KR102332585B1 - 레이저광 조사를 이용하여 노면 상태를 진단하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

레이저광 조사를 이용하여 노면 상태를 진단하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하고, 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환함과 동시에 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 전기적 신호들의 조합에 기초하여 노면의 상태를 진단함으로써 종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식보다 노면 상태를 훨씬 더 정확하게 진단할 수 있다.

Description

레이저광 조사를 이용하여 노면 상태를 진단하는 장치 및 방법 {Apparatus and method for diagnosing status of road surface using laser light irradiation}

차량 통행을 위한 도로의 표면 등 노면 상태를 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 차량 통행량이 증가함에 따라 도로의 수막, 결빙 등으로 인한 차량 미끄러짐 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 도로의 블랙 아이스는 낮에도 운전자가 발견하기 어려워 블랙 아이스로 인한 차량 미끄러짐 사고가 급증하고 있다. 이에 따라, 노면의 상태를 진단하는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 종래의 노면상태 진단기술은 일반적으로 카메라를 이용하여 얻은 노면 편광영상에 기초하여 노면 상태를 진단하였다.

그러나, 노면 상태에 대한 진단 정확도가 떨어져 진단 정확도를 올리기 위한 여러 가지 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 대한민국등록특허 제10-1165695호 "노면상태 검지를 위한 자동제어형 편광필터 및 그 구동 방법"은 편광필터의 각도를 정확하게 조절함으로써 노면 상태에 대한 진단 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제시하고 있다. 대한민국등록특허 제10-1180421호 "편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법"은 카메라에 의해 촬영된 영상과 각종 센서에 의해 검출된 노면온도, 대기온도, 대기습도를 종합하여 진단함으로써 노면 상태에 대한 진단 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제시하고 있다.

이와 같은 종래기술 대부분은 카메라를 이용하여 얻은 노면 편광영상에 기초하여 노면 상태를 진단하였기 때문에 진단 정확도를 올리는 데에 한계가 있었다. 특히, 종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식은 낮과 밤의 시간대 변화, 기상 상태의 변화에 따라 노면상태 진단 결과가 달라는 문제가 있었다.

레이저광 조사를 이용하여 노면 상태를 진단함으로써 종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식보다 노면 상태를 더 정확하게 진단할 수 있고 낮과 밤의 시간대 변화나 기상 상태의 변화에 강건한(robust) 진단 결과를 제공할 수 있는 노면상태 진단장치 및 노면상태 진단방법을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 노면상태 진단장치는 노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하는 조명부; 상기 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하는 제 1 수광부; 상기 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하는 제 2 수광부; 및 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 조합에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 진단부를 포함한다.

상기 제 2 편광필터의 편광방향과 상기 제 3 편광필터의 편광방향은 서로 직각을 이룰 수 있다.

상기 조명부는 상기 노면에 조사될 레이저광을 발생시키는 레이저광원; 상기 레이저광원을 구동시키는 광원구동부; 상기 레이저광원에서 발생된 레이저광을 상기 제 2 편광필터의 편광 방향과 평행한 방향으로 편광시키는 제 1 편광필터를 포함할 수 있다.

상기 제 1 수광부는 상기 제 1 경로로 반사된 레이저광을 편광시키는 제 2 편광필터; 상기 제 2 편광필터를 통과한 레이저광의 강도를 전류량으로 변환하는 제 1 포토다이오드; 및 상기 제 1 포토다이오드에 의해 변환된 전류량을 상기 변환된 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 TIA(Transimpedance amplifier)를 포함할 수 있다.

상기 제 2 수광부는 상기 제 2 경로로 반사된 레이저광을 편광시키는 제 3 편광필터; 상기 제 3 편광필터를 통과한 레이저광의 강도를 전류량으로 변환하는 제 2 포토다이오드; 및 상기 제 2 포토다이오드에 의해 변환된 전류량을 상기 변환된 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 TIA(Transimpedance amplifier)를 포함할 수 있다.

상기 노면상태 진단장치는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 차이로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율(PCR : Polarization Contrast Ratio)을 산출하는 PCR 산출부; 및 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 합으로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 산란도(scattering degree)를 산출하는 SD 산출부를 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단할 수 있다.

상기 PCR 산출부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 상기 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기를 하기 수학식 1에 대입함으로써 상기 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율을 산출할 수 있다.

수학식 1 : PCR = (V_P1 - V_P2)/(V_P1 + V_P2)

상기 수학식 1에서 V_P1은 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이고 V_P2는 상기 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이다.

상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수를 복수의 노면상태 각각의 편광대비율 분포와 산란도 분포와 비교함으로서 상기 노면의 상태를 진단할 수 있다.

상기 노면상태 진단장치는 상기 복수의 노면상태 각각의 다수의 편광대비율과 다수의 산란도를 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑시키는 과정을 통해 결정된 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 나타내는 2차원 분포 데이터가 저장되어 있는 스토리지를 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수를 상기 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑함으로써 결정된 좌표점이 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에 속하는가에 따라 상기 노면의 상태를 진단할 수 있다.

상기 진단부는 상기 결정된 좌표점이 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에도 속해있지 않으면, 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에서 상기 결정된 좌표점에 가장 근접해서 위치해 있는 영역에 상기 결정된 좌표점이 속해 있는 것으로 결정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 노면상태 진단장치는 조명부는 노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하는 단계; 제 1 수광부는 상기 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 제 2 수광부는 상기 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 및 진단부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 조합에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 단계를 포함한다.

노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하고, 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환함과 동시에 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 전기적 신호들의 조합에 기초하여 노면의 상태를 진단함으로써 종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식보다 노면 상태를 훨씬 더 정확하게 진단할 수 있다.

종래의 카메라 촬영영상을 이용한 노면상태 진단방식은 일반적으로 자연광이 노면에 조사된 상태에서 카메라를 이용하여 얻은 노면 편광영상에 기초하여 노면 상태를 진단하였다. 자연광은 가시광선, 적외선, 자외선 등을 포함하는 서로 다른 많은 파장이 혼합된 빛으로 빛의 반사율은 파장에 따라 달라지므로 빛이 노면과 같이 표면이 거친 물체에 부딪히면 심한 난반사가 발생하게 된다. 이에 따라, 노면 영상에 기초한 노면상태 진단방식은 진단 정확도를 올리는 데에 한계가 있었다.

본 발명은 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 노면에 조사함으로써 노면에서의 반사 경로가 규칙적이게 되고 그 결과, 노면 상태에 따라 규칙적으로 변화하는 레이저광이 제 1 수광부와 제 2 수광부에 입사하게 되어 노면 영상에 기초한 노면상태 진단방식에 비해 매우 정확한 진단 결과를 제공할 수 있다.

종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식은 이러한 자연광 또는 자연광과 유사한 인공광의 특성으로 인해 낮과 밤의 시간대 변화, 기상 상태의 변화에 따라 노면상태 진단 결과가 달라는 문제가 있었다. 본 발명은 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 노면에 조사하고, 노면에서 반사된 레이저광을 이용하여 노면 상태를 진단함에 따라 낮과 밤의 시간대 변화나 기상 상태의 변화에 강건한(robust) 진단 결과를 제공할 수 있다.

게다가, 제 2 편광필터의 편광방향과 제 3 편광필터의 편광방향은 서로 직각을 이룸으로써 본 발명의 광전 변환의 대상에 해당하는 레이저광들간의 차이가 매우 커지게 되어 노면 상태에 대한 진단 정확도가 대폭 향상될 수 있다. 특히, 조명부의 제 1 편광필터는 레이저광원에서 발생된 레이저광을 제 2 편광필터의 편광 방향과 평행한 방향으로 편광시킴으로써 본 발명의 광전 변환의 대상에 해당하는 레이저광들간의 차이가 더욱 커지게 되어 노면 상태에 대한 진단 정확도가 더욱 향상될 수 있다.

전 세계적으로 차량 통행량이 증가함에 따라 도로의 수막, 결빙 등으로 인한 차량 미끄러짐 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 도로의 블랙 아이스는 낮에도 운전자가 발견하기 어려워 블랙 아이스로 인한 차량 미끄러짐 사고가 급증하고 있다. 블랙 아이스는 도로 상의 얇고 투명한 얼음으로 편광된 레이저광이 블랙 아이스에 조사되면 일정한 경로들로 반사됨에 따라 본 발명의 진단 방식에 의하면 매우 정확한 진단 결과를 얻을 수 있고, 매년 반복되는 블랙 아이스로 인한 교통 사고를 방지하여 인명 피해 및 재산상 손해를 막을 수 있다. 상기된 바와 같은 효과로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 효과가 도출될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면상태 진단장치(1)의 설치 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 노면상태 진단장치(1)의 구성도이다.
도 3은 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포를 나타내는 2차원 분포 데이터를 도시한 도면이다.
도 4, 5는 도 2에 도시된 진단부(70)의 진단 예들을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면상태 진단방법의 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 레이저광 조사를 이용하여 노면 상태를 진단함으로써 종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식보다 노면 상태를 더 정확하게 진단할 수 있고 낮과 밤의 시간대 변화나 기상 상태의 변화에 강건한(robust) 진단 결과를 제공할 수 있는 노면상태 진단장치 및 노면상태 진단방법에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 노면상태 진단장치 및 노면상태 진단방법을 간략하게 "노면상태 진단장치" 및 "노면상태 진단방법"로 간략하게 호칭할 수도 있다.

이하에서 설명되는 본 발명의 실시예에 따라 진단 가능한 노면 상태는 마른 상태, 젖은 상태, 수막 상태, 결빙 상태로 분류된다. 마른 상태는 본 발명의 실시예에 따라 레이저광이 조사되는 노면의 일정 지점에 물기가 없는 상태를 의미하고, 젖은 상태는 노면의 일정 지점이 축축하게 젖어 있는 상태를 의미한다. 수막 상태는 노면의 일정 지점이 수심 10 mm 이상의 물로 덮여 있는 상태를 의미하고, 결빙 상태는 노면의 일정 지점을 덮고 있는 물이 얼어 있는 상태를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면상태 진단장치(1)의 설치 예시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 노면상태 진단장치(1)의 구성도이다. 도 1, 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 노면상태 진단장치(1)는 조명부(10), 제 1 수광부(20), 제 2 수광부(30), 증폭부(40), PCR 산출부(50), SD 산출부(60), 진단부(70), 스토리지(80), 표시부(90), 및 하우징(100)으로 구성된다. 상기된 구성요소들은 본 실시예의 특징과 관련된 구성요소들로서 노면상태 진단장치(1)는 상기된 구성요소들에 전원을 공급하는 전원공급부 등 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 노면상태 진단장치(1)는 노면, 즉 도로 표면에 레이저광을 조사하고 노면에서 반사된 레이저광을 수신할 수 있도록 도로 주변의 높은 위치에 설치된다. 이를 위해, 도로 주변에는 포스트(2)가 직립 설치되고, 포스트(2)의 상단에 노면상태 진단장치(1)가 설치된다.

조명부(10)는 노면의 일정 지점에 제 1 편광필터(11)에 의해 편광된 레이저광을 조사한다. 노면의 일정 지점으로는 노면의 수막, 결빙 등으로 인해 차량 미끄러짐 사고가 자주 발생하는 곳이 선정될 수 있다. 종래의 노면상태 진단기술은 일반적으로 자연광이 노면에 조사된 상태에서 카메라를 이용하여 얻은 노면 편광영상에 기초하여 노면 상태를 진단하였다. 자연광은 가시광선, 적외선, 자외선 등을 포함하는 서로 다른 많은 파장이 혼합된 빛으로 빛의 반사율은 파장에 따라 달라지므로 빛이 노면과 같이 표면이 거친 물체에 부딪히면 심한 난반사가 발생하게 된다. 이에 따라, 노면 영상에 기초한 노면상태 진단방식은 진단 정확도를 올리는 데에 한계가 있었다.

이에 반해 레이저광은 단일 파장의 빛으로 노면 상태에 따라 일정한 반사율을 보이는 특성을 갖고 있다. 일반적인 카메라로는 노면에서 반사된 레이저광으로부터 영상을 얻기가 불가능함에 따라 노면 상태를 진단하기 위해 레이저광을 노면에 조사하는 경우는 거의 없다. 대한민국등록특허 제10-2187205호 "블랙 아이스 모니터링 시스템 및 방법", 대한민국공개특허 제10-2005-0109565호 "표면 상태 데이터를 검출하는 장치" 등과 같은 일부 노면상태 진단기술은 노면에 인공광을 조사하였다. 이러한 인공광 조사는 노면 주변의 휘도를 높이거나 시스템 기능 확인을 위한 것으로 가시광선 또는 적외선 파장의 빛을 조사한다.

게다가, 빛의 반사율은 빛의 진동방향에 따라서 달라지는데 자연광의 진동방향은 불규칙함에 따라 자연광은 노면에서의 반사경로 또한 매우 불규칙하게 된다. 이에 반해 레이저광은 진동방향이 규칙적임에 따라 노면에서의 반사경로가 규칙적이다. 본 실시예는 노면 상태의 진단 정확도를 높이기 위해 노면에 레이저광을 조사한다. 이에 더해 본 실시예는 한 방향으로 진동하는 레이저광이 노면에 조사될 수 있도록 제 1 편광필터(11)에 의해 편광된 레이저광을 노면에 조사한다. 이와 같이, 본 실시예는 제 1 편광필터(11)에 의해 편광된 레이저광을 노면에 조사함으로써 노면에서의 반사 경로가 규칙적이게 되고 그 결과, 노면 상태에 따라 규칙적으로 변화하는 레이저광이 제 1 수광부(20)와 제 2 수광부(30)에 입사하게 되어 노면 영상에 기초한 노면상태 진단방식에 비해 매우 정확한 진단 결과를 제공할 수 있다.

종래의 카메라 촬영 영상을 이용한 노면상태 진단방식은 이러한 자연광 또는 자연광과 유사한 인공광의 특성으로 인해 낮과 밤의 시간대 변화, 기상 상태의 변화에 따라 노면상태 진단 결과가 달라는 문제가 있었다. 예를 들어, 낮에는 노면 상태가 마른 상태로 정확하게 진단되었으나 밤에는 젖은 상태로 진단되는 경우가 자주 발생되었다. 본 실시예는 제 1 편광필터(11)에 의해 편광된 레이저광을 노면에 조사하고, 노면에서 반사된 레이저광을 이용하여 노면 상태를 진단함에 따라 낮과 밤의 시간대 변화나 기상 상태의 변화에 강건한(robust) 진단 결과를 제공할 수 있다.

도 2를 참조하면, 조명부(10)는 제 1 편광필터(11), 레이저광원(12), 및 광원구동부(13)로 구성된다. 제 1 편광필터(11)는 레이저광원(11)에서 발생된 레이저광을 편광시킨다. 아래에 설명된 바와 같은 본 실시예의 노면상태 진단방식에 따르면, 제 1 수광부(20)로 입사되는 레이저광과 제 2 수광부(30)로 입사되는 레이저광간의 차이가 클수록 노면 상태에 대한 진단 정확도가 향상된다. 제 1 수광부(20)로 입사되는 레이저광과 제 2 수광부(30)로 입사되는 레이저광간의 차이를 최대화하기 위해, 제 1 편광필터(11)는 제 1 수광부(20)의 제 2 편광필터(21)의 편광 방향과 평행한 방향으로 레이저광원(11)에서 발생된 레이저광을 편광시킨다. 제 1 편광필터(11)는 입사광의 어느 한 방향의 성분만을 통과시키고 나머지 성분을 차단하는 원형 편광판으로 구현될 수 있다.

레이저광원(12)은 노면에 조사될 레이저광을 발생시킨다. 광원구동부(13)는 레이저광원(12)에 레이저광 발생에 필요한 전기 에너지를 공급함으로써 레이저광원(12)을 구동시킨다. 레이저광원(12)은 기본적으로 레이저광의 파장을 결정하는 레이저매질과 레이저매질에 자극을 주어 레이저광을 발진시키는 발진기로 구성된다. 본 실시예의 레이저광원(12)은 980 nm 파장의 레이저광을 발생시킨다. 이 파장 대역의 장점은 가시광선 대역이 아니라서 빔 조사에 따른 차량 운전자 시야 방해 등 불편함이 없고, 다양한 물질을 통과하더라도 높은 변별력을 가진 파장대역으로 알려져 있다.

레이저 발진 방식은 CW(Continuous Wave) 방식과 펄스 방식으로 분류될 수 있다. CW 방식은 연속적으로 레이저광이 출력되는 방식이고, 펄스 방식은 단속적으로 펄스 형태의 레이저광이 출력되는 방식이다. 펄스 방식은 에너지를 축적하였다가 순간적으로 발광을 하므로 레이저광 발생을 위해 동일한 전기 에너지를 사용한다는 조건 하에 CW 방식에 비해 레이저광 파워가 매우 크다는 특성을 갖는다. 아래에 설명된 바와 같이, 제 1 수광부(20)와 제 2 수광부(30)는 협대역 수신기의 일종인 포토다이오드를 사용한다. 포토다이오드의 수신 민감도를 높이고 노이즈성 빛에 내성을 가지도록 하기 위하여 레이저광원(12)은 1 kHz의 주파수를 갖는 사각파를 사용하여 레이저광을 발진시킴으로써 1 kHz의 주파수를 갖는 펄스 형태의 레이저광을 발생시킨다.

제 1 수광부(20)는 노면에 조사되어 제 1 경로(201)로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터(21)를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조명부(10)에 의해 조사된 레이저광은 노면에서 여러 각도로 반사되고, 노면에서 반사된 레이저광 중 일부는 제 1 경로(201)를 따라 제 1 수광부(20)로 입사된다. 여기에서, 제 1 경로(201)는 조명부(10)에 의한 레이저광의 노면 조사 지점과 노면에서 반사된 레이저광의 제 1 수광부(20)의 입사 지점을 연결한 경로이다.

제 2 수광부(30)는 노면에 조사되어 제 2 경로(301)로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터(31)를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조명부(10)에 의해 조사된 레이저광은 노면에서 여러 각도로 반사되고, 노면에서 반사된 레이저광 중 일부는 제 2 경로(301)를 따라 제 2 수광부(30)로 입사된다. 여기에서, 제 2 경로(301)는 조명부(10)에 의한 레이저광의 노면 조사 지점과 노면에서 반사된 레이저광의 제 2 수광부(30)의 입사 지점을 연결한 경로이다.

도 2를 참조하면, 제 1 수광부(20)는 제 2 편광필터(21), 제 1 포토다이오드(22), 제 1 TIA(Transimpedance amplifier)(23)로 구성된다. 노면에서 제 1 경로(201)로 반사된 레이저광은 제 2 편광필터(21)로 입사된다. 제 2 편광필터(21)는 제 1 경로로 반사된 레이저광을 편광시킨다. 제 1 포토다이오드(22)는 제 2 편광필터(21)를 통과한 레이저광을 수신하고 수신된 레이저광의 강도를 그 레이저광 강도에 비례하는 전류량으로 변환한다. 제 1 포토다이오드(22)는 광전변환 기능을 갖는 협대역 수신기로 980 nm 파장의 레이저광에 반응하며, 그것에 입사되는 레이저광의 강도가 강할수록 보다 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 제 1 TIA(23)는 제 1 포토다이오드(22)에 의해 변환된 전류량을 그 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환한다.

도 2를 참조하면, 제 2 수광부(30)는 제 3 편광필터(31), 제 2 포토다이오드(32), 제 2 TIA(Transimpedance amplifier)(33)로 구성된다. 노면에서 제 2 경로(301)로 반사된 레이저광은 제 3 편광필터(31)로 입사된다. 제 3 편광필터(31)는 제 2 경로로 반사된 레이저광을 편광시킨다. 제 2 포토다이오드(32)는 제 3 편광필터(31)를 통과한 레이저광을 수신하고 수신된 레이저광의 강도를 그 레이저광 강도에 비례하는 전류량으로 변환한다. 제 2 포토다이오드(32)는 광전변환 기능을 갖는 협대역 수신기로 980 nm 파장의 레이저광에 반응하며, 그것에 입사되는 레이저광의 강도가 강할수록 보다 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 제 2 TIA(33)는 제 2 포토다이오드(32)에 의해 변환된 전류량을 그 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환한다.

제 2 편광필터(21)와 제 3 편광필터(31) 각각은 제 1 편광필터(11)와 마찬가지로 입사광의 어느 한 편광방향의 성분만을 통과시키고 나머지 성분을 차단하는 원형 편광판으로 구현될 수 있다. 아래에 설명된 바와 같은 본 실시예의 노면상태 진단방식에 따르면, 제 1 수광부(20)의 제 1 포토다이오드(22)로 입사되는 레이저광과 제 2 수광부(30)의 제 2 포토다이오드(32)로 입사되는 레이저광간의 차이가 클수록 노면 상태에 대한 진단 정확도가 향상된다. 제 1 포토다이오드(22)로 입사되는 레이저광과 제 2 포토다이오드(32)로 입사되는 레이저광간의 차이를 크게 하기 위해, 제 2 편광필터(21)의 편광방향과 제 3 편광필터(31)의 편광방향이 서로 직각을 이루도록 제 2 편광필터(21)와 제 3 편광필터(31)는 제 1 포토다이오드(22)와 제 2 포토다이오드(32)의 앞쪽에 배치된다.

이와 같이, 제 2 편광필터(21)의 편광방향과 제 3 편광필터(31)의 편광방향이 서로 직각을 이루도록 제 2 편광필터(21)와 제 3 편광필터(31)가 배치된 상태에서 조명부(10)의 제 1 편광필터(11)는 제 2 편광필터(21)의 편광 방향과 평행을 이루도록 레이저광원(12) 앞쪽에 배치된다. 이에 따라, 본 실시예의 광전 변환의 대상에 해당하는 레이저광들간의 차이, 즉 제 1 포토다이오드(22)로 입사되는 레이저광과 제 2 포토다이오드(32)로 입사되는 레이저광간의 차이가 매우 커질 수 있고, 결과적으로 노면 상태에 대한 진단 정확도가 대폭 향상될 수 있다.

증폭부(40)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부(30)에 의해 증폭된 전기적 신호를 증폭시킨다. 즉, 증폭부(40)는 제 1 TIA(23)로부터 출력된 전기적 신호와 제 2 TIA(33)로부터 출력된 전기적 신호를 증폭시킨다. 제 1 포토다이오드(22)와 제 2 포토다이오드(32) 각각은 레이저광의 강도에 비례하여 선형적으로 전류량이 변화하는 특성을 있다. 본 실시예는 제 1 수광부(20)와 제 2 수광부(30) 각각에 입사된 레이저광의 강도에 비례하여 선형적으로 변화하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호를 얻기 위해 제 1 TIA(23)와 제 2 TIA(33)를 사용한다. 그럼에도 불구하고, 제 1 TIA(23)로부터 출력된 전기적 신호와 제 2 TIA(33)로부터 출력된 전기적 신호는 미약하여 노이즈에 취약할 수 있다. 증폭부(40)는 노이즈에 강인한 로크인 증폭기(lock-in amplifier)로 구현될 수 있다.

PCR 산출부(50)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 차이로부터 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율(PCR : Polarization Contrast Ratio)을 산출한다. 보다 상세하게 설명하면, PCR 산출부(50)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기를 하기 수학식 1에 대입함으로써 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율을 산출한다. 수학식 1에서 V_P1은 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이고, V_P2는 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이다.

수학식 1에 따라 산출된 편광대비율은 제 1 수광부(20)의 제 2 편광필터(21)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도와 제 2 수광부(30)의 제 3 편광필터(31)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도간의 대비적(contrast) 특성을 나타내는 값으로 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기에 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기가 근접할수록 0에 수렴하는 특성을 갖는다. 편광대비율은 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기가 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기보다 클수록 플러스 방향으로 증가하고, 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기가 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기보다 클수록 마이너스 방향으로 증가하는 특성을 갖는다.

SD 산출부(60)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 합으로부터 노면에 조사된 레이저광의 산란도(scattering degree)를 산출한다. 보다 상세하게 설명하면, SD 산출부(60)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기를 하기 수학식 2에 대입함으로써 노면에 조사된 레이저광의 산란도를 산출한다. 수학식 1에서 V_P1은 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이고, V_P2는 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이다.

수학식 1에 따라 산출된 산란도는 조명부(10)에 의해 조사된 레이저광이 노면에서 산란된 정도를 나타내는 값으로 노면에서 잘 산란될수록 제 1 수광부(20)의 제 2 편광필터(21)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도와 제 2 수광부(30)의 제 3 편광필터(31)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도는 동시에 증가하는 경향이 있다. 노면에서의 산란이 잘 일어나지 않으면 제 1 수광부(20)의 제 2 편광필터(21)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도와 제 2 수광부(30)의 제 3 편광필터(31)를 통과한 레이저광의 편광성분 강도는 동시에 감소하는 경향이 있다.

진단부(70)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 조합에 기초하여 노면의 상태를 진단한다. 자연광과는 달리, 단일 파장이면서 진동방향이 일정한 레이저광이 노면에 조사되면 노면의 마른 상태, 젖은 상태, 수막 상태, 결빙 상태 등 각 상태 별로 일정한 산란 패턴을 보인다. 이러한 레이저광의 각 노면상태 별 일정한 산란 패턴으로 인해 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 조합도 일정한 신호 패턴, 즉 일정한 전압 패턴을 나타내게 된다. 그 결과, 종래의 카메라 촬영영상 기반 노면상태 진단방식보다 훨씬 정확한 노면 상태의 진단이 가능하게 된다.

종래의 카메라 촬영영상 기반 노면상태 진단방식은 진단 정확도를 높이기 위해 최소 HD(High Definition) 레벨의 영상 정보를 처리하기 때문에 전체 시스템이 거대하고 전력소모량이 많아 대부분 카메라 촬영 영상을 네트워크 통신을 통하여 원격지에 위치한 관제 센터로 전송하고 관제센터에서 영상을 분석하여 노면 상태를 진단하였다. 본 실시예에 따른 노면상태 진단장치는 두 개의 포토다이오드(22, 32)로부터 출력된 두 개의 전기적 신호를 처리하는 방식으로 노면 상태를 진단하기 때문에 종래의 노면상태 진단장치에 비해 매우 경박단소한 장치로 제작될 수 있고, 블랙아이스 등 차량 미끄러짐 사고가 발생할 수 있는 도로 곳곳에 네트워크 통신이 필요 없는 스탠드얼론(stand alone) 장치로 설치될 수 있다.

진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 기초하여 노면의 상태를 진단한다. 이와 같이, 본 실시예는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 조합으로부터 산출되는 단일 값에 기초하여 노면의 상태를 진단한 것이 아니라, 복수 값에 기초하여 노면의 상태를 진단하기 때문에 노면 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도를 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포와 비교함으로써 노면의 상태를 진단한다. 이러한 노면상태 진단방식에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포를 나타내는 2차원 분포 데이터를 도시한 도면이다. 스토리지(80)에는 복수의 노면상태 각각의 다수의 편광대비율과 다수의 산란도를 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑시키는 과정을 통해 결정된 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 나타내는 2차원 분포 데이터가 저장되어 있다. 이하에서는 2차원 분포 데이터를 생성하는 장치(미도시)에 의해 이러한 2차원 분포 데이터가 어떻게 생성되는가를 설명하기로 한다.

2차원 분포 데이터를 생성하는 장치는 도 2에 도시된 노면상태 진단장치(1)와 동일하게 제작될 수 있다. 본 실시예의 스토리지(80)에는 노면상태를 진단하기 위한 컴퓨터프로그램이 저장되어 있고, 진단부(70)는 이 컴퓨터프로그램을 실행하는 프로세서로 구현될 수 있다. 2차원 분포 데이터를 생성하는 장치의 스토리지(80)에는 이 컴퓨터프로그램 외에 2차원 분포 데이터를 생성하기 위한 컴퓨터프로그램이 함께 저장된다. 진단부(70)는 후자의 컴퓨터프로그램을 실행함으로써 2차원 분포 데이터를 생성할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같은 노면상태 진단장치(1)의 실제 설치 환경과 유사한 환경을 공장 내부에 구축한다. 먼저, 마른 상태의 노면을 준비하고 마른 상태의 노면에 상술된 방식과 동일한 방식으로 레이저광을 조사하고 편광대비율과 산란도를 산출한다. 이와 같이 산출된 편광대비율과 산란도를 2차원 직교좌표계의 x축과 y축에 매핑하면 2차원 직교좌표계 내에 그 편광대비율과 산란도에 해당하는 하나의 좌표점이 결정된다. 자연광과 유사한 인공광을 이용하여 노면 주위의 조도를 조정함으로써 낮과 밤을 연출한다.

노면 주위의 조도를 조정하면서 여러 조도 별로 레이저광을 조사함으로써 다양한 조도 환경에서의 다수의 편광대비율과 다수의 산란도를 산출한다. 다수의 편광대비율과 다수의 산란도를 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑시킴으로써 다수의 좌표점들을 결정한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 좌표점들은 2차원 직교좌표계 내에서 군집된 형태로 분포하게 된다. 다수의 좌표점들 군집 외곽에 위치하는 좌표점들을 연결하고 평탄화함으로써 마른 상태의 노면에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 결정한다. 노면의 마른 상태에서의 각 좌표점은 도 3에 "Dry" 표시의 원형 도트로 표시되어 있고, 노면의 마른 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 군집된 원형 도트들을 감싸는 점선으로 표시되어 있다.

그 다음으로, 마른 상태의 노면에 물을 뿌려 젖은 상태의 노면을 준비하고 젖은 상태의 노면에 상술된 바와 동일하게 여러 조도 별로 레이저광을 조사함으로써 노면의 젖은 상태의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 결정한다. 노면의 젖은 상태에서의 각 좌표점은 도 3에 "Wet" 표시의 사각형 도트로 표시되어 있고, 노면의 젖은 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 군집된 사각형 도트들을 감싸는 점선으로 표시되어 있다.

그 다음으로, 젖은 상태의 노면에 수심 10 mm 정도가 되도록 물을 더 뿌려 수막 상태의 노면을 준비하고 수막 상태의 노면에 상술된 바와 동일하게 여러 조도 별로 레이저광을 조사함으로써 노면의 수막 상태의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 결정한다. 노면의 수막 상태에서의 각 좌표점은 도 3에 "Water" 표시의 삼각형 도트로 표시되어 있고, 노면의 수막 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 군집된 삼각형 도트들을 감싸는 점선으로 표시되어 있다.

그 다음으로, 노면의 주위 온도를 낮춤으로써 노면을 덮고 있는 물을 얼림으로써 결빙 상태의 노면을 준비하고 결빙 상태의 노면에 상술된 바와 동일하게 여러 조도 별로 레이저광을 조사함으로써 노면의 결빙 상태의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 결정한다. 노면의 결빙 상태에서의 각 좌표점은 도 3에 "Ice" 표시의 마름모형 도트로 표시되어 있고, 노면의 결빙 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 군집된 마름모형 도트들을 감싸는 점선으로 표시되어 있다.

도 3을 참조하면, 노면의 마른 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 우상측에 위치함을 볼 수 있고, 노면의 젖은 상태에서의 편광대비율과 산란도의 분포 영역은 좌상측에 위치함을 볼 수 있다. 이것으로부터 노면의 마른 상태와 젖은 상태간에 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율은 비슷하나 산란도는 노면의 마른 상태에서 더 높게 나타남을 알 수 있다. 특히, 노면이 수막 상태일 때에 산란도가 매우 낮게 나타남을 알 수 있다. 이것은 노면이 물로 덮여지면 표면이 보다 평탄화되는 특성이 반영된 것으로 추측될 수 있다. 한편, 노면이 결빙된 상태에서는 가장 산란이 잘 일어남을 알 수 있다. 레이저광의 편광대비율은 노면을 덮고 있는 물의 수임이 깊을수록 높게 나타남을 알 수 있다.

진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도를 스토리지(80)에 저장된 2차원 분포 데이터의 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑함으로써 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 해당하는 좌표점을 결정한다. 이어서, 진단부(70)는 이와 같이 결정된 좌표점이 스토리지(80)에 저장된 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에 속하는가에 따라 노면의 상태를 진단한다.

도 4, 5는 도 2에 도시된 진단부(70)의 진단 예들을 도시한 도면이다. 도 4, 5에는 진단부(70)에 의해 결정된 좌표점이 별(asterisk) 모양으로 표시되어 있다. 도 4에 도시된 예에서는 진단부(70)에 의해 결정된 좌표점이 노면의 젖은 상태 영역에 속해 있는 것을 볼 수 있다. 이 경우, 진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 해당하는 좌표점이 노면의 젖은 상태 영역에 속해 있는 것으로 결정하고 노면의 상태를 젖은 상태로 진단한다.

도 5에 도시된 예에서는 진단부(70)에 의해 결정된 좌표점이 노면의 마른 상태 영역, 젖은 상태 영역, 수막 상태 영역, 결빙 상태 영역 중 어디에도 속해있지 않음을 볼 수 있다. 이 경우, 진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 해당하는 좌표점이 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에도 속해있지 않으면, 복수의 노면상태 별 영역 중에서 그 좌표점에 가장 근접해서 위치해 있는 영역에 그 좌표점이 속해 있는 것으로 결정하는 방식으로 노면의 상태를 진단한다.

도 5에 도시된 예의 경우, PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 해당하는 좌표점에 노면의 결빙 상태 영역이 가장 근접해서 위치해 있으므로 진단부(70)는 노면의 상태를 결빙 상태로 진단하게 된다. 이 때, 진단부(70)는 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 해당하는 좌표점과 복수의 노면상태 별 영역 각각의 외곽선 간의 최단 거리를 측정함으로써 복수의 노면상태 별 영역 중에서 그 좌표점에 가장 근접해서 위치해 있는 영역을 결정한다.

표시부(90)는 진단부(70)에 의해 진단된 결과를 표시한다. 표시부(90)는 LCD (Liquid Crystal Display) 패널 또는 이와 유사한 디스플레이패널로 구현될 수 있고, 하우징(100)의 외측에 설치될 수도 있고 포스트(2)에 설치될 수도 있다. 차량 미끄럼 사고가 자주 발생하는 곳의 노면 상태를 차량 운전자가 미리 인지하고 이에 대비할 수 있도록 도 1에 도시된 하우징(100)으로부터 멀리 떨어진 도로 주변에 설치될 수도 있다.

하우징(100)은 사각박스 등 박스형으로 이것의 외측에 조명부(10), 제 1 수광부(20), 제 2 수광부(30)가 설치되고, 증폭부(40), PCR 산출부(50), SD 산출부(60), 진단부(70), 스토리지(80)가 내장된다. 상술한 바와 같이, 표시부(90)는 하우징(100)의 외측에 설치될 수도 있고, 포스트(2) 또는 원격지에 설치될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면상태 진단방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 노면상태 진단방법은 도 2에 도시된 노면상태 진단장치(1)에서 시계열적으로 수행되는 단계들로 구성된다. 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 노면상태 진단장치(1)에 관한 설명은 본 실시예에 따른 노면상태 진단방법에도 적용된다.

61 단계에서 노면상태 진단장치(1)는 노면 상태에 대한 진단이 최대한 정확하게 이루어질 수 있도록 조명부(10)의 레이저광 조사 높이 및 각도, 제 1 수광부(20)의 레이저광 수신 높이 및 각도, 제 2 수광부(30)의 높이와 수신각도 등을 교정하면서 노면 주변에 설치된다. 2차원 분포 데이터를 생성하는 장치에 의해 2차원 분포 데이터가 생성된 조건과 동일한 조건에서 노면상태 진단장치(1)에 의한 노면 상태 진단이 이루어지면 가장 정확한 결과가 출력될 수 있다. 그러나, 이것은 불가능할 수 있으며 상기된 교정 과정을 거쳐 2차원 분포 데이터가 생성된 조건에 최대한 근접하는 조건에서 노면상태 진단장치(1)에 의한 노면 상태 진단이 이루어지도록 한다.

62 단계에서 조명부(10)는 노면의 일정 지점에 제 1 편광필터(11)에 의해 편광된 레이저광을 조사한다. 63 단계에서 제 1 수광부(20)는 62 단계에서 노면에 조사되어 제 1 경로(201)로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터(21)를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 64 단계에서 제 2 수광부(30)는 62 단계에서 노면에 조사되어 제 2 경로(301)로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터(31)를 통하여 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 65 단계에서 증폭부(40)는 63 단계에서 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 64 단계에서 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭시킨다.

66 단계에서 PCR 산출부(50)는 63 단계에서 제 1 수광부(20)에 의해 변환되어 65 단계에서 증폭된 전기적 신호의 전압 크기와 64 단계에서 제 2 수광부(30)에 의해 변환되어 65 단계에서 증폭된 전기적 신호의 전압 크기의 차이로부터 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율을 산출한다. 67 단계에서 SD 산출부(60)는 63 단계에서 제 1 수광부(20)에 의해 변환되어 65 단계에서 증폭된 전기적 신호의 전압 크기와 64 단계에서 제 2 수광부(30)에 의해 변환되어 65 단계에서 증폭된 전기적 신호의 전압 크기의 합으로부터 노면에 조사된 레이저광의 산란도를 산출한다.

68 단계에서 진단부(70)는 66 단계에서 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 67 단계에서 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도를 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑함으로써 66 단계에서 산출된 편광대비율과 67 단계에서 산출된 산란도에 해당하는 좌표점을 결정한다. 69 단계에서 진단부(70)는 68 단계에서 결정된 좌표점이 스토리지(80)에 저장된 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에 속하는가에 따라 노면의 상태를 진단한다. 이와 같이, 68, 69 단계에서 진단부(70)는 제 1 수광부(20)에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부(30)에 의해 변환된 전기적 신호의 조합, 즉 PCR 산출부(50)에 의해 산출된 편광대비율과 SD 산출부(60)에 의해 산출된 산란도에 기초하여 노면의 상태를 진단한다.

전 세계적으로 차량 통행량이 증가함에 따라 도로의 수막, 결빙 등으로 인한 차량 미끄러짐 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 도로의 블랙 아이스는 낮에도 운전자가 발견하기 어려워 블랙 아이스로 인한 차량 미끄러짐 사고가 급증하고 있다. 블랙 아이스는 도로 상의 얇고 투명한 얼음으로 편광된 레이저광이 블랙 아이스에 조사되면 일정한 경로들로 반사됨에 따라 본 실시예의 진단 방식에 의하면 매우 정확한 진단 결과를 얻을 수 있고, 매년 반복되는 블랙 아이스로 인한 교통 사고를 방지하여 인명 피해 및 재산상 손해를 막을 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 ... 노면상태 진단장치
2 ... 포스트
10 ... 조명부
11 ... 제 1 편광필터
12 ... 레이저광원
13 ... 광원구동부
20 ... 제 1 수광부
21 ... 제 2 편광필터
22 ... 제 1 포토다이오드
23 ... 제 1 TIA
30 ... 제 2 수광부
31 ... 제 3 편광필터
32 ... 제 2 포토다이오드
33 ... 제 2 TIA
40 ... 증폭부
50 ... PCR 산출부
60 ... SD 산출부
70 ... 진단부
80 ... 스토리지
90 ... 표시부
100 ... 하우징

Claims (11)

1. 노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하는 조명부;
   상기 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 상기 제 2 편광필터를 통과한 레이저광의 강도에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 제 1 수광부;
   상기 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 상기 제 3 편광필터를 통과한 레이저광의 강도에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 제 2 수광부; 및
   상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 조합으로부터 산출된 복수의 값에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 진단부를 포함하고,
   상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 차이로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율(PCR : Polarization Contrast Ratio)을 산출하는 PCR 산출부; 및
   상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 합으로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 산란도(scattering degree)를 산출하는 SD 산출부를 더 포함하고,
   상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 편광필터의 편광방향과 상기 제 3 편광필터의 편광방향은 서로 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 조명부는
   상기 노면에 조사될 레이저광을 발생시키는 레이저광원;
   상기 레이저광원을 구동시키는 광원구동부;
   상기 레이저광원에서 발생된 레이저광을 상기 제 2 편광필터의 편광 방향과 평행한 방향으로 편광시키는 제 1 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 수광부는
   상기 제 1 경로로 반사된 레이저광을 편광시키는 제 2 편광필터;
   상기 제 2 편광필터를 통과한 레이저광의 강도를 전류량으로 변환하는 제 1 포토다이오드; 및
   상기 제 1 포토다이오드에 의해 변환된 전류량을 상기 변환된 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 TIA(Transimpedance amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 수광부는
   상기 제 2 경로로 반사된 레이저광을 편광시키는 제 3 편광필터;
   상기 제 3 편광필터를 통과한 레이저광의 강도를 전류량으로 변환하는 제 2 포토다이오드; 및
   상기 제 2 포토다이오드에 의해 변환된 전류량을 상기 변환된 전류량에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 TIA(Transimpedance amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 PCR 산출부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 상기 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기를 하기 수학식 1에 대입함으로써 상기 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
   수학식 1 : PCR = (V_P1 - V_P2)/(V_P1 + V_P2)
   상기 수학식 1에서 V_P1은 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이고 V_P2는 상기 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기이다.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수를 복수의 노면상태 각각의 편광대비율 분포와 산란도 분포와 비교함으로서 상기 노면의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 복수의 노면상태 각각의 다수의 편광대비율과 다수의 산란도를 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑시키는 과정을 통해 결정된 복수의 노면상태 각각의 편광대비율과 산란도의 분포 영역을 나타내는 2차원 분포 데이터가 저장되어 있는 스토리지를 더 포함하고,
   상기 진단부는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수를 상기 2차원 좌표계의 x축과 y축에 매핑함으로써 결정된 좌표점이 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에 속하는가에 따라 상기 노면의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 결정된 좌표점이 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에 어느 영역에도 속해있지 않으면, 상기 2차원 분포 데이터가 나타내는 복수의 노면상태 별 영역 중에서 상기 결정된 좌표점에 가장 근접해서 위치해 있는 영역에 상기 결정된 좌표점이 속해 있는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단장치.
11. 조명부는 노면에 제 1 편광필터에 의해 편광된 레이저광을 조사하는 단계;
    제 1 수광부는 상기 노면에 조사되어 제 1 경로로 반사된 레이저광을 제 2 편광필터를 통하여 수신하여 상기 제 2 편광필터를 통과한 레이저광의 강도에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 단계;
    제 2 수광부는 상기 노면에 조사되어 제 2 경로로 반사된 레이저광을 제 3 편광필터를 통하여 수신하여 상기 제 3 편광필터를 통과한 레이저광의 강도에 비례하는 전압 크기를 갖는 전기적 신호로 변환하는 단계; 및
    진단부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 조합으로부터 산출된 복수의 값에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 단계를 포함하고,
    PCR 산출부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 차이로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 편광대비율(PCR : Polarization Contrast Ratio)을 산출하는 단계; 및
    SD 산출부는 상기 제 1 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기와 제 2 수광부에 의해 변환된 전기적 신호의 전압 크기의 합으로부터 상기 노면에 조사된 레이저광의 산란도(scattering degree)를 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 노면의 상태를 진단하는 단계는 상기 산출된 편광대비율과 상기 산출된 산란지수에 기초하여 상기 노면의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 노면상태 진단방법.

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