KR20220059165A - 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법 - Google Patents

영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상에 따른 다수의 정보를 융합하여 적응형 스캐닝을 통해 공간과 장애물에 대한 제약 없이 LiDAR를 통한 광학 거리 측정을 도출할 수 있는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 단계; 상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴(coarse) 각도 해상도를 결정하는 단계; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 단계; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 단계; 상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 단계; 및 상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법{LiDAR ADAPTIVE SCANNING SYSTEM AND METHODS THROUGH IMAGE INFORMATION CONVERGENCE}
본 발명은 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상에 따른 다수의 정보를 융합하여 적응형 스캐닝을 통해 공간과 장애물에 대한 제약 없이 LiDAR를 통한 광학 거리 측정을 도출할 수 있는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법에 관한 것이다.
니모닉(mnemonic)인 LiDAR(Light Detection And Ranging)로 종종 참조되는, 광 검출 및 거리 측정(ranging)을 위한 광 거리 검출은, 고도 측정부터, 이미징, 충돌 회피에 이르기까지 다양한 애플리케이션에 사용된다. LiDAR는 레이더(RADAR:radio-wave detection and ranging)과 같은 기존의 마이크로파 거리 측정 시스템(microwave ranging system)보다 작은 빔 크기로 조밀한 스케일 범위 해상도(resolution)를 제공하고, 광 거리 검출은 객체에 대한 광 펄스의 왕복 이동 시간을 기반으로 한 직접 거리 측정(direct ranging)과, 송신된 처프(chirped) 광신호와 객체로부터 산란된 리턴 신호 간의 주파수 차이에 기초한 처프 검출, 그리고 자연 신호들과 구별할 수 있는 단일 주파수 위상 변화의 시퀀스에 기반한 위상 인코딩 검출을 포함한 여러 다른 기술들로 달성될 수 있다.
또한, 수용 가능한 거리 정확도 및 검출 감도를 달성하기 위해, 다이렉트 장거리 LiDAR 시스템은 낮은 펄스 반복률 및 매우 높은 펄스 피크 전력을 갖는 짧은 펄스 레이저를 사용한다. 상기 높은 펄스 전력은 광학 구성요소들의 급격한 성능저하로 이어질 수 있다. 처프 및 위상 인코딩 LiDAR 시스템은 상대적으로 낮은 피크 광 전력을 가지는 긴 광 펄스를 사용한다. 이러한 구성에서, 상기 거리 정확도는 펄스 지속 기간이 아니라 위상 코드의 처프 대역 폭 또는 길이에 따라 증가하므로 우수한 거리 정확도를 여전히 얻을 수 있다.
하지만, 종래의 기술은 광 반송파를 변조하기 위해 광대역 무선 주파수(RF) 전기 신호를 사용하여 유용한 광 처프 대역폭이 달성되었다. 처프 LiDAR의 최근 발전은, 광 검출기에 되돌아온 리턴 신호와 결합되는 기준 신호로서 동일한 변조된 광 반송파를 사용하여, 기준 신호들과 리턴 광 신호들 사이의 주파수 또는 위상에 비례하는 상대적으로 낮은 비트 주파수를 전기 신호에서 생성하고, 해당 신호를 통해 거리를 측정하고 있다.
따라서, 작은 빔 크기로 조밀한 스케일 범위 해상도(resolution)를 제공하고, 광 거리 검출은 객체에 대한 광 펄스의 왕복 이동 시간을 기반으로 한 직접 거리 측정(direct ranging)과, 송신된 처프(chirped) 광신호와 객체로부터 산란된 리턴 신호 간의 주파수 차이에 기초한 처프 검출, 그리고 자연 신호들과 구별할 수 있는 단일 주파수 위상 변화의 시퀀스에 기반하여, 영상에 따른 다수의 정보를 융합하여 적응형 스캐닝 을 통해 공간과 장애물에 대한 제약 없이 LiDAR를 통한 광학 거리 측정을 도출할 수 있는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝을 할 수 있도록 하는 기술 개발이 필요한 상황이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0087615호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 작은 빔 크기로 조밀한 스케일 범위 해상도(resolution)를 제공하고, 광 거리 검출은 객체에 대한 광 펄스의 왕복 이동 시간을 기반으로 한 직접 거리 측정(direct ranging)과, 송신된 처프(chirped) 광신호와 객체로부터 산란된 리턴 신호 간의 주파수 차이에 기초한 처프 검출, 그리고 자연 신호들과 구별할 수 있는 단일 주파수 위상 변화의 시퀀스에 기반하여, 영상에 따른 다수의 정보를 융합하여 적응형 스캐닝 을 통해 공간과 장애물에 대한 제약 없이 LiDAR를 통한 광학 거리 측정을 도출할 수 있는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 단계; 상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴(coarse) 각도 해상도를 결정하는 단계; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 단계; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 단계; 상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 단계; 및 상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 한편으로 본 발명은, LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 레이저 생성부와; 상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 공간 해상도 측정부와; 상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴 각도 해상도를 결정하는 성긴 각도 해상도 결정부와; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 성긴 거리 측정부와; 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 빈 크기 결정부와; 상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 제 2 차원 각도 결정부와; 상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 적응형 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템 및 방법에 있어서, 종래 문제점을 벗어나 작은 빔 크기로 조밀한 스케일 범위 해상도(resolution)를 제공하고, 광 거리 검출은 객체에 대한 광 펄스의 왕복 이동 시간을 기반으로 한 직접 거리 측정(direct ranging)과, 송신된 처프(chirped) 광신호와 객체로부터 산란된 리턴 신호 간의 주파수 차이에 기초한 처프 검출, 그리고 자연 신호들과 구별할 수 있는 단일 주파수 위상 변화의 시퀀스에 기반하여, 영상에 따른 다수의 정보를 융합하여 적응형 스캐닝 을 통해 공간과 장애물에 대한 제약 없이 LiDAR를 통한 광학 거리 측정을 도출할 수 있는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝이 가능하도록 할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 단계, 상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴(coarse) 각도 해상도를 결정하는 단계, 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 단계, 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 단계, 상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 단계 및 상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 단계를 포함하여 이루어진다.
추가적으로, 본 발명은 LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 레이저 생성부와, 상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 공간 해상도 측정부와, 상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴 각도 해상도를 결정하는 성긴 각도 해상도 결정부와, 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 성긴 거리 측정부와, 상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 빈 크기 결정부와, 상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 제 2 차원 각도 결정부와, 상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 적응형 스캐닝부를 포함하여 이루어진다
또한, 본 발명은 한편, 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 여기서, 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것 들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 그 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

  1. LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 단계;
    상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴(coarse) 각도 해상도를 결정하는 단계;
    상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 단계;
    상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 단계;
    상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 단계; 및
    상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 방법.
  2. LiDAR가 설정된 값을 기반으로 레이저 제어신호를 생성하는 레이저 생성부와;
    상기 생성된 신호를 통해 LiDAR 스캐닝 레이저 거리 측정 뷰(view) 내의 타겟 최대 거리에 있는 객체에 대한 거리 측정들을 위한 타겟 공간 해상도를 측정하는 공간 해상도 측정부와;
    상기 타겟 최대 거리에서 타겟 공간 해상도 보다 더 큰 성긴(coarse) 공간 해상도를 생성하도록 하는 성긴 각도 해상도를 결정하는 성긴 각도 해상도 결정부와;
    상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 복수의 성긴 거리 측정값을 획득하는 성긴 거리 측정부와;
    상기 결정된 성긴 각도 해상도에 기초한 제 1 차원 성긴 각도 해상도와, 제 2 차원 성긴 각도 해상도를 통해 제 1 차원 각도 빈(bin) 크기를 결정하는 빈 크기 결정부와;
    상기 결정된 제 1 차원 각도 빈 크기를 통해 제 2 차원 최소 각도와 제 2 차원 최대 각도를 결정하는 제 2 차원 각도 결정부와;
    상기 획득된 성긴 거리 측정값, 제 2 차원 최소 각도 및 제 2 차원 최대 각도 세트를 포함하는 적응형 스캐닝 특성값(properties)을 통해 최종 거리 측정을 하는 적응형 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 융합을 통한 LiDAR 적응형 스캐닝 시스템.
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