KR102327997B1 - 주위 감지 시스템 - Google Patents

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제노마틱스 엔브이
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Abstract

물체의 프로파일을 검출하는 시스템(100)이 개시된다. 시스템(100)은 방사 패턴을 발생시키는 방사 소스(101)를 포함한다. 시스템(100)은 또한 복수의 픽셀들을 가지는 검출기(102) 및 방사 소스으로부터의 방사가 물체에 의해 반사되어 검출기(102)에 의해 검출될 때 검출기(102)로부터의 데이터를 처리하는 프로세서(103)를 포함한다. 시스템은 또한 검출기(102)와 방사 소스(101) 사이에서 인터페이싱하는 동기화 수단(104)을 포함한다. 방사 소스(101)은 펄스 모드로 동작하도록 설계되어 있고, 동기화 수단(104)은 방사 소스(101)의 펄스들을 검출기(102)의 샘플링과 동기화시킬 수 있다.

Description

주위 감지 시스템{SURROUND SENSING SYSTEM}
본 발명은 장면 또는 장면의 일부를 특성 파악하는(characterising) 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 상세하게는, 차량의 주변에 있는 물체 또는 사람의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
물체의 3D 프로파일에 대해 아는 것이 중요한 많은 수의 응용 분야들이 있다. 물체의 프로파일을 스캔하는 여러 기법들이 존재한다. 기본적으로, 그 기법들은 레이더 기반 시스템, 초음파 기반 시스템 및 광 감지 시스템으로 세분될 수 있다.
레이더 기반 시스템은 원거리(long range)를 감지할 수 있다는 장점이 있지만, 특정 응용 분야들(예컨대, 도로에서 프로파일을 추적하는 것)과 관련하여 각도 및 깊이 분해능이 좋지 않다는 단점이 있다.
초음파 기반 시스템은 단거리 감지에 유용할 수 있지만, 그의 협대역폭은 깊이 감도 및 샘플링 분해능을 제한하고 공기 중에서의 강한 흡수는 거리를 몇 미터로 제한한다.
광 감지 기반 방법은 비행 시간 측정(time of flight measurements)을 통해 또는 삼각측량(triangulation)에 의해 거리를 측정하는 여러 유형들로 세분될 수 있다.
비행 시간 방법에서는, 물체가 광원에 의해 조명(illuminate)된다. 방출과 검출 사이의 지연으로부터, 광이 이동한 거리가 결정될 수 있다. 비행 시간 방법은 펄스형 조명(pulsed illumination)을 이용할 수 있다.
삼각측량 기반 시스템에서는, 물체의 미지의 위치가 삼각법을 사용하여 계산된다. 이러한 시스템의 일례는 US8320621에 기술된 Microsoft의 Kinect 시스템이다. 이 시스템에서는, 구조화된 적외선 광(예컨대, 원형)이 투사되고 3D 카메라로 관찰된다. 주로 실내 게임 및 오락 응용 분야들을 위한 것인 이 시스템은, 태양광의 강도로 인해, 실외용으로는 적당하지 않다.
입체시(stereovision)에서, 물체까지의 거리가 상이한 시야각(viewing angle) 하에 있는 2대의 카메라에 의해 또는 2개의 렌즈를 갖는 하나의 입체 카메라(stereo camera)에 의해 획득된 영상들에서의 대응하는 부분들 사이의 국소 이동(local shift)으로부터 결정된다. 입체시 기반 시스템은 로봇 시각으로부터의 기존의 설비 및 알고리즘을 이용할 수 있고, 주변 조명을 사용하여 동작할 수 있으며, 투사를 필요로 하지 않는다. 다른 한편으로, 입체시 기반 시스템은 충분한 거리를 두고 있는 교정된 카메라들이 필요하다는 단점이 있다. 게다가, 시차(parallax)에 대한 교차 상관을 가능하게 하기 위해 영상들에 충분한 구조가 있는 것이 필요하고, 평평한 표면 및 물을 검출하기 어려우며, 충분한 수의 픽셀들이 필요하고, 깊이 감도가 제한되며, 사용되는 카메라들이 다양한 광 조건들에 대처하기 위해 큰 동적 범위를 가져야만 한다. 가장 큰 장애물은 스캔되는 물체에 충분한 구조가 없는 경우 입체시 기반 시스템이 작동하지 않을 수 있다는 것인 것 같다.
따라서, 고분해능으로 그리고 고속으로 큰 범위에 걸쳐 물체들의 프로파일을 스캔하는 실외 상황에서 사용될 수 있는 주위 감지 스캔 시스템을 개선시킬 여지가 여전히 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 물체의 프로파일을 결정하는 양호한 시스템들 및 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 일광(daylight) 및/또는 비(rain)와 같은, 실외 환경에서 일어날 수 있는 광 조건들의 변동에 대해 강건하다는 것이다. 더욱이, 본 발명의 실시예들의 장점은 다른 차량들의 라이트(light)에 대해 강건하다는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은 스캐닝이 1 내지 15 m의 범위에 걸쳐, 일부 실시예들에서, 심지어 1 내지 30 m의 범위에 걸쳐, 그리고 일부 실시예들에서, 200 m까지 가능하다는 것이다. 200 m까지의 범위들을 제공함으로써, 본 발명의 실시예들은 자율 차량들(autonomous vehicles)에서 사용하기에 특히 적합하다. 더 나은 카메라들 및 레이저들을 사용하는 것에 의해 최대 범위가 개선될 수 있다. 이러한 구성요소들을 제조하기 위해 반도체 기술을 사용하는 것의 이점들이 사용될 수 있다. 프로파일링 정밀도(profiling precision)는 스캔될 범위에 의존한다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 범위의 1/1000의 정밀도가 달성될 수 있다.
여기서 정밀도는 자동차와 도로 사이의 거리의 정밀도를 의미한다. 수직 정밀도 "도로의 국소 높이"는 심지어 10배 더 나을 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 수평으로 1 라디안 및 수직으로 1 라디안의 시야각이 획득될 수 있다는 것이다. 응용 분야에 따라, 상이한 수평 각도 및 수직 각도를 선택할 수 있다. 게다가, 더 큰 시야각들이 필요한 경우, 더 많은 시스템들이 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 진동에 대해 강건하다는 것이다. 본 발명의 실시예들의 장점은 본 발명의 실시예들에 따른 시스템들에서 사용되는 구성요소들이 전형적으로 긴 수명을 갖는다는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은 평균 방사 출력(average radiation power)이 스폿당 1 mW 미만이라는 것이다. 100x100 스폿들의 방사 패턴이 사용되는 경우에, 이 결과, 총 평균 방사는 10 W이다. 출력 임계치는 통상적으로 적용되는 안전 규정들에 따른다. 게다가, 본 발명의 실시예들의 장점은 본 발명의 실시예들에 따른 시스템들의 전력 소비가 낮다는 것이다. 이것은 차량 환경에서 특히 중요하고, 여기서 감지 시스템이 차량의 전력 시스템에 지나친 부담을 주어서는 안된다.
본 발명의 실시예들의 장점은 용이하게 설치될 수 있다는 것과 정렬이 용이하고 심지어 자동화될 수 있다는 것이다. 초기 정렬은, 예컨대, 평평한 평면을 스캔하는 것 및 투사된 스폿들의 위치들을 초기 기준으로서 기록하는 것에 의해 행해질 수 있다. 투사기와 검출기 사이의 있을 수 있는 상대 위치 변화는 투사된 패턴을 전체적으로 관찰하는 것에 의해 용이하게 검출될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 경량이고 콤팩트한 시스템이 제공될 수 있다는 것이다. 본 발명의 실시예들의 장점은, 예컨대, 표준 가공 기법들을 사용하여 제조될 수 있는 구성요소들에 기초할 수 있기 때문에, 저비용 시스템이 획득될 수 있다는 것이다. 본 발명의 적어도 일부 실시예들의 장점은 검사 중인 물체(object under study)의 기계적 스캐닝이 필요하지 않고, 그 결과 시스템이 기계적으로 덜 복잡하다는 것이다. 그에 의해 장점은 기본 구성요소들이, 예를 들어, CMOS 및 CCD 카메라들 그리고 레이저 어레이들과 같은 이용 가능한 구성요소들일 수 있다는 것이다. 이 구성요소들은 즉각 이용 가능하다.
시스템에서 다수의 카메라들이 사용될 때, 상이한 카메라들을 정렬하기 위해 반투명 미러(semi-transparent mirror), 빔 분할기(beam splitter), 빔 분할 큐브(beam splitting cube) 등과 같은 하나 이상의 방사 분할기(radiation splitter)가 사용될 수 있다.
CMOS 및 CCD 카메라들 및 레이저 어레이들과 같은 기본 구성요소들에 있어서, 지속적인 성능의 증가 및 비용의 감소로 이득을 본다.
본 발명의 실시예들의 장점은 성능이 확장 가능(scalable)하다는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은 시스템의 설계 및 구성요소 선택이 기상 조건(예컨대, 시스템이 야간에, 우천시에, 안개 속에서 기능하는지)에 관계없이, 도로 품질에 관계없이, 사용되는 표면 물질에 관계없이, 기타등등에 관계없이 신뢰성 있게 기능하게 할 수 있다는 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 시스템들은 아주 강건하여, 많은 상이한 환경 조건들에서 신뢰성 있는 동작을 제공한다. 동작은 노면, 물질 유형, 기상, 주간 또는 야간 등에 실질적으로 무관할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 감지된 및/또는 처리된 데이터가 특성 파악 시스템(characterization system)(예컨대, 능동 서스펜션 시스템(active suspension system))에서 에너지를 절감하기 위해 그리고/또는 에너지의 사용을 최적화하기 위해 사용된다는 것이다.
이 방법의 기본 원리들을 변경함이 없이, 보다 새로운 버전의 카메라 및 레이저를 사용하는 것만으로 성능이 증가된다. 예를 들어, 3년만에 CMOS 카메라가 1 메가픽셀로부터 4 메가픽셀로 증가되었지만 가격은 동일하다.
특정의 응용 분야들에 대한 최적의 특성들이 얻어지게 하는, 응용 분야 요구사항들에 따라 조정될 수 있는 상이한 절충들(예컨대, 전력과 시야 간의 절충)이 있다.
본 발명에 따른 적어도 일부 실시예들에서, 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)이 결정되어야 하는 물체는 차량의 전방에 있는 도로이다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 차량의 서스펜션 시스템을 제어하기 위해 차량의 전방에 있는 도로의 정보가 사용된다. 본 발명의 실시예들의 장점은, 구체적으로는 자동차 응용 분야들에서 적용될 때, 50 m/s의 속도까지 여전히 동작한다는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 프로파일과 같은 모니터링되는 물체의 정보 이외에, 몇 가지 다른 파라미터들도 도출될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 자동차 환경에서 적용될 때, 자동차의 3D 배향, 자동차의 속도, 접근하는 자동차들 또는 다른 물체들의 존재, 노면 상의 물의 존재 등도 획득될 수 있다.
상기 목적은 본 발명에 따른 방법 및 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명은 물체의 특성을 검출하는 차량 탑재 가능 시스템에 관한 것으로서, 본 시스템은 방사 스폿(radiation spot)들로 이루어진 동시 펄스형 방사 패턴(simultaneously pulsed radiation pattern)을 발생시키도록 구성된 방사 소스; 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기; 방사 소스로부터의 방사가 물체에 의해 반사되어 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 때 적어도 하나의 검출기로부터의 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및 적어도 하나의 검출기와 방사 소스 사이에서 인터페이싱하는 동기화 수단을 포함하고; 여기서 동기화 수단은, 처리될 방사의 검출기에 의한 검출이 방사 펄스들 동안에만 검출되도록, 적어도 하나의 검출기를 방사 소스와 동기화시키도록 구성되어 있고, 프로세서는 미리 결정된 기준 스폿 위치들에 대하여 적어도 하나의 검출기로 검출되는 검출된 스폿들의 변위를 결정하는 것에 의해 물체의 특성을 결정하도록 구성되어 있다.
미리 결정된 기준 스폿 위치들은, 예를 들어, 교정 단계(calibration phase)에서 결정될 수 있다. 패턴의 펄스형 성질(pulsed nature)은 방사되는 스폿들이 간헐적으로 스위치 온 및 오프(intermittently switch on and off) 된다는 것을 암시한다. "온" 단계의 지속기간이 맥동 주파수(pulsation frequency)보다 훨씬 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 패턴이 매 16.6 ms마다 스위치 온 될 수 있지만(60 Hz 주파수), 각각의 주기 내에서의 조명의 지속기간이 10배 더 짧을 수 있다. 방사 소스는 복수의 디바이스들로 이루어져 있을 수 있다.
변위의 결정은 검출된 스폿들의 다중 픽셀 피팅(multipixel fitting)에 의해 서브픽셀 정확도로 수행될 수 있다.
방사 소스는 단색광을 방출할 수 있고, 적어도 하나의 검출기는 대응하는 스펙트럼 필터를 갖추고 있을 수 있다. 단색광은 통상의 반도체 레이저 디바이스에 의해 생성되는 레이저 광을 포함하는 것으로 이해된다.
상세하게는, 스펙트럼 필터는 협대역 통과 필터에 대한 입사각을 상기 협대역 통과 필터의 주 표면(main surface)의 법선을 중심으로 미리 결정된 범위로 한정하기 위해 상기 입사각을 수정하도록 구성된 광학계를 갖추고 있는 상기 협대역 통과 필터일 수 있다. 이 각도 범위는 9°일 수 있다.
단색광은 ±5 nm 미만, 바람직하게는 ±3 nm 미만, 가장 바람직하게는 ±1 nm 미만의 파장 확산(wavelength spread)을 가질 수 있다.
방사 소스는 700 내지 1500 nm, 바람직하게는 800 내지 1000 nm의 스펙트럼 내의 레이저 광을 발생시키도록 구성될 수 있다.
방사 소스는 100 W/m2 이상, 바람직하게는 500 W/m2 이상의 강도로 광을 투사하도록 구성될 수 있고, 스폿당 평균 방출 출력(average emitted power)을 1 mW 미만으로 유지하도록 결정되는 펄스 폭 및 펄스 주파수로 작동된다. 관련성 있는 광 강도는 물체와 방출된 광의 교차점에서의 강도이다. 이 실시예의 장점은 투사된 스폿들의 밝기가 태양광의 예상된 밝기를 초과한다는 것이다. 언급된 강도 기준은 (도로 검사를 위해) 아래쪽으로 비스듬히 투사할 때 바람직하게는 30 m의 범위까지 그리고 (장애물 검출을 위해) 전방으로 투사할 때 바람직하게는 200 m까지 충족된다.
방사 소스는 낮은 빔 발산(beam divergence)을 갖는 VCSEL 어레이를 포함할 수 있고, VCSEL 어레이는 방사 패턴의 개별 스폿들을 동시에 전송(transmit)하도록 구성되어 있다.
상세하게는, 본 시스템은 VCSEL 어레이의 각각의 레이저 스폿을 집속시키고 그리고/또는 배향시키도록 구성된 마이크로 어레이 광학계를 추가로 포함할 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스는 펄스형 방사 패턴을 구성하는 레이저 스폿들을 발생시키는 적어도 하나의 레이저 방시 소스를 포함할 수 있다.
프로세서는 검출된 데이터를 삼각측량에 기초하여 처리하도록 구성되어 있을 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스는 방사 스폿들의 조합을 동시에 발생시키는 위상 격자(phase grating)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들의 장점은 특정 깊이를 갖고 특정 투명 물질로 되어 있는 홈들의 시스템을 포함하는 효율적인 위상 격자들이 획득될 수 있다는 것이다. 유익한 실시예에서, 일단의 수평 및 수직 홈들이 도포될 수 있다. 게다가, 설계가 목표 규격들에 대해 최적화될 수 있도록 유연하다. 위상 격자는 다만 격자(dammann grating)(이들로 제한되지 않음)와 같은 이산 위상 격자(discrete phase grating)일 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스는 방사 패턴을 방사 스폿들의 조합으로서 발생시키도록 구성될 수 있고, 여기서 방사 스폿들의 그룹들이 시간상 순차적으로 발생된다.
적어도 하나의 방사 소스는 MEMS 스캐너를 포함할 수 있다. 검출기는 MEMS 스캐너를 포함할 수 있고, 본 시스템은 방사 소스의 MEMS 스캐너를 검출기의 MEMS 스캐너와 동기화시키는 동기화 디바이스를 포함할 수 있다.
본 시스템은 셔터를 포함할 수 있고, 여기서 셔터는, 닫혀 있을 때, 방사가 검출기에 도착하지 못하도록 차단하고, 여기서 동기화 수단은 적어도 하나의 방사 소스의 펄스들을 셔터의 열림 및 닫힘과 동기화시키도록 구성되어 있다.
획득된 데이터는 스플라인 피팅(spline fitting)과 같은, 도로 또는 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)의 보다 정교한 모델 기반 피팅(more refined model based fitting)에 대한 입력으로서 그리고 물체의 움직임에 대한 보다 복잡한 모델들에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
근적외선 스펙트럼 내의 단색 방사를 발생시키기 위한 적어도 하나의 방사 소스가 생각될 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스는 반도체 레이저를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스는 단일의 VCSEL 광원 또는 VCSEL 어레이를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 검출기는 CMOS 또는 CCD 센서일 수 있다.
본 시스템은 카메라의 전방에 배치된 협대역 스펙트럼 필터(small band spectral filter)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 검출기는 복수의 검출기들(예컨대, 2개의 검출기들 또는 그 이상의 검출기들)일 수 있다. 단일의 검출기에 기초한 삼각측량 원리에 부가하여, 본 발명의 실시예들은 또한 상이한 검출기들 사이의 시차를 이용할 수 있다. 게다가, 본 발명의 실시예들은 선택적으로 또한 입체시와 결합될 수 있다.
적어도 하나의 방사 소스 및 셔터는 마이크로초 범위에서의 펄스 폭들로 펄싱하도록 구성될 수 있다.
본 시스템은 획득된 정보를 출력하는 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 시스템은 방사 스폿들의 인지된 강도를 균일하게 하기 위해, 상기 방사 스폿들의 각자의 방사 스폿들의 강도를, 상기 시스템으로부터의 거리의 함수로서 수정하는 수단을 추가로 포함할 수 있고, 이 수단은 상기 방사 소스 또는 상기 적어도 하나의 검출기와 협력하여 동작한다. 이러한 실시예들의 장점은 스폿의 정확한 공간 검출(상세하게는, 다중 픽셀 피팅을 사용하는 영상 크기 분석)이 손상되지 않도록 (그렇지 않았으면 최고 강도를 가지게 될 스폿들에 대해) 검출된 스폿들의 클리핑(clipping)(검출기 포화)이 회피될 수 있다는 것이다. 상세하게는, 강도를 수정하는 수단은 상기 적어도 하나의 검출기의 광 경로(optical path)에 위치된 개구(aperture)를 포함할 수 있고, 이 개구는 임의의 수평면에 대해 비대칭 형상을 가진다. 따라서, 개구는, 근방의 도로 영역으로부터의 반사들이 멀리 떨어진 영역들로부터의 반사들에 비해 더 강하게 감쇠되도록, 수광된 광의 강도를 그의 입사각의 함수로서 변조하는 비대칭 렌즈 동공(non-symmetrical lens pupil)이다. 그에 부가하여 또는 다른 대안으로서, 투사기는, 근방의 스폿들의 강도 또는 지속기간을 멀리 떨어진 스폿들에 비해 감소시키기 위해, 서로 다른 강도들 또는 다른 지속기간을 갖는 스폿들의 블록들 또는 개별 스폿들을 투사할 수 있다. 그에 부가하여 또는 다른 대안으로서, 프로세서는 검출된 스폿 프로파일들로부터 클리핑(포화)의 효과들을 제거하기 위해 소프트웨어 기반 후처리를 수행할 수 있다.
본 시스템은 1　m 내지 30 m의 범위에서 검출을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 이것은 바람직하게는 도로 프로파일을 검사하기 위해 커버되는 범위이다.
본 시스템은 0 m 내지 200 m의 범위에서 검출을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 이것은 바람직하게는 장애물들을 검출하기 위해 그리고/또는 본 시스템이 자율 차량들에 적용될 때 커버되는 범위이다.
본 발명은 또한 제어 가능 서스펜션을 갖는 차량에 관한 것으로서, 이 차량은 앞서 기술된 시스템, 서스펜션 시스템, 및 제어 시스템을 포함하고, 여기서 제어 시스템은 물체의 특성을 결정하기 위해 시스템의 프로파일 정보를 수신하도록 구성되어 있고, 서스펜션 시스템을 제어하기 위해 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 사용하도록 구성되어 있다.
본 발명은 또한 카메라에 관한 것이고, 이 카메라는 앞서 기술된 시스템을 포함하며, 여기서 시스템은 카메라 영상에 3D 정보를 추가하여 3D 영상을 생성할 수 있게 하도록 구성되어 있다.
본 발명은, 게다가, 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 방법에 관한 것이고, 본 방법은 적어도 하나의 방시 소스를 사용하여 물체 상에 펄스형 방사 패턴을 방출하는 단계, 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기를 사용하여 반사된 패턴을 검출하는 단계 - 여기서 검출은 펄스형 방사 패턴과 동기화되어 있음 -, 및 물체의 특성을 결정하기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 데이터를 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 차량의 주변에 있는 물체의 특성을 검출하기 위해 앞서 기술된 시스템을 사용하는 것에 관한 것이며, 이 사용이 실외 환경에서 일어난다. 상세하게는, 이 사용은 차량의 전방에 있는 도로의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 측정하기 위한 것이거나 자율 차량들을 제어하기 위한 것일 수 있다.
본 발명은 또한 차량 탑재 시스템에 의해 차량의 주변에 있는 물체의 특성을 검출하는 방법에 관한 것이며, 본 방법은 방사 스폿들로 이루어진 동시 펄스형 방사 패턴을 발생시키는 단계, 및 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기(102)를 사용하여 상기 펄스형 방사 패턴의 반사들을 검출하는 단계를 포함하고; 여기서 적어도 하나의 검출기는, 상기 검출하는 단계가 방사 펄스들 동안 일어나도록, 펄스형 방사 패턴과 동기화되어 있고, 미리 결정된 기준 스폿 위치들에 대하여 검출된 스폿들의 변위를 결정하는 것에 의해 물체의 특성이 결정된다. 차량 탑재 시스템은 외부에서 차량에 부착될 수 있거나, 보다 바람직하게는, 기존의 캐비티(cavity)들 또는 매끄러운 통합을 위한 새로 생성된 공간들을 사용하여 차량에 통합될 수 있다.
본 발명은 프로세서로 하여금 앞서 기술된 방법의 상기 특성을 결정하는 것을 수행하게 하도록 구성된 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명의 특정의 그리고 바람직한 양태들이 첨부된 독립 및 종속 청구항들에 기재되어 있다. 적절한 경우 그리고 청구항들에 명시적으로 기재된 대로만이 아니라, 종속 청구항들의 특징들이 독립 청구항들의 특징들과 그리고 다른 종속 청구항들의 특징들과 결합될 수 있다.
본 발명의 이 양태들 및 다른 양태들이 이하에 기술되는 실시예(들)로부터 명백하게 되고 그 실시예(들)를 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 시스템에서의 상이한 구성요소들 및 그들의 상호작용들의 개략적 개요를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 특성을 획득하는 예시적인 방법의 개략적 표현을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 삼각측량 원리의 개략적 표현을 나타낸 도면.
도면들은 개략적인 것에 불과하고 제한하는 것이 아니다. 도면들에서, 요소들 중 일부 요소들의 크기가 과장되어 있고, 예시를 위해 축척대로 그려져 있지 않다.
청구항들에서의 어떤 참조 부호들도 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명이 특정의 실시예들과 관련하여 그리고 특정 도면들을 참조하여 기술될 것이지만, 본 발명이 그들로 제한되지 않고 청구항들에 의해서만 제한된다. 기술된 도면들은 개략적인 것에 불과하고 제한하는 것이 아니다. 도면들에서, 요소들 중 일부 요소들의 크기가 과장되어 있고, 예시를 위해 축척대로 그려져 있지 않다. 치수들 및 상대 치수들이 본 발명의 실시에 대한 실제 축소들(actual reductions to practice of the invention)에 대응하지 않는다.
게다가, 설명 및 청구범위에서의 제1, 제2와 같은 용어들은, 꼭 시간상, 공간상, 순위에서의 또는 임의의 다른 방식에서의 순서를 나타내기 위한 것이 아니라, 유사한 요소들을 구분하기 위해 사용된다. 그렇게 사용되는 용어들이 적절한 상황들에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다는 것과 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들이 본 명세서에 기술되거나 예시된 것과 다른 순서들로 동작할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
더욱이, 설명 및 청구범위에서 상부(top), 아래쪽(under)과 같은 용어들은, 꼭 상대적 위치를 나타내기 위한 것이 아니고, 설명을 위해 사용된다. 그렇게 사용되는 용어들이 적절한 상황들에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다는 것과 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들이 본 명세서에 기술되거나 예시된 것과 다른 배향들에서 동작할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
주목할 점은, 청구범위에서 사용되는 "포함하는"이라는 용어가 그 후에 열거되는 수단으로 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고; 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다는 것이다. 따라서, "포함하는"이라는 용어는 참조되는 언급된 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하고, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들, 또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A 및 수단 B를 포함하는 디바이스"라는 표현의 범주가 구성요소 A 및 구성요소 B만으로 이루어져 있는 디바이스들로 제한되어서는 안된다. 이는, 본 발명과 관련하여, 디바이스의 오직 관련된 구성요소들이 A 및 B라는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"라고 말하는 것은 그 실시예와 관련하여 기술된 특정의 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이와 같이, 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서 나오는 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 문구들 모두가 꼭 동일한 실시예를 말하는 것은 아니지만, 그럴 수도 있다. 게다가, 하나 이상의 실시예들에서, 본 개시 내용으로부터 통상의 기술자에게 명백할 것인 바와 같이, 특정의 특징들, 구조들 또는 특성들이 임의의 적당한 방식으로 결합될 수 있다.
이와 마찬가지로, 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징들이 때때로 본 개시 내용을 간소화하기 위해 그리고 다양한 발명 양태들 중 하나 이상의 발명 양태들의 이해를 돕기 위해 단일의 실시예, 도면, 또는 그의 설명에서 하나로 그룹화되어 있다는 것을 잘 알 것이다. 그렇지만, 이러한 개시 방법이 청구된 발명이 각각의 청구항에 명확하게 열거되어 있는 것보다 더 많은 특징들을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이하의 청구항들이 반영하고 있는 바와 같이, 발명 양태들은 단일의 전술한 개시된 실시예의 특징들 전부가 아닌 일부에 있다. 이와 같이, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 다음에 오는 청구항들은 이로써 이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함되며, 각각의 청구항은 그 자체로서 본 발명의 개별 실시예로서의 지위를 가진다.
게다가, 본 명세서에 기술된 일부 실시예들이 다른 실시예들에 포함된 일부 특징들은 포함하고 다른 특징들은 포함하지 않지만, 통상의 기술자라면 잘 알 것인 바와 같이, 다른 실시예들의 특징들의 조합들이 본 발명의 범주 내에 있고 다른 실시예들을 형성하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 이하의 청구범위에서, 청구된 실시예들 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 제공된 설명에서, 다수의 구체적인 상세들이 기재되어 있다. 그렇지만, 본 발명의 실시예들이 이 구체적인 상세들 없이 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 다른 경우들에서, 이 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해, 공지의 방법들, 구조들 및 기법들이 상세히 설명되지 않았다.
본 발명의 실시예들에서 물체를 지칭하고 있는 경우, 도로; 도로 표지판; 보행자, 자전거 타는 사람 등과 같은 도로를 사용하는 사람들; 동물들; 다른 차량들; 물, 모래, 진창, 낙엽, 눈, 얼음, 먼지, 쓰레기 등과 같은 도로의 표면 상의 물질들; 농업 응용 분야들에서, 지상의 농작물, 베어 놓은 풀 또는 건초(묶여 있거나 풀어져 있음)를 포함할 수 있는, 차량에 대해 정지해 있거나 움직이고 있는 임의의 물체들을 지칭한다.
본 발명의 실시예들에서 차량을 지칭하고 있는 경우, 내연 기관, 전기 모터 등에 의해 추진되는지에 관계없이 그리고 지상과의 인터페이스에 관계없이, 자동차, 트럭, 열차, 지게차 등을 지칭한다.
본 발명의 실시예들에서 근적외선 영역을 지칭하고 있는 경우, 700 내지 1500 nm, 특히 800 내지 1000 nm의 파장을 갖는 방사를 지칭한다.
본 발명에 따른 실시예들에서 방사 패턴을 지칭하고 있는 경우, 방사 패턴은 물리적으로 또는 논리적으로 스폿 크기 및 강도로 특징지워지는 방사 스폿들로 이루어져 있다. 본 발명에 따르면, 방사 패턴은 펄스 방식으로 턴 온 및 오프(turn on and off) 되는, 동시에 방사되는 스폿들 또는 스폿들의 그룹들을 포함한다.
본 발명에 따른 실시예들에서 삼각측량을 지칭하고 있는 경우, 어떤 각도 하에서 물체를 관측하는 것 및 카메라에 의해 관찰된 영상에서 대응하는 스폿의 관측된 위치와 기준 위치 사이의 이동(shift)에 기초하여 스폿까지의 거리를 결정하는 것의 사용을 지칭한다.
본 발명의 실시예들에서 MEMS 스캐너를 지칭하고 있는 경우, MEMS 스캐닝 마이크로 미러를 지칭하고, 여기서 이 미러는 적어도 하나의 차원에서 진동할 수 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 시스템에 포함되어 있는 상이한 구성요소들의 개략적 개요가 도 1에 예시되어 있다. 도 1은 펄스형 방사 패턴을 발생시키는 방사 소스(101)를 나타내고 있다. 방사 패턴은 스폿 패턴(spot pattern)인 것이 유리하다. 본 시스템은 임의의 적당한 위치 상에 탑재될 수 있다. 예컨대, 본 시스템이 차량에 탑재되는 경우, 이것은 그의 상부, 그의 측면에 있을 수 있거나, 기존의 캐비티들 및 개구부들에(예를 들어, 전조등 또는 후미등을 위한 캐비티에 또는 전조등 또는 후미등 자체에, 번호판에 또는 그 근방에, 기타 등등에) 통합될 수 있다.
방사 패턴은 검사 중인 물체에 의해 반사되어 검출기(102)(역시 도 1에 도시됨)에 의해 포착된다. 방사 소스(101)와 검출기(102)는 동기화 수단(104)에 의해 동기화된다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 셔터(105)가 또한 존재할 수 있고, 여기서 방사 패턴이 전송되고 있지 않는 한, 검출기(102)로부터 방사를 차단하도록 셔터(105)도 동기화 수단(104)에 의해 동기화된다. 대안적으로, 검출기가 오버샘플링될 수 있고, 펄스들이 제공되는 시간 슬롯들에 대응하는 샘플들만이 고려된다. 본 발명의 실시예들에 따른 시스템들은 하나 이상의 방사 소스들을 포함할 수 있다. 도 1의 프로세서(103)는 검출기(102)로부터 오는 데이터를 처리함으로써 검사 중인 물체의 프로파일 정보를 알아낸다. 처리는 삼각측량에 기초하는 것이 유리할 수 있다. 프로세서는 미리 결정된 기준 스폿 위치들에 대하여 검출된 스폿들 - 이 스폿들은 적어도 하나의 검출기로 검출됨 - 의 변위를 결정하는 것에 의해 물체의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 사용되는 삼각측량 원리가 도 3에 예로서 예시되어 있다. 사용되는 삼각측량 방법이 단일의 검출기에 기초할 수 있지만, 본 발명이 단일의 검출기만을 포함하는 시스템들로 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 스폿 이동 계산(삼각측량)에 부가하여, 본 시스템은, 스폿들이 반사되는 표면의 추가 특성들을 검출하기 위해, 반사된 스폿들의 강도, 크기, 및 형상도 분석할 수 있다.
예시로서, 본 발명의 실시예들이 이들로 제한되지 않고, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 시스템의 상이한 요소들이 추가로 논의될 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 방사 소스(101)이 근적외선 영역에서의 방사(예컨대, 단색 방사 또는 특정의 파장 범위로부터의 방사)를 발생시키도록 설계되어 있다. 근적외선 영역은 사람에게 보이지 않는다는 것과 CMOS 또는 CCD 센서들이 이 영역에서의 파장을 갖는 방사에 대해 여전히 충분히 민감하다는 장점을 가진다. 이러한 방식으로, 사용자가 방사에 의해 방해를 받지 않는다. 적어도 하나의 방사 소스(101)는 전형적으로 모니터링될 물체 전체에 걸쳐 퍼지도록 구성되어 있다. 따라서, 광학 요소들이 제공될 수 있거나, 적어도 하나의 방사 소스의 일부일 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 이 물체는 자동차의 전방에 있는 관찰 장면이다.
모니터링될 물체가 방사 패턴을 사용하여 조사(irradiate)된다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 이 패턴은 규칙적인 또는 불규칙적인 스폿들(예컨대, 선명한 스폿들)의 어레이이다. 스폿들의 크기는 범위의 1/1000 정도일 수 있다. 따라서, 10 미터의 거리에서 1 cm이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방사 패턴은 m x n 패턴일 수 있고, 여기서 m은 1 이상이고 n은 1 이상이다. 스폿들은 임의의 기하학적 형태(예를 들어, 타원, 선, 원, 원반 등)일 수 있다. 방사 패턴은 규칙적[즉, 완전 매트릭스(full matrix)]일 수 있거나, 불규칙적일 수 있다. 방사 패턴은 반복적이거나, 랜덤하거나, 기타일 수 있다. 방사 패턴에서의 스폿들의 배열은 응용 분야의 함수로서 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 조사(irradiation)가 짧은 기간 동안(즉, 펄스 방식으로) 수행된다. 이것은 큰 조사 출력(irradiation power)이 발생될 수 있지만 - 펄스형 조사(pulsed irradiation)에서는, 순간 강도가 연속파에서보다 상당히 더 높을 수 있음 - 한편으로 평균 방사 출력(average radiation power)이 낮게 유지될 수 있다는 장점을 가진다. 조사를 위해 스폿형 패턴(spot-like pattern)이 사용되는 특정의 예에서, 강도가 물체 상의 특정의 위치들에 국한되고, 이는 또한 일광의 강도를 능가하기 위해 방사 소스(101)가 필요로 하는 총 전력량을 감소시킨다. 스폿 크기가 검출기(102)의 픽셀 크기와 관련하여 선택될 수 있는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 조사 패턴이 레이저 빔들을 사용하여 유발될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 장점은 레이저 빔들이 간단한 광학계를 사용하여 아주 큰 초점 심도(depth of focus)를 만들어낼 수 있다는 것이다.
조사 패턴이 동시에 조사될 수 있다. 대안적으로, 시간의 경과에 따라 조사 패턴이 형성되고 조사 패턴이 단일의 조사 펄스(single illumination pulse)로 제공되지 않도록, 조사 패턴의 상이한 부분들이 순차적으로 조사될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 m x n 빔들이 사용되는 경우, 본 시스템은 빔들을 a x b 패턴으로 그룹화함으로써 입사 지점에서의 스폿 강도를 단일의 빔에 비해 a * b 배만큼 증가시키기 위한 광학 요소(예를 들어, 프리즘 기반 마이크로 렌즈 등)를 갖추고 있을 수 있다.
조사 패턴의 개별 부분들이, 하나의 실시예에서, 레이저 빔을 원하는 방향으로 편향시키고 따라서 물체를 스캐닝 방식으로 조사하기 위해 MEMS 스캐너를 방사 소스(101) 이후에 배치하는 것에 의해 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 조사 광원(irradiation source)은 하나 이상의 반도체 레이저들을 포함한다. 이 반도체 레이저들은 아주 양호한 비용/성능 관계를 가진다.
본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 방사 패턴의 개별 스폿들이 동시에 전송되는 경우, 방사 패턴을 실현하기 위한 상이한 대안들이 존재한다. 스폿들의 어레이를 유발하기 위해 단일의 레이저가 회절 격자(diffractive grating)와 함께 사용될 수 있다. 레이저는 충분한 출력을 가져야만 한다.
일부 실시예들에서, 레이저(예컨대, VCSEL)의 각각의 레이저 스폿을 집속시키기 위해 마이크로 어레이 광학계가 사용될 수 있다.
투사된 패턴의 모든 스폿에서의 강도가 일광을 능가하도록 레이저의 피크 출력(peak power)이 충분해야만 한다(0.1 내지 2 킬로와트 정도). 투사된 100x100 스폿들의 어레이 및 10 m의 범위에 대해, 전체 레이저의 총 피크 출력이 250 와트 정도이어야만 한다. 그러나, 개별 스폿들의 평균 (연속) 출력은 1 mW의 안전 요구사항들을 넘어서지 않을 수 있다. 따라서, 100x100 스폿들의 패턴에 대해, 단일의 레이저의 총 평균 출력은 10 와트를 초과하지 않을 수 있다. 이러한 높은 피크 출력 대 낮은 평균 출력은 짧은 펄스 시간을 사용하여 실현될 수 있다.
실용화를 위한 다른 요구사항은 레이저의 전력이 50 와트를 초과하지 않는다는 것이다. 그러나, 10 와트의 평균 광 출력(average optical power)에 대해, 높은 효율을 가지는 반도체 레이저들에 대해 이 요구사항은 용이하게 충족될 수 있다.
단일의 레이저 대신에 VCSEL 레이저 어레이를 사용하는 경우에, 단일의 레이저의 출력 요구사항들이 어레이 전체에 의해 충족되어야만 한다.
레이저는 표면 단면 발광 레이저(surface edge emitting laser)일 수 있다. 조사 광원은 또한 격자(grid) 또는 다른 조사 패턴을 발생시키는 회절 격자를 포함할 수 있다. 다른 유형들의 회절 격자들이 사용될 수 있을 것이다. 효율을 위해, 투명 물질로 된 위상 격자가 사용될 수 있다. 위상 격자가 2개의 직교 방향으로 있는 선형 홈들을 가지는 경우 제조 용이성(간단하고 저렴함)이 향상된다. 홈들의 깊이는 전형적으로 180°의 위상 천이에 대응할 수 있다. 강도 엔벨로프(intensity envelope)가 요구된 시야와 일치하도록 홈들의 폭이 계산될 수 있다. 광원 및 검출기의 FOV는 둘 다 수평으로 1 라디안 및 수직으로 1 라디안 정도이다.
본 발명에 따른 다른 실시예들에서, 방사 패턴의 개별 스폿들이 동시에 전송되는 경우, VCSEL 어레이가 방사 소스(101)로서 사용된다. 이러한 VCSEL 어레이는 낮은 빔 발산을 갖는 어레이일 수 있다. VCSEL의 크기는 10x10일 수 있지만, 더 클 수 있다. VSCEL 어레이들을 사용하는 실시예들의 장점은 어레이의 기하학적 형태(geometry) 및 스폿들의 형상이 응용 분야에 따라 조정될 수 있다는 것이다. 나중에 논의될 것인 바와 같이, 이 원리가 스캐닝 조사(scanning irradiation)와 결합될 수 있음으로써, 이어서 스폿들의 어레이가 전송된다.
일부 실시예들에서, 적어도 2개의 방사 소스들(투사기라고도 지칭됨)이 포함될 수 있으며, 하나의 투사기는 고정되어 있고 다른 투사기는 적어도 하나의 축을 따라 조종 가능(steerable)하고 바람직하게는 고정된 투사기보다 더 작은 시야각(field of view angle)으로 동작하기 위해 2개의 축을 따라 조종 가능하다. 조종 가능 투사기는 주밍(zooming)에 적당할 수 있다. 이러한 기능은, 예를 들어, 구덩이, 새, 어린이 등과 같은 특정 물체들을 더 상세히 검출하기 위해 사용될 수 있다.
검출기(102)는 CMOS 또는 CCD 검출기일 수 있다. 검사 중인 물체가 적어도 하나의 방사 소스(101)에 의해 조사된 후에, 반사된 방사가 검출기(102)에 의해 검출된다. 일광으로부터의 간섭을 피하기 위해, 상이한 예방 조치들이 취해질 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 협대역 스펙트럼 필터가 검출기(102)의 전방에 배치될 수 있다. 협대역 필터는 방출된 특정 파장 범위 내의 방사만을 통과시키고 나머지 일광 스펙트럼을 차단시킨다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 검출을 펄스들과 동기화시키는 동기화 수단이 제공될 수 있고, 그 결과 방사 소스의 펄스 시간을 벗어난 검출기 상으로의 원하지 않는 조사가 회피될 수 있게 된다. 이것은 복수의 방식들로, 예컨대, 검출기에 의한 오버샘플링 및 펄스에 대한 응답이 예상되는 샘플들만을 고려하는 것에 의해 구현될 수 있다. 대안적으로, 검출기(102) 전방에서 셔터(105)가 사용될 수 있다. 그러면, 동기화 수단(104)은 반사된 방사가 검출기(102)에 도착하는 시간 창 동안 셔터(105)를 연다. 따라서, 동기화 수단(104)은 방사 소스(101)로부터 그의 동기화 입력 신호를 얻는다. 시간 창은 펄스 폭에 그리고 물체 범위에 의존한다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 검출기(102) 광학계는 그 거리에 있는 스폿들을 분석(resolve)하기 위해 그리고 스폿을 픽셀 크기와 정합시키기 위해 가장 큰 범위로 집속될 수 있다. 그렇지만, 초점 심도가 범위보다 훨씬 더 작기 때문에, 보다 짧은 거리들에서 스폿들의 영상들이 확대될 것이다. 다른 한편으로, 거리가 감소함에 따라 스폿들의 강도가 증가하고, 따라서 위치의 결정의 정확도가 증가한다. 계산들에 의하면 이것이 증가된 스폿 크기를 용이하게 보상한다는 것을 보여준다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 검출기(102)측에서의 스폿들의 중복이 회피되도록 스폿들 사이의 거리가 선택된다. 예시적인 실시예에서, 스폿들 사이의 거리는 스폿들의 직경의 10배이다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 검출기(102)는 다수의 픽셀들(NxN)을 가질 수 있고, 이 많은 수의 픽셀들을 각도 분해능(1/N = 1 밀리라디안)과 정합시키도록 검출기(102) 광학계가 선택된다. 더욱이, 방사 소스(101) 및 부속 투사 광학계가 (스폿 크기가 픽셀 크기와 일치하도록) 동일한 각도 분해능을 갖게 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 큰 범위들이 브리징(bridged)될 수 있다. 예를 들어, 방사 스폿들이 정확한 측정을 위해 충분한 인자만큼 큰 범위에 걸쳐 일광 강도를 능가할 수 있고, 이로써 개별 레이저 빔들을 1 mW 연속의 안전 가이드라인 미만으로 유지할 수 있다. 이러한 범위는, 예컨대, 1 m 내지 15 m, 또는 심지어 1 m 내지 30 m일 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 본 시스템은 또한 검출기(102)에 의해 수신된 데이터를 처리하는 프로세서(103)를 포함한다. 검출된 방사 패턴은, 예를 들어, 삼각측량을 통해 분석될 수 있다. 예를 들어, 스폿 패턴이 사용되는 경우, 스폿 패턴이 상이한 각도 하에서 검출기(예컨대, 고분해능 CMOS 또는 CCD 메가픽셀 카메라)에 의해 관측된다. 방사 패턴의 일부인 광선이 특정의 스폿까지 진행하는 거리가 이어서 카메라에 의해 관찰된 영상에서의 대응하는 스폿의 관측된 위치와 이론적 위치 사이의 이동으로부터 삼각측량에 의해 결정될 수 있다.
스폿의 위치가 픽셀들의 가중된 강도 중심(weighted center of intensity)(질량 중심(center of mass) 참조)을 계산하는 영상 처리에 의해 결정될 수 있다. 강도 중심의 계산은 아주 간단하고, 간단하고 저렴한 하드웨어로 실시간으로 행해질 수 있다.
방사 소스(101) 및 검출기(102)의 각도 분해능이 1/N보다 더 나쁜 경우, 영상에서의 관측된 스폿 크기가 1 픽셀보다 더 크다. 그러나, 스폿 프로파일이 알려져 있기 때문에, 원칙적으로 전체 스폿의 다중 픽셀 피팅에 의해 서브픽셀 정확도를 달성할 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 이론적 분해능이 이하의 수식들을 사용하여 계산될 수 있다. 이 실시예에서, 광 스폿들의 패턴이 방사 소스(101)에 의해 발생되고, 모니터링되는 물체는 차량의 전방에 있는 도로이며, 여기서
- D는 방사 소스(101)와 검출기(102) 사이의 거리이고,
- Z는 도로가 모니터링되는 범위이며,
- N은 양 방향에서의 검출기(102)의 픽셀들의 개수이고,
- 투사 및 검출의 각도 분해능은 1/N이며,
- 검출기(선택적인 렌즈)의 개방 각도(opening angle)는 1 스테라디안(steradian)이고,
- H는 도로로부터의 투사기의 높이이다.
획득 가능한 분해능은
- d: 거리 분해능
- v: 수직 분해능
으로 세분될 수 있다.
이론적 거리 분해능은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112016012366593-pct00001
도로의 프로파일에서의 이론적 수직 분해능은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112016012366593-pct00002
따라서, 4 메가픽셀 검출기(101)(N=2000), D = 2 m, H= 1 m, 및 Z = 20 m에 대해, 10 cm(0.5 %)의 거리 분해능 및 5 mm의 수직 분해능이 획득될 수 있다.
1 m의 거리에서, 거리 분해능은 0.5 mm이고, 수직 분해능도 0.5 mm이다.
수식들로부터 알 수 있는 바와 같이, 거리 분해능 및 수직 분해능 둘 다가 방사 소스(101)와 검출기(102) 사이의 거리 D에 반비례한다. 이 거리가 3D 카메라에서의 렌즈들 사이의 거리보다 훨씬 더 클 수 있기 때문에, 깊이 분해능이 또한 동일한 조명에 대해 비례적으로 더 양호하다.
하나의 예에서, 10 스폿 직경의 스폿간 거리가 존재하는 스폿 프로파일 설계가 사용된다. 그러면, 이것은 N/10 x N/10 스폿들의 격자에 대응한다. 1 메가픽셀 카메라에 대해, 그러면, 격자는 100x100 포인트들로 이루어져 있다. 프레임 레이트가 100 Hz이면, 1 cm의 횡방향 샘플링 거리(lateral sampling distance)에서 약 1 mm의 수직 분해능으로 타이어의 전방에 있는 도로를 효율적으로 샘플링한다. 이동 방향에서의 샘플링 거리는 차량의 속도에 의존한다.
50 m/sec의 최대 속도에서, 이동 방향에서의 샘플링 거리는 5 mm 정도이다. 생각할 수 있는 대부분의 응용 분야들에 대해 이것으로 꽤 충분하고, 이는 그 개념을 아주 일반적으로 만든다.
그러면, (1 밀리와트의 안전 레벨에서) 100x100 스폿들의 최대 연속 출력은 10 와트이며, 이는 모든 현실적 요구사항들 내에 있다.
본 발명의 실시예들에서, 검출기(102)로부터의 데이터를 처리하는 것은 이진화된 영상들에 대해 행해질 수 있다. 본 발명의 실시예들의 장점은 데이터를 처리하는 프로세서(103)의 요구된 처리 능력이 제한되어 있다는 것이다.
100 Hz의 반복률로 100x100 포인트들의 격자를 투사하기 위해, 이상에서 역시 논의된 바와 같이, 100 와트 정도의 피크 출력 및 10 와트의 평균 출력이 요구된다. 제1 추정에 의하면, 1/1000의 등방성 반사 계수(isotropic reflection coefficient)에서도, 픽셀당 검출되는 광자들의 총수가 카메라의 검출 감도를 초과한다는 것을 보여준다. 삼각측량의 경우, 방사 소스(101), 검출기(102), 및 검사 중인 물체가 삼각형을 형성한다. 검출기와 방사 소스(101) 사이의 선은 알려져 있다. 방사 각도가 알려져 있어, 거리를 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 방사 패턴의 개별 스폿들을 동시에 투사하는 대신에, 방사 패턴의 개별 스폿들 또는 스폿들의 그룹들이 방사 소스(101)에 의해 순차적으로 전송된다.
이것은 펄스형 레이저 빔을 스캐너(예컨대, 2 자유도를 갖는 마이크로 머시닝 스캐너(micro-machined scanner)) 상으로 투사하는 것에 의해 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 1000x1000 스폿들의 전체 영상이 최대 30 Hz의 반복률로 투사될 수 있다.
하나의 실시예에서, 수광측에서, CMOS 또는 CCD 검출기(102)는 검사 중인 물체에 의해 반사된 후의 펄스형 방사 소스(101)를 포착한다. 수광측에서, 방사 패턴의 동시 투사에 대한 경우와 유사한 실시예들이 실현될 수 있다. 각각의 전송 각도(transmit angle)가 검출기(102) 상의 검출 스폿과 연관될 수 있도록 방사 소스(101)와 검출기(102)가 동기화된다.
제2 실시예에서, 수광측도 2 자유도를 갖는 마이크로 머시닝 스캐너를 포함한다. 스캐너는, 전송측에 있는 마이크로 머시닝 스캐너와 동기하여 움직이는 것에 의해, 반사된 방사를 추적할 수 있다.
마이크로 머시닝 스캐너에 의해 포착된 방사는 광 검출기(아날로그 선형 감광성 검출기) 상으로 투사된다. 이러한 방식으로, 높은 동적 범위를 갖는 광학 스캐너가 실현될 수 있다. 이러한 실시예를 사용하여 1000x1000 스폿들을 포함하는 방사 패턴이 최대 30 Hz의 반복률로 전송되고 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 모니터링되는 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)이, 전송된 방사 패턴을 알고서, 수광된 방사 패턴에 대한 삼각측량을 통해 결정되거나 재구성된다. 방사 패턴은 순차적으로 또는 동시에 전송될 수 있다. 일광 간섭을 능가하기 위해, 전송 펄스 폭(transmitting pulse width)을 감소시킴으로써 평균 출력을 일정하게 유지하면서 전송된 방사 패턴의 출력이 증가된다.
이하의 예는 차량의 전방에 있는 도로의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 모니터링하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)을 차량에 적용하는 것에 관한 것이다.
큰 범위의 가시성(visibility)을 갖기 위해, 방사 출력이 충분히 높아야 한다.
발산(divergence) d를 갖는 레이저 빔에 대해, 거리 Z에서 빔에 수직으로 측정되는 레이저 빔의 면적 S는 S = (Z*d)2 정도이다. 투사기가 도로로부터 높이 H에 배치되어 있는 경우, 투사된 레이저 스폿의 면적은 Sp=(Z/H)*(Z*d)2이다.
값들 Z=30m, d=1mrad, H=1m에 대해, Sp=270cm2가 얻어진다.
일광의 출력에 대한 전형적인 값은 500 와트/m2이다(실제 값은 지리적 위치 및 대기 조건들에 의존한다).
따라서, 일광을 5배만큼 능가하고자 하는 경우, 2500 와트/m2의 출력을 필요로 한다. 그리고, 270 cm2의 면적에 대해, 따라서 67.5 와트의 광 출력을 필요로 한다. 단색광 및 스펙트럼 필터를 사용하는 경우, 100배를 달성할 수 있다. 따라서, 스폿당 0.67 와트(따라서 스폿당 0.7 와트)의 광 출력을 필요로 한다. 안전상의 이유로, 레이저의 평균 출력이 1 mW를 초과할 수 없다. 따라서, 레이저의 듀티 사이클이 0.001/0.7 = 1/700을 초과할 수 없다. 이것은 레이저를 CMOS 검출기와 동기하여 펄싱하는 것에 의해 실현될 수 있다. CMOS 검출기를 60 Hz로 사용하는 경우, 프레임 시간은 16 msec이다. 그리고 그러면 펄스 시간은 16 msec/700 = 22 μsec이다.
전형적인 값들 Z=10m, d=1mrad, H=1m에 대해, Sp=10cm2가 얻어진다.
일광의 출력에 대한 전형적인 값은 500 와트/m2이다(실제 값은 지리적 위치 및 대기 조건들에 의존한다).
따라서, 일광을 5배만큼 능가하고자 하는 경우, 2500 와트/m2의 출력을 필요로 한다. 그리고, 10cm2의 면적에 대해, 따라서 2.5 와트의 광 출력을 필요로 한다. 단색광 및 스펙트럼 필터를 사용하는 경우, 100배를 달성할 수 있다. 따라서, 스폿당 0.025 와트의 광 출력을 필요로 한다. 안전상의 이유로, 레이저의 평균 출력이 1 mW를 초과할 수 없다. 따라서, 레이저의 듀티 사이클이 0.001/0.025를 초과할 수 없다. 이것은 레이저를 CMOS 검출기와 동기하여 펄싱하는 것에 의해 실현될 수 있다. CMOS 검출기를 60 Hz로 사용하는 경우, 프레임 시간은 16 msec이다. 그리고 그러면 펄스 시간은 16 msec/0.025 = 640 μsec이다.
특정 응용 분야의 요구사항들에 따라, 부가의 안전 여유(safety margin)들(예를 들어, 인자 4)이 적용될 수 있다. 상기 예에서 획득된 25 W/m2의 요구된 최소 강도에 적용될 때, 예시적인 안전 여유는 100 W/m2의 요구사항으로 이어질 것이다.
검출기(102)는 방사 펄스들이 도착할 때에만 입사 방사(incoming radiation)를 포착한다. 따라서, 검출기가 동기화 수단(104)을 통해 방사 소스(101)와 동기화되어 있다.
1 메가픽셀의 카메라의 경우에, 초당 측정 횟수도 1 백만 정도이다. 차량이 50 m/s의 속도로 이동하고 도로가 20 m의 폭을 가질 때, 도로가 3x3 cm의 분해능으로 샘플링될 것이다.
비행 시간 기반 시스템들에서, 30 m의 동일한 범위를 모니터링할 때, 방사 빔이 전체 거리를 왕복하는 데 0.2 μs를 필요로 한다. 이 시간 동안, 검출기(102)가 열려서 전체 시야를 모니터링한다. 이것은 10 와트의 고정된 평균 출력의 경우, 단지 1/100 초에 걸친 조명이 가능하다는 것을 의미한다. 이는 또한 요구된 검출기 개방 시간이 0.2 μs인 경우, 초당 10000 번의 측정만이 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 비행 시간 기반 시스템보다 20배 더 나은 측정률로 모니터링할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 태양광의 반사를 제거하거나 최소화하도록 그리고/또는 물과 같은 반사 표면들에서의 태양광의 직접 반사를 감소시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 방사 소스, 검출기 및/또는 프로세서 중 하나 이상이 그것을 위해 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 방사 소스는 하나 이상의 미리 결정된 편광 상태(polarization state)들을 갖는 방사를 발생시키도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 검출기는 그 하나 이상의 미리 결정된 편광 상태들의 방사만을 수광하도록 구성될 수 있다. 후자는 하나 이상의 미리 결정된 편광 상태들을 선택하기 위해 적어도 하나의 검출기 이전에 편광 필터를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 방사 소스는 물 스펙트럼(water spectrum) 내에 있거나 그를 벗어나 있을 수 있는, 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 갖는 방사를 발생시키도록 구성될 수 있고, 검출기는, 예컨대, 파장 필터들을 사용하여, 검출을 실질적으로 하나 이상의 미리 결정된 파장들로 제한하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 이 파장들은 보다 큰 파장 스펙트럼으로 기록된 영상들로부터 프로세서의 레벨에서 선택될 수 있다. 다른 대안은 적어도 하나의 방사 소스가 특별히 구성되어 있지 않지만 적어도 하나의 검출기가, 물 스펙트럼 내에 있거나 그로부터 벗어나 있을 수 있는, 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 영상으로부터 필터링하는 것이다. 필터링이 또한 보다 큰 파장 스펙트럼으로 기록된 영상들로부터 프로세서의 레벨에서 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용되는 프로세서는 영상 처리에 의해, 예컨대, 일광/태양광에 대한 피팅된 참조 기여분(fitted reference contribution)으로 영상 프레임(들)을 보정하는 것에 의해, 화상으로부터 일광 또는 태양광을 제거함으로써 일광/태양광을 제거하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 방사 소스가 적어도 2개의 상이한 파장들로 방사함으로써 다중 스펙트럼 방시 소스를 생성하도록 구성될 수 있다. 후자는 특정 물체들을 검출하는 데(예를 들어, 유기 물질을 검출하는 데, 얼음, 물, 눈 등을 검출하는 데) 유리할 수 있다. 태양광을 차단하는 것과 유사하게, 검출기는 전형적으로 또한 선택적으로 동작하기 위해 방사 소스에 의해 방출되는 대응하는 파장들을 필터링하기 위한 필터로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 파장에 대해 대응하는 필터가 제공될 수 있다. 미리 결정된 파장들이 각각 개별적으로 또는 단일의 검출에서 검출될 수 있다. 하나의 실시예에서, 프로세서는, 그에 부가하여 또는 대안적으로, 보다 넓은 파장 범위로 기록된 영상으로부터 이 파장들을 필터링하도록 구성될 수 있다. 특정 파장들로 기록된 정보가, 이와 같이, 이 특정 파장들에 더 민감한 특정 물체들을 선택적으로 검출하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 특성을 검출하는 본 시스템은 또한 차분 측정을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 시스템은 그에 의해 공간적으로 떨어져 있는 적어도 2개의 검출기들을 사용할 수 있다. 본 시스템은 태양광을 제거하기 위해 2개의 상이한 검출기들로부터의 영상들을 빼도록 프로그램될 수 있다. 하나의 예에서, 검출기들 중 하나는 스폿이 없는 화상(spotless picture)을 촬영할 수 있고, 제2 검출기는 스폿 기반 화상(spot based picture)을 촬영할 수 있으며, 이 화상들을 나누거나 빼어서 차분 결과를 얻을 수 있다. 제어기가 존재하고 차분 측정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 제어기는 적어도 2개의 검출기들 및/또는 적어도 하나의 방시 소스를 제어(예컨대, 영상 포착을 동기화)할 수 있다. 차분 측정(예컨대, 영상들을 나누거나 빼는 것)을 달성하기 위해 적어도 2개의 검출기들의 영상들을 처리하기 위한 영상 프로세서가 또한 존재할 수 있다. 차분 측정을 사용할 때, 동시적인 영상들이 다수의 검출기들에 의해 기록될 수 있다. 이러한 방식으로, 나누거나 빼기 위해 동일한 영상들이 획득될 수 있고, 여기서 하나의 영상에서는 방사 소스의 방사가 기록되는 반면, 다른 영상에서는 그렇지 않다. 차분 측정을 위한 다른 방법은 상이한 파장에 기초하고, 여기서 투사기는 상이한 파장들에 기초한 대역 통과 필터들을 사용한다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 연속적인 프레임들 사이의 관계를 계산하도록 구성될 수 있다. 그로써, 프레임들이 바로 다음에 오는 프레임들일 필요가 없다, 환언하면, 일부 프레임들을 건너뛸 수 있다. 관계를 계산하는 것은 상관, 최소 제곱 피팅(least square fitting) 등에 기초할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 이러한 관계는, 예를 들어, 동적 속성(dynamic property)을 결정하기 위해, 움직이는 물체(예컨대, 차량)의 속성을 결정하는 역할을 할 수 있다. 이 관계는, 예를 들어, 움직이는 물체의 속도, 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 등을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 관계는 또한 물체의 전체 표면 또는 물체의 일부의 높이 측정을 결정하는 데 사용될 수 있다. 그로써, 물체가 상대 운동(relative movement)을 하고 있거나, 정지해 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세서는, 대안적으로 또는 다른 작업들에 부가하여, 상이한 응용 분야들을 위해 영상 또는 픽셀 정보를 해석하도록 구성될 수 있다. 이러한 상이한 응용 분야들은 포장도로 검출, 도로 검출, 도로 검사, 포장도로의 상태 검사, 장애물(예를 들어, 생물 또는 무생물, 움직이거나 정지해 있는 장애물, 기타 등등)의 검출(이들로 제한되지 않음)일 수 있다. 또한, 물체들의 환경과 관련하여 물체들을 검출하는 것이 생각될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명은 또한 앞서 기술된 바와 같은 복수의 시스템들을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 복수의 시스템들은 더 큰 시야의 커버를 허용할 수 있다. 복수의 시스템들은 그에 의해 관심 있는 시야를 커버하는 데 필요한 만큼의 시스템들을 포함한다. 복수의 시스템들은 그로써 관심 있는 시야를 커버하도록 탑재될 수 있다. 이것은 주위 관찰(surround viewing)을 달성하기 위해 수평으로 360°를 그리고 수직으로 180°를 커버하는 시스템일 수 있다. 대안적으로, 시스템들의 개수 및 그들의 위치를 적절히 선택하는 것에 의해 임의의 다른 시야 크기가 달성될 수 있다. 시스템을 상이한 물리적 위치들에 여러 개 배치하는 것에 의해 실현되는 시야는, 예를 들어, 자율 자동차, 창고 운송, 검사 차량 등(이들로 제한되지 않음)과 같은 특정 응용 분야들을 위해 특별히 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 하나 이상의 시스템들 또는 그의 구성요소들이 상이한 시야들을 커버하도록 조절 가능할 수 있다. 후자는 하나 이상의 시스템들을 상이한 위치들로(예컨대, 차량 응용 분야들에서 자동차 주위의 상이한 위치들로) 이동 가능하게 만드는 것에 의해, 시스템을 상이한 각도들로 기울이는 것(예컨대, 탑재 각도를 변화시키는 것)에 의해, 시스템을 조종 가능하게 만드는 것에 의해, 시스템의 시야 간의 중복을 생기게 하는 것에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 차량의 근방으로부터 레이더 범위까지의 시야를 커버하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 본 시스템은 보행자 검출, 충돌 방지 또는 다른 안전 및 자율 차량 관련 응용 분야들과 같은 특정 응용 분야들에 대한 범위를 확장하기 위해 또는 응용 분야에 도움이 되는 부가 및/또는 보조 측정 데이터를 제공하기 위해 레이더 감지와 결합될 수 있다. 보다 일반적으로, 본 시스템은 레이더(들), 적외선 카메라 센서(들) 등과 같은 부가 센서들과 결합될 수 있다. 상세하게는, 본 시스템은 다른 차량들 또는 물체들의 존재 및 속도를 결정하는 데 사용될 수 있고, 그 정보는 다시 차량의 방향 및 속도를 제어하는 데(예컨대, 충돌을 방지하는 데) 또는 앞서 가는 차량과 안전하고 실질적으로 고정된 거리를 유지하는 데(스마트 크루즈 제어(smart cruise control)) 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 자기 운동(egomotion) 관련 응용 분야들을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 자기 운동 관련 응용 분야들에 사용 가능한 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 투사기(즉, 방사 소스) 및/또는 검출기는 또한 자기 운동 관련 응용 분야들에 대한 관련 데이터를 생성/기록하도록 구성될 수 있다. 하나의 특정의 예에서, 자기 운동 관련 데이터는 도로 상의 선들에 대한 또는 차량 자체로부터 관측된 도로명 표지판들에 대한 차량의 움직임에 기초한 차량의 움직임에 기초할 수 있다. 자기 운동 관련 정보가, 예를 들어, 자율 주행 응용 분야들(autonomous navigation applications)에서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 주행 거리 측정 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 이동한 거리를 추정하기 위해 순차적 검출기 영상들을 사용하여 동등한 주행 거리 측정 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 후자는, 예를 들어, 임의의 유형의 표면 상에서의 임의의 유형의 이동 운동(locomotion)을 사용하는 로봇 또는 차량에서의 향상된 주행 정확도(navigational accuracy)를 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스폿 패턴이 도입될 수 있고, 여기서 일부 스폿들, 일부 스폿들의 그룹들 또는 각각의 스폿은 주소 지정 가능하고 강도, 스폿 크기 등이 구성 가능하다. 이것은 스폿들의 그룹화, 예를 들어, 영상 처리를 보다 쉽게 만들기 위해, 불규칙성을 유입시키는 것, 선들 사이의 거리를 변화시키는 것(즉, 거리를 가변적으로 만드는 것) 등을 가능하게 한다.
일부 특정의 실시예들에서, 스폿들 모두가 투사된 스폿 패턴에서의 거리 또는 위치와 무관하게 동일한 형상, 동일한 강도를 갖도록, VCSEL의 강도가 제어될 수 있다. 후자는 데이터 처리를 향상시키고 보다 정확한 측정을 달성(예컨대, 픽셀 전하의 클리핑을 방지)할 수 있게 하며 스폿 패턴에서의 모든 스폿들에 대한 다중 픽셀 피팅을 가능하게 한다. 이는 또한 거의 같은 기하학적 형태를 가지는 프로파일들 간의 곡선 피팅을 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, 방사 소스(예컨대, VCSEL)가 몇 개의 구역들로 분할될 수 있고, 예를 들어, 광원 및/또는 검출기로부터 더 멀리 떨어져 촬영되는 스폿들에 대한 강도 감소를 보상하기 위해 상이한 구역들이 상이한 방식으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 스폿들이 촬영되는 위치에 따라, 상이한 스폿들에 대한 상이한 강도 손실을 부분적으로 또는 전체적으로 보상하기 위해 상이한 구역들이 상이한 전력 또는 온 시간(ON time)으로 구동될 수 있다. 따라서, 후자는 검출기로부터 더 멀리 배치된 스폿들이 검출기에 더 가까운 스폿들보다 더 높은 전력으로 구동되게 할 수 있다. 후자는 또한, 필요한 경우, A/D 변환 범위들을 최적으로 사용할 수 있게 한다. 하나의 예에서, 상이하게 반사하는 물체들을 보상하기 위해 하나 이상의 스폿 속성들의 제어가 또한 수행될 수 있고, 그렇지 않았으면 반사된 스폿의 기하학적 형태들이 실질적으로 상이하게 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도로 상의 교통을 안내하기 위한 백색 선들은 도로의 다른 부분들과 실질적으로 상이한 반사율을 가진다. 본 시스템은 그에 의해 야기되는 반사된 스폿의 기하학적 형태 변화들을 보상하도록 구성될 수 있다.
상기 제어는 강도 서보(intensity servoing)라고 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 사용되는 방사 소스의 파장이 사용되는 필터들(예컨대, 대역 통과 필터들)에 최적으로 적합하도록 제어될 수 있다[열 서보(thermal servoing)]. 파장 천이가, 예를 들어, 펠티에(peltier) 또는 가열 요소를 사용하여 수행될 수 있다. 방사 소스의 파장이 사용되는 필터들에 아주 적합하면, 그 결과 일광과 같은 환경으로부터의 방해가 되는 방사의 영향을 감소 및/또는 최소화시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어, 1 nm 내지 5 nm, 또는, 예를 들어, 1 nm 내지 3 nm의 FWHM 투과 범위(transmission range)를 갖는 협대역 통과 필터의 사용을 가능하게 하기 위한 특정의 광학 또는 필터 설계가 구현된다. 광학 또는 필터 설계가 입사각에 의해 야기되는 필터의 파장 의존성을 보상하도록 구성될 수 있다. 몇 개의 해결책들이 제공된다. 제1 예에서, 필터 코팅을 갖는 구형 또는 구형과 유사한 형상 또는 구형과 유사한 돔(dome) 또는 구형과 유사한 쉘(shell) 광학 요소가 사용된다. 이 구형 또는 구형과 유사한 형상의 광학 요소 아래에, 검출기(예컨대, CMOS 카메라) 상에서의 촬영을 가능하게 하는 종래의 광학 시스템이 배치된다. 제2 예에서, 필터 코팅에 대한 입사각이 실직적으로 수직(예컨대, 9° 이하)이고 필터를 통해 진행하는 방사의 길이가 모든 방사에 대해 실질적으로 같도록 입사 방사를 배향시키기 위한 마이크로 렌즈들 또는 마이크로 프리즘들의 어레이와 같은 원추형 요소들을 포함하는 광학계가 제공된다. 제3 예에서, 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens) 설계가 사용된다. 이 예들 모두에서, 방사는 필터 매체를 통해 실질적으로 같은 길이를 진행하고, 환언하면, 입사 방사가 필터 표면에 실질적으로 직교이고, 즉, 방사가 필터 표면의 법선을 중심으로 미리 결정된 범위 내의 입사각으로 한정되고, 따라서, 예컨대, 일광, 태양광을 필터링하기 위해 그리고 스폿들이 일광을 능가하기 위해 협대역폭 내에서의 정확한 필터링을 가능하게 한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 카메라(검출기)가 투사기에 대해 약간(예컨대, 4°의 각도에 걸쳐) 회전되거나 그 반대로 되어, 개선된 영상 처리를 가능하게 하고 스폿들의 식별을 용이하게 하는데, 그 이유는 스폿들이 탐색되는 3D 에피폴라 라인(3D epipolar line)들의 영상 센서 상으로의 2D 투영의 세그먼트들 간의 중복 가능성이 감소되기 때문이다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 측정된 값들의 확산으로부터 그리고, 예컨대, 미리 결정된 구역(유리하게는, 타이어가 지나가게 될 영역)에서의 강도의 변동으로부터 도로의 유형이 결정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 검출기에서 단계적 또는 가변 감쇄 필터를 적용하는 것에 의해, 스폿들의 강도가 전체 깊이 범위에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 또한, 검출기로부터 더 멀리 떨어진 스폿들의 강도가 전체 강도로 수광되면서 검출기에 더 가까운 스폿들의 강도를 약화시키기 위해 비대칭 렌즈 동공이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 검출기의 클리핑(clipping)이 방지되고, 평균 강도가 모든 스폿들에 대해 실질적으로 동일하게 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방사 소스가 상이한 구역들로 분할될 수 있는 VCSEL일 수 있고, 여기서 상이한 구역들에 대해 레이저 온 시간이 제어된다. 스폿들의 영상들이 이와 같이 일정한 강도(예컨대, A/D 범위의 2/3)를 갖도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 다시 말하지만 일정한 강도를 달성하기 위해, 구동 전압이 스폿들의 어레이에 걸쳐 높이의 함수로서 구동될 수 있다. 이러한 제어는 포화 방지 서보 루프(saturation avoidance servoing loop)라고 지칭될 수 있다.
본 발명의 일부 다른 실시예들에서, 마이크로 프리즘 매트릭스가 협대역폭 필터 전방에서 사용될 수 있고, 따라서 방사가 +9°와 -9° 사이의 입사각 내에서 필터에 입사한다. 이것은 협대역폭 필터링을 달성할 수 있게 한다. 프리즘 매트릭스는, 예를 들어, 플라스틱 몰딩에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 예컨대, 능동 서스펜션 차량 응용 분야들이 생각되는 경우, 스폿 패턴의 투사는 아래쪽으로(즉, 도로 쪽으로) 향하는 것이 유리하다.
본 발명의 실시예들에서, 정확한 영상 처리를 가능하게 하기 위해, 검출기와 투사기 사이의 거리가 너무 작지 않은 것이 유리하다.
제2 양태에서, 본 발명은 검출 시스템(100)이 도로 상황을 모니터링하기 위해 그리고 차량의 서스펜션 시스템을 제어하기 위한 입력으로서 구현되는 차량에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 시스템이 차량의 앞쪽에 배치된다. 그 경우에, 검사 중인 물체는 차량의 전방에 있는 도로이다. 차량의 전방의 1 m 내지 15 m, 심지어 1 m 내지 최대 30 m의 범위들이 모니터링될 수 있다.
유익한 실시예들에서, 검출 시스템(100)은 인터페이스 또는 출력 수단을 통해 서스펜션 시스템과 인터페이싱한다. 데이터가 능동 서스펜션 시스템을 제어하는 제어기로 전달될 수 있다. 그 결과, 차량은 도로 상을 매끄럽게 이동한다("하늘을 나는 양탄자"라고도 지칭됨).
유의할 점은, 관찰 장면의 영상이 카메라의 프레임 레이트로 반복하여 촬영된다는 것이다. 따라서, 도로의 특성이 계속하여 업데이트되고 능동 서스펜션 시스템에 피드백된다.
하나의 특정의 예에서, 제어는 롤 벡터(roll vector)가 원심력과 동일한 방향으로 있도록 함으로써 승객들이 좌석에 밀착되도록 서스펜션을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제어는, 차량에 대한 보다 높은 다운포스(downforce) 및 타이어에 대한 보다 높은 마찰력이 달성됨으로써 제동 거리가 보다 짧아지도록, 제동이 실시될 때 차량의 섀시의 능동 리프팅(active lifting)을 포함할 수 있다. 제어의 또 다른 예는 충돌 손상 제어를 위해 차량의 피치를 최대로 증가시키고, 그 결과 트럭 아래로 미끄러져 들어갈 위험을 방지하기 위해 차량의 전방측을 상승시키는 것이다. 다른 상황들에서, 제어는 차량의 피치를 감소시키키고 따라서 공기 저항을 감소시키는 것에 의해 연료 사용이 최소화되도록 하는 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 도로 상에서의 타이어의 접촉 면적의 표면과 같은 크기의 표면적을 갖는 구역에서의 평균 높이에 기초하여 능동 서스펜션의 보상이 일어난다. 이러한 보상은 돌발 사태보다 약 50 내지 100 ms 이전에 수행될 수 있다. 모니터링할 관련 구역의 거리는 차량의 속도의 함수이다. 관련 구역의 횡방향 위치(lateral position)(좌우)는 조향각(steering angle)의 함수이다. 3 자유도(X, Y 및 세타)에 대해 수행될 변환은 2개의 연속적인 영상들 사이의 최적 상관(optimal correlation)에 기초하여 식별될 수 있다. 이 변환은 이어서 새로운 세트의 높이 측정치들을 결정하는 데 사용된다. 차량의 롤 및/또는 피치가 측정점들을 통해 피팅된 최소 제곱 평면(least squares plane)과 관련한 차량의 좌표계의 6 자유도 변환에 기초하여 식별될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 검출 시스템에 의해 검출되는 차량의 전방에 있는 도로의 깊이 정보는 컬러 카메라의 영상을 3D 영상으로 렌더링하기 위해 컬러 카메라의 영상에 추가될 수 있는 3D 성분으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 본 시스템은 또한 좋지 않은 상황(예를 들어, 비 또는 눈 등)에 대해 운전자에게 경고하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 프로세서는 또한 검출 시스템으로부터 오는 데이터로부터 자동차의 속도를 도출하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 도로에 대한 자동차의 배향(orientation)이 검출 시스템으로부터 오는 데이터로부터 도출될 수 있다. 이 배향은 이어서 자동차가 도로의 중앙선과 이루는 각도로서 또는 임의의 다른 적당한 방식으로 표현될 수 있다. 이러한 정보를 도출하도록 구성된 프로세서는 검출 시스템에 또는 다른 시스템(예컨대, 자동차의 제어 시스템)에 내장되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에서, 접근하는 물체들의 존재 및 속도가 또한 검출 시스템을 사용하여 검출될 수 있다. 이러한 정보를 도출하도록 구성된 프로세서는 검출 시스템에 또는 다른 시스템(예컨대, 자동차의 제어 시스템)에 내장되어 있을 수 있다.
차량에 탑재된 검출 시스템의 출력은 따라서 서스펜션 시스템을 위해서뿐만 아니라 자동차가 자율적으로 제어될 수 있게 하는 자동차 내의 몇 개의 능동 구성요소들에 대한 입력으로서도 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 가능한 것들을 확장시키기 위해 이들이 다른 기법들과 결합될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 본 시스템이 모니터링될 수 있는 범위를 확장시키기 위해 레이더 시스템을 사용하여 확장될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 시스템이 차량에 탑재될 때, 본 시스템이 원하는 시야를 선택하기 위해 차량에 대해 움직일 수 있도록 구성될 수 있다. 투사기는 검출기에 대해 (예컨대, 4°의 각도에 걸쳐) 각도 회전을 가질 수 있거나 그 반대로 되어, 개선된 영상 처리를 가능하게 하고 스폿들의 식별을 용이하게 하는데, 그 이유는 스폿들이 탐색되는 3D 에피폴라 라인들의 영상 센서 상으로의 2D 투영의 세그먼트들 간의 중복 가능성이 감소되기 때문이다. 보다 구체적으로는 수직 분해능과 관련하여 스폿 이동 분석(spot shift analysis)에서의 높은 정확도를 달성하기 위해, 검출기가 바람직하게는 투사기로부터 얼마간 떨어져 배치된다. 여기서,
D는 투사기와 검출기 사이의 거리이고,
Z는, 예컨대, 도로가 모니터링되는 범위이며,
θ는 각도 분해능(픽셀에 대응하고, 따라서 1 메가픽셀 카메라 및 1 rad의 각도에 대해, 이것은 1 mrad 또는 1/1000 rad에 대응함)이고,
H는 물체로부터의 투사기의 높이이며,
거리 분해능은
d = θ*Z2/D
에 대응하고, 수직 분해능은
v = d*(H/Z)
에 대응한다. 따라서, Z = 30 m, θ = 1/1000, D = 1 m 그리고 H = 1 m의 조건에서, 이하의 결과들이 계산된다:
d = 90 cm
v = 3 cm.
Z = 10 m이고 다른 파라미터들이 같은 경우, 아래와 같다:
d = 10 cm
z = 1 cm.
1 메가픽셀 카메라를 사용하여 30 m에서 3 cm이고 10 m에서 1 cm인 수직 분해능을 실현하기 위해, 투사기와 검출기/카메라 사이의 거리는 1 m이어야만 한다.
특정의 응용 분야에 대해 요구되는 시야의 범위에 따라, 궁극적으로 전체 360° 시야각이 달성될 수 있도록 다수의 투사기들 및 검출기들이 사용될 수 있다. 최근의 차량들에 기술적 구성요소들을 위한 공간이 부족한 것을 고려하여, 본 발명에 따른 시스템은 바람직하게는 기존의 캐비티들 또는 매끄러운 통합을 위한 새로 생성된 공간들을 사용하여 차량에 통합된다.
제3 양태에서, 본 발명은 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법이 제1 양태에 기술된 시스템과 결합되어 사용될 수 있는 것이 유리하지만, 본 발명의 실시예들이 이들로 제한되지 않는다. 본 방법은 유리하게도 도로의 프로파일과 같은 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 본 방법은 자동차의 서스펜션을 제어하는 방법에 포함될 수 있고, 이 방법은 도로의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 방법을 수행하는 단계 및 이러한 정보를 사용하여 서스펜션을 능동적으로 제어하는 단계를 포함한다. 그럼에도 불구하고, 물체의 특성(예컨대, 프로파일 또는 속성)을 검출하는 방법은 또한 임의의 다른 적당한 응용 분야에 대해 자동차 외부에서 사용될 수 있다.
제1 단계(201)에서, 방시 소스를 사용하여 방사 패턴이 검사 중인 물체 상으로 방출된다. 방사 패턴은 한 번의 샷(shot)으로(즉, 동시에) 또는 순차적으로 방출될 수 있다. 어쨋든, 방사 패턴이 펄스 방식으로 방출된다. 후자에서는, 유리하게도, 더 나은 신호대 잡음 분해능이 얻어지는데, 그 이유는 펄스 동안 제공될 수 있는 전력의 양이 더 많을 수 있고, 따라서, 예컨대, 일광과 같은, 환경으로부터의 광의 방해가 보다 적어질 수 있기 때문이다.
제2 단계(202)에서, 반사된 패턴이 검출기(102)를 사용하여 검출된다. 검출기는 반사된 방사 패턴 전체를, 패턴을 분석하기에 충분한 분해능으로, 검출할 수 있도록 복수의 픽셀들을 가진다. 검출이 동기화 수단(104)을 통해 방사와 동기화되어 있다.
제3 단계(203)에서, 검출기(102)로부터의 데이터가 프로세서(103)를 사용하여 처리된다. 데이터에 대한 삼각측량 기반 방법들은 그 데이터로부터 프로파일 정보를 검색하는 것을 허용할 수 있다. 본 방법은 자동 교정 단계(auto-calibration phase)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법의 개략적 표현이 도 2에 도시되어 있다.
상기 방법이 물체의 특성(예컨대, 도로의 프로파일)을 검출하는 것에 대해 기술되어 있지만, 통상의 기술자에게는 다수의 다른 응용 분야들이 본 시스템을 사용하여 수행될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 특정의 응용 분야들이, 예를 들어, 교정 데이터 집합(calibration dataset)과 함께, 측정된 원시 데이터의 특정의 해석에 기초할 수 있다.
제1 예에서, 앞서 더 상세히 논의된 바와 같이, 생각되는 응용 분야는 주행시의 편안함을 증대시키는 것이다. 도로 결함들에 따라 조절하기 위해, 포장도로의 유형에 따라 조절하기 위해, 얼음, 물, 눈, 삐걱거림(grind) 등과 같은 도로 상황에 따라 조절하기 위해(이것은 또한 안전 응용 분야일 수 있음), 피치, 롤 등에 따라 조절하기 위해, 능동 서스펜션이 획득된 측정치들에 기초하여 조향(steer)된다.
응용 분야의 다른 예는 차량의 자율 또는 보조 주행이다. 본 시스템은, 예를 들어, 조향 기능을 제공하거나 조향 기능을 돕기 위해 사용될 수 있다. 본 시스템은, 예를 들어, 농업에서의, 임의의 유형의 운송을 위한, 도로 검사를 위한, 쓰레기 수거 트럭을 위한, 창고에서의 선별 및 집결(pick and collect) 작업을 위한, 적재 응용 분야 등을 위한, 임의의 수단의 차량의 반자율 또는 자율 조향을 위한 조향 명령어들(steering instructions)을 제공할 수 있다. 본 시스템은, 그에 의해, 속도 계산, 움직이거나 정지해 있는 물체들을 그들의 환경과 관련하여 결정하는 것 기타등등 중에서 하나 이상을 수행할 수 있다.
응용 분야의 다른 예는 안전 정보의 제공 또는 안전 조치들의 수행이다. 본 시스템은 교통 표지판들, 움직이는 물체들, 물체들의 주변을 검출하기 위해, 임의의 움직이거나 정지해 있는 물체를 그의 환경, 도로 상황, 도로 유형 등과 관련하여 검출하기 위해 사용될 수 있다.
결과적으로, 하나의 양태에서, 본 발명은 물체 또는 장면을 특성 파악하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 적어도 하나의 방시 소스를 사용하여 물체 또는 장면 상에 펄스형 방사 패턴을 방출하는 단계, 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기를 사용하여 반사된 패턴을 검출하는 단계 - 여기서 검출은 방사 펄스들 동안에만 처리될 방사를 검출하기 위해 펄스형 방사 패턴과 동기화되어 있음 -, 및 물체 또는 장면의 속성을 결정하기 위해 검출기로부터의 데이터를 처리하는 단계를 포함한다. 이 방법은 앞서 기술된 방법들에 따른 특징들 및 장점들 또는 앞서 기술된 시스템들의 특징들의 기능을 표현하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

Claims (28)

  1. 물체의 특성을 검출하는 차량 탑재 가능 시스템(100)으로서,
    - 동시 펄스형 방사 패턴(simultaneously pulsed radiation pattern)을 발생시키도록 구성된 방사 소스(radiation source)(101);
    - 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기(102);
    - 상기 방사 소스로부터의 방사가 물체에 의해 반사되어 상기 적어도 하나의 검출기(102)에 의해 검출될 때 상기 적어도 하나의 검출기(102)로부터의 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서(103); 및
    - 상기 적어도 하나의 검출기(102)와 상기 방사 소스(101) 사이에서 인터페이싱하는 동기화 수단(104)
    을 포함하고;
    - 상기 동기화 수단(104)은, 상기 적어도 하나의 검출기(102)를 상기 방사 소스(101)와 동기화시켜서, 처리될 방사의 상기 검출기에 의한 검출이 방사 펄스들 동안에만 검출될 수 있게 하도록 구성되어 있고,
    상기 방사 소스(101)는 상기 펄스형 방사 패턴을 구성하는 복수의 레이저 스폿을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 레이저를 포함하고,
    상기 프로세서(103)는 미리 결정된 기준 스폿 위치들(reference spot positions)에 대하여 상기 적어도 하나의 검출기로 검출되는 검출된 스폿들의 변위(displacement)를 결정함으로써 상기 물체의 특성을 결정하도록 구성되어 있고,
    상기 변위를 결정하는 것은 상기 검출된 스폿들의 다중 픽셀 피팅(multipixel fitting)에 의해 서브픽셀 정확도(sub-pixel accuracy)로 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사 소스(101)는 단색광을 방출하고, 상기 적어도 하나의 검출기(102)는 대응하는 스펙트럼 필터를 갖추고 있고, 상기 스펙트럼 필터는 협대역 통과 필터(narrow bandpass filter)에 대한 입사각을 상기 협대역 통과 필터의 주 표면(main surface)의 법선을 중심으로 미리 결정된 범위로 한정하기 위해 상기 입사각을 수정하도록 구성된 광학계(optics)를 갖추고 있는 상기 협대역 통과 필터인, 시스템(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 단색광은 ±5 nm 미만, 또는 ±3 nm 미만, 또는 ±1 nm 미만의 파장 확산(wavelength spread)을 가지는, 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 소스(101)는 700 내지 1500 nm, 또는 800 내지 1000 nm의 스펙트럼 내의 레이저 광을 발생시키도록 구성되어 있는, 시스템(100).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 소스(101)는 물체와 방출된 광의 교차점에 적어도 100 W/m2의 강도로, 또는 물체와 방출된 광의 교차점에 적어도 500 W/m2의 강도로 광을 투사(project)하도록 구성되어 있고, 스폿당 평균 방출 출력(average emitted power)을 1 mW 미만으로 유지하도록 결정되는 펄스 폭 및 펄스 주파수로 작동되는, 시스템(100).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 소스(101)는 낮은 빔 발산(beam divergence)을 갖는 VCSEL 어레이를 포함하고, 상기 VCSEL 어레이는 상기 방사 패턴의 개별 스폿들을 동시에 전송(transmit)하도록 구성되어 있는, 시스템(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 VCSEL 어레이의 각각의 레이저 스폿을 집속(focus)시키고 그리고/또는 배향(orient)시키도록 구성된 마이크로 어레이 광학계(micro array optics)를 추가로 포함하는, 시스템(100).
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 검출된 데이터를 삼각측량(triangulation)에 기초하여 처리하도록 구성되어 있는, 시스템(100).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 소스(101)는 상기 방사 패턴을 동시에 발생시키는 위상 격자(phase grating)를 포함하는, 시스템(100).
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 셔터(105)를 포함하며, 상기 셔터(105)는, 닫혀 있을 때, 방사가 상기 적어도 하나의 검출기(102)에 도착하지 못하도록 차단하고, 상기 동기화 수단(104)은 상기 방사 소스(101)의 펄스들을 상기 셔터(105)의 열림 및 닫힘과 동기화시키도록 구성되어 있는, 시스템(100).
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 검출기는 CMOS 또는 CCD 센서이고 그리고/또는 상기 시스템은 상기 검출기(102)의 전방에 배치된 협대역 스펙트럼 필터를 포함하며, 그리고/또는 상기 적어도 하나의 검출기는 복수의 검출기들이고, 상기 시스템은 상기 복수의 검출기들 사이의 시차(parallax) 및/또는 입체시(stereovision)를 추가로 이용하는, 시스템(100).
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 펄스형 방사 패턴은 방사 스폿(radiation spot)들을 포함하고,
    상기 시스템은, 상기 방사 스폿들의 인지된 강도를 균일하게 하기 위해, 상기 방사 스폿들의 각자의 방사 스폿들의 강도를, 상기 시스템으로부터의 거리의 함수로서 수정하는 수단을 추가로 포함하고,
    상기 수단은 상기 방사 소스 또는 상기 적어도 하나의 검출기와 협력하여 동작하는, 시스템(100).
  13. 제12항에 있어서, 상기 강도를 수정하는 상기 수단은 상기 적어도 하나의 검출기의 광 경로(optical path)에 위치된 개구(aperture)를 포함하고, 상기 개구는 임의의 수평면에 대해 비대칭 형상을 가지는, 시스템(100).
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 1　m 내지 30 m의 범위에서 상기 검출을 수행하도록 추가로 구성되어 있는, 시스템(100).
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 0m 내지 200m의 범위에서 상기 검출을 수행하도록 추가로 구성되어 있는, 시스템(100).
  16. 제어 가능 서스펜션(controllable suspension)을 갖는 차량으로서,
    상기 차량은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100), 서스펜션 시스템, 및 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템은 물체의 특성을 결정하기 위해 상기 시스템의 프로파일 정보를 수신하도록 구성되어 있고, 상기 정보를 사용하여 상기 서스펜션 시스템을 제어하도록 구성되어 있는, 차량.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100)을 포함하는 카메라로서, 상기 시스템(100)은 상기 시스템으로부터 획득된 정보에 기초하여 카메라 영상에 3D 정보를 추가하여 3D 영상을 생성할 수 있게 하도록 구성되어 있는, 카메라.
  18. 차량 탑재 가능 시스템을 사용하기 위한 방법으로서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100)을 사용하여 차량의 주변에 있는 물체의 특성을 검출하는 단계
    를 포함하고, 상기 시스템(100)을 사용하는 것은 실외 환경에서 행해지는, 차량 탑재 가능 시스템을 사용하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 시스템(100)을 사용하여 자동차의 전방에 있는 도로의 프로파일을 측정하거나 또는 자율 차량들을 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 차량 탑재 가능 시스템을 사용하기 위한 방법.
  20. 차량 탑재 시스템(100)에 의해 차량의 주변에 있는 물체의 특성을 검출하는 방법으로서,
    - 방사 스폿들을 포함하는 동시 펄스형 방사 패턴을 발생시키는 단계; 및
    - 복수의 픽셀들을 가지는 적어도 하나의 검출기(102)를 사용하여 상기 펄스형 방사 패턴의 반사들을 검출하는 단계
    를 포함하고;
    - 상기 적어도 하나의 검출기(102)는 상기 펄스형 방사 패턴과 동기화되어, 상기 검출하는 단계가 방사 펄스들 동안 일어나게 하고,
    복수의 레이저 스폿이 상기 펄스형 방사 패턴을 구성하고,
    미리 결정된 기준 스폿 위치들에 대하여 검출된 스폿들의 변위를 결정함으로써 상기 물체의 특성이 결정되고,
    상기 변위를 결정하는 것은 상기 검출된 스폿들의 다중 픽셀 피팅에 의해 서브픽셀 정확도로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 프로세서로 하여금 제20항의 방법의 상기 특성을 결정하는 것을 수행하게 하도록 구성된 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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