KR20150095033A - 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 레이더 장치에 관한 것이다. 본 발명의 레이더 레이더 장치는 광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력하는 송광부, 레이저 펄스에 대응하여 반사된 레이저 펄스를 수신하는 수광부, 및 광원의 레이저 펄스의 반복률을 조절하는 제어부를 포함하고, 제어부는 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각 중 적어도 하나에 근거하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저 레이더 시스템에 관한 것으로서, 특히 가변 가능한 펄스 반복률을 갖는 레이저 레이더 광원을 이용하여 이미지를 획득하는 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법에 관한 것이다.
일반적인 레이저 레이더 시스템은 사물의 3차원 영상을 확보하는 영상 센서 장치로 활용되고 있다. 이러한 레이저 레이더 시스템은 산업용 로봇, 군수용 로봇, 자율 주행 로봇, 자율 주행 차량, 구조물 진단 시스템, 및 산사태 확인 시스템 등과 같이 다양한 분야에 활용되고 있다.
레이저 레이더 시스템은 외부의 광으로부터 영상을 획득하는 것이 아니라 레이저로 광을 출력하고, 이것을 수신하여 측정하는 방식을 이용한다. 이로써, 레이저 레이더 시스템은 주위 환경에 관계없이 사용이 가능하고, 우수한 영상을 출력할 수 있다. 이 때문에, 많은 분야에서 레이저 광원을 이용하고 있다.
레이저 레이더는 레이저 광원을 사물로 쏘아서 돌아오는 광원을 측정함으로써 사물까지의 거리를 확인할 수 있다. 이러한 레이저 광원으로 펄스(pulse) 광원과 연속파(Continuous Wave, 이하 'CW'라 칭하기로 함) 광원을 이용한다. 펄스 광원은 원거리 측정 성능이 우수하고, 기술의 발달로 정밀도(resolution)가 센치미터(cm) 수준으로 향상되고 있다. 이로 인해, 펄스 방식이 CW 방식에 비해 레이저 레이더 시스템에 많이 활용되고 있다. 광원의 측면에서 펄스 방식은 CW 방식에 비해 광원에서 발열 현상이 덜 발생하며, 펄스의 첨두(peak) 출력을 매우 높게 만들 수 있어서 원거리 측정에 유리하다. CW 방식의 경우 고출력을 만들기 위해서 광원부에서 발열 현상이 발생하며, 출력의 세기가 높지 않다.
이에 따라, 펄스 광원을 사용하는 레이저 레이더는 펄스 광원을 이용하여 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 이를 위해, 레이저 레이더의 효율을 높이기 위해서 펄스 광원의 출력을 조정하고, 펄스폭을 조정하는 방식이 있다.
이때, 펄스 광원의 출력을 조정하는 레이저 레이더는 근거리 측정 시 레이저 레이더의 출력을 조정함으로써 측정기(detector)가 포화(saturation)되는 것을 방지할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 가까운 거리의 사물을 빠르고 정밀하게 영상을 획득하는 것은 불가능하다는 단점을 갖는다.
또한, 펄스폭을 조정하는 레이저 레이더는 근거리에 위치한 사물에 대해 펄스폭을 작게하여 정밀도를 향상시켜 정확한 위치를 확인할 수 있다. 하지만, 광원부에서 펄스폭을 작게 하면 레이저 광원의 피크 세기가 커지고 검출기(detector)가 포화될 수 있는 단점을 갖는다. 또한, 원거리에 위치한 사물에 대해 펄스폭을 크게하는 것은 가능하다. 하지만, 펄스폭을 크게하면 펄스의 첨두 출력이 낮아지고, 레이저 신호가 멀리 진행되지 못하는 단점을 갖는다.
따라서, 레이저 광원을 효율적으로 사용하여 사물과의 거리에 관계없이 영상을 획득할 수 있는 레이저 레이더 장치에 대한 필요성이 있었다.
본 발명의 목적은 레이저 광원을 효율적으로 사용하여 사물과의 거리에 관계없이 영상을 획득할 수 있는 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 가변 가능한 펄스 반복률을 갖는 레이저 레이더 광원을 이용하여 이미지를 획득할 수 있는 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 레이저 레이더 장치는 광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력하는 송광부, 상기 레이저 펄스에 대응하여 반사된 레이저 펄스를 수신하는 수광부, 및 상기 광원의 레이저 펄스의 반복률을 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각 중 적어도 하나에 근거하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 선형적 변화와 비선형적 변화 중 하나의 형태로 변화시키고, 상기 변화는 연속적인 증가와 연속적인 감소 중 하나임을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 미리 결정된 복수의 단계들에 대응되는 반복률들 중 하나로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 반사된 레이저 펄스로부터 상기 수신 파워를 측정하고, 상기 수신 파워가 증가하면, 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수신 파워가 감소하면, 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 초기 레이저 펄스를 목표물로 출력하고, 상기 초기 레이저 펄스에 의해 상기 목표물로부터 반사된 레이저 펄스를 수신하여 상기 타겟 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 상기 이동 속도를 수신하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 이동 속도가 기준 속도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 이동 속도가 상기 기준 속도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 높이에 대응되는 수평축을 기준으로 상기 펄스 레이저가 출력되는 상기 수직 각도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 수직 각도가 기준 각도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수직 각도가 상기 기준 각도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 펄스가 출력되는 방사각이 기준 방사각보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 방사각이 상기 기준 방사각보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제어부로부터 상기 반사된 레이저 펄스를 이용하여 3차원 영상을 재생하는 영상 획득부를 더 포함한다.
본 발명의 레이저 레이더 장치의 영상 획득 방법은 광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력하는 단계, 상기 레이저 펄스에 대응하여 반사된 레이저 펄스를 수신하는 단계, 및 상기 반사된 레이저 펄스를 이용하여 영상을 획득하는 단계를 포함하되, 상기 레이저 펄스를 출력하는 단계는 상기 광원의 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각 중 적어도 하나에 근거하여 상기 출력되는 레이저 펄스를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 레이저 펄스의 반복률을 선형적 변화와 비선형적 변화 중 하나의 형태로 변화시키는 단계를 포함하고, 상기 변화는 연속적인 증가와 연속적인 감소 중 하나임을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 레이저 펄스의 반복률을 미리 결정된 복수의 단계들에 대응되는 반복률들 중 하나로 변화시키는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 반사된 레이저 펄스로부터 상기 수신 파워를 측정하는 단계, 및 상기 수신 파워가 기준 파워보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수신 파워가 상기 기준 파워보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 초기 레이저 펄스를 목표물로 출력하는 단계, 상기 초기 레이저 펄스에 의해 상기 목표물로부터 반사된 레이저 펄스를 수신하여 상기 타겟 거리를 측정하는 단계, 및 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 상기 이동 속도를 수신하는 단계, 및 상기 이동 속도가 기준 속도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 이동 속도가 상기 기준 속도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 레이저 레이더가 부착된 이동체의 높이에 대응되는 수평축을 기준으로 상기 펄스 레이저가 출력되는 상기 수직 각도를 측정하는 단계, 및 상기 수직 각도가 기준 각도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수직 각도가 상기 기준 각도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는 상기 레이저 펄스가 출력되는 방사각이 기준 방사각보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 방사각이 상기 기준 방사각보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 레이저 레이더 장치는 광원의 레이저 펄스의 반복률의 제어를 통해 사물과의 거리에 관계없이 영상을 획득할 수 있다. 또한, 레이저 레이더 장치는 다양한 환경, 일예로, 수신 환경, 이동 환경, 설치 위치, 광원 특성 등을 고려하여 레이저 펄스의 반복률을 제어함으로써, 최적의 영상 획득을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스에서 반복률에 따른 광 특성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 근거리 측정을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 원거리 측정을 도시한 도면,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 움직이는 이동체에 결합된 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 전송 각도에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 빔 방사각에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치를 도시한 도면, 및
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치의 영상 획득 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 근거리 측정을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 원거리 측정을 도시한 도면,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 움직이는 이동체에 결합된 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 전송 각도에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 빔 방사각에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면,
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치를 도시한 도면, 및
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치의 영상 획득 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명의 레이저 레이더 장치는 펄스의 반복률이 증가하면, 펄스의 출력이 낮아지고, 반복률이 낮아지면 펄스의 출력이 높아지는 특성을 이용하여 거리에 따라 레이저의 반복률을 가변한다. 이를 통해, 레이저 레이더 장치는 펄스 광원의 효율을 높이고, 레이저 레이더 장치를 이용하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 이에 본 발명에서 제안되는 광원은 다양한 종류의 광원이 사용될 수 있다. 반도체 레이저 다이오드(LD: Laser Diode) 어레이, 광섬유 주진동 파워 증폭기(Master Oscillator Power Amplifier, 이하 'MOPA'라 칭하기로 함) 방식의 광원을 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스에서 반복률에 따른 광 특성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 그래프의 가로축은 반복률(Repetition(키로헤르쯔(KHz)))을 나타내고, 세로축은 피크 파워(Peak Power(키로와트(kW)))를 나타낸다.
MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스의 광 특성(10)이 도시되어 있다. 이를 위해, 빔 품질 및 단색성을 갖는 분포 궤환형(Distributed Feedback, 이하 'DFB'라 칭하기로 함) 레이저를 이용하여 레이저 펄스를 생성한다. 그리고, 생성된 레이저 펄스를 광섬유 증폭기를 이용하여 다단 증폭하여 첨두 출력을 키로와트(kW)급으로 높여서 MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스로 사용한다.
이와 같은, MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스는 DFB 레이저와 같이 단색성, 초단펄스, 및 단일 모드 특성을 갖는다. 또한, MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스는 펄스폭 및 반복률 조정을 통해 레이저 특성을 변화시킬 수 있다.
이러한, MOPA 기반의 광섬유 레이저 펄스는 반복률이 증가하면, 단위 시간 당 펄스의 개수가 증가한다. 이로 인해, 증폭기 내부에 있는 에너지를 서로 나누어가짐으로 펄스의 피크 출력이 낮아진다. 즉, 도면에 도시된 광 특성(10)과 같이 반복률이 증가할 때, 펄스의 피크 출력은 약 1/x의 함수의 형태로 감소함을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 근거리 측정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 송광부(110), 수광부(120), 및 제어부(130)를 포함한다.
송광부(110)는 레이저 펄스 광원을 포함하고, 레이저 펄스를 출력한다.
수광부(120)는 송광부(110)에서 출력된 레이저 펄스로부터 반사되어 되돌아오는 반사 레이저 펄스를 수신한다.
제어부(130)는 수광부(120)를 통해 수신되는 반사 레이저 펄스의 파워에 따라 송광부(110)의 제어를 통해, 레이저 펄스 광원의 반복률을 가변할 수 있다.
도 2를 기준으로 레이저 레이더 장치(100)의 동작을 설명한다.
우선, 송광부(110)는 저반복률에서 수십부터 수백 키로와트(kWp)까지의 피크 출력을 갖는 레이저 펄스(21)를 출력할 수 있다. 하지만, 이렇게 출력된 레이저 펄스가 근거리에 위치한 물체(또는 반사율이 높은 물체)(20)에 부딪혀 되돌아올 수 있다. 이때, 수광부(120)는 높은 반사 레이저 펄스의 세기에 의해 포화(saturation)될 수 있다.
이를 위해, 송광부(110)에서 출력되는 레이저 펄스 광원의 출력을 낮추면 되지만, 본 발명에서는 제어부(130)의 제어에 따라 송광부(110)는 레이저 펄스의 반복률을 가변함으로서, 레이저 펄스의 첨두 출력을 낮게 만든다. 낮은 첨두 출력으로 인해 수광부(120)는 레이저 펄스를 효과적으로 감지할 수 있다. 송광부(110)에서의 레이저 펄스의 반복률을 높게 하면, 레이저 레이더 장치(110)는 3차원 영상을 구현 시 높은 고해상도로 구현하는 것이 가능하다. 또한, 레이저 레이더 장치(100)는 동일한 해상도에서 프레임율(frame rate)을 빠르게 하여 고속의 3D 영상을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예예에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치에서 원거리 측정을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 송광부(110), 수광부(120), 및 제어부(130)를 포함하고, 레이저 레이더 장치(100)의 상세 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
송광부(110)는 레이저 광을 출력한다.
수광부(120)는 원거리에 위치한 물체(또는 반사율이 낮은 물체)(30)로부터 반사되는 광을 수신한다. 이때, 수광부(120)로 수광되는 레이저 펄스는 송광부(110)에서 출력된 레이저 펄스에 비해 출력이 감소되어 너무 작은 경우 노이즈로 인식될 수 있다. 이때, 제어부(130)의 제어에 따라 송광부(110)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추어 레이저의 첨두 출력을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 수광부(120)는 수신되는 레이저 펄스의 수신 파워를 획득함으로써, 노이즈 프리 신호를 획득할 수 있다.
레이저 레이더 장치(110)는 레이저 펄스의 반복률이 낮아지면 저해상도로 3차원 영상을 구현하거나, 저속으로 영상을 구현한다. 레이저 레이더 장치(110)는 원거리 측정에 주로 이용될 수 있다. 그러므로, 낮은 반복률을 갖는 레이저 펄스를 이용하여 저해상도의 영상을 구현하는 것도 레이저 레이더 장치(100)는 효율적일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 그래프의 가로축은 수신되는 레이저 펄스의 수신 파워를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
수광부(120)에서 수신되는 수신 파워의 세기가 증가(또는, 기준 수신 파워보다 크면)하면, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 증가시켜 수신 파워를 낮출 수 있다. 이와 달리, 수광부(120)에서 수신되는 수신 파워의 세기가 감소(또는, 기준 수신 파워보다 작으면), 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 감소시킴으로서 수신 파워를 높일 수 있다.
이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)에서 수광부(120)에서 수신되는 파워의 세기에 근거하여 제어부(130)는 송광부(110)의 레이저 펄스 반복률을 조정한다. 수신되는 레이저 펄스의 수신 파워의 세기가 증가하면, 제어부(130)는 출력되는 레이저 펄스의 반복률을 선형적으로 증가(211)하도록 송광부(110)를 제어하거나 비선형적으로 증가(212, 213)하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수신 파워에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 4b를 참조하면, 그래프의 가로축은 수신되는 레이저 펄스의 수신 파워를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)에서 수광부(120)에서 수신되는 파워의 세기에 근거하여 제어부(130)는 송광부(110)의 레이저 펄스 반복률을 조정한다. 수신되는 레이저 펄스의 수신 파워의 세기가 증가하면, 제어부(130)는 미리 결정된 기준 파워를 기준으로 수신 파워 세기(또는 수신 파워 세기 구간)가 기준 파워를 초과할 때마다 단계적(제 1 단계(214), 제 2 단계(215), 및 제 3 단계(216))으로 레이저 펄스의 반복률을 증가하도록 송광부(110)를 제어한다. 여기서, 제 1 단계(214)의 반복률보다 제 2 단계(215)의 반복률이 더 높고, 제 2 단계(215)의 반복률보다 제 3 단계(216)의 반복률이 더 높다.
도 4b에서 도시된 제어부가 레이저 펄스의 반복률을 증가시키는 방식이 도 4a에서 도시된 레이저 펄스의 반복률을 증가시키는 방식에 비해 시스템 부하를 감소시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 그래프의 가로축은 타겟(목표물)과의 거리인 타겟 거리를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
제어부(130)는 송광부(110)를 통해 초기 레이저 펄스를 출력하고, 수광부(120)를 통해 초기 레이저 펄스에 대응되는 신호를 수신할 수 있다. 이를 통해, 제어부(130)는 목표물과의 타겟 거리를 측정할 수 있다.
이때, 제어부(130)는 초기 동작시 획득된 데이터 근거하여 목표물과의 거리인 타겟 거리를 측정할 수 있다. 이를 통해, 제어부(130)는 목표물과의 거리가 기준 거리보다 짧으면, 출력되는 레이저 펄스의 반복률을 높이도록 송광부(110)를 제어한다. 이와 달리, 제어부(130)는 목표물과의 거리가 기준 거리보다 길면, 출력되는 레이저 펄스의 반복률을 높이도록 송광부(110)를 제어한다.
한편, 도 5a에서 제어부(130)는 기준 거리보다 목표물과의 거리가 길수록 레이저 펄스의 반복률을 선형적으로 감소(221)하도록 송광부(110)를 제어하거나, 비선형적으로 감소(222, 223)하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 목표물과의 거리에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 5b를 참조하면, 그래프의 가로축은 타겟(목표물)과의 거리인 타겟 거리를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
제어부(130)는 기준 거리보다 목표물의 거리가 길수록 레이저 펄스의 반복률을 단계적으로 감소하도록 송광부(110)를 제어한다. 제 1 단계(224)의 반복률보다 제 2 단계(225)의 반복률이 더 낮고, 제 2 단계(225)의 반복률보다 제 3 단계(226)의 반복률이 더 낮다. 이를 통해, 제어부(130)는 목표물과의 거리(또는 거리 구간)에 따라 제 1 단계(224) 내지 제 3 단계(226) 중에서 하나의 단계에 대응되는 반복률을 갖는 레이저 펄스를 출력하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 움직이는 이동체에 결합된 레이저 레이더 장치를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 움직이는 이동체(40), 일예로 차량에 탑재될 수 있다. 레이저 레이더 장치(100)는 이동체(40)(예를 들어, 차량의 경우 속도계) 또는 위치추적시스템(GPS) 장치 등으로부터 이동체(40)의 속도 정보를 수신할 수 있다.
이때, 레이저 레이더 장치(100)는 이동체(40)의 이동 속도에 따라 레이저 펄스의 반복률을 가변할 수 있다. 이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)는 3차원 영상 구현 효율을 향상시킬 수 있다.
수신된 이동 속도가 기준 속도보다 높을 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추어서(41) 주변보다는 원거리 영상을 구현하도록 한다. 이와 달리, 수신된 이동 속도가 기준 속도보다 낮을 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높여서(42) 주변의 사물을 빠르게 또는 고해상도로 영상을 구현한다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 그래프의 가로축은 이동체(40)의 이동 속도를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 이동체(40)의 이동 속도를 수신한다. 기준 속도보다 수신된 이동체(40)의 이동 속도가 높을수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 선형적으로 감소(231)하도록 송광부(110)를 제어하거나, 비선형적으로 감소(232, 233)하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 이동 속도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 7b를 참조하면, 그래프의 가로축은 이동체(40)의 이동 속도를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 이동체(40)의 이동 속도를 수신한다. 기준 속도보다 수신된 이동체(40)의 이동 속도가 높을수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 단계적으로 감소하도록 송광부(110)를 제어한다. 여기서, 제 1 단계(234)의 반복률보다 제 2 단계(235)의 반복률이 더 낮고, 제 2 단계(235)의 반복률보다 제 3 단계(236)의 반복률이 더 낮다. 이를 통해, 제어부(130)는 이동체(40)의 이동 속도(또는 이동 속도 구간)에 따라 제 1 단계(234) 내지 제 3 단계(236) 중에서 하나의 단계에 대응되는 반복률을 갖는 레이저 펄스를 출력하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 전송 각도에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 움직이는 이동체(40), 일예로 차량에 탑재될 수 있다. 레이저 레이더 장치(100)는 내부 신호 또는 이동체(40) 등을 통해 레이저 펄스의 전송 각도를 측정할 수 있다.
이를 통해, 레이저 펄스의 전송 방향(또는 수신 방향)(51)이 이동체(40)에 가까운 지면을 향할 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높이도록 설정(52)한다. 여기서, 레이저 펄스의 전송 방향(51)은 이동 방향을 기준으로 하는 수평축(X)을 기준으로 제 1 수직 각도(53)를 형성한다.
이와 달리, 레이저 펄스의 전송 방향(54)이 이동체(40)에 먼 지면을 향할 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추도록 설정(55)한다. 여기서, 레이저 펄스의 전송 방향(51)은 이동 방향을 기준으로 하는 수평축(X)을 기준으로 제 2 수직 각도(56)를 형성한다. 참고로, 제 2 수직 각도(56)는 제 1 수직 각도(53)에 비하여 작은 값을 갖는다.
이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)는 수직 각도를 측정하고, 측정된 수직 각도에 따라 레이저 펄스의 반복률을 제어함으로써, 3차원 영상 구현 효율을 향상시킬 수 있다.
레이저 펄스의 전송 방향이 이동체(40)에서 가까운 지면을 측정할 경우, 주로 주변 사물에 대한 위치 파악을 위한 것이다. 따라서, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높여서 고해상도의 3차원 영상을 구현하거나 저해상도에서 빠른 프레임 레이트를 갖는 고속의 3차원 영상을 구현할 수 있다.
이와 달리, 레이저 펄스의 전송 방향이 이동체(40)에서 먼 지면을 측정할 경우, 멀리 있는 사물에 대한 위치 파악을 위한 것이다. 따라서, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추어 멀리 위치한 사물을 노이즈 없는 3차원 영상을 구현한다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 9a를 참조하면, 그래프의 가로축은 상기 레이저 레이더 장치(100)가 부착된 이동체(40)의 높이에 대응되는 수평축(X)을 기준으로 하는 수직 각도(일예로, 하향 방향의 수직 각도)를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)는 수직 각도를 내부 신호를 통해 획득하거나, 이동체(40) 등으로부터 수신할 수 있다.
이때, 레이저 레이더 장치(100)는 수직 각도에 따라 레이저 펄스의 반복률을 가변할 수 있다. 이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)는 3차원 영상 구현 효율을 향상시킬 수 있다.
수직 각도가 기준 각도보다 클 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높여서(52) 주변 영상을 빠르게 또는 고해상도로 구현한다. 이와 달리, 수직 각도가 기준 각도보다 작을 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추어서(55) 멀리 위치한 사물에 대한 영상을 노이즈 없이 구현한다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 레이저 펄스의 전송 방향을 기준으로 하는 수직 각도를 측정한다. 기준 각도보다 수직 각도가 높을수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 선형적으로 증가(241)하도록 송광부(110)를 제어하거나, 비선형적으로 증가(242, 243)하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 수직 각도에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 9b를 참조하면, 그래프의 가로축은 수평축(X)을 기준으로 하는 수직 각도를 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 레이저 펄스 전송 방향을 기준으로 하는 수직 각도를 측정한다. 기준 각도보다 측정된 수직 각도가 클수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 단계적으로 증가하도록 송광부(110)를 제어한다. 여기서, 제 1 단계(244)의 반복률보다 제 2 단계(245)의 반복률이 더 높고, 제 2 단계(245)의 반복률보다 제 3 단계(246)의 반복률이 더 높다. 이를 통해, 제어부(130)는 레이저 펄스의 수직 각도(또는 수직 각도 구간)에 따라 제 1 단계(244) 내지 제 3 단계(246) 중에서 하나의 단계에 대응되는 반복률을 갖는 레이저 펄스를 출력하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 펄스의 빔 방사각에 따른 반복률을 가변하는 레이저 레이더 장치를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 빔 방사각을 내부에 저장하거나 획득할 수 있다. 여기서, 빔 방사각은 빔이 방사되는 각도를 의미하고, 목표물까지의 거리 또는 탑재된 이동체의 이동 속도에 대한 함수일 수도 있다. 여기서, 레이저 펄스의 방사각은 레이저 펄스의 출력 방향을 기준으로 형성된다.
이를 통해, 레이저 펄스의 방사각(61)이 기준 방사각보다 클 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높이도록 설정(62)한다.
이와 달리, 레이저 펄스의 방사각(63)이 기준 방사각보다 작을 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추도록 설정(64)한다.
이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)는 방사각에 근거하여 레이저 펄스의 반복률을 제어함으로써 3차원 영상 구현 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 점진적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 11a를 참조하면, 그래프의 가로축은 방사각을 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)는 방사각에 따라 레이저 펄스의 반복률을 가변할 수 있다. 이를 통해, 레이저 레이더 장치(100)는 3차원 영상 구현 효율을 향상시킬 수 있다.
방사각이 기준 방사각보다 클 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 높여서(62) 주변 영상을 빠르게 또는 고해상도로 구현한다. 이와 달리, 방사각이 기준 방사각보다 작을 경우, 레이저 레이더 장치(100)는 레이저 펄스의 반복률을 낮추어서(64) 사물에 대한 영상을 노이즈 없이 구현한다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 레이저 펄스의 방사각을 이용한다. 기준 방사각보다 방사각이 높을수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 선형적으로 증가(251)하도록 송광부(110)를 제어하거나, 비선형적으로 증가(252, 253)하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치에서 방사각에 따라 단계적으로 변화되는 반복률을 도시한 그래프이다.
도 11a를 참조하면, 그래프의 가로축은 방사각을 나타내고, 세로축은 반복률을 나타낸다.
레이저 레이더 장치(100)의 제어부(130)는 레이저 펄스의 방사각을 이용한다. 기준 방사각보다 방사각이 클수록 제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 단계적으로 증가하도록 송광부(110)를 제어한다. 여기서, 제 1 단계(254)의 반복률보다 제 2 단계(255)의 반복률이 더 높고, 제 2 단계(255)의 반복률보다 제 3 단계(256)의 반복률이 더 높다. 이를 통해, 제어부(130)는 레이저 펄스의 방사각(또는 방사각 구간)에 따라 제 1 단계(244) 내지 제 3 단계(246) 중에서 하나의 단계에 대응되는 반복률을 갖는 레이저 펄스를 출력하도록 송광부(110)를 제어한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 레이저 레이더 장치(100)는 송광부(110), 수광부(120), 제어부(130), 및 영상 획득부(140)를 포함한다.
송광부(110)는 레이저 펄스를 출력하는 광원(111)을 포함할 수 있다. 광원(111)에서 생성되는 레이저 펄스의 반복률은 제어부(130)의 제어에 의해 제어된다.
수광부(120)는 반사되어 되돌아오는 반사 레이저 펄스를 수신한다. 수광부(120)는 수신된 반사 레이저 펄스를 제어부(130)로 출력한다.
제어부(130)는 송광부(110)의 광원에서 출력되는 레이저 펄스의 반복률을 변화시킨다.
이를 위해, 제어부(130)는 다양한 정보를 획득 및 수신할 수 있다. 이를 상세히 살펴보면, 제어부(130)는 수광부(120)를 통해 수신된 반사 레이저 펄스의 수신 세기를 측정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 광원을 통해 초기 레이저 펄스를 출력하도록 하고, 상기 초기 레이저 펄스에 의해 수광부로부터 수신되는 반사 레이저 펄스를 이용하여 목표물과의 타겟 거리를 측정할 수도 있다. 또한, 제어부(130)는 별도의 메모리, GPS 기기, 이동체 등으로부터 이동 속도, 수직 각도, 방사각 등에 대한 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 이동체는 레이저 레이더 장치(100)가 결합된 차량 등을 포함한다.
제어부(130)는 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각과 같은 파라미터들 중 적어도 하나의 파라미터에 근거하여 조절되도록 송광부(110)를 제어한다. 따라서, 제어부(130)는 두 개 이상의 파라미터들을 조합하여 레이저 펄스의 반복률을 조절하도록 송광부(110)를 제어할 수도 있다.
첫 번재로, 제어부(130)는 수신 파워가 증가하면, 레이저 펄스의 반복률을 증가시킨다. 그리고, 제어부(130)는 수신 파워가 감소하면, 레이저 펄스의 반복률을 감소시킨다.
두 번재로, 제어부(130)는 타겟 거리가 기준 거리보다 작으면 레이저 펄스의 반복률을 증가시킨다. 그리고, 제어부(130)는 타겟 거리가 기준 거리보다 크면 레이저 펄스의 반복률을 감소시킨다.
세 번째로, 제어부(130)는 이동 속도가 기준 속도보다 작으면 레이저 펄스의 반복률을 증가시킨다. 그리고, 제어부(130)는 이동 속도가 기준 속도보다 크면 레이저 펄스의 반복률을 감소시킨다.
네 번째로, 제어부(130)는 수직 각도가 기준 각도보다 크면 레이저 펄스의 반복률을 증가시킨다. 그리고, 제어부(130)는 수직 각도가 기준 각도보다 작으면 레이저 펄스의 반복률을 감소시킨다.
다섯 번째로, 제어부(130)는 레이저 펄스가 출력되는 방사각이 기준 방사각보다 크면 레이저 펄스의 반복률을 증가시키킨다. 그리고, 제어부(130)는 방사각이 기준 방사각보다 작으면 레이저 펄스의 반복률을 감소시킨다.
이를 통해, 본 발명에서 제어부(130)는 다양한 환경에서 효율적으로 영상을 획득하기 위해 레이저 펄스의 반복률을 제어한다.
영상 획득부(140)는 수광부(120)를 통해 수신된 반사 레이저 펄스를 이용하여 영상(일예로 3차원 영상)을 획득할 수 있다. 영상 획득부(140)는 획득된 영상을 재생하는 기기를 포함하거나, 영상을 재생하는 기기로 영상을 출력할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더 장치의 영상 획득 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 송광부(110)는 광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력한다(310단계).
수광부(120)는 송광부(110)에서 출력된 레이저 펄스에 의한 반사 레이저 펄스를 수신한다(320단계). 수광부(120)는 수신된 반사 레이저 펄스를 제어부(130)로 출력한다.
한편, 제어부(130)는 수신된 레이저 펄스의 반복율의 제어가 완료되었는지 판단한다(330단계). 이때, 제어부(130)는 수신된 레이저 펄스를 다양한 파라미터들 중에서 적어도 하나를 이용하여 레이저 펄스의 반복률의 제어가 필요한지 판단할 수 있다.
330단계의 판단결과 제어부(130)는 수신된 레이저 펄스의 반복율의 제어가 완료되었으면, 350단계로 진행한다. 이와 달리, 330단계의 판단결과 제어부(130)는 수신된 레이저 펄스의 반복율의 제어가 완료되지 않았으면, 340단계로 진행한다.
제어부(310)는 송광부를 통해 출력되는 레이저 펄스의 반복율을 제어한다(340단계). 여기서, 제어부(130)의 레이저 펄스의 반복률을 제어하는 동작은 도 12에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 영상 획득부(140)는 반사된 레이저 펄스를 수신하여 3차원 영상을 획득할 수 있다(350단계). 이때, 영상 획득부(140)는 제어부(130)로부터 레이저 펄스를 수신할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서는 레이저 펄스는 반복률이 증가하면 펄스의 출력이 감소되고, 반복률이 낮아지면 펄스의 출력이 높아지는 특징을 이용하여 레이저 펄스의 반복률을 가변한다. 이를 통해, 레이저 펄스 광원의 반복률 조절을 통해 다양한 환경에서 영상 획득의 효율성을 높일 수 있다.
레이저 레이더 장치는 다양한 환경, 일예로, 수신 환경, 이동 환경, 설치 위치, 광원 특성과 같은 다양한 조건 및 상황을 고려하여 레이저 펄스의 반복률을 제어함으로써, 최적의 영상 획득을 가능하게 한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
40: 이동체
100: 레이저 레이더 장치
110: 송광부 111: 광원
120: 수광부 130: 제어부
140: 영상 획득부
110: 송광부 111: 광원
120: 수광부 130: 제어부
140: 영상 획득부
Claims (20)
- 광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력하는 송광부;
상기 레이저 펄스에 대응하여 반사된 레이저 펄스를 수신하는 수광부; 및
상기 광원의 레이저 펄스의 반복률을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각 중 적어도 하나에 근거하여 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 선형적 변화와 비선형적 변화 중 하나의 형태로 변화시키고, 상기 변화는 연속적인 증가와 연속적인 감소 중 하나임을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 펄스의 반복률을 미리 결정된 복수의 단계들에 대응되는 반복률들 중 하나로 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 반사된 레이저 펄스로부터 상기 수신 파워를 측정하고, 상기 수신 파워가 증가하면, 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수신 파워가 감소하면, 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 초기 레이저 펄스를 목표물로 출력하고, 상기 초기 레이저 펄스에 의해 상기 목표물로부터 반사된 레이저 펄스를 수신하여 상기 타겟 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 상기 이동 속도를 수신하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 이동 속도가 기준 속도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 이동 속도가 상기 기준 속도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 높이에 대응되는 수평축을 기준으로 상기 펄스 레이저가 출력되는 상기 수직 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 수직 각도가 기준 각도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수직 각도가 상기 기준 각도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 펄스가 출력되는 방사각이 기준 방사각보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 방사각이 상기 기준 방사각보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부로부터 상기 반사된 레이저 펄스를 이용하여 3차원 영상을 재생하는 영상 획득부를 더 포함하는 레이저 레이더 장치. - 레이저 레이더 장치의 영상 획득 방법에 있어서,
광원을 이용하여 레이저 펄스를 출력하는 단계;
상기 레이저 펄스에 대응하여 반사된 레이저 펄스를 수신하는 단계; 및
상기 반사된 레이저 펄스를 이용하여 영상을 획득하는 단계를 포함하되,
상기 레이저 펄스를 출력하는 단계는 상기 광원의 레이저 펄스의 반복률을 수신 파워, 타겟 거리, 이동 속도, 수직 각도, 방사각 중 적어도 하나에 근거하여 상기 출력되는 레이저 펄스를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 레이저 펄스의 반복률을 선형적 변화와 비선형적 변화 중 하나의 형태로 변화시키는 단계를 포함하고,
상기 변화는 연속적인 증가와 연속적인 감소 중 하나임을 특징으로 하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 레이저 펄스의 반복률을 미리 결정된 복수의 단계들에 대응되는 반복률들 중 하나로 변화시키는 단계를 포함하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 반사된 레이저 펄스로부터 상기 수신 파워를 측정하는 단계; 및
상기 수신 파워가 기준 파워보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수신 파워가 상기 기준 파워보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
초기 레이저 펄스를 목표물로 출력하는 단계;
상기 초기 레이저 펄스에 의해 상기 목표물로부터 반사된 레이저 펄스를 수신하여 상기 타겟 거리를 측정하는 단계; 및
상기 타겟 거리가 기준 거리보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 타겟 거리가 기준 거리보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 것을 특징으로 하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 레이저 레이더 장치가 부착된 이동체의 상기 이동 속도를 수신하는 단계; 및
상기 이동 속도가 기준 속도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 이동 속도가 상기 기준 속도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 레이저 레이더가 부착된 이동체의 높이에 대응되는 수평축을 기준으로 상기 펄스 레이저가 출력되는 상기 수직 각도를 측정하는 단계; 및
상기 수직 각도가 기준 각도보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 수직 각도가 상기 기준 각도보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함하는 영상 획득 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 펄스를 조절하는 단계는
상기 레이저 펄스가 출력되는 방사각이 기준 방사각보다 크면 상기 레이저 펄스의 반복률을 증가시키고, 상기 방사각이 상기 기준 방사각보다 작으면 상기 레이저 펄스의 반복률을 감소시키는 단계를 포함하는 영상 획득 방법.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180011453A (ko) * | 2016-07-22 | 2018-02-01 | 전자부품연구원 | 수평 분해능 및 영상획득 프레임이 제어되는 스캐닝 라이다 |
| KR20180130480A (ko) * | 2016-10-25 | 2018-12-07 | 전자부품연구원 | 광 송수광 장치 및 방법 |
| KR20190071998A (ko) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 에이테크솔루션(주) | 차량용 라이다 장치 |
| KR20190114343A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 스캐닝 장치 |
| KR20200135246A (ko) * | 2018-03-29 | 2020-12-02 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 스캐닝 장치 |
| KR102210601B1 (ko) * | 2020-10-16 | 2021-02-02 | (주)카네비컴 | 전력 소비를 감소시키는 라이다 시스템 및 이의 구동 방법 |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE46672E1 (en) | 2006-07-13 | 2018-01-16 | Velodyne Lidar, Inc. | High definition LiDAR system |
| JP6554310B2 (ja) * | 2015-04-28 | 2019-07-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | 距離測定装置 |
| JP2017009339A (ja) * | 2015-06-18 | 2017-01-12 | 株式会社リコー | センサ、センシング装置及び距離計測方法 |
| JP6894082B2 (ja) * | 2015-09-28 | 2021-06-23 | バラジャ ピーティーワイ リミテッドＢａｒａｊａ Ｐｔｙ Ｌｔｄ | 空間プロファイリングシステムおよび方法 |
| US10627490B2 (en) | 2016-01-31 | 2020-04-21 | Velodyne Lidar, Inc. | Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging |
| CN107132582A (zh) * | 2016-02-29 | 2017-09-05 | 欧姆龙株式会社 | 光电传感器及其控制方法 |
| CA3017735C (en) | 2016-03-19 | 2023-03-14 | Velodyne Lidar, Inc. | Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging |
| JP2019512704A (ja) * | 2016-03-21 | 2019-05-16 | ベロダイン ライダー， インク． | 可変パルス繰返し数を有するｌｉｄａｒに基づく三次元撮像 |
| JP6867733B2 (ja) | 2016-03-31 | 2021-05-12 | 株式会社トプコン | レーザスキャナ |
| WO2017210418A1 (en) | 2016-06-01 | 2017-12-07 | Velodyne Lidar, Inc. | Multiple pixel scanning lidar |
| US10845470B2 (en) * | 2016-11-16 | 2020-11-24 | Waymo Llc | Methods and systems for protecting a light detection and ranging (LIDAR) device |
| EP3542209B1 (en) | 2016-11-16 | 2022-03-23 | Baraja Pty Ltd | An optical beam director |
| CN107682110B (zh) * | 2017-03-06 | 2020-02-11 | 北京猎户星空科技有限公司 | 一种数据传输方法、装置及雷达设备 |
| US10365351B2 (en) * | 2017-03-17 | 2019-07-30 | Waymo Llc | Variable beam spacing, timing, and power for vehicle sensors |
| CN110914705B (zh) | 2017-03-31 | 2024-04-26 | 威力登激光雷达美国有限公司 | 用于集成lidar照明功率控制的设备、系统和方法 |
| JP2020519881A (ja) | 2017-05-08 | 2020-07-02 | ベロダイン ライダー， インク． | Ｌｉｄａｒデータ収集及び制御 |
| US11099264B2 (en) * | 2017-09-20 | 2021-08-24 | Motional Ad Llc | Variable range and frame-rate radar operation for automated vehicle |
| US11294041B2 (en) * | 2017-12-08 | 2022-04-05 | Velodyne Lidar Usa, Inc. | Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system |
| US11340339B2 (en) | 2017-12-22 | 2022-05-24 | Waymo Llc | Systems and methods for adaptive range coverage using LIDAR |
| CN110383105A (zh) * | 2018-02-13 | 2019-10-25 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 测距系统、自动化设备及测距方法 |
| CN109116367B (zh) * | 2018-06-27 | 2020-05-19 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 一种激光雷达 |
| US11971507B2 (en) | 2018-08-24 | 2024-04-30 | Velodyne Lidar Usa, Inc. | Systems and methods for mitigating optical crosstalk in a light ranging and detection system |
| US10712434B2 (en) | 2018-09-18 | 2020-07-14 | Velodyne Lidar, Inc. | Multi-channel LIDAR illumination driver |
| US11513196B2 (en) * | 2018-09-28 | 2022-11-29 | Waymo Llc | Terrain adaptive pulse power in a scanning LIDAR |
| US11082010B2 (en) | 2018-11-06 | 2021-08-03 | Velodyne Lidar Usa, Inc. | Systems and methods for TIA base current detection and compensation |
| US10826269B2 (en) | 2018-12-24 | 2020-11-03 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Multi-pulse generation for pulsed laser diodes using low-side drivers |
| US11510297B2 (en) * | 2018-12-24 | 2022-11-22 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Adaptive power control for pulsed laser diodes |
| US11885958B2 (en) | 2019-01-07 | 2024-01-30 | Velodyne Lidar Usa, Inc. | Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror |
| US10613203B1 (en) | 2019-07-01 | 2020-04-07 | Velodyne Lidar, Inc. | Interference mitigation for light detection and ranging |
| KR20210065259A (ko) * | 2019-11-26 | 2021-06-04 | 삼성전자주식회사 | 레이더 장치 및 그 동작 방법 |
| CN113728607A (zh) * | 2019-12-05 | 2021-11-30 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 激光雷达的配置方法、设备及存储介质 |
| EP3929617B1 (de) * | 2020-06-26 | 2023-07-05 | RIEGL Laser Measurement Systems GmbH | Laserscanner und verfahren zum vermessen einer umgebung |
| US20220373649A1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | Raytheon Company | Mode chaining for multifunction laser radar |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000075030A (ja) | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Aisin Seiki Co Ltd | スキャン型レーザーレーダ装置 |
| NL1012373C2 (nl) | 1999-06-17 | 2000-12-19 | Hollandse Signaalapparaten Bv | Radarapparaat. |
| ATE553520T1 (de) * | 2003-02-14 | 2012-04-15 | Univ Heidelberg | Verfahren zur erzeugung von mindestens ein puls und/oder einer pulssequenz mit kontrollierbaren parametern |
| KR20060075672A (ko) | 2004-12-28 | 2006-07-04 | 엘지전자 주식회사 | 레이저 디스플레이의 스페클 제거 방법 |
| US7349454B2 (en) * | 2005-09-09 | 2008-03-25 | Avago Technologies Fiber Ip Pte Ltd | Method of monitoring and controlling a laser diode |
| KR100834987B1 (ko) | 2006-11-30 | 2008-06-03 | 광운대학교 산학협력단 | 실내항법 좌표확인시스템 |
| US7697125B2 (en) * | 2007-05-11 | 2010-04-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Scanning ladar with adjustable operational parameters |
| DE102007000377A1 (de) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Hilti Aktiengesellschaft | Laserdistanzhandmessgerät mit einem Impulsrückmischverfahren |
| US20090273770A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for safe laser imaging, detection and ranging (lidar) operation |
| JP2012093195A (ja) | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Sanyo Electric Co Ltd | レーザレーダ |
| KR101700621B1 (ko) | 2010-12-15 | 2017-02-01 | 한국전자통신연구원 | 임의의 측정거리에 적용가능한 적응형 초고속 및 고해상도 3차원 영상복원 방법 |
| JP2012159330A (ja) | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Sanyo Electric Co Ltd | レーザレーダ |
| EP2677340A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-25 | Hexagon Technology Center GmbH | Distance measuring method using dynamic pulse width adaptation |
-
2014
- 2014-02-12 KR KR1020140016065A patent/KR20150095033A/ko not_active Application Discontinuation
-
2015
- 2015-02-10 US US14/618,230 patent/US9791570B2/en active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180011453A (ko) * | 2016-07-22 | 2018-02-01 | 전자부품연구원 | 수평 분해능 및 영상획득 프레임이 제어되는 스캐닝 라이다 |
| KR20180130480A (ko) * | 2016-10-25 | 2018-12-07 | 전자부품연구원 | 광 송수광 장치 및 방법 |
| KR20190071998A (ko) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 에이테크솔루션(주) | 차량용 라이다 장치 |
| KR20190114343A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 스캐닝 장치 |
| KR20200135246A (ko) * | 2018-03-29 | 2020-12-02 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 스캐닝 장치 |
| KR102210601B1 (ko) * | 2020-10-16 | 2021-02-02 | (주)카네비컴 | 전력 소비를 감소시키는 라이다 시스템 및 이의 구동 방법 |
| WO2022080586A1 (ko) * | 2020-10-16 | 2022-04-21 | (주)카네비컴 | 전력 소비를 감소시키는 라이다 시스템 및 이의 구동 방법 |
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