KR20190125600A - 다중 라이다 신호 보정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

다중 라이다 신호 보정 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 센서 데이터 보정 방법은, 복수의 센서들로부터 복수의 센서 데이터들을 수신하고, 복수의 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정하며, 측정된 시차를 참조하여 복수의 센서 데이터들을 보정한다. 이에 의해, 복수 개의 라이다들로부터 수신한 라이다 신호들에 대해, 3차원 공간 보정 외에 추가로 시차를 보정함으로써, 공간 보정만 수행한 결과보다 더 선명한 피사체 윤곽을 측정할 수 있게 된다.

Description

다중 라이다 신호 보정 방법 및 시스템{Multi-Lidar Signal Correction Method and System}
본 발명은 센서 신호 처리 기술에 관한 것으로, 복수의 라이다 센서로 측정한 거리 값의 왜곡을 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
자율주행차량, 공간측량, 물체 검지 등의 목적으로 사용되는 라이다(Lidar) 센서는, 센서 내부에 장착된 레이저 발광부에서 발사된 레이저가 수광부까지 도달하는 데 걸리는 시간을 측정하여 피사체까지의 거리를 센티미터 단위로 계산한다.
따라서, 센서의 발광부 개수(채널)가 많을수록 피사체에서 반사된 신호가 풍부해지므로 채널 수에 따라 라이다 센서의 해상도가 결정되는데, 이것이 높을수록 피사체의 정확한 윤곽을 측정할 수 있기에 통상적으로는 높은 해상도를 지닌 라이다 센서를 사용하거나, 복수 개의 라이다 센서를 동시에 운용하여 응용 시나리오에서 요구되는 해상도 및 사각 영역을 채우고 있다.
한편, 동일한 피사체에 대해 복수 개의 레이저를 발사하여 복수 개의 수광부로 신호가 측정되는 경우, 각 라이다 센서 발광부의 상대적인 위치와 각도 보정만으로도 정확한 윤곽을 얻을 수 있으나, 차량, 무인항공기 등 센서가 탑재된 플랫폼이 움직이는 경우, 동일한 피사체 위치에 대해 복수 개의 발광부에서 레이저를 발사하였을 때, 각 발광부의 레이저 발사 시각에 따라 시차를 두고 각각의 수광부로 도착하게 된다.
이는 라이다로 검출된 피사체의 모습을 흐리게 만드는 원인이 되며, 플랫폼의 이동 속도가 빠를수록 피사체 초점 흐림 현상은 더욱 심해진다.
이를 해결하기 위해 GPS 위성에서 송신되는 시각 정보를 이용하여, 특정 시간에 모든 라이다 센서가 동시에 레이저를 발사하도록 시공간 동기화를 하고 있으나, GPS 위성 신호 수신이 불가능한 상황에서는 사용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 복수 개의 라이다들로부터 수신한 라이다 신호들에 대해, 3차원 공간 보정 외에 추가로 시차를 보정하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 센서 데이터 보정 방법은, 복수의 센서들로부터 복수의 센서 데이터들을 수신하는 단계; 복수의 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정하는 단계; 측정된 시차를 참조하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하는 단계;를 포함한다.
그리고, 보정 단계는, 복수의 센서들의 최초로 검출을 수행한 센서의 검출 시간으로부터 해당 센서가 검출을 수행한 시간의 차이 동안 복수의 센서들이 설치된 이동체의 이동에 의해 발생하는 왜곡을 보정할 수 있다.
또한, 보정 단계는, 다음의 수학식을 이용하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하고,
Figure pat00001
여기서, R'은 보정된 센서 데이터, R은 센서 데이터, Δt는 센서의 검출 시차, d는 Δt 동안 복수의 센서들이 설치된 이동체가 이동한 거리일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 데이터 보정 방법은, 보정된 복수의 센서 데이터들을 3차원 공간좌표 데이터들로 변환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 변환 단계는, 다음의 수학식을 이용하여, 보정된 복수의 센서 데이터들을 변환하고,
Figure pat00002
ω는 방위각, α는 발사각일 수 있다.
그리고, 수신 단계는, 측정 단계 및 보정 단계는, 주기적으로 반복될 수 있다.
또한, 주기는, 센서의 측정 가능 주기일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 센서 시스템은, 복수의 센서들로부터 복수의 센서 데이터들을 수신하는 수신부; 복수의 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정하고, 측정된 시차를 참조하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하는 처리부;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 복수 개의 라이다들로부터 수신한 라이다 신호들에 대해, 3차원 공간 보정 외에 추가로 시차를 보정함으로써, 공간 보정만 수행한 결과보다 더 선명한 피사체 윤곽을 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 여러 대의 저 채널 라이다 센서로 부피가 큰 고가의 고 채널 라이다 센서를 대체할 수 있으므로, 라이다 응용 시스템의 단가를 절감하고 시스템 외형 디자인에 주는 영향을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 라이다 시스템의 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 라이다 신호 처리 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 라이다 시스템의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 다중 라이다 시스템은, 차량의 자율주행을 위해 필요한 복수의 라이다 신호들을 처리하기 위한 시스템이다.
정확한 처리를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 라이다 시스템은, 복수 개의 라이다 센서에서 측정된 거리 값(센서 데이터)에 대해 라이다 센서의 피사체 검출 시차를 기반으로 왜곡을 보정한다. 이에 의해, GPS 또는 이와 비슷한 시간 동기화 시스템 없이 독립적인 운용을 가능하게 한다.
이와 같은 기능을 수행하는, 본 발명의 실시예에 따른 다중 라이다 시스템은, 복수의 라이다 센서들(110), 복수의 센서 데이터 수신부들(120), 센서 데이터 처리부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구축된다.
라이다 센서들(110)은 차량의 각기 다른 위치들에 개별적으로 설치되므로, 라이다 센서들(110)에서 생성되는 라이다 데이터들은 각기 다른 입체공간들에서 표현된다.
또한, 라이다 센서들(110)은 순차적으로 시차를 두고 검출을 수행하기 때문에, 라이다 센서들(110)에서 생성되는 라이다 데이터들은 검출 시차 동안 차량의 이동에 의한 편차들이 생긴다.
센서 데이터 수신부들(120)은 라이다 센서들(110)로부터 라이다 센서 데이터들을 각각 수신한다.
라이다 센서들(110)과 센서 데이터 수신부들(120)의 개수(n)에 대한 제한은 없다. 즉, 2개 이상의 복수라면, 몇 개로도 구현 가능하다.
센서 데이터 처리부(130)는 센서 데이터 수신부들(120)로부터 수신한 라이다 센서 데이터들을 검출 시차 기반으로 보정한 후 하나의 입체공간에 배열하여 융합한다.
제어부(140)는 센서 데이터 처리부(130)에서 생성된 센서 데이터를 이용하여 차량에 대한 제어 데이터를 생성한다.
이하에서는, 도 1에 도시된 다중 라이다 시스템에 의한 라이다 신호 보정 과정에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 라이다 신호 보정 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 라이다 신호 보정 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 라이다 센서들(110)의 개수에 따라 수신된 라이다 센서 데이터들에 대한 상대적인 시차를 측정하여(S240), 각 센서 신호들에 대해 보정 과정(S250)을 거쳐 검출 결과를 출력한다(S260).
이때, 시공간 생성 단계(S220)부터 검출 데이터 출력단계(S260)까지는, 시스템이 동작하는 한 계속하여 반복한다. 하나의 반복에서 검출된 결과는 그 결과가 속한 시공간 동안만 유효하며, 해당 시공간의 크기는 라이다 센서의 초당 측정 횟수에 따라 정해진다.
가령, 하나의 라이다 센서가 1초 당 30회의 측정이 가능하고, 동시에 연결되는 라이다 센서의 개수가 n개일 때, 초기화 과정에서 시공간은 1/30초로 결정되며, 측정 결과의 해상도가 n * (라이다 센서 1기의 해상도)에 도달하지 않더라도 1/30초마다 검출 결과를 종합하여 출력한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 다중 라이다 신호 보정 방법에서의 반복 주기는, 라이다 센서의 측정 가능 주기에 의해 결정된다고 볼 수 있으며, 센서 데이터 수신에 있어서는 참여하는 센서의 해상도에 따라 시공간을 매 회 새로이 생성하게 된다.
초기화 단계(S210)와 초기 시공간 생성이 완료되고(S220), 센서 데이터 수신부들(120)이 라이다 센서들(110)로부터 센서 데이터들을 수신하면(S230), 센서 데이터 처리부(130)는 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정한다(S240).
여기서, 검출 시차란, 해당 시공간에서 라이다 센서들 중 최초로 검출을 수행한 라이다 센서의 검출 시간으로부터 해당 라이다 센서가 검출을 수행한 시간의 차이를 의미한다.
다음, 센서 데이터 처리부(130)는 S240단계에서 측정된 시차를 참조하여, S230단계에서 수신된 라이다 데이터들을 보정한다(S250).
S250단계에서의 보정은, 라이다 센서들(110)의 검출 시차 동안 차량(이동체)가 이동함으로 인해 해당 라이다 센서에서 발생하게 되는 왜곡을 보정하기 위한 절차이다.
시차 보정은, 다음의 수학식 1을 이용하여 수행된다.
[수학식 1]
Figure pat00003
여기서, R'은 보정된 라이다 센서 데이터(거리), R은 수신된 센서 데이터(거리), Δt는 라이다 센서의 검출 시차, d는 Δt 동안 복수의 라이다 센서들이 설치된 차량이 이동한 거리이다.
이에 의해, 라이다 센서 해상도의 역수인 시공간 내에서, 각각의 라이다 센서로부터 수신된 라이다 데이터는 시공간 시작 시간으로부터 경과한 시차(Δt)만큼 이동한 거리가 보정된다.
다음, S250단계에서 보정된 복수의 라이다 센서 데이터들을 3차원 공간좌표 데이터들로 변환하여, 검출 데이터로 출력한다(S260).
S260단계에서의 변환은, 다음의 수학식 2를 이용하여 수행된다.
[수학식 2]
Figure pat00004
여기서, (x,y,z)는 3차원 공간좌표 데이터들, R'은 보정된 라이다 센서 데이터(거리), ω는 라이다 센서의 방위각, α는 라이다 센서의 발사각이다.
지금까지, 자율 주행 차량을 위한 다중 라이다 시스템 및 이에 의한 라이다 데이터 보정 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예에서는, 복수 개의 라이다로부터 수신한 신호에 대해, 3차원 공간 보정 외에 추가로 시차 보정을 수행하여, 공간 보정만 수행한 결과보다 더 선명한 피사체 윤곽을 측정할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 여러 대의 저 채널 라이다 센서로 부피가 큰 고가의 고 채널 라이다 센서를 대체할 수 있으므로, 라이다 응용 시스템의 단가를 절감하고 시스템 외형 디자인에 주는 영향을 줄일 수 있도록 하였다.
그리고, 위 실시예에서 언급한 라이다 센서들(110)은 자율 주행 차량에 장착되어 사용되는 센서들의 일종으로 언급한 예시적인 것에 불과하다. 따라서, 다른 종류의 센서나 자율 주행 차량이 아닌 일반 차량에 이용되는 센서에 대해서도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의해, 복수개의 라이다 센서들로부터 동시에 신호를 수신하여, 센서마다 따로 정의된 입체공간을 하나로 융합할 수 있으며, 이는 여러 개의 저채널 라이다 센서로부터 융합된 입체공간은 하나의 고채널 라이다 센서에서 수신한 입체공간과 같은 효과를 가진다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 라이다 센서들
120 : 센서 데이터 수신부
130 : 센서 데이터 처리부
140 : 제어부

Claims (8)

  1. 복수의 센서들로부터 복수의 센서 데이터들을 수신하는 단계;
    복수의 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정하는 단계;
    측정된 시차를 참조하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    보정 단계는,
    복수의 센서들의 최초로 검출을 수행한 센서의 검출 시간으로부터 해당 센서가 검출을 수행한 시간의 차이 동안 복수의 센서들이 설치된 이동체의 이동에 의해 발생하는 왜곡을 보정하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    보정 단계는,
    다음의 수학식을 이용하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하고,
    Figure pat00005

    여기서, R'은 보정된 센서 데이터, R은 센서 데이터, Δt는 센서의 검출 시차, d는 Δt 동안 복수의 센서들이 설치된 이동체가 이동한 거리인 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    보정된 복수의 센서 데이터들을 3차원 공간좌표 데이터들로 변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    변환 단계는,
    다음의 수학식을 이용하여, 보정된 복수의 센서 데이터들을 변환하고,
    Figure pat00006

    ω는 방위각, α는 발사각인 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    수신 단계는, 측정 단계 및 보정 단계는,
    주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  7. 청구항 7에 있어서,
    주기는,
    센서의 측정 가능 주기인 것을 특징으로 하는 센서 데이터 보정 방법.
  8. 복수의 센서들로부터 복수의 센서 데이터들을 수신하는 수신부;
    복수의 센서 데이터들 각각에 대한 상대적인 검출 시차를 측정하고, 측정된 시차를 참조하여, 복수의 센서 데이터들을 보정하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
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