KR101991119B1 - 스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법 - Google Patents

스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법 Download PDF

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KR101991119B1
KR101991119B1 KR1020180169227A KR20180169227A KR101991119B1 KR 101991119 B1 KR101991119 B1 KR 101991119B1 KR 1020180169227 A KR1020180169227 A KR 1020180169227A KR 20180169227 A KR20180169227 A KR 20180169227A KR 101991119 B1 KR101991119 B1 KR 101991119B1
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박용완
김건정
엄정숙
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치는, 원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 상기 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하고, 상기 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정하는 경로 결정부 및 상기 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 상기 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 상기 측정 지점에 레이저 신호를 송출하는 레이저 송출부를 포함한다.

Description

스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법{APPARATUS FOR SCANNING LIDAR AND METHOD FOR SCANNING USING THE SAME}
개시되는 실시예들은 라이다 센싱 기술과 관련된다.
라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging) 장치는 레이저를 대상체를 향하여 송출하고 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.
한편, 기존의 라이다 장치는 측정 영역인 시야각(FoV: Field of View)을 사각형으로 지정하고, 측정 영역 내에서 직선 형태의 단방향이나 양방향으로 움직이면서 동일한 간격으로 물체와의 거리를 측정한다. 이때, 기존의 라이다 장치는 라이다가 장착된 장비의 주변을 대략적으로 파악하기엔 좋지만, 관심 영역이 측정 영역 중 일부 영역에만 존재할 경우 물체 감지에 있어서 비효율적이다.
따라서, 측정 영역의 관심 영역에는 레이저 송출 횟수를 높이고, 측정 영역의 비관심 영역에는 레이저 송출 횟수를 낮춰 관심 영역을 정밀하게 측정하는 라이다 센싱 기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-1804681호 (2017.12.05. 공고)
개시되는 실시예들은 스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법을 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치는, 원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 상기 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하고, 상기 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정하는 경로 결정부 및 상기 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 상기 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 상기 측정 지점에 레이저 신호를 송출하는 레이저 송출부를 포함한다.
상기 감소 계수는, 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00001
(이때,
Figure 112018130305522-pat00002
는 상기 감소 계수,
Figure 112018130305522-pat00003
는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 경로 결정부는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 반경을 가지는 회전 측정 경로를 결정하되, 상기 반경은 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00004
, 단,
Figure 112018130305522-pat00005
,
Figure 112018130305522-pat00006
(이때,
Figure 112018130305522-pat00007
는 상기 반경,
Figure 112018130305522-pat00008
는 상기 측정 영역의 반경,
Figure 112018130305522-pat00009
는 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로의 반경,
Figure 112018130305522-pat00010
는 회전 측정 경로의 번호,
Figure 112018130305522-pat00011
는 상기 감소 계수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 경로 결정부는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 직경을 가지는 측정 지점을 결정하되, 상기 직경은 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00012
(이때,
Figure 112018130305522-pat00013
는 상기 직경,
Figure 112018130305522-pat00014
는 상기 반경,
Figure 112018130305522-pat00015
는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 스캐닝 라이다 장치는, 상기 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정하는 영역 설정부를 더 포함하고, 상기 복수의 회전 측정 경로의 개수, 측정 지점의 개수 및 감소 계수는, 상기 관심 영역 및 비관심 영역에서 서로 상이할 수 있다.
상기 영역 설정부는, 상기 측정 영역 중 상기 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경까지의 영역을 비측정 영역으로 설정하고, 상기 측정 영역 내에서 상기 비측정 영역을 제외한 영역 중 상기 기 설정된 제1 반경에서 기 설정된 제2 반경까지의 영역을 상기 관심 영역으로 설정하고, 상기 측정 영역 중 상기 비측정 영역 및 관심 영역을 제외한 영역을 상기 비관심 영역으로 설정할 수 있다.
상기 레이저 송출부는, 상기 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 상기 레이저 신호를 송출할 수 있다.
일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치에서 수행되는 스캐닝 방법에 있어서, 원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 상기 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하는 단계, 상기 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정하는 단계 및 상기 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 상기 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 상기 측정 지점에 레이저 신호를 송출하는 단계를 포함한다.
상기 감소 계수는, 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00016
(이때,
Figure 112018130305522-pat00017
는 상기 감소 계수,
Figure 112018130305522-pat00018
는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 경로를 결정하는 단계는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 반경을 가지는 회전 측정 경로를 결정하되, 상기 반경은 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00019
, 단,
Figure 112018130305522-pat00020
,
Figure 112018130305522-pat00021
(이때,
Figure 112018130305522-pat00022
는 상기 반경,
Figure 112018130305522-pat00023
는 상기 측정 영역의 반경,
Figure 112018130305522-pat00024
는 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로의 반경,
Figure 112018130305522-pat00025
는 회전 측정 경로의 번호,
Figure 112018130305522-pat00026
는 상기 감소 계수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 측점 지점의 개수 및 직경을 결정하는 단계는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 직경을 가지는 측정 지점을 결정하되, 상기 직경은 아래의 수학식
Figure 112018130305522-pat00027
(이때,
Figure 112018130305522-pat00028
는 상기 직경,
Figure 112018130305522-pat00029
는 상기 반경,
Figure 112018130305522-pat00030
는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출될 수 있다.
상기 방법은, 상기 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 회전 측정 경로의 개수, 측정 지점의 개수 및 감소 계수는, 상기 관심 영역 및 비관심 영역에서 서로 상이할 수 있다.
상기 영역을 설정하는 단계는, 상기 측정 영역 중 상기 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경까지의 영역을 비측정 영역으로 설정하는 단계, 상기 측정 영역 내에서 상기 비측정 영역을 제외한 영역 중 상기 기 설정된 제1 반경에서 기 설정된 제2 반경까지의 영역을 상기 관심 영역으로 설정하는 단계 및 상기 측정 영역 중 상기 비측정 영역 및 관심 영역을 제외한 영역을 상기 비관심 영역으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송출하는 단계는, 상기 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 상기 레이저 신호를 송출할 수 있다.
개시되는 실시예들에 따르면, 원형의 측정 영역 내에서, 고리 형상의 회전 측정 경로, 측정 지점의 개수 및 직경을 결정함으로써 사용자의 설정에 따라 측정 영역 내에서 효율적으로 스캐닝을 수행할 수 있다.
또한, 개시되는 실시예들에 따르면, 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정함으로써 사용자가 집중적으로 감지하고 싶은 영역을 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 시스템의 구성도
도 2는 일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치의 구성도
도 3은 일 실시예에 따른 측정 지점의 직경을 설명하기 위한 도면
도 4는 일 실시예에 따른 측정 지점에 대한 위치 정보를 설명하기 위한 도면
도 5는 추가적 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치의 구성도
도 6는 일 실시예에 따른 측정 영역을 설정하는 예를 나타낸 위한 도면
도 7은 일 실시예에 따른 비관심 영역에서 스캐닝 방법의 순서도
도 8은 일 실시예에 따른 관심 영역에서 스캐닝 방법의 순서도
도 9은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 또한, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 시스템(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 라이다 시스템(100)은 송신부(110), 수신부(130) 및 신호 처리부(150)를 포함한다.
송신부(110)는 신호 처리부(150)로부터 제어 신호를 수신하여 객체를 향해 레이저 신호를 송출할 수 있다. 송신부(110)는 레이저 다이오드(laser diode)(111), 줌 렌즈(zoom lens)(113) 및 미세전자기계 시스템(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 거울(115)을 포함한다.
레이저 다이오드(111)는 전류를 이용하여 레이저 신호를 발생시킬 수 있다. 줌 렌즈(113)는 측정 영역 내 측정 지점의 직경에 기초하여 초점 거리를 조절하여 레이저 다이오드(111)에 의해 발생된 레이저 신호의 직경을 조절할 수 있다. 미세전자기계 시스템 거울(115)은 측정 영역 내에서 복수의 회전 측정 경로를 따라 레이저 신호를 레이저 송출 영역으로 송출할 수 있다.
수신부(130)는 렌즈(131) 및 포토 다이오드(photo diode)(133)를 포함한다.
렌즈(131)는 레이저 신호가 송출된 후 객체에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신할 수 있다. 포토 다이오드(133)는 반사 신호를 전기 에너지로 변환하여 신호 처리부(150)에 전달할 수 있다.
신호 처리부(150)는 수신된 반사 신호로부터 객체와의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 신호 처리부(150)는 특정 레이저 송출 영역으로 레이저를 송출한 후 다음 레이저 송출 영역으로 레이저를 송출하도록 송신부(110)에 제어 신호를 전송할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치(200)의 구성도이다.
도 2에 도시된 스캐닝 라이다 장치(200)는 예를 들어, 도 1에 도시된 스캐닝 라이다 시스템에 포함된 일 구성으로 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 스캐닝 라이다 장치(200)는 경로 결정부(210) 및 레이저 송출부(230)를 포함한다.
경로 결정부(210)는 원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하고, 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정한다.
이때, 측정 영역은 레이저 신호를 송출하여 측정 영역에 포함된 객체와의 거리를 측정하기 위한 영역일 수 있다.
회전 측정 경로는 측정 영역 내에서 시계 방향 또는 반시계 방향의 고리 형상으로 형성된 측정 지점에 대한 경로일 수 있다.
측정 지점은 레이저 신호가 송출되는 지점일 수 있다. 이때, 측정 지점의 개수는 사용자의 설정에 따라 다양할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 감소 계수는 아래의 수학식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112018130305522-pat00031
수학식 1에서
Figure 112018130305522-pat00032
는 감소 계수,
Figure 112018130305522-pat00033
는 측정 지점의 개수를 의미한다.
일 실시예에 따르면, 경로 결정부(210)는 감소 계수에 기초하여 복수의 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 반경을 가지는 회전 측정 경로를 결정할 수 있다. 이때, 복수의 회전 측정 경로의 반경은 아래의 수학식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112018130305522-pat00034
수학식 2에서
Figure 112018130305522-pat00035
는 복수의 회전 측정 경로의 반경,
Figure 112018130305522-pat00036
는 측정 영역의 반경,
Figure 112018130305522-pat00037
는 최외곽에 위치한 회전 측정 경로의 반경,
Figure 112018130305522-pat00038
는 회전 측정 경로의 번호를 의미한다.
도 3은 일 실시예에 따른 측정 지점의 직경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따르면, 경로 결정부(210)는 감소 계수에 기초하여 복수의 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 직경을 가지는 측정 지점을 결정할 수 있다.
이때, 측정 지점의 직경은 아래의 수학식 3을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112018130305522-pat00039
수학식 3에서
Figure 112018130305522-pat00040
는 측정 지점의 직경을 의미한다.
한편, 경로 결정부(210)는 측정 지점을 결정한 후 측정 지점에 대한 위치 정보를 생성할 수 있다. 이때, 위치 정보는 극좌표계로 생성될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 측정 지점에 대한 위치 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 측정 지점에 대한 위치 정보는 (
Figure 112018130305522-pat00041
,
Figure 112018130305522-pat00042
)로 표현될 수 있다. 이때,
Figure 112018130305522-pat00043
는 측정 영역의 중심을 기준으로 측정 지점에 대한 각도를 의미한다. 이때, 경로 결정부(210)는 아래의 수학식 4를 이용하여 측정 지점에 대한 각도를 산출할 수 있다.
Figure 112018130305522-pat00044
한편, 레이저 송출부(230)는 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 측정 지점에 레이저 신호를 송출한다.
예를 들어, 레이저 송출부(230)는 측정 영역의 중심방향 즉, 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 순차적으로 각 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점에 레이저 신호를 송출할 수 있다. 이때, 레이저 송출부(230)는 시계 방향 또는 반시계 방향에 따라 각 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점에 레이저 신호를 송출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저 송출부(230)는 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 레이저 신호를 송출할 수 있다.
예를 들어, 레이저 송출부(230)는 각 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점에 레이저 신호를 송출 시 경로 결정부(210)에 의해 결정된 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 레이저 신호를 송출할 수 있다. 따라서, 레이저 송출부(230)에 의해 송출되는 레이저 신호의 직경은 각 회전 측정 경로마다 상이할 수 있다.
도 5는 추가적 실시예에 따른 스캐닝 라이다 장치(500)의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 스캐닝 라이다 장치(500)는 영역 설정부(510)를 더 포함한다. 도 5에 도시된 예에서, 경로 결정부(210) 및 레이저 송출부(230)는 도 2에 도시된 구성과 동일한 구성이므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.
영역 설정부(510)는 복수의 회전 측정 경로의 반경에 기초하여 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정할 수 있다.
이때, 관심 영역은 측정 영역에 대응되는 객체 이미지를 고해상도로 획득하기 위한 영역일 수 있다. 비관심 영역은 측정 영역에 대응되는 객체 이미지를 저해상도로 획득하기 위한 영역일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 영역 설정부(510)는 측정 영역 중 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경까지의 영역을 비측정 영역으로 설정하고, 측정 영역 내에서 비측정 영역을 제외한 영역 중 기 설정된 제1 반경에서 기 설정된 제2 반경까지의 영역을 관심 영역으로 설정하고, 측정 영역 중 비측정 영역 및 관심 영역을 제외한 영역을 비관심 영역으로 설정할 수 있다. 이때, 비측정 영역은 객체와의 거리를 측정하지 않는 영역일 수 있다.
도 6는 일 실시예에 따른 측정 영역을 설정하는 예를 나타낸 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 영역 설정부(510)는 측정 영역 중 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경(
Figure 112018130305522-pat00045
)까지의 영역을 비측정 영역으로 설정할 수 있다. 또한, 영역 설정부(510)는 측정 영역 중 비측정 영역의 바깥 영역 예를 들어, 기 설정된 제1 반경(
Figure 112018130305522-pat00046
)에서 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00047
)까지의 영역을 관심 영역으로 설정할 수 있다. 또한, 영역 설정부(510)는 측정 영역 중 관심 영역의 바깥 영역 예를 들어, 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00048
)에서 측정 영역의 반경(
Figure 112018130305522-pat00049
)까지의 영역을 비관심 영역으로 설정할 수 있다.
이때,
Figure 112018130305522-pat00050
와
Figure 112018130305522-pat00051
의 상관 관계는 아래 수학식 5를 이용하여 나타낼 수 있다.
Figure 112018130305522-pat00052
수학식 5에서
Figure 112018130305522-pat00053
은 복수의 회전 측정 경로의 개수를 의미한다.
한편, 복수의 회전 측정 경로의 개수, 측정 지점의 개수 및 감소 계수는 관심 영역 및 비관심 영역에서 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 관심 영역에 대한 복수의 회전 측정 경로 개수 및 측정 지점의 개수를 많이 설정함으로써 관심 영역에 대응되는 객체 이미지를 고해상도로 획득할 수 있다. 또한, 사용자는 비관심 영역에 대한 복수의 회전 측정 경로의 개수 및 측정 지점의 개수를 적게 설정함으로써 비관심 영역에 대응되는 객체 이미지를 저해상도로 획득할 수 있다.
다른 예로, 사용자는 관심 영역에 설정된 감소 계수를 작게 설정함으로써 관심 영역 내 측정 지점의 직경을 작게 설정하고, 각 회전 측정 경로 사이의 거리를 좁게 설정할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 관심 영역에 대응되는 객체 이미지를 고해상도로 획득할 수 있다. 또한, 사용자는 비관심 영역에 설정된 감소 계수를 크게 설정함으로써 비관심 영역 내 측정 지점의 직경을 크게 설정하고, 각 회전 측정 경로 사이의 거리를 넓게 설정할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 비관심 영역에 대응되는 객체 이미지를 저해상도로 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 비관심 영역에서 스캐닝 방법의 순서도이다.
도 7에 도시된 방법은, 도 2 및 5에 도시된 스캐닝 라이다 장치(200, 500)에 의해 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 측정 영역의 반경(
Figure 112018130305522-pat00054
), 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00055
), 비관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수(
Figure 112018130305522-pat00056
) 및 회전 측정 경로의 번호(
Figure 112018130305522-pat00057
)를 초기화한다(710). 이때, 사용자는 측정 영역의 반경(
Figure 112018130305522-pat00058
), 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00059
), 측정 지점의 개수(
Figure 112018130305522-pat00060
)에 각각 원하는 수치 값을 설정할 수 있다.
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 1을 이용하여 비관심 영역에 설정된 감소 계수(
Figure 112018130305522-pat00061
)를 산출한다(720). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 2를 이용하여 각 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00062
)을 산출하여 각 회전 측정 경로를 결정한다(720). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 3을 이용하여 각 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00063
)을 산출한다(720).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 측정 지점에 송출되는 레이저 신호의 직경이 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00064
)과 동일하도록 줌 렌즈(113)의 초점 거리를 조절한다(730). 이때, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 각 회전 측정 경로에서의 레이저 신호 송출 번호(
Figure 112018130305522-pat00065
)를 0으로 초기화한다(730).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 4를 이용하여 각 측정 지점에 대한 각도(
Figure 112018130305522-pat00066
)를 산출한다(740).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 특정 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점에 해당하는 위치 정보를 극좌표계(
Figure 112018130305522-pat00067
,
Figure 112018130305522-pat00068
)를 이용하여 생성 후 측정 지점에 레이저 신호를 송출한다. 이때, 레이저 신호를 송출할 때마다 레이저 신호 송출 번호(
Figure 112018130305522-pat00069
)를 1씩 더한다(750).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 레이저 신호 송출 번호가 비관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수보다 작거나 같은 경우(
Figure 112018130305522-pat00070
), 상기 740 단계 내지 760 단계를 반복하여 수행한다. 즉, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 해당 회전 측정 경로에 포함된 모든 측정 지점에 레이저 신호를 송출한다(760).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 레이저 신호 송출 번호가 비관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수보다 큰 경우, 회전 측정 경로의 번호(
Figure 112018130305522-pat00071
)를 1씩 더한다(770). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 2 및 3을 이용하여 더해진 번호에서의 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00072
) 및 해당 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00073
)을 재산출한 후 측정 지점에 레이저를 송출한다(870).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00074
)이 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00075
)보다 큰 경우(
Figure 112018130305522-pat00076
), 상기 730 내지 760 단계를 반복하여 수행한다(780). 이때, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00077
)이 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00078
)보다 작은 경우, 비관심 영역에서의 스캐닝을 종료하고, 관심 영역에서의 스캐닝을 시작한다(780).
도 8은 일 실시예에 따른 관심 영역에서 스캐닝 방법의 순서도이다.
도 8에 도시된 방법은, 도 2 및 도 5에 도시된 스캐닝 라이다 장치(200, 500)에 의해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00079
) 및 관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수(
Figure 112018130305522-pat00080
)를 초기화한다(810). 이때, 사용자는 기 설정된 제2 반경(
Figure 112018130305522-pat00081
) 및 관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수(
Figure 112018130305522-pat00082
)에 각각 원하는 수치 값을 설정할 수 있다.
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 1을 이용하여 관심 영역에 설정된 감소 계수(
Figure 112018130305522-pat00083
)를 산출한다(820). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 2를 이용하여 각 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00084
)을 산출하여 각 회전 측정 경로를 결정한다(820). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 3을 이용하여 각 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00085
)을 산출한다(820).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 측정 지점에 송출되는 레이저 신호의 직경이 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00086
)과 동일하도록 줌 렌즈(113)의 초점 거리를 조절한다(830). 이때, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 각 회전 측정 경로에서의 레이저 신호 송출 번호(
Figure 112018130305522-pat00087
)를 0으로 초기화한다(830).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 4를 이용하여 각 측정 지점에 대한 각도(
Figure 112018130305522-pat00088
)를 산출한다(840).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 특정 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점에 해당하는 위치 정보를 극좌표계(
Figure 112018130305522-pat00089
,
Figure 112018130305522-pat00090
)를 이용하여 생성 후 측정 지점에 레이저 신호를 송출한다. 이때, 레이저 신호를 송출할 때마다 레이저 신호 송출 번호(
Figure 112018130305522-pat00091
)를 1씩 더한다(850).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 레이저 신호 송출 번호가 관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수보다 작거나 같은 경우(
Figure 112018130305522-pat00092
), 상기 840 단계 내지 860 단계를 반복하여 수행한다. 즉, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 해당 회전 측정 경로에 포함된 모든 측정 지점에 레이저 신호를 송출한다(860).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 레이저 신호 송출 번호가 관심 영역에 설정된 측정 지점의 개수보다 큰 경우, 회전 측정 경로의 번호(
Figure 112018130305522-pat00093
)를 1씩 더한다(870). 또한, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 수학식 2 및 3을 이용하여 더해진 번호에서의 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00094
) 및 해당 회전 측정 경로에 포함된 측정 지점의 직경(
Figure 112018130305522-pat00095
)을 재산출한 후 측정 지점에 레이저를 송출한다(870).
이후, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00096
)이 기 설정된 제1 반경(
Figure 112018130305522-pat00097
)보다 큰 경우(
Figure 112018130305522-pat00098
), 상기 830 내지 860 단계를 반복하여 수행한다(880). 이때, 스캐닝 라이다 장치(200, 500)는 회전 측정 경로의 반경(
Figure 112018130305522-pat00099
)이 기 설정된 제1 반경(
Figure 112018130305522-pat00100
)보다 작은 경우, 관심 영역에서의 스캐닝을 종료한다(880).
한편, 도 7 및 8에 도시된 순서도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 예를 들어, 도 2 및 5에 경로 결정부(210), 레이저 송출부(230) 및 영역 설정부(510)와 같이 스캐닝 라이다 장치(200, 500)에 포함되는 하나 이상의 컴포넌트일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
이상에서는 실시예들을 중심으로 기술적 특징들을 설명하였다. 하지만, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한고, 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 컴퓨팅 환경
12: 컴퓨팅 장치
14: 프로세서
16: 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
18: 통신 버스
20: 프로그램
22: 입출력 인터페이스
24: 입출력 장치
26: 네트워크 통신 인터페이스
100: 스캐닝 라이다 시스템
110: 송신부
111: 레이저 다이오드
113: 줌 렌즈
115: 미세전자기계 시스템 거울
130: 수신부
131: 렌즈
133: 포토 다이오드
150: 신호 처리부
200, 500: 스캐닝 라이다 장치
210: 경로 결정부
230: 레이저 송출부
510: 영역 설정부

Claims (14)

  1. 원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 상기 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하고, 상기 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정하는 경로 결정부;
    상기 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 상기 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 상기 측정 지점에 레이저 신호를 송출하는 레이저 송출부; 및
    상기 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정하는 영역 설정부를 포함하고,
    상기 복수의 회전 측정 경로의 개수, 측정 지점의 개수 및 감소 계수는, 상기 관심 영역 및 비관심 영역에서 서로 상이한, 스캐닝 라이다 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감소 계수는, 아래의 수학식
    Figure 112018130305522-pat00101

    (이때,
    Figure 112018130305522-pat00102
    는 상기 감소 계수,
    Figure 112018130305522-pat00103
    는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출되는, 스캐닝 라이다 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 경로 결정부는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 반경을 가지는 회전 측정 경로를 결정하되, 상기 반경은 아래의 수학식
    Figure 112018130305522-pat00104
    , 단,
    Figure 112018130305522-pat00105
    ,
    Figure 112018130305522-pat00106

    (이때,
    Figure 112018130305522-pat00107
    는 상기 반경,
    Figure 112018130305522-pat00108
    는 상기 측정 영역의 반경,
    Figure 112018130305522-pat00109
    는 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로의 반경,
    Figure 112018130305522-pat00110
    는 회전 측정 경로의 번호,
    Figure 112018130305522-pat00111
    는 상기 감소 계수)을 이용하여 산출되는, 스캐닝 라이다 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 경로 결정부는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 직경을 가지는 측정 지점을 결정하되, 상기 직경은 아래의 수학식
    Figure 112018130305522-pat00112

    (이때,
    Figure 112018130305522-pat00113
    는 상기 직경,
    Figure 112018130305522-pat00114
    는 상기 반경,
    Figure 112018130305522-pat00115
    는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출되는, 스캐닝 라이다 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 영역 설정부는, 상기 측정 영역 중 상기 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경까지의 영역을 비측정 영역으로 설정하고, 상기 측정 영역 내에서 상기 비측정 영역을 제외한 영역 중 상기 기 설정된 제1 반경에서 기 설정된 제2 반경까지의 영역을 상기 관심 영역으로 설정하고, 상기 측정 영역 중 상기 비측정 영역 및 관심 영역을 제외한 영역을 상기 비관심 영역으로 설정하는, 스캐닝 라이다 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 송출부는, 상기 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 상기 레이저 신호를 송출하는, 스캐닝 라이다 장치.
  8. 스캐닝 라이다 장치에서 수행되는 스캐닝 방법에 있어서,
    원형의 측정 영역 내에서, 감소 계수에 기초하여 상기 측정 영역의 중심을 기준으로 반경이 상이한 고리 형상의 복수의 회전 측정 경로를 결정하는 단계;
    상기 복수의 회전 측정 경로 각각에 포함될 측정 지점의 개수 및 직경을 결정하는 단계;
    상기 결정된 각 회전 측정 경로 중 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 최내곽에 위치한 회전 측정 경로까지 상기 결정된 각 회전 측정 경로를 따라 상기 측정 지점에 레이저 신호를 송출하는 단계; 및
    상기 반경에 기초하여 상기 측정 영역 내에서 관심 영역 및 비관심 영역을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 회전 측정 경로의 개수, 측정 지점의 개수 및 감소 계수는, 상기 관심 영역 및 비관심 영역에서 서로 상이한, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 감소 계수는, 아래의 수학식
    Figure 112018130305522-pat00116

    (이때,
    Figure 112018130305522-pat00117
    는 상기 감소 계수,
    Figure 112018130305522-pat00118
    는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출되는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 경로를 결정하는 단계는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 반경을 가지는 회전 측정 경로를 결정하되, 상기 반경은 아래의 수학식
    Figure 112019034489417-pat00119
    , 단,
    Figure 112019034489417-pat00120
    ,
    Figure 112019034489417-pat00121

    (이때,
    Figure 112019034489417-pat00122
    는 상기 반경,
    Figure 112019034489417-pat00123
    는 상기 측정 영역의 반경,
    Figure 112019034489417-pat00124
    는 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로의 반경,
    Figure 112019034489417-pat00125
    는 회전 측정 경로의 번호,
    Figure 112019034489417-pat00126
    는 상기 감소 계수)을 이용하여 산출되는, 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 측점 지점의 개수 및 직경을 결정하는 단계는, 상기 감소 계수에 기초하여 상기 최외곽에 위치한 회전 측정 경로에서부터 상기 최내곽에 위치한 회전 측정 경로로 이동할수록 감소된 직경을 가지는 측정 지점을 결정하되, 상기 직경은 아래의 수학식
    Figure 112018130305522-pat00127

    (이때,
    Figure 112018130305522-pat00128
    는 상기 직경,
    Figure 112018130305522-pat00129
    는 상기 반경,
    Figure 112018130305522-pat00130
    는 상기 측정 지점의 개수)을 이용하여 산출되는, 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 영역을 설정하는 단계는,
    상기 측정 영역 중 상기 측정 영역의 중심에서 기 설정된 제1 반경까지의 영역을 비측정 영역으로 설정하는 단계;
    상기 측정 영역 내에서 상기 비측정 영역을 제외한 영역 중 상기 기 설정된 제1 반경에서 기 설정된 제2 반경까지의 영역을 상기 관심 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 측정 영역 중 상기 비측정 영역 및 관심 영역을 제외한 영역을 상기 비관심 영역으로 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 송출하는 단계는, 상기 측정 지점의 직경과 동일한 직경을 가지는 상기 레이저 신호를 송출하는, 방법.
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