KR20180093537A - 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치 - Google Patents

속도 적응형 3차원 장애물 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동하는 이동체에 적용되어 3차원 전방위에 존재하는 장애물과의 거리를 감지하고, 이동체의 속도에 따라 자동으로 측정 속도가 가변되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치는,
이동체에 형성되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치로서, 레이저빔을 발생하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저빔을 분산시키는 확산 렌즈와, 상기 확산 렌즈에 의해 분산된 레이저빔을 3차원 입체 형상의 레이저빔으로 변환하는 비대칭 원뿔형 미러와, 상기 비대칭 원뿔형 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함하는 발광부; 상기 발광부에서 발광된 레이저빔이 장애물에 의해 반사된 레이저빔을 수신하는 수광부를 포함한다.

Description

속도 적응형 3차원 장애물 감지장치 {3D Obstacle detecting apparatus for adaptation to velocity}
본 발명은 장애물 감지장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이동하는 이동체에 적용되어 3차원 전방위에 존재하는 장애물과의 거리 및 고도를 감지하고, 이동체의 속도에 따라 자동으로 측정 속도가 가변되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치에 관한 것이다.
레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, LASER)는 빛의 유도방출(stimulated emission)을 일으켜 증폭해서 레이저 광을 조사한다.
라이다(Light Detection and Ranging, LiDAR)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술로써, 3차원 GIS(Geographic Information System) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어 건설, 국방 등의 분야에 응용되고 있다.
최근에는 자율주행 자동차, 이동 로봇, 드론 등에 적용되면서 핵심 기술로 주목을 받고 있다.
자동차에 적용되는 경우, 라이다는 주행중인 차량이 앞차와의 충돌을 피하거나 또는 충격을 최소화할 수 있도록 차간거리를 실시간으로 측정하여 경고 또는 차량 자동제어를 수행할 수 있다.
하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 레이저를 이용해서 물체를 감지하는 물체 감지센서 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 레이저 광을 발생하는 레이저 광원, 전방의 영상 및 레이저 광원에서 발생된 레이저 광을 조사하고 전방의 레이저 광 조사 영상을 촬영하는 카메라, 카메라에서 촬영된 영상을 처리하는 화상처리장치를 포함하고, 화상처리장치가 전방의 영상 및 레이저 광 조사 영상 중 어느 하나의 영상에서 타 영상을 차감하여, 차감된 영상에서 레이저 광이 피사체에 반사되는 광점이 있는 경우 장애물이 있는 것으로 판단하는 레이저를 이용한 장애물 감지장치 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 레이저빔을 발광하는 발광부, 발광부로부터 발광된 후 장애물에 의해 반사되어 되돌아오는 레이저빔을 수광하는 수광부, 수광부를 통해 수광된 레이저빔을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지부 및 장애물 감지부가 감지한 장애물을 화면상에 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하고, 차량의 휠에 적어도 하나 이상의 감지 모듈(발광부 및 수광부)을 장착함으로써, 레이저빔의 송출 각도를 조절하는 구동 모터 없이 넓은 감지영역에서 차량주변의 장애물을 감지하는 차량 주변의 장애물 감지 장치 구성이 기재되어 있다.
한편, 레이저는 직진성을 가지며 폭이 좁은 점 형태의 레이저빔을 조사한다. 따라서 종래기술에 따른 장애물 감지장치는 레이저의 선단에 렌즈나 프리즘 등을 설치해서 점 형태의 레이저를 직선 형태로 변환하여 라인 빔을 형성하기도 한다.
그러나, 종래기술에 따른 장애물 감지장치는 라인 빔을 이용하더라도, 라인 빔의 폭만을 확장할 수 있고, 라인 빔의 상하 폭을 확장하지 못함에 따라, 드론과 같은 이동체에 적용하는 경우, 라인 빔을 중심으로 상측 또는 하측에 위치한 장애물을 정확하게 감지하지 못하는 문제가 있다.
또한, 전방위가 아닌 일측 방향만을 감지하므로, 전방위 감지를 위해서는 각 방향 별로 장애물 감지장치를 배치해야 함에 따라 구조가 복잡해지고 소형화에 문제가 있다.
또한, 이동체가 저속으로 이동하던, 고속으로 이동하던 상관없이 동일한 측정 속도로 주변 장애물을 감지하므로 비효율적이라는 문제가 있다.
1. 대한민국 특허 등록번호 제10-1296780호 2. 대한민국 특허 등록번호 제10-1491289호
본 발명은 이동하는 이동체에 적용되어 3차원 전방위에 존재하는 장애물과의 거리 및 고도를 감지하고, 이동체의 속도에 따라 자동으로 측정 속도가 가변되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치는,
이동체에 형성되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치로서, 레이저빔을 발생하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저빔을 분산시키는 확산 렌즈와, 상기 확산 렌즈에 의해 분산된 레이저빔을 3차원 입체 형상의 레이저빔으로 변환하는 비대칭 원뿔형 미러와, 상기 비대칭 원뿔형 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함하는 발광부; 상기 발광부에서 발광된 레이저빔이 장애물에 의해 반사된 레이저빔을 수신하는 수광부를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 비대칭 원뿔형 미러는 원뿔의 꼭지점이 중심에 있지 않고 상하좌우 어느 일측으로 편심되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 비대칭 원뿔형 미러는, 원뿔의 밑면 외주에서 꼭지점에 이르는 사선의 기울기가 상이하여, 상기 비대칭 원뿔형 미러로 입사되는 레이저빔이 입사면과 이루는 각도에 따라 방사 방향이 각각 달라지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 수광부에서 수신된 레이저빔을 이용해서 장애물과의 거리를 산출하고, 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 발광부 또는 상기 수광부 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 제어부는, 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 비대칭 원뿔형 미러와 상기 확산 렌즈 사이의 거리를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 수광부는, 수신된 레이저빔을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈에서 집광된 레이저빔을 수광하는 이미지센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 이미지센서의 센서 분해능 및 프레임 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 발광부에서 광이 발사된 기준 시점과 상기 장애물에서 반사되어 되돌아온 광의 검출 시점 사이의 시간차를 측정하여 거리를 산출하고, 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 발광부 또는 상기 수광부 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 간단한 구조로도 3차원 전방위에 존재하는 장애물과의 거리 및 고도를 감지할 수 있게 되어, 소형화에 유리하다는 장점이 있다.
또한, 이동체의 속도에 따라 자동으로 측정 속도가 가변되어, 장애물 감지성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 이동체의 속도에 따라 시야각이 가변되어, 장애물 감지성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치가 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 발광부 및 수광부가 도시된 사시도이다.
도 3은 비대칭 원뿔형 미러가 도시된 도면으로, 좌측 도면은 비대칭 원뿔형 미러의 평면도이고, 우측 도면은 비대칭 원뿔형 미러의 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 비대칭 원뿔형 미러에서 레이저빔이 방사되는 과정을 예시한 도면이다.
도 5는 발광부에서 장애물을 향해 방사되는 입체 레이저 빔 및 수광부가 레이저빔을 수신하는 것을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 발광부의 동작 상태가 도시된 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 동작 과정이 도시된 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치를 설명한다.
본 실시예에서 이동체는 무인 비행체(드론)일 수 있다. 이동체는 본 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치를 탑재할 수 있다. 물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 차량이나 이동 로봇 등 다양한 이동체와 일정 위치에서 이동체를 감지하는 물체감지장치 등 다양한 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치가 도시된 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 발광부 및 수광부가 도시된 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치(이하, ‘장애물 감지장치’라고도 함)는, 발광부(100), 수광부(200), 제어부(300)를 포함한다.
발광부(100)는 레이저 다이오드(110)에서 발생한 레이저빔을 3차원 입체 형상의 레이저빔으로 변환하여 발광한다. 여기서, 3차원 입체 형상의 레이저빔(이하, ‘입체 레이저빔’이라고도 함)은 x-y-z 전방위로 방사하는 레이저빔을 의미하며, 발광부(100)와 동일한 평면에 있는 장애물 뿐만 아니라, 해당 평면의 상하 방향에 존재하는 장애물을 향해 방사되는 레이저빔을 의미한다. 따라서, 입체 레이저빔은 장애물이 존재하는 고도(높이)를 감지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발광부(100)는 베이스(B) 상에 배치되어 레이저빔을 발생하는 레이저 다이오드(110)와, 레이저빔을 분산시키는 확산 렌즈(120)와, 확산 렌즈에 의해 분산된 레이저빔을 입체 레이저빔으로 변환하는 비대칭 원뿔형 미러(130)와, 비대칭 원뿔형 미러를 회전시키는 회전 모터(140)를 포함한다.
베이스(B)는 소정 형상의 판 부재로서, 베이스(B) 상에는 레이저 다이오드(110)를 포함하는 발광부(100)와 수광부(200)과 제어부(300)가 형성될 수 있다. 레이저 다이오드(110), 확산 렌즈(120), 비대칭 원뿔형 미러(130), 회전 모터(140)는 하나의 하우징(미도시) 내에 형성될 수 있으며, 도 2에서는 설명의 편의를 위해 하우징을 생략하여 도시하였다.
확산 렌즈(120)는 레이저 다이오드(110)에서 출력되는 레이저가 퍼져서 출력되도록 하는 구성으로서, 레이저 다이오드(110)에서 출력된 레이저가 입사면으로 수광되면 이를 퍼지도록 한다.
확산 렌즈(120)는 레이저 다이오드(110)의 전측에 일체로 설치될 수도 있고, 레이저 다이오드(110)와 분리되어 설치될 수도 있으며, 바람직하게는 레이저 다이오드(110)와 일체로 설치된다. 확산 렌즈(120)의 입사면은 무반사(anti-reflection : AR) 코팅을 하여 입사되는 레이저의 반사가 최소화되도록 한다.
도 3은 비대칭 원뿔형 미러가 도시된 도면으로, 좌측 도면은 비대칭 원뿔형 미러의 평면도이고, 우측 도면은 비대칭 원뿔형 미러의 측면도이다. 도 4는 비대칭 원뿔형 미러에서 레이저빔이 방사되는 과정을 예시한 도면이다.
비대칭 원뿔형 미러(130)는 확산 렌즈(120)의 전측에 이격되어 설치되며, 확산 렌즈(120)에 의해 분산된 레이저빔을 3차원 입체 형상의 레이저빔으로 변환한다. 비대칭 원뿔형 미러(130)는 예를 들어, z축 방향으로 조사되는 레이저빔을 전방위 방향으로 방향 전환시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비대칭 원뿔형 미러(130)는, 원뿔 형태의 미러이나, 원뿔의 꼭지점(O)이 중심에 있지 않고 상하좌우 어느 일측으로 편심되어 형성되는 미러이다.
일반적으로 원뿔은 밑면 외주에서 꼭지점에 이르는 사선의 기울기가 동일하지만, 본 발명에 적용되는 비대칭 원뿔형 미러(130)는 원뿔의 밑면 외주에서 꼭지점에 이르는 사선(L1, L2)의 기울기(θ1, θ2)가 상이하다. 따라서, 확산 렌즈(120)를 거쳐 비대칭 원뿔형 미러(130)로 입사되는 레이저빔은 레이저빔과 입사면이 이루는 각도에 따라 방사 방향이 각각 달라진다.
즉, 도 4를 참조하면, 비대칭 원뿔형 미러(130)로 입사되는 레이저빔 중 원뿔 꼭지점(O) 좌측의 레이저빔(B1)은 입사면과 45도를 이루며 입사되어 x-y 평면과 평행한 면(설명의 편의상 z=0인 면이라 함) 방향으로 방사되고, 원뿔 꼭지점(O) 우측의 레이저빔(B2)은 입사면과 30도를 이루며 입사되어 z=0인 면과 30도를 이루는 면 방향으로 방사된다. (도 4a)
도 4b와 같이, 비대칭 원뿔형 미러(130)가 1/2 회전하면, 좌측의 레이저빔(B1)은 z=0인 면과 30도를 이루는 면 방향으로 방사되고, 우측의 레이저빔(B2)은 z=0인 면 방향으로 방사된다.
비대칭 원뿔형 미러(130)가 회전 모터(140)에 의해 1회전되는 동안, 레이저빔(B1, B2)는 기울기가 상이한 입사면들에 의해 방사되고, 그 결과 비대칭 원뿔형 미러(130)에 의해 방사되는 레이저빔들은 도 2에서와 같이 3차원 입체 형상을 가지면서 퍼지게 된다. 이에 따라, 비행체 주변에 존재하는 장애물의 위치와 고도를 감지할 수 있게 된다.
수광부(200)는 베이스(B) 상에 형성되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 발광부(100)와 기설정된 거리만큼 이격되어 설치되고, 다수개의 수광부(200)가 원형을 이루어 360도 방향으로 장애물 감지가 가능하도록 한다.
도 5는 발광부에서 장애물을 향해 방사되는 입체 레이저 빔 및 수광부가 레이저빔을 수신하는 것을 예시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 수광부(200)는 비대칭 원뿔형 미러(130)에 의해 변환된 3차원 입체 형상의 레이저빔이 장애물에서 반사된 레이저빔을 수광하여 제어부(300)로 전달한다. 이러한 수광부(200)는 수신되는 레이저빔을 집광하는 집광 렌즈(210)와 집광 렌즈(210)에서 집광된 레이저빔을 수광하는 이미지센서(220)를 포함할 수 있다.
제어부(300)는 수광부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 장애물과의 거리를 산출한다. 제어부(300)는 삼각 측량법을 이용하여 장애물과의 거리를 산출할 수 있으며, 또한, 발광부(100)에서 광이 발사된 기준 시점과 장애물에서 반사되어 되돌아온 광의 검출 시점 사이의 시간차를 측정하여 거리를 측정하는 비행 시간법을 이용하여 장애물과의 거리를 산출할 수 있다. 비행 시간법을 이용하여 거리를 산출하는 경우, 수광부(200)는 포토 다이오드(Photo Diode) 및 TDC(Time-to-Distance Converter)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 제어부(300)는 수광부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 장애물과의 거리를 산출하고, 이동체의 이동속도 정보를 이용하여 수광부(200)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(300)는 이동체의 이동속도 정보를 이용하여 발광부(100)의 동작을 제어하여 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
이를 위해, 제어부(300)는 이동속도 정보를 산출하는 이동속도 산출모듈(310)과, 수광부(200)의 동작을 제어하는 수광부 제어모듈(320)과, 발광부(100)의 동작을 제어하는 발광부 제어모듈(330)과, 이동체와 장애물 사이의 거리를 산출하는 거리 산출모듈(340)과, 저장모듈(350)을 포함한다.
이동속도 산출모듈(310)은 GPS 모듈로부터 이동체의 현재 이동속도 정보를 실시간으로 입력받아서 이동속도를 산출하거나, 가속센서 또는 속도센서를 이용하여 이동체의 현재 이동속도 정보를 산출할 수 있다. GPS 모듈, 가속센서, 속도센서 등은 이동체에 탑재되는 외장형일 수 있으나, 본 발명의 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치에 내장되는 내장형일 수 있다.
수광부 제어모듈(320)은 이동속도 산출모듈(310)에 의해 산출된 이동체의 이동속도 정보에 따라 자동으로 이미지센서의 측정 속도를 가변시킨다. 즉, 수광부 제어모듈(320)은 수광부(200)의 이미지센서(220)의 센서 분해능을 조절하여 이미지센서의 측정 속도를 가변시킨다.
이미지센서(220)의 측정 속도는 프레임 속도에 의해 결정된다. 전체 해상도(센서 분해능)를 R이라고 하면, 통상 프레임 속도는 30FPS(Frame Per Second)정도로 결정된다.
이미지센서(220)의 특성상, 해상도를 낮추면 프레임 속도를 증가시킬 수 있다. 통상, 이동체가 고속으로 움직일 경우에는 이미지센서(220)도 고속으로 작동되는 것이 바람직하다.
따라서, 수광부 제어모듈(320)은 이동체의 이동속도 정보에 따라 이미지센서(220)의 센서 분해능 및 프레임 속도가 조절되도록 한다. 즉, 이동체가 고속으로 움직일 경우, 센서 분해능을 낮추고 프레임 속도를 증가시키며, 이동체가 정지 또는 저속으로 움직일 경우, 센서 분해능을 최대한으로 하고 프레임 속도는 최저가 되도록 한다.
수광부 제어모듈(320)에 의한 센서 분해능 및 프레임 속도 조절은, 아래 [표 1]과 같이 Look-up 테이블 방식으로 할 수 있다.
이동속도 센서 분해능 프레임 속도
0 ~ V1 R F
V1 ~ V2 0.5R 2F
V2 ~ V3 0.25R 4F
V3 ~ 0.1R 10F
여기서, Vn(V1, V2, V3...)은 기설정된 임의의 기준속도이고, R은 전체 해상도이고, F는 최저 속도 구간 ‘0 ~ V1’에서의 프레임 속도이다.
발광부 제어모듈(330)은 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 조절한다.
발광부 제어모듈(330)은 이동체가 고속으로 움직일 경우, 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 증가시키며, 이동체가 정지 또는 저속으로 움직일 경우, 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 감소시켜서 근접하도록 한다. 이때, 발광부(100)에는 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리 조절을 위한 액츄에이터(미도시)가 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 발광부의 동작 상태가 도시된 측면도이다.
도 6의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리가 증가되면 레이저빔이 비대칭 원뿔형 미러(130)의 면에 접촉하는 면적이 커져서 방사각을 더 크게 할 수 있게 된다. 이에 따라 원거리 및 높은 고도에 있는 장애물을 감지할 수 있게 된다. 한편, 도 6의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 거리가 감소하면 레이저빔이 비대칭 원뿔형 미러(130)의 면에 접촉하는 면적이 작아지는 대신 근거리 및 낮은 고도에 있는 장애물을 더욱 상세하게 감지할 수 있게 된다.
거리 산출모듈(340)은 수광부(200)에서 검출한 레이저빔의 영상 신호를 분석하여 거리 정보를 산출한다. 거리 산출모듈(340)은 검출한 레이저빔의 영상 신호로부터 삼각 측정 계산을 수행하여 거리를 산출하여 이동체의 자기 위치 인식이나 장애물과의 충돌 방지를 위한 정보로 제공한다.
거리 산출모듈(340)은 저장모듈(350)에 저장된 발광부(100)과 수광부(200) 간의 설치 위치 정보를 기초로 발광부(100)의 온/오프 제어에 따라 조사된 레이저빔이 장애물에 반사되어 수광부(200)에서 수광되면 발광부(100)와 수광부(200) 사이의 각도 정보와 이격 거리 정보를 이용하여 수광부(100)의 화면 상에 표시되는 장애물까지의 거리를 산출하고, 장애물까지의 거리는 삼각 측정 계산을 이용한다.
저장모듈(350)은 제어부(300)의 동작과 관련된 프로그램 및, 기본 설정 정보를 저장한다. 기본 설정 정보는 발광부(100)과 수광부(200) 간의 설치 위치 정보, 즉, 발광부(100)와 수광부(200) 사이의 각도 정보와 이격 거리 정보 등이 있다.
또한, 저장모듈(350)은 센서 분해능 및 프레임 속도 조절을 위한 Look-up 테이블을 저장한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 동작 과정이 도시된 순서도이다.
도 7를 참조하여 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치의 동작 과정을 설명한다.
먼저, 이동체의 이동속도를 산출한다. (S100)
이동속도 산출모듈(310)은 GPS 모듈로부터 이동체의 현재 이동속도 정보를 실시간으로 입력받아서 이동속도를 산출하거나, 가속센서 또는 속도센서를 이용하여 이동체의 현재 이동속도 정보를 산출한다.
다음, 이동속도를 기초로 수광부(200)의 동작을 제어한다. (S200)
수광부 제어모듈(320)은 이동체의 이동속도 정보에 따라 이미지센서(220)의 센서 분해능 및 프레임 속도가 조절되도록 한다. 즉, 이동체가 고속으로 움직일 경우, 센서 분해능을 낮추고 프레임 속도를 증가시키며, 이동체가 정지 또는 저속으로 움직일 경우, 센서 분해능을 최대한으로 하고 프레임 속도는 최저가 되도록 한다.
다음, 이동속도를 기초로 발광부(100)의 동작을 제어한다. (S300)
발광부 제어모듈(330)은 이동체가 고속으로 움직일 경우, 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 증가시키며, 이동체가 정지 또는 저속으로 움직일 경우, 비대칭 원뿔형 미러(130)와 확산 렌즈(120) 사이의 거리를 감소시켜서 근접하도록 한다.
한편, 상기 S200 단계와 S300 단계는 반드시 S200 단계 이후에, S300 단계가 뒤따르는 것은 아니며, S300 단계 이후에 S200 단계가 뒤따를 수 있으며, S200 단계와 S300 단계 둘 중 어느 하나만 수행될 수도 있다.
다음, 발광부(100)에 의해 전방위 방향으로 입체 레이저빔이 방사되고, 수광부(200)는 장애물에 의해 반사된 레이저빔을 수광한다. (S400)
다음, 거리 산출모듈(340)은 수광된 레이저빔의 영상 신호로부터 삼각 측정 계산을 수행하여 거리를 산출하여 이동체의 자기 위치 인식이나 장애물과의 충돌 방지를 위한 정보로 제공한다. (S500)
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치에 의하면, 이동하는 이동체에 적용되어 360도 방향 주변의 장애물과의 거리를 감지할 수 있게 되어, 구조가 간단해지고 소형화에 유리하다는 장점이 있다. 또한, 이동체의 속도에 따라 자동으로 측정 속도가 가변되어, 장애물 감지성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 이동체의 속도에 따라 시야각이 가변되어, 장애물 감지성능을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 발광부 200 : 수광부
300 : 제어부 310 : 이동속도 산출모듈
320 : 수광부 제어모듈 330 : 발광부 제어모듈
340 : 거리 산출모듈 350 : 저장모듈

Claims (7)

  1. 이동체에 형성되는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치로서,
    레이저빔을 발생하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저빔을 분산시키는 확산 렌즈와, 상기 확산 렌즈에 의해 분산된 레이저빔을 3차원 입체 형상의 레이저빔으로 변환하는 비대칭 원뿔형 미러와, 상기 비대칭 원뿔형 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함하는 발광부;
    상기 발광부에서 발광된 레이저빔이 장애물에 의해 반사된 레이저빔을 수신하는 수광부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비대칭 원뿔형 미러는,
    원뿔의 꼭지점이 중심에 있지 않고 상하좌우 어느 일측으로 편심되어 형성되는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 비대칭 원뿔형 미러는,
    원뿔의 밑면 외주에서 꼭지점에 이르는 사선의 기울기가 상이하여, 상기 비대칭 원뿔형 미러로 입사되는 레이저빔이 입사면과 이루는 각도에 따라 방사 방향이 각각 달라지는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수광부에서 수신된 레이저빔을 이용해서 장애물과의 거리를 산출하고, 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 발광부 또는 상기 수광부 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 비대칭 원뿔형 미러와 상기 확산 렌즈 사이의 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 수광부는,
    수신된 레이저빔을 집광하는 집광 렌즈와,
    상기 집광 렌즈에서 집광된 레이저빔을 수광하는 이미지센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 이미지센서의 센서 분해능 및 프레임 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광부에서 광이 발사된 기준 시점과 상기 장애물에서 반사되어 되돌아온 광의 검출 시점 사이의 시간차를 측정하여 거리를 산출하고, 상기 이동체의 이동속도 정보에 기초하여 상기 발광부 또는 상기 수광부 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 적응형 3차원 장애물 감지장치.
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