KR20210012188A - 라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템은 대상물체에 n개의 출력 펄스를 출력하는 송신부; 상기 대상물체에 의해 반사된 상기 n개의 출력 펄스에 대응하는 복수 개의 입력 펄스를 수신하는 수신부; 및 상기 입력 펄스를 이산 신호로 변환하는 신호변환부와, 이산 신호로 변환된 상기 입력 펄스의 진폭 정보를 인코딩하는 인코딩부를 구비하는 신호처리부;를 포함한다.

Description

라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법{LIDAR SYSTEM AND SIGNAL PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법에 관한 것으로, 일례로 차량에서 사용되는 라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 라이다(Light Detecting And Ranging, LIADAR)는 3차원 GIS(geographic information system) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어, 건설, 국방 등의 분야에 응용되었고, 최근 들어 자율 주행 자동차 및 이동로봇 등에 적용되고 있다.
일례로서, 종래의 라이다 시스템은 자율 주행 차량의 거리 측정 센서(range measurement sensor)로 이용된다. 종래의 라이다 시스템은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)에서 발사된 레이저 신호와 대상물체에서 반사되어 포토 다이오드(Photo Diode, PD)로 돌아오는 레이저 신호의 지연시간을 이용하여 거리를 측정하는 ToF(Time of Flight) 획득 방식의 계측 센서이다.
한편, 레이저 신호가 물체에서 반사되는 경우 물체의 특성에 따라 반사도가 다르기 때문에 포토 다이오드로 입력되는 레이저 신호의 인텐시티(intensity) 데이터를 측정하는 것이 연구되고 있다. 입력되는 레이저 신호의 진폭 정보를 획득하는 방법으로서 종래에는 고속 ADC(Analog Digital converter)를 이용하는 것이 알려져 있다. 그런데, 고속 ADC를 사용하는 경우 고속 신호를 처리하기 위한 복잡한 회로가 필요한 문제가 있다. 또한, 클럭 기반 회로를 사용하는 경우에도 고속, 고안정의 클럭 소스(Clock source) 및 PLL 회로가 필요하다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0130381호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, ADC(Analog to Digital converter)를 사용하지 않고, 비교기 회로와 인코딩 알고리즘을 통해 대상물체에서 반사되어 입력된 신호를 처리하여 진폭 정보를 획득하는 라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템은, 대상물체에 n개의 출력 펄스를 출력하는 송신부; 상기 대상물체에 의해 반사된 상기 n개의 출력 펄스에 대응하는 복수 개의 입력 펄스를 수신하는 수신부; 및 상기 입력 펄스를 이산 신호로 변환하는 신호변환부와, 이산 신호로 변환된 상기 입력 펄스의 진폭 정보를 인코딩하는 인코딩부를 구비하는 신호처리부;를 포함한다.
상기 신호변환부는 상기 입력 펄스가 입력되는 m개(단, m은 2 이상의 정수)의 비교기를 포함할 수 있다.
상기 m개의 비교기 각각은, 서로 다른 전압값을 가지는 가변 기준 전압이 적용되고, 연속 신호 형태의 상기 입력 펄스를 가변 기준 전압을 이용하여 이산 신호 형태로 변환할 수 있다.
상기 가변 기준 전압은, 상기 m개의 비교기 각각에 적용되도록 제1 가변 기준 전압, 제2 가변 기준 전압, 및 제m 가변 기준 전압을 포함하고, 상기 제1 가변 기준 전압으로부터 상기 제m 가변 기준 전압으로 갈수록 기준 전압값이 커지는 것을 특징으로 한다.
상기 인코딩부는, 상기 m개의 비교기 중에서 제1 비교기를 제외한 비교기들의 출력단에서 상승 엣지가 발생하면, 현재 데이터값을 반전하여 전달하는 반전 논리 게이트부와, 상기 m개의 비교기 중에서 제1 비교기의 출력단에서 하강 엣지가 발생하면, 적어도 하나의 하이레벨의 데이터값을 저장하고, 상기 반전 논리 게이트부의 데이터값을 전달받아 저장하는 레지스터부와, 상기 레지스터부에 저장되는 데이터값을 이용하여 상기 입력 펄스의 진폭 정보에 대응하는 진폭 인코딩값을 생성하는 논리 게이트부를 포함할 수 있다.
상기 반전 논리 게이트부는, 상기 제1 비교기를 제외한 비교기들 각각의 출력단이 클록 입력단에 연결되는 m-1개의 반전용 D플립플롭과, 상기 m-1개의 반전용 D플립플롭 각각의 데이터 입력단과 출력단 사이에 연결되는 NOT 게이트를 포함할 수 있다.
상기 레지스터부는, m X n개의 D플립플롭(단, n은 2 이상의 정수)으로 구성될 수 있다.
상기 논리 게이트부는, 상기 m X n개의 D플립플롭 중에서 제mn 번째 D플립플롭의 출력단에 제1 입력단이 연결되고, 제m(n-1) 번째 D플립플롭의 출력단에 제2 입력단이 연결되는 연결되는 제1 XOR 게이트와, 상기 m X n개의 D플립플롭 중에서 제m(n-1) 번째 D플립플롭의 출력단에 제1 입력단이 연결되고, 제m(n-2) 번째 D플립플롭의 출력단에 제2 입력단이 연결되는 제2 XOR 게이트를 포함할 수 있다.
상기 레지스터부는 n비트 레지스터일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 신호 처리 방법은, n개의 출력 펄스를 대상물체에 출력하는 출력단계; 상기 대상물체에 의해 반사된 상기 n개의 출력 펄스에 대응하는 복수개의 입력 펄스를 입력받는 입력단계; 연속 신호 형태의 상기 입력 펄스를 이산 신호 형태로 변환하는 변환단계; 및 이산 신호 형태로 변환된 상기 입력 펄스의 진폭정보를 인코딩하는 인코딩단계;를 포함한다.
상기 변환단계에서, 상기 입력 펄스는 서로 다른 전압값을 가지는 가변 기준 전압이 적용되는 m개의 비교기(단, m은 2 이상의 정수)에 의해 이산 신호 형태로 변환될 수 있다.
상기 인코딩단계는, 상기 입력 펄스의 전압과 제1 가변 기준 전압을 비교하는 제1 비교 단계; 상기 제1 비교 단계에서 하강 엣지가 발생하지 않는 경우, 상기 입력 펄스의 전압과 제2 가변 기준 전압을 비교하는 제2 비교 단계; 및 상기 제2 비교 단계에서 상승 엣지가 발생하는 경우, 현재 데이터값을 반전하여 레지스터부에 전달하는 반전단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 비교단계에서 하강 엣지가 발생하는 경우, 상기 레지스터부에 저장된 데이터값을 미리 마련된 논리식에 적용하여 상기 입력 펄스의 진폭 인코딩값을 도출하는 도출단계를 더 포함할 수 있다.
상기 논리식은 XOR 논리 게이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 비교단계와 상기 반전단계는, 상기 입력 펄스의 전압과 가변 기준 전압을 비교하는 비교기의 개수에 따라 그 단계가 추가 또는 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 시스템 및 이의 신호 처리 방법에 의하면, ADC(Analog to Digital converter) 또는 별도의 클럭 소스를 사용하지 않고, 가변 기준 전압을 이용하는 비교기 회로와 인코딩 알고리즘을 통해 대상물체에서 반사된 펄스 신호의 진폭 정보를 획득하므로, 고속 펄스 정보를 저비용 저전력의 회로를 통해 측정하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 신호처리부의 논리회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템에서 측정한 대상물체의 진폭 정보를 도출하는 논리식을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 신호 처리 방법의 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 라이다 시스템에서 측정한 대상물체의 진폭 정보를 보여주는 제1 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 라이다 시스템에서 측정한 대상물체의 진폭 정보를 보여주는 제2 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 라이다 시스템에서 측정한 대상물체의 진폭 정보를 보여주는 제3 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 블록도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템(100)은 송신부(110), 수신부(120), 및 신호처리부(130)를 포함한다.
송신부(110)는 물체를 감지하기 위한 펄스 신호를 생성한다. 송신부(110)는 일종의 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)일 수 있다. 송신부(110)는 n개의 출력 펄스를 대상물체(200)를 향해 출력한다. 여기서, n은 양의 정수이다.
수신부(120)는 대상물체(200)에 의해 반사된 n개의 출력 펄스에 대응하는 n개의 입력 펄스를 수신한다. 수신부(120)는 일종의 포토 다이오드(Photo Diode, PD)일 수 있다. 여기서, 수신부(120)에 수신되는 n개의 입력 펄스는 그 개수가 n개 이하일 수 있다. 이하에서는, 발명 설명의 용이함을 위해 n개의 입력 펄스가 수신부(120)에 입력되는 것을 기초로 설명한다. 수신부(120)는 수신한 n개의 입력 펄스를 전기 신호 형태로 변환하여 전달한다. 일 실시예에서 수신부(120)는 수신된 펄스 각각의 진폭에 대응되는 전압 신호를 생성할 수 있다.
신호처리부(130)는 전기 신호 형태로 변환된 n개의 입력 펄스를 신호처리한다. 신호처리부(130)는 n개의 입력 펄스를 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교된 전압 레벨을 출력한다. 또한, 신호처리부(130)는 미리 마련된 레지스터를 이용하여 n개의 입력 펄스의 데이터값을 저장 및 전달한다. 또한, 신호처리부(130)는 논리 게이트부에 의해 마련된 인코딩 알고리즘을 이용하여 n개의 입력 펄스의 진폭 정보를 생성할 수 있다. 여기서, n개의 입력 펄스의 진폭 정보는 진폭 인코딩값으로 생성될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템(100)은 TDC(Time to Digital convert)를 구비하여 n개의 입력 펄스의 ToF 측정이 가능할 수 있다. 또한, 라이다 시스템(100)은 대상물체의 ToF 정보와 진폭 정보를 통합하여 대상물체(200)의 특징(예, 투과도 및 반사도)을 판단하고 분류하는데 이용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템(100)의 신호처리부(130) 구성을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템(100)의 신호처리부(130) 구성 설명을 위한 논리회로도이다.
도 2를 참고하면, 신호처리부(130)는 증폭부(131), 신호변환부(133), 및 인코딩부(135)를 포함한다.
증폭부(131)는 수신부(120)로부터 n개의 입력 펄스를 전달받으면 n개의 입력 펄스의 전압 레벨을 적절히 증폭시켜 전달할 수 있다.
신호변환부(133)는 증폭부(131)로부터 n개의 입력 펄스를 전달받으면 연속 신호 형태인 n개의 입력 펄스를 이산 신호 형태로 변환할 수 있다. 신호변환부(133)는 m개의 비교기를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, m은 양의 정수이고 필요에 따라 적절히 설정될 수 있다. 이하에서는, 발명 설명의 용이함을 위해 신호변환부(133)가 비교기 네 개로 구성된 것을 기초로 설명한다.
4개의 비교기(CP1, CP2, CP3, CP4) 각각은 가변 기준 전압을 이용하여 n개의 입력 펄스를 이산 신호 형태로 변환할 수 있다. 여기서, 제1 비교기(CP1)에는 제1 기준 전압(Th1)이 적용되고, 제2 비교기(CP2)에는 제2 기준 전압(Th2)이 적용되고, 제3 비교기(CP3)에는 제3 기준 전압(Th3)이 적용되며, 제4 비교기(CP4)에는 제4 기준 전압(Th4)이 적용될 수 있다. 가변 기준 전압들(Th1, Th2, Th3, Th4)은 서로 다른 전압값을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 기준 전압(Th1)은 제2 기준 전압(Th2)보다 작은 값을 가질 수 있다. 제2 기준 전압(Th2)은 제1 기준 전압(Th1)보다 크고, 제3 기준 전압(Th3)보다 작은 값을 가질 수 있다. 제3 기준 전압(Th3)은 제2 기준 전압(Th2)보다 크고, 제4 기준 전압(TH4)보다 작은 값을 가질 수 있다.
이러한 4개의 비교기(CP1, CP2, CP3, CP4)의 출력단에서 발생하는 상승 엣지 또는 하강 엣지에 따라 인코딩부(135)의 결과값(n개의 입력 펄스의 진폭 정보)이 결정된다.
인코딩부(135)는 신호변환부(133)에 의해 이산 신호로 변환된 n개의 입력 펄스의 진폭 인코딩값을 생성한다. 인코딩부(135)는, 4개의 비교기(CP1, CP2, CP3, CP4) 중에서 제1 비교기(CP1)를 제외한 m-1개의 비교기의 출력단에서 발생하는 상승 엣지 또는 하강 엣지에 따라 데이터값을 반전하여 전달하는 반전 논리 게이트부(135a)와, n개의 입력 펄스의 데이터값을 저장하는 레지스터부(135b)와, 레지스터부(135b)에 저장된 데이터값을 이용하여 n개의 입력 펄스의 진폭 정보에 대응하는 진폭 인코딩값을 생성하는 논리 게이트부(XOR1, XOR2)의 조합으로 구성된다.
반전 논리 게이트부(135a)는, 제1 비교기(CP1)를 제외한 3개의 비교기(CP2, CP3, CP4)의 출력단이 클록 입력단에 연결되는 m-1개의 반전용 D플립플롭(R-DFF)과, 반전용 D플립플롭(R-DFF) 각각의 데이터 입력단과 출력단 사이에 연결되는 NOT 게이트(NOT)를 포함할 수 있다. 여기서, 반전용 D플립플롭(R-DFF)은 단과 클록 입력단을 포함하는 두 개의 입력단과 하나의 출력단을 가질 수 있다. 반전용 D플립플롭(R-DFF)은 데이터 입력단에 입력되는 데이터값을 출력단을 통해 전달한다.
반전용 D플립플롭(R-DFF)은 3개의 비교기(CP2, CP3, CP4)의 출력단에서 상승 엣지가 발생하면,‘0’또는’1’의 데이터값을 반전하여 출력한다. 반전용 D플립플롭(R-DFF)은 초기 데이터값이 ‘0’으로 설정된다.
레지스터부(135b)는 D플립플롭(DFF) 복수개를 포함할 수 있다. 복수의 D플립플롭(DFF)은 4개의 비교기(CP1, CP2, CP3, CP4) 중에서 제1 비교기(CP1)의 출력단에서 하강 엣지가 발생하면, 하이레벨 ‘1’의 데이터값을 저장하는 D플립플롭(DFF)과, 반전 논리 게이트부(135a)로부터 데이터값을 전달받아 저장하는 D플립플롭(DFF) 복수개로 구성될 수 있다. 복수의 D플립플롭(DFF)은 초기 데이터값이 ‘0’으로 설정된다. 복수의 D플립플롭(DFF)은 m Ｘ n개의 행렬로 구성될 수 있다. 이하, 행렬은 위에서 아래 순서를 따르는 행과, 우측에서 좌측 순서를 따르는 열을 기준으로 설명한다.
일 실시예에 있어서, 첫 번째 열의 D플립플롭(DFF)은 데이터 입력단이 두 번째 열의 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결된다. 두 번째 열의 D플립플롭(DFF)은 데이터 입력단이 세 번째 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결된다. n번째 열의 D플립플롭(DFF)은 데이터 입력단이 반전용 D플립플롭(R-DFF)의 출력단에 연결된다. 여기서, 복수의 D플립플롭(DFF) 각각은 같은 행의 D플립플롭(DFF)에 연결되는 것이 자명하다. 한편, 첫 번째 행과 n번째 열의 D플립플롭(DFF)에는 제1 비교기(CP1)의 하강 펄스에 따라 항상 하이레벨의 데이터값 1이 입력된다.
또한, 첫 번째 행의 D플립플롭(DFF)을 제외한 D플립플롭(DFF)의 출력단에는 논리 게이트부가 연결된다.
논리 게이트부는 XOR 논리 게이트(XOR1, XOR2)를 포함하여 구성될 수 있다. XOR 논리 게이트는 두 개의 입력 중에서 어느 하나가 참이고 다른 하나가 거짓인 경우에 그 결과로 참을 출력하는 게이트를 말한다. XOR 논리 게이트는 제1 XOR 논리 게이트(XOR1)와 제2 XOR 논리 게이트(XOR2)를 포함할 수 있다.
제1 XOR 논리 게이트(XOR1)는 제1 입력단이 n번째 열의 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결되고, 제2 입력단이 n-1번째 열의 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결된다.
제2 XOR 논리 게이트(XOR2)는 제1 입력단이 n-1번째 열의 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결되고, 제2 입력단이 n-2번째 열의 D플립플롭(DFF)의 출력단에 연결된다.
XOR 논리 게이트(XOR1, XOR2)의 결과값은 입력 펄스의 진폭 정보를 도출하는데 이용된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템에서 측정한 대상물체의 진폭 정보를 계산하는 논리식을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참고하여, n개의 입력 펄스의 진폭 정보를 나타내는 진폭 인코딩값을 산출하는 논리식을 설명한다.
먼저, n개의 입력 펄스 중에서 첫 번째 펄스(1st pulse)의 진폭 정보는, D11, D21, D(m-2)1, D(m-1)1, Dm1 순서로 입력되는 레지스터부(135b)의 데이터값을 통해 산출된다. 일 실시예에 있어서, 비교기가 4개인 경우, 첫 번째 펄스(1st pulse)의 진폭 정보는, D11, D21, D31, D41 순서로 입력되는 데이터값을 통해 산출된다.
도 5에서 첫 번째 펄스(1st pulse)의 하나의 예로서, 첫 번째 펄스(1st pulse)의 진폭 정보에 해당하는 펄스 신호와 16진수값 7을 확인할 수 있다. 여기서, 첫 번째 펄스(1st pulse)의 16진수값 7은 진폭 인코딩값 ‘0111’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 첫 번째 펄스는 데이터값 D11이 ‘1’이고, D21이 ‘1’이고, D31이 ‘1’이며, D41이 ‘0’이다.
다시 도 2 및 도 3을 참고하면, n개의 입력 펄스 중에서 두 번째 펄스(2nd pulse)의 진폭 정보는, D12, D22ⓧD11, D(m-2)2ⓧD(m-2)1, D(m-1)2ⓧD(m-1)1, Dm2ⓧDm1 순서로 입력되는 레지스터부(135b)의 데이터값을 통해 산출된다.
일 실시예에 있어서, 비교기가 4개인 경우, 두 번째 펄스(2nd pulse)의 진폭 정보는, D12, D22ⓧD21, D32ⓧD31, D42ⓧD41 순서로 입력되는 데이터값을 통해 산출된다.
도 6은 진폭이 다른 두 개의 입력 펄스의 하나의 예로서, 첫 번째 펄스의 진폭 정보와 두 번째 펄스의 진폭 정보에 해당하는 펄스 신호와 16진수값을 보여준다. 여기서, 첫 번째 펄스의 16진수값 F는 진폭 인코딩값 ‘1111’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 첫 번째 펄스는 데이터값 D11이 ‘1’이고, D21이 ‘1’이고, D31이 ‘1’이며, D41이 ‘1’이다.
두 번째 펄스의 16진수값 1은 진폭 인코딩값 ‘0001’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 두 번째 펄스는 데이터값 D12가 ‘1’이고, D22ⓧD21가 ‘0’이고, D32ⓧD31이 ‘0’이며, D42ⓧD41이 ‘0’이다.
다시 도 2 및 도 3을 참고하면, n개의 입력 펄스 중에서 세 번째 펄스(3rd pulse)의 진폭 정보는, D13, D23ⓧD22, D(m-2)3ⓧD(m-2)2, D(m-1)3ⓧD(m-1)2, Dm3ⓧDm2 순서로 입력되는 레지스터부(135b)의 데이터값을 통해 산출된다.
일 실시예에 있어서, 비교기가 4개인 경우, 세 번째 펄스(2nd pulse)의 진폭 정보는, D13, D23ⓧD22, D33ⓧD32, D43ⓧD42 순서로 입력되는 레지스터부(135b)의 데이터값을 통해 산출된다.
도 7은 진폭이 다른 세 개의 입력 펄스의 하나의 예로서, 세 개의 펄스의 진폭 정보에 해당하는 펄스 신호와 16진수값을 보여준다. 여기서, 첫 번째 펄스의 16진수값 F는 진폭 인코딩값 ‘1111’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 첫 번째 펄스는 데이터값 D11이 ‘1’이고, D21이 ‘1’이고, D31이 ‘1’이며, D41이 ‘1’이다.
두 번째 펄스의 16진수값 3은 진폭 인코딩값 ‘0011’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 두 번째 펄스는 데이터값 D12가 ‘1’이고, D22ⓧD21가 ‘1’이고, D32ⓧD31가 ‘0’이며, D42ⓧD41가 ‘0’이다.
세 번째 펄스의 16진수값 7은 진폭 인코딩값 ‘0111’을 통해 나타난 결과이다. 즉, 세 번째 펄스는 데이터값 D13이 ‘1’이고, D23ⓧD22가 ‘1’이고, D33ⓧD32가 ‘1’이며, D43ⓧD42가 ‘0’이다.
다시 도 2 및 도 3을 참고하면, n개의 입력 펄스 중에서 n번째 펄스(nrd pulse)의 진폭 정보는, D1n, D2nⓧD2(n-1), D(m-2)nⓧD(m-2)(n-1), D(m-1)nⓧD(m-1)(n-1), DmnⓧDm(n-1) 순서로 입력되는 레지스터부(135b)의 데이터값을 통해 산출된다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 신호 처리 방법을 단계별로 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템을 이용한 신호 처리 방법의 순서도이다.
도 1, 도 2, 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이다 시스템의 신호 처리 방법은, 출력단계(S410), 입력단계(S420), 신호처리단계(S430), 인코딩단계(S440), 및 도출단계(S450)를 포함한다.
먼저, 출력단계(S410)에서, 송신부(110)는 대상물체(200)를 향해 n개의 출력 펄스를 출력한다. 여기서, 송신부(110)는 일종의 레이저 다이오드일 수 있다.
그런 다음, 입력단계(S420)에서, 수신부(120)는 대상물체(200)에 의해 반사된 n개의 출력 펄스에 대응하는 n개의 입력 펄스를 입력받는다. 여기서, 수신부(120)는 일종의 포토 다이오드일 수 있다.
그런 다음, 신호처리단계(S430)에서, 신호처리부(130)는 m개의 비교기를 이용하여 연속 신호 형태의 n개의 입력 펄스를 이산신호로 변환하는 신호처리를 수행한다. 여기서, m개의 비교기 각각에는 서로 다른 전압값을 가지는 가변 기준 전압이 적용될 수 있다.
그런 다음, 인코딩단계(S440)에서, 신호처리부(130)는 m개의 비교기의 클럭 펄스를 기준으로 n개의 입력 펄스의 진폭 정보를 진폭 인코딩값으로 생성한다. 여기서, 인코딩단계(S440)는 제1 비교단계(S441), 제2 비교단계(S443), 제1 반전단계(S445), 제3 비교단계(S447), 및 제2 반전단계(S449)를 포함할 수 있다.
제1 비교단계(S441)에서, 제1 비교기(CP1)는 입력 펄스의 전압과 제1 기준 전압(Th1)을 비교한다. 제1 비교기(CP1)는 입력 펄스의 전압이 제1 기준 전압(Th1) 이상이면 상승 엣지가 발생한 것으로 판단하고, 입력 펄스의 전압이 제1 기준 전압(Th1) 미만이면 하강 엣지가 발생한 것으로 판단한다.
제2 비교단계(S443)에서, 제2 비교기(CP2)는 제1 비교기(CP1)에서 상승 엣지가 발생하고 나서 하강 엣지가 발생하지 않는 경우, 입력 펄스의 전압과 제2 기준 전압(Th2)을 비교한다. 제2 비교기(CP2)는 입력 펄스의 전압이 제2 기준 전압(Th2) 이상이면 상승 엣지가 발생한 것으로 판단하고, 입력 펄스의 전압이 제2 기준 전압(Th2)미만이면 하강 엣지가 발생한 것으로 판단한다.
제1 반전단계(S445)에서, 반전 논리 게이트부(135a)는 제2 비교기(CP2)에서 상승 엣지가 발생하는 경우, 제2 비교기(CP2)의 상승 엣지에 따라 현재 데이터값을 ‘0’에서 ‘1’ 또는 ‘1’에서 ‘0’으로 반전하여 전달한다.
제3 비교단계(S447)에서, 제m 비교기는 입력 펄스의 전압과 제m 기준 전압을 비교한다. 여기서, 제m 비교기는 비교기 3개를 기준으로 제3 비교기(CP3) 일 수 있고, 비교기 4개를 기준으로 제4 비교기(CP4)일 수 있다. 또한 제m 기준 전압은 비교기 3개를 기준으로 제3 기준 전압(Th3)일 수 있고, 비교기 4개를 기준으로 제4 기준 전압(Th3)일 수 있다. 즉, 제3 비교단계(S447)는 비교기 개수가 증가함에 따라 그 단계가 더욱 세분화될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 비교기가 3개인 경우, 제3 비교기(CP3)는 입력 펄스의 전압이 제3 기준 전압(Th3) 이상이면 상승 엣지가 발생한 것으로 판단하고, 입력 펄스의 전압이 제3 기준 전압(Th3)미만이면 하강 엣지가 발생한 것으로 판단한다.
다른 실시예에 있어서, 비교기가 4개인 경우, 제4 비교기(CP4)는 입력 펄스의 전압이 제4 기준 전압(Th4) 이상이면 상승 엣지가 발생한 것으로 판단하고, 입력 펄스의 전압이 제4 기준 전압(Th4) 미만이면 하강 엣지가 발생한 것으로 판단한다.
제2 반전단계(S449)에서, 반전 논리 게이트부(135a)는 제3 비교기(CP3)에서 상승 엣지가 발생하는 경우, 제3 비교기(CP3)의 상승 엣지에 따라 현재 데이터값을 ‘0’에서 ‘1’ 또는 ‘1’에서 ‘0’으로 반전하여 전달한다. 또한, 반전 논리 게이트부(135a)는 제4 비교기(CP4)에서 상승 엣지가 발생하는 경우, 제4 비교기(CP4)의 상승 엣지에 따라 현재 데이터값을 ‘0’에서 ‘1’ 또는 ‘1’에서 ‘0’으로 반전하여 전달한다.
마지막으로, 도출단계(S450)에서, 신호처리부(130)는 제1 비교기(CP1)의 클럭 펄스에서 하강 엣지가 발생하는 경우, 레지스터부(135b)에 저장된 데이터값을 미리 마련된 논리식(도 3 참조)에 적용하여 n개의 입력 펄스의 진폭 인코딩값을 도출한다. 여기서, 논리식은 복수의 XOR 논리 게이트를 포함하는 논리 게이트부(XOR1, XOR2)를 통해 마련된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 라이다 시스템
110: 송신부
120: 수신부
130: 신호처리부
131: 증폭부
133: 신호변환부
135: 인코딩부
135a: 반전 논리게이트부
135b: 레지스터부
XOR1, XOR2: 제1, 제2 XOR 논리 게이트

Claims (15)

  1. 대상물체에 n개의 출력 펄스를 출력하는 송신부;
    상기 대상물체에 의해 반사된 상기 n개의 출력 펄스에 대응하는 복수 개의 입력 펄스를 수신하는 수신부; 및
    상기 입력 펄스를 이산 신호로 변환하는 신호변환부와, 이산 신호로 변환된 상기 입력 펄스의 진폭 정보를 인코딩하는 인코딩부를 구비하는 신호처리부;
    를 포함하는 라이다 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호변환부는 상기 입력 펄스가 입력되는 m개(단, m은 2 이상의 정수)의 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 m개의 비교기 각각은,
    서로 다른 전압값을 가지는 가변 기준 전압이 적용되고, 연속 신호 형태의 상기 입력 펄스를 가변 기준 전압을 이용하여 이산 신호 형태로 변환하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가변 기준 전압은, 상기 m개의 비교기 각각에 적용되도록 제1 가변 기준 전압, 제2 가변 기준 전압, 및 제m 가변 기준 전압을 포함하고,
    상기 제1 가변 기준 전압으로부터 상기 제m 가변 기준 전압으로 갈수록 기준 전압값이 커지는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 인코딩부는,
    상기 m개의 비교기 중에서 제1 비교기를 제외한 비교기들의 출력단에서 상승 엣지가 발생하면, 현재 데이터값을 반전하여 전달하는 반전 논리 게이트부와,
    상기 m개의 비교기 중에서 제1 비교기의 출력단에서 하강 엣지가 발생하면, 적어도 하나의 하이레벨의 데이터값을 저장하고, 상기 반전 논리 게이트부의 데이터값을 전달받아 저장하는 레지스터부와,
    상기 레지스터부에 저장되는 데이터값을 이용하여 상기 입력 펄스의 진폭 정보에 대응하는 진폭 인코딩값을 생성하는 논리 게이트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반전 논리 게이트부는,
    상기 제1 비교기를 제외한 비교기들 각각의 출력단이 클록 입력단에 연결되는 m-1개의 반전용 D플립플롭과,
    상기 m-1개의 반전용 D플립플롭 각각의 데이터 입력단과 출력단 사이에 연결되는 NOT 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 레지스터부는, m X n개의 D플립플롭(단, n은 2 이상의 정수)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 논리 게이트부는,
    상기 m X n개의 D플립플롭 중에서 제mn 번째 D플립플롭의 출력단에 제1 입력단이 연결되고, 제m(n-1) 번째 D플립플롭의 출력단에 제2 입력단이 연결되는 연결되는 제1 XOR 게이트와,
    상기 m X n개의 D플립플롭 중에서 제m(n-1) 번째 D플립플롭의 출력단에 제1 입력단이 연결되고, 제m(n-2) 번째 D플립플롭의 출력단에 제2 입력단이 연결되는 제2 XOR 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 레지스터부는 n비트 레지스터인 것을 특징으로 하는 라이다 시스템.
  10. n개의 출력 펄스를 대상물체에 출력하는 출력단계;
    상기 대상물체에 의해 반사된 상기 n개의 출력 펄스에 대응하는 복수개의 입력 펄스를 입력받는 입력단계;
    연속 신호 형태의 상기 입력 펄스를 이산 신호 형태로 변환하는 변환단계; 및
    이산 신호 형태로 변환된 상기 입력 펄스의 진폭정보를 인코딩하는 인코딩단계;
    를 포함하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 변환단계에서,
    상기 입력 펄스는 서로 다른 전압값을 가지는 가변 기준 전압이 적용되는 m개의 비교기(단, m은 2 이상의 정수)에 의해 이산 신호 형태로 변환되는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인코딩단계는,
    상기 입력 펄스의 전압과 제1 가변 기준 전압을 비교하는 제1 비교 단계;
    상기 제1 비교 단계에서 하강 엣지가 발생하지 않는 경우, 상기 입력 펄스의 전압과 제2 가변 기준 전압을 비교하는 제2 비교 단계; 및
    상기 제2 비교 단계에서 상승 엣지가 발생하는 경우, 현재 데이터값을 반전하여 레지스터부에 전달하는 반전단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 비교단계에서 하강 엣지가 발생하는 경우, 상기 레지스터부에 저장된 데이터값을 미리 마련된 논리식에 적용하여 상기 입력 펄스의 진폭 인코딩값을 도출하는 도출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 논리식은 XOR 논리 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 비교단계와 상기 반전단계는,
    상기 입력 펄스의 전압과 가변 기준 전압을 비교하는 비교기의 개수에 따라 그 단계가 추가 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 라이다 시스템의 신호 처리 방법.
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