KR20200055377A - 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학적 수단을 사용하여 측정 물체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치에 관한 것으로서, 차량으로부터 도로를 향하여 기울어지게 송신된 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부; 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부; 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하거나 우선 순위를 부여하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부;를 포함할 수 있다.

Description

라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치{LIDAR signal processing apparatus and LIDAR apparatus}
본 발명은 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학적 수단을 사용하여 측정 물체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치에 관한 것이다.
라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)는 레이저광를 쏘고 난 후 장애물에 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하여 레이저의 traveling time을 통해 장애물까지의 거리를 계산하는 센서의 일종이다.
이러한, 라이다는 기능에 있어서 레이더(RADAR: Radio Detection And Ranging)와 유사하지만, 전파를 이용하는 레이더와 달리 빛을 이용한다는 차이가 있으며, 이러한 점에서 '영상 레이더'라고 칭해지기도 한다. 빛과 마이크로파 간의 도플러 효과 차이로 인하여, 라이다는 레이더에 비하여 방위 분해능, 거리 분해능 등이 우수하다는 특징을 가진다.
라이다의 주요 성능 지표는 최대/최소 측정 거리, 거리 분해능, 수평 시야각, 수직 시야각, 각도 분해능 등이 있을 수 있다.
최근, 레이저의 steering 각도를 넓혀 라이다의 시야각 성능을 향상시키기 위해 모터 회전, 초소형 미러, Optical Phased Array, VCSEL array 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
현재 가장 많이 사용되는 모터 회전 기술의 경우 수평 시야각을 넓히는 것은 용이하나, 수직 시야각을 넓히기 위해서는 여러 개의 레이저 다이오드를 사용하거나, 프리즘 광학계를 사용할 수 밖에 없다.
프리즘 광학계는 레이저 출력 분산으로 인해 거리 측정 성능이 제한되기 때문에 여러 개의 다채널 레이저 다이오드를 사용하는 방식이 주로 사용되고 있다.
이러한 종래의 라이다 장치는, 라이다 센서의 장착 위치를 고려할 때 수평 방향으로는 다양한 모터 구동계를 채택하여 넓은 시야각을 확보할 수 있으나, 수직 방향, 즉 차량의 높이 방향으로의 시야각은 제한될 수 있다.
이러한 수직 방향으로의 시야각을 확보하기 위해서 종래에는 도로를 향하여 수직 방향으로 기울어지도록 레이저광을 송신하는 별도 채널의 레이저 다이오드와 이를 수신하는 포토 다이오드를 적용하고 있다.
그러나, 채널의 개수를 늘리는 데에 한계가 있으며, 차량이 도로 상에서 장애물에 의해 도로를 기준으로 하는 차량의 실제 기울기 자세가 달라지는 경우, 장애물 검출 정보에 대한 신뢰성을 보장하기 어려웠었다.
따라서, 예컨대, 차량이 도로 위 돌맹이나 언덕을 지나거나 파인 곳 등을 지나갈 경우, 레이저광의 조사 범위가 달라져서 접근하는 장애물을 정확하게 판단할 수 없었던 문제점들이 있었다.
본 발명의 사상은, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 도로를 향하여 기울어지게 레이저광을 송신하는 센서와 이를 통한 거리값을 이용하여 기존의 차량의 이상적인 수직 기울기 및 수평 기울기로부터 측정된 실제 수직 기울기 및 수평 기울기를 차감한 도로 기준 차량 기울기를 실시간으로 확보하여 검출된 정보의 신뢰도를 확인할 수 있게 하는 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 라이다의 신호 처리 장치는, 차량으로부터 도로를 향하여 기울어지게 송신된 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부; 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부; 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 거리 값 도출부는, 상기 차량의 높이 방향을 기준으로 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광에 대한 도로의 제 1 위치로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF(Time of Flight)를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광의 거리 값을 도출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 차량 수직 기울기 측정부는, 상기 제 1 레이저광을 송신하는 상기 센서의 장착 높이와 도출된 상기 거리 값을 참고하여 실제 수직 기울기를 산출하고, 이상적 수직 기울기로부터 상기 실제 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하고, 상기 차량 수평 기울기 측정부는, 상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴이 오차 허용 범위 이내인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 신뢰도 판단부는, 차량과 도로가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 라이다의 신호 처리 방법은, 차량으로부터 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 송신된 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출 단계; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기 추정 단계; 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 센서에서 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단 단계; 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 거리 값 도출 단계는, 상기 차량의 높이 방향을 기준으로 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광에 대한 도로의 제 1 위치로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF(Time of Flight)를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광의 거리 값을 도출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기 추정 단계는, 상기 제 1 레이저광을 송신하는 상기 센서의 장착 높이와 도출된 상기 거리 값을 참고하여 실제 수직 기울기를 산출하고, 이상적 수직 기울기로부터 상기 실제 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하고, 상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴이 오차 허용 범위 이내인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 신뢰도 판단 단계는, 차량과 도로가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 수평 기울기가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 라이다 장치는, 차량으로부터 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 제 1 레이저광을 송신하고, 반사파를 수신할 수 있는 센서; 상기 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부; 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부; 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부; 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 센서는, 다양한 각도로 다양한 채널의 레이저광을 송신할 수 있도록 차량에 설치되는 복수개의 레이저 다이오드; 및 상기 레이저광들을 상기 레이저 다이오드별 다양한 채널로 수신할 수 있는 복수개의 포토 다이오드;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 기존의 차량의 이상적인 기울기로부터 측정된 실제 수직 기울기 및 수평 기울기를 차감한 도로 기준 차량 수직 기울기 및 수평 기울기를 실시간으로 확보하여 검출된 정보의 신뢰도를 확인할 수 있고, 이를 통해서 유효한 데이터만을 처리하여 장애물 검출 정보에 대한 신뢰도를 향상시키고, 장애물 검출 정보를 보정하는 등 검출 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 라이다의 신호 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 라이다 장치가 설치된 차량의 실제 기울기 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1의 라이다 장치가 설치된 차량의 이상적인 수직 기울기 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 3 또는 도 4의 수직 기울기 측정 원리를 나타내는 도형이다.
도 6은 도 1의 차량의 수평 기울기 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 7의 라이다의 신호 처리 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 장치 및 라이다 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 장치(100) 및 이를 포함하는 라이다 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 라이다의 신호 처리 장치(100)를 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 1의 라이다 장치(1000)가 설치된 차량(1)의 실제 기울기 상태를 나타내는 개략도이고, 도 4는 도 1의 라이다 장치(1000)가 설치된 차량(1)의 이상적인 기울기 상태를 나타내는 개략도이다. 도 5는 도 3 또는 도 4의 기울기 측정 원리를 나타내는 도형이고, 도 6은 도 1의 차량의 수평 기울기 상태를 나타내는 개략도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다 장치(1000)는, 크게 센서(10) 및 신호 처리 장치(100)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 센서(10)는 도 3에 예시된 바와 같이, 차량(1)으로부터 도로(2)를 향하여 기울어지게 제 1 레이저광(L1)을 송신하고 반사파를 수신할 할 수 있는 일종의 라이다 센서일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 센서(10)는, 수직 방향으로 다양한 각도로 다양한 채널의 레이저광(L1)(L2)(L3)을 송신할 수 있도록 차량(1)에 설치되는 복수개의 레이저 다이오드(11) 및 상기 레이저광(L1)(L2)(L3)들을 상기 레이저 다이오드별 다양한 채널로 수신할 수 있는 복수개의 포토 다이오드(12)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 다이오드(11)의 설치 각도나 개수 등은 도면에 국한되지 않고 매우 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 여기서, 상기 레이저 다이오드는, 레이저 동작을 시키기 위한 전극을 2개 가지고 있는 반도체 레이저일 수 있다. 더욱 구체적으로, 레이저 다이오드는, 3개의 층으로 구성되며, 활성층인 GaAs가 AlxGa1-xAs에 의하여 사이에 낀 형태로 구성될 수 있다. 상기 GaAs의 굴절률 n1, AlxGa1-xAs의 굴절률 n2는 활성층에서 발생한 빛을 격납할 수 있게 설계될 수 있고, 발생한 빛은 상기 활성층의 측면에서 방사될 수 있다. 또한, 상기 활성층의 두께는 보통 발생하는 빛의 파장보다 작게 할 수 있으며, 빛이나 전자에 의한 여기(勵起)와 달라, 단지 전류를 흘리기만 하면 반전 분포를 달성할 수 있어서 다루기가 쉬운 장점이 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 신호 처리 장치(100)는, 상기 제 1 레이저광(L1)의 거리 값(FL)을 도출하는 거리 값 도출부(110)와, 상기 거리 값(FL)으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기(K)를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부(120-1)와, 상기 거리 값(FL)으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부(120-2)와, 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K) 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 센서(10)에서 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부(130) 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부(140)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 거리 값 도출부(110)는, 상기 차량(1)의 높이 방향을 기준으로 도로(2)를 향하여 제 1 각도(A)로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광(L1)에 대한 도로(2)의 제 1 위치(P1)로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF(Time of Flight)를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광(L1)의 거리 값(FL)을 도출할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 차량 수직 기울기 측정부(120-1)는, 상기 제 1 레이저광(L1)을 송신하는 상기 센서(10)의 장착 높이(H)와 도출된 상기 거리 값(FL)을 참고하여 실제 기울기(A)를 산출하고, 이상적 기울기(Ideal A)로부터 상기 실제 기울기(A)를 차감하여 상기 도로 기준 차량 기울기(K)를 추정할 수 있다.
여기서, 기울기(A)란 차량(1)을 기준으로 수직 방향으로 기울어진 기울기 각도를 말하는 것으로서, 이는 코사인 값을 이용하여 얻어질 수 있다.
즉, 코사인 A는 장착 높이(H)/거리 값(FL)인 것으로서, 코사인 A의 값을 알고 있기 때문에 결국 A의 값도 알 수 있다.
이렇게 A의 값을 알게 되면, 이상적 기울기(Ideal A)로부터 상기 실제 수직 기울기(A)를 차감하여 도로를 기준으로 하는 도 3의 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K)를 추정할 수 있다.
이와 마찬가지로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 차량 수평 기울기 측정부(120-2)는, 상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴(PT)이 오차 허용 범위 이내, 즉 상한 오차 허용 범위 내지 하한 오차 허용 범위인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 측정할 수 있다.
한편, 예컨대, 상기 신뢰도 판단부(130)는, 차량(1)과 도로(2)가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K) 및 차량 수평 기울기가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단할 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 신호 처리 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저, 차량(1)으로부터 도로(2)를 향하여 기울어지게 송신된 제 1 레이저광(L1)의 거리 값(FL)을 도출할 수 있다.
이 때, 상기 차량(1)의 높이 방향을 기준으로 도로(2)를 향하여 제 1 각도(A)로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광(L1)에 대한 도로(2)의 제 1 위치(P1)로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광(L1)의 거리 값(FL)을 도출할 수 있다.
이어서, 상기 거리 값(FL)으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기(K)를 추정할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 레이저광(L1)을 송신하는 상기 센서(10)의 장착 높이(H)와 도출된 상기 거리 값(FL)을 참고하여 실제 기울기(A)를 산출하고, 이상적 기울기(Ideal A)로부터 상기 실제 기울기(A)를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K)를 추정할 수 있다.
이어서, 상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴(PT)이 오차 허용 범위 이내, 즉 상한 오차 허용 범위 내지 하한 오차 허용 범위인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 할 수 있다.
이어서, 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 수평 기울기를 기준으로 센서(10)에서 검출된 정보의 신뢰도를 판단할 수 있다. 이 때, 차량(1)과 도로(2)가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 기울기(K)가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단할 수 있다.
이어서, 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하거나 우선 순위를 부여하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력할 수 있다.
그러므로, 상기 도로(2)를 향하여 기울어지게 제 1 레이저광(L1)을 송신하는 센서(10)와 이를 통한 거리값(FL)을 이용하여 기존의 차량의 이상적인 기울기로부터 측정된 실제 기울기(A)를 차감한 도로 기준 차량 수직 기울기(K) 및 차량 수평 기울기를 실시간으로 확보하여 검출된 정보의 신뢰도를 확인할 수 있고, 이를 통해서 유효한 데이터만을 처리하여 장애물 검출 정보에 대한 신뢰도를 향상시키고, 장애물 검출 정보를 보정하는 등 검출 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이외에도, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다 장치(1000)는, 레이저광들의 경로를 유도하는 렌즈나 프리즘이나 반사 거울 등의 조합으로 이루어지는 광학계(13), 상기 포토 다이오드(12)에서 수신된 신호를 증폭하는 저잡음증폭기(14), 수신된 신호들을 비교하여 선택하는 비교기(15), 송수신 시간을 산출하는 Time to digital 변환기(16), 상기 레이저 다이오드(11)를 구동하는 구동 제어부(17), 기타 커넥터, 무선송수신 장치 등의 통신부(18)가 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 라디아 장치(1000)는 도면에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 종류나 형태의 전자 부품들이 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 방법은, 차량(1)으로부터 도로(2)를 향하여 기울어지게 송신된 제 1 레이저광(L1)의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출 단계(S1)와, 상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기 및 수평 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기 추정 단계(S2)와, 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기를 기준으로 센서(10)에서 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단 단계(S3) 및 신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하거나 우선 순위를 부여하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서(10)로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리 단계(S4)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 거리 값 도출 단계(S1)는, 상기 차량(1)의 높이 방향을 기준으로 도로(2)를 향하여 제 1 각도(A)로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광(L1)에 대한 도로(2)의 제 1 위치(P1)로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF(Time of Flight)를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광(L1)의 거리 값(FL)을 도출하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 차량 수직 기울기 및 차량 수평 기울기 추정 단계(S2)는, 상기 제 1 레이저광(L1)을 송신하는 상기 센서(10)의 장착 높이(H)와 도출된 상기 거리 값(FL)을 참고하여 실제 기울기(A)를 산출하고, 이상적 기울기(Ideal A)로부터 상기 실제 기울기(A)를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K)를 추정하고, 상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴이 오차 허용 범위 이내인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 신뢰도 판단 단계(S3)는, 차량(1)과 도로(2)가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 기울기(K)가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단하는 단계일 수 있다.
도 8은 도 7의 라이다의 신호 처리 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 라이다의 신호 처리 방법은, 상기 거리 값(FL)을 도출하기 위해서, 먼저, 1번 레이저광(FL)을 송신하고(S11), 이에 대한 반사파를 수신할 수 있다(S12).
이어서, 송신 시간과 수신 시간의 차이를 이용하여 TOF를 산출하고, 이를 통해서 상기 거리 값(FL)을 도출할 수 있다(S13).
이어서, 상수인 차량의 센서 장착 높이(H)와 도출된 상기 거리 값(FL)을 참고하여 도로 기준 차량 수직 기울기(K) 및 수평 기울기를 추정할 수 있다(S14).
이어서, 이러한 상기 도로 기준 차량 수직 기울기(K) 및 수평 기울기를 통해서 센서 정보의 신뢰도를 판단하고(S15), 신뢰도가 있다고 판단된 경우 센서 검출 정보를 유효 데이터로 전달할 수 있다(S16).
이어서, 신뢰도가 없다고 판단된 경우, 오차 허용 범위 이내인지를 확인하여(S17), 오차 허용 범위 이내인 경우, 오차값을 보상 및 보상된 정보를 전달할 수 있다(S18).
만약, 오차 허용 범위를 벗어나는 경우, 오차값에서 기울기값을 차감하여 차체 자세 정보를 비교해서(S19), 비교치 역시 오차 허용 범위를 벗어나면(S20) 실시간 신뢰도 저하로 판별하여 경고 메시지 등을 출력할 수 있고(S21), 오차 허용 범위 이내이면 단순한 장치 고장 알림이나 경고 메시지를 출력할 수 있다(S22).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 차량
2: 도로
10: 센서
11: 레이저 다이오드
12: 포토 다이오드
13: 광학계
14: 저잡음증폭기
15: 비교기
16: Time to digital 변환기
17: 구동 제어부
18: 통신부
100: 라이다의 신호 처리 장치
110: 거리 값 도출부
120-1: 차량 수직 기울기 측정부
120-2: 차량 수평 기울기 측정부
130: 신뢰도 판단부
140: 데이터 처리부
1000: 라이다 장치

Claims (6)

  1. 차량으로부터 도로를 향하여 기울어지게 송신된 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출부;
    상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부;
    상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부;
    상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부; 및
    신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하거나 우선 순위를 부여하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부;
    를 포함하는, 라이다의 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 값 도출부는,
    상기 차량의 높이 방향을 기준으로 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 송신된 상기 제 1 레이저광에 대한 도로의 제 1 위치로부터 수신된 반사광을 이용하여 TOF(Time of Flight)를 환산하고, 이를 이용하여 상기 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는, 라이다의 신호 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차량 수직 기울기 측정부는,
    상기 제 1 레이저광을 송신하는 상기 센서의 장착 높이와 도출된 상기 거리 값을 참고하여 실제 수직 기울기를 산출하고, 이상적 수직 기울기로부터 상기 실제 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하고,
    상기 차량 수평 기울기 측정부는,
    상기 제 1 레이저광의 좌우 방향 기준 패턴이 오차 허용 범위 이내인지를 판단하여 오차 허용 범위 이내인 경우, 이상적인 수평 기울기로부터 실제 수평 기울기를 산출하고, 이상적 수평 기울기로부터 상기 실제 수평 기울기를 차감하여 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는, 라이다의 신호 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신뢰도 판단부는,
    차량과 도로가 모두 평행한 상태에서 측정된 이상적 수치를 기준으로 상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기가 정상 범위 이내인 경우에는 신뢰도가 있다고 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 신뢰도가 없다고 판단하는, 라이다의 신호 처리 장치.
  5. 차량으로부터 도로를 향하여 제 1 각도로 기울어지게 제 1 레이저광을 송신하고, 반사파를 수신할 수 있는 센서;
    상기 제 1 레이저광의 거리 값을 도출하는 거리 값 도출부;
    상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수직 기울기를 추정하는 차량 수직 기울기 측정부;
    상기 거리 값으로부터 도로 기준 차량 수평 기울기를 추정하는 차량 수평 기울기 측정부;
    상기 도로 기준 차량 수직 기울기 및 상기 도로 기준 차량 수평 기울기를 기준으로 검출된 정보의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부; 및
    신뢰도가 있다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 유효 데이터로 처리하거나 우선 순위를 부여하고, 신뢰도가 없다고 판단되는 경우, 상기 센서로부터 검출된 정보를 무효 데이터로 처리하거나 경고 메시지를 출력하는 데이터 처리부;
    를 포함하는, 라이다 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서는,
    다양한 각도로 다양한 채널의 레이저광을 송신할 수 있도록 차량에 설치되는 복수개의 레이저 다이오드; 및
    상기 레이저광들을 상기 레이저 다이오드별 다양한 채널로 수신할 수 있는 복수개의 포토 다이오드;
    를 포함하는, 라이다 장치.
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