기, 상기 노딩미러(122)의 노딩 각도, 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 크기 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 노딩미러(122)의 크기와 상기 회전 다면 미러(127)의 크기 중 더 작은 크기를 가진 것에 기초하여 결정될 수 있으며, 상기 노딩미러(122)의 노딩각도 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전각도에 의해서 달라질 수 있다. 따라서 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우보다 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양이 작으며, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양의 변화가 클 수 있다.
5. 거리 측정 방법
5.1 TOF를 이용한 거리 측정 방법
이상에서는 TOF를 이용하여 대상체의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 대하여 설명하였다. 전술한 바와 같이, 라이다 장치는 레이저 출력부로부터 출사된 레이저를 대상체로 조사하고, 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 수신할 수 있다. 이 때, 라이다 장치는 상기 레이저 출사 시점(tf)과 상기 레이저 수신 시점(tr)을 이용하여 라이다 장치로부터 대상체까지의 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저 수신 시점(tr)과 상기 레이저 출사 시점(tf)의 차이를
Figure 112018084202582-pat00010
라 할 때, 라이다 장치와 대상체 사이의 거리(R)는 다음과 같은 수식에 의하여 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018084202582-pat00011
여기서, c는 빛의 속도를 의미할 수 있다.
한편, 상기 레이저 수신 시점(tr)은 다양한 방법으로 산출될 수 있다.
일 예로, 도 5는 수신되는 레이저의 아날로그 전기신호(1)로부터 검출되는 상승 엣지의 검출 시점(tr1)을 상기 레이저 수신 시점(tr)으로 이용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 상기 전기신호(1)의 크기가 기준값(Vth)과 같을 때, 상기 전기신호(1)로부터 상승 엣지가 검출될 수 있다. 여기서 상기 상승 엣지는 상기 전기신호(1)의 크기가 증가하는 구간에서 상기 전기신호(1)의 크기가 기준값(Vth)과 같아질 때의 상기 전기신호(1)상의 한 점으로 정의될 수 있다. 이 때, 상기 상승 엣지의 검출 시점(tr1), 즉, 상기 전기신호(1)의 크기가 기준값(Vth)과 같아지는 시점은 상기 레이저 수신 시점(tr)으로 이용될 수 있다.
다만, 상기와 같이 상승 엣지의 검출 시점(tr1)이 상기 레이저 수신 시점(tr)으로 이용되는 경우,
Figure 112018084202582-pat00012
만큼의 오차가 발생할 수 있다. 구체적으로, 상기 상승 엣지의 검출 시점(tr1)과 수신되는 레이저의 실제 수광 시점(t0)의 차이만큼의 오차가 발생할 수 있다.
또한, 상기와 같이 상승 엣지의 검출 시점(tr1)이 상기 레이저 수신 시점(tr)으로 이용되는 경우, 두 대상체가 라이다 장치로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있더라도, 각 대상체의 특성(예를 들어, 반사율 등)에 따라 두 대상체의 거리가 다르게 측정될 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 방법으로 거리 측정 시 발생되는 다른 오차를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 라이다 장치는 기준값(Vth)을 이용하여 제1 대상체로부터 반사되어 수신되는 제1 전기신호(1)로부터 제1 상승 엣지를 검출할 수 있다. 또한, 상기 라이다 장치는 상기 제1 대상체보다 반사율이 낮은 제2 대상체로부터 반사되어 수신되는 제2 전기신호(2)로부터 제2 상승 엣지를 검출할 수 있다. 여기서, 상기 제1 대상체와 상기 제2 대상체는 상기 라이다 장치로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 이 때, 상기 제1 상승 엣지의 검출 시점인 제1 검출 시점(tr1)과 상기 제2 상승 엣지의 검출 시점인 제2 검출 시점(tr2)은 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 대상체의 거리와 상기 제2 대상체의 거리는 다르게 측정될 수 있다. 즉,
Figure 112018084202582-pat00013
만큼의 엣지 검출 시점의 오차가 발생할 수 있다. 이는 상기 제1 대상체의 반사율과 상기 제2 대상체의 반사율이 상이하여, 상기 제1 대상체로부터 반사되는 레이저의 세기와 상기 제2 대상체로부터 반사되는 레이저의 세기가 서로 다르기 때문이다.
이처럼, 상승 엣지의 검출 시점(tr1, tr2)이 상기 레이저 수신 시점으로 이용되는 경우, 대상체의 반사율과 같은 특성에 따라, 동일한 거리에 위치하는 두 대상체의 거리가 다르게 측정될 수 있다.
상기 레이저 수신 시점(tr)을 산출하기 위한 방법의 다른 예로, 도 7과 같이, 수신되는 전기신호의 크기가 최대인 시점이 상기 레이저 수신 시점(tr)으로 이용될 수 있다. 이러한 방법에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 동일한 거리에 위치하는 두 대상체의 반사율이 다르더라도, 상기 대상체의 거리가 동일하게 측정될 수 있다. 다시 말해, 도 7에서, 제1 대상체로부터 반사되어 수신되는 제1 전기신호(1)와 제2 대상체로부터 반사되어 수신되는 제2 전기신호(2)는 서로 세기는 다르나, 제1 전기신호(1)의 크기가 최대인 제1 최대시점(tr1)과 제2 전기신호(2)의 크기가 최대인 제2 최대시점(tr2)은 같을 수 있다. 이에 따라, 도 5의 방법에 따라 거리 측정 시 발생하는 대상체의 특성 차이에 따른 오차를 줄일 수 있다.
다만, 도 5의 방법과 마찬가지로, 수신되는 레이저의 실제 수광 시점(t0)을 이용하여 거리를 측정하는 것이 아니기 때문에, 이에 따라
Figure 112018084202582-pat00014
만큼의 오차는 여전히 발생할 수 있다.
또한, 도 8은 도 7의 방법에 따라 거리 측정 시 발생하는 다른 오차를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 전기신호(1)가 포화값(Vsat)에 도달하는 경우, 그 크기가 포화값(Vsat)으로 제한될 수 있다. 또한, 전기신호(1)가 포화값(Vsat)에 도달하는 경우, 정상동작 영역으로 돌아오면서 임의의 딜레이(d)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 전기신호(1)의 크기가 최대인 시점을 검출하기 어려울 수 있다.
예를 들어, 도 8에서, 제1 전기신호(1)는 포화값(Vsat)에 도달한 후 정상동작 영역으로 돌아오고, 제2 전기신호(2)는 포화값(Vsat)에 도달하지 않을 수 있다. 이 때, 도 8과 같이 전기신호(1)의 크기가 최대인 구간의 중간 지점(tr1)을 상기 레이저 수신 시점으로 이용하는 경우,
Figure 112018084202582-pat00015
만큼의 오차가 발생할 수 있다.
이처럼, 도 7 및 도 8의 방법에 따른 거리 측정 방법은 전기신호가 포화영역에 있는 경우 거리 측정의 오차가 발생한다는 문제가 있다.
5.2 실제 수광 시점을 이용한 거리 측정 방법
5.2.1 거리 측정 방법의 원리
이상에서는 대상체로부터 반사되어 수신되는 레이저의 수신 시점(tr)을 산출하는 방법으로, 상기 수신되는 레이저의 전기신호로부터 하나의 엣지를 검출하는 방법 및 상기 전기신호의 크기가 최대인 시점을 검출하는 방법에 대하여 설명하였다.
한편, 이하에서는 상기 수신되는 레이저의 전기신호로부터 실제 수광 시점을 산출하고, 상기 실제 수광 시점을 이용하여 대상체의 거리를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 거리 측정 방법에 대한 설명에 앞서, 상기 거리 측정 방법(5001)을 수행할 수 있는 거리 측정 장치에 대하여 설명한다.
도 9는 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하기 위한 블락도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5000)는 광을 출력하는 출광부(5100), 상기 출광부로부터 출력되어 대상체(Object)로부터 반사되는 광을 수신하는 수광부(5200) 및 출광부(5100)와 수광부(5200)를 제어하는 제어부(5300)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았으나 거리 측정 장치(5000)는 광의 특성을 변경하는 스캐닝부를 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 거리 측정 장치(5000)의 각 구성에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따른 출광부(5100)는 레이저를 출력하는 레이저 출력부를 포함할 수 있다. 상기 레이저 출력부는 레이저를 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 LD(Laser Diode)와 같은 레이저 출력 소자로 이해될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 수광부(5200)는 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함할 수 있다. 상기 센서부는 외부로부터 레이저를 감지하여 전기신호로 변환하는 센싱부, 상기 전기신호의 크기를 조절하는 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱부는 광 신호로부터 전기신호를 생성하는 PD(Photodiode)로 해석될 수 있다. 또한, 설명의 편의상 상기 증폭기가 상기 센싱부와 별도의 구성인 것으로 설명하였으나, 상기 증폭기의 기능은 상기 센싱부 또는 후술하는 비교기의 기능으로 통합될 수 있다.
또한, 설명의 편의상 상기 센서부로부터 감지되는 레이저가 상기 센싱부에 의해 전기신호로 변환되는 것으로 설명하였으나, 상기 전기신호는 후술하는 제어부(5300)에 의해 획득될 수도 있다.
또한, 상기 센서부는 상기 센싱부로부터 제공되는 전기신호의 파라미터 값을 변경하는 transimpedacne amplifier(TIA)를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 수광부(5200)는 상기 전기신호의 크기와 기준값을 비교하여 전기신호로부터 엣지를 검출하는 적어도 하나 이상의 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 설명의 편의상 전기신호로부터 엣지가 검출되는 동작이 수광부(5200)의 일 구성인 비교기에 의해 수행되는 것으로 설명하였으나, 상기 엣지 검출 동작은 후술하는 제어부(5300)에 의해 수행될 수도 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 출광부(5100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(5300)는 출광부(5100)로부터 출력되는 광의 출사 주기 또는 광의 세기를 제어할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 수광부(5200)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(5300)는 상기 증폭기를 이용하여 상기 센서부의 이득값을 조절할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 상기 센서부로부터 획득되는 전기신호로부터 복수의 엣지를 검출할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 복수의 엣지를 외삽(extrapolation)함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 복수의 엣지의 검출 시점을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 복수의 엣지를 이용하여 전기신호의 이론적 최대 피크값을 산출할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 복수의 엣지를 외삽함으로써 전기신호의 이론적 최대 피크값을 산출할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 알고리즘을 이용하여 엣지의 검출 시점으로부터 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 여기서, 상기 알고리즘은 엣지의 검출 시점과 실제 수광 시점(t0)에 관한 관계식일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 신경망 네트워크(Neural Network)를 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 상기 스캐닝부의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 스캐닝부는 출광부(5100)로부터 출력되는 광의 특성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 스캐닝부는 평행광을 형성하는 콜리메이터, 광을 반사하는 미러, 광을 모으거나 분산시키는 렌즈 및/또는 광 스플리터를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 스캐닝부는 상기 구성들을 이용하여 출광부(5100)로부터 출사되는 광의 이동 방향을 변경할 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 장치(5000)는 전술한 TOF를 이용하여 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다. 전술한 TOF에 대한 설명에서는 레이저를 광으로 이용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 어떠한 종류의 광도 거리 측정에 이용될 수 있다.
이하에서는 상기 거리 측정 장치(5000)에 의해 수행될 수 있는 거리 측정 방법에 대하여 설명한다.
도 10은 일 실시예에 따른 거리 측정 방법에 관한 순서도이다.
도 10에 따른 거리 측정 방법(5001)은, 대상체로 레이저를 조사하는 단계(S100), 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계(S200), 상기 감지되는 레이저로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계(S300), 상기 복수의 엣지를 이용하여 수광 시점을 획득하는 단계(S400) 및 상기 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 단계(S500)를 포함할 수 있다. 이하에서, 상기 수광 시점은 상기 대상체로부터 반사되는 레이저가 센서부에 의해 실제로 수광되는 시점으로 이해될 수 있다.
먼저, 일 실시예에 따른 상기 거리 측정 장치(5000)는 대상체로 레이저를 조사할 수 있다(S100). 예를 들어, 상기 거리 측정 장치(5000)는 상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사할 수 있다. 또한, 상기 거리 측정 장치(5000)는 상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사할 수 있다. 이 때, 상기 스캐닝부는 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 레이저의 특성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 스캐닝부는 상기 출사되는 레이저가 상기 대상체에 조사될 수 있도록 레이저 빔 패스를 형성할 수 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5000)는 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지할 수 있다(S200). 구체적으로, 상기 거리 측정 장치(5000)는 상기 센싱부를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(5000)는 상기 센싱부를 이용하여 상기 감지되는 레이저를 전기신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱부는 상기 감지되는 레이저를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있다.
한편, 상기 변환되는 전기신호는, 원활한 신호 처리를 위해 크기 조절이 필요할 수 있다. 이에, 상기 센서부는 상기 증폭기를 통해 상기 전기신호의 크기를 조절할 수 있다. 상기 증폭기는 증폭비인 이득값을 가질 수 있다. 상기 증폭기는 상기 이득값에 기초하여 상기 전기신호의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 이득값은 제어부(5300)에 의해 조절될 수 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5000)는 상기 감지되는 레이저로부터 복수의 엣지를 검출할 수 있다(S300). 구체적으로, 상기 수광부(5200)는 상기 센싱부를 이용하여 상기 감지되는 레이저로부터 전기신호를 획득할 수 있다. 이 때, 상기 수광부(5200)는 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기신호로부터 복수의 엣지를 검출할 수 있다. 상기 엣지란, 미리 정해진 기준값과 상기 전기신호의 크기가 같아질 때의 상기 전기신호상의 점으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 11에서, 일 실시예에 따른 수광부(5200)는 3개의 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)을 가질 수 있다. 이 때, 전기신호(1)의 크기와 상기 3개의 기준값이 같아지는 시점은 총 6개이므로, 이 경우 엣지의 개수는 총 6개이다. 또한, 상기 수광부(5200)는 3개의 비교기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엣지는 상기 전기신호의 크기가 증가하는 구간에서 검출되는 상승엣지 및 상기 전기신호의 크기가 감소하는 구간에서 검출되는 하강엣지를 포함할 수 있다. 도 11을 다시 참조하면, 전기신호(1)의 피크점을 기준으로 좌측으로는 3개의 상승엣지, 우측으로는 3개의 하강엣지가 검출될 수 있다. 다만, 설명의 편의상 도 11에서는 3개의 상승엣지만 도시되었다.
한편, 엣지를 검출하기 위한 기준값은 소정의 범위 내에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준값이 외부 노이즈의 크기보다 작으면, 상기 외부 노이즈로부터 엣지가 검출되어, 거리 측정의 오차가 발생할 수 있다. 여기서, 상기 외부 노이즈란 백색 잡음을 포함할 수 있다. 또한, 기준값이 포화값보다 크면, 상기 기준값으로부터 엣지가 검출되지 않아, 거리 측정 장치(5000)의 측정 가능 거리가 줄어들 수 있다. 이처럼, 기준값 설정은 거리 측정 장치(5000)의 측정 가능 거리 및 정확도와 관련이 있을 수 있다.
일 예로, 상기 3개의 기준값(Vth1, Vth2, Vth3) 중 크기가 가장 작은 제1 기준값(Vth1)은 적어도 외부 노이즈의 크기 보다 크도록 설정될 수 있다. 즉, 복수의 기준값 중 그 크기가 가장 작은 최소 기준값은 적어도 외부 노이즈의 크기 보다 크게 설정될 수 있다. 이에 따라, 상기 외부 노이즈로부터 엣지가 검출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 최소 기준값은 문턱값 이상의 크기로 설정될 수 있다. 여기서, 상기 문턱값이란 상기 센서부가 획득할 수 있는 전기신호의 최소값을 의미할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 3개의 기준값(Vth1, Vth2, Vth3) 중 크기가 가장 큰 제3 기준값(Vth3)은 적어도 포화값보다 작게 설정될 수 있다. 즉, 복수의 기준값 중 그 크기가 가장 큰 최대 기준값은 상기 포화값보다 작게 설정될 수 있다. 여기서, 상기 포화값이란 상기 센서부가 포화 영역에 진입하는 기준값을 의미할 수 있다. 이에 따라, 제어부(5300)는 기준값으로부터 엣지가 검출되지 않아, 거리 측정 장치(5000)의 정확도가 감소하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5000)는 상기 복수의 엣지를 이용하여 수광 시점을 획득할 수 있다(S400). 이 때, 상기 수광 시점은 상기 센서부가 외부로부터 레이저를 수신하는 실제 수광 시점(t0)을 의미할 수 있다.
일 예로, 거리 측정 장치(5000)의 제어부(5300)는 상기 복수의 엣지를 외삽(extrapolation)함으로써 상기 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
도 11은 외삽을 통해 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조할 때, 일 실시예에 따른 수광부(5200)는 상술한 바와 같이 3개의 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)을 이용하여 전기신호(1)로부터 3개의 상승엣지를 검출할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(5300)는 상기 3개의 상승엣지를 외삽함으로써 상기 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 또한, 상기 제어부(5300)는 상기 3개의 상승엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 3개의 엣지를 외삽할 수 있다. 즉, 상기 3개의 기준값 중 가장 큰 제3 기준값(Vth3)에 의해 검출되는 엣지로부터 상기 3개의 기준값 중 가장 작은 제1 기준값(Vth1)에 의해 검출되는 엣지 방향으로 상기 3개의 엣지를 외삽할 수 있다.
한편, 설명의 편의상 도 11에서는 3개의 상승엣지가 외삽됨에 따라 실제 수광 시점(t0)이 획득되는 것으로 설명하였으나, 엣지의 개수가 반드시 3개로 한정되는 것은 아니다. 또한, 외삽되는 엣지가 반드시 상승엣지로 한정되는 것도 아니다.
예를 들어, 제어부(5300)는 실제 수광 시점(t0)의 정확도를 높이기 위하여, 기준값의 개수를 추가할 수 있다. 이에 따라, 수광부(5200)를 통해 검출되는 엣지의 개수가 증가할 수 있다. 이 때, 제어부(5300)는 상기 3개의 엣지 뿐만 아니라 추가적으로 검출된 엣지까지 함께 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 이 경우, 외삽되는 엣지가 개수가 증가함에 따라, 제어부(5300)는 보다 정확한 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또한, 제어부(5300)는 상승엣지 뿐만 아니라 하강엣지까지 함께 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 11에서, 제어부(5300)는 상기 3 개의 상승엣지 뿐만 아니라 상기 3개의 하강엣지도 함께 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 이 때, 제어부(5300)는 가장 늦게 검출되는 엣지로부터 가장 먼저 검출되는 엣지 방향으로 6개의 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 이 경우, 획득되는 실제 수광 시점(t0)의 정확도가 향상될 수 있다.
실제 수광 시점(t0)을 획득하기 위한 다른 일 예로, 제어부(5300)는 데이터 테이블을 참조하여 상기 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 여기서, 상기 데이터 테이블은 복수의 기준값, 복수의 엣지가 검출되는 시점 간의 시간 간격 및 실제 수광 시점(t0)에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 데이터 테이블은 거리 측정 장치(5000)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다.
한편, 상기 데이터 테이블은 반복적인 실험을 통해 획득될 수 있다.
도 12는 데이터 테이블을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 수광부(5200)는 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)을 이용하여 각각 제1 내지 제3 상승엣지를 검출할 수 있다. 이 때, 상기 제1 상승엣지의 검출 시점은 t1, 제2 상승엣지의 검출 시점은 t2, 제3 상승엣지의 검출 시점은 t3으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 제1 상승엣지의 검출시점과 상기 제2 상승엣지의 검출시점 사이의 시간 간격이 T1로, 상기 제2 상승엣지의 검출시점과 상기 제3 상승엣지의 검출시점 사이의 시간 간격이 T2로 정의될 수 있다.
예를 들어, 거리 측정 장치(5000)는 소정의 동일한 거리만큼 떨어져 있는 다양한 대상체로 광을 조사할 수 있다. 이 때, 광속은 일정하므로 거리 측정 장치(5000)로부터 대상체까지의 거리를 통해 실제 수광 시점(t0)이 산출될 수 있다. 또한, 반사율과 같은 특성이 상이한 다양한 대상체로부터 다양한 전기신호가 획득될 수 있고, 이로부터 복수의 엣지의 검출시점, 상기 검출시점 간의 시간 간격 및 상기 시간 간격간의 비율에 관한 데이터가 획득될 수 있다. 즉, 상기 데이터를 포함하는 데이터 테이블이 거리 측정 장치(5000)의 메모리에 저장될 수 있다.
도 12를 예로 들면, 상기 데이터 테이블은 T1과 T2의 비율과 실제 수광 시점(t0)에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 제어부(5300)는 T1, T2 및 상기 데이터 테이블을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또한, 설명의 편의상 거리 측정 장치(5000)가 3개의 기준값을 이용하여 2개의 시간 간격을 산출하고, 상기 2개의 시간 간격간의 비율을 통해 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 것으로 설명하였다. 다만, 이는 일 예시에 불과하며, 거리 측정 장치(5000)는 3개 이상의 기준값을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 것도 가능하다. 예를 들어, 거리 측정 장치(5000)는 4개의 기준값을 이용하여 3개의 시간 간격을 산출하고, 상기 3개의 시간 간격간의 비율을 통해 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 물론, 기준값의 개수가 증가할수록, 획득되는 실제 수광 시점(t0)이 정확할 수 있다.
또한, 실제 수광 시점(t0)을 획득하기 위한 또 다른 일 예로, 제어부(5300)는 알고리즘을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 상기 알고리즘은 복수의 엣지의 검출 시점과 실제 수광 시점(t0)에 관한 관계식일 수 있다. 또한, 상기 알고리즘은 거리 측정 장치(5000)의 메모리상에 저장되어 있을 수 있다. 따라서, 제어부(5300)는 복수의 엣지의 검출 시점과 상기 알고리즘을 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(5300)는 신경망 네트워크(Neural Network)를 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 여기서, 상기 신경망 네트워크는 수광부(5200)로부터 제공되는 복수의 엣지로부터 실제 수광 시점(t0)을 산출할 수 있다. 또한, 상기 신경망 네트워크는 콘볼루션 신경망(Convolution Neural Network), 순환 신경망(Recurrent Neural Network) 또는 생성 대립 신경망(Generative Adversarial Network) 으로 제공될 수 있다.
한편, 이하에서는 설명의 편의상 거리 측정 장치(5000)가 복수의 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 방법을 중심으로 설명한다. 이하에서 설명되는 내용들은 상술한 데이터 테이블, 알고리즘 및 신경망 네트워크를 이용하여 실제 수광 시점(t0)을 획득하는 경우에도 그대로 적용될 수 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5000)는 상기 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다(S500). 여기서, 상기 수광 시점이란 상기 실제 수광 시점(t0)을 의미할 수 있다. 구체적으로, 제어부(5300)는 [수학식 1]에 기초하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, [수학식 1]에서
Figure 112018084202582-pat00016
는 거리 측정 장치(5000)로부터 출사된 레이저의 출사 시점(tf)으로부터 대상체로부터 반사되어 수신되는 레이저의 수신 시점(tr)까지의 시간을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 레이저의 수신 시점(tr)은 상기 실제 수광 시점(t0)과 같을 수 있다. 즉, 제어부(5300)는 상기 레이저의 출사 시점(tf)과 상기 실제 수광 시점(t0)을 비교함으로써 상기 대상체로 조사된 레이저의 비행시간(
Figure 112018084202582-pat00017
)을 산출하고, 상기 산출된 비행시간을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다.
이러한 거리 측정 방법(5001)에 따라 획득된 거리 정보는 도 5 내지 도 8의 거리 측정 방법에 따른 거리 정보보다 정확할 수 있다. 이하에서는 도 10의 거리 측정 방법(5001)과 도 5내지 도 8에 따른 거리 측정 방법의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 13은 거리 측정 장치(5000)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있되, 반사율이 서로 다른 제1 대상체 및 제2 대상체로 반사되는 레이저로부터 각각 변환된 제1 전기신호(1) 및 제2 전기신호(2)를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 제어부(5300)는 제1 전기신호(1)로부터 3개의 상승엣지를 검출할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 제2 전기신호(2)로부터 3개의 상승엣지를 검출할 수 있다. 이 때, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 전기신호(1)로부터 검출된 상승엣지의 검출시점과 제2 전기신호(2)로부터 검출된 상승엣지의 검출시점은 상이할 수 있다.
그러나, 상기 제1 전기신호(1)로부터 검출된 상승엣지가 외삽된 경우 획득되는 제1 실제 수광 시점(t01)은 상기 제2 전기신호(2)로부터 검출된 상승엣지가 외삽된 경우 획득되는 제2 실제 수광 시점(t02)과 동일할 수 있다. 이는, 상기 제1 대상체의 반사율과 상기 제2 대상체의 반사율이 상이하여 이에 따른 각 전기신호의 세기가 상이하더라도, 광속은 일정하기 때문이다. 따라서, 상기 제1 대상체의 거리 정보는 상기 제2 대상체의 거리 정보와 동일할 수 있다. 즉, 제어부(5300)는 거리 측정 장치(5000)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있되 반사율이 서로 다른 물체로부터 동일한 거리 정보를 획득할 수 있다. 제어부(5300)는 대상체의 반사율과 같은 특성과 관계없이 정확한 거리 정보를 획득할 수 있다.
다시 말해, 대상체의 반사율의 차이에 따라 각 대상체로부터 반사되는 전기신호의 특성이 다름에도 불구하고, 상기 거리 측정 방법(5001)은 실제 수광 시점(t0)을 기준으로 거리를 산출하기 때문에 대상체의 반사율 차이에 따른 오차가 발생하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도 6에서는 대상체의 반사율 차이로 인해
Figure 112018084202582-pat00018
만큼의 시간 오차가 발생하였으나, 도 13에서는 이러한 오차가 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 거리 측정 방법(5001)은 도 6에 따른 거리 측정 방법보다 정확도가 높을 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 장치(5000)의 제어부(5300)는 실제 수광 시점(t0)을 이용하여 대상체의 거리를 산출하기 때문에, 도 5에서 발생된 시간 오차(
Figure 112018084202582-pat00019
)를 제거할 수 있다.
도 14는 도 13과 마찬가지로 거리 측정 장치(5000)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있되, 반사율이 서로 다른 제1 대상체 및 제2 대상체로 반사되는 레이저로부터 각각 변환된 제1 전기신호(1) 및 제2 전기신호(2)를 나타내는 도면이다. 다만, 도 14에서는, 제1 전기신호(1)가 포화값(Vsat)에 도달할 수 있다. 또한, 제1 전기신호(1)는 정상동작 영역으로 돌아오면서, 소정의 시간만큼 딜레이(d)될 수 있다. 이 경우, 도 8에서는, 전술한 바와 같이
Figure 112018084202582-pat00020
의 오차가 발생할 수 있었다.
그러나, 도 14를 참조하면, 거리 측정 장치(5000)는 제1 전기신호(1)가 포화값(Vsat)에 도달하더라도, 미리 정해진 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)을 이용하여 3개의 상승 엣지를 검출할 수 있다. 이에 따라, 거리 측정 장치(5000)는 상기 3개의 상승 엣지를 외삽함으로써 제1 실제 수광 시점(t01)을 획득할 수 있다. 이 때, 상기 제1 실제 수광 시점(t01)은 제2 전기신호(2)로부터 획득되는 제2 실제 수광 시점(t02)과 동일할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(5000)는 제1 전기신호(1)가 포화값(Vsat)에 도달하더라도, 대상체의 정확한 거리 정보를 획득할 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(5000)는 상기 센싱부로부터 변환되는 전기신호가 포화 영역에 진입하더라도, 대상체의 정확한 거리를 산출할 수 있다.
따라서, 상기 거리 측정 방법(5001)은 도 7 및 도 8에 따른 거리 측정 방법보다 정확도가 높을 수 있다.
5.2.2 전기 신호의 피크값 산출 방법 및 피크값을 이용한 거리 보정 방법
한편, 거리 측정 장치(5000)는 복수의 엣지로부터 전기신호의 피크(peak)값에 관한 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 상기 전기신호의 피크 값에 관한 정보는 상기 전기신호의 피크 값과 상기 피크 값의 검출 시점을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 15를 참조하면, 거리 측정 장치(5000)는 3개의 기준값을 이용하여 전기신호(1)로부터 6개의 엣지를 검출할 수 있다. 또한, 상기 엣지는 3개의 상승엣지 및 3개의 하강엣지를 포함할 수 있다.
이 때, 거리 측정 장치(5000)의 제어부(5300)는 상기 3개의 상승엣지를 외삽함으로써 피크값(Vp)에 관한 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 제어부(5300)는 상기 피크값(Vp) 및 상기 피크값(Vp)의 검출 시점(tp)을 획득할 수 있다. 여기서, 제어부(5300)는 상기 3개의 상승엣지 중 기준값이 가장 작은 상승엣지로부터 기준값이 가장 큰 상승엣지 방향으로 상기 3개의 상승엣지를 외삽할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 상기 3개의 하강엣지 중 기준값이 가장 작은 하강엣지로부터 기준값이 가장 큰 하강엣지 방향으로 상기 3개의 하강엣지를 외삽함으로써 피크값(Vp)을 획득할 수 있다. 또한, 상술한 피크값(Vp)은 전기신호(1)의 이론적 최대 피크값일 수 있다.
또한, 제어부(5300)는 상기 6개의 엣지를 내삽(interpolation)함으로써 피크값(Vp)을 획득할 수 있다.
또한, 제어부(5300)는 데이터 테이블을 참조하여 피크값(Vp) 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 상기 데이터 테이블은 복수의 기준값, 복수의 엣지가 검출되는 시점 간의 시간 간격, 피크값(Vp)의 크기 및 피크값(Vp)의 검출 시점(tp)에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 데이터 테이블은 거리 측정 장치(5000)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 또한, 상기 데이터 테이블은 반복적인 실험을 통해 획득될 수 있다.
한편, 피크값(Vp)은 전기신호(1)의 포화값보다 클 수 있다. 예를 들어, 대상체의 반사율이 높고 근거리에 있는 경우, 상기 센서부는 포화 상태가 될 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 상술한 외삽(extrapolation), 내삽(interpolation) 및 상기 데이터 테이블 중 적어도 하나를 이용하여 피크값(Vp)에 관한 데이터를 획득할 수 있다. 다시 말해, 제어부(5300)는 전기신호(1)가 상기 포화값에 도달하더라도, 상기 전기신호(1)의 피크값(Vp)을 획득할 수 있다.
이에 따라, 제어부(5300)는 전기신호(1)가 상기 포화값에 도달하더라도, 상기 전기신호(1)의 피크값(Vp)에 관한 데이터를 이용할 수 있다.
한편, 제어부(5300)는 피크값(Vp) 데이터를 이용하여 intensity map을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 intensity map이란 출광부(5100)로부터 대상체로 조사된 후 상기 대상체로부터 반사되어 수광부(5200)에 의해 감지되는 광의 세기를 나타내는 2차원 지도를 의미할 수 있다.
상기 수광부(5200)에 의해 감지되는 광의 세기는 상기 대상체의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 대상체의 반사율에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 대상체의 반사율은 상기 대상체의 색상에 따라 달라질 수 있다.
도 16 및 도 17은 상기 대상체의 색상 차이에 따른 intensity map을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도로상의 차선과 속도 제한 표시를 나타내는 도면이다. 여기서, 상기 차선과 속도 제한 표시는 하얀색(W)으로 표시될 수 있다. 반면에, 도로는 검은색(B)으로 표시될 수 있다.
또한, 도 17은 거리 측정 장치(5000)가 도 16의 환경에서 작동되는 경우, 제어부(5300)로부터 생성되는 intensity map을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 하얀색(W)의 반사율은 검은색(B)의 반사율보다 높으므로, 하얀색(W)의 대상체로부터 반사되는 광의 세기는 검은색(B)의 대상체로부터 반사되는 광의 세기보다 클 수 있다. 도 16에서, 거리 측정 장치(5000)는 하얀색(W)인 차선 및 속도 제한표시로부터 반사되는 광을 제1 전기신호(1``)로 변환할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(5000)는 검은색(B)인 도로로부터 반사되는 광을 제2 전기신호(2``)로 변환할 수 있다. 이 때, 제어부(5300)는 제1 전기신호(1``)로부터 제1 피크값 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 제2 전기신호(2``)로부터 제2 피크값 데이터를 획득할 수 있다. 이 때, 상기 제1 피크값의 크기는 상기 제2 피크값의 크기보다 클 수 있다.
따라서, 제어부(5300)는 상기 제1 피크값 및 상기 제2 피크값에 기초하여 도 17과 같은 intensity map을 획득할 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의상 대상체의 색상 차이를 중심으로 피크값 데이터 및 intensity map에 대해 설명하였으나, 대상체의 반사율을 결정하는 다른 요소(예를 들어, 대상체의 재질)들이 차이가 나는 경우에도 위의 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 제어부(5300)는 전기신호(1)의 피크값(Vp)을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 보정할 수 있다.
일 예로, 제어부(5300)는 피크값(Vp)에 기초하여 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보는 상기 대상체의 색상, 표면 특성 및 상기 대상체로 조사되는 광의 입사 각도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보를 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 보정할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(5300)는 피크값(Vp)에 기초하여 상기 대상체를 인식할 수 있다. 예를 들어, 제어부(5300)는 표지판, 주행 상황, 보행자, 자동차, 문자 중 적어도 하나를 인식할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 보행자 및 자동차를 구별할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 인식 동작은 외부 서버에 의해 이루어질 수도 있다. 이 때, 제어부(5300)는 상기 외부 서버로부터 인식된 상기 대상체에 관한 정보를 수신할 수 있다.
또한, 제어부(5300)는 상기 인식되는 대상체의 정보에 기초하여 상기 대상체의 거리 정보를 보정할 수 있다. 예를 들어, 상기 대상체가 자동차인 경우, 제어부(5300)는 자동차의 특성(예를 들어, 표면 재질 등)을 고려하여 상기 대상체의 거리 정보를 보정할 수 있다.
5.2.3 노이즈 신호 처리 방법
한편, 일 실시예에 따른 수광부(5200)로부터 획득되는 전기신호에는 노이즈가 포함될 수 있다. 이러한 노이즈가 소정 범위를 초과하는 경우, 외삽을 통해 획득되는 실제 수광 시점이 부정확해질 수 있다. 여기서, 상기 노이즈는 지터(jitter)를 포함할 수 있다.
도 18은 상기 노이즈를 포함하는 전기신호를 나타내는 도면이다.
도 18에서, 거리 측정 장치(5000)의 수광부(5200)는 상기 노이즈가 포함된 실제전기신호(1')를 획득할 수 있다. 또한, 상기 노이즈는 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)에도 포함될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)이 곡선 형태의 노이즈를 포함하지 않는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 상기 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)이 노이즈를 포함하는 경우에도 이하에서 설명되는 내용들이 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
이 때, 수광부(5200)는 상기 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)을 이용하여 상기 실제전기신호(1')로부터 엣지를 검출할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 상기 검출된 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)를 획득할 수 있다. 다만, 상기 실제전기신호(1')에는 상기 노이즈가 포함되어 있으므로, 수광부(5200)로부터 검출되는 엣지는 도 18에서와 같이 이상적인 전기신호(1)로부터 검출되는 엣지와 다를 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 기준값(Vth1, Vth2, Vth3)에 상기 노이즈가 포함된 경우, 수광부(5200)로부터 검출되는 엣지는 도 11에서와 달리 오차를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 오차를 포함하는 엣지로부터 검출되는 실제 수광 시점(t0)의 정확도가 떨어질 수 있다.
이에, 제어부(5300)는 상기 노이즈를 측정하고, 상기 노이즈가 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 기준값의 개수를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 제어부(5300)는 실제 수광 시점(t0)의 정확도를 높이기 위해 제4 및 제5 기준값(Vth4, Vth5)을 추가할 수 있다. 이에 따라, 도 19의 실제 수광 시점(t0)은 도 18의 실제 수광 시점(t0)보다 정확한 값일 수 있다. 따라서, 도 19의 거리 측정 방법에 따라 획득된 거리 정보는 도 18의 거리 측정 방법에 따라 획득된 거리 정보보다 정확할 수 있다.
한편, 수광부(5200)로부터 감지되는 전기신호의 크기에 따라 신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 달라질 수 있다. 예컨대, 전기신호의 크기가 작을수록 그에 따른 SNR 또한 작아질 수 있다. 이에 따라, 상기 전기신호로부터 검출되는 엣지로부터 산출되는 실제 수광 시점(t0)의 정확도가 감소할 수 있다.
이에, 거리 측정 장치(5000)는 수광부(5200)를 통해 획득되는 전기신호의 크기가 미리 정해진 크기보다 작은 경우, 상기 전기신호로부터 검출되는 상승엣지 및 하강엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 또는, 거리 측정 장치(5000)는 상기 전기신호의 SNR이 미리 정해진 기준값보다 작은 경우, 상기 전기신호로부터 검출되는 상승엣지 및 하강엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 이에 따라, 실제 수광 시점(t0)의 정확도 및 대상체의 거리 정보의 정확도가 향상될 수 있다. 다시 말해, 수광부(5200)로부터 획득되는 전기신호의 SNR이 미리 정해진 기준값보다 작은 경우, 상승엣지 뿐만 아니라 하강엣지까지 함께 외삽함으로써 보다 정확한 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
5.2.4 포화 영역에서 거리 측정 장치의 동작
한편, 거리 측정 장치(5000)는 작동 중 포화 영역으로 진입할 수 있다. 예를 들어, 수광부(5200)가 근거리의 대상체로부터 광을 감지하는 경우, 상기 감지되는 광으로부터 변환되는 전기신호는 포화값에 도달할 수 있다.
도 20은 수광부(5200)의 포화 영역 진입 여부를 판단 및 예측하는 일 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20에서, 수광부(5200)로부터 획득되는 전기신호(1)는 포화값(Vsat)에 도달함에 따라 정상동작 영역으로 돌아오면서 d값만큼 딜레이될 수 있다. 이 때, 제어부(5300)는 상기 제1 검출 시점(tr1) 및 제2 검출 시점(tr2)을 이용하여 엣지 간격(
Figure 112018084202582-pat00021
)을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 상기 엣지 간격(
Figure 112018084202582-pat00022
)과 미리 정해진 간격을 비교하여 수광부(5200)의 포화 영역 진입 여부를 예측할 수 있다. 예를 들어, 상기 엣지 간격(
Figure 112018084202582-pat00023
)이 상기 미리 정해진 간격보다 큰 경우, 제어부(5300)는 수광부(5200)의 포화 영역 진입을 예측할 수 있다.
도 21은 수광부(5200)의 포화 영역 진입 여부를 판단 및 예측하는 다른 일 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 21을 참조하면, 제1 전기신호(1)는 포화값(Vsat)에 도달함에 따라 정상동작 영역으로 돌아오면서 d만큼 딜레이될 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 도 11에서 설명된 바와 같이, 검출되는 엣지로부터 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 또한, 제어부(5300)는 제2 대상체로부터 제2 전기신호(2)를 획득할 수 있다.
또한, 제1 전기신호(1)의 크기는 제2 전기신호(2)의 크기 보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 기울기(l1)의 크기는 제2 기울기(l2)의 크기 보다 클 수 있다. 이 때, 상기 제1 기울기(l1) 및 상기 제2 기울기(l2)는 동일한 기준값(Vth1, Vth2)으로부터 검출되는 엣지로부터 산출될 수 있다.
이 때, 제어부(5300)는 상기 제1 기울기(l1)와 미리 정해진 기울기를 비교하여 상기 제1 전기신호(1)의 포화 여부를 판단 및 예측할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(5300)는 상기 제2 기울기(l2)와 미리 정해진 기울기를 비교하여 상기 제2 전기신호(2)의 포화 여부를 판단 및 예측할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 제1 기울기(l1) 및 제2 기울기(l2)는 실제 수광 시점(t0) 및 엣지를 이용하여 산출될 수 있다. 또한, 제1 기울기(l1) 및 제2 기울기(l2)는 제1 기준값(Vth1) 및 제2 기준값(Vth2)로부터 검출되는 엣지를 이용하여 산출될 수 있다.
상술한 도 20 및 도 21의 방법에 따라 수광부(5200)의 포화 영역 진입이 예측되는 경우, 일 실시예에 따른 제어부(5300)는 상기 수광부(5200)의 센서부의 이득값을 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 수광부(5200)로부터 획득되는 전기신호의 크기는 조절되고, 상기 전기신호는 포화값(Vsat)에 도달하지 않을 수 있다.
또한, 제어부(5300)는 상기 도 20 및 도 21의 방법에 따라 수광부(5200)의 포화 영역 진입 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 수광부(5200)가 포화 영역에 진입한 것으로 판단되면, 제어부(5300)는 수광부(5200)의 이득값을 조절할 수 있다.
한편, 수광부(5200)의 포화 영역 진입 여부에 따라, 제어부(5300)의 외삽 데이터가 달라질 수 있다. 예를 들어, 수광부(5200)가 포화 영역에서 동작하는 경우, 즉, 수광부(5200)로부터 획득되는 전기신호가 포화값에 도달하는 경우, 제어부(5300)는 상승 엣지만을 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 반면에, 수광부(5200)가 정상 동작 영역에서 동작하는 경우, 제어부(5300)는 상승 엣지 및 하강 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
도 22는 수광부의 포화 영역 진입 여부에 따른 외삽 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 제1 예로, 제1 전기신호(1)는 포화값(Vsat)에 도달함에 따라 정상 동작 영역으로 돌아오면서 지연될 수 있다. 이 때, 제어부(5300)는 상기 제1 전기신호(1)로부터 검출되는 상승엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다.
반면에, 제2 예로, 제2 전기신호(2)는 포화값(Vsat)에 도달하지 않고 정상 동작 영역에 있을 수 있다. 이 경우, 제어부(5300)는 상기 제2 전기신호(2)로부터 검출되는 상승엣지 및 하강엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 구체적으로, 제어부(5300)는 제1 기준값(Vth1)으로부터 검출되는 하강 엣지로부터 제1 기준값(Vth1)으로부터 검출되는 상승 엣지 방향으로 외삽함으로써 실제 수광 시점(t0)을 획득할 수 있다. 이에 따라, 실제 수광 시점(t0)의 정확도가 향상될 수 있다. 즉, 상기 제2 예에 따라 획득되는 실제 수광 시점은 상기 제1 예에 따라 획득되는 실제 수광 시점보다 정확한 값일 수 있다.
5.3 색상 데이터를 이용한 거리 보정 방법
이상에서는 TOF를 이용하는 거리 측정 방법의 일 예로서 실제 수광 시점을 이용하여 대상체의 거리를 측정하는 방법에 대하여 설명하였다.
상술한 바와 같이, 대상체의 색상에 따라 대상체로부터 반사되는 광의 세기가 달라질 수 있다. 이에 따라, 거리 측정 장치의 측정 가능 거리가 달라질 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치를 이용하여 동일한 거리에 위치하는 대상체의 거리를 측정하는 경우에도, 반사율이 상대적으로 높은 하얀색의 대상체는 상기 거리 측정 장치를 통해 측정되나, 반사율이 상대적으로 낮은 검은색의 대상체는 상기 거리 측정 장치를 통해 측정되지 않을 수 있다.
이에, 거리 측정 장치는 대상체의 색상 데이터를 이용하여 대상체의 거리 정보를 보정할 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5500)를 설명하기 위한 블락도이다.
도 23을 참조하면, 거리 측정 장치(5500)는 대상체의 거리를 산출할 수 있다. 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5500)는 대상체로 광을 조사하는 출광부(5510), 대상체로부터 반사되는 광을 감지하는 수광부(5520) 및 상기 대상체의 거리를 산출하는 제어부(5530)를 포함할 수 있다. 한편, 출광부(5510), 수광부(5520) 및 제어부(5530)에 대해서는 상술한 TOF를 이용한 거리 측정 방법 및 실제 수광 시점을 이용한 거리 측정 방법의 내용이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 설명의 편의상 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(5500)는 RGB 데이터 획득 장치(5600)로부터 색상 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 상기 RGB 데이터 획득 장치(5600)는 RGB 카메라를 포함할 수 있다. RGB 데이터 획득 장치(5600)는 대상체로부터 상기 대상체의 색상 데이터를 획득할 수 있다. RGB 데이터 획득 장치(5600)는 상기 대상체의 색상 데이터를 거리 측정 장치(5500)로 전송할 수 있다.
한편, 도 23에서는 설명의 편의상 거리 측정 장치(5500) 및 RGB 데이터 획득 장치(5600)가 별도의 장치인 것으로 설명하였으나, RGB 데이터 획득 장치(5600)는 거리 측정 장치(5500)에 통합될 수 있다. 다만, 설명의 편의상 이하에서는 거리 측정 장치(5500) 및 RGB 데이터 획득 장치(5600)가 별도의 장치인 것으로 설명한다.
한편, 거리 측정 장치(5500)의 제어부(5530)는 상술한 수학식 1에 기초하여 상기 대상체의 거리를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(5530)는 상기 RGB 데이터 획득 장치(5600)로부터 전송되는 색상 데이터를 이용하여 상기 산출된 대상체의 거리를 보정할 수 있다. 이에 따라, 제어부(5530)는 대상체의 실제 거리를 산출할 수 있다.
도 24는 상기 거리 측정 장치(5500)에 의해 수행될 수 있는 거리 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 거리 보정 방법은 대상체로 광을 조사하는 단계(S10), 상기 대상체로부터 반사되는 광을 감지하는 단계(S20), 상기 대상체의 거리를 산출하는 단계(S30) 및 보정 데이터를 이용하여 상기 산출된 거리를 보정하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계에 대하여 설명한다.
먼저, 거리 측정 장치(5500)는 출광부(5510)를 이용하여 대상체로 광을 조사할 수 있다(S10). 본 단계에 대하여는 도 10의 단계 S100에서 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 거리 측정 장치(5500)는 수광부(5520)를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 광을 감지할 수 있다(S20). 또한, 상기 수광부(5520)는 상기 감지되는 광으로부터 전기신호를 획득할 수 있다. 또한, 상기 수광부(5520)는 기준값을 이용하여 상기 전기신호로부터 엣지를 검출할 수 있다.
또한, 거리 측정 장치(5500)는 제어부(5530)를 이용하여 상기 대상체의 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(5530)는 상기 엣지의 검출 시점과 상기 대상체로 조사되는 광의 출사 시점을 비교함으로써, 상기 광의 비행시간을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(5530)는 상기 비행시간을 이용하여 상기 대상체의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 거리 측정 장치(5500)는 보정 데이터를 이용하여 상기 산출된 대상체의 거리를 보정할 수 있다(S40). 구체적으로, 거리 측정 장치(5500)의 제어부(5530)는 RGB 데이터 획득 장치(5600)로부터 전송된 상기 대상체의 색상 데이터를 이용하여 상기 산출된 대상체의 거리를 보정할 수 있다. 이 때, 제어부(5530)는 상기 대상체의 색상 데이터로부터 상기 대상체의 거리를 보정하기 위한 보정 데이터를 산출할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 도 25는 하얀색의 제1 대상체로부터 획득되는 제1 전기신호(1) 및 검은색의 제2 대상체로부터 획득되는 제2 전기신호(2)를 나타내는 도면이다. 여기서, 상기 제1 대상체 및 상기 제2 대상체는 거리 측정 장치(5500)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있을 수 있다.
도 25에서, 거리 측정 장치(5500)는 기준값(Vth)을 이용하여 제1 전기신호(1) 및 제2 전기신호(2)로부터 각각 제1 엣지 및 제2 엣지를 검출할 수 있다. 이 때, 상기 제1 대상체 및 상기 제2 대상체의 색상 차이로 인하여 제1 전기신호(1)의 세기는 제2 전기신호(2)의 세기는 상이할 수 있다. 따라서, 이 때, 상기 제1 엣지의 검출 시점(t1) 및 상기 제2 엣지의 검출 시점(t2)간에는
Figure 112018084202582-pat00024
의 시간 차이가 발생할 수 있다. 이 경우, 제어부(5530)가
Figure 112018084202582-pat00025
의 시간 차이를 보정하지 않으면, 거리 측정 장치(5500)로부터 산출되는 상기 제2 대상체의 거리 정보는 왜곡될 수 있다.
한편, RGB 데이터 획득 장치(5600)는 상기 제1 대상체 및 상기 제2 대상체의 색상 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(5500)는 RGB 데이터 획득 장치(5600)로부터 상기 색상 데이터를 수신할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 제어부(5530)는 상기 색상 데이터에 기초하여
Figure 112018084202582-pat00026
의 시간 차이를 보정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(5530)는 상기 제2 대상체의 거리를 산출하는 경우, 일차적으로, 상기 제2 엣지의 검출 시점(t2)와 상기 광의 출사 시점(tf)의 차이에 기초하여 상기 제2 대상체의 거리를 산출할 수 있다. 이어서, 제어부(5530)는 상기 산출된 제2 대상체의 거리에서
Figure 112018084202582-pat00027
로부터 산출되는 거리를 빼줌으로써 보정할 수 있다. 물론, 제어부(5530)는 상기 제2 엣지의 검출 시점(t2)에서
Figure 112018084202582-pat00028
를 뺀 상기 제1 엣지의 검출 시점(t1)과 상기 광의 출사 시점(tf)의 차이에 기초하여 상기 제2 대상체의 거리를 산출할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 대상체의 거리와 상기 제2 대상체의 거리는 동일한 값으로 산출될 수 있다.
한편, 도 26 및 도 27은 상술한 색상 데이터를 이용한 거리 보정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 RGB 데이터 획득 장치(5600)로부터 획득되는 대상체의 이미지를 도시한 도면이다. 또한, 도 27은 거리 측정 장치(5500)로부터 산출되는 대상체의 실제 거리를 나타내는 Depth Map을 도시한 도면이다. 여기서, 도 27은 색상 차이에 따른 오차 보정이 완료된 Depth Map을 의미할 수 있다.
도 26에서, RGB 데이터 획득 장치(5600)는 대상체(5002)의 색상 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, RGB 데이터 획득 장치(5600)에 의해 획득된 이미지의 제1 RGB 픽셀(C1)은 하얀색, 제2 RGB 픽셀(C2)은 검은색의 색상 데이터를 포함할 수 있다.
한편, 도 27에서, 거리 측정 장치(5600)는 대상체(5002)의 색상 데이터를 고려하여 Depth Map을 산출할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(5500)는 상기 제1 RGB 픽셀(C1)의 색상 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(5500)는 상기 제1 RGB 픽셀(C1)의 색상 데이터로부터 보정 데이터를 산출할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(5500)는 상기 보정 데이터를 이용하여 상기 제1 RGB 픽셀(C1)에 대응되는 제1 거리 픽셀(C1`)을 산출할 수 있다. 여기서, 제1 거리 픽셀(C1`)은 상기 보정 데이터가 반영된 거리 정보를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 거리 측정 장치(5500)는 상기 제2 RGB 픽셀(C2)의 색상 데이터로부터 보정 데이터를 산출할 수 있다. 거리 측정 장치(5500)는 상기 보정 데이터를 이용하여 상기 제2 RGB 픽셀(C2)에 대응되는 제2 거리 픽셀(C1`)을 산출할 수 있다. 여기서, 제2 거리 픽셀(C2`)은 상기 보정 데이터가 반영된 거리 정보를 포함할 수 있다.
5.4 TOF를 이용하는 라이다 장치
한편, 상술한 거리 측정 장치(5000)는 라이다 장치를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 레이저를 출사하는 레이저 출력부를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사할 수 있다.
또한, 라이다 장치는 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사할 수 있다.
또한, 라이다 장치는 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 상기 센서부를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지할 수 있다. 또한, 상기 센서부는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 센싱부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱부는 Photodiode로 제공될 수 있다. 또한, 상기 센서부는 상기 센싱부로부터 변환되는 전기 신호의 크기를 조절하는 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 라이다 장치는 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 상기 센싱부를 이용하여 상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환할 수 있다.
또한, 라이다 장치는 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 복수의 비교기를 이용하여 상기 복수의 엣지를 검출할 수 있다.
또한, 라이다 장치는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점을 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 복수의 엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 실제 수광 시점을 획득할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득할 수 있다.
한편, 상술한 거리 측정 장치(5000)는 상기 라이다 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 거리 측정 방법(5001)은 상기 라이다 장치에 의해 수행될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 거리 측정 장치(5000)에 의해 수행되는 거리 측정 방법(5001)가 참조될 수 있으므로 생략한다.
5.5 TOF를 이용하는 다른 장치
상술한 실제 수광 시점을 이용한 거리 측정 방법(5001)은 레이저를 사용하는 라이다 장치 뿐만아니라 광의 출광 시점과 수광 시점의 차이를 이용하여 대상체의 거리를 판단하는 모든 장치에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 거리 측정 방법(5001)은 적외선을 이용하는 Depth camera에 의해 수행될 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(5000)는 광의 출광 시점과 수광 시점의 차이를 이용하여 대상체의 거리를 판단하는 모든 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 이에 대한 자세한 설명은 거리 측정 장치(5000)에 의해 수행되는 거리 측정 방법(5001)을 참조하여 이해될 수 있으므로 생략한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 레이저를 출사하는 레이저 출력부 및 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 거리 측정 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서,
    상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계;
    상기 센서부를 이용하여 상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계;
    상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계;
    복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계;
    상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하는 단계; 및
    상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하는
    거리 측정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계는, 상기 복수의 엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계를 포함하는
    거리 측정 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계는, 상기 복수의 엣지 간의 간격에 기초하여 상기 실제 수광 시점을 획득하는 단계를 포함하는
    거리 측정 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 기준값은 그 크기가 가장 작은 최소 기준값 및 그 크기가 가장 큰 최대 기준값을 포함하고,
    상기 최소 기준값은 문턱값 이상이고,
    상기 최대 기준값은 포화값보다 작은
    거리 측정 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 신호로부터 지터를 측정하고,
    상기 측정 결과에 기초하여 상기 기준값의 개수를 늘리는 단계;를 더 포함하는
    거리 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부로부터 출사된 뒤 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 감지되는 레이저로부터 변환되는 전기 신호를 획득하고, 복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 엣지에 기초하여 실제 수광 시점을 획득하고, 상기 획득되는 실제 수광 시점을 이용하여 상기 대상체의 거리 정보를 획득하는 제어부;를 포함하는
    거리 측정 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 엣지 중 기준값이 가장 큰 엣지로부터 기준값이 가장 작은 엣지 방향으로 상기 복수의 엣지를 외삽함으로써 상기 실제 수광 시점을 획득하는
    거리 측정 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 엣지 간의 간격에 기초하여 상기 실제 수광 시점을 획득하는
    거리 측정 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는, 라이다 장치인 것을 특징으로 하는
    거리 측정 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부;를 더 포함하는
    거리 측정 장치.
  14. 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 출사되는 레이저를 대상체로 조사하는 스캐닝부 및 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 센서부를 포함하는 라이다 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서,
    상기 레이저 출력부를 이용하여 레이저를 출사하는 단계;
    상기 스캐닝부를 이용하여 상기 레이저를 대상체로 조사하는 단계;
    상기 센서부를 이용하여 상기 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하는 단계;
    상기 감지되는 레이저를 전기 신호로 변환하는 단계;
    복수의 기준값을 이용하여 상기 전기 신호로부터 복수의 엣지를 검출하는 단계; 및
    상기 복수의 엣지에 기초하여 상기 전기 신호의 이론적 최대 피크값을 산출하는 단계;를 포함하는
    거리 측정 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 이론적 최대 피크값은, 상기 센서부로부터 출력되는 전기 신호의 포화값보다 큰 것을 특징으로 하는
    거리 측정 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 이론적 최대 피크값에 기초하여 상기 대상체의 반사율과 관련된 정보를 획득하는 단계;를 더 포함하는
    거리 측정 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 대상체의 반사율과 관련된 정보는, 상기 대상체의 색상, 표면 특성 및 상기 대상체로 조사되는 광의 입사 각도 중 적어도 하나를 포함하는
    거리 측정 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 이론적 최대 피크값에 기초하여 상기 대상체를 인식하는 단계;를 더 포함하는
    거리 측정 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 대상체를 인식하는 단계는 표지판, 주행 상황, 보행자, 자동차, 문자 중 적어도 하나를 인식하는 단계를 포함하는
    거리 측정 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 엣지 중 어느 하나 또는 상기 복수의 엣지 중 적어도 둘 이상의 조합에 기초하여 상기 대상체까지의 거리를 산출하는 단계; 및 상기 이론적 최대 피크값을 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 보정하는 단계;를 더 포함하는
    거리 측정 방법.
KR1020180099340A 2018-05-14 2018-08-24 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법 KR101937777B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862671305P 2018-05-14 2018-05-14
US62/671,305 2018-05-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101937777B1 true KR101937777B1 (ko) 2019-01-11

Family

ID=64671404

Family Applications (10)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180081896A KR101979374B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 회전 다면 미러
KR1020180081897A KR101947404B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치
KR1020180081898A KR101977315B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치
KR1020180095385A KR102009025B1 (ko) 2018-01-08 2018-08-16 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러
KR1020180099340A KR101937777B1 (ko) 2018-05-14 2018-08-24 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법
KR1020180100701A KR101966971B1 (ko) 2018-01-08 2018-08-27 라이다 장치
KR1020180120184A KR101925816B1 (ko) 2018-01-08 2018-10-10 거리 산출 방법 및 이를 수행하는 라이다 장치
KR1020180126278A KR101964971B1 (ko) 2018-01-08 2018-10-22 라이다 장치
KR1020190017433A KR102263181B1 (ko) 2018-05-14 2019-02-14 라이다 장치
KR1020190054624A KR102570355B1 (ko) 2018-05-14 2019-05-10 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 회전 다면 미러

Family Applications Before (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180081896A KR101979374B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 회전 다면 미러
KR1020180081897A KR101947404B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치
KR1020180081898A KR101977315B1 (ko) 2018-01-08 2018-07-13 라이다 장치
KR1020180095385A KR102009025B1 (ko) 2018-01-08 2018-08-16 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러

Family Applications After (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180100701A KR101966971B1 (ko) 2018-01-08 2018-08-27 라이다 장치
KR1020180120184A KR101925816B1 (ko) 2018-01-08 2018-10-10 거리 산출 방법 및 이를 수행하는 라이다 장치
KR1020180126278A KR101964971B1 (ko) 2018-01-08 2018-10-22 라이다 장치
KR1020190017433A KR102263181B1 (ko) 2018-05-14 2019-02-14 라이다 장치
KR1020190054624A KR102570355B1 (ko) 2018-05-14 2019-05-10 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 회전 다면 미러

Country Status (1)

Country Link
KR (10) KR101979374B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200094841A (ko) * 2019-01-23 2020-08-10 국민대학교산학협력단 자율주행차량의 환경특징 기반 위치인식 장치 및 방법
WO2020181019A1 (en) * 2019-03-05 2020-09-10 Waymo Llc Methods and systems for detecting degraded lidar range measurement accuracy
KR20230022805A (ko) 2021-08-09 2023-02-16 주식회사 위멤스 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11054508B2 (en) 2017-01-05 2021-07-06 Innovusion Ireland Limited High resolution LiDAR using high frequency pulse firing
WO2019135494A1 (ko) 2018-01-08 2019-07-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
US10591598B2 (en) 2018-01-08 2020-03-17 SOS Lab co., Ltd Lidar device
TR201819800A2 (tr) * 2018-12-19 2020-07-21 Orta Dogu Teknik Ueniversitesi Hizli lidar ve konum tespi̇t uygulamalari i̇çi̇n adapti̇f yöntem ve mekani̇zmalar
DE112020000407B4 (de) 2019-01-10 2024-02-15 Innovusion, Inc. Lidar-systeme und -verfahren mit strahllenkung und weitwinkelsignaldetektion
KR102284337B1 (ko) * 2019-08-28 2021-08-02 (주)카네비컴 라이다 장치 및 이의 동작 방법
WO2021045529A1 (ko) * 2019-09-05 2021-03-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
WO2021088831A1 (zh) * 2019-11-07 2021-05-14 上海禾赛科技股份有限公司 激光雷达
KR102125538B1 (ko) 2019-12-13 2020-06-22 주식회사 토르 드라이브 자율 주행을 위한 효율적인 맵 매칭 방법 및 그 장치
WO2021139834A1 (zh) * 2020-01-06 2021-07-15 宁波舜宇车载光学技术有限公司 激光雷达、用于激光雷达的探测方法和制造方法
US20230046753A1 (en) * 2020-01-20 2023-02-16 Lg Innotek Co., Ltd. Motor
KR102476951B1 (ko) * 2020-03-30 2022-12-14 주식회사 나무가 광 출력장치의 광 출력 최적화 방법
US11888289B2 (en) 2020-03-30 2024-01-30 Namuga, Co., Ltd. Light source module allowing differential control according to distance to subject and method for controlling the same
CN111487634B (zh) * 2020-04-21 2022-07-05 湖南镭目科技有限公司 一种激光测距仪防护装置
CN113642355A (zh) * 2020-04-27 2021-11-12 光宝电子(广州)有限公司 可移动式电子装置及其操作方法
EP4143543A1 (en) * 2020-04-30 2023-03-08 Promega Corporation Laser illumination techniques for capillary electrophoresis
WO2021235778A1 (ko) * 2020-05-22 2021-11-25 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
US11828879B2 (en) 2020-07-29 2023-11-28 Lg Innotek Co., Ltd. Vibrated polarizing beam splitter for improved return light detection
EP4162290A4 (en) * 2020-08-03 2024-07-10 Sense Photonics Inc METHODS AND SYSTEMS FOR POWER-EFFICIENT SUB-SAMPLED 3D IMAGING
KR102565472B1 (ko) * 2021-03-17 2023-08-16 주식회사 신원엔지니어링 강판 폭 측정 장치
KR102310242B1 (ko) 2021-04-05 2021-10-08 (주)스핀텍 다중시야를 갖는 판형미러 스캐닝 라이다
KR20230075813A (ko) * 2021-11-23 2023-05-31 오토엘 주식회사 경사진 스캐닝 미러 구조를 가진 라이다
CN118369590A (zh) * 2021-12-07 2024-07-19 伟摩有限责任公司 具有光导歧管的光检测和测距（lidar）设备
KR20230099073A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 조금배 다반사각 회전 미려형 3d 라이다 장치
KR20230099080A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 조금배 3d 라이다 장치
KR102526992B1 (ko) 2022-09-28 2023-04-28 람다이노비전 주식회사 코히어런트 라이다의 다채널 송수신 장치
KR20240052606A (ko) 2022-10-14 2024-04-23 주식회사 위멤스 2축 레이저빔 스캐닝 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088601A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Toyota Motor Corp 物体検出装置

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01133017A (ja) * 1987-11-18 1989-05-25 Nec Corp 赤外線撮像装置
KR200290162Y1 (ko) * 1996-12-30 2002-12-31 위아 주식회사 공작기계 제어반의 발열 배출장치
JPH116973A (ja) * 1997-06-16 1999-01-12 Asahi Optical Co Ltd 光走査装置
JP2958456B1 (ja) * 1998-06-25 1999-10-06 防衛庁技術研究本部長 走行車両の距離測定装置
KR100366155B1 (ko) * 2000-04-10 2002-12-31 송태선 2차원 광주사 장치
JP3802394B2 (ja) * 2001-10-16 2006-07-26 オムロン株式会社 車載用レーダ装置
KR20040091500A (ko) * 2003-04-22 2004-10-28 송석호 레이저 프린터의 냉각기 겸용 다각형 거울
JP4521164B2 (ja) * 2003-07-02 2010-08-11 シャープ株式会社 光走査装置
JP4023426B2 (ja) * 2003-09-30 2007-12-19 ブラザー工業株式会社 網膜走査型ディスプレイ装置
JP5370798B2 (ja) * 2006-07-31 2013-12-18 株式会社リコー 光走査装置および光走査装置を備えた画像形成装置
JP2010038859A (ja) * 2008-08-08 2010-02-18 Toyota Motor Corp ３次元レーザ測距装置
KR101102489B1 (ko) * 2009-12-29 2012-01-05 현대중공업 주식회사 펠티어소자를 이용한 냉각장치
JP5626770B2 (ja) 2010-06-08 2014-11-19 株式会社Ｉｈｉエアロスペース レーザ距離測定装置
KR101117755B1 (ko) * 2010-06-29 2012-03-16 이석길 엘이디 조명의 방열장치
JP5644437B2 (ja) * 2010-12-03 2014-12-24 富士通株式会社 距離測定装置および距離測定方法
KR101282123B1 (ko) * 2011-07-20 2013-07-04 (주) 유남옵틱스 대면적 프로젝션 노광장치
JP2014020889A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Ricoh Co Ltd 物体検出装置
JP2014032149A (ja) * 2012-08-06 2014-02-20 Ricoh Co Ltd 物体検出装置
JP2014071038A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Denso Wave Inc レーザレーダ装置
JP2014071029A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Denso Wave Inc レーザレーダ装置
JP6032416B2 (ja) * 2012-12-10 2016-11-30 コニカミノルタ株式会社 レーザレーダ
EP2983352B1 (en) * 2013-04-01 2020-02-19 Mitsubishi Electric Corporation Optical device, lidar device, and image pickup device
JP6460445B2 (ja) * 2014-08-01 2019-01-30 船井電機株式会社 レーザレンジファインダ
KR20170063196A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 한화테크윈 주식회사 라이다 및 그의 제어방법
WO2017143217A1 (en) * 2016-02-18 2017-08-24 Aeye, Inc. Adaptive ladar receiver
JP6250080B2 (ja) * 2016-02-25 2017-12-20 三菱重工業株式会社 レーザレーダ装置及び走行体
KR102235710B1 (ko) * 2016-05-31 2021-04-02 한국전자기술연구원 송수광 단일렌즈 광학계 구조를 가지는 스캐닝 라이다
KR101997095B1 (ko) * 2016-07-22 2019-07-08 전자부품연구원 수평 분해능 및 영상획득 프레임이 제어되는 스캐닝 라이다

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088601A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Toyota Motor Corp 物体検出装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200094841A (ko) * 2019-01-23 2020-08-10 국민대학교산학협력단 자율주행차량의 환경특징 기반 위치인식 장치 및 방법
KR102176834B1 (ko) 2019-01-23 2020-11-10 국민대학교산학협력단 자율주행차량의 환경특징 기반 위치인식 장치 및 방법
WO2020181019A1 (en) * 2019-03-05 2020-09-10 Waymo Llc Methods and systems for detecting degraded lidar range measurement accuracy
CN113544535A (zh) * 2019-03-05 2021-10-22 伟摩有限责任公司 用于检测降低的lidar范围测量准确性的方法和系统
JP2022523193A (ja) * 2019-03-05 2022-04-21 ウェイモ エルエルシー 劣化したｌｉｄａｒ範囲測定精度を検出するための方法およびシステム
JP7151000B2 (ja) 2019-03-05 2022-10-11 ウェイモ エルエルシー 劣化したｌｉｄａｒ範囲測定精度を検出するための方法およびシステム
JP2023011556A (ja) * 2019-03-05 2023-01-24 ウェイモ エルエルシー 劣化したｌｉｄａｒ範囲測定精度を検出するための方法およびシステム
JP7407886B2 (ja) 2019-03-05 2024-01-04 ウェイモ エルエルシー 劣化したｌｉｄａｒ範囲測定精度を検出するための方法およびシステム
CN113544535B (zh) * 2019-03-05 2024-07-05 伟摩有限责任公司 用于检测降低的lidar范围测量准确性的方法和系统
KR20230022805A (ko) 2021-08-09 2023-02-16 주식회사 위멤스 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101947404B1 (ko) 2019-02-13
KR101977315B1 (ko) 2019-05-20
KR101925816B1 (ko) 2018-12-06
KR20190130468A (ko) 2019-11-22
KR101966971B1 (ko) 2019-04-08
KR102263181B1 (ko) 2021-06-09
KR101979374B1 (ko) 2019-05-16
KR20190130495A (ko) 2019-11-22
KR102009025B1 (ko) 2019-08-08
KR101964971B1 (ko) 2019-04-02
KR102570355B1 (ko) 2023-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101937777B1 (ko) 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법
CN111352091B (zh) 用于lidar应用的激光和检测器阵列中的实时选通和信号路由
US11415681B2 (en) LIDAR based distance measurements with tiered power control
KR101785253B1 (ko) 라이다 장치
KR102020037B1 (ko) 하이브리드 라이다 스캐너
CN109870678B (zh) 激光雷达发射功率及回波增益自动调节方法及调节装置
KR101785254B1 (ko) 전방향 라이다 장치
JP5711925B2 (ja) 光測距装置
EP2824418A1 (en) Surround sensing system
KR102607187B1 (ko) 라이다 장치
JP2020020612A (ja) 測距装置、測距方法、プログラム、移動体
KR20170134944A (ko) 광학 모듈을 이용하여 특정 영역을 스캔하는 방법 및 장치
US20230133767A1 (en) Lidar device and method for operating same
US12044804B2 (en) Range estimation for Lidar systems using a detector array
US20200292667A1 (en) Object detector
KR20190071998A (ko) 차량용 라이다 장치
US20220003841A1 (en) Dynamic laser power control for lidar system
KR101866764B1 (ko) 통합픽셀로 구성된 거리영상센서
CN116324508A (zh) 激光雷达系统的动态接收器增益控制
KR102630099B1 (ko) 라이다 장치
US12025701B2 (en) Dynamic signal control in flash LiDAR
US11782157B2 (en) Range estimation for LiDAR systems
US20220003851A1 (en) Dynamic receiver gain control for lidar system
US20220206290A1 (en) Adaptive beam divergence control in lidar
CN110857991A (zh) 基于光学象限检测方案的深度成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant