KR102569841B1 - LiDAR를 인코딩 및 디코딩하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 LiDAR 스캐닝을 위한 광의 펄스들을 인코딩하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 시스템은 시퀀스 생성기, 광원, 변조기, 광 검출기, 상관기 및 마이크로프로세서를 포함한다. 시퀀스 생성기는 변조기가 광원으로부터의 광의 펄스로 인코딩하는 시퀀스 코드를 생성한다. 인코딩된 광의 펄스는 객체의 표면을 조명하고, 객체의 표면에서 인코딩된 광 펄스로부터의 산란된 광이 검출된다. 상관기는 산란된 광을, 광 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하는 시퀀스 코드와 상관시킨다. 마이크로프로세서는 피크의 진폭이 문턱 값을 초과하는지에 기초하여 광의 펄스의 송신과 수신 사이의 시간차를 결정하도록 구성된다. 마이크로프로세서는 시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산한다.

Description

LiDAR를 인코딩 및 디코딩하기 위한 방법 및 시스템
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 1월 5일자로 출원된 "METHOD AND SYSTEM FOR ENCODING AND DECODING LiDAR"이라는 명칭의 미국 가출원 No. 62/442,758에 대한 우선권을 주장하며, 가출원의 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
개시내용의 분야
본 개시내용은 일반적으로 광 검출 및 거리 측정(light detection and ranging)(LiDAR)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LiDAR 시스템을 인코딩 및 디코딩하기 위한 기술에 관한 것이다.
LiDAR 시스템은 객체와 시스템 간의 거리를 측정하는 데 사용할 수 있다. 구체적으로는, 시스템은 (예를 들어, 광원을 사용하여) 신호를 송신하고, (예를 들어, 광 검출기를 사용하여) 복귀된 신호를 기록하며, 복귀된 신호와 송신된 신호 사이의 지연을 계산함으로써 거리를 결정할 수 있다.
다음은 본 개시내용의 기본적인 이해를 제공하기 위해 하나 이상의 예의 간략화된 요약을 제시한다. 이러한 요약은 고려된 모든 예의 광범위한 개요가 아니며 모든 예의 핵심 요소 또는 중요 요소를 식별하려거나 일부 또는 모든 예의 범위를 서술하려는 것이 아니다. 그 목적은 하나 이상의 예의 일부 개념을 아래에서 제시되는 보다 상세한 설명의 서막으로서 간략한 형태로 제시하는 것이다.
일부 실시예에 따르면, 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템은: 광원 - 광원은 객체의 표면을 조명하기 위해 광의 펄스를 송신하도록 구성됨 -; 시퀀스 생성기로부터의 신호에 응답하여 광의 펄스를 인코딩하도록 동작 가능한 변조기; 객체의 표면으로부터 광 펄스의 산란된 광을 검출하도록 구성된 광 검출기; 광 검출기에 전기적으로 연결된 상관기 - 상관기는 산란된 광을 시퀀스 코드와 상관시키고 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하도록 구성됨 -; 및 광원 및 상관기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는: 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하고; 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 광의 펄스가 송신되었던 시간과 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하고; 시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산하도록 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 검출을 위한 방법은: 광원으로부터 광의 펄스를 시퀀스 코드에 따라 인코딩하는 단계; 광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명하는 단계; 검출기에서, 객체의 조명된 표면으로부터 산란된 광을 검출하는 단계; 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하는 검출된 산란된 광을 시퀀스 코드와 상관시키는 단계; 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하는 단계; 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 광의 펄스가 송신되었던 시간과 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하는 단계; 시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 컴퓨터에 의해 구현되는 방법은 : 광원 및 광 검출기를 갖는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템에서, 광원을 사용하여, 제1 개수의 펄스 신호들을 갖는 제1 펄스 그룹 신호 및 제2 개수의 펄스 신호들을 갖는 제2 펄스 그룹 신호를 송신하는 단계 - 제1 개수는 제2 개수와 상이함 -; 광 검출기를 사용하여, 제3 개수의 펄스 신호들을 갖는 복귀된 펄스 그룹 신호를 수신하는 단계; 제3 개수의 펄스 신호들에 기초하여, 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호 또는 제2 펄스 그룹 신호에 대응하는지를 결정하는 단계; 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제1 펄스 그룹 신호에 기초하여 제1 거리를 결정하는 단계; 및 복귀된 펄스 그룹 신호가 제2 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제2 펄스 그룹 신호에 기초하여 제2 거리를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템은 광원 - 광원은 제1 개수의 펄스 신호들을 갖는 제1 펄스 그룹 신호 및 제2 개수의 펄스 신호들을 갖는 제2 펄스 그룹 신호를 송신하도록 구성되고, 제1 개수는 제2 개수와 상이함 -; 제3 개수의 펄스 신호들을 갖는 복귀된 펄스 그룹 신호를 검출하도록 구성된 광 검출기; 광원 및 광 검출기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는 제3 개수의 펄스 신호들에 기초하여, 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호 또는 제2 펄스 그룹 신호에 대응하는지를 결정하고; 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제1 펄스 그룹 신호에 기초하여 제1 거리를 결정하고; 복귀된 펄스 그룹 신호가 제2 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제2 펄스 그룹 신호에 기초하여 제2 거리를 결정하도록 구성된다.
설명된 다양한 양태의 더 나은 이해를 위해, 다음의 도면들과 함께 아래의 설명을 참조해야 하며, 도면들에서 동일한 참조 번호는 도면들 전체에서 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 차량에 부착된 복수의 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 2는 지연된 광의 펄스들을 구별하기 위한 예시적인 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 3은 상이한 광원들로부터의 광의 펄스들을 구별하기 위한 예시적인 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 4a는 중첩 영역들에서 인코딩된 LiDAR 시스템들에 대한 네 개의 인코딩된 시퀀스를 도시한다.
도 4b는 다른 시퀀스들 사이에서 인코딩된 시퀀스를 구별하기 위한 상관관계를 도시한다.
도 5a는 잡음 및 다양한 감쇠를 갖는 산란된 광의 인코딩된 신호를 도시한다.
도 5b는 잡음 및 다양한 감쇠를 갖는 산란된 광의 인코딩된 신호에 대한 상관관계를 도시한다.
도 6은 LiDAR 시스템을 인코딩 및 디코딩하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예에 따라, 복귀된 산란된 광들을 송신된 펄스 신호들과 상관시키기 위한 예시적인 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예에 따라, LiDAR 시스템에 의해 송신된 예시적인 펄스 신호들의 세트를 도시한다.
객체의 거리를 결정하기 위해, LiDAR 시스템은 객체를 광의 펄스로 조명하고 광의 펄스에 대응하는 산란된 광을 검출한다. 광의 펄스를 광의 펄스에 대응하지 않는 산란된 광과 연관시키면 그 곳에 물리적인 객체가 없을지라도, LiDAR 시스템은 객체의 존재를 해석하게 할 수 있다. 예를 들어, 동일한 LiDAR 시스템에 의해 또는 LiDAR 시스템에 근접한 제2 LiDAR 시스템에 의해 송신된 다른 펄스로부터의 산란된 광은 잘못하여 원래의 펄스 광과 짝지어질 수 있는데, 이것은 부정확하게 객체로서 해석될 수 있다. 현재의 기술들은 캡처 프레임의 인접한 샘플들을 비교함으로써 샘플들을 전형적으로 사후 처리하여 "거짓" 객체들을 정정하는데, 이는 기껏해야 근사치이다. 이와 같이, 도전 과제는 광의 펄스와 그 광 펄스로부터의 대응하는 산란된 광을 짝지어주는 것을 개선하는 것이다.
첨부 도면들과 함께 아래에서 설명되는 상세한 설명은 다양한 구성에 관한 설명으로 의도되는 것이지 본 명세서에서 설명된 개념들이 실시될 수 있는 구성들 만을 표현하려 의도된 것은 아니다. 상세한 설명에는 다양한 개념들의 철저한 이해를 제공하는 목적을 위한 구체적인 세부 사항들이 포함되어 있다. 그러나, 관련 기술분야에서 통상의 기술자에게는 이러한 개념들이 이러한 구체적인 세부 사항들 없이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 일부 사례에서, 잘 알려진 구조들 및 구성요소들은 이러한 개념들을 모호하게 하지 않도록 하기 위해 블록도의 형태로 도시된다.
이제 LiDAR 시스템들 및 프로세스들의 예들이 장치들 및 방법들의 다양한 요소들을 참조하여 제시될 것이다. 이러한 장치들 및 방법들은 다음의 상세한 설명에서 설명되고, 다양한 블록, 구성요소, 회로, 단계, 프로세스, 알고리즘 등(집합적으로 "요소"라고 지칭됨)에 의해 첨부 도면에 도시될 것이다. 이러한 요소들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 요소들이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약 사항들에 따라 달라진다.
예들에 관한 다음의 설명에서, 설명의 일부를 형성하고 실시될 수 있는 구체적인 예들의 예시를 통해 도시된 첨부 도면들이 참조된다. 개시된 예들의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 예들이 사용될 수 있고 구조적인 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
다음의 설명은 다양한 요소들을 설명하기 위해 "제1", "제2" 등의 용어들을 사용하지만, 이러한 요소들은 그 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서 사용될 뿐이다. 설명된 다양한 실시예들의 범위를 벗어나지 않고, 예를 들어, 제1 펄스 신호는 제2 펄스 신호로 명명될 수도 있고, 마찬가지로, 제2 펄스 신호는 제1 펄스 신호로 명명될 수도 있다. 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호들은 둘 다 펄스 신호들이지만, 이들 신호들은 동일한 펄스 신호가 아닐 수 있다.
본 명세서에서 설명된 다양한 실시예의 설명에 사용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하는 목적을 위한 것일 뿐이지 제한하려 의도된 것은 아니다. 설명된 다양한 실시예들 및 첨부된 청구 범위의 설명에서 사용되는 바와 같은, "하나", "하나의" 및 "그"라는 단수 형태들은 맥락상 분명하게 그렇지 않다고 시사하지 않는 한, 복수 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 열거된 항목들의 임의의 및 모든 가능한 조합을 지칭하고 이를 포함한다는 것을 또한 이해하여야 한다. "구비한다", "구비하는", "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다.
"한다면"이라는 용어는 맥락에 따라 "할 때" 또는 "하면" 또는 "결정하는 것에 응답하여" 또는 "검출하는 것에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다. 유사하게, "~이 결정되면" 또는 "[정해진 조건 또는 이벤트]가 검출되면"이라는 문구는 맥락에 따라, 임의로 "결정하면" 또는 "결정하는 것에 응답하여" 또는 [정해진 조건 또는 이벤트]를 결정하면" 또는 [정해진 조건 또는 이벤트]를 검출한 것에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다.
도 1은 차량(100)에 부착된 복수의 LiDAR 시스템(102A 내지 102F)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(100)은 차량(100)의 전방 영역(104A)을 스캔하도록 지향된 제1 LiDAR 시스템(102A), 차량(100)의 후방 영역(104B)을 스캔하도록 지향된 제2 LiDAR 시스템(102B), 차량(100)의 조수석 영역(104C)을 스캔하도록 지향된 제3 LiDAR 시스템(102C), 차량(100)의 운전석 영역(104D)을 스캔하도록 지향된 제4 LiDAR 시스템(102B), 차량(100)의 전방 조수석 코너 영역(104E)을 스캔하도록 지향된 제5 LiDAR 시스템(102E), 및 차량(100)의 전방 운전석 코너 영역(104F)을 스캔하도록 지향된 제6 LiDAR 시스템(102F)을 포함한다.
이 예에서, 차량(100)의 제5 LiDAR 시스템(102E)은 전방 영역(104A)과 조수석 영역(104C) 사이의 스캔되지 않는 영역에 대응하는 "사각 지대"(예를 들어, LiDAR 시스템에 의해 스캔되지 않는 영역)를 커버한다. 이와 같이, 제5 LiDAR 시스템(102E)은 제1 중첩 영역(106AE)에서 전방 영역(104A)과 중첩하는 전방 조수석 코너 영역(104E) 및 제2 중첩 영역(106EC)에서 조수석 영역(104C)과 중첩하는 전방 조수석 코너 영역(104E)을 갖는다. 마찬가지로, 차량(100)의 제6 LiDAR 시스템(102F)은 전방 영역(104A)과 운전석 영역(104D) 사이의 스캔되지 않는 영역에 대응하는 "사각 지대"(예를 들어, LiDAR 시스템에 의해 스캔되지 않는 영역)를 커버한다. 이와 같이, 제6 LiDAR 시스템(102F)은 제3 중첩 영역(106AF)에서 전방 영역(104A)과 중첩하는 전방 운전석 코너 영역(104F) 및 제4 중첩 영역(106FD)에서 운전석 영역(104D)과 중첩하는 전방 운전석 코너 영역(104F)을 갖는다.
중첩 영역들은 각각의 중첩 영역이 하나를 초과하는 LiDAR 시스템으로부터 각자의 각 중첩 영역 내에 있는 객체들을 거리 측정할 수 있기 때문에 추가적인 분해능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 LiDAR 시스템(102A)은 제1 중첩 영역(106AE)에 위치한 객체의 표면을 거리 측정할 수 있고, 제5 LiDAR 시스템(102E)은 제1 중첩 영역(106AE)에 위치한 객체의 인접 표면을 거리 측정할 수 있다. 이와 같이, 제1 중첩 영역(106AE)은 두 개의 LiDAR 시스템이 동시에 동일한 영역 내의 객체들을 거리 측정할 수 있는 곳에서 오버-스캔될 수 있다.
중첩 영역들(예를 들어, 제1 중첩 영역(106AE), 제2 중첩 영역(106EC), 제3 중첩 영역(106AF), 제4 중첩 영역(106FD) 등)을 과도하게 스캔하면 하나 이상의 LiDAR 시스템 사이에서 간섭을 또한 야기할 수 있다. 예를 들어, 제5 LiDAR 시스템(102E)이 제1 중첩 영역(106AE)에 위치한 객체의 표면을 거리 측정하고 있는 실질적으로 동일한 위치에서 실질적으로 동시에 제1 LiDAR 시스템(102A)이 제1 중첩 영역(106AE)에 위치한 객체의 표면을 거리 측정하고 있을 수 있다. 그러한 경우, 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터의 산란된 광의 펄스가 잘못하여 제5 LiDAR 시스템(102E)에서 검출될 수 있다. 마찬가지로, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터의 산란된 광의 펄스가 잘못하여 제1 LiDAR 시스템(102A)에서 검출될 수 있다.
일부 사례에서, 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터의 산란된 광의 펄스는 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터의 산란된 광의 펄스와 간섭할 수 있다. 즉, 제1 LiDAR 시스템(102A)은 산란된 광의 펄스들을 둘 다 검출할 수 있으며, 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 송신된 광의 펄스에 대응하는 산란된 광의 펄스가 어느 것인지를 구별하는 것이 어려울 수 있다. 다수의 산란된 광의 펄스가 검출될 때, 어떤 산란된 광의 펄스가 송신된 광의 펄스에 대응하는지를 구별하는 하나의 접근법은 최초로 검출된 산란된 광을 송신된 광의 펄스와 연관시키는 "최초 도달(first to arrive)" 구별을 구현하는 것이다. 이러한 접근법의 추론은 도달하는 첫 번째 광의 펄스가 바로 그 송신된 광의 펄스에 대응하는 것으로, 가장 짧은 거리를 이동한다는 것이다. 그러나, 인접한 LiDAR 시스템으로부터의 산란된 광의 펄스들은 이러한 접근법을 방해할 수 있다. 예를 들어, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터의 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 송신된 산란된 광의 펄스에 앞서 제1 LiDAR 시스템(102A)에 도달할 수 있다. 이와 같이, "최초 도달" 접근법(예를 들어, 이 경우, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터의 산란된 광의 펄스)을 선택하면 실제인 것보다 더 가까운 객체에 대한 범위를 산출한다.
다수의 산란된 광의 펄스가 검출될 때, 어떤 산란된 광의 펄스가 송신된 광의 펄스에 대응하는지를 구별하는 다른 접근법은 검출된 가장 밝은 산란된 광의 펄스를 송신된 광의 펄스와 연관시키는 "가장 강렬한(most intense)" 구별을 구현하는 것이다. 이러한 접근법의 추론은 광원과 검출기의 정렬이 검출기와 무작위로 정렬된 제2 광원보다 더욱 강렬한 광의 펄스를 수집한다는 것이다. 이와 같이, 도달할 가장 강렬한(예를 들어, 가장 밝은) 광의 펄스는 송신된 광의 펄스에 대응한다. 예를 들어, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스보다 높은 강도로 나중에 제1 LiDAR 시스템(102A)에 도달할 수 있다. 이러한 경우, "가장 강렬한" 접근법(예를 들어, 이 경우, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터의 산란된 광의 펄스)을 선택하면 실제인 것보다 더 멀리 떨어진 객체에 대한 범위를 산출한다.
다수의 산란된 광의 펄스가 검출될 때, 어떤 산란된 광의 펄스가 송신된 광의 펄스에 대응하는지를 정확하게 구별하기 위해, 도 1에 도시된 각각의 LiDAR 시스템(예를 들어, 102A 내지 102F)은 시퀀스 생성기로부터의 신호에 응답하여 송신된 광의 펄스를 인코딩하도록 동작 가능한 변조기를 포함한다. 즉, 각각의 송신된 광의 펄스는 도 1에서 각각의 스캐닝 영역(예를 들어, 영역(104A 내지 104F))에 대한 패턴으로서 표현되는 시퀀스 코드에 따라 변조된다. 일부 예에서, 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스(pseudorandom bit sequence)(PRBS) 코드이다. 예를 들어, PRBS 코드는 PRBS-5 코드에 대응하는 25-1 비트를 가질 수 있고, PRBS 코드는 PRBS-31 코드에 대응하는 231-1 비트를 가질 수 있고, 등등이다. PRBS 코드는 25-1 보다 클 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, PRBS 코드는 PRBS-6 코드에 대응하는 26-1 비트를 가질 수 있고, PRBS 코드는 PRBS-7 코드에 대응하는 27-1 비트를 가질 수 있고, PRBS 코드는 PRBS-8 코드에 대응하는 28-1 비트를 가질 수 있고, PRBS 코드는 PRBS-9 코드에 대응하는 29-1 비트를 가질 수 있고, 등등이다. 또한, PRBS 코드는 25-1보다 작을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, PRBS 코드는 PRBS-4 코드에 대응하는 24-1 비트를 가질 수 있고, PRBS 코드는 PRBS-3 코드에 대응하는 23-1 비트를 가질 수 있고, 등등이다.
도 1의 패턴 영역들(예를 들어, 104A 내지 104F)에 도시된 바와 같이, 각각의 LiDAR 시스템은 송신된 광의 펄스를 인코딩하는데, 이것은 다수의 산란된 광의 펄스가 검출될 때 송신된 광의 펄스에 대응하는 산란된 광의 펄스를 구별하는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 송신된 산란된 광의 펄스에 앞서 제1 LiDAR 시스템(102A)에 도달할 수 있다. 제1 LiDAR 시스템(102A) 및 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스로부터 유래하는 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드와 상관된다. 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스와 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드 사이의 상관관계는 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스와 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드 사이의 상관관계보다 크기 때문에, 제1 LiDAR 시스템(102A)은 나중에 도달하는 산란된 광의 펄스(예를 들어, 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스)를 정확하게 식별한다.
다른 예에서, 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스보다 높은 강도로 나중에 제1 LiDAR 시스템(102A)에 도달할 수 있다. 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스와 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스는 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드와 상관된다. 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스와 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드 사이의 상관관계는 제5 LiDAR 시스템(102E)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스와 제1 LiDAR 시스템(102A)의 시퀀스 코드 사이의 상관관계보다 높기 때문에, 제1 LiDAR 시스템(102A)은 보다 낮은 강도의 산란된 광의 펄스(예를 들어, 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스)를 정확하게 식별한다.
도 2는 지연된 광의 펄스들을 구별하기 위한 예시적인 LiDAR 시스템(200)을 도시한다. LiDAR 시스템(200)은 광원(210), 광 검출기(230) 및 (마이크로제어기와 같은) 전기적 프로세싱 및 컴퓨팅 디바이스(240)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(210)은 객체(250)의 제1 표면(252)을 조명하는 광의 펄스(214)를 송신하도록 구성된다. 본 명세서에 설명된 예들에서, 광원(210)은 레이저 다이오드이다. 일부 예에서, 광원(210)은 백열등, 형광등 등일 수 있다. 또한, 광원(210)은 가시 스펙트럼에서 하나 이상의 파장, 적외선 스펙트럼에서 하나 이상의 파장 또는 자외선 스펙트럼에서 하나 이상의 파장을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 예에서, 광원(210)은 시퀀스 생성기(244)로부터의 신호에 응답하여 광의 펄스(214)를 인코딩하도록 동작 가능한 내부 변조기(212)를 갖는다. 일부 사례에서, 내부 변조기(212)는 온-오프 키잉(on-off keying)에 따라 레이저 다이오드 광원(210)으로의 주입 전류를 변조하도록 구성된다. 내부 변조기(212)를 사용하는 대신에, 변조기는 광원 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 변조기는 도 2에서 옵션으로 도시된 바와 같이, 광원(210) 및 객체(250)의 광학 경로에 위치한 광-전 변조기(opto-electrical modulator)(220)일 수 있다. 일부 예에서, 광-전 변조기(220)는 마하-젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 검출기(230)는 산란된 광의 펄스(216)의 광학 경로에 있다. 광 검출기(230)는 광 펄스(214)로부터 유래하는 객체(250)의 제1 표면(252)으로부터 확산된 또는 산란된 산란 광의 펄스(216)를 검출하도록 구성된다. 광 검출기(230)는 포토 센서(232), 개구 마스크(234) 및 수렴 렌즈(236)를 포함할 수 있다. 수렴 렌즈(236)는 펄스 산란된 광을 포토 센서(232)의 초점 영역을 향해 지향하도록 구성된다. 수렴 렌즈(236)는 고 굴절률 유리, 플라스틱 등과 같은 임의의 투명한 재료로 제조될 수 있다. 렌즈(236)는 산란된 광의 펄스(216)를 넓은 영역에 걸쳐 지향시키며, 이것은 포토 센서(232)에서 수집되는 산란된 광의 펄스(216)의 양을 증가시킨다. 마스크(234)는 포토 센서(232) 근방에서 직통의 산란된 광의 펄스(216)의 광학 경로에 대해 비스듬히 기울어진 산란된 광의 펄스들(216)을 필터링하여, 직통의 산란된 광의 펄스(216)의 경로에 실질적으로 평행한 광 만 포토 센서(232)에 도달할 수 있도록 구성된다.
일부 사례에서, 광의 펄스(214)로부터의 광은 제1 표면(252)으로부터 분산되고 제2 표면(254)으로부터 "반향(echo)"되어 직통의 산란된 광의 펄스(216)의 경로에 실질적으로 평행한 광학 경로를 따라 지향될 수 있다. 그러나, 이러한 반향-산란된 광의 펄스(218)가 취하는 여분의 거리는 보다 직통의 산란된 광의 펄스(216)의 경로부터 반향-산란된 광의 펄스(218)를 지연시킨다. 이와 같이, 반향-산란된 광(218)은 직통의 산란된 광의 펄스(216)보다 뒤처진다. 포토 센서(232)는 포토 다이오드, 애벌란시 포토 다이오드, 광전자 증배관(photo-multiplier tube) 등일 수 있다. 일부 예에서, 포토 센서(232)는 광을 포토 센서(232)의 흡수 영역으로 다시 반사시키는, 광 입사 표면의 대향 표면을 향하는 반사 미러를 포함한다.
LiDAR 시스템(200)은 산란된 광의 펄스(216) 및 반향-산란된 광(218)을 둘 다 검출한다는 것과 LiDAR 시스템(200)은 산란된 광의 펄스(216) 및 반향-산란된 광(218)을 둘 다 LiDAR 시스템(200)에 의해 송신된 유효 펄스들로서 연관시킨다는 것을 이해하여야 한다. 일부 예에서, LiDAR 시스템(200)은 본 명세서에 설명된 방법들에 따라 펄스들에 인코딩된 시퀀스 코드에 기초하여, 산란된 광의 펄스(216)와 반향-산란된 광(218)의 펄스를 둘 다 LiDAR 시스템(200)에 의해 송신된 유효 펄스들로서 연관시킨다. 하나 이상의 유효 펄스들이 존재하는 경우, LiDAR 시스템(200)은 반향-산란된 광(218)이 직통의 산란된 광의 펄스(216)에 뒤처지므로 "최초 도달"을 산란된 광의 펄스(214)라고 간주하고 나머지를 반향-산란된 광의 펄스들(218)이라고 간주한다.
도 2에 도시된 예들에서, 광 검출기(230)는 아날로그 대 디지털(analog to digital)(A/D) 변환기(238)를 포함한다. A/D 변환기(238)는 흡수된 산란된 광(216)에 대한 검출기(예를 들어, 포토 센서(232))로부터의 아날로그 전기 응답을 디지털 전기 신호로 변환하도록 구성된 집적 회로일 수 있다. 더욱이, 포토 센서(232)에서 실질적으로 A/D 변환기(238)를 갖추면, 손실(예를 들어, 라인 손실)을 감소시킬 수 있고, 이것은 신호 무결성을 증가시킬 수 있다.
도 2에 도시된 예는 컴퓨터 판독 가능 매체/메모리(248), 광원(210), 광 검출기(230), 포토 센서(232), 임의적 광학 변조기(224), 및 광-전 변조기(220)에 전기적으로 연결된 (마이크로프로세서(240)와 같은) 전기적 프로세싱 및 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. LiDAR 시스템(200) 내의 마이크로프로세서(240)는 소프트웨어를 실행할 수 있다. 소프트웨어는 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 서술 언어 또는 이와 다른 것으로 지칭되든 아니면 지칭되지 않든, 명령어들, 명령어 세트들, 코드, 코드 세그먼트들, 프로그램 코드, 프로그램들, 서브 프로그램들, 소프트웨어 컴포넌트들, 애플리케이션들, 소프트웨어 애플리케이션들, 소프트웨어 패키지들, 루틴들, 서브 루틴들, 오브젝트들, 실행 파일들, 실행 스레드들, 절차들, 함수들 등을 의미하는 것으로 광범위하게 해석될 것이다.
마이크로프로세서(240)는 타임/클록(242), 시퀀스 생성기(244) 및 상관기(246)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서(240)는 광원(210) 및 상관기(246)에 전기적으로 연결된다. 이와 같이, 광원(210)은 광의 펄스(214)가 송신되는 시간을 표시하기 위해 타이머/클록(242)을 트리거할 수 있다. 마찬가지로, 상관기(246)는 광의 펄스가 검출된 시간을 표시할 수 있다. 일부 예에서, 타이머/클록 모듈(242)은 타임 스탬프로 송신 또는 수신되는 각각의 광의 펄스(214)를 표시하도록 구성된다. 타임 스탬프는 인코딩된 날짜와 시간이다. 타임 스탬프들의 예들은 "월-일-년@시간:분:초", "월-일-년@시간:분:초", "년-일-월@시간:분:초", "1234567890(유닉스 시간) 등을 포함한다. 타이머/클록 모듈(308)은 광의 펄스(214)를 산란된 광의 펄스(216)와 추가로 짝지어주고 시간차를 결정할 수 있다. 일부 예에서, 타임/클록(242)은 마이크로프로세서(240) 내에 내장된 모듈이다.
시퀀스 생성기(244)는 시퀀스 코드를 생성하도록 구성된다. 시퀀스 생성기(244)는 상관기(246), 광원(210)(예를 들어, 내부 변조기(212)) 및 임의로 광-전 변조기(220)에 전기적으로 연결된다. 일부 예에서, 시퀀스 생성기(244)는 마이크로프로세서(240) 내에 내장된 모듈이다. 일부 예에서, 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스(PRBS) 코드이다.
상관기(246)는 광 검출기(230)에 전기적으로 연결된다. 상관기(246)는 산란된 광의 펄스(216)를 시퀀스 코드와 상관시키도록 구성되고, 산란된 광의 펄스(216)와 시퀀스 코드 사이의 유사성을 측정한다. 유사도가 높은 경우, 상관기(246)는 산란된 광의 펄스(216) 및 시퀀스 코드가 정렬된 피크 값을 출력한다. 피크 값의 위치는 산란된 광의 펄스(216)가 수신되는 시간과 연관된다. 전기 도메인에서의 상관을 위해, 상관기(246)는 산란된 광(216)의 전기적 표현에 대응하는 A/D 변환기(238)로부터의 디지털 전기 신호에 액세스한다. 도 2에 도시된 바와 같이, A/D 변환기(238)는 광 검출기(230)에 전기적으로 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기 도메인에서 산란된 광의 펄스(216)를 상관시키는 상관기(246) 대신에, LiDAR 시스템(200)은 광학 도메인에서 산란된 광의 펄스(216)를 상관시키는 광학 변조기(224)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 변조기(224)는 산란된 광(216)의 광학 경로에 위치한다. 이 경우, 산란된 광의 펄스(216)는 시퀀스 코드와 광학적으로 상관된다. 일부 사례에서, 광학 변조기(224)는 4 광파 혼합(four-wave-mixing)을 구현하도록 구성된다.
일부 예에서, 마이크로프로세서(240)는 산란된 광(216)과 시퀀스 코드 사이의 상관관계로부터 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하도록 추가로 구성된다. 일부 예에서, 문턱 값은 상관기(246)로부터의 출력의 평균보다 위의 적어도 하나의 표준 편차이다. 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 마이크로프로세서(240)는 광의 펄스(214)가 송신되었던 시간과 산란된 광의 펄스(216)가 수신되었던 시간 사이의 시간차를 결정하도록 추가로 구성된다. 이러한 시간차에 기초하여, 마이크로프로세서(240)는 객체(250)의 표면까지의 거리(예를 들어, 제1 표면(252)까지의 거리)를 계산하도록 구성된다. 일부 예에서, 마이크로프로세서(240)는 피크 값의 진폭에 기초하여 객체(250)의 표면(예를 들어, 제1 표면(252))의 반사율을 결정하도록 추가로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 판독 가능 매체/메모리(248)는 마이크로프로세서에 전기적으로 연결되고 시간 마커들, 시퀀스 코드, 타임 스탬프들, 거리 결정들 등을 위한 저장소를 제공한다.
도 3은 상이한 광원들로부터의 광의 펄스들을 구별하기 위한 예시적인 LiDAR 시스템(200')을 도시한다. LiDAR 시스템(200')은 반향-산란된 광의 펄스(218)를 수신하는 대신에 제2 광원(310)으로부터의 상이한 산란된 광의 펄스(316)를 수신하는 도 2의 LiDAR 시스템(200)일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, LiDAR 시스템(200')은 제1 표면(252)에 근접한 객체(250)의 제3 표면(352)을 조명하는 제2 광원(310)으로부터의 상이한 광의 펄스(314)를 도시한다. 상이한 광의 펄스(314)로부터의 일부 광은 제3 표면(352)으로부터 분산될 수 있고, 직통의 산란된 광의 펄스(216)의 경로에 실질적으로 평행한 광학 경로를 따라 지향되어 광 검출기(230)에 의해 검출될 수 있다.
이 예에서, 상관기(246)는 광원(310)으로부터 유래하는 상이한 산란된 광의 펄스(318)와 코드 시퀀스를 상관시키고 또한 광원(210)으로부터 유래하는 산란된 광의 펄스(218)와 코드 시퀀스를 상관시킨다. 상관관계 결과들은 상이한 산란된 광의 펄스(318)에 대한 상관관계와 비교하여 산란된 펄스(218)에 대한 상관관계가 더 높다고 표시한다. 이와 같이, LiDAR 시스템(200')은 상이한 광의 펄스(314)를 산란된 펄스(218)와 정확하게 연관시켰다.
도 3은 상이한 광원들(즉, 광원들(210 및 310))로부터 유래하는 산란된 광들을 구별하는 것을 도시하지만, 본 명세서에서 설명된 펄스 신호들을 인코딩하는 방법은 동일한 소스로부터 유래하는 산란된 광들 사이를 구별하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, LiDAR 시스템은 시퀀스 코드들(예를 들어, PRBS 코드들)이 각기 상이한 다수의 송신된 펄스 신호를 인코딩할 수 있다. 산란된 광을 수신하면, LiDAR 시스템은 디코딩을 수행하여 산란된 광을 동일한 인코딩 정보를 갖는 특정의 송신된 펄스 신호와 상관시킬 수 있다. 따라서, 다수의 송신된 펄스 신호로부터의 산란된 광들이 이들의 대응하는 펄스 신호들이 LiDAR 시스템으로부터 송신되었던 순서와 상이한 순서로 광 검출기에 도달하더라도, 시스템은 여전히 각각의 산란된 광 펄스를 고유하게 식별할 수 있다. 이러한 방법은 2017년 1월 5일자로 출원된 "HIGH RESOLUTION LiDAR USING HIGH FREQUENCY PULSE FIRING"라는 명칭의 U.S. 가출원 No. 62/442,912 및 2017년 12월 28일자로 출원된 "HIGH RESOLUTION LiDAR USING HIGH FREQUENCY PULSE FIRING"이라는 명칭의 U.S. 가출원 No. 15/857,563에 기재된 바와 같이, 산란된 광들을 분석하는 다른 방법들과 함께 사용될 수 있다는 것을 더 이해하여야 하며, 이들 가출원의 내용은 그 전체가 본 출원에 참조로 포함된다.
도 4a는 인코딩된 LiDAR 시스템들에 대한 네 개의 인코딩된 시퀀스를 도시한다. 인코딩된 시퀀스(402)는 상승 에지(412) 또는 하강 에지(414)에서 전이하는 로직 레벨 "1"(410) 및 로직 레벨 "0"(416)을 갖는다. 시퀀스 코드들은 생성된 로직 비트 시퀀스이지 신호들이 아니기 때문에 각각의 시퀀스 코드들(예를 들어, 인코딩된 시퀀스(402), 제1 시퀀스(404), 제2 시퀀스(406), 제3 시퀀스(408) 등)에는 잡음이 없다는 것을 이해하여야 한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 인코딩된 시퀀스(402)는 31 비트(예를 들어, 25-1)에 대응하는 PRBS-5 코드이다.
도 4b는 다른 시퀀스들(예를 들어, 제1 시퀀스(404), 제2 시퀀스(406), 제3 시퀀스(408) 등) 사이에서 인코딩된 시퀀스(402)를 구별하기 위한 상관관계를 도시한다. 이 예에서, 상관기(246)는 시퀀스 코드(예를 들어, 인코딩된 시퀀스(402))를 인코딩된 시퀀스(402), 제1 시퀀스(404), 제2 시퀀스(406) 및 제3 시퀀스(408)와 상관시킨다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 시퀀스 코드(예를 들어, 인코딩된 시퀀스(402))와 인코딩된 시퀀스(402) 사이의 상관관계는 다른 시퀀스들(예어, 제1 시퀀스(404), 제2 시퀀스(406) 및 제3 시퀀스(408))로부터의 상관관계 피크들보다 훨씬 높은 피크 값(418)을 산출한다. 이것은 인코딩된 시퀀스(402)가 제1 LiDAR 시스템(102A)(도 1)에 대한 시퀀스 코드이고 제1 시퀀스(404)가 제5 LiDAR 시스템(102E)(도 1)에 대한 시퀀스 코드라면, 제1 LiDAR 시스템(102A)이 제5 LiDAR 시스템(102E)에 비해 제1 중첩 영역(106AE) 내의 제1 LiDAR 시스템(102A)으로부터의 산란된 광의 펄스를 정확하게 구별할 수 있다는 것을 의미한다.
제2 시퀀스(406)는 제2 LiDAR 시스템(102B)(도 1)에 대한 시퀀스 코드일 수 있고, 제3 시퀀스(408)는 제3 LiDAR 시스템(102C)(도 1)에 대한 시퀀스 코드일 수 있으며, 다른 시퀀스 코드들은 제4 LiDAR 시스템(102D)(도 1) 및 제6 LiDAR 시스템(102F)(도 1)에 대해 생성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 4b는 또한 문턱 값(420)을 도시한다. 일부 예에서, 마이크로프로세서(240)는 상관관계 출력의 통계에 기초하여 문턱 값(420)을 결정한다. 예를 들면, 일부 사례에서, 문턱 값(420)은 상관기(246)로부터의 출력의 평균보다 위의 적어도 하나의 표준 편차이다.
도 5a는 잡음(530) 및 다양한 감쇠(예를 들어, 0 dB 감쇠(502A), 20 dB 감쇠(502B), 20 dB 감쇠(502C))를 갖는 산란된 광(216)의 인코딩된 신호를 도시한다. 이 예에서, 광의 펄스(214)는 인코딩된 시퀀스(402)에 따라 인코딩된다. 이와 같이, 광의 펄스(214)는 상승 에지(412) 또는 하강 에지(414)에서 전이하는 로직 레벨 "1"(410) 및 로직 레벨 "0"(416)로 인코딩된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 0 dB 감쇠(502A)에 대한 광의 펄스(214)는 잡음 항(예를 들어, 잡음(530))을 갖지 않는 도 4a의 인코딩된 시퀀스(402)와 유사하다. 광의 펄스(214) 내의 잡음(530)은 (예를 들어, 변조 중에 트랜지스터들로부터의) 열 잡음, 광 잡음(예를 들어, 배경 복사) 등일 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 20 dB 감쇠(502B)에서 광의 펄스(214)는 잡음 항(예를 들어, 잡음(530))에 걸쳐 약간 가시적인 것으로 보이며, 반면에 30 dB 감쇠(502C)에서 광의 펄스(214)는 잡음 항(예를 들어, 잡음(530))에 걸쳐 육안으로 거의 구별 가능하지 않은 것으로 보인다.
도 5b는 잡음(530) 및 다양한 감쇠(예를 들어, 0 dB 감쇠(502A), 20 dB 감쇠(502B), 20 dB 감쇠(502C))를 갖는 산란된 광(216)의 인코딩된 신호에 대한 상관관계를 도시한다. 이 예에서, 상관기(246)는 도 5a의 0 dB 감쇠(502A), 20 dB 감쇠(502B) 및 30 dB 감쇠(502C)에서의 광의 펄스(214)를 인코딩된 시퀀스(402)(도 4)와 상관시킨다. 도 5b에 도시 된 바와 같이, 0 dB 감쇠에서의 상관관계(504A), 20 dB 감쇠에서의 상관관계(504B) 및 30 dB 감쇠에서의 상관관계(504C)는 각각 피크 값(418A), 피크 값(418B) 및 피크 값(418C)을 갖는다. 0 dB 감쇠에서의 상관관계(504A)는 도 4b에서 인코딩된 시퀀스(402)에 대한 상관관계와 실질적으로 유사한 반면, 20 dB 감쇠에서의 상관관계(504B)는 유사하게 보이는 피크 값(418B)을 갖지만 0 dB 감쇠에서의 상관관계(504A)의 피크 값(418A)보다 대략적으로 수십 배 작다(예를 들어, 10 배 작다). 30 dB 감쇠에서의 상관관계(504C)는 20 dB 감쇠에서의 상관관계(504B)의 피크 값(418B)보다 대략 3 배 작은 피크 값(418C)을 갖는다.
피크 값(418A, 418B, 418C)은 감쇠에 따라 감소하기 때문에, 마이크로프로세서(240)는 피크 값(418)의 진폭에 기초하여 객체(250)의 표면(예를 들어, 제1 표면(252))의 반사율을 결정하도록 구성될 수 있다는 것을 알아야 한다.
육안으로 보아 산란된 광의 펄스(216)가 거의 구별 가능하지 않은 것으로 보이는 30 dB 감쇠(502C)(도 5a) 조차도, 상관관계는 여전히 도 5b에 도시된 바와 같이 잡음(530)을 통해 피크(418C)를 구별할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 피크들(418A, 418B, 및 418C)의 위치는 타임/클록(242)과 동기화하여 시간의 차이를 결정하는 것을 용이하게 하는 시간 인덱스 0에 위치한다는 것을 또한 이해하여야 한다.
도 6은 LiDAR 시스템(예를 들어, LiDAR 시스템(200), LiDAR 시스템(200') 등)을 인코딩 및 디코딩하기 위한 예시적인 프로세스(600)를 도시한다. 프로세스(600)는 차량에 배치되거나 차량에 포함되는 시스템에 의해 수행될 수 있다. 시스템은 LiDAR 시스템(200 또는 200')(도 2 및 도 3)일 수 있다. 블록(602)에서, 프로세스(600)는 시퀀스 코드를 생성한다. 시퀀스 생성기(244)(도 2 및 도 3)는 마이크로프로세서(240) 내에 내장된 모듈일 수 있다. 일부 예에서, 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스(PRBS) 코드이다. 예를 들어, PRBS 코드는 PRBS-5 코드에 대응하는 25-1 비트를 가질 수 있다. 시퀀스 생성기(244)는 시퀀스 코드를 광원(210)(예를 들어, 내부 변조기(212)) 및 상관기(246)에 제공한다.
블록(604)에서, 프로세스(600)는 광원으로부터 광의 펄스를 시퀀스 코드에 따라 인코딩한다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(210)은 시퀀스 생성기(244)로부터의 신호에 응답하여 광의 펄스(214)를 인코딩하도록 동작 가능한 내부 변조기(212)를 갖는 다이오드 레이저이다. 일부 예에서, 광의 펄스(214)를 인코딩하는 것은 온-오프 키잉에 따라 레이저 다이오드 광원(210)으로의 주입 전류를 변조하는 것을 포함한다. 예를 들어, 내부 변조기(212)는 온-오프 키잉에 따라 레이저 다이오드 광원(210)으로의 주입 전류를 변조하도록 구성된다. 일부 사례에서, 변조기는 광원(210) 및 객체(250)의 광학 경로에 위치한 광-전 변조기(220)와 같은 외부 변조기이다. 광-전 변조기(220)는 마하-젠더 변조기일 수 있다. 일부 예에서, 광의 펄스(214)를 인코딩하는 것은 광원(210)의 광학 경로에 위치한 마하-젠더 변조기를 통해 광의 펄스(214)를 변조하는 것이다. 일부 예에서, 광의 펄스(214)를 인코딩하는 것은 전자-광학 변조기(electro-optical modulator)를 통해 광학 도메인에서 광의 펄스(214)를 변조하는 것을 포함한다.
블록(606)에서, 프로세스(600)는 광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명한다. 즉, 광원(210)(도 2 및 도 3)은 객체(250)의 제1 표면(252)을 조명하는 광의 펄스(214)를 송신할 수 있다. 그 결과, 광 펄스(214)로부터의 일부 광은 제1 표면(252)으로부터 분산되고 직통 산란된 광(216)의 경로에 실질적으로 평행한 광학 경로를 따라 지향될 수 있다.
블록(608)에서, 프로세스(600)는 검출기(예를 들어, 검출기(230))에서, 객체의 조명된 표면으로부터 산란된 광을 검출한다. 즉, 검출기(230)는 제1 표면(252)으로부터 분산되어 광 검출기(230)로 지향된 산란된 광의 펄스(216)를 검출할 수 있다. 광 검출기(230)는 더 많은 산란된 광의 펄스(예를 들어, 산란된 광의 펄스(238))를 수집하는 데 도움이 되는 포토 센서(232), 개구 마스크(234) 및 수렴 렌즈(236)를 포함한다. 특히, 수렴 렌즈(236)는 산란된 광의 펄스들(예를 들어, 산란된 광의 펄스(238))을 수집하여 포토 센서(232)의 초점 영역을 향해 지향시킨다. 일부 사례에서, 산란된 광의 펄스들(예를 들어, 산란된 광의 펄스(238))은 광 펄스(214)로부터 유래하는 인코딩된 산란된 광의 펄스(238), 하나 이상의 표면으로부터 반향하는 분산된 광 펄스(214)로부터 유래하는 반향-산란된 광(218), 및 상이한 광의 펄스(314)로부터 유래하는 상이한 산란된 광의 펄스(318)를 포함한다. 일부 예에서, 포토 센서(232)는 애벌란시 포토 다이오드와 같은 포토 다이오드이다. 일부 예에서, 검출기는 광전자 증배관이다. 일부 예에서, 산란된 광을 검출하는 것은 검출된 산란된 광의 펄스(238)를 디지털 전기 신호로 변환하는 것을 포함한다.
블록(610)에서, 프로세스(600)는 검출된 산란된 광의 펄스를 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하는 시퀀스 코드와 상관시킨다. 예를 들어, 상관기(246)는 신호 생성기(244)로부터의 시퀀스 코드 및 검출기(230)의 A/D 변환기(238)로부터 변환된 디지털 전기 신호를 수신한다. 그 다음에 상관기(246)는 변환된 디지털 전기 신호를 시퀀스 코드와 상관시킨다. 상관관계는 타임/클록(242)과 동기화하여 시간의 차이를 결정하는 것을 용이하게 하는 시간 인덱스 0에 위치하는 피크 값(418)(예를 들어, 도 4b의 피크(418))을 산출한다.
블록(612)에서, 프로세스(600)는 적어도 하나의 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과 하는지를 결정한다. 예를 들어, 마이크로프로세서(240)는 산란된 광(216)과 시퀀스 코드 사이의 상관관계로부터 피크 값(418)의 진폭이 문턱 값(418)을 초과하는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마이크로프로세서는 도 4b에 도시된 피크(118)가 문턱 값(420)을 초과하는 반면, 나머지 상관관계들의 피크들은 문턱 값(420)을 초과하지 않는 것으로 결정할 것이다. 일부 예에서, 문턱 값은 상관기부터의 출력의 평균보다 위의 적어도 하나의 표준 편차이다. 예를 들어, 마이크로프로세서(240)는 상관기(246)의 출력의 표준 편차를 평균한 다음 평균에 표준 편차를 더한 값으로 문턱 값을 설정할 수 있다. 일부 예에서, 마이크로프로세서는 하나의 송수신 사이클로부터 상관기의 출력이 기록된 이후에 결정을 내린다.
블록(614)에서, 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 프로세스(600)는 광의 펄스가 송신되었던 시간과 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정한다. 예를 들어, 타임/클록(242)은 광의 펄스(214)를 산란된 광의 펄스(216)와 짝지어주고 시간차를 결정할 수 있다. 일부 예에서, 타임/클록(242)은 시간 마커들(예를 들어, 타임스탬프들)을 사용한다. 일부 사례에서, 광의 펄스(214)가 발사되면 시간 마커를 트리거시킬 수 있고 시간 인덱스 0에서의 상관관계는 시간 마커를 트리거시킬 수 있다.
블록(616)에서, 프로세스(600)는 시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산한다. 예를 들어, 마이크로프로세서(240)는 2로 나눈 광의 속도를 시간차에 곱하여 객체(250)까지의 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 시간차가 0.8 마이크로 초인 경우, 마이크로프로세서(240)는 객체(250)까지의 거리를 약 120 미터 떨어져 있을 것으로 계산할 것이다(예를 들면, 0.8e-6*2.9979e8/2). 거리를 계산한 후에, 계산기 모듈(310)은 값들을 컴퓨터 판독 가능 매체/메모리(248)에 저장할 수 있다.
임의적 블록(618)에서, 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 프로세스(600)는 피크의 진폭에 기초하여 객체의 표면의 반사율을 결정한다. 예를 들어, 광의 펄스(214)는 객체(250)의 표면(예를 들어, 제1 표면(252))을 조명하고, 이 표면에서 광은 분산되고 산란된 광(218)의 일부는 검출기(230)로 지향된다. 고도 반사 표면의 경우, 산란된 광(218) 중 많은 부분(예를 들어, 백분율)은 검출기(230)로 지향되는 반면, 낮은 반사 표면의 경우 산란된 광(218) 중 많은 부분(예를 들어, 백분율)은 검출기(230)로 지향된다. 상관관계 피크(418)의 진폭은 감쇠(도 5b)에 따라 감소하고 감쇠는 표면의 반사율에 비례하기 때문에, 마이크로프로세서(240)는 피크 값(418)의 진폭에 기초하여 객체(250)의 표면(예를 들어, 제1 표면(252))의 반사율을 결정하도록 구성될 수 있으리라고 생각된다. 도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예에 따라, 복귀된 산란된 광들을 펄스 신호들과 상관시키기 위한 예시적인 LiDAR 시스템을 도시한다. 도시된 예에서, LiDAR 시스템(700)은 송신기(702) 및 수신기(704)를 포함한다. 송신기(702)는 광원을 사용하여, 두 개의 상이한 시간에 제1 펄스 그룹 신호(706) 및 제2 펄스 그룹 신호(708)를 송신한다. 펄스 그룹 신호는 비교적 작은 시간 간격들만큼 떨어져 이격된 하나 이상의 펄스의 그룹을 포함할 수 있다. 따라서, 펄스 그룹 신호는 하나 이상의 피크를 가질 수 있다. 도시된 예에서, 제1 펄스 그룹 신호(706)는 단일 펄스를 포함하고 이에 따라 하나의 피크를 포함하는 반면, 제2 펄스 그룹 신호(708)는 두 개의 펄스를 포함하고 이에 따라 두 개의 피크를 포함한다. 도시된 예에서, 제1 펄스 그룹 신호(706)의 펄스 신호와 제2 펄스 그룹 신호(708)의 펄스 신호는 동일한 파장과 연관된다. 일부 예에서, 펄스 그룹 신호들(706 및 708)은 다른 특성들, 예컨대 펄스 폭, 펄스 형상 및/또는 펄스 그룹 내의 펄스 반복 주기에 있어서 상이하다.
제1 펄스 그룹 신호(706) 및 제2 펄스 그룹 신호(708)는 시간 간격에 의해 분리된다. 시간 간격은 두 그룹 신호가 서로 중첩하지 않도록 충분히 크게 설정된다. 도시된 바와 같이, 펄스 그룹 신호들(706 및 708)의 송신 사이의 시간 간격은 펄스 그룹 신호(708) 내 두 개의 펄스 사이의 시간 간격보다 크다. 이것은 펄스 그룹 신호들(706 및 708)로부터의 산란된 광들이 구별되는 두 개의 그룹 신호로서 인식되는 가능성을 개선한다. 또한, 일부 예에서, 산란되었던 이후에도 시스템이 그룹 내의 피크들의 수를 여전히 구별할 수 있는 한, 펄스 그룹 신호 내 펄스들간의 시간 간격들을 가능한 작게 설정하는 것이 바람직하다는 것을 이해하여야 한다. 이것은 다수의 그룹 신호로부터의 산란된 광들을 산란된 이후에 다수의 구별되는 (예를 들어, 중첩하지 않는) 펄스 그룹 신호들로서 인식되게 하는 데 추가로 도움이 된다.
수신기(704)는 광 검출기를 사용하여, 제1 복귀된 펄스 그룹 신호(712) 및 제2 복귀된 펄스 그룹 신호(714)를 수신한다. 각각의 복귀된 펄스 그룹 신호에 대해, 시스템은 이것이 어느 송신된 펄스 그룹 신호에 대응하는지에 대해 결정을 내린다. 예를 들어, 시스템은 제2 복귀된 펄스 그룹 신호(714) 내 두 개의 펄스(또는 피크)를 식별하고 이에 따라 제2 복귀된 펄스 그룹 신호(714)가 제2 펄스 그룹 신호(708)에 대응한다고 결정한다. 따라서, 시스템은 펄스 그룹 신호(708)가 송신된 때의 시간 및 펄스 그룹 신호(714)가 수신된 때의 시간에 기초하여 거리를 결정한다.
또한, 시스템은 제1 복귀된 펄스 그룹 신호(712) 내의 하나의 펄스(또는 피크)를 식별하고 이에 따라 제1 복귀된 펄스 그룹 신호(712)가 제1 펄스 그룹 신호(706)에 대응한다고 결정한다. 따라서, 시스템은 펄스 그룹 신호(706)가 송신된 때의 시간 및 펄스 그룹 신호(712)가 수신된 때의 시간에 기초하여 거리를 결정한다.
LiDAR 시스템(700)은 복귀된 펄스 그룹 신호들(712 및 714)이 수신되는 순서에 관계없이 복귀된 펄스 그룹 신호들(712 및 714)을 각각의 송신된 신호들에 상관시킬 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 제1 펄스 그룹 신호(706)가 상대적으로 멀리 떨어진 객체에 의해 산란되는 반면에 제2 펄스 그룹 신호(708)가 비교적 가까운 객체에 의해 산란된다면, (제2 펄스 그룹 신호(708)에 대응하는) 복귀된 펄스 그룹 신호(714)는 복귀된 펄스 그룹 신호(712)에 앞서 수신될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 시스템은 여전히 복귀된 펄스 그룹 신호(714)에서 식별된 피크들의 수에 기초하여 복귀된 펄스 그룹 신호(714)를 나중에 송신된 펄스 그룹 신호(708)와 정확하게 상관시킬 수 있다.
동일한 소스로부터 유래된 산란된 광을 구별하는 위에서 설명한 방법은 LiDAR 시스템의 분해능을 개선한다. 대응하는 광 펄스들이 송신되었던 순서와 상이한 순서로 수신된 산란된 광들을 정확하게 상관시킬 수 없는 통상의 시스템에서, 시스템은 예를 들어, 신호를 송신한 다음에 다음 신호를 송신하기 전에 LiDAR가 설계된 가장 먼 거리까지 왕복 이동하는 데 소요되는 최대 시간을 기다림으로써, 산란된 광들이 동일한 순서로 도달하도록 보장할 필요가 있을 수 있다. 위에서 설명한 방법을 사용하면, 시스템은 두 개의 연속적인 신호를 송신하는 사이에 최대 비행 시간을 기다릴 필요가 없다. 예를 들어, 제1 펄스 그룹 신호(706)를 송신하는 것과 제2 펄스 그룹 신호(708)를 송신하는 것 사이의 시간은 시스템의 설계 사양에 따라 광 펄스가 가장 멀리 있는 객체들에 도달하는 왕복 비행 시간보다 작을 수 있다. 따라서, 시스템은 펄스 신호들을 더 높은 주파수에서 송신할 수 있고, 따라서 검출의 범위를 감소시키지 않으면서 시야에서 더 높은 분해능을 얻을 수 있다.
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예에 따라, LiDAR 시스템에 의해 송신된 예시적인 펄스 신호들의 세트를 도시한다. 도시된 바와 같이, 펄스 신호들의 세트는 펄스 그룹 신호들(706 및 724)을 포함하는 제1 복수의 펄스 그룹 신호뿐만 아니라, 펄스 그룹 신호들(708, 720, 722 및 726)을 포함하는 제2 복수의 펄스 그룹 신호를 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 복수의 펄스 그룹 신호는 상대적으로 멀리 있는 객체들을 검출하기 위한 것이고, 제2 복수의 펄스 그룹 신호는 상대적으로 가까운 객체들을 검출하기 위한 것이다. 이러한 시스템은 LiDAR 시스템의 검출 범위를 감소시키지 않으면서 검출된 지점들의 밀도를 증가시키기 위해 다수의 시드 레이저(seed laser)를 위한 전자 장치들을 가질 필요를 없애 준다. 도시된 바와 같이, 제1 복수의 펄스 그룹 신호(예를 들어, 706, 724)는 제2 복수의 펄스 그룹 신호(예를 들어, 708, 720, 722, 726)보다 큰 진폭을 갖는다. 신호들(706 및 724)의 더 높은 진폭은 이들 신호들이 더 멀리 있는 객체들을 거리 측정하는 데 사용될 수 있게 한다. 또한, 제1 복수의 신호(706 및 724)는 시간 간격(t1)만큼 분리되어 있다. 일부 예에서, 시간 간격(t1)은 LiDAR 시스템이 설계된 가장 먼 거리까지 광 펄스가 왕복 이동하는데 소요되는 최대 시간일 수 있고; 따라서, 시스템은 "최초 도달" 접근법을 사용하여 제1 복수의 신호들 사이를 구별할 수 있다. 또한, 제2 복수의 신호(708 및 720)는 시간 간격(t2)만큼 분리되어 있다. 위에서 설명한 방법에 따라, 시스템은 각각의 산란된 광의 각각의 피크 수에 기초하여 제1 복수의 신호에 대응하는 산란된 광과 제2 복수의 신호에 대응하는 산란된 광 사이를 구별할 수 있다.
일부 예에서, 제1 복수의 펄스 그룹 신호 각각은 이웃한 펄스 그룹 신호로부터 동일한 시간 간격(t1)만큼 분리되고, 제2 복수 펄스 그룹 신호 각각은 이웃한 펄스 그룹 신호로부터 동일한 시간 간격(t2)만큼 분리된다. (t1)과 (t2) 사이의 비율은 제1 복수의 펄스 그룹 신호 중 어느 것도 제2 복수의 펄스 그룹 신호 중 어느 것과 중첩하지 않도록 구성된다.
도 7b는 동일한 소스로부터 유래된 산란된 광들을 구별하는 것을 도시하지만, 방법은 상이한 소스들로부터의 광의 펄스들을 구별하는데 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 제1 LiDAR 시스템은 (706 및 724)를 포함하는 제1 복수의 펄스 그룹 신호를 송신하도록 구성될 수 있는 반면, 제2 LiDAR 시스템은(708, 720, 722 및 726)을 포함하는 제2 복수의 펄스 그룹 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 각각의 산란된 광에 대해, 제1 LiDAR 시스템은 산란된 광 내의 펄스들(및/또는 피크들)의 수를 식별하고 산란된 광이 제1 또는 제2 LiDAR 시스템으로부터 유래한 것인지를 결정할 수 있다.
예시적인 방법들, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 시스템들 및 전자 디바이스들이 다음의 항목들에서 제시된다:
1. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템으로서,
광원 - 광원은 광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명하도록 구성됨 -;
시퀀스 생성기로부터의 신호에 응답하여 시퀀스 코드에 따라 광의 펄스를 인코딩하도록 동작 가능한 변조기;
광 펄스로부터 유래하는 객체의 표면으로부터의 산란된 광의 펄스를 검출하도록 구성된 광 검출기;
광 검출기에 전기적으로 연결된 상관기 - 상관기는 산란된 광의 펄스를 시퀀스 코드와 상관시키고 산란된 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하도록 구성됨 -; 및
광원 및 상관기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는:
피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하고;
피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라:
광의 펄스가 송신되었던 시간과 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하고;
시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산하도록 구성되는, LiDAR 스캐닝 시스템.
2. 항목 1에 있어서, 광원은 레이저 다이오드 광원인, LiDAR 스캐닝 시스템.
3. 항목 2에 있어서, 변조기는 온-오프 키잉에 따라 레이저 다이오드로의 주입 전류를 변조하도록 구성된, LiDAR 스캐닝 시스템.
4. 항목들 1-3 중 임의의 항목에 있어서, 변조기는 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 광-전 변조기인, LiDAR 스캐닝 시스템.
5. 항목들 1-4 중 임의의 항목에 있어서, 변조기는 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 마하-젠더 변조기인, LiDAR 스캐닝 시스템.
6. 항목들 1-5 중 임의의 항목에 있어서, 검출기는 포토 다이오드인, LiDAR 스캐닝 시스템.
7. 항목들 1-6 중 임의의 있어서, 검출기는 광전자 증배관인, LiDAR 스캐닝 시스템.
8. 항목들 1-7 중 임의의 항목에 있어서, 검출기는 검출된 산란된 광의 펄스를 전기 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그 대 디지털 변환기를 더 포함하는, LiDAR 스캐닝 시스템.
9. 항목들 1-8 중 임의의 있어서, 상관기는 마이크로프로세서에 내장된 모듈인, LiDAR 스캐닝 시스템.
10. 항목들 1-9 중 임의의 항목에 있어서, 상관기는 4 파장 혼합을 구현하도록 구성된 광학 변조기인, LiDAR 스캐닝 시스템.
11. 항목들 1-10 중 임의의 항목에 있어서, 시퀀스 생성기는 마이크로프로세서에 내장된 모듈인, LiDAR 스캐닝 시스템.
12. 항목들 1-11 중 임의의 항목에 있어서, 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드인, LiDAR 스캐닝 시스템.
13. 항목 12에 있어서, 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드는 PRBS-5인, LiDAR 스캐닝 시스템.
14. 항목들 1-13 중 임의의 항목에 있어서, 문턱 값은 상관기로부터의 출력의 평균보다 위의 적어도 하나의 표준 편차인, LiDAR 스캐닝 시스템.
15. 항목들 1-14 중 임의의 항목에 있어서, 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 마이크로프로세서는 피크 값의 진폭에 기초하여 객체의 표면의 반사율을 결정하도록 추가로 구성되는, LiDAR 스캐닝 시스템.
16. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 검출을 위한 방법은:
광원으로부터 광의 펄스를 시퀀스 코드에 따라 인코딩하는 단계;
광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명하는 단계;
검출기에서, 조명된 객체의 표면으로부터 산란된 광의 펄스를 검출하는 단계;
검출된 산란된 광의 펄스를 산란된 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하는 시퀀스 코드와 상관시키는 단계;
피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하는 단계;
피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라:
광의 펄스가 송신되었던 시간과 산란된 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하는 단계;
시간차에 기초하여 객체의 표면까지의 거리를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 항목 16에 있어서, 피크의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 피크의 진폭에 기초하여 객체의 표면의 반사율을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 검출을 위한, 방법.
18. 항목들 16-17 중 임의의 항목에 있어서, 광원은 레이저 다이오드인, 방법.
19. 항목 18에 있어서, 광의 펄스를 인코딩하는 단계는 온-오프 키잉에 따라 레이저 다이오드로의 주입 전류를 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 항목들 16-19 중 임의의 항목에 있어서, 광의 펄스를 인코딩하는 단계는 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 전자-광학 변조기를 통해 광학 도메인에서 광의 펄스를 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 항목들 16-20 중 임의의 항목에 있어서, 광의 펄스를 인코딩하는 단계는 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 마하-젠더 변조기를 통해 광의 펄스를 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 항목들 16-21 중 임의의 항목에 있어서, 검출기는 포토 다이오드인, 방법.
23. 항목들 16-22 중 임의의 항목에 있어서, 검출기는 광전자 증배관인, 방법.
24. 항목들 16-23 중 임의의 항목에 있어서, 산란된 광의 펄스를 검출하는 단계는 검출된 산란된 광의 펄스를 전기 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 항목들 16-24 중 임의의 항목에 있어서, 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드인, 방법.
26. 항목 25에 있어서, 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드는 PRBS-5인, 방법.
27. 항목들 16-26 중 임의의 항목에 있어서, 문턱 값은 상관기로부터의 출력의 평균보다 위의 적어도 하나의 표준 편차인, 방법.
28. 항목들 16-27 중 임의의 항목에 있어서, 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라, 피크 값의 진폭에 기초하여 객체의 표면의 반사율을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
29. 컴퓨터에 의해 구현되는 방법으로서:
광원 및 광 검출기를 갖는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템에서:
광원을 사용하여, 제1 개수의 펄스 신호들을 갖는 제1 펄스 그룹 신호 및 제2 개수의 펄스 신호들을 갖는 제2 펄스 그룹 신호를 송신하는 단계 - 제1 개수는 제2 개수와 상이함 -;
광 검출기를 사용하여, 제3 개수의 펄스 신호들을 갖는 복귀된 펄스 그룹 신호를 수신하는 단계;
제3 개수의 펄스 신호들에 기초하여, 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호 또는 제2 펄스 그룹 신호에 대응하는지를 결정하는 단계;
복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제1 펄스 그룹 신호에 기초하여 제1 거리를 결정하는 단계; 및
복귀된 펄스 그룹 신호가 제2 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제2 펄스 그룹 신호에 기초하여 제2 거리를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
30. 항목 29에 있어서, 제1 개수는 1인, 방법.
31. 항목들 29-30 중 임의의 항목에 있어서, 제1 펄스 그룹 신호의 펄스 신호들 및 제2 펄스 그룹 신호의 펄스 신호들은 동일한 파장과 연관되는, 방법.
32. 항목들 29-31 중 임의의 항목에 있어서, 제1 펄스 그룹 신호의 송신과 제2 펄스 그룹 신호의 송신 사이의 시간은 시스템의 설계 사양에 따라 광 펄스가 가장 멀리 있는 객체들에 도달하는 왕복 비행 시간보다 작은, 방법.
33. 항목들 29-32 중 임의의 항목에 있어서:
제1 펄스 그룹 신호를 포함하는 제1 복수의 펄스 그룹 신호를 송신하는 단계 - 제1 복수의 펄스 그룹 신호 각각은 이웃한 제1 복수의 펄스 그룹 신호로부터 제1 시간 간격만큼 분리됨 -;
제2 펄스 그룹 신호를 포함하는 제2 복수의 펄스 그룹 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 제2 복수의 펄스 그룹 신호 각각은 이웃한 제2 복수 펄스의 펄스 그룹 신호로부터 제2 시간 간격만큼 분리되며, 제1 시간 간격은 상이한 제2 시간 간격과 상이한, 방법.
34. 항목 33에 있어서, 제1 복수의 펄스 그룹 신호는 제1 진폭과 연관되고, 제2 복수의 펄스 그룹 신호는 제1 진폭과 상이한 제2 진폭과 연관되는, 방법.
35. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템으로서,
광원 - 광원은 제1 개수의 펄스 신호들을 갖는 제1 펄스 그룹 신호 및 제2 개수의 펄스 신호들을 갖는 제2 펄스 그룹 신호를 송신하도록 구성되고, 제1 개수는 제2 개수와 상이함 -;
제3 개수의 펄스 신호들을 갖는 복귀된 펄스 그룹 신호를 검출하도록 구성된 광 검출기;
광원 및 광 검출기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는 제3 개수의 펄스 신호들에 기초하여, 복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호 또는 제2 펄스 그룹 신호에 대응하는지를 결정하고;
복귀된 펄스 그룹 신호가 제1 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제1 펄스 그룹 신호에 기초하여 제1 거리를 결정하고;
복귀된 펄스 그룹 신호가 제2 펄스 그룹 신호에 대응한다는 결정에 따라, 복귀된 펄스 그룹 신호 및 송신된 제2 펄스 그룹 신호에 기초하여 제2 거리를 결정하도록 구성되는, LiDAR 스캐닝 시스템.
개시된 프로세스들 및/또는 흐름도들에서 블록들의 특정 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근법들의 예시라고 이해된다. 설계 선호들에 따라, 프로세스들 및/또는 흐름도들에서 블록들의 특정 순서 또는 계층 구조는 재 배열될 수 있을 것으로 이해된다. 또한, 일부 블록들은 결합되거나 생략될 수 있다. 첨부의 방법 청구항들은 다양한 블록의 요소들을 샘플 순서로 제시하는 것이지, 제시된 특정 순서 또는 계층 구조로 제한되는 것으로 의미하지 않는다.
이전의 설명은 관련 기술분야에서 통상의 기술자가 본 명세서에 설명된 다양한 양태를 실시할 수 있도록 제공된다. 관련 기술분야에서 통상의 기술자에게는 이러한 양태들에 대한 다양한 수정이 쉽게 명백할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 다른 양태들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구 범위는 본 명세서에 도시된 양태들로 제한되는 것으로 의도되지 않고, 언어 청구 범위와 일관하는 전체 범위에 일치되어야 하고, 단수의 요소에 대해 언급하는 것은 명확하게 그렇다고 언급하지 않는 한, "하나 및 오직 하나"를 의미하는 것으로 의도되지 않고, 오히려 "하나 이상"인 것으로 의도된다. 본 명세서에서 "예시적인"이라는 단어는 "예, 사례 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인"으로 설명된 임의의 양태는 반드시 다른 양태들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지 않는다. 명확하게 달리 언급하지 않는 한, "일부"라는 용어는 하나 이상을 의미한다. "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", 및 "A, B, C 또는 이들의 임의의 조합"은 A, B 및/또는 C의 임의의 조합을 포함하고, 다수의 A, 다수의 B 또는 다수의 C를 포함할 수 있다. 구체적으로는, "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상" 및 "A, B, C 또는 이들의 임의의 조합"은 A 만, B 만, C 만, A와 B, A와 C, B와 C 또는 A와 B와 C일 수 있고, 그러한 임의의 조합은 A, B 또는 C의 하나 이상의 멤버 또는 멤버들을 포함할 수 있다. 관련 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려 지거나 나중에 알려지게 되는 본 개시내용 전체에 걸쳐 설명되는 다양한 양태의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들은 본 명세서에서 참조 문헌으로 명시적으로 포함되고 청구 범위에 포함되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 명세서에서 개시된 어떠한 것도 그러한 개시내용이 청구 범위에 명시적으로 언급되었는지에 관계없이 공공에 헌납하려는 의도는 없다. "모듈", "메커니즘", "요소", "디바이스" 등의 단어들은 "수단"이라는 단어를 대신할 수 없다. 이와 같이, 청구항 요소가 "하기 위한 수단"이라는 문구를 사용하여 명시적으로 인용되지 않는 한, 어떠한 청구항 요소도 35 USC §112(f)에 따라 해석되어서는 안된다.

Claims (20)

  1. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템으로서,
    광원 - 상기 광원은 광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명하도록 구성됨 -;
    시퀀스 생성기로부터의 신호에 응답하여 시퀀스 코드에 따라 상기 광의 펄스를 인코딩하도록 동작 가능한 변조기;
    상기 광 펄스로부터 유래하는 상기 객체의 표면으로부터의 산란된 광의 펄스를 검출하도록 구성된 광 검출기;
    상기 광 검출기에 전기적으로 연결된 상관기 - 상기 상관기는 상기 산란된 광의 펄스를 상기 시퀀스 코드와 상관시키고 상기 산란된 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하도록 구성됨 -; 및
    상기 광원 및 상기 상관기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서
    를 포함하고,
    상기 마이크로프로세서는:
    상기 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하고;
    상기 피크 값의 진폭이 상기 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라:
    상기 광의 펄스가 송신되었던 시간과 상기 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하고;
    상기 시간차에 기초하여 상기 객체의 표면까지의 거리를 계산하고;
    상기 피크 값의 진폭에 기초하여 상기 객체의 표면의 반사율을 결정하도록 구성되는, LiDAR 스캐닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 다이오드 광원인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변조기는 온-오프 키잉(on-off keying)에 따라 상기 레이저 다이오드로의 주입 전류를 변조하도록 구성된, LiDAR 스캐닝 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는 상기 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 광-전 변조기(opto－electrical modulator)인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는 광의 펄스의 광학 경로에 위치한 마하-젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator)인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출기는 포토 다이오드인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출기는 광전자 증배관(photomultiplier tube)인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 검출된 산란된 광의 펄스를 전기 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그 대 디지털 변환기를 더 포함하는, LiDAR 스캐닝 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상관기는 상기 마이크로프로세서에 내장된 모듈인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상관기는 4 파장 혼합(four-wave-mixing)을 구현하도록 구성된 광학 변조기인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시퀀스 생성기는 상기 마이크로프로세서에 내장된 모듈인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드(pseudorandom bit sequence code)인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드는 PRBS-5인, LiDAR 스캐닝 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 문턱 값은 상기 상관기로부터의 하나 이상의 피크 값의 평균보다 적어도 하나의 표준 편차만큼 큰, LiDAR 스캐닝 시스템.
  15. 삭제
  16. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 검출을 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    광원으로부터 광의 펄스를 시퀀스 코드에 따라 인코딩하는 단계;
    상기 광의 펄스를 송신하여 객체의 표면을 조명하는 단계;
    검출기에서, 상기 조명된 객체의 표면으로부터 산란된 광의 펄스를 검출하는 단계;
    상기 검출된 산란된 광의 펄스를, 상기 산란된 광의 펄스가 수신되는 시간과 연관된 피크 값을 출력하는 상기 시퀀스 코드와 상관시키는 단계;
    상기 피크 값의 진폭이 문턱 값을 초과하는지를 결정하는 단계;
    상기 피크 값의 진폭이 상기 문턱 값을 초과한다는 결정에 따라:
    상기 광의 펄스가 송신되었던 시간과 상기 산란된 광의 펄스가 수신된 시간 사이의 시간차를 결정하는 단계;
    상기 시간차에 기초하여 상기 객체의 표면까지의 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 피크 값의 진폭에 기초하여 상기 객체의 표면의 반사율을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 시퀀스 코드는 의사 랜덤 비트 시퀀스 코드인, 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 문턱 값은 상기 검출된 산란된 광의 펄스를 상기 시퀀스 코드와 상관시킴으로써 획득된 상관 값들의 평균보다 적어도 하나의 표준 편차만큼 큰, 방법.
  20. 삭제
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