KR102610763B1 - 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하고, 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하고, 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 기준 개수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다. 본 발명을 통해, 신호 처리 시간의 물리적인 제약으로 인해 멀티 송광 알고리즘의 적용이 불가능한 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다의 태양광 잡음을 효과적으로 제거하는 효과를 제공할 수 있다.

Description

라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REDUCING NOISE OF LIDAR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
라이다는 레이저를 송광시켜 표적에 반사되어 들어오는 레이저의 시간을 측정해서 거리를 측정하는 센서로, 모터 스캔 타입의 라이다는 스캔되는 화각에 대응하여 주어진 시간 동안 레이저를 탐지하기 위해 단시간에 신호 수신, 잡음 제거, 거리 검출 등의 연산을 수행하고 완료해야 한다. 특히 고감도 수광 센서가 적용된 라이다는 반사되어 들어오는 신호의 감도가 매우 우수한 특성을 갖지만, 태양광 잡음에도 민감한 특성을 가져 수신단의 신호 처리부에서 잡음이 정확하게 제거 되지 않으면 성능이 저하되는 주요 원인이 된다. 고감도 수광 센서가 적용된 라이다에서는 이를 극복하기 위해 멀티 송광 알고리즘이 사용되지만, 모터 스캔 타입의 라이다는 수백번의 멀티 송광을 적용하기에는 물리적인 신호처리 시간의 한계와 고속의 데이터 처리에 따른 전력 소모 및 발열량이 증가되는 문제가 발생된다.
이에 따라, 모터 스캔 타입의 고감도 수광 센서가 적용된 라이다의 잡음을 멀티 송광 알고리즘 없이 효과적으로 제거하는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명의 실시 예는, 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시 예는, 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 한정된 시간 내에 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 신호 처리 시간의 물리적인 제약으로 인해 멀티 송광 알고리즘의 적용이 불가능한 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다의 태양광 잡음을 효과적으로 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다가 검출하려는 표적이 원거리의 타겟인지 또는 근거리의 타겟인지 여부에 따라 임계 전압을 다르게 조정하여 잡음을 효과적으로 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 별도의 ADC(Analog-Digital Converter)를 적용하지 않고, 임계 전압을 동적으로 가변 제어하여, 라이다 제조 원가를 절감하는 동시에 효율적인 잡음 제거를 수행하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치는 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 수광부, 상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 비교부, 및 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 기준 횟수는, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간에 따라 설정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 임계 전압은, 초기 값이 상기 수광부에서 출력될 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 높은 값으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 상기 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 상기 임계 전압을 증가시키고, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 상기 임계 전압을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 광신호를 출력하는 송광부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 임계 전압이 유지되는 경우, 상기 송광부를 통해 광신호를 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 송광부를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하고, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 시간 정보를 기반으로 각각의 회차의 전기 신호를 비교하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부가 상기 송광부를 통해 광신호를 출력하는 횟수는, 상기 라이다의 수평 단위 화각을 스캔하는 시간에서 상기 라이다의 최대 검출 거리에 대응하는 시간에 상기 광신호를 출력하는 횟수를 곱하여 뺀 값이 상기 전기 신호에 대한 연산을 처리하는 시간보다 크도록 결정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호 중 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는 전기 신호를 상기 유효 신호로 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 임계 시간은, 상기 라이다의 표적의 거리에 대해 기 설정된 오차 범위에 따라 정해질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 라이다가 근거리의 표적을 타겟으로 하는 경우, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 2 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치는 라이다에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 수광부, 상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 비교부, 및 상기 수광부에서 출력된 전기 신호를 기반으로 ADC(Analog-Digital Converter)를 통해 잡음의 레벨 정도를 모니터링하고, 상기 모니터링한 잡음의 레벨 정도를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 방법은 라이다에 구비된 수광부가, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계, 비교부가, 상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 단계, 및 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 기준 횟수는, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간에 따라 설정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 임계 전압은, 초기 값이 상기 수광부에서 출력될 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 높은 값으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부가, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부가, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 개수보다 많은 경우, 상기 임계 전압을 증가시키는 단계, 및 상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 상기 임계 전압을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부가, 상기 임계 전압이 유지되는 경우, 송광부를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하는 단계, 및 상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 시간 정보를 기반으로 각각의 회차의 전기 신호를 비교하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부가, 상기 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호 중 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는 전기 신호를 상기 유효 신호로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 임계 시간은, 상기 라이다의 표적의 거리에 대해 기 설정된 오차 범위에 따라 정해질 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터 스캔 타입의 고감도 수광 라이다의 잡음을 한정된 시간 내에 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 신호 처리 시간의 물리적인 제약으로 인해 멀티 송광 알고리즘의 적용이 불가능한 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다의 태양광 잡음을 효과적으로 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다가 검출하려는 표적이 원거리의 타겟인지 또는 근거리의 타겟인지 여부에 따라 임계 전압을 다르게 조정하여 잡음을 효과적으로 제거하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 별도의 ADC(Analog-Digital Converter)를 적용하지 않고, 임계 전압을 동적으로 가변 제어하여, 라이다 제조 원가를 절감하는 동시에 효율적인 잡음 제거를 수행하는 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다의 물리 사양을 예시적으로 나타내는 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임계 전압 제어 관련 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교부의 파형과 임계 전압을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 임계 전압을 가변 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 가변 제어하는 임계 전압과 잡음을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 3회 송수광에 따라 획득한 신호를 비교하여 유효 신호를 검출하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리의 표적을 타겟으로 하는 라이다 잡음 제거 장치가 가변 제어하는 임계 전압과 잡음을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 수광부(110), 비교부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)의 내부 또는 외부에 구현될 수 있다. 이때, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 하드웨어 장치로 구현되어 연결 수단에 의해 라이다의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다와 일체로 구현될 수도 있고, 라이다와 별개의 구성으로 라이다에 설치/부착되는 형태로 구현될 수도 있고, 또는 일부는 라이다와 일체로 구현되고, 다른 일부는 라이다와 별개의 구성으로 라이다에 설치/부착되는 형태로 구현될 수도 있다.
수광부(110)는 라이다에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 수광부(110)는 수광 센서 또는 증폭기(AMP, Amplifier) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 예로, 수광 센서는 SiPM(Silicon Photo Multiplier)을 포함할 수 있다.
SiPM과 같은 고감도 수광 센서를 통해 광신호를 검출하는 경우, 한 개의 광자도 검출할 수 있어, PD(Photo Diode), APD(Avalanche Photo Diode)와 같은 기존의 센서에 대비하여 매우 우수한 감도를 가질 수 있다.
그러나, 고감도 수광 센서를 통해 광신호를 검출하는 경우, 수광 센서의 고감도 특성으로 인해 표적을 검출하기 위해 필요한 표적에 반사된 반사광 외에도 광잡음이 함께 검출될 수 있다.
이에 따라, 고감도 수광 센서를 통해 광신호를 검출하는 경우, 잡음 제거가 효과적으로 이루어지지 않는다면 표적 검출의 정확도가 떨어지는 현상이 발생할 수 있어, 효과적인 잡음 제거가 필수적이다.
일 예로, 수광부(110)는 비교부(120)와 무선 또는 유선 통신을 통해, 직접 또는 간접적으로 연결되어, 출력한 전기 신호를 송신할 수 있다.
비교부(120)는 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출할 수 있다.
비교부(120)는 비교기(Analogue Comparator)를 포함할 수 있다.
일 예로, 비교부(120)는 비교기를 통해 수광부(110)에서 출력된 전기 신호와 제어부(130)에서 제어되는 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출할 수 있다.
일 예로, 비교기는 수광부(110)에서 출력된 전기 신호가 임계 전압보다 더 큰 경우, 임계 전압이 수광부(110)에서 출력된 전기 신호보다 더 큰 경우, 임계 전압과 수광부(110)에서 출력된 전기 신호가 같은 경우 각각에 대응하는 서로 다른 결과값을 출력할 수 있다.
일 예로, 비교부(120)는 검출한 임계 전압보다 큰 전기 신호에 대한 정보를 제어부(130)에 송신할 수 있다.
제어부(130)는 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(130)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(130)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어부(130)는 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산 등을 수행할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 디지털 신호 처리를 수행하는 라이다의 펌웨어(Firmware) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어부(130)는 비교부(120)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
임계 전압은 고정된 값이 아닌, 주어진 환경에 따라 동적으로 제어되어야할 필요가 있다.
임계 전압을 제어하는 주요 목적은 다채널로 구성된 라이다 시스템에서 외부 환경에 따라 자동으로 임계 전압이 조절되어 특정 신호 레벨보다 큰 유효 신호만을 선별하는 기능을 수행하기 위함일 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 비교부(120)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 개수보다 많은 경우, 임계 전압을 증가시키고, 비교부(120)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 개수보다 적은 경우, 임계 전압을 감소시킬 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 제어한 임계 전압에 대한 정보를 비교부(120)에 송신할 수 있다.
일 예로, 제 1 기준 개수는 비교부(120)를 통해 검출된 전기 신호의 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간에 따라 설정될 수 있다.
태양광 잡음은 균등한 레벨의 출력을 가지며, 표적은 라이다로부터 멀어질수록 표적에 반사된 반사광의 출력 레벨은 낮아진다.
표적이 근거리에 있는 경우, 표적에 반사된 반사광의 출력은 태양광 잡음에 비해 상대적으로 높아 용이한 검출이 가능하지만, 원거리에 존재하는 경우, 잡음과 구분이 어려울 수 있어, 최대한 많은 수의 잡음 신호를 검출하여 이를 분석하는 것이 필요하다.
하지만, 전기 신호의 신호 처리를 위해 이전 신호와 다음 신호를 구분하는 최소 시간의 단위가 정해져 있을 수 있어, 이를 고려하여 최대한 많은 횟수의 잡음 신호를 검출해야 한다.
예를 들어, 라이다의 최대 검출 거리가 300m라면 라이다에서 송광되는 레이저가 라이다로부터 300m에 위치한 표적에 반사되어 돌아오는 과정에서 걸리는 시간은 2㎲로 산출되고, 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간은 16ns로 정해져 있다고 가정한다면, 2㎲를 16ns로 나누어 최대 125개의 신호의 검출이 가능하다. 따라서, 이 경우, 제 1 기준 횟수는 125개로 설정될 수 있다.
일 예로, 제 1 기준 횟수는 제어부(130)를 통해 그 횟수가 산출되어 설정되거나, 또는 라이다의 제조 시 라이다의 사양에 따라 설정될 수 있다.
일 예로, 임계 전압은 초기 값이 수광부(110)에서 출력될 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 높은 값으로 설정될 수 있다.
초기 임계 전압을 높게 설정한다면, 초기에 검출되는 신호가 없는 조건을 만들 수 있다.
예를 들어, 수광부(120)에 포함된 AFE(Analogue Front End)의 최대 출력이 1.5V로 정해져 있어, 수광부(120)에서 출력되는 전기 신호의 최대 출력이 1.5V인 경우, 임계 전압의 초기값은 2V로 설정될 수 있다.
일 예로, 제 1 기준 횟수는 제어부(130)를 통해 그 초기 값이 설정되거나, 또는 라이다의 제조 시 라이다의 사양에 따라 설정될 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
라이다가 모터 스캔 타입인 경우, 라이다는 모터에 의해 표적을 검출하는 수평 방향의 화각을 변화시키며, 표적을 검출할 수 있다.
이 때, 수평 방향의 단위 화각마다 다른 환경에 대응하는 광잡음이 검출될 수 있어, 각각의 수평 단위 화각마다 임계 전압이 동적으로 제어되어야 각각의 수평 단위 화각에 대해 제 1 기준 횟수에 해당하는 신호가 검출될 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 라이다가 모터에 의해 스캔하는 수평 방향의 화각이 변화되는 경우, 수평 단위 화각마다 정해지는 임계 전압을 동적으로 가변 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 라이다가 근거리의 표적을 타겟으로 하는 경우, 비교부(120)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 2 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
일 예로, 제 2 기준 횟수는 1 또는 2로 결정될 수 있다.
근거리를 타겟으로 하는 라이다의 경우, 근거리 표적에 반사되는 반사광에 대응하는 전기 신호의 출력은 광잡음에 비해 상대적으로 높을 수 있다.
따라서, 제 2 기준 횟수가 1로 정해진다면, 신호가 검출되지 않는 초기 임계 전압에서 임계 전압을 하강시켜 처음으로 검출되는 신호는 크기가 가장 큰 신호인 표적에 반사되는 반사광에 대응하는 신호가 되어, 반사광 신호를 쉽게 검출할 수 있다.
제 2 기준 횟수가 2로 정해진다면, 신호의 크기가 가장 큰 반사광에 대응하는 신호와, 광잡음 중 가장 크기가 큰 신호가 검출될 수 있어, 반사광에 대응하는 신호를 검출함과 동시에, 광잡음의 신호 레벨 또한 파악할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 수광부(110)에서 출력된 전기 신호를 기반으로 ADC(Analog-Digital Converter)를 통해 잡음의 레벨 정도를 모니터링하고, 모니터링한 잡음의 레벨 정도를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 수광부(110)의 각 채널별 출력을 ADC 출력으로 변환하여, 잡음의 레벨 정도를 모니터링할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는 임계 전압을 검출되는 신호의 수신 횟수에 따라 가변 제어하는 대신, 수광부(110)에서 출력된 전기 신호를 기반으로 ADC를 통해 모니터링한 잡음의 레벨 정도에 따라, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 라이다 잡음 제거 장치(200)는 수광부(210), 송광부(220), 비교부(230) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.
수광부(210)는 라이다에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
수광부(210)는 도 1의 수광부(110)와 동일하여 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
송광부(220)는 라이다에 구비되어, 광신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 송광부(220)는 제어부(240)에 의해 제어되고, 레이저(Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 광신호를 표적을 향해 출력할 수 있다.
모터 스캔 타입 라이다에 구비된 송광부(220)는 수평 단위 화각마다 광신호를 출력할 수 있다.
비교부(230)는 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출할 수 있다.
비교부(230)는 도 1의 비교부(220)와 동일하여 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제어부(240)는 임계 전압이 유지되는 경우, 송광부(220)를 통해 광신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 제어부(240)는 비교부(230)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 임계 전압을 증가시키고, 비교부(230)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 임계 전압을 감소시킬 수 있다.
이 때, 비교부(230)를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수와 같아지는 경우, 임계 전압은 증가하거나 감소하지 않고 유지되어, 제어부(240)는 송광부(220)를 통해 광신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 제어부(240)는 송광부(220)를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하고, 비교부(230)를 통해 검출된 전기 신호의 시간 정보를 기반으로 각각의 회차의 전기 신호를 비교하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출할 수 있다.
일 예로, 기 설정된 횟수는 3회로 정해질 수 있다.
일 예로, 제어부(240)는 수평 단위 화각마다 표적에 반사되는 반사광 신호의 구분이 가능하도록 송광부(220) 및 수광부(210)를 통해, 3회의 송수광을 수행할 수 있다.
일 예로, 제어부(240)는 수신 신호의 유효성 판단을 위해 최소 3개 이상의 수신 데이터가 필요하여, 3회 이상의 송수광을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 라이다의 최대 검출 거리에 따라 수평 단위 화각별로 한정된 시간을 고려하여 정해진 횟수만큼 수광부(210)를 통해 광신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 제어부(240)가 송광부(220)를 통해 광신호를 출력하는 횟수는 라이다의 수평 단위 화각을 스캔하는 시간에서 라이다의 최대 검출 거리에 대응하는 시간에 광신호를 출력하는 횟수를 곱하여 뺀 값이 전기 신호에 대한 연산을 처리하는 시간보다 크도록 결정될 수 있다.
예를 들어, 라이다의 최대 검출 거리가 300m로 정해지고, 라이다의 수평 단위 화각을 스캔하는 시간이 12.2㎲로 정해진 경우, 라이다에서 송광되는 레이저가 라이다로부터 300m에 위치한 표적에 반사되어 돌아오는 과정에서 걸리는 시간은 2㎲로 산출되고, 광신호를 3회 송수광한다면 잔여 시간은 12.2㎲-(2㎲*3)=6.2㎲가 되어, 6.2㎲동안 전기 신호에 대한 연산을 처리할 수 있다면 제어부(240)는 송광부(220)를 통해 광신호를 출력하는 횟수를 3회로 정할 수 있다.
일 예로, 제어부(240)는 비교부(230)를 통해 검출된 전기 신호 중 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는 전기 신호를 유효 신호로 판단할 수 있다.
제어부(240)가 3회 송수광에 따라 획득한 신호를 비교하여 유효 신호를 검출하는 것은 추후에 도 8을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
일 예로, 임계 시간은 라이다의 표적의 거리에 대해 기 설정된 오차 범위에 따라 정해질 수 있다.
일 예로, 라이다의 오차 범위가 10cm로 설정되어 있는 경우, 10cm를 광신호가 왕복하는 시간은 670ps이므로, 각각의 회차 사이에서 전기 신호에 대응하는 시간의 차이가 670ps보다 작은 전기 신호를 표적에 반사된 반사광에 대응하는 유효 신호로 판단할 수 있다.
도 3은 모터 스캔 타입 고감도 수광 라이다의 물리 사양을 예시적으로 나타내는 표이다.
라이다의 프레임 레이트는 초당 라이다의 출력이 업데이트되는 주기를 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 프레임 레이트는 25Hz로 정해질 수 있다.
라이다의 최대 검출 거리는 라이다로부터 라이다가 검출할 수 있는 표적의 최대 거리를 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 최대 검출 거리는 300m로 정해질 수 있다.
라이다의 수평 화각은 라이다의 모터가 회전하는 영역 중 수평 영역으로 표적의 검출이 가능한 각도 영역을 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 수평 화각은 120도로 정해질 수 있다.
라이다의 수평 단위 화각은 수평 화각 내 세부적으로 표적의 검출이 가능한 각도를 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 수평 단위 화각은 0.22도로 정해질 수 있다.
라이다의 거리 검출 해상도는 표적의 거리 값을 세부적으로 표현하는 단위를 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 거리 검출 해상도는 1cm로 정해질 수 있다.
라이다의 거리 검출 오차 범위는 표적의 거리 값을 표현할 때 발생되는 오차의 범위를 의미할 수 있다.
일 예로, 라이다의 거리 검출 오차 범위는 10cm로 정해질 수 있다.
여기서, 예시를 들기 위해서 정해진 라이다의 프레임 레이트(Frame Rate), 라이다의 최대 검출 거리, 라이다의 수평 화각, 라이다의 수평 단위 화각, 라이다의 거리 검출 해상도 또는 라이다의 거리 검출 오차 범위는 실제로는 라이다의 사양에 따라서 다른 값을 가질 수 있다.
라이다의 사양에 관한 정보는 라이다 잡음 제거 장치(100)에 포함되거나 라이다 잡음 제거 장치(100)와 연결된 메모리에 저장되어 라이다 잡음 제거 장치(100)가 라이다의 사양에 관한 정보를 연산에 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임계 전압 제어 관련 회로를 나타내는 도면이다.
일 예로, 수광부(410)는 수광 센서(411) 및 AMP(412)를 포함할 수 있다.
수광부(410)는 수광 센서(411)를 통해, 입력된 광신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
그리고, 수광부(410)는 변환된 전기 신호를 AMP(412)를 통해 적절한 스케일로 증폭시킬 수 있다.
수광부(410)는 AMP(412)를 통해 증폭된 전기 신호를 비교부(440)에 전달할 수 있다.
제어부(420)는 Threshold DAC(430, Threshold Digital-Analogue Converter)와 연결되어 임계 전압에 대한 정보를 Threshold DAC(430)에 송신할 수 있다.
Threshold DAC(430)는 제어부(420)로부터 전달받은 임계 전압을 기반으로 전기 신호를 출력할 수 있고, 출력한 전기 신호를 비교부(440)에 전달할 수 있다.
비교부(440)는 하나 이상의 비교기를 포함할 수 있다.
비교부(440)는 수광부(410)로부터 수신한 전기 신호와 Threshold DAC(430)로부터 수신한 임계 전압에 대응하는 전기 신호를 비교하여, 비교한 결과를 출력할 수 있다.
일 예로, 비교부(440)는 수광부(410)로부터 수신한 전기 신호와 Threshold DAC(430)로부터 수신한 임계 전압에 대응하는 전기 신호를 비교한 결과를 제어부(420)에 전달할 수 있다.
이 때, 제어부(420)는 비교부(440)로부터 전달받은 수광부(410)로부터 수신한 전기 신호와 Threshold DAC(430)로부터 수신한 임계 전압에 대응하는 전기 신호를 비교한 결과를 기반으로 임계 전압을 증가시키거나, 하강시키거나 또는 유지하는 가변 제어를 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교부의 파형과 임계 전압을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 비교부(120)는 입계 전압(501) 및 입력 전기 신호(502)를 입력받을 수 있다.
일 예로, 비교부(120)는 제어부(130)로부터 임계 전압(501)에 대응하는 전기 신호를 입력받을 수 있고, 수광부(110)로부터 광신호에 대응하는 입력 전기 신호(502)를 입력받을 수 있다.
비교부(120)는 임계 전압(501)과 입력 전기 신호(502)를 비교한 결과값(503)을 출력할 수 있다.
일 예로, 비교부(120)는 임계 전압(501)이 입력 전기 신호(502)보다 큰 경우, 로우(Low) 신호를 출력할 수 있고, 입력 전기 신호(502)가 임계 전압(501)보다 큰 경우, 하이(High) 신호를 출력할 수 있다.
예시의 경우와는 반대로, 비교부(120)는 임계 전압(501)이 입력 전기 신호(502)보다 큰 경우, 하이 신호를 출력할 수 있고, 입력 전기 신호(502)가 임계 전압(501)보다 큰 경우, 로우 신호를 출력할 수도 있다.
다른 일 예로, 비교부(120)는 입력 전기 신호(502)가 제 1 임계 전압보다 커지는 시점부터 하이 신호를 출력하고, 입력 전기 신호(502)가 제 2 임계 전압보다 작아지는 시점부터 로우 신호를 출력할 수도 있다.
이 때, 제 1 임계 전압은 제 2 임계 전압보다 크게 설정될 수 있다.
일 예로, 비교부(120)는 출력된 임계 전압(501)과 입력 전기 신호(502)를 비교한 결과값(503)에 대한 정보를 제어부(130)에 전달할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 임계 전압을 가변 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도 1의 라이다 잡음 제거 장치(100)가 도 6의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 6의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 동작은 라이다 잡음 제거 장치(100)의 제어부(130)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 6을 참조하면, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 초기 임계 전압을 2V로 세팅할 수 있다(S601).
여기서, 2V라는 수치는 예시를 들기 위해 임의로 정한 값이며, 실제로는 수광부가 출력할 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 큰 다른 값으로 정해질 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 초기 임계 전압을 2V로 세팅한 후(S601), 외부 환경을 인지하고, 신호를 모니터링할 수 있다(S602).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 수광부를 통해 외부 환경에 따른 잡음(광잡음)을 감지할 수 있고, 이에 대응하는 전기 신호를 모니터링할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 외부 잡음에 대응하는 전기 신호 중 전기 신호의 크기가 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출할 수 있다.
그리고, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 검출한 신호의 크기가 임계 전압보다 큰 전기 신호의 수신 횟수를 모니터링할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 외부 환경을 인지하고, 신호를 모니터링한 후(S602), 임계 전압을 제어할 수 있다(S603).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 신호의 크기가 임계 전압보다 큰 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 임계 전압을 상승 제어할 수 있고, 신호의 크기가 임계 전압보다 큰 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 임계 전압을 하강 제어할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압을 제어한 후(S603), 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인할 수 있다(S604).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 데드 타임(Dead Time)을 고려하여 정해지는 제 1 기준 횟수와 임계 전압보다 높은 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 같은지 여부를 확인할 수도 있다.
여기서, 데드 타임은 신호 처리를 위해 이전 신호와 다음 신호를 구분하는 최소 시간 단위로 정의될 수 있다.
다른 일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 데드 타임(Dead Time)을 고려하여 정해지는 제 1 기준 횟수와 임계 전압보다 높은 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 같지 않더라도, 임계 전압보다 높은 검출된 전기 신호의 수신 횟수와 제 1 기준 횟수가 임계치보다 작은 차이를 가져 제 1 기준 횟수에 도달했다고 판단할 수 있는 범위에 속하는지 여부를 확인할 수도 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인한 후(S604), 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달하지 않은 것으로 확인된 경우, 다시 S602의 과정으로 돌아가 외부 환경을 인지하고, 신호를 모니터링할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인한 후(S604), 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달한 것으로 확인된 경우, 레이저를 송광할 수 있다(S605).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 송광부를 통해 라이다가 향하는 수평 단위 화각 방향으로 레이저 광신호를 송광할 수 있고, 수광부를 통해 라이다가 향하는 수평 단위 화각 방향의 표적에 반사된 반사광을 포함하는 광신호를 수광할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 레이저를 송광한 후(S605), 수평 단위 화각별 임계 전압을 추가로 제어할 수 있다(S606).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다의 모터에 의해 라이다가 향하는 수평 방향 화각이 변화하는 경우, 새로운 수평 단위 화각에 대한 임계 전압을 다시 새로운 외부 환경에 따라 가변 제어할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)가 새로운 수평 단위 화각에 대한 임계 전압을 다시 새로운 외부 환경에 따라 가변 제어하는 과정은 S601 내지 S604의 과정과 동일하게 진행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 가변 제어하는 임계 전압과 잡음을 나타내는 도면이다.
도 7의 (i) 내지 (iii)의 그래프에서 가로축은 시간을 나타낼 수 있고, 세로축은 전기 신호의 세기(전압)를 나타낼 수 있다.
도 7의 (i)은 라이다 잡음 제거 장치(100)가 레이저를 송광하지 않은 상태에서 초기 임계 전압이 2V로 설정된 상태에서 검출된 태양광 잡음에 대응하는 전기 신호를 나타낸 그래프이다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 초기 임계 전압이 2V로 설정된 상태에서 신호 크기가 임계 전압 보다 큰 전기 신호가 존재하지 않아 제 1 기준 횟수보다 임계 전압 보다 큰 전기 신호의 수신 횟수가 적으므로, 임계 전압을 하강시킬 수 있다.
이 때, 구체적인 예로, 외부 조도가 30klux인 상태에서 태양광 잡음에 대응하는 전기 신호는 0~50mV의 범위에 주로 분포할 수 있다.
도 7의 (ii)는 라이다 잡음 제거 장치(100)가 임계 전압을 50mV 근처로 가변 제어한 상태에서 검출된 태양광 잡음에 대응하는 전기 신호를 나타낸 그래프이다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 신호 크기가 임계 전압 보다 큰 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수와 같아지도록 임계 전압을 50mV 근처로 가변 제어할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 신호 크기가 임계 전압 보다 큰 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수와 같아지는 경우, 임계 전압을 그대로 유지할 수 있다.
도 7의 (iii)은 라이다 잡음 제거 장치(100)가 임계 전압을 유지하는 경우, 레이저를 송광하고, 검출된 태양광 잡음 및 표적에 반사된 반사광에 대응하는 전기 신호를 나타낸 그래프이다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압이 그대로 유지된 상태에서, 송광부를 통해 레이저 광신호를 송광한 후, 표적에 반사되어 돌아오는 반사광 및 태양광 잡음을 포함하는 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하고, 출력된 전기 신호 중 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 3회 이상 송수광에 따른 출력된 전기 신호 중 임계 전압보다 큰 전기 신호를 기반으로 태양광 잡음을 제거하여, 유효 신호를 선별할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 장치가 3회 송수광에 따라 획득한 신호를 비교하여 유효 신호를 검출하는 것을 나타내는 도면이다.
3회 송수광 과정을 거친 후, 비교부를 통과한 신호를 분석하면, 태양광 잡음은 모든 시간 영역에서 랜덤(Random)하게 분포되는 특징을 가지므로, 3회 수광된 광신호에 대응하는 전기 신호에서 태양광 잡음에 대응하는 신호가 동일한 위치에서 검출될 확률은 매우 낮다.
반면, 표적에 반사되어 돌아오는 반사광은 송광한 후, 반사되어 라이다로 돌아오기까지의 시간이 일정하므로, 반사광에 대응하는 전기 신호는 동일한 위치에서 검출될 확률이 매우 높다.
이러한 특징을 이용하여, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 3회 수광된 광신호에 대응하는 전기 신호의 시간을 비교하여 전기 신호의 시간 동기화 여부를 판단할 수 있다.
도 8의 (i) 내지 (iii)은 각각 1회차 내지 3회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호에 대한 예시를 나타낸 그래프이다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 1회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호와 2회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호를 비교하여 동기화된 전기 신호를 검출하고, 2회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호와 3회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호를 비교하여 동기화된 전기 신호를 검출하고, 3회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호와 1회차의 수광 신호에 대응하는 전기 신호를 비교하여 동기화된 전기 신호를 검출할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다의 오차 범위인 10cm에 대응하는 시간인 670ps보다 작은 차이를 가지는 신호를 동기화된 신호로 판단할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 1회차와 2회차의 신호를 비교할 때, 1회차에서 9,045ps의 시간에 검출된 신호와 2회차에서 8,777ps의 시간에 검출된 신호의 차이가 670ps보다 작아 동기화된 신호로 판단할 수 있다.
또한, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 2회차와 3회차의 신호를 비교할 때, 2회차에서 8,777ps의 시간에 검출된 신호와 3회차에서 8,643ps의 시간에 검출된 신호의 차이가 670ps보다 작아 동기화된 신호로 판단할 수 있다.
마찬가지로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 3회차와 1회차의 신호를 비교할 때, 3회차에서 8,643ps의 시간에 검출된 신호와 1회차에서 9,045ps의 시간에 검출된 신호의 차이가 670ps보다 작아 동기화된 신호로 판단할 수 있다.
따라서, 표적에 반사된 반사광에 해당하는 신호는 1회차에서 9,045ps의 시간에 검출되고, 2회차에서 8,777ps의 시간에 검출되고, 3회차에서 8,643ps의 시간에 검출되어 동기화된 것으로 판단될 수 있다.
반면, 2회차에서 6,834ps의 시간에 검출된 신호와 3회차에서 6,767ps의 시간에 검출된 신호는 2회차와 3회차의 신호를 비교할 때, 동기화된 것으로 판단될 수 있다.
하지만, 1회차에서는 동기화된 신호가 존재하지 않아, 이는 반사광으로 판단되지 않고, 잡음으로 판단되어 제거될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도 1의 라이다 잡음 제거 장치(100)가 도 9의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 9의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 동작은 라이다 잡음 제거 장치(100)의 제어부(130)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 9를 참조하면, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압의 초기값을 설정할 수 있다(S901).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압의 초기값을 수광부에서 출력되는 전기 신호의 최대 출력보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압의 초기값을 설정한 후(S901), 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호를 모니터링할 수 있다(S902).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호의 수신 횟수를 모니터링할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호를 모니터링한 후(S902), 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인할 수 있다(S903).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수와 같은지 여부 또는 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호의 수신 횟수와 제 1 기준 횟수의 차이가 임계치보다 작은지 여부를 확인할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인한 후(S903), 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달하지 않은 것으로 확인된 경우, 임계 전압을 제어할 수 있다(S904).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 임계 전압을 증가시키고, 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 임계 전압을 감소시킬 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달했는지 여부를 확인한 후(S903), 임계 전압에 따라 검출되는 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수에 도달한 것으로 확인된 경우, 수평 화각이 변화했는지 여부를 확인할 수 있다(S905).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 수평 방향으로 라이다의 화각을 조정하는 모터를 통해, 라이다의 수평 화각이 수평 단위 화각보다 크게 변화했는지 여부를 확인할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 수평 화각이 변화했는지 여부를 확인한 후(S905), 수평 화각이 변화한 것으로 확인된 경우, 수평 단위 화각별로 임계 전압을 추가로 제어할 수 있다(S906)
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 수평 화각이 수평 단위 화각보다 크게 변화한 것으로 확인된 경우, 새로운 수평 단위 화각에 대한 임계 전압을 S901 내지 S904의 과정과 동일하게 가변 제어할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 수평 단위 화각별로 임계 전압을 추가로 제어한 후(S906), 광신호를 기 설정된 횟수 송광할 수 있다(S907).
라이다 잡음 제거 장치(100)는 수평 화각이 변화했는지 여부를 확인한 후(S905), 수평 화각이 변화하지 않은 것으로 확인된 경우, 광신호를 기 설정된 횟수 송광할 수 있다(S907).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 송광부를 통해 레이저 광신호를 라이다의 화각 방향으로 3회 송광할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 광신호를 기 설정된 횟수 송광한 후(S907), 광신호를 수광할 수 있다(S908).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 송광한 레이저 광신호가 표적에 반사되어 돌아오는 반사광 및 태양광 잡음을 포함하는 광신호를 수광부를 통해 수광할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 광신호를 수광한 후(S908), 기 설정된 횟수 수광한 신호를 저장할 수 있다(S909).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 3회 수광한 광신호에 대응하는 전기 신호를 메모리에 저장할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 기 설정된 횟수 수광한 신호를 저장한 후(S909), 수광 신호의 시간을 동기화할 수 있다(S910).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 저장된 3회 수광 신호를 각각 비교하여, 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는지 여부에 따라 수광 신호를 동기화할 수 있다.
라이다 잡음 제거 장치(100)는 수광 신호의 시간을 동기화한 후(S910), 유효 신호를 출력할 수 있다(S911).
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는 전기 신호를 유효 신호로 판단하여 출력할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리의 표적을 타겟으로 하는 라이다 잡음 제거 장치가 가변 제어하는 임계 전압과 잡음을 나타내는 도면이다.
일 예로, 근거리의 표적을 타겟으로 하는 라이다의 라이다 잡음 제거 장치(100)는 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 2 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어할 수 있다.
도 10을 참조하면, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 제 2 기준 횟수가 1인 경우에 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호의 수신 횟수와 제 2 기준 횟수가 같아지는 임계 전압(1001) 및 제 2 기준 횟수가 2인 경우에 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호의 수신 횟수와 제 2 기준 횟수가 같아지는 임계 전압(1002)이 도시된 것을 볼 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 장치(100)는 라이다가 근거리의 표적을 타겟으로 하는 경우, 표적에 반사된 반사광에 대응하는 전기 신호의 크기가 태양광 잡음에 대응하는 전기 신호보다 상대적으로 크기 때문에, 제 2 기준 횟수가 1인 경우, 반사광에 대응하는 전기 신호만 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호로 검출하여 나머지 잡음을 제거할 수 있다.
일 예로, 제 2 기준 횟수가 2인 경우, 반사광에 대응하는 전기 신호와 태양광 잡음에 대응하는 전기 신호 중 가장 큰 출력 레벨의 전기 신호를 임계 전압보다 큰 출력을 가지는 전기 신호로 검출하여 나머지 잡음을 제거하고, 잡음의 출력 레벨을 파악할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이다 잡음 제거 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 라이다 잡음 제거 방법은 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계(S1110), 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 단계(S1120) 및 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 2 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어하는 단계(S1130)를 포함할 수 있다.
입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계(S1110)는 수광부를 통해 수행될 수 있다.
전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 단계(S1120)는 비교부에 의해 수행될 수 있다.
검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어하는 단계(S1130)는 제어부를 통해 수행될 수 있고, 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 임계 전압을 가변 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 임계 전압을 가변 제어하는 단계(S1130)는 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 임계 전압을 증가시키는 단계 및 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 임계 전압을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 라이다 잡음 제거 방법은 임계 전압이 유지되는 경우, 송광부를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하는 단계, 및 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 시간 정보를 기반으로 각각의 회차의 전기 신호를 비교하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 단계는 비교부를 통해 검출된 전기 신호 중 전기 신호에 대응하는 시간이 각각의 회차 사이에서 기 설정된 임계 시간 내의 차이를 가지는 전기 신호를 유효 신호로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 수광부;
    상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 비교부;
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 제어부; 및
    광신호를 출력하는 송광부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 임계 전압이 유지되는 경우, 상기 송광부를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하고,
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호들 중 회차별로 구분되는 적어도 두 개 이상의 전기 신호들 각각의 시간 정보의 차이가 기 설정된 임계 시간 미만인 경우에 기초하여 동기화된 전기 신호를 검출하고,
    상기 동기화된 전기 신호가 검출된 것에 기반하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 라이다 잡음 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 횟수는,
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간에 따라 설정되는 라이다 잡음 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계 전압은,
    초기 값이 상기 수광부에서 출력될 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 높은 값으로 설정되는 라이다 잡음 제거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 상기 임계 전압을 가변 제어하는 라이다 잡음 제거 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 상기 임계 전압을 증가시키고,
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 상기 임계 전압을 감소시키는 라이다 잡음 제거 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 송광부를 통해 광신호를 출력하는 횟수는,
    상기 라이다의 수평 단위 화각을 스캔하는 시간에서 상기 라이다의 최대 검출 거리에 대응하는 시간에 상기 광신호를 출력하는 횟수를 곱하여 뺀 값이 상기 전기 신호에 대한 연산을 처리하는 시간보다 크도록 결정되는 라이다 잡음 제거 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계 시간은,
    상기 라이다의 표적의 거리에 대해 기 설정된 오차 범위에 따라 정해지는 라이다 잡음 제거 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 라이다가 근거리의 표적을 타겟으로 하는 경우, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 2 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 라이다 잡음 제거 장치.
  12. 라이다에 구비되어, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 수광부;
    상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 비교부; 및
    상기 수광부의 각 채널에서 출력된 전기 신호를 기반으로 ADC(Analog-Digital Converter)를 통해 잡음의 레벨 정도를 모니터링하고,
    상기 모니터링한 잡음의 레벨 정도를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 제어부를 포함하는 라이다 잡음 제거 장치.
  13. 라이다에 구비된 수광부가, 입력된 광신호에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계;
    비교부가, 상기 전기 신호와 임계 전압을 비교하여, 상기 임계 전압보다 큰 전기 신호를 검출하는 단계;
    제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수를 기 설정된 제 1 기준 횟수와 비교한 결과를 기반으로, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 임계 전압이 유지되는 경우, 송광부를 통해 광신호를 기 설정된 횟수 이상 출력하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호들 중 회차별로 구분되는 적어도 두 개 이상의 전기 신호들 각각의 시간 정보의 차이가 기 설정된 임계 시간 미만인 경우에 기초하여 동기화된 전기 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 동기화된 전기 신호가 검출된 것에 기반하여, 표적에 반사되어 되돌아오는 광신호에 대응하는 유효 신호를 검출하는 단계를 포함하는 라이다 잡음 제거 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 횟수는,
    상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 신호 처리를 위해 신호 간 구분이 가능한 최소 시간에 따라 설정되는 라이다 잡음 제거 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 임계 전압은,
    초기 값이 상기 수광부에서 출력될 수 있는 전기 신호의 최대 출력보다 높은 값으로 설정되는 라이다 잡음 제거 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 라이다의 수평 단위 화각마다 정해지는 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계를 포함하는 라이다 잡음 제거 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 임계 전압을 가변 제어하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 많은 경우, 상기 임계 전압을 증가시키는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 비교부를 통해 검출된 전기 신호의 수신 횟수가 상기 제 1 기준 횟수보다 적은 경우, 상기 임계 전압을 감소시키는 단계를 포함하는 라이다 잡음 제거 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 임계 시간은,
    상기 라이다의 표적의 거리에 대해 기 설정된 오차 범위에 따라 정해지는 라이다 잡음 제거 방법.
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