KR20200096632A - 대상물의 다차원 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템 - Google Patents

대상물의 다차원 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템 Download PDF

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)의 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템(100)에 관한 것이며, 상기 다중 펄스 라이다 시스템은, 모니터링 영역(300)의 일부로 제한되는 각각 하나의 입체각(310)을 조명하고 하나 이상의 스캔 포인트에서 스캐닝을 실행하는 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스로 구성된 송신 레이저 빔(210)을 생성하기 위한 하나 이상의 레이저 소스(111)를 구비한 송신 장치(110)와; 다중 펄스 라이다 시스템(100)의 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)에서 반사 및/또는 산란되는 송신 레이저 빔(210)을 수신 레이저 빔(220)의 형태로 수신하기 위한, 제1 연장 방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들(142n)로 구성된 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 포함하는, 검출면(141)을 구비한 수신 장치(140)이며, 이때 수신 장치(140)는 송신 레이저 빔(210)에 의해 검출된 스캔 포인트를 검출면(141) 상에 이미지 포인트의 형태로 투사하는, 상기 수신 장치와; 스캔 방향(123)으로 연속하는 복수의 스캔 포인트들을 따라 전체 모니터링 영역(300)을 연속적으로 스캐닝하기 위해, 스캔 방향(123)으로 송신 레이저 빔(210)의 스캔 운동(122)을 생성하기 위한 스캔 장치(120)이며, 이때 송신 레이저 빔(210)의 스캔 운동(122)은, 시간 순차적으로 연속하는 개별 레이저 펄스들에서 이미지 포인트를 각각 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 따라 변위하여 검출면(141) 상에 투사하기 위해 형성되는, 상기 스캔 장치와; 해당 개별 레이저 펄스들의 전파 시간에 의해 스캔 포인트들의 거리 정보를 결정하기 위한 제어 장치(130)이며, 이때 제어 장치(130)는, 검출면(141) 상에 현재 투사되는 이미지 포인트에 의해 검출되는 서브 검출기들(142n)을 공동 평가를 위해, 해당 이미지 포인트에 개별적으로 할당된 매크로 픽셀로 그룹화하는, 상기 제어 장치;를 포함한다. 본 발명은 또한 연속 방사되는 3개의 개별 레이저 펄스들 및 그들의 해당 검출 영역들(310)을 갖는 측정 시퀀스에 관한 것이다.

Description

대상물의 다차원 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템
본 발명은 다중 펄스 라이다 시스템의 모니터링 영역 내 대상물의 다차원 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상응하는 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한, 모니터링 영역 내 대상물의 다차원 검출을 위한 방법에 관한 것이다.
특히, 라이다 시스템은 차량 주변의 대상물을 검출하기 위해 사용된다. 이러한 라이다 시스템은 펄스화된 또는 시간 순차적으로 변조된 레이저 빔을 사용하여 자신의 주변을 스캐닝하며, 라이다 시스템의 레이저 소스로부터 방사된 광 빔은 주변의 대상물에서 반사되거나 산란되고, 라이다 시스템 내 검출기에 의해 재차 수신된다. 이 경우, 스캐닝 시에 레이저 빔은 연속적으로 스캔 방향을 따라 이동하고, 관련 모니터링 영역 내에 위치하는 대상물은 검출된다. 이 경우, 검출된 대상물의, 차량에 대한 상대 위치는 레이저 빔의 상응하는 각도와, 개별 레이저 펄스의 전파 시간 측정에 의해 산출된 거리 정보에 의해 검출된다. 이 경우, 라이다 시스템은 단일 펄스 라이다 시스템 또는 다중 펄스 라이다 시스템의 형태로 형성될 수 있다. 단일 펄스 라이다 시스템은 각각 하나의 개별 레이저 펄스에 의해 각각의 스캔 포인트를 스캐닝한다. 이로 인해, 특히 높은 측방향 분해능이 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 시스템은 비교적 높은 레이저 출력을 갖는 개별 레이저 펄스를 요구하므로, 상응하는 성능의 레이저 소스가 필요하다. 반면, 훨씬 더 낮은 레이저 출력이 다중 펄스 라이다 시스템에 제공되며, 이러한 다중 펄스 라이다 시스템에서는 짧게 연달아 이어지는 더욱 저출력의 복수의 개별 레이저 펄스들에 의해 스캔 포인트가 스캐닝된다. 개별 측정들의 합산을 통해, 충분한 신호 대 잡음비를 갖는 적합한 검출기 신호가 얻어진다. 그러나, 상기 방법의 단점은, 비교적 큰 각도 범위에 걸친 개별 측정들의 합산 및 이에 수반되는 검출기 신호의 스미어링(smearing)을 통해 야기된 측방향 분해능의 감소이다.
따라서, 본 발명의 과제는 다중 펄스 라이다 시스템의 원리에 따라 작동하며, 그에 따라 비교적 낮은 레이저 출력으로 충분한 동시에, 비교적 높은 측방향 분해능을 가능하게 하는, 대상물에 대한 레이저 기반 검출 방법을 제공하는 것이다. 이러한 과제는 청구 범위 제1항에 따른 다중 펄스 라이다 시스템에 의해 해결된다. 또한, 상기 과제는 청구 범위 제6항에 따른 방법에 의해 해결된다. 추가의 바람직한 실시예들은 종속 청구 범위들에 기술된다.
본 발명에 따라, 모니터링 영역 내 대상물의 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템이 제공된다. 이 경우, 라이다 시스템은, 모니터링 영역의 일부로 제한되는 각각 하나의 검출 영역을 조명하고 하나 이상의 스캔 포인트에서 스캐닝을 실행하는 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스로 구성된 송신 레이저 빔을 생성하기 위한 하나 이상의 레이저 소스를 구비한 송신 장치를 포함한다. 또한, 라이다 시스템은 검출면을 구비한 수신 장치를 포함하며, 이러한 수신 장치는, 다중 펄스 라이다 시스템의 모니터링 영역 내 대상물에서 반사 및/또는 산란되는 송신 레이저 빔을 수신 레이저 빔의 형태로 수신하기 위한, 제1 연장 방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들로 구성된 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체를 포함한다. 이 경우, 수신 장치는 송신 레이저 빔에 의해 검출된 스캔 포인트를 검출면 상에 이미지 포인트의 형태로 투사하도록 형성된다. 또한, 라이다 시스템은 스캔 방향으로 연속하는 복수의 스캔 포인트들을 따라 전체 모니터링 영역을 연속적으로 스캐닝하기 위해, 스캔 방향으로 송신 레이저 빔의 스캔 운동을 생성하기 위한 스캔 장치를 포함한다. 이 경우, 송신 레이저 빔의 스캔 운동은, 시간 순차적으로 연속하는 개별 레이저 펄스들에서 이미지 포인트를 각각 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체를 따라 변위하여 검출면 상에 투사하기 위해 형성된다. 최종적으로, 라이다 시스템은 해당 개별 레이저 펄스들의 전파 시간에 의해 스캔 포인트들의 거리 정보를 결정하기 위한 제어 장치를 포함하며, 이러한 제어 장치는, 검출면 상에 현재 투사되는 이미지 포인트에 의해 검출되는 서브 검출기들을 해당 이미지 포인트에 개별적으로 할당된 매크로 픽셀의 형태로 공동으로 평가하기 위해 형성된다. 서브 검출기들을 매크로 픽셀에 개별적으로 할당할 수 있는 가능성을 통해, 해당 매크로 픽셀의 위치는 검출면 상의 해당 스캔 포인트의 투사를 나타내는 이미지 포인트의 위치에 최적으로 매칭될 수 있다. 따라서, 해당 스캔 포인트의 측정 에너지가 최적으로 사용될 수 있다.
이 경우, 본 발명의 일 실시예에서 제어 장치는 또한, 상응하는 서브 검출기들의 재그룹화를 통해, 검출면 상의 매크로 픽셀의 위치를, 검출면 상의 해당 매크로 픽셀에 할당된 이미지 포인트의, 스캔 운동을 통해 야기되는 변위를 따르게끔 매칭하기 위해 형성된다. 이로 인해, 해당 스캔 포인트의 측정 에너지 및 측정 시간은 복수의 개별 측정들에 걸쳐 최적으로 사용될 수 있다.
추가의 일 실시예에서, 송신 장치는, 2개 이상의 스캔 포인트들을 구비한 각각 하나의 입체각을 조명하는 개별 레이저 펄스들을 갖는 송신 레이저 빔을 생성하도록 형성된다. 이 경우, 수신 장치는, 송신 레이저 빔에 의해 현재 조명되는 스캔 영역 내 2개의 스캔 포인트들을, 검출면 상에 서로 나란히 배열되어 스캔 운동에 의해 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체를 따라 변위되는 2개의 이미지 포인트들의 형태로 나타내도록 형성된다. 또한, 제어 장치는, 2개의 이미지 포인트들 중 제1 이미지 포인트에 의해 현재 검출되는 서브 검출기들을 제1 이미지 포인트에 할당된 제1 매크로 픽셀로 공동으로 그룹화하고, 2개의 이미지 포인트들 중 제2 이미지 포인트에 의해 현재 검출되는 서브 검출기들을 제2 이미지 포인트에 할당된 제2 매크로 픽셀로 공동으로 그룹화하도록 형성된다. 복수의 스캔 포인트들의 공동의 스캔을 통해, 2개의 스캔 포인트들 각각에 대한 측정 시간은 늘어난다. 따라서, 각각의 스캔마다 더 많은 측정 에너지가 제공됨으로써, 신호 대 잡음비가 개선된다.
추가의 일 실시예에 따라, 제어 장치(130)는, 제1 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제1 개별 측정 시에는 제1 이미지 포인트에 의하여, 그리고 제1 개별 레이저 펄스에 시간 순차적으로 바로 후속하는 제2 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제2 개별 측정 시에는 제2 이미지 포인트에 의하여 검출되는 서브 검출기들을 제1 개별 측정 시에는 제1 매크로 픽셀에 할당하고, 후속하는 제2 개별 측정 시에는 제2 매크로 픽셀에 할당하도록 형성된다. 이로 인해, 검출면은 최적으로 사용된다.
추가의 일 실시예에서, 송신 장치는, 스캔 방향에 직교하여 서로 겹치도록 배열되는 검출 영역들을 갖는 복수의 레이저 소스들을 포함한다. 이 경우, 각각의 레이저 소스에 대한 검출면은 해당 레이저 소스에 개별적으로 할당된 서브 검출기 배열체를 포함하고, 이때 서브 검출기 배열체들은 스캔 방향에 직교하여 서로 겹치도록 배열된다. 이로 인해, 라이다 시스템의 수직 분해능은 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따라, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한, 모니터링 영역 내 대상물의 다차원 검출을 위한 방법이 제공된다. 이 경우, 제1 진행 단계에서는 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스 형태의 송신 레이저 빔이 생성되고, 각각의 개별 레이저 펄스를 갖는 송신 레이저 빔은, 모니터링 영역의 부분 섹션으로 제한되는 검출 영역을 조명하고, 이 경우 하나 이상의 스캔 포인트 내에서 스캔을 실행한다. 이어서, 스캔 방향으로의 송신 레이저 빔의 스캔 운동이 생성되며, 이러한 스캔 운동은 스캔 방향으로 연속하는 복수의 스캔 포인트들 내에서의 전체 모니터링 영역의 연속적인 스캐닝을 야기한다. 이어서, 모니터링 영역 내 대상물에서의 송신 레이저 빔의 반사 및/또는 산란을 통해 생성된 수신 레이저 빔이, 제1 연장 방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들로 구성된 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체를 구비한 검출면 상에서 수신되고, 송신 레이저 빔에 의해 현재 검출된 스캔 포인트가 검출면 상에서, 송신 레이저 빔의 스캔 운동에 의해 연속적으로, 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체를 따라 변위되는 이미지 포인트의 형태로 투사된다. 이어서, 이미지 포인트의 현재 위치에 상응하는 위치들을 갖는 서브 검출기들이, 해당 이미지 포인트에 개별적으로 할당된 매크로 픽셀로 그룹화된다. 마지막으로, 해당 매크로 픽셀에 할당된 서브 검출기들은 공동으로 평가된다. 서브 검출기들을 개별적으로 매크로 픽셀로 그룹화할 수 있는 가능성을 통해, 해당 매크로 픽셀의 위치는 검출면 상의 해당 스캔 포인트의 투사를 나타내는 이미지 포인트의 위치에 최적으로 매칭될 수 있다. 따라서, 해당 스캔 포인트의 측정 에너지가 최적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 개별 측정들에서 특정 매크로 픽셀에 대해 측정된, 이러한 개별 측정들 내에서 해당 매크로 픽셀에 할당된 서브 검출기들의 신호들은, 해당 매크로 픽셀에 할당된 히스토그램에 공동으로 할당된다. 이로 인해, 개별 측정들의 측정 시간은 공동으로 평가되는데, 이는 특히 개선된 신호 대 잡음비를 유도한다.
추가의 일 실시예에서, 검출면 상의 매크로 픽셀의 위치는, 상응하는 서브 검출기들의 재그룹화를 통해, 검출면 상의 해당 매크로 픽셀에 할당된 이미지 포인트의, 스캔 운동을 통해 야기되는 변위를 따르도록 연속적으로 매칭된다. 이로 인해, 해당 스캔 포인트의 측정 에너지 및 측정 시간은 복수의 개별 측정들에 걸쳐 최적으로 사용될 수 있다.
추가의 일 실시예에서, 개별 측정 동안 복수의 스캔 포인트들이 동시에 검출되고, 이 경우 검출면 상의 제1 스캔 포인트에 의해 생성된 제1 이미지 포인트에 의해 검출된 서브 검출기들은 제1 스캔 포인트에 개별적으로 할당된 제1 매크로 픽셀에 할당된다. 또한, 검출면 상의 제2 스캔 포인트에 의해 형성된 제2 이미지 포인트에 의해 검출된 서브 검출기들은 제2 스캔 포인트에 개별적으로 할당된 제2 매크로 픽셀에 할당된다. 복수의 스캔 포인트들의 공동의 스캔을 통해, 2개의 스캔 포인트들 각각에 대한 측정 시간은 늘어난다. 따라서, 각각의 스캔마다 더 많은 측정 에너지가 제공됨으로써, 신호 대 잡음비가 개선된다.
최종적으로, 추가의 일 실시예에서는, 제1 개별 측정 동안에는 제1 이미지 포인트에 의해, 그리고 제1 개별 레이저 펄스에 시간 순차적으로 바로 후속하는 제2 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제2 개별 측정 시에는 제2 이미지 포인트에 의하여 검출되는 서브 검출기들이, 제1 개별 측정 시에는 제1 매크로 픽셀에 할당되고, 후속하는 제2 개별 측정 시에는 제2 매크로 픽셀에 할당된다. 이로 인해, 특히 최적의 검출면 사용이 가능하며, 이는 또한 특히 유연한 측정을 가능하게 한다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에 더 상세히 설명된다.
도 1은 모니터링 영역의 스캐닝을 위한 회전 운동을 설명하기 위해 다중 펄스 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 자신의 모니터링 영역 내에 배치된 차량의 스캔 시의 회전하는 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 연속하는 3개의 개별 레이저 펄스들에 의한 대상물의 스캔 과정을 설명하기 위해 본 발명에 따른 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 스캔 운동에 따른, 검출면 상에 투사된 이미지 포인트의 변위를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 7 내지 도 9는 각각의 매크로 픽셀들에 대한 서브 검출기들의 할당을 설명하기 위해 대상물의 스캔 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 3개의 스캔 포인트들이 동시에 검출되는, 도 7 내지 도 9의 본 발명에 따른 라이다 시스템의 변형예를 도시한 도면이다.
본 발명의 핵심은, 일회 측정을 위한 복수의 펄스들의 사용에도 불구하고 단일 펄스 라이다 시스템과 동일한 측방향 분해능을 달성하는 다중 펄스 라이다 시스템 또는 매크로 스캐너 시스템을 가능하게 하는 것이다. 다중 펄스 라이다 시스템에서는, 측정 정확도를 개선하기 위해 또는 특수한 검출기들 또는 측정 원리들(SPAD/TCSPC)의 사용에 기인하여 하나의 측정이 복수의 개별 펄스들로 이루어지므로, 시스템의 분해능은 적절한 보상없이, 측정을 위한 제1 개별 레이저 펄스의 방출과 마지막 개별 레이저 펄스의 방출 간의 각도 차이로 제한된다.
이러한 제한을 피하기 위해서는, 측정 펄스의 수신을 위해 각각의 검출기 대신에 복수의 소형 검출기들 또는 서브 검출기들로 구성된 라인 또는 어레이가 사용된다. 이 경우, 서브 검출기들을 매크로 픽셀들로 적절하게 통합하거나 그룹화함으로써 회전 운동 또는 스캔 운동이 보상될 수 있다. 서브 검출기들의 재그룹화 속도는 직접적으로 센서의 회전 속도로부터 얻어진다. 이때, 이러한 구조의 측방향 분해능은 단일 펄스 솔루션의 분해능에 상응한다. 또한, 개별 레이저 펄스들을 인접 매크로 픽셀들에 병렬 할당함으로써 측정 에너지 및 측정 시간이 손실되지 않는다.
본 발명에 따른 라이다 시스템에서는, 각각의 측정 펄스들의 수신을 위해 각각의 검출기 대신에, 라인 형태 또는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 소형 검출기들로 이루어진 배열체가 사용된다. 이러한 서브 검출기들을 더 큰 매크로 픽셀들로 적절하게 통합하거나 재그룹화함으로써, 센서 헤드의 회전 운동은 보상될 수 있다. 서브 검출기들의 이러한 재그룹화의 속도는 직접적으로 센서의 회전 속도로부터 얻어진다. 이 경우, 이러한 구조의 측방향 분해능은 단일 펄스 솔루션에 상응한다. 마찬가지로, 펄스들을 인접 매크로 픽셀들에 병렬 할당함으로써 측정 에너지 및 측정 시간이 손실되지 않는다. 서브 검출기들로서는, 상이한 측정 원리들에 따라 작동하는 검출기들, 예를 들어 SPAD(single photon avalanche photodiode) 또는 TCSPC(time correlated single photon counting)가 사용될 수 있다.
도 1에는 상이한 각도들로 배열된 복수의 송신 유닛 및 수신 유닛을 갖는 회전 센서 헤드(101)를 구비한 매크로 라이다 시스템(100)이 도시되어 있으며, 본 실시예에서는 송신 장치(110)만이 도시되어 있다. 이 경우, 센서 헤드(101)는 회전 스캔 운동(122)을 실행하고, 본 실시예에서 회전축(102)은 Z축에 평행하게 연장된다. 이러한 배열체에서, 라이다 시스템의 수평 이미지 분해능은 회전 운동 및 측정률(measuring rate)에 의해 결정된다. 반면, 수직 이미지 분해능은 수신 유닛들의 갯수 및 해당 각 거리(angular distance)에 의해 규정된다. 본 실시예에서, 센서 헤드(101)는 360 °의 완전한 회전을 실행한다. 그러나, 각각의 실시예에서, 스캔 운동은 규정된 각도 범위로 제한될 수도 있다.
도 2에는 라이다 시스템(100)의 모니터링 영역(300)에 배열된 대상물(400)(본 경우에는 차량)이 레이저 빔(200)에 의해 스캐닝되는 스캔 과정 동안의 도 1의 매크로 라이다 시스템(100)이 개략적으로 도시되어 있다. 라이다 시스템(100)은 회전 센서 헤드(101)를 가지며, 이러한 회전 센서 헤드는 하나 이상의 레이저 소스(111)를 갖는 송신 장치(110) 및 검출면(141)을 갖는 수신 장치(140)를 포함한다. 검출면(141)은 레이저 소스마다, 제1 연장 방향(144)으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들(142n)로 구성된 하나의 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 포함한다. 명확성을 위해, 도 2에는 단 3개의 서브 검출기들(142n)을 갖는 하나의 라인형 서브 검출기 배열체(143)만이 도시되어 있다.
본 실시예에서, 센서 헤드(101)는 또한 광학 투사 장치(150)를 포함한다. 이는 예를 들어, 레이저 빔들(210, 220)이 원하는 방식으로 성형되도록 하는 하나 또는 복수의 광학 렌즈 요소일 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우와 같이, 센서 헤드(101)는 송신 레이저 빔 및 수신 레이저 빔(210, 220)을 중첩 또는 분리하기 위한 빔 스플리터(121)를 구비할 수 있다. 이러한 광학 빔 스플리터(121)는 예를 들어 부분 투과성을 갖는 거울의 형태로 형성될 수 있다.
도 2에 또한 도시된 바와 같이, 전형적으로 라이다 시스템(100)은 송신 장치 및 수신 장치(110, 140)를 제어하기 위한 제어 장치(130)도 포함한다. 본 실시예에서 제어 장치(130)는, 방사되고 재차 수신된 개별 레이저 펄스들의 전파 시간을 검출하기 위한 측정 장치와, 측정된 전파 시간에 따라 스캔 포인트들의 거리 정보를 검출하기 위한 평가 장치도 포함한다. 실시예에 따라, 제어 장치(130) 또는 그의 각각의 구성 요소들은 센서 헤드(101)의 외부에 배치될 수 있고, 상응하는 신호 및 데이터 라인들에 의해 센서 헤드(101) 내의 해당 장치들과 연결될 수 있다. 이의 대안으로서, 제어 장치(130) 또는 마찬가지로 그의 각각의 구성 요소들은 센서 헤드(101)의 내부에 수용될 수 있다.
라이다 시스템(100)의 작동에서, 송신 장치(110)의 각각의 레이저 소스는 짧은 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스 형태의 고유의 송신 레이저 빔(210)을 생성한다. 이 경우, 송신 레이저 빔(210)은 각각의 개별 레이저 펄스로, 해당 개별 레이저 펄스의 검출 영역(310)을 규정하는 입체각을 조명하는데, 이러한 입체각은 전형적으로 라이다 시스템(100)의 전체 모니터링 영역(300)의 비교적 작은 부분만을 나타낸다. 회전 스캔 운동(122) 및 이에 수반되는 연속하는 개별 레이저 펄스들의 검출 영역들(310)의 연속 변위를 통해서야, 전체 모니터링 영역(300)의 스캔이 달성된다. 도 2에는, 예를 들어 시간 순차적으로 연속 방사되는 3개의 개별 레이저 펄스들 및 그들의 해당 검출 영역들(310)을 갖는 측정 시퀀스가 도시되어 있다. 이 경우, 검출 영역들(310)은 파선에 의해 표시되어 있다. 송신 레이저 빔(210)의 현재 검출 영역(310)은 본 실시예에서 원형으로 도시되어 있다. 그러나, 적용예에 따라, 검출 영역(310)의 형상을 규정하는 송신 레이저 빔(210)의 단면은 다른 형상으로, 예를 들어 타원형 또는 대략 정사각형으로 형성될 수도 있다. 센서 헤드(101)의 스캔 운동(122)으로 인해, 각각의 개별 레이저 펄스들은 상이한 각도들로 방사되므로, 송신 레이저 빔(210)의 각각 현재의 검출 영역(310)은 사전 결정된 각도 단계들로, 각각 스캐닝된 대상물(400)에 걸쳐 이동한다. 다중 펄스 라이다 시스템의 경우, 개별 레이저 펄스의 반복률과 스캔 운동(123)은, 송신 레이저 빔(210)에 의해 검출된 영역 및 이에 따라 이러한 해당 영역 내에 위치한 스캔 포인트들(미도시)이 한번의 스캔 동안, 바로 연속하는 복수의 개별 레이저 펄스들에 의해 스캐닝되도록 각각 서로 매칭된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 대상물(400)에서 반사되거나 대상물(400)로부터 재차 산란된 송신 레이저 빔(210)은 수신 레이저 빔(220)의 형태로 센서 헤드(101) 내에서 수신되고, 검출면(141) 상에 투사된다. 스캔 운동(122)에 의해, 현재 검출 영역(310) 내에 위치한, 예를 들어 차량(400)의 세부일 수 있는 스캔 포인트는 레이저 펄스들이 연속할 때 각각 규정된 간격만큼 변위되어 검출면(141) 상에 투사된다.
하기에는 서브 검출기들의 재그룹화가 보다 상세히 설명되며, 이러한 재그룹화를 통해서는 검출면 상에서의 매크로 픽셀의 변위와, 이에 따라 회전 스캔 운동의 보상이 달성된다. 이를 위해, 도 3 내지 도 5에는 3개의 개별 레이저 펄스들에 의한 차량(400)의 스캐닝을 포함하는, 이미 도 2에 도시된 짧은 스캔 시퀀스가 도시되어 있다. 이 경우, 도 3에는 차량(400)이 제1 개별 레이저 펄스에 의해 조명되는 제1 개별 측정이 도시되어 있다. 이 경우, 현재 검출 영역(310)은 검출면(141) 상에 상응하는 이미지 포인트(230n)의 형태로 투사되는 하나 이상의 제1 스캔 포인트(320n)를 검출한다. 이 경우, 파선 원에 의해 도시된 이미지 포인트(230n)는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)의 서브 검출기들(142i,j) 중 도 3에 어둡게 해칭되어 도시된 총 9개의 서브 검출기들을 조명한다. 따라서, 관련 서브 검출기들(142i,j)은 제1 스캔 포인트(320n)를 나타내는 제1 매크로 픽셀(160n)로 그룹화된다. 이 경우, 그룹화된 서브 검출기들(142i,j)의 신호들은 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당된 히스토그램(170n)에 공동으로 지정된다. 이러한 히스토그램(170n)에서, 전체 측정 동안 매크로 픽셀(160n)에 할당된 모든 서브 검출기들(142i,j)의 신호들이 합산된다. 이로 인해, 신호 대 잡음비는 개선될 수 있다.
도 2와는 대조적으로, 본 실시예에서 검출면(141)은, 제1 연장 방향(144)으로 서로 나란히 배열된 총 14개의 서브 검출기들(142i,j) 및 제2 연장 방향(145)으로 서로 연달아 배열된 총 5개의 서브 검출기들(142i,j)을 포함하는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 구비한다.
도 4에 도시된 진행 상황에서, 송신 레이저 빔(210)은 스캔 운동(122)에 의해 스캔 방향(123)으로 추가 이동하였다. 따라서, 방사된 현재의 제2 개별 레이저 펄스는, 특정 각도값만큼 스캔 방향(123)으로 변위된 검출 영역(310)을 갖는다. 그 결과, 제1 스캔 포인트(320n)의 투사 및 이에 따라 검출면(141) 상의 제1 이미지 포인트(230n)의 위치도 규정된 값만큼 변위된다. 이 경우, 이미지 포인트(230n)의 변위는 광학 구성 요소들의 투사 특성들과, 개별 측정들 간의 해당 각도 차이, 그리고 이에 따라 스캔 속도(122) 및 측정률에 직접적으로 좌우된다. 본 실시예에서, 이러한 매개변수들은, 후속하는 개별 측정들에서 스캔 포인트(320n)가, 각각 서브 검출기들(142i,j)의 측방향 폭에 가능한 정확히 상응하는 경로만큼 변위되어 검출면 상에 투사되도록 서로 매칭된다. 이러한 방식으로, 서브 검출기들(142i,j)은 항상 매크로 픽셀들(160n) 중 명확히 하나의 매크로 픽셀에 할당될 수 있도록 보장된다. 이는 후속하는 개별 측정들에서 이미지 포인트들이 변위되어 검출면 상에 투사되는 단계들이, 서브 검출기들(142i,j)의 측방향 폭의 정수배가 되는 실시예들에도 적용된다. 그러나, 해당 적용예에 따라, 라이다 시스템의 상응하는 매개변수들은, 후속하는 개별 측정들에서 이미지 포인트들이 변위되어 검출면 상에 투사되는 단계들이 각각 서브 검출기들의 측방향 폭의 일부분이 되도록 나타날 수도 있다. 또한, 검출면 상의 이미지 포인트들의 변위가 서브 검출기들(142i,j)의 측방향 폭에 대해 합리적 관계를 갖지 않는 라이다 시스템들도 구현될 수 있다. 이는 특히, 바로 인접한 스캔 포인트들이, 하나의 서브 검출기의 폭에 적어도 상응하는 간격을 갖고 검출면 상에 투사되는 경우에 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스캔 운동(122)에 기인한 검출면(141) 상의 제1 이미지 포인트(230n)의 변위는 제1 이미지 포인트(230n)에 할당된 제1 매크로 픽셀(160n)의 상응하는 변위에 의해 보상된다. 이 경우, 제1 매크로 픽셀(160n)의 변위는 관련 서브 검출기들(142i,j)의 재그룹화를 통해 실행된다. 이를 위해, 제1 매크로 픽셀(160n)의 우측면에는 현재 3개의 새로운 서브 검출기들(142i,j)이 지정되어 있다. 반면, 선행하는 개별 측정에서 아직 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당되었던, 도 4에 밝게 해칭된 3개의 서브 검출기들(142i,j)은 이제 후속하는 제2 매크로 픽셀(160n+1)에 할당되고, 이러한 제2 매크로 픽셀은 마치 좌측에서부터 서브 검출기 배열체(143)의 활성 부분 내로 이동하는 것으로 보인다. 자신의 해당하는 할당에 상응하게, 어둡게 해칭된 서브 검출기들(142i,j)의 신호들은 제1 매크로 픽셀(160n)의 히스토그램(170n)에 지정되고, 밝게 해칭된 서브 검출기들(142i,j)의 신호들은 제2 매크로 픽셀(160n+1)의 히스토그램(170n+1)에 지정된다.
도 5에는 도 4에 도시된 제2 개별 측정에 바로 후속하는 제3 개별 측정 동안의 진행 상황이 도시되어 있다. 이 경우, 송신 레이저 빔은 스캔 운동에 의해 추가의 각도값만큼 우측을 향해 이동하므로, 관련 검출 영역(310)은 이제 도 3에 도시된 제1 개별 측정에 비해 추가의 값만큼 이동된다. 이에 따라 현재 검출 영역(310)에 대한 제1 스캔 포인트(320n)의 상대 위치가 변경되었으므로, 제1 스캔 포인트(320n)는 이제 상응하는 값만큼 변위되어 검출면(141) 상에 투사된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 3의 상황에 대한 제1 이미지 포인트(230n)의 변위는 이제 서브 검출기들(142i,j)의 측방향 폭의 총 2배이다. 그에 상응하게, 관련된 제1 매크로 픽셀(160n)의 위치도, 상응하는 서브 검출기들(142i,j)의 재그룹화를 통해 제1 이미지 포인트(230n)의 위치를 따라 변경되었다. 도 4의 배열체와 비교하여, 제1 매크로 픽셀(160n)의 우측면에는 새로이 3개의 새로운 서브 검출기들(142i,j)이 지정되어 있다. 그에 상응하게, 선행하는 개별 측정에서 아직 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당되었던, 도 5에 밝게 해칭된 3개의 서브 검출기들(142i,j)은 이제 후속하는 제2 매크로 픽셀(160n+1)에 할당된다. 그 결과, 현재 개별 측정의 범주에서, 매크로 픽셀들(160n, 160n+1) 중 하나의 매크로 픽셀에 할당된 모든 서브 검출기들(142i,j)의 신호들은 관련 매크로 픽셀(160n, 160n+1)의 히스토그램(170n, 170n+1)에 각각 지정된다.
도 6에는, 스캔 과정이 진행되는 동안 검출면(141)의 서브 검출기들(142i,j)이 상이한 매크로 픽셀들(160n)에 어떻게 개별적으로 할당되는지를 명료하게 보여주는 시간 다이어그램이 도시되어 있다. 이 경우, 검출면(141) 상의 수신 레이저 빔(220)의 투사를 통해 생성되는 타원형 광점(231)이 도시되어 있다. 이 경우, 광점(231)은 검출면(141)의 전체 활성 부분에 걸쳐 연장되며, 상기 전체 활성 부분은 본 경우에 예시의 목적으로 5개의 서브 검출기들(142i,j)만을 포함한다. 송신 레이저 빔(210)이 스캔 운동에 따라서 연속하는 스캔 포인트들을 통해 연속적으로 안내되는 스캔 과정에서, 상응하는 스캔 포인트들은 시간 순차적으로 연속하여 이미지 포인트들의 형태로 검출면(141) 상에 투사된다. 따라서, 스캔 운동을 통해, 이미지 포인트들과 이에 따라 그들에 각각 할당된 매크로 픽셀들이 검출면(141) 상에서 이동하는 느낌이 생성된다. 반면, 매크로 픽셀의 관점에서 볼 때, 검출면(141) 상에서 상기 언급한 총 5개의 서브 검출기들(142i,j)의 그룹을 통해 연장하는 광점(231)이, 서로 나란히 배열된 매크로 픽셀들(160n)의 열에 걸쳐 연속적으로 이동하는 느낌이 생성된다. 연속하는 총 3개의 매크로 픽셀들의 그룹을 통한 광점(231)의 이러한 명백한 움직임은 도 6의 시간 다이어그램에 도시되어 있다. 이 경우, 시점 "t6"에서는 고려되는 그룹의 모든 서브 검출기들(142i,j)이 중간 매크로 픽셀(픽셀 n)에 할당되는 것으로 나타난다. 시점 "t7"에서의 후속하는 개별 레이저 펄스(픽셀 n+1)에서는, 고려되는 그룹으로부터 이제 서브 검출기들(142i,j) 중 4개의 서브 검출기들만이 중간 매크로 픽셀(픽셀 n)에 할당되는 반면, 이미 그룹의 서브 검출기들(142i,j) 중 하나의 서브 검출기가 3개의 도시된 매크로 픽셀들 중 우측 매크로 픽셀(픽셀 n+1)에 할당된다. 시점 "t8"에서 추가의 개별 레이저 펄스(펄스 i+2)에서는, 고려되는 그룹의 서브 검출기들(142i,j) 중 2개의 서브 검출기들이 이미 우측 매크로 픽셀(픽셀 n+2)에 할당된다. 이러한 방식으로, 개별 레이저 펄스 당 광점(231)은 여기에 도시된 3개의 매크로 픽셀들(픽셀 n-1, 픽셀 n, 픽셀 n+1)에 걸쳐 각각 하나의 서브 검출기만큼 이동한다. 따라서, 이러한 다이어그램으로부터는, 제1 개별 레이저 펄스 동안 제1 매크로 픽셀에 할당된 서브 검출기(142i,j)가 늦어도 5개의 추가 개별 레이저 펄스들 이후에는, 제1 매크로 픽셀에 후속하는 제2 매크로 픽셀에 할당되는 것을 알 수 있다.
하기에는 검출면 상의 이미지 포인트의 변위와 회전 스캔 운동 간의 상호 연관성을 설명한다. 이를 위해, 도 7 내지 도 9에는 3개의 개별 측정들을 포함하는 스캔 과정의 시퀀스가 도시되어 있다. 센서 헤드(101)의 단순화된 실시예가 각각 도시되며, 레이저 빔들(235)은 빔 스플리터에 의한 편향없이 광학 투사 장치(150)에 의해 바로 검출면(141) 상에 투사된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 방사된 송신 레이저 빔은 자신의 원추형 검출 영역(310)에 의해, 현재 센서 헤드(101)의 시야 범위 내에 위치한 대상물(400)을 검출한다. 이 경우, 검출된 대상물(400)은 특정 스캔 포인트(320n)에서 스캐닝된다. 이 경우, 스캔 포인트(320n)는, 본 실시예에서 검출 영역(110)을 규정하는 입체각보다 훨씬 작은 특정 입체각에 의해 규정된다. 송신 레이저 빔은 대상물(400)에서 재차 반사되어, 수신 레이저 빔의 형태로 라이다 시스템(100)의 센서 헤드(101)에 의해 재차 수신된다. 이 경우, 대상물(400)에 할당된 스캔 포인트(320n)는 이미지 포인트(230n)의 형태로 검출면(141) 상에 투사된다. 더 나은 도시를 위해, 본 실시예에서는 12x8 매트릭스 형태의 2차원 서브 검출기 배열체(143)가 형성되는 검출면(141)은 측면도로 도시될 뿐만 아니라, 평면도로도 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 현재 이미지 포인트(230n)에 의해 검출된, 도 7에 어둡게 해칭되어 도시된 총 16개의 서브 검출기들(142i,j)은, 해당 이미지 포인트에 할당된 매크로 픽셀(160n)로 그룹화된다. 이 경우, 그룹화는 서브 검출기들의 상호 접속을 통해 실행되며, 각각의 서브 검출기들(142i,j)에 의해 검출된 신호들은 공동의 히스토그램에서 합산된다.
도 8에는 후속하는 제2 개별 측정 시의 도 7의 배열체가 도시되어 있다. 이 경우, 송신 레이저 빔(210)은 스캔 운동(122)에 의해 스캔 방향(123)으로 추가 이동하였다. 따라서, 현재 개별 레이저 펄스의 검출 영역(310)은, 특정 각도값만큼 스캔 방향(123)으로 변위되어 있다. 스캔 포인트(320n)는 현재, 검출 영역(310)의 중앙에 위치하므로, 제1 스캔 포인트(320n)의 투사를 나타내는 제1 이미지 포인트(230n)도 검출면(141) 상의 중앙에 투사된다. 선행하는 개별 측정과 비교하여, 검출면(141) 상의 제1 이미지 포인트(230n)는 규정된 경로만큼 제1 연장 방향(144)으로의 변위를 갖고, 이러한 변위는 본 경우에 서브 검출기들의 측방향 폭의 2배에 상응한다. 센서 헤드(101)의 스캔 운동(122)에 의해 야기된, 검출면(141) 상의 이미지 포인트(230n)의 변위를 보상하기 위해, 라이다 시스템(100)의 제어 장치는 상응하는 서브 검출기들의 활성화 및 비활성화를 통해, 이미지 포인트(230n)에 할당된 매크로 픽셀(160n)의 위치도 해당 경로만큼 변위시킨다.
도 9에는 후속하는 제3 개별 측정 시의 도 7 및 도 8의 배열체가 도시되어 있다. 센서 헤드(101)의 스캔 운동(122)으로 인해, 송신 레이저 빔(210) 및 이에 따라 그 검출 영역(310)도 스캔 방향(123)으로, 이미 이전에서와 동일한 각도값만큼 추가 이동하였다. 따라서, 스캔 포인트(320n)는 센서 헤드(101)의 관점에서, 상응하는 각도값만큼 추가로 좌측을 향해 변위되었다. 결과적으로, 검출면 상의 제1 이미지 포인트(230n)는 서브 검출기들(142i,j)의 측방향 폭의 2배만큼 제1 연장 방향(144)으로 우측을 향해 이동하였다. 관련 제1 매크로 픽셀(160n)도 상응하는 서브 검출기(142i,j)의 재그룹화를 통해 제1 이미지 포인트(230n)를 따라 2개의 서브 검출기들(142i,j)만큼 우측을 향해 변위되었다.
도 10 및 도 11에는 각각의 개별 레이저 펄스에 의해, 측방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 스캔 포인트들이 동시에 스캐닝되는 추가의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 측정 배열체는 실질적으로 도 7 내지 도 9의 배열체에 상응한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 송신 레이저 빔(210)의 검출 영역(310)은, 스캔 방향(123)으로 서로 나란히 배열된 총 3개의 스캔 포인트들(320n-1, 320n, 320n+1)을 포함한다. 이 경우, 중간 스캔 포인트(320n)만이 완전히 검출되는 반면, 2개의 바깥쪽 스캔 포인트들(320n-1, 320n+1)은 완전히 현재 검출 영역(310) 내에 위치하지는 않는다. 이 경우, 3개의 스캔 포인트들(320n-1, 320n, 320n+1)은 검출면(141)의 상이한 영역들 상에 투사된다. 상응하는 서브 검출기들(142i,j)의 활성화 및 그룹화를 통해, 검출면(141) 상에는 해당 스캔 포인트들(320n-1, 320n, 320n+1)에 할당된 3개의 매크로 픽셀들(160n-1, 160n, 160n+1)이 동시에 생성되고, 이러한 매크로 픽셀들은 각각 16개의 서브 검출기들(142i,j)을 포함하고, 각각 서브 검출기들의 하나의 단을 통해 서로 분리된다. 도 11에는 그에 후속하는 제2 개별 측정 시의 도 10의 배열체가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 송신 레이저 빔(210) 및 이에 따라 그 현재 검출 영역(310)도 스캔 운동(122)에 의해, 규정된 각도값만큼 스캔 방향(123)으로 추가 이동하였다. 센서 헤드(101)의 관점에서, 이 경우 3개의 스캔 포인트들(320n-1, 320n, 320n+1)은 동일한 각도값만큼 스캔 방향(123)과는 반대로 좌측을 향해 변위되며, 이 경우 좌측 스캔 포인트(320n-1)는 검출 영역(110)으로부터 거의 완전히 이탈되어있는 반면, 우측 스캔 포인트(320n+1)는 이제 검출 영역(310) 내로 완전히 진입되어있다. 검출면(141) 상에서, 스캔 포인트들의 투사들(235n-1, 235n, 235n+1)에 의해 생성되는 이미지 포인트들(230n-1, 230n, 230n+1)은 이에 상응하게, 하나의 서브 검출기의 측방향 폭의 2배에 상응하는 경로만큼 변위된다. 이러한 변위를 보상하기 위해, 해당 이미지 포인트들(230n-1, 230n, 230n+1)에 할당된 매크로 픽셀들(160n-1, 160n, 160n+1)도, 상응하는 서브 검출기들(142i,j)의 재그룹화를 통해 하나의 서브 검출기의 측방향 폭의 2배만큼 변위되었다. 도 10 및 도 11의 양 도면들의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 검출면(141) 상의 중간 매크로 픽셀들(160n)을 변위하기 위해, 4개의 서브 검출기들의 제1 수직 열이 활성화되어, 사전에 중간 매크로 픽셀(160n)의 우측에 배열되어 비활성화되었던 서브 검출기들을 갖는 중간 매크로 픽셀(160n)에 할당될 뿐만 아니라, 4개의 서브 검출기들의 제2 수직 열도 활성화되어, 사전에 우측 매크로 픽셀(160n-1)에 할당되었던 서브 검출기들을 갖는 중간 매크로 픽셀에 할당된다. 또한, 중간 매크로 픽셀(160n)의 좌측면에는, 사전에 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당되었던 각각 4개의 서브 검출기들의 2개의 수직 열들이 비활성화된다.
측방향으로 서로 나란히 배열된 스캔 포인트들을 서로 바로 인접하게 하는, 도 3 내지 도 5의 측정 배열체와는 달리, 본 실시예의 스캔 포인트들은 서로 작은 간격을 갖는다. 이러한 간격은 각각의 스캔 포인트들 또는 관련 매크로 픽셀들 서로 간의 더 선명한 분리를 가능하게 한다. 이 경우, 실시예에 따라 이러한 간격은 더 작거나 더 크게 나타날 수 있다. 바로 연속하는 개별 측정들에서의 스캔 포인트들의 변위가 검출면 상의 서브 검출기들의 간격 또는 이러한 간격의 정수배에 가능한 정확하게 상응하도록 스캔 속도, 측정률 및 광학 구성 요소들의 투사 특성들이 서로 매칭되는 경우, 이러한 간격없이 또는 서로 극도로 작은 간격만을 갖는 스캔 포인트들도 구현될 수 있다. 이로 인해, 특히 높은 측방향 이미지 분해능이 달성될 수 있다.
서브 검출기들이 각각의 수신 이전에 우선 활성화되어야 하는 경우, 관련 서브 검출기들의 그룹화 및 활성화는 바람직하게는 각각, 검출면 상의 반사되거나 재산란되는 개별 레이저 펄스의 발생 직전에 실행된다. 실질적인 지연없이 검출을 실행할 수 있고, 이에 따라 거의 연속적으로 작동될 수 있는 서브 검출기들에서, 매크로 픽셀들로의 관련 서브 검출기들의 그룹화는 경우에 따라서는 해당 개별 측정 중에 또는 심지어 그 직후에도 실행될 수 있다.
본 발명의 기본 구성은 종래의 매크로 라이다 스캐너들과 일치한다. 그러나, 종래의 스캐너들은 각각 수직 평면 당 각각 하나의 개별적 검출기를 사용하는 반면, 본 발명에 따른 스캐너에서는 회전 평면에서 연장하는 서브 검출기들의 배열체, 예를 들어 서브 검출기 라인 또는 서브 검출기 어레이(서브 검출기들의 매트릭스형 배열체)가 사용된다. 이 경우, 서브 검출기 배열체의 각각의 서브 검출기들은 개별적으로 매크로 검출기들에 할당될 수 있다. 도 3 내지 도 5에는 "N"개의 개별 레이저 펄스로 구성된 측정 과정이 예시적으로 도시되어 있다. 제1 펄스 방출 시점에서, 도 3에 어둡게 해칭된 서브 검출기들은 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당된다. 수신된 개별 레이저 펄스의 투사는 제1 매크로 픽셀(160n) 상의 중심에서 취해진다. 센서 헤드(101)의 회전 속도에 따라, 개별 레이저 펄스의 투사는 규정된 속도로 2차원 서브 검출기 배열체에 걸쳐 이동한다. 도 4에서, 정확히 하나의 서브 검출기의 변위 이후의 제1 매크로 픽셀(160n)은 어둡게 해칭되어 있는 반면, 제1 매크로 픽셀(160n)의 최초 위치는 점선으로 도시된 원으로 표시되어 있다. 매크로 픽셀이 이제 도시된 바와 같이 분할되면, 제1 매크로 픽셀(160n)에 대한 공간 분해능은 유지되는 반면, 밝게 해칭된 서브 검출기들에 의해 수신된 펄스 에너지와, 이에 따라 측정 시간도 이미 후속하는 제2 매크로 픽셀(160n+1)을 위해 이용된다. 따라서 이러한 방법은, 연속적인 회전 운동에도 불구하고 단일 펄스 시스템과 동일한 측방향 분해능을 갖는 다중 펄스 측정 원리를 가능하게 한다. 특히, 펄스 에너지 또는 측정 시간이 낭비되지 않는다. 이 경우, 이러한 원리는 기본적으로 2축 매크로 스캐너에 뿐만 아니라 동축 매크로 스캐너에도 적용 가능하다.
본 발명은 특정한 실시예들에 기초하여 주로 설명되었지만, 결코 그로 제한되지는 않는다. 따라서, 통상의 기술자는 본 발명의 본질을 벗어나지 않으면서 상술한 특징들을 적절히 수정하고 서로 결합할 수 있을 것이다. 특히, 본원에 별도로 기술된, 보정층의 자기적 특성을 국부적으로 수정하는 방법들은 원하는 대로 서로 조합될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)의 검출을 위한 다중 펄스 라이다 시스템(100)이며,
    상기 다중 펄스 라이다 시스템은
    - 모니터링 영역(300)의 일부로 제한되는 각각 하나의 검출 영역(310n)을 조명하고 하나 이상의 스캔 포인트(320n)에서 스캐닝을 실행하는 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스로 구성된 송신 레이저 빔(112)을 생성하기 위한 하나 이상의 레이저 소스(111)를 구비한 송신 장치(110)와;
    - 다중 펄스 라이다 시스템(100)의 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)에서 반사 및/또는 산란되는 송신 레이저 빔(112)을 수신 레이저 빔(220)의 형태로 수신하기 위한, 제1 연장 방향(144)으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들(142i,j)로 구성된 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(152)를 포함하는, 검출면(141)을 구비한 수신 장치(140)이며, 이때 수신 장치(130)는 송신 레이저 빔(210)에 의해 검출된 스캔 포인트(320n)를 검출면(141) 상에 이미지 포인트(230n)의 형태로 투사하도록 형성되는, 상기 수신 장치와;
    - 스캔 방향(123)으로 연속하는 복수의 스캔 포인트들(320n)을 따라 전체 모니터링 영역(300)을 연속적으로 스캐닝하기 위해, 스캔 방향(123)으로 송신 레이저 빔(112)의 스캔 운동(122)을 생성하기 위한 스캔 장치(120)이며, 이때 송신 레이저 빔(210)의 스캔 운동(122)은, 시간 순차적으로 연속하는 개별 레이저 펄스들에서 이미지 포인트(230n)를 각각 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 따라 변위하여 검출면(141) 상에 투사하기 위해 형성되는, 상기 스캔 장치와;
    - 해당 개별 레이저 펄스들의 전파 시간에 의해 스캔 포인트들(320n)의 거리 정보를 결정하기 위한 제어 장치(130)이며, 이때 제어 장치(130)는, 검출면(141) 상에 현재 투사되는 이미지 포인트(230n)에 의해 검출되는 서브 검출기들(142i,j)을 공동 평가를 위해, 해당 이미지 포인트(230n)에 개별적으로 할당된 매크로 픽셀(160n)로 그룹화하기 위해 형성되는, 상기 제어 장치;를 포함하는, 다중 펄스 라이다 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    제어 장치(130)는 또한, 상응하는 서브 검출기들(142i,j)의 재그룹화를 통해, 검출면(141) 상의 매크로 픽셀(160n)의 위치를 검출면(141) 상의 해당 매크로 픽셀(160n)에 할당된 이미지 포인트(230n)의, 스캔 운동(122)을 통해 야기되는 변위를 따르게끔 매칭하기 위해 형성되는, 다중 펄스 라이다 시스템(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    송신 장치(110)는, 2개 이상의 스캔 포인트들(320n)을 구비한 각각 하나의 입체각(310n)을 조명하는 개별 레이저 펄스들을 갖는 송신 레이저 빔(210)을 생성하도록 형성되고,
    수신 장치(140)는, 송신 레이저 빔(210)에 의해 현재 조명되는 스캔 영역(310) 내 2개의 스캔 포인트들(320n)을, 검출면(141) 상에 서로 나란히 배열되어 스캔 운동(122)에 의해 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 따라 변위되는 2개의 이미지 포인트들(230n, 230n+1)의 형태로 나타내도록 형성되고,
    제어 장치(130)는, 2개의 이미지 포인트들(230n, 230n+1) 중 제1 이미지 포인트(230n)에 의해 현재 검출되는 서브 검출기들(142i,j)을 제1 이미지 포인트(230n)에 할당된 제1 매크로 픽셀(160n)로 공동으로 그룹화하고, 2개의 이미지 포인트들(230n, 230n+1) 중 제2 이미지 포인트(230n+1)에 의해 현재 검출되는 서브 검출기들(142i,j)을 제2 이미지 포인트(230n+1)에 할당된 제2 매크로 픽셀(160n+1)로 공동으로 그룹화하도록 형성되는, 다중 펄스 라이다 시스템(100).
  4. 제3항에 있어서,
    제어 장치(130)는, 제1 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제1 개별 측정 시에는 제1 이미지 포인트(230n)에 의하여, 그리고 제1 개별 레이저 펄스에 시간 순차적으로 바로 후속하는 제2 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제2 개별 측정 시에는 제2 이미지 포인트(230n+1)에 의하여 검출되는 서브 검출기들(142i,j)을 제1 개별 측정 시에는 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당하고, 후속하는 제2 개별 측정 시에는 제2 매크로 픽셀(160n+1)에 할당하도록 형성되는, 다중 펄스 라이다 시스템(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 송신 장치(110)는, 스캔 방향(123)에 직교하여 서로 겹치도록 배열되는 검출 영역들(310)을 갖는 복수의 레이저 소스들(111)을 포함하고,
    각각의 레이저 소스(111)에 대한 검출면(141)은 해당 레이저 소스(111)에 개별적으로 할당된 서브 검출기 배열체(143)를 포함하고, 이때 서브 검출기 배열체들(143)은 스캔 방향(123)에 직교하여 서로 겹치도록 배열되는, 다중 펄스 라이다 시스템(100).
  6. 다중 펄스 라이다 시스템(100)을 사용한, 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)의 다차원 검출을 위한 방법이며, 상기 다차원 검출 방법은
    - 개별 레이저 펄스들의 시간 순차적 시퀀스 형태의 송신 레이저 빔(210)이 생성되는 단계이며, 이때 각각의 개별 레이저 펄스를 갖는 송신 레이저 빔(210)은, 모니터링 영역(300)의 부분 섹션으로 제한되는 검출 영역(310)을 조명하고, 이 경우 하나 이상의 스캔 포인트(320n) 내에서 스캔을 실행하는, 상기 송신 레이저 빔의 생성 단계와;
    - 스캔 방향(123)으로의 송신 레이저 빔(112)의 스캔 운동(122)이 생성되는 단계이며, 상기 스캔 운동은 스캔 방향(123)으로 연속하는 복수의 스캔 포인트들(320n) 내에서의 전체 모니터링 영역(300)의 연속적인 스캐닝을 야기하는, 상기 송신 레이저 빔의 스캔 운동의 생성 단계와;
    - 모니터링 영역(300) 내 대상물(400)에서의 송신 레이저 빔(210)의 반사 및/또는 산란을 통해 생성된 수신 레이저 빔(220)이, 제1 연장 방향(144)으로 서로 나란히 배열된 복수의 서브 검출기들(142i,j)로 구성된 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 구비한 검출면(141) 상에서 수신되는 단계이며, 이때 송신 레이저 빔(210)에 의해 현재 검출된 스캔 포인트(320n)가 검출면(141) 상에서, 송신 레이저 빔(210)의 스캔 운동(122)에 의해 연속적으로, 라인형 또는 매트릭스형 서브 검출기 배열체(143)를 따라 변위되는 이미지 포인트(230n)의 형태로 투사되는, 상기 수신 레이저 빔의 수신 단계와;
    - 이미지 포인트(230n)의 현재 위치에 상응하는 위치들을 갖는 서브 검출기들(142i,j)이, 해당 이미지 포인트(230n)에 개별적으로 할당된 매크로 픽셀(160n)로 그룹화되는 단계와;
    - 해당 매크로 픽셀(160n)에 할당된 서브 검출기들(142i,j)이 공동으로 평가되는 단계;를 포함하는, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한 다차원 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 개별 측정들에서 특정 매크로 픽셀(160n)에 대해 측정된, 상기 개별 측정들 내에서 해당 매크로 픽셀(160n)에 할당된 서브 검출기들(142i,j)의 신호들은, 해당 매크로 픽셀(160n)에 할당된 히스토그램(170n)에 공동으로 할당되는, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한 다차원 검출 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    검출면(141) 상의 매크로 픽셀(160n)의 위치는, 상응하는 서브 검출기들(142i,j)의 재그룹화를 통해, 검출면(141) 상의 해당 매크로 픽셀(160n)에 할당된 이미지 포인트(230n)의, 스캔 운동(122)을 통해 야기되는 변위를 따르도록 연속적으로 매칭되는, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한 다차원 검출 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 측정 동안 복수의 스캔 포인트들(320n, 320n ja+1)이 동시에 검출되고,
    이 경우 검출면(141) 상의 제1 스캔 포인트(320n)에 의해 형성된 제1 이미지 포인트(230n)에 의해 검출된 서브 검출기들(142i,j)은 제1 스캔 포인트(320n)에 개별적으로 할당된 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당되고, 검출면(141) 상의 제2 스캔 포인트(320n+1)에 의해 형성된 제2 이미지 포인트(230n+1)에 의해 검출된 서브 검출기들(142i,j)은 제2 스캔 포인트(320n+1)에 개별적으로 할당된 제2 매크로 픽셀(160n+1)에 할당되는, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한 다차원 검출 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 개별 측정 동안에는 제1 이미지 포인트(230n)에 의해, 그리고 제1 개별 레이저 펄스에 시간 순차적으로 바로 후속하는 제2 개별 레이저 펄스에 의해 실행되는 제2 개별 측정 시에는 제2 이미지 포인트(230n+1)에 의하여 검출되는 서브 검출기들(142i,j)이, 제1 개별 측정 시에는 제1 매크로 픽셀(160n)에 할당되고, 후속하는 제2 개별 측정 시에는 제2 매크로 픽셀(160n+1)에 할당되는, 다중 펄스 라이다 시스템을 사용한 다차원 검출 방법.
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