KR20200100099A - 효율적인 다중-귀환 광 검출기들을 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

효율적인 다중-귀환 광 검출기들을 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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KR20200100099A
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키란 쿠마르 군남
칸케 가오
니틴쿠마르 사가르바이 바롯
아난드 고파란
데이비드 홀
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벨로다인 라이더, 인크.
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Abstract

다중-귀환 광 신호들을 효율적으로 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들이 여기서 설명된다. LIDAR 시스템 등의, 광 검출 및 거리측정 시스템은, 하나의 라인에서 상이한 거리에 있는 복수의 물체에 부딪힐 수 있는 레이저 빔을 발사하여, 다중-귀환 광 신호들이 시스템에 의해 수신되게 할 수 있다. 다중-귀환 검출기들은 귀환 신호들에서 복수의 피크의 피크 크기를 분석하고, 1번째 피크, 최종 피크 및 맥시멈 피크 등의, 다수의 피크를 결정할 수 있다. 다중-귀환 광 신호들을 검출하는 한 실시예는 다중-귀환 재귀적 정합된 필터 검출기(multi-return recursive matched filter detector)일 수 있다. 이 검출기는, 정합된 필터, 피크 검출기, 중심 계산부 및 제로화 기능을 포함한다.

Description

효율적인 다중-귀환 광 검출기들을 위한 시스템들 및 방법들
발명자들:
KIRAN KUMAR GUNNAM
KANKE GAO
NITINKUMAR SAGARBHAI BAROT
ANAND GOPALAN
DAVID HALL
관련 특허 출원의 상호참조
본 특허 출원은, 모든 목적으로 그 특허 문서 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 2017년 12월 7일 출원된 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR EFFICIENT MULTI-RETURN LIGHT DETECTORS"이고, 발명자들이 Kiran Kumar Gunnam, Kanke Gao, Nitinkumar Sagarbhai Barot, Anand Gopalan, 및 David Hall인, 공동 소유된 미국 특허 출원 제15/835,374호(도켓 번호 20151-2159)의 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 개시내용은 대체로 다중-귀환 광 신호들(multi-return light signals)의 검출을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 LIDAR(Light Detection and Ranging: 광 검출 및 거리측정) 시스템에 관한 것일 수 있다.
LIDAR 시스템 등의, 광 검출 및 거리측정 시스템들은, 각각의 광 펄스의 TOF(time of flight)에 기초하여 물체까지의 거리를 측정하기 위해 광 펄스들을 채용할 수 있다. 광 검출 및 거리측정 시스템의 광원으로부터 방출된 광 펄스는 원거리 물체(distal object)와 상호작용한다. 광의 일부는 물체로부터 반사되어 광 검출 및 거리측정 시스템의 검출기로 귀환한다. 광 펄스의 방출과 귀환된 광 펄스의 검출 사이의 경과된 시간에 기초하여, 물체까지의 거리가 추정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 펄스들은 레이저 방출기에 의해 생성될 수 있다. 광 펄스는 렌즈 또는 렌즈 어셈블리를 통해 포커싱될 수 있다. 광 펄스는, 각각이 레이저로부터 상이한 거리를 갖는 복수의 물체에 부딪힐 수 있어서, 다중-귀환 신호들이 광 검출 및 거리측정 시스템 검출기에 의해 수신되게 한다. 다중-귀환 신호들은 환경에 대한 더 많은 정보를 제공하여 맵핑 또는 재구성을 개선할 수 있다. 전용 검출기는 각각의 귀환을 그 연관된 시간 지연 정보로 정확하게 식별하는 것이 요구될 수 있다.
일반적으로, 광 검출 및 거리측정 시스템 검출기들은 피크 검출 기술에 기초하고, 하나 또는 최대 2개의 귀환만을 검출하고 기록할 수 있다. 한 실시예에서, 피크 검출기와 연관된 정합된 필터(matched filter)는 하나의 귀환만을 검출할 수 있다. 이러한 검출기 방법들은 맵핑 또는 재구성의 정확성을 제한할 수 있다.
따라서, LIDAR 시스템 등의 광 검출 및 거리측정 시스템에서 다중-귀환 광 신호들을 효율적으로 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들이 필요하다.
본 발명의 실시예들이 참조될 것이며, 그 예들이 첨부된 도면들에 도시될 수 있다. 이들 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명이 전반적으로 이들 실시예들의 맥락에서 설명되지만, 본 발명의 범위를 이들 특정한 실시예들로 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 도면들 내의 항목들은 축척비율에 따라 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 거리측정 시스템(light detection and ranging system)의 동작을 도시한다.
도 2는 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 거리측정 시스템의 동작 및 다중-귀환 광 신호들을 도시한다.
도 3은 본 문서의 실시예들에 따른 회전 거울을 갖는 LIDAR 시스템을 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 피크 검출기를 도시한다.
도 4b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 동작 잡음 환경 및 목표 에러율(오경보)에 기초한 임계값 검출을 도시한다.
도 4c는 본 개시내용의 실시예들에 따른 피크 검출기에 대한 임계값 도출을 그래픽으로 도시한다.
도 4d는 "화창한" 잡음 환경에서의 임계값 설정을 그래픽으로 도시한다.
도 4e는 "안개낀" 잡음 환경에서의 임계값 설정을 그래픽으로 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 정합된 필터를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들에 따른 정합된 필터 및 피크 검출기에 기초한 광 검출기를 도시한다.
도 7은 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 정합된 필터 검출기를 도시한다.
도 8은 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 재귀적 정합된 필터 검출기를 도시한다.
도 9는 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 재귀적 신호 검출기에 의한 다양한 다중-귀환 신호 시퀀스들에 대한 맥시멈 피크들의 선택을 그래픽으로 도시한다.
도 10은 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 광 신호들을 검출하기 위한 플로차트를 도시한다.
도 11a는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터 및 맥시멈 발견기를 포함하는 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 11b는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터 및 맥시멈 발견기를 포함하는 또 다른 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 11c는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터 및 맥시멈 발견기를 포함하는 역시 또 다른 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 11d는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터 및 맥시멈 발견기를 포함하는 역시 또 다른 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 12a는 본 문서의 실시예들에 따른 중첩 파형들(1200)을 포함하는 귀환 신호의 파형을 그래픽으로 도시한다.
도 12b는 본 문서의 실시예들에 따른 도 12a의 2개의 중첩 피크에 대한 원래 파형들(1220)을 그래픽으로 도시한다.
도 13a는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터, 맥시멈 발견기, 및 블라인딩 방지 처리(anti-blinding processing)를 포함하는 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 13b는 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터, 맥시멈 발견기, 및 블라인딩 방지 처리를 포함하는 또 다른 다중-귀환 검출기를 도시한다.
도 14는 본 문서의 실시예들에 따른 컴퓨팅 디바이스/정보 처리 시스템의 간략화된 블록도를 도시한다.
이하의 설명에서, 설명의 목적을 위해, 특정한 상세사항들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 본 발명은 이들 상세사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 후술되는 본 발명의 실시예들이, 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 유형의 컴퓨터-판독가능한 매체 상의 방법 등의, 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도면들에 도시된 컴포넌트들 또는 모듈들은, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하고 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 의도된 것이다. 또한, 본 논의 전체에 걸쳐, 컴포넌트들은 서브유닛들을 포함할 수 있는 별개의 기능 유닛들로서 설명될 수 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 다양한 컴포넌트들 또는 그 부분들이 별개의 컴포넌트들로 분할될 수 있거나 단일의 시스템 또는 컴포넌트 내에 통합되는 것을 포함한, 함께 통합될 수도 있다는 것을 이해될 것이다. 본 명세서에서 논의되는 기능들 또는 동작들은 컴포넌트들로서 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 컴포넌트들은, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면 내의 컴포넌트들 또는 시스템들 사이의 접속은 직접 접속으로 제한되는 것으로 의도하지 않는다. 오히려, 이들 컴포넌트들 사이의 데이터는, 중간 컴포넌트들에 의해, 수정되거나, 재포맷되거나, 기타의 방식으로 변경될 수 있다. 또한, 추가적인 또는 더 적은 수의 접속이 이용될 수도 있다. 용어들 "결합된", "접속된" 또는 "통신가능하게 결합된"은, 직접 접속, 하나 이상의 중간 디바이스를 통한 간접 접속, 및 무선 접속을 포함하는 것으로 이해되어야 한다는 점에 유의한다.
본 명세서에서 "한 실시예", "바람직한 실시예", "실시예" 또는 "실시예들"에 대한 언급은, 그 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 특성 또는 기능이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되고, 하나보다 많은 실시예에 있을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서의 다양한 곳에서 상기 언급된 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예 또는 실시예들을 언급하는 것은 아니다.
본 명세서의 다양한 곳에서 소정의 용어의 사용은 예시를 위한 것이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 서비스, 기능 또는 자원은 단일 서비스, 기능 또는 자원으로 제한되지 않는다; 이들 용어들의 사용은 분산 또는 집결될 수 있는 관련 서비스들, 기능들 또는 자원들의 그룹을 지칭할 수 있다.
용어 "내포하다", "내포하는", "포함하다" 및 "포함하는"은 개방된 용어인 것으로 이해되어야 하며, 후속되는 임의의 목록은 예이며 열거된 항목들로 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 임의의 표제는 단지 조직화의 목적을 위한 것이며, 설명 또는 청구항들의 범위를 제한하기 위해 사용되지 않아야 한다. 본 특허 문서에서 언급된 각각의 참조 문헌은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
나아가, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 다음을 인식해야 한다 : (1) 소정의 단계들은 선택사항으로서 수행될 수 있다; (2) 단계들은 여기서 개시된 특정한 순서로 제한되지 않을 수 있다; (3) 소정의 단계들은 상이한 순서로 수행될 수 있고; (4) 소정의 단계들이 동시에 이루어질 수 있다.
A. 광 검출 및 거리측정 시스템
LIDAR 시스템 등의 광 검출 및 거리측정 시스템은, 시스템을 둘러싼 환경의 형상 및 윤곽을 측정하는 툴일 수 있다. LIDAR 시스템은, 자율 항법 및 표면의 항공 맵핑 양쪽 모두를 포함한 수많은 응용에 적용될 수 있다. LIDAR 시스템은 광 펄스를 방출하고, 이 광 펄스는 후속해서 시스템이 동작하는 환경 내의 물체로부터 반사된다. 각각의 펄스가 방출되는 것으로부터 수신되기까지 이동하는 시간이 측정되어(즉, 비행 시간 "TOF") 물체와 LIDAR 시스템 사이의 거리를 결정할 수 있다. 과학은 광 물리학과 광학에 기초한다.
LIDAR 시스템에서, 광은 속사 레이저(rapidly firing laser)로부터 방출될 수 있다. 레이저 광은 매체를 통해 이동하며, 건물, 나뭇 가지 및 차량 등의 환경 내의 사물들의 지점들로부터 반사된다. 반사된 광 에너지는 LIDAR 수신기(검출기)로 귀환되고, 여기서 반사된 광 에너지는 기록되고 환경을 맵핑하는데 이용된다.
도 1은 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 거리측정 시스템(102)의 동작(100)을 도시한다. 광 검출 및 거리측정 시스템(102)은, 방출된 광 신호(110)를 전송하는 전송기(104), 검출기를 포함하는 수신기(106), 및 시스템 제어 및 데이터 취득부(108)를 포함할 수 있다. 방출된 광 신호(110)는 매체를 통해 전파되고 물체(112)로부터 반사된다. 귀환 광 신호(114)는 매체를 통해 전파되고 수신기(106)에 의해 수신된다. 시스템 제어 및 데이터 취득부(108)는 전송기(104)에 의한 광 방출을 제어할 수 있고, 데이터 취득부는 수신기(106)에 의해 검출된 귀환 광 신호(114)를 기록할 수 있다. 데이터 분석 & 해석부(109)는 시스템 제어 및 데이터 취득부(108)로부터 출력을 수신하고 데이터 분석 기능을 수행할 수 있다. 전송기(104) 및 수신기(106)는 광학 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. 광 검출 및 거리측정 시스템(102)은 LIDAR 시스템일 수 있고 전송기(104)는 복수의 펄스를 갖는 레이저 빔을 특정한 시퀀스로 방출할 수 있다.
도 2는 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 광 신호들 : (1) 귀환 신호(203) 및 (2) 귀환 신호(205)를 포함하는 광 검출 및 거리측정 시스템(202)의 동작(200)을 도시한다. 광 검출 및 거리측정 시스템(202)은 LIDAR 시스템일 수 있다. 레이저의 빔 발산으로 인해, 단일 레이저 발사가 종종 복수의 물체에 부딪쳐 복수의 귀환을 생성한다. 광 검출 및 거리측정 시스템(202)은 복수의 귀환을 분석할 수 있고, 가장 강한 귀환, 최종 귀환, 또는 양쪽 모두의 귀환을 보고할 수 있다. 도 2에 따르면, 광 검출 및 거리측정 시스템(202)은, 근거리 벽(204) 및 원거리 벽(208)의 방향으로 레이저를 방출한다. 도시된 바와 같이, 빔의 대부분은 영역(206)에서 근거리 벽(204)에 부딪쳐 귀환 신호(203)를 발생시키고, 빔의 또 다른 부분은 영역(210)에서 원거리 벽(208)에 부딪쳐 귀환 신호(205)를 발생시킨다. 귀환 신호(203)는 귀환 신호(205)에 비해 더 짧은 TOF 및 더 강한 수신 신호 강도를 가질 수 있다. 광 검출 및 거리측정 시스템(202)은 2개의 물체 사이의 거리가 최소 거리보다 큰 경우에만 양쪽 귀환 모두를 기록할 수 있다. 단일 및 다중-귀환 LIDAR 시스템들 양쪽 모두에서, 정확한 TOF가 계산되도록 귀환 신호가 전송된 광 신호와 정확하게 연관되는 것이 중요하다.
LIDAR 시스템의 일부 실시예들은, 2D(즉, 단일 평면) 포인트 클라우드 방식으로 거리 데이터를 캡처할 수 있다. 이들 LIDAR 시스템들은 종종 산업 응용에서 이용될 수 있고, 측량, 맵핑, 자율 항법, 및 기타의 이용을 위해 용도변경될 수 있다. 이들 디바이스들의 일부 실시예들은, 적어도 하나의 평면을 가로질러 스캔을 수행하기 위해 소정 유형의 움직이는 거울과 결합된 단일 레이저 방출기/검출기 쌍의 이용에 의존한다. 이 거울은 다이오드로부터 방출된 광을 반사할 뿐만 아니라, 귀환 광을 검출기 쪽으로 반사할 수도 있다. 이 응용에서 회전 거울의 이용은, 시스템 설계와 제조성을 단순화하면서 90-180-360도의 방위각을 달성하는 수단일 수 있다.
도 3은 본 문서의 실시예들에 따른 회전 거울을 갖는 LIDAR 시스템(300)을 도시한다. LIDAR 시스템(300)은 평면을 가로질러 효과적으로 스캔하기 위해 회전 거울과 결합된 단일 레이저 방출기/검출기를 채용한다. 이러한 시스템에 의해 수행되는 거리 측정들은 사실상 2차원(즉, 평면)이며, 캡처된 거리 지점들은 2차원(즉, 단일 평면) 포인트 클라우드로서 렌더링된다. 일부 실시예들에서, 제한없이, 회전 거울은 매우 빠른 속도로, 예를 들어, 분당 수천의 회전수로 회전된다. 회전 거울은 또한, 스피닝 거울(spinning mirror)이라고 지칭될 수도 있다.
LIDAR 시스템(300)은, 단일의 광 방출기 및 광 검출기를 포함하는 레이저 전자기기(302)를 포함한다. 방출된 레이저 신호(301)는 고정된 거울(304)로 향할 수 있고, 이 고정된 거울(304)은 방출된 레이저 신호(301)를 회전 거울(306) 쪽으로 반사한다. 회전 거울(306)이 "회전"함에 따라, 방출된 레이저 신호(301)는 전파 경로 내의 물체(308)로부터 반사될 수 있다. 반사된 신호(303)는, 회전 거울(306) 및 고정된 거울(304)을 통해 레이저 전자기기(302) 내의 검출기에 결합될 수 있다.
전술된 바와 같이, 비행 시간 또는 TOF는 LIDAR 시스템이 환경을 맵핑하기 위해 이용하는 방법이며, 표적 물체를 검출하는데 이용되는 실행가능하고 입증된 기술을 제공한다. 동시에, 레이저가 발사됨에 따라, LIDAR 시스템 내의 펌웨어는 수신된 데이터를 분석 및 측정하는 중일 수 있다. LIDAR 시스템 내의 광학적 수신 렌즈는 환경으로부터 귀환하는 광 광자 조각들을 모으는 망원경처럼 작용한다. 시스템에서 채용되는 레이저가 많을수록, 환경에 관한 더 많은 정보가 수집될 수 있다. 단일 레이저 LIDAR 시스템들은, 더 적은 수의 광자가 회수될 수 있어서 더 적은 정보가 취득될 수 있기 때문에, 복수의 레이저를 갖는 시스템들에 비해 불리할 수 있다. LIDAR 시스템의 일부 실시예들은, 8, 16, 32 및 64 레이저로 구현되었지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 일부 LIDAR 실시예들은 레이저 빔 간격이 0.3°로 촘촘한 30-40°의 수직 시야(FOV; field of view)를 가질 수 있고 초당 5-20 회전수의 회전 속도를 가질 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
회전 거울 기능은 또한, MEMS 등의 솔리드 스테이트 기술로 구현될 수 있다.
B. 다중-귀환 정합된 필터 검출기들
전술된 바와 같이, LIDAR 시스템에 대한 하나의 목적은, 다중-귀환 광 신호들의 효율적인 검출이다. 이 목적을 달성하는 하나의 방법은 다중-귀환 정합된 필터 검출기일 수 있다.
LIDAR 센서들의 경우, 하나의 레이저 발사는 하나의 라인에서 상이한 거리를 갖는 복수의 물체에 부딪쳐, 도 2와 관련하여 논의된 바와 같이 복수의 귀환 신호가 수신되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전용 검출기는 시간 지연 정보로 각각의 귀환을 정확하게 식별하는 것이 요구될 수 있다. 다중-귀환 인식은, 맵핑 또는 재구성을 위한, 환경에 대한 더 많은 정보를 제공한다. 현재의 많은 LIDAR 검출기들은 피크 검출에 기초하며 하나 또는 최대 2개의 귀환만을 검출하고 기록할 수 있다. 이 아키텍처는 맵핑 또는 재구성의 정확성을 제한할 수 있다.
1. 피크 검출기들
간단히 말해서, 피크 검출기는, 그 출력 전압이 인가된 신호의 진정한 피크 값에 가까운 검출기일 수 있다. 피크 검출기는 샘플 모드(sample mode)에서 신호를 추적하고 홀드 모드(hold mode)에서 가장 높은 입력 신호를 유지한다. 도 4a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 피크 검출기(400)를 도시한다. 입력 신호(402)는 임계값 비교기(404)에 결합될 수 있고, 임계값 비교기(404)는 차례로 버퍼(406)에 결합될 수 있고, 버퍼(406)는 차례로 맥시멈 발견기(408)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(408)의 출력은 피크 신호(410)일 수 있다. 피크 검출기(400)의 동작 단계들은 다음을 포함할 수 있다 : (1) 임계값 비교기(404)는 : 입력 신호(402)를 미리설정된 임계값과 비교하고, 미리설정된 임계값보다 클 수 있는 출력 신호 샘플들을 생성한다; (2) 버퍼(406)는 : 임계값 비교기(404)로부터 수신된 출력 샘플들을 버퍼링한다; 및 (3) 맥시멈 발견기(408)는 : 버퍼(406) 내의 샘플들 중에서 맥시멈 출력 신호 샘플들을 결정하고 피크 신호(410)를 생성한다. 한 실시예에서, 맥시멈 발견기는 최대 피크를 결정한다. 또 다른 실시예에서, 맥시멈 발견기는 최대 피크 및 2번째 최대 피크를 결정한다. 동작 단계들은 특정한 기간 내에 실행될 수 있다. 예로서, 제한없이, 검출기는 클록 주기 당 8개의 샘플에서 동작할 수 있다. 따라서, 1000개의 샘플에 대해, 상기 특정한 기간은 1000/8 또는 125 클록 주기일 수 있다. 클록 주기는 밀리초일 수 있다. 피크 검출기들에서의 해결과제는, 신호를 잡음과 구별하기 위해 그들의 최고(신호 대 잡음) S/N 비에서 동작할 필요가 있다는 것일 수 있다. 이것은 임계값 비교기(404)에서 높은 임계값을 설정하는 것을 의미할 수 있다.
도 4b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 동작 잡음 환경 및 목표 에러율(오경보)에 기초한 임계값 검출부(421)의 실시예(420)를 도시한다. 동작 잡음(422) 및 목표 에러율(424)은, 임계값(426)을 결정할 수 있는 임계값 검출부(421)에 입력될 수 있다. 동작 잡음(422) 및/또는 목표 에러율이 변할 때, 임계값(426)이 조정될 수 있다. 임계값(426)은 피크 검출기(400)의 임계값 비교기(404)의 미리설정된 임계값을 정의할 수 있다.
피크 검출은 임계값 검출 또는 기울기 검출에 기초할 수 있다. 임계값 검출의 경우에, 피크 검출기(440)에 대한 임계값 도출은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 소정 확률의 오경보(Pfa)를 달성하는데 이용될 수 있다. 목표는, 소정 레벨의 오경보, Pfa, 즉, 에러율을 달성하는 것일 수 있다. 임계값 도출을 위한 조건은 : 신호 없음 및 부가성 백색 Gaussian 잡음(AWGN)만을 포함할 수 있다. 수신된 신호의 분포는, 본 개시내용의 실시예들에 따른 피크 검출기에 대한 임계값 도출을 그래픽으로 도시하는 도 4c에서 볼 수 있다. 도 4c에서 y축은 확률을 나타내고 x축은 Gaussian 분포로 표시되는 수신된 신호의 위치를 나타낸다. 더 구체적으로, 도 4c는 오경보와 잡음 특성 사이의 관계를 도시한다. Pfa에 대한 값은 다음과 같이 계산될 수 있다 :
Figure pct00001
여기서,
σ = AWGN의 표준 편차,
Figure pct00002
잡음 통계를 위해, 입력 신호의 잡음의 평균값 및 RMS 값은, 신호의 피크에 대한 임계값을 초과하는 샘플들을 제외함으로써 계산될 수 있다.
역 Q 함수는 잡음 환경과는 독립적일 수 있다. 제1 임계값은, 동작 잡음 환경 및 목표 오경보(Pfa)에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다. 정합된 필터를 이용하여 동작 잡음 환경을 결정하기 위해 분석이 수행될 수 있다. 임계값은 정합된 필터 잡음 분석 및 목표 오경보(에러율)에 기초하여 조정될 수 있다. 도 4c에 따르면, 임계값은 값 2.73(또는 273)으로 표시된다. 음영 영역은 오경보 Pfa의 동작 조건을 나타낸다. 거리 d는, 오경보 Pfa가 발생할 수 있는 위치 범위(4-2.73 = 1.27)를 나타낸다. 잡음 통계를 위해, 입력 신호의 잡음의 평균값 및 RMS 값은, 신호의 피크에 대한 임계값을 초과하는 피크 샘플들을 제외함으로써 계산될 수 있다.
도 4d 및 도 4e는 또한, 실시예 450 및 실시예 460을 통한 동작 잡음 및 목표 오경보(에러율)에 기초한 임계값 조정의 개념을 도시한다. 도 4d 및 도 4e에서, y축은 신호 강도를 나타내고 x축은 시간을 나타낸다. 도 4d에서, 수신된 신호(452)는 "화창한" 환경에서 전파 중일 수 있고 잡음 레벨(456)을 갖는다. 목표 에러율(오경보, Pfa)을 달성하기 위해, 임계값(454)은 잡음 레벨(456)보다 높게 설정될 수 있다. 유사하게, 도 4e에서, 수신된 신호(452)와 동일한 형상 및 진폭을 갖는 수신된 신호(462)는, "안개낀" 환경에서 전파 중일 수 있고 잡음 레벨(466)을 갖는다. 도 4d에서와 동일한 목표 에러율(오경보, Pfa)을 달성하기 위해, 임계값(464)은 잡음 레벨(466)보다 높게 설정될 수 있다. 잡음 레벨(456)이 잡음 레벨(466)보다 낮을 수 있기 때문에, 임계값(454)은 임계값(464)보다 낮을 수 있다. "화창한" 환경은 200 미터의 범위를 지원할 수 있고 "안개낀" 환경은 100 미터의 범위를 지원할 수 있다.
2. 정합된 필터 검출기 솔루션들
통신 및 다른 응용들에서, 정합된 필터는 부가성 확률론적 잡음(additive stochastic noise)의 존재시에 알려진 신호에 대한 신호 대 잡음비(SNR)를 맥시마이즈하기(maximizing) 위한 최적의 선형 필터일 수 있다. 정합된 필터들은, 미지의 신호에서 템플릿의 존재를 검출하기 위해 알려진 신호 또는 템플릿을 미지의 신호와 상관시키는 신호 검출에서 종종 이용될 수 있다. 더 구체적으로, 정합된 필터는 신호 대 잡음비(SNR)를 맥시마이즈하기 위해 알려진 템플릿(즉, 필터)과 상관함으로써 수신된 신호를 처리하는 필터들의 프레임 워크일 수 있다. 도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 정합된 필터(500)를 도시한다. 도 5에 따르면, 부가성 백색 Gaussian 잡음(AWGN)의 조건 하에서, 신호(s(t))의 값이 필터(h(t))의 값과 동일할 때 최적의 정합된 필터가 달성될 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들에 따른 정합된 필터(604) 및 피크 검출부(606)에 기초한 광 검출기(600)를 도시한다. 광 검출기(600)는, 다중-귀환 신호(601)를 입력 신호(603)로 변환할 수 있는 ADC(602)를 포함한다. 입력 신호(603)는, 입력 신호(603)의 S/N 비를 최적화하기 위해 정합된 필터(604)에 의해 처리될 수 있다. 최적화된 신호(605)는, 피크 귀환 신호(608)를 생성하는 피크 검출부(606)에 결합될 수 있다. 광 검출기(600)는, 귀환 신호 내의 단일 피크의 검출로 제한될 수 있다.
도 7은 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 정합된 필터 검출기(700)를 도시한다. 다중-귀환 정합된 필터 검출기(700)는 다중-귀환 신호 내의 복수의 피크를 검출할 수 있다. 다중-귀환 정합된 필터 검출기(700)는, N개의 병렬 정합된 필터(704A, 704B, ... 704N) 및 N개의 병렬 피크 검출 검출기(706A, 706B, ... 706N)를 포함할 수 있다. ADC(702)는 다중-귀환 신호를 N개의 병렬 정합된 필터에 대한 입력 신호로 변환할 수 있다. 도 6의 정합된 필터(604) 및 피크 검출부(606)와 관련하여 논의된 바와 같이, N개의 병렬 정합된 필터(704A, 704B, ... 704N) 각각은 입력 신호의 S/N 비를 최적화하고 최적화된 신호를 대응하는 N개의 병렬 피크 검출 검출기(706A, 706B, .... 706N)에 결합할 수 있다.
N개의 병렬 피크 검출 검출기(706A, 706B, 706N) 각각은 상이한 값들의 신호 피크들을 식별하기 위해 상이한 임계값과 함께 동작할 수 있다. N개의 병렬 피크 검출 검출기(706A, 706B, ... 706N) 각각은 대응하는 피크 귀환 신호(1번째, 2번째, ... N번째)(708A, 708B, ... 708N)를 생성한다. 피크 귀환 신호(708A, 708B, ... 708N)로부터, 1번째/최종 및 맥시멈 피크가 결정될 수 있다.
3. 재귀적 정합된 필터 검출기 솔루션들
병렬 구조 및 별개의 임계값들은 다중-귀환 정합된 필터 검출기(700)의 효율을 제한할 수 있다. 도 8은 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 재귀적 정합된 필터 검출기(800)의 예시적인 예를 도시한다. 다중-귀환 재귀적 정합된 필터 검출기(800)는 다중-귀환 신호(801)를 입력 신호(803)로 변환하는 ADC(802)를 포함할 수 있다. 다중-귀환 신호(801)는 기간 T에서 N개 피크의 시퀀스를 포함할 수 있다. 입력 신호(803)는 입력 신호(803)의 S/N 비를 최적화하기 위해 전송된 레이저 신호의 펄스 형상을 컨벌브(convolve)하기 위해 정합된 필터(804)에 의해 처리될 수 있다. 정합된 필터(804)의 출력은 정합된 필터 신호(805)일 수 있다. 정합된 필터 신호(805)는, 특정한 기간에서 피크 검출 신호(807)를 결정하는 피크 검출부(806)에 결합될 수 있다. 피크 검출부(806)는 중심 계산부(808)에 결합될 수 있고, 중심 계산 알고리즘(808)에 의해 시퀀스 내의 맥시멈 피크의 위치를 도출한다. 중심 계산(808)의 중심 출력2(811)는, 피크 값을 0 또는 DC 레벨로 설정함으로써 현재의 계산된 피크를 제거하는 제로화부(810)에 결합될 수 있다. 제로화 출력(813)은, 또 다른 피크 검출 신호(807)를 생성하는 피크 검출부(806)에 결합될 수 있다. 또 다른 피크 검출 신호(807)는, 현재의 계산된 피크, 즉, 선행 맥시멈 피크를 제거한 제로화부(810)로 인해 하나 적은 피크를 가진다. 이 프로세스는, 원하는 수(N)의 귀환 피크가, 피크 검출부(806), 중심 계산부(808) 및 제로화부(810)에 의해 처리될 때까지 반복될 수 있다. 중심 계산부(808)로부터의 귀환 출력1(812)은 N개의 귀환 피크 각각의 위치 및 진폭을 결정할 수 있다. 이 결정으로부터, 다중-귀환 신호(801)의 1번째, 최종 및 맥시멈 피크가 식별될 수 있다. 일부 실시예들에서 N은 값 4를 가질 수 있다. 더 정확한 결과를 요구할 수 있는 다른 실시예들의 경우, N은 4보다 큰 값, 예를 들어 10개의, 귀환 피크일 수 있다.
도 9는 본 문서의 실시예들에 따른 다중-귀환 재귀적 신호 검출기에 의한 다양한 다중-귀환 신호 시퀀스들(900)에 대한 맥시멈 피크들의 선택을 그래픽으로 도시한다. 도 9에서, Y축은 다중-귀환 신호 시퀀스들(901-904)의 진폭을 나타내고, X축은 다중-귀환 신호 시퀀스들(901-904)의 처리를 위한 기간(T)을 나타낸다. 다중-귀환 신호 시퀀스(901-904)는 도 8의 피크 검출부(806)로부터의 출력들의 예들일 수 있고 다중-귀환 신호(801)에 포함된 복수의 반사 신호로부터 야기될 수 있다. 도 2는, 2개의 반사된 신호, 귀환 신호(203) 및 귀환 신호(205)의 한 예를 도시하며, N=2를 나타낸다. 도 8은, 4개의 유효 반사된 신호(N = 4)의 한 예, 및 기간 T에서 4개의 피크를 식별하는 프로세스를 도시한다. 이 응용은 기간 T에서 많은 수의 피크의 식별을 원할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다중-귀환 신호 시퀀스(901)는 4개의 유효 피크를 포함할 수 있다. 중심 계산부(808)는 기간(T)에서 가장 높은 피크를 선택하고 이 피크를 1번째 피크 위치로서 할당한다. 중심 출력2(811)는 제로화부(810)에 결합될 수 있고, 여기서 1번째 피크 위치에서의 피크는 시퀀스에서 0 또는 DC 레벨로 설정될 수 있다. 이 처리는, 기간(T)에서 3개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호 시퀀스(902)의 생성을 야기한다. 피크 검출부(806) 및 중심 계산부(808)에 의한 유사한 처리는, 다중-귀환 신호 시퀀스(902)에서 가장 높은 피크를 식별하고 이 피크를 2번째 피크 위치로서 할당한다.
다중-귀환 신호 시퀀스(902)는 중심 계산부(808)를 통해 제로화부(810)에 결합될 수 있고, 여기서 2번째 피크 위치에서의 피크는 0 또는 DC 레벨로 설정될 수 있다. 이 처리는, 기간(T)에서 2개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호 시퀀스(903)의 생성을 야기한다. 피크 검출부(806) 및 중심 계산부(808)에 의한 유사한 처리는, 다중-귀환 신호 시퀀스(903)에서 가장 높은 피크를 식별하고 이 피크를 3번째 피크 위치로서 할당한다.
유사하게, 다중-귀환 신호 시퀀스(903)는 중심 계산부(808)를 통해 제로화부(810)에 결합될 수 있고, 여기서 3번째 피크 위치에서의 피크는 0 또는 DC 레벨로 설정될 수 있다. 이 처리는, 기간(T)에서 1개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호 시퀀스(904)의 생성을 야기한다. 피크 검출부(806) 및 중심 계산부(808)에 의한 유사한 처리는, 다중-귀환 신호 시퀀스(904)에서 가장 높은 피크를 식별하고 이 피크를 4번째 피크 위치로서 할당한다. 이 시점에서, 다중-귀환 재귀적 정합된 필터 검출기(800) 등의 검출기는, 4개의 피크, 즉, N = 4를 처리했다. 앞서 언급된 처리로부터, 1번째 귀환(2번째 피크 위치), 최종 귀환(4번째 피크 위치) 및 맥시멈 피크(1번째 피크 위치)가 식별될 수 있다.
피크 식별을 위한 수 개의 프로토콜이 있다. 이들은 다음을 포함한다 : (1) 맥시멈 귀환 : 제안된 검출기로부터의 1번째 피크 출력; (2) M 출력 또는 N 귀환 : 간단하게, N개의 검출된 피크 중 처음 M개의 출력 피크는 M개의 맥시멈 유효 귀환이다; (3) 1번째/최종 귀환 : 위치에 따른 M개 출력 피크의 소팅, 1번째 및 최종 피크는, 각각, 1번째 및 최종 귀환에 대응한다; (4) N개의 검출된 피크 중에서 M개를 선택하는 것 대신에, N개의 검출된 피크를 위치별로 소팅한다면, 1번째 피크 및 최종 피크는 각각 전방 피크 및 후방 피크이다.
도 10은, 본 문서의 실시예들에 따른, 다중-귀환 재귀적 신호 검출기에 기초하여 다중-귀환 광 신호들을 검출하기 위한 플로차트(1000)를 도시한다. 플로차트(1000)는 다음과 같은 단계들을 포함한다 :
복수의 반사된 신호를 포함하는 다중-귀환 광 신호들에 대해 기간(T)에서 분석될 피크의 수(N)를 결정하는 단계. 피크들 각각은, 단일 광 방출, 예를 들어 레이저 발사로부터 발생하는 귀환 광의 신호를 나타낼 수 있다(단계 1002).
광 검출 및 거리측정 시스템의 검출기에서 다중-귀환 신호를 수신하는 단계(단계 1004).
신호 대 잡음(SNR) 비를 최적화하기 위해 광 전송된 신호의 펄스 형상과 컨벌브하도록 정합된 필터로 다중-귀환 신호를 처리하는 단계. 정합된 필터 출력을 피크 검출기에 결합, (단계 1006).
정합된 필터 출력 및 제로화 출력에 기초하여, 다중-귀환 신호 시퀀스에 대해, 기간(T)에서 피크 검출기로 N-Z 피크들의 값을 결정하는 단계, Z는 제로화 출력에 기초하고, 제1 결정에 대해, Z = 0이다.(단계 1008)
중심 계산 알고리즘을 이용하여, 다중-귀환 신호 시퀀스에서, N-Z 피크들 중 맥시멈 피크의 위치를 도출하는 단계, (단계 1010)
N-Z가 1과 같다면(단계 1012), 1번째 귀환, 최종 귀환 및 맥시멈 귀환을 갖는 피크들을 결정하는 단계, (단계 1014)
N-Z가 1과 같지 않다면(단계 1012), 그 피크 레벨을 0 또는 DC 레벨로 설정함으로써 현재 계산된 맥시멈 피크를 제거하고; Z를 1만큼 증가시키고; N-Z 피크들에 기초하여 또 다른 다중-귀환 신호 시퀀스를 생성, (제로화), (단계 1016).
N-Z 피크들을 포함하는 또 다른 다중-귀환 피크 시퀀스에 기초하여 단계 1008을 반복.
요약하면, 다중-귀환 검출기는, 소정 기간에서 N개의 피크를 포함하는 다중-귀환 신호를 수신하도록 동작가능한 정합된 필터; 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 기간에서 상기 기간에서 다중-귀환 신호의 1번째 맥시멈 피크를 결정하도록 동작가능한 피크 검출기; 상기 기간에서 상기 다중-귀환 신호의 상기 1번째 맥시멈 피크의 위치를 도출하도록 동작가능한 중심 계산부; 및 상기 기간에서 피크 검출기가 2번째 맥시멈 피크를 결정하고 중심 계산부가 상기 2번째 맥시멈 피크의 위치를 도출하는 것을 허용하기 위해 다중-귀환 신호로부터 상기 1번째 맥시멈 피크를 제거하는 제로화 기능을 포함할 수 있다. 피크 검출기, 중심 계산부 및 제로화 기능은, 상기 기간 내에서 N개 피크 중 M개 피크가 다중-귀환 신호에서 검출될 때까지 후속하는 맥시멈 피크들을 결정한다. 중심 계산부는 이 기간에서 다중-귀환 신호의 1번째 피크, 최종 피크 및 맥시멈 피크를 결정한다.
C. 맥시멈 발견기 솔루션들
효율적인 다중-귀환 검출을 위한 본 문서에 따른 또 다른 실시예는 정합된 필터 기능 및 피크 검출기 기능을 갖는 맥시멈 발견 기능을 포함한다. 도 11a 내지 도 11d와 도 13은 본 문서의 실시예들에 따른 정합된 필터 검출기들, 피크 검출기들 및 맥시멈 발견기들을 포함하는 다중-귀환 검출기들(1100-1160 및 1300)을 도시한다. 각각의 실시예는 다음과 같은 요소들을 포함할 수 있다 : (1) (평균 및 분산 잡음 통계를 포함하는) 잡음 통계부(1101), (2) 임계값 계산부(1102), (3) 정합된 필터(1103) 및 (4) 피크 검출기(1104). 다중-귀환 신호(1111)는 아날로그-디지털 변환부(ADC)에 결합될 수 있고, 이 아날로그-디지털 변환부는 입력 신호(1112)를 생성하며, 이 입력 신호는 차례로 잡음 통계부(1101) 및 정합된 필터(1103)에 결합될 수 있다. 잡음 통계부(1101)는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 평균 및 RMS 잡음 환경을 정의할 수 있다. 입력 신호(1112)의 잡음의 평균값 및 RMS 값은, 입력 신호(1112)의 피크들에 대한 임계값을 초과하는 샘플들을 배제함으로써 계산될 수 있다. 잡음 통계부(1101)의 출력은 임계값 계산부(1102)에 결합될 수 있다. 임계값 계산부(1102)는, 임계값을 계산하기 위해, 잡음 통계부(1101)의 출력(즉, 잡음 변동) 및 Pfa에 의거한 미리계산된 일정한 에러율에 기초하여 피크 검출기 임계값을 결정한다. 임계값은 피크 검출기(1104)의 입력에 결합될 수 있다.
다중-귀환 신호(1111)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 기간 T에서 N개 피크의 시퀀스를 포함할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, ADC는, 입력 신호(1112)의 S/N 비를 최적화하기 위하여, 전송된 레이저 신호의 펄스 형상을 컨벌브하도록 정합된 필터(1103)에 의해 처리될 수 있는 입력 신호(1112)를 생성한다. 정합된 필터(1103)의 출력인, 정합된 필터 신호(1113)는, 입력 신호(1112)처럼, N개 피크의 시퀀스를 포함할 수 있지만, 최적화된 S/N 비 및 약간의 시간 지연을 갖는다. 정합된 필터 신호(1113)는, 피크 기간(T)에서 N개 피크의 시퀀스에 대한 피크 크기들 및 피크의 유효 신호 인덱스를 결정하는 피크 검출기(1104)에 결합될 수 있다. 한 실시예에서, 정합된 필터(1103)는 클록 당 8개 샘플 레이트에서 동작한다.
여기서 논의된 바와 같이, 용어 "최대 피크"는, 그 피크가, 피크들의 시퀀스 내에서 비교중인 다른 피크들보다 큰 크기를 갖는다는 것을 나타낼 수 있다. 용어 "2번째 최대 피크"는 그 피크가 N개 피크의 시퀀스 내에서 1번째 최대 피크에 비해 2번째로 가장 큰 크기임을 나타낼 수 있다. 전술된 설명은, 도 11a 내지 도 11d와 도 13a에 도시된 바와 같이, 다중-귀환 검출기들(1100-1160 및 1300)에 적용될 수 있다.
도 11a 및 다중-귀환 검출기(1100)와 관련하여, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은 맥시멈 발견기(1106) 및 최종 피크부(1108)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1106)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1106)는, 최대 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크부(1107)에 저장될 수 있다. 별도로, 최종 피크부(1108)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1109)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1100)의 경우, 관심 영역들은 최대 피크 및 최종 도달된 피크를 포함할 수 있다. 버퍼(1109)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크(1107) 및 최종 피크부(1108)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1109)는 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플 및 최종 도달된 피크를 중심으로 하는 R개의 샘플들을 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, S는 10과 같고 R은 10과 같을 수 있다. 버퍼(1109)의 출력은 중심 계산부(1105)에 결합될 수 있고, 이것은 차례로 최대 피크 및 최종 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
도 11b 및 다중-귀환 검출기(1120)와 관련하여, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은 맥시멈 발견기(1126) 및 최종 피크부(1128)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1126)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1126)는, 최대 피크 및 2번째 최대 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1127)에 저장될 수 있다. 별도로, 최종 피크부(1128)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1129)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1120)의 경우, 관심 영역들은, 최대 피크, 2번째 최대 피크 및 최종 도달된 피크를 포함할 수 있다. 버퍼(1129)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1127) 및 최종 피크부(1128)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1129)는, 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플, 2번째 최대 피크를 중심으로 하는 Q개의 샘플, 최종 도달된 피크를 중심으로 하는 R개의 샘플을 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, S는 10과 같을 수 있고, Q는 10과 같을 수 있고, R은 10과 같을 수 있다. 버퍼(1129)의 출력은 중심 계산부(1125)에 결합될 수 있고, 이것은 차례로 최대 피크, 2번째 최대 피크 및 최종 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
도 11c 및 다중-귀환 검출기(1140)와 관련하여, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은, 맥시멈 발견기(1146) 및 1번째 피크/최종 피크부(1148)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1146)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크 및 2번째 최대 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1146)는, 최대 피크 및 2번째 최대 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1147)에 저장될 수 있다. 별도로, 1번째 피크/최종 피크부(1148)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 1번째 피크 및 최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1149)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1140)의 경우, 관심 영역들은, 최대 피크, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크 및 최종 도달된 피크를 포함할 수 있다. 버퍼(1149)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1147) 및 1번째 피크/최종 피크부(1148)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1149)는, 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플, 2번째 최대 피크를 중심으로 하는 Q개의 샘플, 1번째 도달된 피크를 중심으로 하는 P개의 샘플, 및 최종 도달된 피크를 중심으로 하는 R개의 샘플을 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, S는 10과 같을 수 있고, Q는 10과 같을 수 있고, P는 10과 같을 수 있고, R은 10과 같을 수 있다. 버퍼(1149)의 출력은 중심 계산부(1145)에 결합될 수 있고, 이것은 차례로 최대 피크, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크 및 최종 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
도 11d 및 다중-귀환 검출기(1160)와 관련하여, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은, 맥시멈 발견기(1166) 및 1번째 피크/최종 피크부(1168)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1166)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크, 2번째 최대 피크, 및 K개의 다른 잠재적 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1166)는, 최대 피크, 2번째 최대 피크 및 K개의 다른 잠재적 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1167) 및 K개의 다른 피크부(1170)에 저장될 수 있다. 별도로, 1번째 피크/최종 피크부(1168)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 1번째 피크 및 최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1169)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1160)의 경우, 관심 영역들은, 최대 피크, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크, 최종 도달된 피크 및 K개의 다른 잠재적 피크를 포함할 수 있다. 버퍼(1169)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1167), 1번째 피크/최종 피크부(1168) 및 K개의 다른 피크부(1170)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1169)는, 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플, 2번째 최대 피크를 중심으로 하는 Q개의 샘플, 1번째 도달된 피크를 중심으로 하는 P개의 샘플, 및 최종 도달된 피크 및 K개의 다른 피크를 중심으로 하는 R개의 샘플을 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, S는 10과 같을 수 있고, Q는 10과 같을 수 있고, P는 10과 같을 수 있고, R은 10과 같을 수 있고, K는 4와 같을 수 있다. 버퍼(1169)의 출력은 중심 계산부(1165)에 결합될 수 있고, 이것은 차례로 최대 피크, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크, 최종 피크 및 K개의 다른 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
요약하면, 다중-귀환 검출기는, 소정 기간에서 N개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호를 필터링하도록 동작가능한 정합된 필터; 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 상기 기간 내의 N개 피크의 시퀀스 중의 각각의 피크의 피크 크기들을 결정하도록 동작가능한 피크 검출기; 상기 기간에서 N개 피크의 시퀀스로부터 하나 이상의 맥시멈 피크를 선택하도록 동작가능한 맥시멈 발견기; 도달 시간에 기초하여 하나 이상의 피크를 선택하도록 동작가능한 레지스터; 및 선택된 피크 각각을 중심으로 하는 다수의 샘플을 생성하도록 동작가능한 버퍼를 포함한다.
D. 최대 피크들의 블라인딩 지점(은닉된 피크들)
정합된 필터 및 피크 검출기를 갖춘 맥시멈 발견 기능을 포함하는 다중-귀환 검출기들(1100-1160)은, 블라인딩 환경에서 등의, 귀환 신호 내의 복수의 피크가 시간적으로 서로 근접해 있는 환경에서 문제가 될 수 있다. 최대 피크의 블라인딩 지점에서 피크를 식별하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 레이저-기반 야간 투시 시스템들은 고 반사성 물체와 연관된 블라인딩 효과(blinding effect)를 극복하지 못할 수 있다. 많은 표지판은, 차량 운전자가 용이하게 직접 볼 수 있도록, 차량 전조등으로부터 방출되는 것 등의, 백열 광의 반사를 위한 고 반사성 표면을 갖는다. 표지판은, 종종, 많은 양의 광을 반사하고 이미지 포화를 야기할 수 있는 역 반사(retro-reflective) 페인트로 덮여 있다. 포화된 이미지는 일반적으로 명확하지 않고 판독불가능하다. 트럭, 버스, 및 밴 등의 큰 평평한 표면도 역시 이미지 포화를 야기할 수 있다.
LIDAR 시스템 등의 레이저 기반 검출기의 경우, 애벌란치 포토다이오드(APD; avalanche photodiode)에 대한 역 바이어스 조건으로 인해 블라인딩이 발생할 수 있다. APD가 역 다이오드 복구상태일 때, APD는 광에 민감하지 않을 수 있다. 이 상황은 APD가 복구될 때까지 광 검출 시스템에 대한 더 이상의 검출을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제한없이, 복구 시간은 수 나노초일 수 있고 수 미터의 블라인딩 지점을 야기할 수 있다.
도 12a는 본 문서의 실시예들에 따른 중첩 파형들(1200)을 포함하는 귀환 신호의 파형을 그래픽으로 도시한다. 중첩 파형들(1200)은 피크(1202) 및 피크(1206)를 포함하고, 여기서 피크(1202)는 최대 피크일 수 있고, 피크(1206)는 은닉된 피크이거나 최대 피크의 블라인딩 지점에 있을 수 있다. 잠재적으로, 2개의 피크의 시간 근접성을 고려할 때, 다중-귀환 검출기는 도 12a의 파형에서 하나의 피크만을 검출할 수 있다.
중첩 파형들(1200)에서 2개의 피크를 검출하는 방법은, 먼저 최대 피크를 식별한 다음, 최대 피크의 파형의 기여분을 제로화함으로써 최대 피크 직후의 은닉된 피크를 식별하기 위해 계산 버퍼를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 기본적으로, 이 프로세스는 귀환 신호 피크들의 원래 형상을 재구성하는 것을 포함한다. 맥시멈 발견기 기능으로, 최대 피크인 피크(1202)가 식별될 수 있다. 관심 영역들에 대해, 도 12a에 도시된 바와 같이 중첩 파형에 대해 20개의 샘플이 획득된다. 이 정보를 이용하여 최대 피크의 진폭 및 위치가 결정될 수 있다.
도 12b는 본 문서의 실시예들에 따른 도 12a의 2개의 중첩 피크에 대한 원래 파형들(1220)을 그래픽으로 도시한다. 피크(1202)에 대한 파형의 원래 형상은, 피크(1202)와 연관된 파형의 다른 부분과 결합된 파동 세그먼트(1214)에 의해 도시된 바와 같이, 기울기(1204)에 기초하여 결정될 수 있다. 그 다음, 피크(1202)에 대한 파형의 원래 형상은, 도 12b에 도시된 바와 같이, 피크(1206)와 연관된 파형의 형상을 획득하기 위해 2개의 피크의 원래의 중첩 파형으로부터 감산(제로화)될 수 있다. 파동 세그먼트 1212를 참조한다. 피크(1206)와 연관된 파형의 기울기는 기울기(1208)일 수 있고, 이것은 파동 세그먼트(1212)의 결정을 보조할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계산 버퍼 기능은, 이들 각각의 피크를 갖는 원래의 파형을 획득하기 위해 피크(1202) 및 피크(1206)를 샘플링할 수 있다. 최대 피크인 피크 1202를 중심으로 하는 P개의 샘플이 있을 수 있다. 은닉된 피크인 피크 1206을 중심으로 하는 Q개의 샘플이 있을 수 있다. 일부 실시예들에서 P 및 Q는 10개의 샘플과 동일할 수 있다.
도 13a는, 정합된 필터링, 맥시멈 발견기 및 계산 버퍼를 포함하는 다중-귀환 검출기(1300)를 도시한다. 다중-귀환 검출기(1300)는 최대 피크의 블라인딩 지점에서 은닉된 피크를 검출하도록 동작가능할 수 있다. 도 13a 및 다중-귀환 검출기(1300)와 관련하여, 잡음 통계(1101), 임계값 계산(1102), 정합된 필터(1103) 및 피크 검출기(1104)는 도 11a와 관련하여 설명된 것과 동일한 기능을 가질 수 있다.
도 13a 및 다중-귀환 검출기(1300)의 경우, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은 맥시멈 발견기(1306) 및 최종 피크부(1308)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1306)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1306)는, 최대 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크부(1307)에 저장될 수 있다. 별도로, 최종 피크부(1308)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1309)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 선택 및 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1300)의 경우, 관심 영역들은 최대 피크 및 최종 도달된 피크를 포함할 수 있다. 버퍼(1309)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크(1307) 및 최종 피크부(1308)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1309)는 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플 및 최종 도달된 피크를 중심으로 하는 R개의 샘플들을 저장한다. 일부 실시예들에서, S는 20과 같고 R은 10과 같을 수 있다. 버퍼(1309)의 출력들은 중심 계산부(1305) 및 계산 버퍼(1310)에 결합될 수 있다.
계산 버퍼(1310)는 관심 영역들과 연관된 샘플들을 수신할 수 있다. 계산 버퍼(1310)는 최대 피크의 기여분을 제로화함으로써 최대 피크 직후의 잠재적인 은닉된 피크를 식별할 수 있다. 계산 버퍼(1310)는, 최대 피크에 대한 P개의 샘플, 및 최대 피크의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 Q개의 샘플을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, P 및 Q는 10개의 샘플과 동일하다.
중심 계산부(1305)는 버퍼(1309) 및 계산 버퍼(1310)로부터의 샘플 정보를 수신하고, 최대 피크, 최종 피크, 및 최대 피크의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
도 13b는, 정합된 필터링, 맥시멈 발견기 및 계산 버퍼를 포함하는 또 다른 다중-귀환 검출기(1320)를 도시한다. 다중-귀환 검출기(1320)는 최대 피크의 블라인딩 지점에서 은닉된 피크를 검출하도록 동작가능할 수 있다. 도 13b 및 다중-귀환 검출기(1320)와 관련하여, 잡음 통계(1101), 임계값 계산(1102), 정합된 필터(1103) 및 피크 검출기(1104)는 도 11a와 관련하여 설명된 것과 동일한 기능을 가질 수 있다.
도 13b 및 다중-귀환 검출기(1320)의 경우, 피크 검출기(1104)의 출력인, 피크 검출기 출력(1114)은 맥시멈 발견기(1326) 및 1번째 피크/최종 피크부(1328)에 결합될 수 있다. 맥시멈 발견기(1326)는 피크 검출기 출력(1114)의 기간(T)에서의 N개 피크의 시퀀스를 분석하여 시퀀스에서 최대 피크를 결정할 수 있다. 맥시멈 발견기(1326)는, 최대 피크, 2번째 최대 피크 및 K개의 다른 피크의 진폭 및 위치를 포함하는 맥시멈 발견기 출력(1115)을 생성할 수 있다. 이 정보는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1327) 및 K개의 다른 피크부(1331)에 저장될 수 있다. 별도로, 1번째 피크/최종 피크부(1328)는 피크 검출기 출력(1114)을 모니터링하고 시퀀스 내의 1번째 피크/최종 피크의 진폭 및 위치를 저장할 수 있다.
버퍼(1329)는 시퀀스에 대한 관심 영역들에 기초하여 샘플들을 선택 및 저장할 수 있다. 다중-귀환 검출기(1320)의 경우, 관심 영역들은, 최대 피크, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크, 최종 도달된 피크, 및 K개의 다른 잠재적 피크를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, K는 4와 같을 수 있다. 버퍼(1329)는 피크 검출기(1104)로부터 트리거 신호(1116)를 수신할 수 있고, 이 트리거 신호는 최대 피크/2번째 최대 피크부(1327), K개의 다른 피크부(1331) 및 1번째 피크/최종 피크부(1328)로부터의 샘플들을 버퍼링하는 동작을 개시한다. 버퍼(1329)는, 최대 피크를 중심으로 하는 S개의 샘플, 2번째 최대 피크, 1번째 도달된 피크, 최종 도달된 피크, 및 K개의 다른 잠재적 피크를 중심으로 하는 P개의 샘플을 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, S는 20과 같을 수 있고, P는 10과 같을 수 있고, K는 4와 같을 수 있다. 버퍼(1329)의 출력들은 중심 계산부(1325) 및 계산 버퍼(1330)에 결합될 수 있다.
계산 버퍼(1330)는 관심 영역들과 연관된 샘플들을 수신할 수 있다. 계산 버퍼(1330)는 최대 피크의 기여를 제로화함으로써 최대 피크 직후의 잠재적인 은닉된 피크를 식별할 수 있다. 계산 버퍼(1330)는, 최대 피크에 대한 P개의 샘플, 및 최대 피크의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 Q개의 샘플을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, P 및 Q는 10개의 샘플과 동일하다.
중심 계산부(1325)는 버퍼(1329) 및 계산 버퍼(1330)로부터의 샘플 정보를 수신하고, 맥시멈 피크, 1번째 피크, 최종 피크, K개의 다른 피크 및 최대 피크의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트를 결정할 수 있다.
요약하면, 다중-귀환 검출기는, 소정 기간에서 N개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호를 필터링하도록 동작가능한 정합된 필터; 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 상기 기간 내의 N개 피크의 시퀀스 중의 각각의 피크의 피크 크기들을 결정하도록 동작가능한 피크 검출기; 상기 기간 내의 N개 피크의 시퀀스로부터 최대 피크를 선택하도록 동작가능한 맥시멈 발견기; 상기 기간 내의 N개 피크의 시퀀스로부터 최종 피크를 선택하도록 동작가능한 레지스터; 최대 피크를 중심으로 하는 X개의 샘플을 생성하고 최종 피크를 중심으로 하는 Y개의 샘플을 생성하도록 동작가능한 제1 버퍼; 및 최대 피크의 파형의 기여분을 제로화함으로써 최대 피크 직후의 블라인딩 지점 내의 은닉된 피크를 검출하도록 동작가능한 제2 버퍼를 포함할 수 있고, 중심 계산부는, 최대 피크, 최종 피크, 및 최대 피크 직후의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 도달 시간, 강도 포화 카운트를 결정하도록 동작가능하다.
E. 시스템 실시예들
실시예들에서, 본 특허 문서의 양태는 정보 처리 시스템/컴퓨팅 시스템에 관한 것이거나 그 상에서 구현될 수 있다. 본 개시내용의 목적을 위해, 컴퓨팅 시스템은, 비즈니스, 과학, 제어 또는 기타 목적으로, 임의의 형태의 정보, 지능, 또는 데이터를, 컴퓨팅, 계산, 결정, 분류, 처리, 전송, 수신, 회수, 시작, 라우팅, 스위칭, 저장, 디스플레이, 전달, 명시, 검출, 기록, 재현, 취급, 또는 활용하도록 동작할 수 있는 임의의 수단 또는 수단들의 집합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템은, LIDAR 디바이스, 개인용 컴퓨터(예를 들어, 랩탑), 태블릿 컴퓨터, 패블릿, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 스마트 폰, 스마트 와치, 스마트 팩키지, 또는 기타 임의의 적절한 디바이스일 수 있으며, 크기, 형상, 성능, 기능 및 가격에서 다양할 수 있다. 컴퓨팅 시스템은, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 하드웨어 또는 소프트웨어 제어 로직 등의 하나 이상의 처리 자원, ROM, 및/또는 다른 유형의 메모리를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템의 추가 컴포넌트들은, 하나 이상의 메모리 디바이스, 외부 디바이스와 통신하기 위한 하나 이상의 네트워크 포트뿐만 아니라, 터치 스크린 및/또는 비디오 디스플레이 등의 다양한 입력 및 출력(I/O) 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템은 또한, 다양한 하드웨어 컴포넌트들 사이의 통신 신호를 전송하도록 동작가능한 하나 이상의 버스를 포함할 수 있다.
도 14는 본 개시내용의 실시예들에 따른 컴퓨팅 디바이스/정보 처리 시스템(또는 컴퓨팅 시스템)의 간략화된 블록도를 도시한다. 시스템(1400)에 대해 도시된 기능들은 정보 처리 시스템의 다양한 실시예들을 지원하도록 동작할 수 있다는 것을 이해할 것이지만, 정보 처리 시스템은 상이하게 구성될 수 있고 상이한 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 시스템(1400)은, 컴퓨팅 자원을 제공하고 컴퓨팅 디바이스를 제어하는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(CPU)(1401)을 포함한다. CPU(1401)는 마이크로프로세서 등으로 구현될 수 있고, 하나 이상의 그래픽 처리 유닛(GPU)(1417) 및/또는 수학 계산을 위한 부동 소수점 코프로세서 또는 임의의 다른 유형의 코프로세서를 포함할 수도 있다. 시스템(1400)은 또한, RAM(random-access memory), ROM(read-only memory) 또는 양쪽 모두의 형태일 수 있는 시스템 메모리(1402)를 포함할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 다수의 제어기 및 주변 디바이스가 제공될 수도 있다. 입력 제어기(1403)는, 키보드, 마우스 또는 스타일러스 등의, 다양한 입력 디바이스(들)(1404)에 대한 인터페이스를 나타낸다. 무선 디바이스(1406)와 통신하는 무선 제어기(1405)가 있을 수도 있다. 시스템(1400)은 또한, 각각이 다양한 유형의 저장 매체를 포함하는 하나 이상의 저장 디바이스(1408)와 인터페이스하기 위한 저장 제어기(1407)를 포함할 수 있다. 저장 디바이스(들)(1408)는 또한, 본 발명에 따라 처리된 데이터 또는 처리될 데이터를 저장하는데 이용될 수 있다. 시스템(1400)은 또한, 디스플레이 디바이스(1411)에 인터페이스를 제공하기 위한 디스플레이 제어기(1409)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1400)은 또한, 하나 이상의 자동차 시스템(예를 들어, 자율 주행 시스템)(1413)과 통신하기 위한 자동차 신호 제어기(1412)를 포함할 수 있다. 통신 제어기(1414)는, 인터넷, 클라우드 자원(예를 들어, Ethernet 클라우드, FCoE(Fiber Channel over Ethernet)/DCB(Data Center Bridging) 클라우드 등), LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), SAN(Storage Area Network)을 포함한 다양한 네트워크들 중 임의의 것을 통해 또는 적외선 신호를 포함한 임의의 적절한 전자기 캐리어 신호를 통해 시스템(1400)이 원격 디바이스에 접속하는 것을 가능케하는, 하나 이상의 통신 디바이스(1415)와 인터페이스할 수 있다.
도시된 시스템에서, 모든 주요 시스템 컴포넌트들은 하나보다 많은 물리적 버스를 나타낼 수 있는 버스(1416)에 접속될 수 있다. 그러나, 다양한 시스템 컴포넌트는 서로 물리적으로 근접하거나 근접하지 않을 수 있다. 예를 들어, 입력 데이터 및/또는 출력 데이터는 하나의 물리적 위치로부터 또 다른 물리적 위치로 원격으로 전송될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 양태를 구현하는 프로그램들은 네트워크를 통해 원격 위치(예를 들어, 서버)로부터 액세스될 수 있다. 이러한 데이터 및/또는 프로그램들은, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등의 자기 매체; CD-ROM 및 홀로그래픽 디바이스 등의 광학 매체; 광 자기 매체; 및 ASIC(application specific integrated circuit), PLD(programmable logic device), 플래시 메모리 디바이스 및 ROM 및 RAM 디바이스 등의 프로그램 코드를 저장하거나 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다양한 머신-판독가능한 매체들 중 임의의 것을 통해 운반될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 단계들이 수행되게 하는 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛을 위한 명령어들로 하나 이상의 비일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체 상에 인코딩될 수 있다. 하나 이상의 비일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체는 휘발성 및 비휘발성 메모리를 포함해야 한다는 점에 유의해야 한다. 하드웨어 구현 또는 소프트웨어/하드웨어 구현을 포함한 대안적인 구현들이 가능하다는 점에 유의해야 한다. 하드웨어-구현된 기능들은, ASIC(들), 프로그래머블 어레이, 디지털 신호 처리 회로 등을 이용하여 실현될 수 있다. 따라서, 임의의 청구항에서의 "수단"이라는 용어는 소프트웨어 및 하드웨어 구현 양쪽 모두를 포괄하는 것으로 의도된다. 유사하게, 본 명세서에서 사용되는 "컴퓨터-판독가능한 매체 또는 매체들"이라는 용어는, 명령어들의 프로그램이 구현되어 있는 소프트웨어 및/또는 하드웨어, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이들 구현 대안들을 염두에 두고, 도면들 및 첨부된 설명은, 본 기술분야의 통상의 기술자가 프로그램 코드(즉, 소프트웨어)를 작성하거나 및/또는 요구되는 처리를 수행하는 회로(즉, 하드웨어)를 제작하기 위해 요구되는 기능 정보를 제공한다는 것을 이해해야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 또한, 다양한 컴퓨터-구현된 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 코드를 갖는 비일시적인, 유형(tangible)의, 컴퓨터-판독가능한 매체를 갖는 컴퓨터 제품에 관한 것이라는 점에 유의해야 한다. 이러한 매체 및 컴퓨터 코드는 본 발명의 목적을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있거나 이용가능한 것일 수도 있다. 유형의 컴퓨터-판독가능한 매체의 예들은, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등의 자기 매체; CD-ROM 및 홀로그래픽 디바이스 등의 광학 매체; 광 자기 매체; 및 ASIC(application specific integrated circuit), PLD(programmable logic device), 플래시 메모리 디바이스 및 ROM 및 RAM 디바이스 등의 프로그램 코드를 저장하거나 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 코드의 예들은, 컴파일러 등에 의해 생성된 머신 코드, 및 인터프리터를 이용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 고수준 코드를 포함한 파일들을 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 처리 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈들 내에 있을 수 있는 머신-실행가능한 명령어들로서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 프로그램 모듈들의 예들은, 라이브러리들, 프로그램들, 루틴들, 오브젝트들, 컴포넌트들, 및 데이터 구조들을 포함한다. 분산형 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈들은, 로컬, 원격 또는 양쪽 모두에 해당하는 설정으로 물리적으로 위치할 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자라면, 어떠한 컴퓨팅 시스템 또는 프로그래밍 언어도 본 발명의 실시에 대해 중요하지 않다는 것을 인식할 것이다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 전술된 다수의 요소가 물리적으로 및/또는 기능적으로 서브모듈들로 분리되거나 함께 결합될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
선행하는 예들 및 실시예들은 예시적인 것이고 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아님을 본 기술분야의 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 본 명세서를 읽고 도면들을 연구할 때 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 모든 치환, 개선, 균등물, 조합 및 개선은 본 개시내용의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 의도한다. 또한, 임의의 청구항의 요소들은, 복수의 의존성, 구성 및 조합을 갖는 것을 포함한, 상이하게 배열될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    기간 내에 N개의 피크를 포함하는 다중-귀환 신호를 수신하도록 동작가능한 정합된 필터;
    상기 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 상기 기간 내에 상기 다중-귀환 신호의 1번째 맥시멈 피크를 결정하도록 동작가능한 피크 검출기;
    상기 기간 내에 상기 다중-귀환 신호의 상기 1번째 맥시멈 피크의 위치를 도출하도록 동작가능한 중심 계산부; 및
    상기 기간 내에 상기 피크 검출기가 2번째 맥시멈 피크를 결정하고 상기 중심 계산부가 상기 2번째 맥시멈 피크의 위치를 도출하는 것을 허용하기 위해 상기 다중-귀환 신호로부터 상기 1번째 맥시멈 피크를 제거하는 제로화 기능
    을 포함하고,
    상기 피크 검출기, 상기 중심 계산부 및 상기 제로화 기능은, 상기 기간 내에 상기 다중-귀환 신호에서 상기 N개의 피크 중 M개의 피크가 검출될 때까지 후속 맥시멈 피크들을 결정하고,
    상기 중심 계산부는, 상기 기간 내에 상기 다중-귀환 신호에서 1번째 피크, 최종 피크 및 맥시멈 피크를 결정하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 N개의 피크 각각은 미리설정된 임계값을 초과하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피크 검출기는, 임계값 비교기, 버퍼 및 맥시멈 발견기를 포함하고, 상기 임계값 비교기는 상기 정합된 필터의 출력을 미리설정된 임계값과 비교하고 상기 미리설정된 임계값을 초과하는 피크 샘플들을 결정하며, 상기 맥시멈 발견기는 한 세트의 맥시멈 피크들을 결정하는, 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정합된 필터는, 상기 피크 검출기의 임계값을 초과하는 피크 샘플들을 배제함으로써 상기 다중-귀환 신호의 잡음의 평균값 및 RMS 값을 계산하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 부가성 백색 Gaussian 잡음의 조건들 하에서, 상기 정합된 필터 h(t)의 값은 신호 s(t)의 값과 동일한, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 M개의 피크가 상기 N개의 피크와 동일하다면, 상기 N개의 피크는 상기 N개의 피크 각각에 대한 피크 값을 결정하도록 처리되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 맥시멈 귀환은 상기 장치로부터 출력된 1번째 피크인, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 N개의 피크 중 처음 M개의 피크는 M개의 맥시멈 유효 귀환을 정의하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 M개의 피크가 위치에 따라 소팅된다면, 상기 1번째 피크 및 상기 최종 피크는 각각 1번째 귀환 및 최종 귀환에 대응하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 N개의 피크가 위치에 따라 소팅된다면, 상기 1번째 피크 및 상기 최종 피크는 각각 전방 피크 및 후방 피크에 대응하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 피크 검출기의 임계값은 동작 잡음 환경 및 목표 에러율에 기초하여 조정되는, 장치.
  12. 장치로서,
    기간 내에 N개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호를 필터링하도록 동작가능한 정합된 필터;
    상기 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 상기 기간 내에 N개 피크의 시퀀스 중의 각각의 피크의 피크 크기들을 결정하도록 동작가능한 피크 검출기;
    상기 기간 내에 상기 N개 피크의 시퀀스로부터 하나 이상의 맥시멈 피크를 선택하도록 동작가능한 맥시멈 발견기;
    도달 시간에 기초하여 하나 이상의 피크를 선택하도록 동작가능한 레지스터; 및
    상기 선택된 피크들 각각을 중심으로 하는 다수의 샘플을 생성하도록 동작가능한 버퍼
    를 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 맥시멈 피크는 상기 N개 피크의 시퀀스에서 최대 피크(largest peak)이고, 상기 도달 시간에 기초한 하나 이상의 피크는 최종 피크인, 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 맥시멈 피크는 상기 N개 피크의 시퀀스에서 최대 피크 및 2번째 최대 피크이고, 상기 도달 시간에 기초한 하나 이상의 피크는 최종 피크인, 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 맥시멈 피크는 상기 N개 피크의 시퀀스에서 최대 피크 및 2번째 최대 피크이고, 상기 도달 시간에 기초한 하나 이상의 피크는 1번째 피크 및 최종 피크인, 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 맥시멈 피크는, 최대 피크, 2번째 최대 피크, 및 K개의 다른 피크이고, 상기 도달 시간에 기초한 N개 피크의 시퀀스 내의 하나 이상의 피크는 1번째 피크 및 최종 피크인, 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 선택된 피크들 각각의 주위에서 생성된 샘플들의 수는 10인, 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 선택된 피크들 각각에 대한 도달 시간 및 강도 포화 카운트(intensity saturation count)를 결정하도록 동작가능한 중심 계산부를 더 포함하는 장치.
  19. 장치로서,
    기간 내에 N개 피크의 시퀀스를 포함하는 다중-귀환 신호를 필터링하도록 동작가능한 정합된 필터;
    상기 정합된 필터의 출력을 수신하도록 결합되고 상기 기간 내에 N개 피크의 시퀀스 중의 각각의 피크의 피크 크기들을 결정하도록 동작가능한 피크 검출기;
    상기 기간 내에 상기 N개 피크의 시퀀스로부터 최대 피크를 선택하도록 동작가능한 맥시멈 발견기;
    상기 기간 내에 상기 N개 피크의 시퀀스로부터 최종 피크를 선택하도록 동작가능한 레지스터;
    상기 최대 피크를 중심으로 하는 X개의 샘플을 생성하고 상기 최종 피크를 중심으로 하는 Y개의 샘플을 생성하도록 동작가능한 제1 버퍼; 및
    상기 최대 피크의 파형의 기여분을 제로화함으로써 상기 최대 피크 직후의 블라인딩 지점 내의 은닉된 피크를 검출하도록 동작가능한 제2 버퍼
    를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 최대 피크, 상기 최종 피크, 및 상기 최대 피크 직후의 블라인딩 지점 내의 피크에 대한 도달 시간, 및 강도 포화 카운트를 결정하도록 동작가능한 중심 계산부를 더 포함하는 장치.
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