KR20210153913A - Apparatus for LIDAR - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 삼각측량법을 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 라인 레이저를 순차적으로 조사하여, 대상 공간에 대한 3차원 지도를 생성할 수 있는 라이다 장치에 관한 것이다. The present application relates to a lidar device for measuring a distance using triangulation, and more particularly, to a lidar device capable of generating a three-dimensional map of a target space by sequentially irradiating a plurality of line lasers will be.
레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, LASER)는 유도방출(stimulated emission)에 의해 증폭된 빛으로, 전자공학, 광통신, 의약학, 국방분야 등 많은 분야에서 핵심기술로 활용되고 있다. Laser (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, LASER) is light amplified by stimulated emission and is used as a core technology in many fields such as electronics, optical communication, medicine, and national defense.
또한, 라이다(Light Detection and Ranging, LiDAR) 장치는 레이저를 이용하여 대상체까지의 거리를 측정하는 것으로, 최근 자율주행 자동차, 이동 로봇, 드론 등의 핵심 기술로 주목을 받고 있다.In addition, a LiDAR (Light Detection and Ranging, LiDAR) device uses a laser to measure the distance to an object, and has recently attracted attention as a core technology for autonomous vehicles, mobile robots, and drones.
종래의 라이다 장치는 레이저의 비행시간을 통한 거리를 산출하는 TOF(Time of Flight) 방식을 적용하므로, 고정밀도 및 고해상도의 측정이 가능한 장점이 있으나, 고가의 이미지센서를 어레이로 배열해야하므로 가격이 비싸고, 전체 크기가 커지게 되는 등의 단점이 존재한다.The conventional LiDAR device applies the TOF (Time of Flight) method that calculates the distance through the flight time of the laser, so it has the advantage of high precision and high resolution measurement, but it is expensive because expensive image sensors must be arranged in an array There are disadvantages such as being expensive and the overall size is large.
본 출원은 복수의 라인 레이저를 순차적으로 조사하여, 대상 공간에 대한 3차원 지도를 생성할 수 있는 라이다 장치를 제공하고자 한다. An object of the present application is to provide a lidar device capable of generating a three-dimensional map of a target space by sequentially irradiating a plurality of line lasers.
본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치는, 복수의 라인 레이저(line laser)를 순차적으로 대상 공간 내에 조사(照射)하는 레이저광원부; 상기 대상 공간 내에서 반사된 상기 라인 레이저들을 각각 감지하여, 대응하는 검출이미지들을 개별적으로 생성하는 이미지센서부; 및 상기 검출이미지로부터 상기 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴을 추출하여 상기 레이저 패턴에 대한 상기 대상 공간 내 좌표정보를 생성하고, 각각의 검출이미지들로부터 생성한 상기 좌표정보들을 취합하여, 상기 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성하는 영상처리부를 포함할 수 있다.A lidar device according to an embodiment of the present invention includes a laser light source unit for sequentially irradiating a plurality of line lasers into a target space; an image sensor unit that detects the line lasers reflected in the target space, respectively, and individually generates corresponding detection images; and extracting a laser pattern corresponding to the line laser from the detection image to generate coordinate information in the target space for the laser pattern, and collecting the coordinate information generated from each of the detection images in the target space It may include an image processing unit for generating a three-dimensional map of the.
여기서 상기 레이저광원부는, 설정파장의 레이저 광을 생성하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 광을 서로 다른 광 경로로 진행하는 복수의 라인 레이저로 분할하는 회절격자부; 및 상기 광 경로를 개별적으로 개방 또는 폐쇄하는 셔터(shutter)부를 포함할 수 있다. Here, the laser light source unit includes: a laser diode generating laser light of a set wavelength; a diffraction grating unit dividing the laser light into a plurality of line lasers traveling in different optical paths; and a shutter unit for individually opening or closing the light path.
여기서 상기 레이저광원부는, 상기 대상 공간 내에 상기 라인 레이저가 조사되는 감지영역을 표시하는 가시광 레이저를 출력하는 보조광원부를 더 포함할 수 있다. Here, the laser light source unit may further include an auxiliary light source unit for outputting a visible light laser indicating a sensing region to which the line laser is irradiated in the target space.
여기서 상기 회절격자부는, 수평방향으로 평행한 복수의 라인 레이저를 생성하는 것으로, 상기 복수의 라인 레이저들을 각각 수직방향으로 상이한 각도의 광 경로로 진행하도록 분할할 수 있다. Here, the diffraction grating unit generates a plurality of parallel line lasers in a horizontal direction, and the plurality of line lasers may be divided so as to proceed in optical paths of different angles in a vertical direction, respectively.
여기서 상기 셔터부는, 복수의 광 경로 중 어느 하나는 개방하고 나머지는 모두 폐쇄하는 것으로, 상기 복수의 광 경로를 위에서부터 아래 또는 아래에서 위로 순차적으로 개방시킬 수 있다. Here, the shutter unit may open any one of the plurality of light paths and close all others, and may sequentially open the plurality of light paths from top to bottom or from bottom to top.
여기서 상기 셔터부는, 액정셔터(liquid crystal shutter)를 이용하여 상기 광 경로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. Here, the shutter unit may open or close the optical path by using a liquid crystal shutter.
본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 이용한 3차원 지도 생성 방법은, (a) N개의 라인 레이저 중 어느 하나를 대상 공간 내에 조사하는 단계; (b) 상기 대상 공간 내에 반사된 상기 라인 레이저를 감지하여, 검출이미지를 생성하는 단계; (c)상기 검출이미지로부터 상기 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴을 추출하고, 상기 레이저 패턴에 대한 상기 대상 공간 내 좌표정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 N 개의 라인 레이저들에 대해 반복하여 N개의 좌표정보를 생성하고, 상기 N개의 좌표정보를 취합하여 상기 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. A 3D map generation method using a lidar device according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) irradiating any one of N line lasers into a target space; (b) generating a detection image by sensing the line laser reflected in the target space; (c) extracting a laser pattern corresponding to the line laser from the detection image, and generating coordinate information in the target space for the laser pattern; and (d) repeating steps (a) to (c) for N line lasers to generate N pieces of coordinate information, and collecting the N pieces of coordinate information to generate a three-dimensional map of the target space. may include steps.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.Incidentally, the means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. Various features of the present invention and its advantages and effects may be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.
본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치는, 복수의 라인 레이저를 순차적으로 조사하는 방식으로 대상 공간에 대한 3차원 지도를 생성하므로, 영상처리에 필요한 연산량을 줄일 수 있으며, 처리속도를 향상시킬 수 있다. Since the lidar device according to an embodiment of the present invention generates a three-dimensional map of the target space by sequentially irradiating a plurality of line lasers, it is possible to reduce the amount of computation required for image processing and to improve the processing speed. can
본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치에 의하면, 영상처리를 이용하여 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성할 수 있으므로, TOF를 이용하는 등의 경우와 비교할 때, 제조 비용절감 및 제품 사이즈 축소를 구현할 수 있다. According to the lidar device according to an embodiment of the present invention, since a three-dimensional map of the target space can be generated using image processing, manufacturing cost reduction and product size reduction can be achieved compared to the case of using TOF, etc. can be implemented
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 이용한 대상체의 감지를 나타내는 개략도이다.
도3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치의 셔터부의 동작을 나타내는 개략도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치의 보조광원부의 동작을 나타내는 개략도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치가 생성한 좌표정보 및 3차원 지도를 나타내는 개략도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 센서 및 제2 센서의 파장별 민감도를 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이도 장치를 이용한 3차원 지동 생성 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a block diagram illustrating a lidar device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating the detection of an object using a lidar device according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are schematic diagrams showing the operation of the shutter unit of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing the operation of the auxiliary light source of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram illustrating coordinate information and a three-dimensional map generated by a lidar device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the sensitivity of each wavelength of the first sensor and the second sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a three-dimensional motion generation method using a lido device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' with another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element interposed therebetween. include In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "~ unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 나타내는 블록도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 이용한 대상체의 감지를 나타내는 개략도이다.1 is a block diagram illustrating a lidar apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating detection of an object using the lidar apparatus according to an embodiment of the present invention.
도1 및 도2를 참조하면, 라이다 장치(100)는 레이저광원부(110), 이미지센서부(120) 및 영상처리부(130)를 포함할 수 있다. 1 and 2 , the
이하 도1 및 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치(100)를 설명한다. Hereinafter, the
레이저광원부(110)는 복수의 라인 레이저(line laser)를 대상 공간(A) 내에 순차적으로 조사(照射)할 수 있다. 즉, 서로 다른 광 경로로 진행하는 복수의 라인 레이저를 생성한 후, 각각의 라인 레이저를 순차적으로 대상 공간(A) 내에 조사할 수 있다. 여기서, 레이저 광이 조사되는 대상공간(A)은, 가정집이나 상점 등의 경비구역, 주행 또는 주차 중인 차량의 주변공간 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 라이다 장치(100)가 설치되어 레이저 광을 조사할 수 있는 공간이면 어떠한 공간도 해당할 수 있다.The laser
구체적으로, 도3을 참조하면, 레이저광원부(110)는 레이저 다이오드(111), 회절격자부(112) 및 셔터부(113)를 더 포함할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 3 , the laser
레이저 다이오드(111)는 설정파장의 레이저 광을 생성할 수 있으며, 이때 설정파장은 적외선 파장 영역으로 설정할 수 있다. 즉, 적외선 레이저가 대상공간(A) 내에 조사되도록 하여, 레이저 광이 육안으로는 확인되지 않도록 할 수 있다. The
한편, 레이저 다이오드(111)는 단면이 점 형상인 레이저 광을 생성할 수 있으며, 이후 회절격자부(112)에 의하여 복수의 라인 레이저 형태로 가공될 수 있다. 즉, 레이저 다이오드(111)에서 생성된 레이저 광은 회절격자부(112)로 입력될 수 있으며, 회절격자부(112)는 레이저 광을 서로 다른 광 경로로 진행하는 복수의 라인 레이저로 분할할 수 있다. Meanwhile, the
회절격자부(112)는 콜리메이팅(collimating)된 레이저 광을 다양한 형태로 가공할 수 있으며, 실시예에 따라서는, 복수의 라인 레이저 형태로 분할하는 것도 가능하다. 즉, 회절격자부(112)는 수평방향으로 평행한 라인 레이저들을 복수개 생성할 수 있으며, 이때 복수의 라인 레이저들은 각각 수직방향으로 상이한 각도의 광 경로로 진행하도록 분할될 수 있다. 실시예에 따라서는, 수직방향으로 평행한 라인 레이저들을 복수개 생성하여, 각각 수평방향으로 상이한 각도의 광 경로로 진행하도록 분할하는 것도 가능하다. The
셔터부(113)는 각각의 라인 레이저들의 광 경로를 개별적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 도3에 도시한 바와 같이, 회절격자부(112)에서 생성된 복수의 라인 레이저들은 셔터부(113)를 통과하여 대상 공간(A)으로 출력될 수 있다. 이때, 셔터부(113)는 각각의 라인 레이저들의 광 경로를 개방 또는 폐쇄할 수 있으며, 셔터부(113)에 의해 선택된 라인 레이저만이 대상공간(A)으로 방출될 수 있다. 즉, 셔터부(113)는 복수의 광 경로 중 어느 하나는 개방하고 나머지는 모두 폐쇄할 수 있으며, 이를 통해 대상공간(A)에 방출되는 라인 레이저들을 제어할 수 있다.The
실시예에 따라서는, 도3에 도시한 바와 같이, 셔터부(113) 내에는 개방부(C)가 포함될 수 있으며, 개방부(C)를 제외한 나머지 영역은 폐쇄되어 레이저 광의 진행을 차단시킬 수 있다. 즉, 셔터부(113) 내의 특정위치에 개방부(C)를 위치시킨 후, 개방부(C)로 입사되는 라인 레이저(L1)를 투과시켜, 해당 라인 레이저(L1)를 대상 공간(A) 내에 조사할 수 있다. 이때 개방부(C)의 위치는 셔터부(113)에 의하여 제어될 수 있다.In some embodiments, as shown in FIG. 3 , an open portion C may be included in the
셔터부(113)는 복수의 라인 레이저들을 하나씩 대상 공간(A) 내에 출력할 수 있으며, 예를들어, 복수의 광 경로를 위에서부터 아래, 또는 아래에서 위로 순차적으로 개방시킬 수 있다. 이 경우 라인 레이저들은 대상 공간(A) 내에서 아래로부터 위로 또는 위에서부터 아래로 순차적으로 조사될 수 있다. The
즉, 도3에 도시한 바와 같이, 대상공간(A) 내에 제1 라인 레이저(L1)가 조사될 수 있으며, 이후 도4에 도시한 바와 같이 대상공간(A) 내에 제2 라인 레이저(L2)가 제1 라인 레이저(L2)의 하부에 조사될 수 있다. 또한, 도5에 도시한 바와 같이 대상공간(A) 내에 제3 라인 레이저(L3)가 제2 라인 레이저(L2)의 하부에 조사될 수 있다. That is, as shown in FIG. 3 , the first line laser L1 may be irradiated into the target space A, and then, as shown in FIG. 4 , the second line laser L2 in the target space A. may be irradiated to the lower portion of the first line laser L2. In addition, as shown in FIG. 5 , the third line laser L3 may be irradiated to the lower portion of the second line laser L2 in the target space A. As shown in FIG.
한편, 도3 내지 도5에서는 단일의 라인 레이저를 순차적으로 조사하는 경우를 도시하였으나, 실시예에 따라서는 복수의 라인 레이저들의 그룹을 순차적으로 조사하는 것도 가능하다. 즉, 복수의 라인 레이저들을 미리 설정한 그룹으로 각각 분류할 수 있으며, 셔터부(113)는 각각의 그룹별로 순차적으로 대상공간(A) 내에 조사하도록 제어할 수 있다. 이때, 동일한 그룹 내에 포함되는 라인레이저들은 동시에 출력될 수 있다.Meanwhile, although a case of sequentially irradiating a single line laser is illustrated in FIGS. 3 to 5 , it is also possible to sequentially irradiate a group of a plurality of line lasers according to an exemplary embodiment. That is, the plurality of line lasers may be classified into a preset group, and the
추가적으로, 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저광원부(110)는, 셔터부(130)를 대신하여 레이저광원부(110)의 각도를 제어하는 위치제어부(미도시)를 포함하는 것도 가능하다. 즉, 레이저광원부(110)의 각도를 제어하여, 레이저광원부(110)에서 출력되는 라인 레이저가 대상 공간(A) 내에 조사되는 위치를 변경시킬 수 있다. 이 경우, 셔터부(113)와 같이, 복수의 라인 레이저를 순차적으로 대상 공간(A) 내에 조사하는 것이 가능하다. 다만, 레이저광원부(110)의 각도제어를 위해 추가로 필요한 구조나 장비 등을 고려할 때, 셔터부(113)를 이용하는 것이 효과적일 수 있다. Additionally, the laser
셔터부(113)는 기계식 또는 전자식 등 다양한 방식으로 광 경로에 대한 개방 또는 폐쇄를 수행할 수 있으며, 실시예에 따라서는 액정(liquid crystal)을 이용한 액정셔터를 적용하는 것도 가능하다. 예를들어, 액정셔터의 전체 영역에 전압을 인가하여 액정을 고체화시킬 수 있으며, 이후 특정 광 경로에 대응하는 영역의 전압만을 일정시간동안 제거할 수 있다. 이 경우, 전압이 제거된 영역에는 액정이 액체상태로 유지되므로 라인 레이저가 투과될 수 있으며, 이를 통해 각각의 라인 레이저들에 대한 출력여부를 제어할 수 있다.The
추가적으로, 도6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 광원부(110)는 보조광원부(114)를 더 포함할 수 있다. 즉, 보조광원부(114)는 대상 공간(A) 내에 가시광 레이저를 출력할 수 있으며, 가시광 레이저를 이용하여 라인 레이저(L)들이 조사되는 감지영역(T)을 표시할 수 있다. 즉, 사용자는 라이다 장치(100)를 설치한 후, 실제 라이다 장치(100)가 측정을 수행하는 영역에 대한 정보를 시각적으로 제공받을 수 있다. 특히, 라인 레이저는 적외선 레이저로 구현할 수 있으며, 이 경우 라인 레이저는 사용자가 육안으로 확인할 수 없게 된다. 따라서, 보조광원부(114)가 출력하는 가시광 레이저를 통하여, 실제 라인 레이저들이 조사되는 감지영역(T)을 확인하도록 할 수 있다. Additionally, as shown in FIG. 6 , the laser
한편, 보조광원부(114)는 가시광의 파장 대역을 가지는 가시광 레이저를 생성하는 가시광 다이오드(D1)와, 가시광 레이저를 감지영역(T)을 표시할 수 있는 형태로 가공하는 보조회절격자(D2)를 포함할 수 있다. 보조회절격자(D2)는 도5에 도시한 바와 같이, 사각형 형태로 가시광 레이저를 가공하여 감지영역(T)을 표시하도록 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원형이나 사다리꼴 등 다양한 형태로 변형가능하다. Meanwhile, the auxiliary
이미지센서부(120)는 대상 공간(A) 내에서 반사된 레이저 광들을 각각 감지하여 검출이미지를 개별적으로 생성할 수 있다. 실시예에 따라서는 이미지센서부(120)를 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서 등으로 센서 어레이를 구현할 수 있으며, 이미지센서부(120)는 대상 공간(A) 내에서 반사되는 레이저 광의 휘도를 측정하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 즉, 측정된 레이저 광의 휘도값을 대응하는 각각의 픽셀들의 픽셀값으로 설정하여, 2차원의 검출이미지를 생성할 수 있다. The
여기서, 레이저광원부(110)는 각각의 라인 레이저들을 하나씩 순차적으로 조사할 수 있으며, 이 경우 이미지 센서부(120)는 각각 하나의 라인 레이저들을 포함하는 검출이미지들을 순차적으로 생성할 수 있다. 즉, 이미지 센서부(120)는 하나의 감지영역(T) 내에 조사되는 복수의 라인 레이저(L1, L2, L3)들에 대한 각각의 검출이미지들을 생성할 수 있다. Here, the laser
실시예에 따라서는, 검출이미지 내에 복수의 라인레이저들을 동시에 포함시키는 것도 가능하지만, 이 경우 영상처리를 위한 연산량이 많아지고, 처리속도가 느려지는 등의 문제가 발생할 수 있다. Depending on the embodiment, it is also possible to include a plurality of line lasers in the detection image at the same time, but in this case, problems such as an increase in the amount of calculation for image processing and a slow processing speed may occur.
반면에, 여기서는 셔터부(130)를 도입하여, 복수의 라인 레이저들을 순차적으로 조사하고, 이후 개별 라인 레이저를 포함하는 검출이미지를 이용하므로, 영상처리시 필요한 연산량을 줄일 수 있으며 신속하게 연산결과를 제공하는 것이 가능하다. On the other hand, here, the
영상처리부(130)는 검출이미지로부터 라인 레이저(L)에 대응하는 레이저 패턴을 추출할 수 있으며, 레이저 패턴에 대한 대상 공간(A) 내 좌표정보를 생성할 수 있다. The
검출이미지 내에는 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴이 포함되어 있을 수 있으며, 영상처리부(130)는 레이저 패턴을 나타내는 패턴픽셀들을 추출할 수 있다. 이후, 레이저광원부(110)와 이미지센서부(120)의 이격거리와 설치각도 등을 이용하여, 각각의 패턴픽셀들에 대응하는 실제 대상공간(A) 내의 지점까지의 거리정보를 추출할 수 있으며, 이를 바탕으로 해당 지점의 좌표정보를 생성할 수 있다. 즉, 도7(a)에 도시한 바와 같이, 하나의 검출이미지 내에 나타난 레이저 패턴으로부터, 실제 대상공간(A) 내에 라인 레이저가 조사된 각각의 지점들에 대한 좌표정보를 생성할 수 있다. A laser pattern corresponding to the line laser may be included in the detection image, and the
여기서, 영상처리부(130)는 이미지센서부(120)로부터 감지영역(T) 내에 순차적으로 조사된 각각의 라인 레이저들에 대한 검출이미지들을 제공받을 수 있으며, 영상처리부(130)는 각각의 검출이미지들로부터 좌표정보들을 추출할 수 있다. Here, the
이후, 영상처리부(130)는 해당 좌표정보들을 취합하여, 도7(b)에 도시한 바와 같이, 대상공간(A)에 대한 3차원 지도를 생성할 수 있다. 여기서, 영상처리부(130)는 레이저광원부(110)가 대상공간 내에 각각의 라인 레이저를 조사하는 순서를 미리 알고 있을 수 있으며, 상기 순서에 따라 좌표정보를 취합하여 3차원 지도를 생성할 수 있다. 예를들어, 레이저 광원부(110)는 대상 공간(A) 내에 라인 레이저는, 위에서부터 아래로 순차적으로 조사할 수 있으며, 영상처리부(130)는 각각의 검출이미지로부터 좌표정보를 추출한 이후, 좌표정보들을 위에서부터 아래로 결합하여 3차원 지도를 생성할 수 있다.Thereafter, the
실시예에 따라서는, 영상처리부(110)가 각각의 레이저 패턴의 위치로부터 높이정보를 추출할 수 있으며, 각각의 좌표정보들의 높이정보를 반영하여 3차원 지도를 생성하는 것도 가능하다. In some embodiments, the
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 라이다 장치를 이용한 3차원 지도 생성 방법을 나타내는 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a 3D map generation method using a lidar device according to an embodiment of the present invention.
도8을 참조하면, 라이다 장치는 먼저 N개의 라인 레이저 중 어느 하나를 대상 공간 내에 조사할 수 있다(S10). 라이다 장치는 서로 다른 광 경로로 진행하는 복수의 라인 레이저를 생성할 수 있으며, 생성한 라인 레이저들을 하나씩 순차적으로 대상 공간 내에 조사할 수 있다. 라이다 장치는 셔터부를 포함하여, 출력되는 라인 레이저들을 제어할 수 있다. 실시예에 따라서는, 각각의 라인 레이저들을 출력하는 순서가 미리 정해져 있을 수 있다. Referring to FIG. 8 , the lidar device may first irradiate any one of N line lasers into the target space ( S10 ). The LIDAR device may generate a plurality of line lasers traveling in different optical paths, and may sequentially irradiate the generated line lasers into the target space one by one. The lidar device may include a shutter unit to control output line lasers. According to an embodiment, the order of outputting each of the line lasers may be predetermined.
이후, 라이다 장치는 대상 공간 내에서 반사된 라인 레이저를 감지하여, 검출이미지를 생성할 수 있다(S20). 즉, 라이다 장치는 CCD 센서 또는 CMOS 센서 등을 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 반사된 라인 레이저를 감지하여 검출이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 검출이미지는 각각의 라인 레이저마다 생성할 수 있다. Thereafter, the lidar device may detect the line laser reflected in the target space and generate a detection image (S20). That is, the lidar device may include a CCD sensor or a CMOS sensor, and may generate a detection image by detecting the reflected line laser using this. Here, the detection image may be generated for each line laser.
라이다 장치는, 검출이미지로부터 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴을 추출할 수 있으며, 레이저 패턴에 대한 대상 공간 내 좌표정보를 생성할 수 있다(S30). 라이다 장치는 검출이미지에 대한 영상처리를 수행하여 노이즈를 제거하고, 이진화 등을 통해 레이저 패턴을 추출할 수 있다. 이후, 삼각측량법을 이용하여, 검출이미지 내에 나타난 레이저 패턴에 대한 좌표정보를 생성할 수 있다.The lidar device may extract a laser pattern corresponding to the line laser from the detection image, and may generate coordinate information in a target space for the laser pattern (S30). The lidar device may perform image processing on the detected image to remove noise, and extract a laser pattern through binarization or the like. Then, by using the triangulation method, it is possible to generate coordinate information for the laser pattern displayed in the detection image.
이후, 라이다 장치는, N 개의 라인 레이저 각각에 대하여, S10 내지 S30의 단계들을 반복하여 수행할 수 있으며, 이를 통하여 N개의 좌표정보를 생성할 수 있다. 즉, 대상공간 내에 각각의 라인 레이저들을 순차적으로 출력하여 검출이미지들을 생성할 수 있으며, 검출이미지로부터 각각의 좌표정보들을 생성할 수 있다. 라이다 장치는 생성된 N개의 좌표정보들을 취합할 수 있으며, 이를 이용하여 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성할 수 있다. 여기서, 대상 공간 내에 조사하는 라인 레이저의 개수가 많을수록 더욱 정확한 3차원 지도를 생성할 수 있다. Thereafter, the lidar device may repeat steps S10 to S30 for each of the N line lasers, and may generate N pieces of coordinate information through this. That is, detection images may be generated by sequentially outputting respective line lasers in the target space, and respective coordinate information may be generated from the detection image. The lidar device may collect the generated N pieces of coordinate information, and may generate a three-dimensional map of the target space using this. Here, as the number of line lasers irradiated in the target space increases, a more accurate 3D map may be generated.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above embodiments and the accompanying drawings. For those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, it will be apparent that the components according to the present invention can be substituted, modified and changed without departing from the technical spirit of the present invention.
100: 라이다 장치
110: 레이저광원부
111: 레이저 다이오드
112: 회절격자부
113: 셔터부
114: 보조광원부
120: 이미지센서부
130: 영상처리부100: lidar device 110: laser light source unit
111: laser diode 112: diffraction grating unit
113: shutter unit 114: auxiliary light source unit
120: image sensor unit 130: image processing unit
Claims (7)
상기 대상 공간 내에서 반사된 상기 라인 레이저들을 각각 감지하여, 대응하는 검출이미지들을 개별적으로 생성하는 이미지센서부; 및
상기 검출이미지로부터 상기 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴을 추출하여 상기 레이저 패턴에 대한 상기 대상 공간 내 좌표정보를 생성하고, 각각의 검출이미지들로부터 생성한 상기 좌표정보들을 취합하여, 상기 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성하는 영상처리부를 포함하는 라이다 장치.
a laser light source for sequentially irradiating a plurality of line lasers into the target space;
an image sensor unit that detects the line lasers reflected in the target space, respectively, and individually generates corresponding detection images; and
The laser pattern corresponding to the line laser is extracted from the detection image to generate coordinate information in the target space for the laser pattern, and the coordinate information generated from each detection image is collected, A lidar device including an image processing unit for generating a three-dimensional map.
설정파장의 레이저 광을 생성하는 레이저 다이오드;
상기 레이저 광을 서로 다른 광 경로로 진행하는 복수의 라인 레이저로 분할하는 회절격자부; 및
상기 광 경로를 개별적으로 개방 또는 폐쇄하는 셔터(shutter)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 1, wherein the laser light source unit
a laser diode generating laser light of a set wavelength;
a diffraction grating unit dividing the laser light into a plurality of line lasers traveling in different optical paths; and
LiDAR device, characterized in that it comprises a shutter (shutter) for individually opening or closing the light path.
상기 대상 공간 내에 상기 라인 레이저가 조사되는 감지영역을 표시하는 가시광 레이저를 출력하는 보조광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 1, wherein the laser light source unit
The lidar device further comprising an auxiliary light source for outputting a visible light laser that displays a sensing region to which the line laser is irradiated in the target space.
수평방향으로 평행한 복수의 라인 레이저를 생성하는 것으로,
상기 복수의 라인 레이저들을 각각 수직방향으로 상이한 각도의 광 경로로 진행하도록 분할하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
The method of claim 2, wherein the diffraction grating unit
By generating a plurality of line lasers parallel to the horizontal direction,
LiDAR apparatus, characterized in that the plurality of line lasers are divided so as to proceed in optical paths of different angles in a vertical direction.
복수의 광 경로 중 어느 하나는 개방하고 나머지는 모두 폐쇄하는 것으로,
상기 복수의 광 경로를 위에서부터 아래 또는 아래에서 위로 순차적으로 개방시키는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
5. The method of claim 4, wherein the shutter unit
One of the plurality of optical paths is opened and all others are closed,
LiDAR device, characterized in that sequentially opening the plurality of light paths from top to bottom or from bottom to top.
액정셔터(liquid crystal shutter)를 이용하여 상기 광 경로를 개방 또는 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
The method of claim 2, wherein the shutter unit
A lidar device, characterized in that the light path is opened or closed by using a liquid crystal shutter.
(a) N개의 라인 레이저 중 어느 하나를 대상 공간 내에 조사하는 단계;
(b) 상기 대상 공간 내에 반사된 상기 라인 레이저를 감지하여, 검출이미지를 생성하는 단계;
(c)상기 검출이미지로부터 상기 라인 레이저에 대응하는 레이저 패턴을 추출하고, 상기 레이저 패턴에 대한 상기 대상 공간 내 좌표정보를 생성하는 단계; 및
(d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 N 개의 라인 레이저들에 대해 반복하여 N개의 좌표정보를 생성하고, 상기 N개의 좌표정보를 취합하여 상기 대상공간에 대한 3차원 지도를 생성하는 단계를 포함하는 3차원 지도 생성 방법.
In a 3D map generation method using a lidar device,
(a) irradiating any one of the N line lasers into the target space;
(b) generating a detection image by sensing the line laser reflected in the target space;
(c) extracting a laser pattern corresponding to the line laser from the detection image, and generating coordinate information in the target space for the laser pattern; and
(d) generating N pieces of coordinate information by repeating steps (a) to (c) for N line lasers, and generating a three-dimensional map of the target space by collecting the N pieces of coordinate information A method of generating a 3D map comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020200070844A KR20210153913A (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Apparatus for LIDAR |
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KR (1) | KR20210153913A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022097952A1 (en) * | 2020-11-05 | 2022-05-12 | 주식회사 케이티 | Lidar device |
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2020
- 2020-06-11 KR KR1020200070844A patent/KR20210153913A/en active Search and Examination
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