KR102506261B1 - 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치 - Google Patents

실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법은, 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계; 및 상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECOGNIZING OBJECT BY THE MOTION OF LIDAR APPLYING THE LISSAJOUS MOTION TO CONTROL THE PHASE IN REAL TIME}
아래의 실시예들은 센서를 이용한 사물 인식 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간 위상 제어 리사주(Lissajous) 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치에 관한 것이다.
라이다(Lidar)는 레이저 펄스를 발사하여 그 빛이 대상 물체에 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지 거리 등을 측정하고 물체 형상까지 이미지화하는 기술이다. 라이다를 장착하고 레이저 펄스를 발사해서 돌아오는 시간을 측정하면 반사 지점의 공간 위치를 분석할 수 있으며, 빛을 반사하는 대상에 따라 빛이 돌아오는 시간이 다르기 때문에 이를 활용해 3차원 모델을 얻을 수 있다.
최근 라이다 센서를 이용하여 제조업 및 물류 산업에서 사물의 형태를 인식하여 얻은 정보를 이용하여 사물을 운반 및 이동을 하는 기술이 적용되고 있다. 또한, 로봇 또는 물류 운반 장치가 라이다 센서를 이용하여 사물의 형태 및 위치를 인식하는 기술이 사용되고 있다. 그리고, 일차원 라이다 센서를 이용하여 사물의 위치와 형태를 용이하게 인식하는 기술이 사용되고 있다.
한국공개특허 10-2020-0128341호는 이러한 리사주 기반의 이미지 캘리브레이션 기술에 관한 것으로, 실시간으로 대상체의 내부를 관찰하기 위한 이미지 생성 장치 및 상기 이미지 생성 장치를 이용한 이미지 생성 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2020-0128341호
실시예들은 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 일차원 라이다를 이용하여 사물까지의 거리와 방위각을 대상 물체에 대하여 다수의 지점에 대하여 측정함으로써 사물의 형태와 위치를 파악할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 저가 및 경량의 일차원 라이다를 고속으로 움직여 사물까지의 거리와 방위각을 측정할 수 있는, 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법은, 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계; 및 상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계는, 일차원 라이다 센서에 수평 방향(x)의 액추에이터와 수직 방향(y)의 액추에이터에 위상을 실시간으로 변화시키는 리사주 운동을 가하여, 특정 형태의 일차원 라이다의 궤적의 라이다 신호를 상기 대상 물체에 조사할 수 있다.
상기 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계는, 위상을 실시간으로 변화시킨 리사주(Lissajous) 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 궤적을 실시간으로 변화시킴에 따라 상기 일차원 라이다 센서의 측정점을 증가시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 장치는, 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 라이다 조사부; 및 상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 사물 인식부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 라이다 조사부는, 위상을 실시간으로 변화시킨 리사주(Lissajous) 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 궤적을 실시간으로 변화시킴에 따라 상기 일차원 라이다 센서의 측정점을 증가시킬 수 있다.
실시예들에 따르면 일차원 라이다를 이용하여 사물까지의 거리와 방위각을 대상 물체에 대하여 다수의 지점에 대하여 측정함으로써 사물의 형태와 위치를 파악할 수 있는, 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 저가 및 경량의 일차원 라이다를 고속으로 움직여 사물까지의 거리와 방위각을 측정할 수 있는, 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 위상의 변화가 없을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 다음 주기에 위상 변화가 있을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 다음 주기에 추가로 위상의 변화가 있을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 실시간 위상 제어 리사주(Lissajous) 운동을 적용한 라이다(Lidar)의 운동에 의한 사물 인식 방법 및 장치에 관한 것으로, 리사주의 위상(phase)을 변화시키면서 일차원 라이다를 움직여 사물의 다수의 측정점에 대하여 고속으로 거리와 방위각을 측정하고, 이들 정보를 이용하여 사물의 형태와 위치를 파악할 수 있다.
실시예들은 일차원 라이다를 고속으로 사물의 다수의 측정점에 대하여 사물까지의 거리와 방위각을 측정하여 사물의 형태와 위치를 측정할 수 있다. 실시예들에 따르면 저가 및 경량의 일차원 라이다를 고속으로 움직여 사물까지의 거리와 방위각을 측정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법은, 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계(S110), 및 상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 가변 위상 리사주 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 사물까지의 거리와 방위각을 측정하여 사물의 위치와 형태를 인식할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법을 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법은 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 장치를 예를 들어 설명할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식 장치(200)는 라이다 조사부(210) 및 사물 인식부(220)를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(S110)에서, 라이다 조사부(210)는 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사할 수 있다.
라이다 조사부(210)는 위상을 실시간으로 변화시킨 리사주 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 궤적을 실시간으로 변화시킴에 따라 상기 일차원 라이다 센서의 측정점을 증가시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 라이다 조사부(210)는 일차원 라이다 센서에 수평 방향(x)의 액추에이터와 수직 방향(y)의 액추에이터에 위상을 실시간으로 변화시키는 리사주 운동을 가하여, 특정 형태의 일차원 라이다의 궤적의 라이다 신호를 상기 대상 물체에 조사할 수 있다.
단계(S120)에서, 사물 인식부(220)는 상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석할 수 있다. 일차원 라이다 센서로부터 사물까지의 거리와 방위각을 측정하게 되면, 사물의 형태와 라이다를 기준으로 상대적인 위치를 파악할 수 있다.
이와 같이 일차원 라이다를 이용하여 사물까지의 거리와 방위각을 대상 물체에 대하여 다수의 지점에 대하여 측정을 하게 되면 사물의 형태와 위치를 파악할 수 있다. 이를 고속으로 실행하기 위하여 위상을 실시간으로 변화를 시킨 리사주 운동을 이용하여 라이다 센서를 운동시켜 사물의 위치를 파악할 수 있다. 실시예들에 따르면 저가 및 경량의 일차원 라이다 센서를 고속으로 움직여 사물까지의 거리와 방위각을 측정할 수 있다.
아래에서는 위상(
Figure 112021034962618-pat00001
)에 따른 다양한 패턴의 리사주 곡선을 예를 들어 설명한다.
리사주(Lissajous) 곡선은 다음 식과 같은 두 함수의 주기와 위상(
Figure 112021034962618-pat00002
)에 따라 다양한 패턴의 곡선을 얻을 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021034962618-pat00003
[수학식 2]
Figure 112021034962618-pat00004
도 3은 일 실시예에 따른 위상의 변화가 없을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 위상(
Figure 112021034962618-pat00005
)의 변화가 없을 경우의 리사주 곡선의 형태(300)를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 다음 주기에 위상 변화가 있을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 다음 주기에 위상(
Figure 112021034962618-pat00006
)을 변화시켰을 경우의 리사주 곡선의 형태(400)를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 다음 주기에 추가로 위상의 변화가 있을 경우의 리사주 곡선의 예를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 추가적으로 다음 주기에 위상(
Figure 112021034962618-pat00007
)을 다시 변화시켰을 경우의 리사주 곡선의 곡선의 형태(500)를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이와 같이, 위상의 변화가 없을 경우의 리사주 곡선의 형태(300)와 같이 위상의 변화가 없는 경우에는 궤적이 단순하고 이와 같은 운동을 이용하여 라이다를 움직일 경우에 측정점의 개수가 적어진다.
또한, 위상을 다시 변화시켰을 경우의 리사주 곡선의 곡선의 형태(500)와 같이 위상을 변화시키면서 라이다를 운동시킬 경우에 궤적이 복잡하게 되어 측정점이 증가시키는 것이 가능하여, 사물에 대하여 보다 높은 분해능(정밀도)으로 거리와 방위각 데이터를 얻을 수 있다.
따라서 리사주 운동에 실시간으로 위상 변화를 주고, 이를 이용하여 라이다를 운동시켜 보다 다수의 측정점(거리 및 방위각)을 고속으로 얻을 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 실시간 위상 제어 리사주 운동을 적용한 라이다의 운동에 의한 사물 인식의 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체(610)에 대하여 일차원 라이다 센서(620)에 수평 방향(x)의 액추에이터(actuator, 630)와 수직 방향(y)의 액추에이터(640)에 위상을 실시간으로 변화를 시키는 리사주 운동을 가하여, 특정 형태의 일차원 라이다의 궤적(650)의 라이다 신호를 대상 물체(610)에 조사를 할 수 있다.
여기서, 일차원 라이다로부터 측정된 거리와 방위각(660)의 값을 이용하여 분석을 하면 대상 물체(610)의 형태와 위치를 파악할 수 있다.
이와 같이 실시간으로 위상 변화가 없는 리사주 운동을 이용할 경우에는 라이다를 이용한 측정점이 적지만, 실시간으로 위상을 변화시킨 리사주 운동을 이용하여 라이다 센서를 움직여 측정할 경우에 고속으로 많은 지점에 대한 데이터(거리와 방위각)을 측정할 수 있다.
이상과 같이, 실시예들에 따르면 라이다를 운동시키기 위한 x축과 y축의 액추에이터의 움직임에 위상 변화를 주어 라이다의 궤적을 실시간으로 변화시켜 라이다 센서의 측정점을 증가시킬 수 있다.
그리고 라이다로부터 사물까지의 거리와 방위각을 측정하게 되면, 사물의 형태와 라이다를 기준으로 상대적인 위치를 파악할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계; 및
    상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 단계
    를 포함하고,
    상기 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 단계는,
    일차원 라이다 센서에 수평 방향(x)의 액추에이터와 수직 방향(y)의 액추에이터에 위상을 실시간으로 변화시키는 리사주 운동을 가하여, 특정 형태의 일차원 라이다의 궤적의 라이다 신호를 상기 대상 물체에 조사하며,
    위상의 변화가 없는 경우, 위상 변화가 있는 경우보다 궤적이 단순하여 상기 라이다 센서를 움직일 경우에 측정점의 개수가 적으며, 다음 주기에 위상을 변화시킬 경우, 위상을 변화시키면서 리사주 곡선의 형태와 같이 상기 라이다 센서를 운동시킬 경우에 궤적이 복잡하게 되어 측정점을 증가시키는 것이 가능하여, 고속으로 다수의 지점에 대한 거리와 방위각 데이터를 얻을 수 있도록, 위상을 실시간으로 변화시킨 리사주(Lissajous) 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 궤적을 실시간으로 변화시킴에 따라 상기 일차원 라이다 센서의 측정점을 증가시키는 것
    을 특징으로 하는, 라이다의 운동에 의한 사물 인식 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 형태와 위치를 측정하고자 하는 대상 물체에 대하여 라이다 센서에 위상 변화를 주면서 라이다 신호를 조사하는 라이다 조사부; 및
    상기 라이다 센서로부터 측정된 거리와 방위각의 값을 이용하여 상기 대상 물체의 형태와 위치를 분석하는 사물 인식부
    를 포함하고,
    상기 라이다 조사부는,
    일차원 라이다 센서에 수평 방향(x)의 액추에이터와 수직 방향(y)의 액추에이터에 위상을 실시간으로 변화시키는 리사주 운동을 가하여, 특정 형태의 일차원 라이다의 궤적의 라이다 신호를 상기 대상 물체에 조사하며,
    위상의 변화가 없는 경우, 위상 변화가 있는 경우보다 궤적이 단순하여 상기 라이다 센서를 움직일 경우에 측정점의 개수가 적으며, 다음 주기에 위상을 변화시킬 경우, 위상을 변화시키면서 리사주 곡선의 형태와 같이 상기 라이다 센서를 운동시킬 경우에 궤적이 복잡하게 되어 측정점을 증가시키는 것이 가능하여, 고속으로 다수의 지점에 대한 거리와 방위각 데이터를 얻을 수 있도록, 위상을 실시간으로 변화시킨 리사주(Lissajous) 운동을 이용하여 일차원 라이다 센서를 움직여 궤적을 실시간으로 변화시킴에 따라 상기 일차원 라이다 센서의 측정점을 증가시키는 것
    을 특징으로 하는, 라이다의 운동에 의한 사물 인식 장치.
  5. 삭제
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