KR20220123308A - 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치 및 방법 - Google Patents

광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치 및 방법 Download PDF

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이베오 오토모티브 시스템즈 게엠베하
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Abstract

광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0) 생성 장치(1)로서,
시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 수신하기 위해 여러 신호 입력을 갖는 적어도 하나의 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX);을 포함하고,
히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)에 기초하여 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하도록 설정된다.

Description

광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치 및 방법
본 발명은 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치 및 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학 런타임(optical runtime) 측정을 위한 다양한 방법이 알려져 있으며, 이는 전송되고 물체에 의해 반사되는 광 신호의 런타임이 측정되어 런타임을 기초로 물체까지의 거리를 결정하는, 소위 이동 시간차 원리(time-of-flight principle)에 기반할 수 있다.
펄스를 주기적으로 전송하고 반사된 펄스를 검출하여 주변 환경을 스캔하는, 소위 라이다(Light Detection and Ranging, LIDAR) 원리를 기반으로 하는 자동차 환경에서 센서를 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 대응하는 방법 및 장치가 WO 2017/081294에 공지되어 있다.
라이다의 애플리케이션에서, 검출된 광 신호의 유형은 일반적으로, 예를 들어 전송된 광 신호가 고형 물체에서 반사(물체 후방 산란)되는지 또는 공기 중에 존재하는 입자, 예를 들어 안개 또는 배기 가스에 의해 반사(확산 후방 산란)되는지에 따라 다를 수 있다. 기록된 후방 산란 데이터로부터 환경 조건에 대한 결론을 도출할 수 있다.
광학 런타임 측정 중에 후방 산란 데이터를 기록하기 위한 솔루션이 종래 기술로부터 알려져 있으나, 본 발명의 목적은 광학 런타임 측정 중에 후방 산란을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 장치 및 청구항 15에 따른 방법에 의해 달성된다.
제1 측면에서, 본 발명은 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치를 제공하고, 상기 장치는 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신하기 위해 여러 신호 입력을 갖는 적어도 하나의 히스토그램 축적 유닛을 포함하며, 히스토그램 축적 유닛은 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터에 기초하여 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하도록 설정된다.
제2 측면에서, 본 발명은 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 방법을 제공하고, 상기 방법은 여러 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신하는 단계 및 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터에 기초하여 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 이점은 종속항, 도면 및 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명으로부터 얻어질 수 있다.
언급된 바와 같이, 여러 실시예는 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신하기 위해 여러 신호 입력을 갖는 적어도 하나의 히스토그램 축적 유닛을 포함하며, 히스토그램 축적 유닛은 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 기초로 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하도록 설정된다.
앞에서 언급한 바와 같이, 라이다 측정 동안의 후방 산란 데이터로부터 환경 조건에 대한 결론을 도출할 수 있다. 예를 들어, 자율주행 자동차의 경우 환경 조건(예를 들어, 안개 등)에 대한 보다 정확한 지식을 통해 환경 조건에 따라 주행 모드를 조정할 수 있어 안전성이 향상된다. 또한, 라이다 측정 동안의 확산 후방 산란에 대한 정확한 지식은 여러 실시예에서 정적 물체의 (더 정확한) 검출을 가능케 한다. 예를 들어, 이를 통해 교통 상황을 보다 정확하게 판단할 수 있어 자율 주행 차량의 안전성과 신뢰성이 향상된다.
이러한 이유에서, 일부 실시예의 장치는 라이다 시스템 등에서, 예컨대 자동차 환경에서 사용되지만, 본 발명은 이러한 경우로 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 라이다 데이터는 일반적으로 후방 산란, 물체에 대한 광 반사, 주변광, 환경의 다른 광원으로부터의 스터전 신호(sturgeon signals) 등으로부터의 신호 기여를 포함한다. 이러한 데이터는 기본적으로 알려진 히스토그램으로 나타낼 수 있다.
이에 따라, 후방 산란 히스토그램 데이터의 생성은 생성된 후방 산란 히스토그램 데이터가 적어도 확산 후방 산란의 신호 기여를 포함하거나 기본적으로 확산 후방 산란의 신호 기여를 포함할 수 있는 방식으로 형성되며, 따라서 기본적으로 광학 거리 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하는 데에 적합하다.
일부 실시예에서, 특히 라이다에 기반한 실시예에서, 광학 런타임 측정은 소위 시간-상관 신호 광자 카운팅(time correlated signal photon counting, TCSPC) 측정 원리를 기반으로 한다. 여기서 광 펄스는 일반적으로 전송되며, 일반적으로 수 나노 초 동안 지속되어 측정의 시작 시간을 표시한다. 다음 광 펄스까지의 시간(측정 시간) 동안 물체에 의해 반사된 광이나 후방 산란광은 광-검출 수신 소자(예를 들어, 단일 광자 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode, SPAD))에 의해 검출된다. 여기서 측정 시간은 복수의 짧은 시간 간격(예를 들어, 500ps)으로 나뉜다. 각 시간 간격은 시작 시간에 대한 시간 간격에 해당하는 시간을 할당할 수 있다(예를 들어, 500ps의 시간 간격에서, 250ps의 시간이 첫 번째 시간 간격에 할당될 수 있고, 750ps의 시간이 두 번째 시간 간격에 할당될 수 있다).
물체까지의 거리 또는 후방 산란 지점까지의 거리에 따라, 광은 서로 다른 시간에 광-검출 수신 소자에 도달한다.
광-검출 수신 소자에서 전기 신호를 생성한다. 기본적으로 알려진 시간-디지털 변환기(time-to-digital converter, TDC)는 시간 간격 중 하나에 전기 신호를 할당하는 데 사용될 수 있다. 시간 간격에 할당된 전기 신호("이벤트")를 카운팅하면 소위 히스토그램 또는 시간-상관 히스토그램(TCSPC 히스토그램)이 생성되며, 이러한 히스토그램은 순수한 데이터로만 존재할 수도 있고, 예를 들어 시간 간격 및 수반되는 항목 수(이벤트 또는 events)로 구성된 값의 쌍으로 저장된다. 각 시간 간격("빈(bin)")에 할당된 이벤트 수와 함께 시간 간격은 기본적으로 디지털 신호(또는 아날로그 신호)로 나타낼 수 있는 히스토그램 데이터를 형성한다. 따라서, 이들은 일반적으로 확산 후방 산란, 물체에 대한 광 반사, 주변광, 환경의 다른 광원으로부터의 스터전 신호 등의 신호 기여를 포함한다.
장치는 여러 신호 입력을 갖는 적어도 하나의 히스토그램 축적 유닛을 포함한다. 일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛의 최대 수는 광학 런타임 측정을 위한 시스템(예를 들어, 라이다 시스템)에서 광-검출 수신 소자의 수에 의해 정의된다. 여기서 히스토그램 축적 유닛은 기본적으로, 신호 입력을 통해 디지털 신호 또는 데이터, 예를 들어 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신하고 여기에 설명된 후방 산란 히스토그램 데이터의 생성을 수행하는 전자 회로이거나 전자 회로를 가질 수 있다. 전자 회로는 여기에 설명된 기능을 수행하기 위해 전자 부품, 디지털 저장 소자 등을 포함할 수 있다. 전자 회로는 FPGA(field programmable gate array), DSP(digital signal processor) 등에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 메모리 및 마이크로프로세서에 의해 실현된다. 다른 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 소프트웨어에 의해 실현되며, 신호 입력은 이러한 실시예에서 소프트웨어 기능/방법의 매개변수/속성에 대응한다. 후방 산란 히스토그램 데이터의 생성은 컴퓨터에서 특정 산술 연산을 수행하기 위한 일련의 명령 실행에 해당하므로 후방 산란 히스토그램 데이터는 모든 명령이 처리된 후에 생긴다. 일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 또한 여기에 설명된 기능이 상응하게 분산되는 소프트웨어 기반 구성요소 및 하드웨어의 혼합에 의해 실현된다.
히스토그램 축적 유닛은 각각의 신호 입력에서 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신한다. 여기서 히스토그램 데이터는 항상 각각의 신호 입력에서 수신되어야 하는 것은 아니며, 일부 실시예는, 예를 들어 히스토그램 데이터가 수신되지 않거나 대응하는 구성에만 기초하는 훨씬 더 많은 신호 입력을 제공한다.
시간-상관 히스토그램 데이터는 (수반하는) 측정 시간 내에서 광-검출 수신 소자의 전기 신호를 기반으로 생성된 데이터이다. 위에서 언급한 바와 같이, 이들은 일반적으로 확산 후방 산란, 물체에 대한 광 반사, 주변광, 환경의 다른 광원으로부터의 스터전 신호 등의 신호 기여를 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터는 광-검출 수신 소자로부터의 시간-상관 히스토그램 데이터에 의해 정의된다. 다른 실시예에서, 각각의 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터는 여러 광-검출 수신 소자로부터의 시간-상관 히스토그램 데이터의 합에 의해 정의된다. 추가적인 실시예에서, 각각의 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터는 여러 광-검출 수신 소자로부터의 여러 시간-상관 히스토그램 데이터에 의해 정의된다.
후방 산란 히스토그램 데이터는 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 기반으로 생성된다.
주변광과 물체에 반사된 광량을, 예를 들어 일광에서 비교할 때, 확산 후방 산란을 기반으로 검출된 광량은 일반적으로 낮으므로, 확산 후방 산란의 결정이, 특히 시간-상관 히스토그램 데이터에서, 어렵고 부정확할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 장치는 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하는 데 사용된다.
일부 실시예에서, 후방 산란 히스토그램 데이터는 여러 광-검출 수신 소자로부터의 시간-상관 히스토그램 데이터의 축적에 대응한다. 확산 후방 산란 기여의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)는 다른 신호 기여와 비교하여 증가하기 때문에, 시간-상관 히스토그램 데이터의 축적은 확산 후방 산란을 결정하는 데 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 확산 후방 산란을 더욱 잘 결정할 수 있게 한다.
이는 기본적으로 광학 런타임 측정 동안의 확산 후방 산란이 일반적으로 장거리(예를 들어, 200m)보다 단거리(예를 들어, 5m)에서 더 높고, 지속적으로 떨어질 수 있기 때문이다. 따라서, 확산 후방 산란을 결정하기 위해서, 일부 실시예에서는 특정 임계값(예를 들어, 20m의 거리 임계값에 대응함)을 초과하는 시간 간격이 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하기 위해 고려될 필요가 없다.
대조적으로, 주변광은 대개 측정 시간 동안 일정하므로, 일반적으로 모든 시간 간격에서 일정한 기여를 한다. 마찬가지로, 물체에 대한 반사의 신호 기여는 종종 급격한 피크이며, 이는 광 펄스가 약해진 진폭으로, 하지만 거의 동일한 펄스 지속 시간으로 수신될 수 있기 때문에 반사된 광이 하나 또는 몇몇의 간격에서만 검출된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 10ns의 일반적인 펄스 지속 시간에서 정확한 위치 파악을 위해 250ps 시간 분해능이 필요할 수 있다.
예컨대 안개 또는 공기 중의 입자 상의 확산 후방 산란 중에 광이 낮은 강도로 전파됨에 따라 연속 후방 산란이 발생할 수 있다. 광 펄스는 시간이 지나면서 크게 확장되거나 번질 수 있다. 예를 들어, 기하학적 확장이 1.5m인 10ns 광 펄스가 주어지면, 1.5m 깊이 범위에 걸친 확산 후방 산란이 언제든지 생성될 수 있다. 이러한 이유에서, 일부 실시예에서는 명확하게 감소된 시간 분해능으로 충분하다.
일부 실시예에서, 더 작은 시간 분해능(거리 분해능, 예를 들어, 물체 검출을 위한 4cm 대비 후방 산란을 결정하기 위한 16cm)이 확산 후방 산란을 결정하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 실시예에서, 이는 하나의 시간 간격에서 여러 시간 간격의 시간-상관 히스토그램 데이터를 축적함으로써 고려될 수 있다.
또한, 확산 후방 산란의 기여는 라이다 시스템의 전체 시야에 걸쳐 일반적으로 유사한데, 이는 예를 들어, 안개가 공간적으로 뚜렷하게 구분되지 않기 때문이다. 반면에, 물체는 시야의 좁은 범위에만 존재하는 경우가 많으며, 여기서 시야는 검출되는 공간 영역을 나타낸다. 따라서, 일부 실시예에서, 더 작은 공간 분해능이 확산 후방 산란을 결정하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 실시예에서, 이는 여러 광-검출 수신 소자의 시간-상관 히스토그램 데이터를 축적함으로써 고려될 수 있다.
이는 후방 산란을 결정하기 위한 데이터 양을 감소시켜, 필요한 컴퓨팅 및 저장 용량을 감소시키기 때문에 유리하다. 또한, 이는 더 낮은 전력 소비를 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 함께 합산함으로써 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성한다.
시간 간격에서 검출된 이벤트의 수는 수신된 모든 시간-상관 히스토그램 데이터에 추가될 수 있으므로, 각 시간 간격에서 이 시간 간격의 모든 이벤트의 정확한 합을 포함하는 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성할 수 있다. 시간-상관 히스토그램 데이터는 바람직하게는 정수로서 추가되거나 축적되어 일부 실시예에서 약한 확산 후방 산란이 측정될 수 있다. 이는, 상술한 바와 같이, 확산 후방 산란 기여의 신호 대 잡음비가 다른 기여에 비해 증가될 수 있기 때문에 유리하다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터로부터 산술 평균을 계산하여 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성한다.
상술한 바와 같이, 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터는 합산되고 신호 입력의 수로 나뉜다. 이는 (정수를 축적하는 실시예와 대조적으로) 고정 소수점 수 또는 부동 소수점 수 실현을 갖는 일부 실시예에서 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 수신된 여러 시간 간격의 시간-상관 히스토그램 데이터를 하나의 시간 간격으로 축적하여 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성한다.
위에서 언급한 바와 같이, 확산 후방 산란을 결정하기 위한 거리 분해능(시간 분해능)은 컴퓨팅 및 저장 용량을 절약하기 위해 감소될 수 있는데, 이는 확산 후방 산란의 신호 기여가 지속적으로 떨어질 수 있고, 일반적으로 급격한 피크가 없기 때문이다.
이러한 이유에서, 여러 시간 간격의 이벤트 수는 하나의 시간 간격으로 축적될 수 있으며, 바람직하게는 합산될 수 있다. 이러한 실시예에서, 축적된 시간 간격은 바람직하게는 순차적인 시간 간격(시간)이고, 축적이 발생하는 시간 간격은 바람직하게는 축적된 시간 간격의 최소 및 최대 시간 사이에 있는 시간 간격이다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하기 위한 특정 시간 임계값을 초과하는 시간 간격의 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 고려하지 않도록 추가로 설정된다.
광학 런타임 측정에서의 확산 후방 산란은 광량이 너무 적기 때문에 일반적으로 장거리에서 더 이상 검출할 수 없다. 이러한 이유로 특정 시간 임계값을 초과하는 확산 후방 산란을 결정하기 위한 시간 간격은 무시할 수 있기에, 저장 및 컴퓨팅 용량을 절약할 수 있다.
이러한 실시예에서, 이는, 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터로부터 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성할 때, 예를 들어 상술한 바와 같이 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 합산할 때 시간 임계값 아래에 있는 시간 간격만을 고려함으로써 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하기 위한 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 가중화하도록 추가로 설정된다.
예를 들어, 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터에 가중치를 부여하는 것은 개별 시간-상관 히스토그램 데이터에 1보다 크거나 작은 인수(예를 들어, 각 신호 입력에 대해 다름)를 곱하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 1보다 큰 인수로 곱해진 시간-상관 히스토그램 데이터는 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하기 위해 더 높은 가중치가 부여되고, 반대로 1보다 작은 인수는 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하기 위해 더 낮은 가중치를 산출한다(본 발명은 가중치에 대한 이 예에 제한되지 않음).
이는, 예를 들어 물체 또는 주변광에 의한 더 큰 기여가 일부 시간-상관 히스토그램 데이터에 존재하여 이러한 시간-상관 히스토그램 데이터를 기반으로 확산 후방 산란을 결정하는 것을 더 어렵게 만드는 경우에 유리할 수 있다. 따라서, 이러한 시간-상관 히스토그램 데이터는 1보다 작은 인수로 곱해질 수 있다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛은 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터를 출력하도록 추가로 설정된다. 예를 들어, 후방 산란 히스토그램 데이터는 후방 산란을 결정하기 위해 프로세서, FPGA 등에 출력될 수 있다.
일부 실시예에서, 장치는 여러 광-검출 수신 소자를 갖는 수신 매트릭스를 포함하고, 광-검출 수신 소자 각각은 광을 검출하고 이에 응답하여 전기 신호를 생성하도록 설정된다.
수신 매트릭스는 기본적으로 3차원 본체, 특히 판형 본체를 포함하며, 기본적으로 알려진 바와 같이 여러 광-검출 수신 소자가 한 평면의 표면 또는 표면의 일부에 배열된다.
수신 매트릭스는 바람직하게는 반도체 칩(예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit)) 상에 집적될 수 있고, 반도체 칩은 여러 TDC 및 SPAD와 같은 여러 광-검출 수신 소자를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 수신 매트릭스는 그 위에 실장된 여러 광-검출 수신 소자를 갖는 인쇄회로기판일 수 있으며, 광-검출 수신 소자는, 예를 들어 SPAD 등일 수 있다. 광-검출 수신 소자는 기본적으로 매우 작은 광량(예를 들어, 단일 광자)을 높은 시간 분해능으로 검출하고 이에 응답하여 전기 신호를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 광-검출 수신 소자 각각은 활성화 및 비활성화될 수 있다. 예를 들어, SPAD가 광-검출 수신 소자로서 제공된다면, 광-검출 수신 소자에 인가되는 전압의 변화에 의해 광 검출이 중단될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광-검출 수신 소자는 입사광에 노출되는 동안 전기 신호를 생성하지 않는다. 이는 후방 산란을 결정하기 위해 시야의 특정 영역을 숨길 수 있기 때문에 유리하다.
일부 실시예에서, 수신 매트릭스의 광-검출 수신 소자는 (기본적으로 알려진 것처럼) 열과 행으로 배열되며, 일부 실시예에서 동일한 수의 광-검출 수신 소자가 각 행에 제공되지만, 이에 제한되지는 않는다.
광-검출 수신 소자를 열 및 행으로 배열하는 것은 기본적으로 격자 그리드(lattice grid)로의 배열을 의미하며, 여기서 열 및 행 간격은 바람직하게는 일정하다. 상수는 정확한 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 광-검출 수신 소자의 배열에서 열 및 행 간격의 생산 관련 허용오차를 포함한다. 열과 행의 수는 기본적으로 제한되지 않으며, 실시예에서 일반적으로 구체적인 요구 사항, 예를 들어 해상도, 처리할 데이터 양, 정확도 등에 의존한다.
수광 매트릭스의 광-검출 수신 소자를 열과 행으로 배열하는 것은 결과적으로 필요한 공간이 적어 비용면에서 효율적이기 때문에 유리하다. 또한, 이러한 실시예에서 수신 매트릭스를 제조하는 데 비용이 적게 소요된다.
또한, 이러한 실시예에서는 시야의 각 영역이 동일한 공간 분해능을 갖고 또한 더 적은 비용으로 제조될 수 있기 때문에, 동일한 수의 광-검출 수신 소자를 하나의 행에 배열하는 것이 유리하다.
일부 실시예에서, 장치는 여러 평가 유닛을 포함하고, 각각의 평가 유닛은 열을 따라 광-검출 수신 소자와 연결되거나, 각각의 평가 유닛은 행을 따라 광-검출 수신 소자와 연결된다.
평가 유닛은 여기서 전자 회로이거나 전자 회로를 포함할 수 있으며, 전자 회로는 여기에 설명된 기능을 수행하기 위해 전자 부품, 디지털 저장 소자 등을 포함할 수 있다. 전자 회로는 FPGA(field programmable gate array), DSP(digital signal processor) 등에 의해 실현될 수도 있다.
평가 유닛은 광-검출 수신 소자의 전기 신호가 평가 유닛으로 전송되는 방식으로 광-검출 수신 소자와 연결된다. 일부 실시예에서, 평가 유닛은 멀티플렉서를 통해 광-검출 수신 소자와 연결된다. 평가 유닛은 행이나 열을 전체적으로 판독하거나, 또는 활성화된 광-검출 수신 소자만 판독할 수 있다.
평가 유닛은 시간-디지털 변환기를 가질 수 있어, 광-검출 수신 소자의 전기 신호의 시간을 측정하고 행 또는 열의 광-검출 수신 소자 각각에 대한 시간-상관 히스토그램 데이터를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 열 또는 행의 시간-상관 히스토그램 데이터는 평가 유닛에 축적된다. 평가 유닛은 시간-상관 히스토그램 데이터를 출력할 수 있다.
일부 실시예에서, 이는 각각의 평가 유닛이 광-검출 수신 소자의 전기 신호를 기반으로 시간-상관 히스토그램 데이터를 생성하도록 설정되는 이유이다.
그 결과, 일부 실시예에서 시간-상관 히스토그램 데이터를 생성하기 위해 활성화된 광-검출 수신 소자만이 고려된다.
일부 실시예에서, 히스토그램 축적 유닛의 각 신호 입력은 평가 유닛 중 하나와 대응적으로 연결되어, 시간-상관 히스토그램 데이터가 평가 유닛으로부터 대응하는 히스토그램 축적 유닛으로 전송된다.
위에서 또는 여기에 설명된 방법의 단계는 또한 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 방법일 수 있다.
일부 실시예는 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 방법에 관한 것으로서, 이 방법은
여러 시간-상관 히스토그램 데이터 수신하는 단계, 및
수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 기반으로 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 상기 방법은 여기에 설명된 장치에 의해, 또는 컴퓨터, 프로세서, 전자 회로 등에 의해 수행될 수 있다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 예시적으로 설명될 것이다.
도 1은 장치의 일 실시예의 다이어그램을 도시한다.
도 2는 두 개의 평가 유닛에 의해 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 표시한 두 개의 히스토그램(좌측 상단 및 좌측 하단) 및 이로부터 히스토그램 축적 유닛에서 생성된 후방 산란 히스토그램 데이터를 표시한 히스토그램(우측)을 나타낸다.
도 3은 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 1은 장치(1)의 일 실시예의 다이어그램을 도시한다.
장치(1)는 그 위에 여러 광-검출 수신 소자(ENxM, 이 실시예에서 E0,0 내지 E127,255)가 행(Z0 내지 Z127)과 열(S0 내지 S255)로 배열된 수신 매트릭스(2)를 갖는다. 256개(M=256)의 광-검출 수신 소자(E0,0 내지 E127,255)는 128개(N=128)의 행(Z0 내지 Z127)(256개(M=256)의 열(S0 내지 S255)에 대응)의 각각에 배열된다. 이 실시예에서, 광-검출 수신 소자(E0,0 내지 E127,255)는 SPAD이다.
장치(1)는 여러 평가 유닛(A0 내지 A127)을 더 갖고, 각각의 평가 유닛(A0 내지 A127)은 멀티플렉서(미도시)에 의해 행(Z0 내지 Z127)의 광-검출 수신 소자(E0,0 내지 E127,255)와 연결된다. 각 행(Z0 내지 Z127)에서, 주어진 시간에 열 S0 및 S1에서 두 개의 광-검출 수신 소자(E0,0 및 E0,1 내지 E127,0 및 E127,1)만 활성화된다(광-검출 수신 소자(E0,0 및 E0,1 내지 E127,0 및 E127,1) 내에서 두 번째 원으로 표시됨). 광이 검출되면, 활성화된 광-검출 수신 소자(E0,0 및 E0,1 내지 E127,0 및 E127,1)가 전기 신호를 생성하고, 이로부터 각 평가 유닛(A0 내지 A127)의 시간-디지털 변환기(미도시)의 도움으로 시간-상관 히스토그램 데이터가 생성된다. 이 실시예에서, 두 개의 활성화된 광-검출 수신 소자(E0,0 및 E0,1 내지 E127,0 및 E127,1)의 시간-상관 히스토그램이 평가 유닛(A0 내지 A127)에 더해져, 시간-상관 히스토그램 데이터를 생성하고 출력한다. 다른 실시예에서, 256개(M=256)의 광-검출 수신 소자(E0,0 내지 E127,255) 중 임의의 원하는 수가 각 행에서, 예를 들어 E0,0 내지 E0,10, E1,0 내지 E1, 10, E2,0 내지 E2,10, ..., E127,0 내지 E127,10에서 활성화될 수 있다.
장치(1)는 여러 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)을 더 갖는다. 각 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 16개(P=16)의 신호 입력(명시적으로 도시되지 않음)을 가지며, 각 신호 입력은 각각의 평가 유닛(A0 내지 A127)과 연결된다. 이 실시예에서, 128개(N=128)의 행(Z0 내지 Z127)에서 X개(X=N/P=8)의 히스토그램 축적 유닛이 필요하며, 이에 따라 16개(P=16)의 평가 유닛(A0 내지 A127)의 시간-상관 히스토그램 데이터를 축적한다. 평가 유닛(A0 내지 A127)에서 출력된 시간-상관 히스토그램 데이터는 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HA6X)으로 전송되어, 신호 입력에서 수신된다. 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 기반으로, 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성한다. 이 실시예에서, 각 신호 입력에서 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터는 함께 합산되어 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성한다.
도 2는 16개의 히스토그램 중, 두 개의 평가 유닛(A0 및 A1)에 의해 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 표시한 두 개의 히스토그램(좌측 상단 및 우측 하단)을 예시적으로 나타내고, 이로부터 히스토그램 축적 유닛(HA0)에서 생성된 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 표시한 히스토그램(우측)을 예시적으로 나타낸다.
이 실시예의 장치(1)는 도 1의 장치(1)와 유사하게 구성된다.
도 2는 16개의 평가 유닛(A0 내지 A15)에 의해 생성된 시간-상관 히스토그램(ZHD0 내지 ZHDP)이 어떻게 축적되는지를 도시한다.
가로축은 시간축으로, 수개의 동일한 시간 간격("빈(bin)")으로 나뉘며, 이벤트는 광이 검출된 시간("이벤트(event)")에 따라 시간 간격 중 하나에 할당된다. 시간 간격 내에서 검출된 이벤트의 수는 세로축의 막대 높이로 표시된다. 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)의 각 시간 간격의 이벤트 수를 더하여 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성한다.
제1 평가 유닛(A0)로부터의 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0) 중 5번째 시간 간격의 큰 막대는 시야의 작은 영역에만 기록되는 작은 물체에 해당한다. 그러나, 확산 후방 산란의 기여는 근거리에서 물체 앞의 전체 시야에 존재하므로 두 개의 예시적인 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)에도 나타난다. 16개의 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 함께 합산하면 물체 및 주변광의 기여에 대비하여 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)의 신호 대 잡음비가 증가한다. 따라서, 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)는 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하는 데 더 적합하다.
도 3은 방법(20)의 일 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
여기에 기술된 바와 같이 여러 시간-상관 히스토그램 데이터가 (21)에서 수신된다.
후방 산란 히스토그램 데이터는 본 명세서에 기술된 바와 같이 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터에 기초하여 (22)에서 생성된다.
1: 장치
2: 수신 매트릭스
20: 방법
21: 여러 시간-상관 히스토그램 데이터의 수신
22: 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터를 기반으로 후방 산란 히스토그램 데이터 생성
A0 내지 A127: 평가 유닛
ENxM, E0, 0 내지 E127, 255: 광-검출 수신 소자
HA0 내지 HAX: 히스토그램 축적 유닛
RHD0: 후방 산란 히스토그램 데이터
S0 내지 S255: 열
Z0 내지 Z127: 행
ZHD0 내지 ZHDP: 시간-상관 히스토그램 데이터

Claims (15)

  1. 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0) 생성 장치(1)로서,
    시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 수신하기 위해 여러 신호 입력을 갖는 적어도 하나의 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)을 포함하고,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 신호 입력에서 수신된 상기 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 기반으로 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하도록 설정되는,
    장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 합산하여 상기 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하는, 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하기 위해 상기 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)로부터 산술 평균을 계산하는, 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하기 위해 수신된 여러 시간 간격의 상기 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 하나의 시간 간격으로 축적하는, 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하기 위해 특정 시간 임계값을 초과하는 시간 간격의 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 고려하지 않도록 추가로 설정되는, 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 생성하기 위해 상기 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)에 가중치를 부여하도록 추가로 설정되는, 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)은 상기 후방 산란을 결정하기 위해 후방 산란 히스토그램 데이터(RHD0)를 출력하도록 추가로 설정되는, 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    여러 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)를 갖는 수신 매트릭스(2)를 더 포함하고,
    각각의 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)는 광을 검출하고 이에 응답하여 전기 신호를 생성하도록 구성되는, 장치(1).
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)는 활성화 및 비활성화될 수 있는, 장치(1).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 수신 매트릭스(2)의 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)는 열(S0 내지 S255) 및 행(Z0 내지 Z127)으로 배열되고, 각 행(Z0 내지 Z127)에 동일한 수의 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)가 제공되는, 장치(1).
  11. 제10항에 있어서,
    여러 평가 유닛(A0 내지 A127)을 더 포함하고,
    각각의 평가 유닛(A0 내지 A127)은 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)와 열(S0 내지 S255)을 따라 연결되거나, 각각의 평가 유닛(A0 내지 A127)은 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)와 행(Z0 내지 Z127)을 따라 연결되는, 장치(1).
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 상기 평가 유닛(A0 내지 A127)은 상기 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)의 상기 전기 신호를 기반으로 상기 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 생성하도록 설정되는, 장치(1).
  13. 제9항을 인용하는 제12항에 있어서,
    활성화된 광-검출 수신 소자(ENxM, E0,0 내지 E127,255)만이 상기 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)를 생성하기 위해 고려되는, 장치(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 신호 입력은 상기 평가 유닛(A0 내지 A127) 중 하나와 연결되어, 상기 시간-상관 히스토그램 데이터(ZHD0 내지 ZHDP)가 상기 평가 유닛(A0 내지 A127)에서 대응하는 히스토그램 축적 유닛(HA0 내지 HAX)으로 전송되는, 장치(1).
  15. 광학 런타임 측정 중에 확산 후방 산란을 결정하기 위한 후방 산란 히스토그램 데이터 생성 방법(20)으로서,
    여러 시간-상관 히스토그램 데이터를 수신하는 단계(21); 및
    상기 수신된 시간-상관 히스토그램 데이터에 기초하여 후방 산란 히스토그램 데이터를 생성하는 단계(22)
    를 포함하는 방법(20).
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