KR102308786B1 - 차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법 - Google Patents

차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템은, 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 측정하는 신호강도 측정부, 상기 레이저 반사파에 대응하는 레이저 펄스의 상승시간과 하강시간을 산출하는 TDC, 및 상기 레이저 반사파의 신호강도와, 상기 레이저 펄스의 상승시간과, 상기 레이저 펄스의 하강시간을 벡터 데이터로 변환하고, 변환된 벡터 데이터를 이용하여 상기 신호강도 측정부에서 측정한 신호강도를 보정하고, 상기 TDC에서 측정한 TOF 값을 보정하는 신호처리부를 포함한다.

Description

차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법{VEHICLE LIDAR SYSTEM AND SIGNAL PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법에 관한 것으로, 일례로 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하는 차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 라이다(Light Detecting And Ranging, LIADAR)는 3차원 GIS(geographic information system) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어, 건설, 국방 등의 분야에 응용되었고, 최근 들어 자율 주행 자동차 및 이동로봇 등에 적용되고 있다.
일례로서, 종래의 라이다 시스템은 자율 주행 차량의 거리 측정 센서(range measurement sensor)로 이용된다. 종래의 라이다 시스템은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)에서 발사된 레이저 신호와 대상물체에서 반사되어 포토 다이오드(Photo Diode, PD)로 돌아오는 레이저 신호의 지연시간을 이용하여 대상물체와의 거리를 측정한다.
거리 계산 방식은 TDC(Time to Digital Converter) 또는 고속 ADC(Analog Digital Converter)를 주로 이용하는데, TDC 방식은 계산이 단순하고 가격이 저렴한 반면, ADC 방식은 신호처리의 정밀성이 높고 신호 강도 측정이 가능하며, 상대적으로 고가이다.
그러나, ADC 방식은 레이저 신호의 신호 강도 측정이 가능하나, 고속 신호를 처리하기 위한 복잡한 회로가 필요한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1440085호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 비교적 정밀한 신호 강도를 측정하는 간단한 형태의 신호 강도 측정기와, 대상물체의 국소 영역에 대하여 복수의 TOF(Time of Flight)를 계산하여 노이즈가 저감된 최종 TOF를 계산하는 신호처리부를 구비하는 차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템은, 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 측정하는 신호강도 측정부; 상기 레이저 반사파에 대응하는 레이저 펄스의 상승시간과 하강시간을 산출하는 TDC; 및 상기 레이저 반사파의 신호강도와, 상기 레이저 펄스의 상승시간과, 상기 레이저 펄스의 하강시간을 벡터 데이터로 변환하고, 변환된 벡터 데이터를 이용하여 상기 신호강도 측정부에서 측정한 신호강도를 보정하고, 상기 TDC에서 측정한 TOF 값을 보정하는 신호처리부;를 포함한다.
상기 신호강도 측정부는 복수의 비교기를 이용하여 상기 레이저 반사파의 신호강도를 단계별로 측정할 수 있다.
상기 복수의 비교기는 서로 다른 기준 전압값이 적용될 수 있다.
상기 신호처리부는, 시간값과 신호강도값으로 구성되는 벡터 데이터를 복수 생성할 수 있다.
상기 신호처리부는, 상기 벡터 데이터를 시간 기준으로 오름차순으로 결과 큐(Queue)에 정렬 및 저장할 수 있다.
상기 신호처리부는, 상기 레이저 반사파의 개수에 맞춰 상기 벡터 데이터의 정렬을 반복 수행할 수 있다.
상기 신호처리부는, 상기 결과 큐(Queue)에 정렬이 완료된 상기 벡터 데이터의 신호강도 값을 시간 흐름에 따라 누적하여 신호강도가 누적된 형태의 벡터 데이터를 산출할 수 있다.
상기 신호처리부는, 신호강도가 누적된 형태의 벡터 데이터를 이용하여 누적 펄스 그래프를 구현하고, 기설정된 임계값을 적용하여 데이터 필터링을 수행할 수 있다.
상기 신호처리부는, 필터링된 데이터를 이용하여 ToF 결과값과 신호강도 결과값을 계산할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법은, 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 측정하는 신호강도 측정 단계; 상기 레이저 반사파에 대응하는 레이저 펄스의 상승시간과 하강시간을 산출하는 TOF 측정 단계; 상기 레이저 반사파의 신호강도와, 상기 레이저 펄스의 상승시간과, 상기 레이저 펄스의 하강시간을 벡터 데이터로 변환하는 벡터 변환 단계; 및 변환된 벡터 데이터를 이용하여 상기 신호강도 측정단계에서 측정되는 신호강도 값을 보정하고, 상기 TOF 측정 단계에서 측정되는 TOF 값을 보정하는 신호 처리 단계;를 포함한다.
레이저 광 신호를 대상물체를 향해 출력하는 광 신호 출력 단계; 및 상기 대상물체를 맞고 반사되는 복수의 레이저 반사파가 입력되는 레이저 반사파 입력 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 벡터 데이터를 결과 큐(Queue)에 저장하는 저장 단계; 및 시간 값을 기준으로 오름차순으로 상기 벡터 데이터를 정렬하여 상기 결과 큐(queue)에 저장하는 정렬 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 결과 큐(Queue)에 저장된 벡터 데이터의 신호강도값을 누적값으로 변환하는 누적값 변환 단계; 및 누적된 신호강도값에 기설정된 임계값을 적용하여 데이터 필터링을 수행하는 데이터 필터링 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 단계는, 상기 데이터 필터링을 통해 획득한 유효 데이터와 미리 마련된 계산식을 이용하여 TOF 결과값과 신호강도 결과값을 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템 및 그것의 신호 처리 방법에 의하면, 간단한 형태의 신호 강도 측정기와, 대상물체의 국소 영역에 대하여 복수의 TOF(Time of Flight)를 계산하는 신호처리부를 이용하여 노이즈가 저감된 최종 TOF값과 정밀한 최종 신호강도값을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부의 계산 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호강도 측정부와, TDC의 측정 결과를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부의 계산 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부에서 산출한 누적 펄스 그래프를 보여준다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템(100)은, 펄스생성부(110), 다이오드 구동부(120), 레이저출력부(130), 레이저입력부(140), 아날로그 프론트 엔드부(150), 신호강도 측정부(160), TDC(170), 및 신호처리부(180)를 포함한다.
펄스생성부(110)는, 대상물체(200)와의 거리 측정을 위한 레이저 펄스를 생성한다. 펄스생성부(110)는 임의 파형의 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 펄스생성부(110)는 레이저 펄스를 다이오드 구동부(120)에 전달할 수 있다. 펄스생성부(110)는 레이저 펄스를 생성할 때의 생성 정보(예, 시작 명령)를 TDC(170)에 전달할 수 있다.
다이오드 구동부(120)는, 일종의 레이저 드라이버(Laser Driver)일 수 있다. 다이오드 구동부(120)는 전달받은 레이저 펄스를 이용하여 레이저출력부(130)를 구동한다. 다이오드 구동부(120)는 복수의 레이저 광 신호를 출력하도록 레이저출력부(130)를 구동할 수 있다.
레이저출력부(130)는, 일종의 레이저 다이오드(Laser Diode)일 수 있다. 레이저출력부(130)는 다이오드 구동부(120)에 의해 단일 레이저 광 신호를 대상물체(200)를 향해 출력한다.
일 실시예에 있어서, 레이저입력부(140)는, 일종의 포토 다이오드(Photo Diode)일 수 있다. 레이저입력부(140)에는 대상물체(200)를 맞고 반사되는 레이저 반사파가 입력될 수 있다. 레이저입력부(140)는 레이저 반사파를 전류신호 형태로 아날로그 프론트 엔드부(150)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 레이저출력부(130)에 의해 출력된 단일 레이저 광 신호는 대상물체(200)의 형태 및 위치 배열에 따라 펄스 폭을 달리하는 복수의 레이저 반사파로 변환될 수 있다. 복수의 레이저 반사파는 레이저입력부(140)에 시간을 달리하여 입력될 수 있다. 복수의 레이저 반사파는 n개일 수 있다. 일 실시예에 있어서, n은 대략 1 내지 3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
아날로그 프론트 엔드부(150)는 레이저입력부(140)로부터 복수의 레이저 반사파를 수신하도록 구성된 회로이다. 아날로그 프론트 엔드부(150)는 수신한 복수의 레이저 반사파를 신호강도 측정부(160)에서 거리 산출에 이용할 수 있는 형태의 신호로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 아날로그 프론트 엔드부(150)는 레이저입력부(140)의 전류신호를 전압신호로 변환하는 전류-전압 변환 회로 일 수 있으며, 경우에 따라서는 전류신호 또는 전압신호를 증폭시키는 증폭기 회로가 구비될 수 있다.
신호강도 측정부(160)는, 아날로그 프론트 엔드부(150)로부터 전달받은 복수의 레이저 반사파의 신호 강도를 측정한다. 신호강도 측정부(160)는 신호 강도 측정을 위해 복수의 비교기를 구비할 수 있다. 신호강도 측정부(160)는 대략 두 개에서 네 개의 비교기를 구비할 수 있으나, 필요에 따라 더욱 많은 수의 비교기를 구비할 수도 있다.
신호강도 측정부(160)는 복수의 비교기를 이용하여 레이저 반사파의 피크 값(Peak Value)을 측정할 수 있다. 신호강도 측정부(160)의 세부 구성은 도 3을 통해 후술한다.
한편, 신호강도 측정부(160)에서 측정한 신호강도는 노이즈로 인해 실제값과 차이가 날 수 있는데, 신호처리부(180)를 통해 더욱 정밀한 신호강도가 계산될 수 있다. 이를 위해 신호강도 측정부(160)는 측정한 레이저 반사파의 신호강도를 신호처리부(180)에 전달할 수 있다.
신호강도 측정부(160)는 레이저 반사파를 수신할 때의 신호 정보(정지 명령)를 TDC(170)에 전달할 수 있다.
TDC(170)는, 일종의 시간 디지털 변환기(Time to Digital Converter)일 수 있다. TDC(170)는 출력된 레이저 광 신호와 수신된 레이저 반사파의 시간 차이를 이용하여 대상물체와의 거리를 나타내는 TOF 값을 산출할 수 있다.
한편, TDC(170)에서 산출한 TOF 값은 노이즈로 인해 실제값과 차이가 날 수 있는데, 신호처리부(180)를 통해 TDC(170)에서 산출한 TOF 값이 보정될 수 있다.
이를 위해 TDC(170)는, 펄스생성부(110)에서 레이저 펄스를 생성할 때의 생성 정보를 이용하여 레이저 펄스의 펄스 상승 시간과 펄스 하강 시간을 산출한다. TDC(170)는 신호강도 측정부(160)에서 레이저 반사파를 수신할 때의 신호 정보를 이용하여 레이저 반사파의 펄스 상승 시간과 펄스 하강 시간을 산출한다. TDC(170)는 산출 결과를 신호처리부(180)에 전달할 수 있다.
신호처리부(180)는, 신호강도 측정부(170)로부터 레이저 반사파의 신호강도를 전달받고, TDC(170)로부터 레이저 반사파의 펄스 상승 시간과 펄스 하강 시간을 전달받을 수 있다. 신호처리부(180)는 전달받은 레이저 반사파의 신호강도, 펄스 상승 시간, 및 펄스 하강 시간을 이용하여 더욱 정밀한 신호강도 값과 TOF 값을 계산할 수 있다. 이하, 발명 설명의 용이함을 위해 신호처리부(180)에서 산출한 신호강도와 TOF는 신호강도 결과값과 TOF 결과값으로 정의한다.
즉, 신호처리부(180)는, 단일 레이저 광 신호가 출력되고 나서 수신된 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 누적하고, 누적된 신호강도에 미리 설정된 임계값을 적용함으로써 더욱 정밀한 신호강도 결과값, 및 노이즈가 제거된 TOF 결과값을 산출할 수 있다. 신호처리부(180)의 계산 결과는 도 2를 통해 확인 가능하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부의 계산 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부(180)의 계산 결과를 확인할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 3 개의 레이저 반사파가 레이저 입력부(140)에 입력되는 경우, 제1 레이저 반사파, 제2 레이저 반사파, 및 제3 레이저 반사파가 레이저 입력부(140)로 입력될 수 있다. 신호처리부(180)는 신호강도측정부(160)와 TDC(170)로부터 각 레이저 반사파에 대한 신호강도, 펄스 상승 시간, 펄스 하강 시간 관련한 정보들을 입력받고, 입력받은 정보에 임계값을 적용하여 각 레이저 반사파의 신호강도 결과값과 TOF 결과값을 계산할 수 있다. 신호처리부(180)의 계산 과정은 도 4를 통해 후술한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호강도 측정부와, TDC의 측정 결과를 보여주는 도면이다.
도 3을 참고하면, 신호강도 측정부(160)는 일례로 세 개의 비교기(Comp1, Comp2, Comp3)를 구비할 수 있다. 신호강도 측정부(160)는 아날로그 프론트 엔드부(150)로부터 레이저 반사파의 전압 신호(AFE out)를 전달받을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 신호강도 측정부(160)는 세 개의 비교기(Comp1, Comp2, Comp3)를 이용하여 레이저 반사파의 전압 신호(AFE out)의 전압 레벨을 단계적으로 측정할 수 있다.
세 개의 비교기(Comp1, Comp2, Comp3)의 기준 전압값은 서로 다르게 설정될 수 있다. 세 개의 비교기 중에서 제1 비교기(Comp1)에는 제1 기준 전압값(V_th)이 적용되고, 제2 비교기(Comp2)에는 제2 기준 전압값(2V_th)이 적용되며, 제3 비교기(Comp3)에는 제3 기준 전압값(3V_th)이 적용된다. 제2 기준 전압값(2V_th)값은 제1 기준 전압값(V_th)보다 크게 설정되고, 제3 기준 전압값(3V_th)은 제2 기준 전압값(2V_th)보다 크게 설정될 수 있다.
세 개의 비교기(Comp1, Comp2, Comp3)의 비교 과정은 제1 비교기(Comp1)의 출력이 온(On) 되고 나서 오프(Off)될 때까지 이루어지며, 이를 통해 단일 레이저 반사파의 전압 신호(AFE out)의 최대값(Peak value)이 측정될 수 있다.
신호강도 측정부(160)는 세 개의 비교기(Comp1, Comp2, Comp3)의 비교에 따른 결과값을 신호처리부(180)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전압 신호(AFE out)의 전압레벨이 제1 기준 전압값(V_th)보다 크고 제2 기준 전압값(2V_th)보다 작으면 그 사이의 전압값이 결과값으로 생성될 수 있다. 또한, 전압 신호(AFE out)의 전압레벨이 제2 기준 전압값(2V_th)보다 크고 제3 기준 전압값(3V_th)보다 작으면 그 사이의 전압값이 결과값으로 생성될 수 있다. 여기서, 결과값은 데이터값(Echo1 Signal Intensity, Echo2 Signal Intensity)으로 나타날 수 있다. Echo1 Signal Intensity는 제1 레이저 반사파의 신호 강도를 나타내고, Echo2 Signal Intensity는 제2 레이저 반사파의 신호 강도를 나타낸다.
신호강도 측정부(160)는 제1 비교기(Comp1)의 출력 펄스 신호를 TDC(170)에 전달할 수 있다. 제1 비교기(Com1)의 출력 펄스 신호는 TOF 계산을 위한 스탑(stop) 신호로 활용될 수 있다.
TDC(170)는 펄스생성부(110)로부터 생성된 레이저 펄스를 입력받을 수 있다. 펄스생성부(110)로부터 생성된 레이저 펄스는 TOF 계산을 위한 스타트(Start)신호로 활용될 수 있다.
TDC(170)는 신호강도 측정부(160)로부터 제1 레이저 반사파(ehco1)의 펄스 신호(stop)를 전달받는 경우, 스타트 신호(start)와 스탑 신호(stop)의 사이 간격을 이용하여 TOF를 계산할 수 있다. 또한 TDC(170)는 신호강도 측정부(160)로부터 제2 레이저 반사파(echo2)의 펄스 신호(stop)를 전달받는 경우, 스타트(start) 신호와 스탑 신호(stop)의 사이 간격을 이용하여 TOF를 계산할 수 있다. 또한 TDC(170)는 신호강도 측정부(160)로부터 제3 레이저 반사파(echo3)의 펄스 신호(stop)를 전달받는 경우, 스타트 신호(start)와 스탑 신호(stop)의 사이 간격을 이용하여 TOF를 계산할 수 있다. TDC(170)는 계산된 TOF 정보를 신호처리부(180)에 전달할 수 있다.
TOF 정보는 스타트 펄스 상승 시간(Start Rising Time), 스타트 펄스 하강 시간(Start Falling Time), 제1 레이저 반사파의 펄스 상승 시간(Echo1 Rising Time), 제1 레이저 반사파의 펄스 하강 시간(Echo1 Falling Time), 제2 레이저 반사파의 펄스 상승 시간(Echo2 Rising Time), 및 제2 레이저 반사파의 펄스 하강 시간(Echo2 Falling Time)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부의 계산 과정을 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부(180)는 미리 마련된 알고리즘을 이용하여 복수의 레이저 반사파의 신호강도 결과값과 TOF 결과값을 정밀하게 계산할 수 있다.
이하에서는, 신호처리부(180)의 신호강도와 TOF 계산 과정을 일례를 들어 설명한다. 일 실시예에 있어서, 먼저 신호처리부(180)는 전달받은 복수의 레이저 반사파의 신호강도와 TOF정보를 크기와 방향이 있는 벡터 데이터로 변환한다. 벡터 데이터로 변환하는 방법은 상승 펄스의 신호 강도를 [+] 값으로 설정하고 하강 펄스의 신호 강도를 [-] 값으로 설정한다. 즉, 신호처리부(180)는, 제1 레이저 반사파의 펄스 상승 시간(Echo1 Rising Time)과 제1 레이저 반사파의 신호 강도(Echo1 Signal Intensity)를 제1 벡터 데이터(Echo1[Time, +강도])로 변환할 수 있다. 또한, 신호처리부(180)는, 제1 레이저 반사파의 펄스 하강 시간(Echo1 Falling Time)과 제1 레이저 반사파의 신호 강도(Echo1 Signal Intensity)를 제2 벡터 데이터(Echo1[Time, -강도])로 변환할 수 있다.
그런 다음 신호처리부(180)는 결과 큐(Queue)에 시간(Time) 값을 기준으로 오름차순으로 제1 벡터 데이터(Echo1[Time, +강도])와 제2 벡터 데이터(Echo1[Time, -강도])를 정렬한다. 신호처리부(180)는 레이저 반사파의 개수에 맞춰 결과 큐(Queue)에 벡터 데이터를 정렬하는 과정을 반복 수행할 수 있다. 예컨대, 레이저 반사파의 개수가 세 개인 경우, 결과 큐(Queue)에 벡터 데이터를 정렬하는 과정을 세 차례 수행할 수 있다.
즉, 신호처리부(180)는, 제1 벡터 데이터(Echo1[Time, +강도])와 제2 벡터 데이터(Echo1[Time, -강도])를 결과 큐(Queue)에 정렬한 이후에, 제2 레이저 반사파의 펄스 상승 시간(Echo2 Rising Time)과 제2 레이저 반사파의 신호 강도(Echo2 Signal Intensity)를 제3 벡터 데이터(Echo2[Time, +강도])로 변환할 수 있다. 또한, 신호처리부(180)는, 제2 레이저 반사파의 펄스 하강 시간(Echo2 Falling Time)과 제2 레이저 반사파의 신호 강도(Echo2 Signal Intensity)를 제4 벡터 데이터(Echo2[Time, -강도])로 변환할 수 있다.
그런 다음 신호처리부(180)는 결과 큐(Queue)에 시간 값(Time)을 기준으로 제3 벡터 데이터(Echo2[Time, +강도])와 제4 벡터 데이터(Echo2[Time, -강도])를 정렬한다. 이때 제3 벡터 데이터(Echo2[Time, +강도])는 시간 값(Time)에 따라 제1 벡터 데이터(Echo1[Time, +강도])와 제2 벡터 데이터(Echo1[Time, -강도]) 사이에 정렬된다. 제4 벡터 데이터(Echo2[Time, -강도])는 제2 벡터 데이터(Echo1[Time, -강도]) 이후에 정렬된다.
한편, 제3 레이저 반사파는, 상술한 바와 같은 제1 레이저 반사파와 제2 레이저 반사파의 벡터 데이터 변환 및 정렬이 동일하게 수행되는 바, 이에 대한 상세 설명을 생략한다.
신호처리부(180)는 벡터 데이터들이 저장된 결과 큐(Queue) 데이터를 누적 펄스 그래프로 나타낼 수 있다. 누적 펄스 그래프는 도 5를 통해 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부에서 산출한 누적 펄스 그래프를 보여준다.
도 5의(a)는 결과 큐(Queue)에 저장된 벡터 데이터를 이용한 복수의 레이저 반사파의 누적 펄스 그래프를 보여주고, 도 5의(b)는 누적 펄스 그래프에 임계값을 적용하여 복수의 레이저 반사파의 TOF와 신호강도를 결정하는 것을 보여준다.
일 실시예에 있어서, 시간 순으로 정렬된 벡터 데이터들의 신호 강도값은 [+1, +2, -1, -2]일 수 있다. 신호처리부(180)는 벡터 데이터들의 신호 강도값을 누적 형태로 계산할 수 있다. 이를 통해 벡터 데이터들의 신호 강도 값은 [1, 3, 2, 0]으로 변환될 수 있다. 여기서, [3]은 [1+2]에 의해 계산된 값이고, [2]는 [3-1]에 의해 계산된 값이며, [0]은 [2-2]에 의해 계산된 값이다.
신호처리부(180)는 누적 형태로 계산된 벡터 데이터를 이용하여 누적 펄스 그래프를 구현할 수 있다. 신호처리부(180)는 누적 펄스 그래프에 임계값을 적용함으로써 임계값 이상의 필터링된 값을 통해 TOF 결과값과, 신호강도 결과값을 결정할 수 있다.
TOF 결과값은 (Echo#_Falling Time + Echo#_Rising Time)/2 - (Start Falling Time + Start Rising Time)/2에 따른 계산식으로 결정될 수 있다. Echo#은 임계값 이상의 필터링된 반사파 레이저 중에서 어느 하나를 나타낸다.
신호강도 결과값은 Echo# 신호강도 값들(임계값 이상의 필터링된 값들)의 평균값으로 결정될 수 있다.
이를 통해 신호처리부(180)는 SNR(Signal to Noise Ratio)이 개선된 TOF 결과값과, 세분화된 신호강도 결과값을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참고하여 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법은, 광 신호 출력 단계(S601), 레이저 반사파 입력 단계(S603), 신호 강도 측정 단계(S605), TOF 측정 단계(S607), 벡터 변환 단계(S609), 저장 단계(S611), 정렬 단계(S613), 누적값 변환 단계(S615), 데이터 필터링 단계(S617), 및 신호 처리 단계(S619)를 포함한다.
광 신호 출력 단계(S601)에서, 레이저출력부(130)는 레이저 광 신호를 대상물체(200)를 향해 출력한다. 여기서, 레이저출력부(130)는 레이저 다이오드일 수 있다. 레이저출력부(130)는 다이오드 구동부(120)에 의해 구동될 수 있다. 다이오드 구동부(120)는 레이저 펄스를 이용하여 레이저출력부(130)를 구동할 수 있다. 레이저 펄스는 펄스생성부(110)에 의해 생성될 수 있다.
레이저 반사파 입력 단계(S603)에서, 레이저입력부(140)는 대상물체(200)를 맞고 반사되는 레이저 반사파가 입력될 수 있다. 여기서, 레이저입력부(140)는 포토 다이오드일 수 있다. 레이저입력부(140)는 입력된 레이저 반사파를 전류신호 형태로 아날로그 프론트 엔드부(150)에 전달할 수 있다. 아날로그 프론트 엔드부(150)는 수신한 복수의 레이저 반사파를 거리 산출에 이용할 수 있는 형태의 신호로 변환하여 신호강도 측정부(160)에 전달할 수 있다.
신호 강도 측정 단계(S605)에서, 신호강도 측정부(160)는 복수의 레이저 반사파의 신호 강도를 측정한다. 여기서, 신호강도 측정부(160)는 복수의 비교기를 이용하여 신호 강도 측정이 가능하다. 신호강도 측정부(160)는 복수의 레이저 반사파의 신호 정보(정지 명령)를 TDC(170)에 전달할 수 있다.
TOF 측정 단계(S607)에서, TDC(170)는 복수의 레이저 반사파(Echo)의 TOF를 측정한다. 즉 TDC(170)는 신호강도 측정부(160)에서 레이저 반사파를 수신할 때의 신호 정보를 이용하여 레이저 반사파(Echo)의 펄스 상승 시간(Pulse Rising Time)과 펄스 하강 시간(Pulse Falling Time)을 산출한다. 여기서, 레이저 반사파(Echo)는 n개일 수 있고, n은 2 이상의 정수이다. TDC(170)는 산출한 TOF값 보정을 위해, 산출 결과를 신호처리부(180)에 전달할 수 있다.
벡터 변환 단계(S609)에서, 신호처리부(180)는 전달받은 레이저 반사파의 신호강도, 펄스 상승 시간, 및 펄스 하강 시간을 벡터 데이터로 변환한다. 여기서, 벡터 데이터로 변환시, 펄스 상승 시간의 신호강도를 [+]값으로 설정하고 펄스 하강 시간의 신호강도를 [-]으로 설정한다.
저장 단계(S611)에서, 신호처리부(180)는 벡터 데이터를 결과 큐(Queue)에 저장한다.
정렬 단계(S613)에서, 신호처리부(180)는 시간 값을 기준으로 오름차순으로 벡터 데이터를 정렬하여 결과 큐(Queue)에 저장한다. 여기서, 복수의 레이저 반사파가 n개인 경우, n회차 동안 S601단계에서 S611단계를 반복 수행한다.
누적값 변환 단계(S615)에서, 신호처리부(180)는 n회차 동안의 벡터 데이터 정렬이 완료되면, 결과 큐(Queue)에 저장된 벡터 데이터의 신호 강도값을 누적값으로 변환한다.
데이터 필터링 단계(S617)에서, 신호처리부(180)는 누적된 신호강도값에 기설정된 임계값을 적용하여 데이터 필터링을 수행한다. 신호처리부(180)는 데이터 필터링을 통해 임계값 이상의 유효한 신호강도 값을 획득할 수 있다.
신호 처리 단계(S619)에서, 신호처리부(180)는 획득한 유효 데이터를 미리 마련된 계산식에 적용하여 TOF 결과값과 신호강도 결과값을 산출한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 차량용 라이다 시스템
110: 펄스생성부
120: 다이오드 구동부
130: 레이저출력부
140: 레이저입력부
150: 아날로그 프론트 엔드부
160: 신호강도 측정부
170: TDC
180: 신호처리부

Claims (14)

  1. 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 측정하는 신호강도 측정부;
    상기 신호강도 측정부로부터 상기 복수의 레이저 반사파를 전달받고, 상기 복수의 레이저 반사파 각각에 대응하는 레이저 펄스의 상승시간과 하강시간을 산출하는 TDC; 및
    상기 신호강도 측정부로부터 전달받은 상기 복수의 레이저 반사파 각각의 신호강도와, 상기 TDC로부터 전달받은 상기 레이저 펄스의 상승시간과, 상기 레이저 펄스의 하강시간을 벡터 데이터로 변환하고, 변환된 벡터 데이터를 이용하여 상기 신호강도 측정부에서 측정한 신호강도를 보정하고, 상기 TDC에서 측정한 TOF 값을 보정하는 신호처리부;
    를 포함하는 차량용 라이다 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호강도 측정부는 복수의 비교기를 이용하여 상기 레이저 반사파의 신호강도를 단계별로 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 비교기는 서로 다른 기준 전압값이 적용되는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 서로 다른 시간값과 서로 다른 신호강도값을 가지도록 구성되는 복수의 벡터 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 상기 벡터 데이터를 시간 기준으로 오름차순으로 결과 큐(Queue)에 정렬 및 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 상기 레이저 반사파의 개수에 맞춰 상기 벡터 데이터의 정렬을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 결과 큐(Queue)에 정렬이 완료된 상기 벡터 데이터의 신호강도 값을 시간 흐름에 따라 누적하여 신호강도가 누적된 형태의 벡터 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    신호강도가 누적된 형태의 벡터 데이터를 이용하여 누적 펄스 그래프를 구현하고, 기설정된 임계값을 적용하여 데이터 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    필터링된 데이터를 이용하여 ToF 결과값과 신호강도 결과값을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템.
  10. 레이저 출력부, 레이저 입력부, 신호강도 측정부, TDC, 및 신호처리부를 포함하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 신호강도 측정부가 복수의 레이저 반사파의 신호강도를 측정하는 신호강도 측정 단계;
    상기 TDC가 상기 신호강도 측정부로부터 전달받은 상기 레이저 반사파에 대응하는 레이저 펄스의 상승시간과 하강시간을 산출하는 TOF 측정 단계;
    상기 신호처리부가 상기 신호강도 측정부로부터 전달받은 상기 레이저 반사파의 신호강도와, 상기 TDC로부터 전달받은 상기 레이저 펄스의 상승시간과, 상기 레이저 펄스의 하강시간을 벡터 데이터로 변환하는 벡터 변환 단계; 및
    상기 신호처리부가 변환된 벡터 데이터를 이용하여 상기 신호강도 측정단계에서 측정되는 신호강도 값을 보정하고, 상기 TOF 측정 단계에서 측정되는 TOF 값을 보정하는 신호 처리 단계;
    를 포함하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호 강도 측정 단계 이전에, 상기 레이저 출력부가 레이저 광 신호를 대상물체를 향해 출력하는 광 신호 출력 단계; 및
    상기 대상물체를 맞고 반사되는 복수의 레이저 반사파가 상기 레이저 입력부에 입력되는 레이저 반사파 입력 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 벡터 변환 단계 이후에, 상기 신호처리부가 상기 벡터 데이터를 결과 큐(Queue)에 저장하는 저장 단계; 및
    상기 신호처리부가 시간 값을 기준으로 오름차순으로 상기 벡터 데이터를 정렬하여 상기 결과 큐(queue)에 저장하는 정렬 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 정렬 단계 이후에, 상기 신호처리부가 상기 결과 큐(Queue)에 저장된 벡터 데이터의 신호강도값을 누적값으로 변환하는 누적값 변환 단계; 및
    상기 신호처리부가 누적된 신호강도값에 기설정된 임계값을 적용하여 데이터 필터링을 수행하는 데이터 필터링 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 처리 단계는, 상기 데이터 필터링을 통해 획득한 유효 데이터와 미리 마련된 계산식을 이용하여 TOF 결과값과 신호강도 결과값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
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