KR20230074596A

KR20230074596A - LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법

Info

Publication number: KR20230074596A
Application number: KR1020237015364A
Authority: KR
Inventors: 쿠마르 바르가브 비스와나타; 조세 크라우스 페린; 에샤 존; 라젠드라 투샤르 무르티; 미나 레즈크
Original assignee: 아에바 인코포레이티드
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-05-30
Also published as: WO2022076710A1; EP4226183A1; JP2023545776A; CN116324486A

Abstract

LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법은 타겟을 향해 제1 광 빔을 송신하는 단계; 및 복귀 신호를 생성하기 위해 타겟으로부터 제2 광 빔을 수신하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 국부 발진기(LO) 빔, 제1 광 검출기 및 복귀 신호를 사용하여, 디지털 샘플링된 타겟 신호를 생성하는 단계; 및 추정된 자기 속도 및 추정된 타겟 속도에 기반하여, 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법

[01] 본 출원은, 2020년 10월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/089,886호의 우선권 및 이익을 주장하는, 2021년 6월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/335,530호의 35 U.S.C.§119(e) 하의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 본원에 그 전체가 통합된다.

[02] 본 개시내용은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템들에 관한 것이다.

[03] 종래의 주파수-변조 연속파(FMCW: Frequency-Modulated Continuous-Wave) LIDAR 시스템들은 레이저 위상 잡음, 회로 위상 잡음, 구동 전자 기기들이 레이저에 주입하는 플리커(flicker) 잡음, 온도/날씨에 따른 드리프트(drift) 및 처프(chirp) 레이트 오프셋들과 같은 몇몇 가능한 위상 손상(phase impairment)들을 포함한다. 이러한 손상들은 검출 확률의 손실, 증가된 오경보, 범위/속도 바이어스를 야기하며, 추정된 타겟 범위/속도의 오류를 증가시킨다.

[04] 본 개시내용은 무엇보다도 LIDAR 시스템들에 의해 경험될 수 있는 위상 손상들을 완화하는 LIDAR 시스템들 및 방법들의 다양한 실시예들을 설명한다. 본 발명의 실시예들은 도플러(Doppler) 보상 위상 손상 보정을 도입하는 기능을 포함한다.

[05] 일 양상에 따르면, 본 개시내용은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 타겟을 향해 제1 광 빔을 송신하는 단계; 제1 광 빔에 기반하여, 복귀 신호를 생성하기 위해 타겟으로부터 제2 광 빔을 수신하는 단계; 및 국부 발진기(LO: local oscillator) 빔, 제1 광 검출기(photo-detector) 및 복귀 신호를 사용하여, 디지털 샘플링된(digitally-sampled) 타겟 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 보상된 디지털 샘플링된 타겟 신호를 생성하기 위해, 추정된 자기 속도(ego-velocity) 및 추정된 타겟 속도에 기반하여 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 포인트 클라우드(point cloud)로의 송신을 위해 보상된 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정(phase impairment correction)을 수행하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 LIDAR 시스템의 자기 속도를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 자기 속도는 하나 이상의 모션 센서들을 사용하여 측정되는, 이웃 객체들에 기반하여 계산된 LIDAR 시스템의 속도이다. 일 실시예에서, 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하는 단계는 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제1 주파수 시프트(shift)를 적용하는 단계 ― 제1 주파수 시프트는 LIDAR 시스템의 자기 속도의 함수임 ―; 및 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제2 주파수 시프트를 적용하는 단계 ― 제2 주파수 시프트는 제1 주파수 시프트의 공액(conjugate)임 ― 를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 섬유 지연 디바이스(fiber delay device) 및 제2 광 검출기를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여, 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정을 수행하는 단계는 LO 빔 및 복귀 신호에 의해 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계는 모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기(standard corrector)를 실행하는 단계; 및 이웃 포인트들의 속도의 통계를 추정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 포인트 클라우드 내의 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및 이전 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 포인트 클라우드 내의 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계는 동일한 스캔 라인에서 바로 이전 포인트의 속도를 결정하는 단계, 이전 스캔 라인들로부터 포인트들의 속도를 결정하는 단계, 또는 이전 스캔-프레임들로부터 포인트들의 속도를 결정하는 단계를 포함한다.

[06] 다른 양상에 따르면, 본 개시내용은 LIDAR 시스템에 관한 것으로, LIDAR 시스템은 제1 광 빔을 타겟에 송신하기 위한 광 빔 소스; 타겟으로부터의 복귀 신호 및 LO 빔을 수신하고 디지털 샘플링된 타겟 신호를 생성하기 위한 제1 광 검출기; 알려진 길이를 갖고 광 빔 소스에 커플링된 섬유 지연 디바이스; 섬유 지연 디바이스를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하기 위해 섬유 지연 디바이스에 커플링된 제2 검출기; 추정된 자기 속도 및 추정된 타겟 속도에 기반하여 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하기 위한 적어도 2개의 주파수 시프터들; 및 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정을 수행하기 위한 데스큐 필터(deskew filter)를 포함한다. 일 실시예에서, 자기 속도는 하나 이상의 모션 센서들을 사용하여 측정되는, 이웃 객체들에 대한 LIDAR 시스템의 속도이다. 일 실시예에서, 주파수 시프터들은 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제1 주파수 시프트를 적용하기 위한 제1 주파수 시프터 ― 제1 주파수 시프트는 LIDAR 시스템의 자기 속도의 함수임 ―; 및 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제2 주파수 시프트를 적용하기 위한 제2 주파수 시프터 ― 제2 주파수 시프트는 제1 주파수 시프트의 공액임 ― 를 포함한다. 일 실시예에서, 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대한 위상 손상 보정은 LO 빔 및 복귀 신호에 의해 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정한다. 일 실시예에서, LIDAR 시스템은 또한 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 결정하도록 구성된다. 일 실시예에서, LIDAR 시스템은, 모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기를 실행하고; 그리고 이웃 포인트들의 속도의 통계를 추정함으로써, 이웃 포인트들의 속도를 결정한다. 일 실시예에서, LIDAR 시스템은 또한 포인트 클라우드 내의 타겟의 이전 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 결정하도록 구성된다. 일 실시예에서, LIDAR 시스템은, 동일한 스캔 라인에서 바로 이전 포인트의 속도를 결정하거나, 이전 스캔 라인들로부터 포인트들의 속도를 결정하거나, 또는 이전 스캔-프레임들로부터 포인트들의 속도를 결정함으로써, 이전 포인트들의 속도를 결정한다.

[07] 다른 양상에 따르면, 본 개시내용은 LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 LIDAR 시스템으로부터 타겟에 제1 광 빔을 송신하는 단계; LIDAR 시스템에서, 타겟으로부터 복귀 신호를 제1 광 검출기에서 수신하는 단계; 섬유 지연 디바이스 및 제2 광 검출기를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여, 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하는 단계; 하나 이상의 추정된 위상 손상들을 생성하기 위해, 디지털 샘플링된 기준 신호를 사용하여 LiDAR 시스템에서 하나 이상의 위상 손상들을 추정하는 단계; 제1 주파수 시프트를 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용하는 단계 ― 제1 주파수 시프트는 LIDAR 시스템의 자기 속도 및 추정된 타겟 속도의 함수임 ―; 데스큐 필터를 사용하여 포인트 클라우드로의 송신을 위해 디지털 샘플링된 타겟 신호의 위상 손상들을 조정하는 단계; 및 제2 주파수 시프트를 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용하는 단계 ― 제2 주파수 시프트는 제1 주파수 시프트의 공액임 ― 를 포함한다. 일 실시예에서, 디지털 샘플링된 타겟 신호의 위상 손상들을 조정하는 단계는 LO 빔 및 복귀 신호에 의해 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 또한 포인트 클라우드 내의 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및 이전 포인트들의 속도에 기반하여, 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 포함한다.

[08] 다양한 예들의 보다 완전한 이해를 위해, 동일한 식별자들이 동일한 요소들에 대응하는 첨부 도면들과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명을 이제 참조한다.
[09] 도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 예시적인 LIDAR 시스템을 예시한다.
[010] 도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따라 LIDAR 파형들이 어떻게 검출되고 프로세싱되는지를 예시하는 시간-주파수 다이어그램이다.
[011] 도 3a는 본 개시내용의 실시예들에 의해 완화될 수 있는 위상 손상들을 예시한다.
[012] 도 3b는 손상들이 본 개시내용의 실시예들에 의해 보정될 수 있는 동적 시나리오들을 예시한다.
[013] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 기준 아암(arm)을 갖는 예시적인 LIDAR 시스템의 블록도이다.
[014] 도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 자기-도플러(ego-Doppler) 보상 보정기를 예시한다.
[015] 도 6은 본 개시내용의 실시예들에 따른 이웃 속도 기반 보정기를 예시한다.
[016] 도 7은 본 개시내용의 실시예들에 따른 이전 포인트들 기반 보정기를 예시한다.
[017] 도 8은 본 개시내용의 실시예들에 따른 반복 위상 손상 보정기를 예시한다.
[018] 도 9는 본 개시내용의 실시예들에 따른 다중-도플러 보상 보정기를 예시한다.
[019] 도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 LIDAR 시스템 내의 위상 손상들을 보상하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
[020] 도 11은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 LIDAR 시스템 내의 위상 손상들을 보상하는 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.

[021] 본 개시내용은 LIDAR 시스템들에 의해 검출된 동적 장면들에서 위상 손상들을 보상하기 위한 LIDAR 시스템들 및 방법들의 다양한 예들을 설명한다. 일부 실시예들에 따르면, 설명된 LIDAR 시스템은 운송, 제조, 계측, 의료, 가상 현실, 증강 현실 및 보안 시스템들에 한정되지 않지만 이와 같은 임의의 감지 시장에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 설명된 LIDAR 시스템은 자동 운전자 지원 시스템들 또는 자율 주행 차량들에 대한 공간 인식을 지원하는 주파수 변조 연속파(FMCW) 디바이스의 프론트-엔드의 일부로서 구현된다.

[022] 도 1은 본 개시내용의 예시적인 구현들에 따른 LIDAR 시스템(100)을 예시한다. LIDAR 시스템(100)은 각각의 다수의 구성 요소들 중 하나 이상을 포함하지만, 도 1에 도시된 것보다 더 적거나 추가의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 도 1에 묘사된 구성 요소들 중 하나 이상은 일부 실시예들에 따라 포토닉스 칩(photonics chip) 상에 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, LIDAR 시스템(100)은 포토닉스 칩 상에 구현될 수 있는 하나 이상의 구성 요소들을 포함한다. 광학 회로들(101)은 능동 광학 구성 요소들과 수동 광학 구성 요소들의 조합을 포함할 수 있다. 능동 광학 구성 요소들은 광 신호들 등을 생성, 증폭 및/또는 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 능동 광학 구성 요소는 상이한 파장들의 광 빔들을 포함하고, 하나 이상의 광학 증폭기들, 하나 이상의 광학 검출기들 등을 포함한다.

[023] 자유 공간 광학계(115)는 광 신호들을 운반하고 능동 광학 회로의 적절한 입력/출력 포트들로 광 신호들을 라우팅 및 조작하기 위한 하나 이상의 광학 도파관들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학계(115)는 또한 탭(tap)들, 파장 분할 멀티플렉서(WDM: wavelength division multiplexer)들, 분할기들/결합기들, 편광 빔 분할기(PBS: polarization beam splitter)들, 시준기들, 커플러들 등과 같은 하나 이상의 광학 구성 요소들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 자유 공간 광학계(115)는 편광 상태를 변환하고 수신된 편광 광을 예를 들어, PBS를 사용하여 광학 검출기로 지향시키는 구성 요소들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학계(115)는 축(예를 들어, 고속-축)을 따라 상이한 각도들에서 상이한 주파수들을 갖는 광 빔들을 편향시키는 회절 요소를 추가로 포함할 수 있다.

[024] 일부 예들에서, LIDAR 시스템(100)은 스캐닝 패턴에 따라 환경을 스캐닝하기 위해 광 신호들을 조향하는 회절 요소의 고속-축에 직교하거나 실질적으로 직교하는 축(예를 들어, 저속-축)을 따라 회전 가능한 하나 이상의 스캐닝 미러(mirror)들을 포함하는 광학 스캐너(102)를 포함한다. 예를 들어, 스캐닝 미러들은 하나 이상의 검류계(galvanometer)들에 회전 가능할 수 있다. 타겟 환경에서의 객체들은 입사광을 복귀 광 빔 또는 타겟 복귀 신호로 산란시킬 수 있다. 광학 스캐너(102)는 또한 광학 회로들(101)의 수동 광학 회로 구성 요소로 복귀될 수 있는 복귀 광 빔 또는 타겟 복귀 신호를 수집한다. 예를 들어, 복귀 광 빔은 편광 빔 분할기에 의해 광학 검출기로 지향될 수 있다. 미러들 및 검류계들에 추가하여, 광학 스캐너(102)는 1/4 파장 플레이트(quarter-wave plate), 렌즈, 반사-방지 코팅 윈도우 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.

[025] 광학 회로들(101) 및 광학 스캐너(102)를 제어 및 지원하기 위해, LIDAR 시스템(100)은 LIDAR 제어 시스템들(110)을 포함한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 LIDAR 시스템(100)용 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 프로세싱 디바이스는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들일 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세싱 디바이스는 복합 명령 세트 컴퓨팅(CISC: complex instruction set computing) 마이크로프로세서, 축소 명령 세트 컴퓨터(RISC: reduced instruction set computer) 마이크로프로세서, 매우 긴 명령어(VLIW: very long instruction word) 마이크로프로세서, 또는 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세싱 디바이스는 또한 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array), 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor), 네트워크 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수 있다.

[026] 일부 예들에서, LIDAR 제어 시스템들(110)은 DSP와 같은 신호 프로세싱 유닛(112)을 포함할 수 있다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 광학 구동기들(103)을 제어하기 위해 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 일부 예들에서, 디지털 제어 신호들은 신호 변환 유닛(106)을 통해 아날로그 신호들로 변환될 수 있다. 예를 들어, 신호 변환 유닛(106)은 디지털-대-아날로그 변환기를 포함할 수 있다. 그 후, 광학 구동기들(103)은 레이저들 및 증폭기들과 같은 광원들을 구동하기 위해 광학 회로들(101)의 능동 광학 구성 요소들에 구동 신호들을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 광원들을 구동하기 위해 몇몇 광학 구동기들(103) 및 신호 변환 유닛들(106)이 제공될 수 있다.

[027] LIDAR 제어 시스템들(110)은 또한 광학 스캐너(102)에 대한 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 모션 제어 시스템(105)은 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터 수신된 제어 신호들에 기반하여 광학 스캐너(102)의 검류계들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 디지털-대-아날로그 변환기는 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터의 좌표 라우팅 정보를 광학 스캐너(102)의 검류계들에 의해 해석 가능한 신호들로 변환할 수 있다. 일부 예들에서, 모션 제어 시스템(105)은 또한 광학 스캐너(102)의 구성 요소들의 포지션 또는 동작에 대한 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110)에 반환할 수 있다. 예를 들어, 아날로그-대-디지털 변환기는 결국 검류계의 포지션에 대한 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호로 변환할 수 있다.

[028] LIDAR 제어 시스템들(110)은 진입하는 디지털 신호들을 분석하도록 추가로 구성된다. 이와 관련하여, LIDAR 시스템(100)은 광학 회로들(101)에 의해 수신된 하나 이상의 빔들을 측정하기 위한 광학 수신기들(104)을 포함한다. 예를 들어, 기준 빔 수신기는 능동 광학 구성 요소로부터의 기준 빔의 진폭을 측정할 수 있고, 아날로그-대-디지털 변환기는 기준 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환한다. 타겟 수신기들은 비트(beat) 주파수, 변조된 광 신호의 형태로 타겟의 범위 및 속도에 대한 정보를 전달하는 광 신호를 측정한다. 반사된 빔은 국부 발진기로부터의 신호와 혼합될 수 있다. 광학 수신기들(104)은 타겟 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환하기 위한 고속 아날로그-대-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학 수신기들(104)로부터의 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의한 수신 전에 신호 컨디셔닝(conditioning) 유닛(107)에 의해 신호 컨디셔닝을 받을 수 있다. 예를 들어, 광학 수신기들(104)로부터의 신호들은 수신된 신호들의 증폭을 위해 연산 증폭기에 제공될 수 있고, 증폭된 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 제공될 수 있다.

[029] 일부 애플리케이션들에서, LIDAR 시스템(100)은 환경의 이미지들을 캡처하도록 구성된 하나 이상의 이미징 디바이스들(108), 시스템의 지리적 위치 또는 다른 센서 입력들을 제공하도록 구성된 글로벌 포지셔닝 시스템(109)을 추가로 포함할 수 있다. LIDAR 시스템(100)은 또한 이미지 프로세싱 시스템(114)을 포함할 수 있다. 이미지 프로세싱 시스템(114)은 이미지들 및 지리적 위치를 수신하고 이미지들 및 위치 또는 이와 관련된 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110) 또는 LIDAR 시스템(100)에 연결된 다른 시스템들에 전송하도록 구성될 수 있다.

[030] 일부 예들에 따른 동작에서, LIDAR 시스템(100)은 2차원에 걸쳐 범위 및 속도를 동시에 측정하기 위해 비축퇴(nondegenerate) 광원들을 사용하도록 구성된다. 이 기능은 주변 환경의 범위, 속도, 방위각 및 고도의 실시간으로 장거리 측정들을 허용한다.

[031] 일부 예들에서, 스캐닝 프로세스는 광학 구동기들(103) 및 LIDAR 제어 시스템들(110)로 시작한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 하나 이상의 광 빔들을 독립적으로 변조하도록 광학 구동기들(103)에 명령하고, 이러한 변조된 신호들은 수동 광학 회로를 통해 시준기로 전파된다. 시준기는 모션 제어 시스템(105)에 의해 정의된 사전 프로그래밍된 패턴을 통해 환경을 스캐닝하는 광학 스캐닝 시스템에서 광을 지향시킨다. 광학 회로들(101)은 또한 광이 광학 회로들(101)을 떠날 때 광의 편광을 변환하기 위한 편파 플레이트(PWP: polarization wave plate)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 편파 플레이트는 1/4 파장 플레이트 또는 1/2 파장 플레이트(half-wave plate)일 수 있다. 편광된 광의 일부는 또한 광학 회로들(101)로 다시 반사될 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템(100)에 사용되는 렌징(lensing) 또는 시준 시스템들은 광의 일부를 광학 회로들(101)로 다시 반사시키기 위해 자연 반사 속성들 또는 반사 코팅을 가질 수 있다.

[032] 환경으로부터 다시 반사된 광 신호들은 광학 회로들(101)을 통해 수신기들로 전달된다. 광의 편광이 변환되었기 때문에, 광학 회로들(101)로 다시 반사된 편광된 광의 일부와 함께 편광 빔 분할기에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 반사된 광은 광원으로서 동일한 섬유 또는 도파관으로 복귀하는 것이 아니라 별도의 광학 수신기들로 반사된다. 이러한 신호들은 서로 간섭하여 결합된 신호를 생성한다. 타겟으로부터 복귀하는 각각의 빔 신호는 시간-시프트된 파형을 생성한다. 두 파형들 사이의 시간적 위상차는 광학 수신기들(광 검출기들) 상에서 측정된 비트(beat) 주파수를 생성한다. 결합된 신호는 그 후 광학 수신기들(104)로 반사될 수 있다.

[033] 광학 수신기들(104)로부터의 아날로그 신호들은 ADC들을 사용하여 디지털 신호들로 변환된다. 그 후, 디지털 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)로 송신된다. 그 후, 신호 프로세싱 유닛(112)은 디지털 신호들을 수신하고 이를 해석할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 모션 제어 시스템(105) 및 검류계들(미도시)로부터의 포지션 데이터뿐만 아니라 이미지 프로세싱 시스템(114)으로부터의 이미지 데이터도 수신한다. 그 후, 신호 프로세싱 유닛(112)은 광학 스캐너(102)가 추가 포인트들을 스캐닝할 때 환경에서 포인트들의 범위 및 속도에 대한 정보를 갖는 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 주변 영역에서 객체들의 속도 및 거리를 결정하기 위해 3D 포인트 클라우드 데이터를 이미지 데이터와 중첩시킬 수 있다. 시스템은 또한 정확한 글로벌 위치를 제공하기 위해 위성-기반 내비게이션 위치 데이터를 프로세싱한다.

[034] 도 2는 일부 실시예들에 따라 타겟 환경을 스캐닝하기 위해 시스템(100)과 같은 LIDAR 시스템에 의해 사용될 수 있는 FMCW 스캐닝 신호(201)의 시간-주파수 다이어그램(200)이다. 일 예에서, fFM(t)로 라벨링된 스캐닝 파형(201)은 처프 대역폭 ΔfC 및 처프 주기 TC를 갖는 톱니 파형(톱니 "처프")이다. 톱니의 기울기는 k = (ΔfC/TC)로 주어진다. 도 2는 또한 일부 실시예들에 따른 타겟 복귀 신호(202)를 묘사한다. fFM(t-Δt)로 라벨링된 타겟 복귀 신호(202)는 스캐닝 신호(201)의 시간-지연 버전이며, 여기서 Δt는 스캐닝 신호(201)에 의해 조명된 타겟으로 그리고 타겟으로부터의 왕복 시간이다. 왕복 시간은 Δt = 2R/v로서 주어지며, 여기서 R은 타겟 범위이고 v는 광속 c인 광 빔의 속도이다. 따라서, 타겟 범위 R은 R = c(Δt/2)로 계산될 수 있다. 복귀 신호(202)가 스캐닝 신호와 광학적으로 혼합될 때, 범위 의존적 차이 주파수("비트 주파수") ΔfR(t)가 생성된다. 비트 주파수 ΔfR(t)는 톱니 k의 기울기에 의해 시간 지연 Δt와 선형적으로 관련된다. 즉, ΔfR(t) = kΔt이다. 타겟 범위 R은 Δt에 비례하므로, 타겟 범위 R은 R = (c/2)(ΔfR(t)/k)로 계산될 수 있다. 즉, 범위 R은 비트 주파수 ΔfR(t)에 선형적으로 관련된다. 비트 주파수 ΔfR(t)는 예를 들어, 시스템(100)의 광학 수신기들(104)에서 아날로그 신호로서 생성될 수 있다. 그 후, 비트 주파수는 예를 들어, LIDAR 시스템(100)의 신호 컨디셔닝 유닛(107)과 같은 신호 컨디셔닝 유닛의 아날로그-대-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital converter)에 의해 디지털화될 수 있다. 그 후, 디지털화된 비트 주파수 신호는 예를 들어, 시스템(100)의 신호 프로세싱 유닛(112)과 같은 신호 프로세싱 유닛에서 디지털 방식으로 프로세싱될 수 있다. 타겟 복귀 신호(202)는 일반적으로 타겟이 LIDAR 시스템(100)에 대한 속도를 갖는 경우 주파수 오프셋(도플러 시프트(Doppler shift))도 포함할 것이라는 점에 유의해야 한다. 도플러 시프트는 별도로 결정될 수 있으며, 복귀 신호의 주파수를 보정하는 데 사용될 수 있어, 도플러 시프트는 설명의 단순성과 용이성을 위해 도 2에 도시되지 않는다. 또한, ADC의 샘플링 주파수는 에일리어싱(aliasing) 없이 시스템에 의해 프로세싱될 수 있는 최고 비트 주파수를 결정할 것이라는 점에 유의해야 한다. 일반적으로, 프로세싱될 수 있는 최고 주파수는 샘플링 주파수의 절반(즉, "나이퀴스트 한계(Nyquist limit)")이다. 일 예에서, 제한 없이, ADC의 샘플링 주파수가 1 기가헤르츠인 경우, 에일리어싱 없이 프로세싱될 수 있는 최고 비트 주파수(ΔfRmax)는 500 메가헤르츠이다. 이러한 제한은 처프 기울기 k를 변경하여 조정될 수 있는 Rmax = (c/2)(ΔfRmax/k)로서 시스템의 최대 범위를 결정한다. 일 예에서, ADC로부터의 데이터 샘플들은 연속적일 수 있지만, 아래에 설명되는 후속 디지털 프로세싱은 LIDAR 시스템(100)의 일부 주기성과 연관될 수 있는 "시간 세그먼트들"로 파티셔닝(partitioning)될 수 있다. 일 예에서, 제한 없이, 시간 세그먼트는 사전 결정된 수의 처프 주기 T 또는 광학 스캐너에 의한 방위각의 전체 회전의 수에 대응할 수 있다.

[035] 일부 시나리오들에서, 도 1에 설명된 LIDAR 시스템과 같은 LIDAR 시스템들에 의해 경험되는 위상 손상들의 몇몇 소스들이 있을 수 있다. 이러한 소스들의 예들은 레이저 위상 잡음, 회로 위상 잡음, 구동 전자 기기들이 레이저에 주입하는 플리커(flicker) 잡음, 온도/날씨에 따른 드리프트(drift) 또는 처프(chirp) 레이트 오프셋들일 수 있다.

[036] 도 3a는 본 발명의 실시예들에 의해 완화될 수 있는 위상 손상들을 예시한다. 보정되지 않은 피크(303)에 대응하는 위상 손상 보정 피크(301)가 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 수신 신호의 위상 손상은 타겟의 범위에 따른다. 일부 시나리오들에서, 더 멀리 있는 타겟들이 더 가까운 타겟들에 비해 더 높은 위상 손상 대역폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 가장 멀리 있는 보정되지 않은 피크(305)는 더 가까운 보정되지 않은 피크(307)에 비해 상당히 더 높은 위상 손상 대역폭을 갖는다. 일부 시나리오들에서, 위상 손상은 도플러 시프트가 아닌 범위에만 의존할 수 있는 반면, 피크 주파수는 범위와 도플러 시프트 모두에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 범위에 대한 위상 손상의 의존성은 본원에 설명된 일부 보정 알고리즘들에서 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 데스큐 필터는 주파수에 선형적으로 비례할 수 있는 네거티브 그룹 지연을 적용하는 데 사용될 수 있다.

[037] 도 3b는 본 발명의 실시예들에 의해 완화될 수 있는 동적 시나리오들을 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 피크 주파수(311)는 주파수 = 알파 (곱하기) Δt(플러스 또는 마이너스) 도플러 시프트(309)로서 계산될 수 있으며, 여기서 알파는 처프의 기울기(처프 레이트라고도 칭함)이다. 일부 실시예들에서, 데스큐 필터는 알파 (곱하기) 범위 대신에 알파 (곱하기) 범위(플러스 또는 마이너스) 도플러 시프트에 기반하여 네거티브 그룹 지연을 적용한다. 이는 동적 타겟들에 대한 성능 손실과 검출 확률의 손실 및 범위/속도 오류로 이어질 수 있다.

[038] 본원에 설명된 실시예들은 예를 들어, 설명된 자기-도플러 보상 위상 손상 보정기를 이용함으로써 이러한 문제들을 해결한다. 자기-도플러 보상 위상 손상 보정기는 데스큐 필터를 적용하기 전에 자기 속도를 보상할 수 있다. 본원에 설명된 자기 속도는 차량 속도, 센서 속도, 미러 속도 등 또는 본원에 설명된 시스템들에 의해 이루어지거나 시스템들에 제공되는 임의의 이전의 자기 속도 결정뿐만 아니라 이들의 임의의 조합 모두를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 자기 속도는 포인트 클라우드를 사용하여 추정될 수 있거나, 관성 측정 유닛(IMU: inertial measurement unit)과 같은 하나 이상의 모션 센서들을 사용하여 측정될 수 있다.

[039] 일부 실시예들에서, 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 이웃 속도-기반 위상 손상 보정기가 사용될 수 있다. 신호는 데스큐 필터를 통해 실행될 수 있으며, 실제 타겟 속도의 추정치가 표준 데스큐 필터를 사용하여 이웃에서 검출된 모든 포인트들의 서브세트의 속도를 사용하여 도출될 수 있으며, 그 후 이웃 속도 추정치에 기반하여 보정 절차들을 재수행할 수 있다.

[040] 일부 실시예들에서, 이전-포인트들-기반 위상 손상 보정기가 사용될 수 있다. 이전-포인트들-기반 위상 손상 보정기는 현재 포인트의 가장 가능성 있는 속도를 추정하고 데스큐 보상 전에 해당 주파수 시프트를 적용하기 위해 이전의 추정 포인트들로부터의 속도를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 직전의 포인트들이 사용될 수 있다. 실시예들에서, 이전 스캔 라인들로부터의 포인트들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이전 프레임들로부터의 포인트들이 사용될 수 있다.

[041] 일부 실시예들에서, 반복 위상 손상 보정기 및/또는 다중-도플러 보상 위상 손상 보정기가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도플러 보상은 타겟 ADC 샘플에 대해 또는 데스큐 필터 계수들에 대해 설명된 기술들 중 임의의 것에 적용될 수 있다.

[042] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 기준 아암(427)을 갖는 예시적인 LIDAR 시스템의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 기준 아암들(427)이 LIDAR 시스템에 추가되어 송신된 신호들에서의 위상 손상을 추정하는 데 사용될 수 있는 디지털 샘플링된 기준 신호(426)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 하나 이상의 기준 아암(427)은 도 1의 광학 회로들(101), 신호 변환 유닛(106) 및/또는 신호 변환 유닛(107)의 일부로서 포함될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 시스템은 FMCW 레이저 소스와 같은 빔 소스(401)를 포함한다. 타겟 아암(405)은 스캐닝 신호(403)가 타겟(407)으로 가는 중에 통과할 수 있는 다수의 광학 구성 요소들(예를 들어, 렌즈들 또는 필터들)을 포함한다. 복귀 신호(409)는 타겟(407)으로부터 반사되어 광 검출기(411)로 지향될 수 있다. 본 실시예에서, 스캐닝 신호(403)의 일부인 국부 발진기(LO) 신호(413)는 타겟(407)에 송신되기 전에 광 검출기(411)로 지향된다. 광 검출기(411)로부터, 디지털 샘플링된 타겟 신호(416)는 그 후 타겟 ADC(415)로 전달된 다음 DSP(417)로 전달된다.

[043] 본 실시예에 묘사된 바와 같이, 기준 아암(427)은 스캐닝 신호(403)의 신호 부분(419)을 수신하며, 이는 광 검출기(421)에 직접 제공될 수 있고 또한 알려진 길이를 갖는 지연 디바이스(423)를 통과한 후에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 신호 부분(419)은 스캐닝 신호(403)가 타겟 아암(405)의 광학 구성 요소들을 통해 동시에 송신될 때 광 검출기(421)에 의해 수신된다. 일부 실시예들에 따르면, 신호 부분(419)은 스캐닝 신호(403)가 타겟 아암(405)의 광학 구성 요소들을 통해 송신된 후에 광 검출기(421)에 의해 수신된다. 일부 실시예들에 따르면, 지연 디바이스(423)는 섬유 지연 디바이스 등일 수 있다. 일 실시예에서, 지연 디바이스(423)는 알려진 거리에서 가상 타겟(예를 들어, 섬유 타겟)을 생성할 수 있는 알려진 길이를 갖는 섬유 코일을 포함할 수 있다.

[044] 일부 시나리오들에서, 가상 타겟의 거리는 사전 결정될 수 있다. 기준 지연의 출력에서의 광 신호는 도 2에 묘사된 타겟 복귀 신호(202)와 동일한 특성들을 갖는다. 일부 실시예들에 따르면, 도 2에 설명된 것과 유사한 방식으로, 가상 타겟은 스캐닝 신호(403)의 시간-지연 버전인 복귀 신호(409)를 생성할 수 있다. 복귀 신호(409)가 스캐닝 신호(603)와 광학적으로 혼합될 때, 기준 범위 의존적 차이 주파수("기준 비트 주파수")가 생성된다. 일부 실시예들에 따르면, 그 후 기준 비트 주파수는 예를 들어, 도 1에서 본원에 설명된 절차를 사용하여 디지털화되고 컨디셔닝될 수 있다. 이러한 기준 신호는 타겟으로부터 수신된 신호와 동일한 위상 손상 시그니처(signature)를 갖는다. 기준 아암(427) 및 위상 손상 보정기에 의해 생성된 기준 신호에 적어도 부분적으로 기반하는 위상 손상 추정기는 타겟을 향해 송신된 신호들(즉, "타겟" 신호들) 및 이로부터 수신된 신호들(즉, "수신된" 신호들)에서의 위상 손상들을 보상할 수 있다.

[045] 광 검출기(421)로부터, 디지털 샘플링된 기준 신호(426)는 그 후 기준 ADC(425)로 전달된 다음 DSP(417)로 전달된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 타겟으로부터의 복귀 신호(409), LO 신호(413) 및 기준 아암(427)을 포함하는 다양한 신호들의 송신 및 수신에 기반하여 포인트 클라우드 데이터(429)를 생성할 수 있다.

[046] 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 자기-도플러 보상 보정기를 예시한다. 도 5에 묘사된 바와 같이, 위상 손상 보정기(509)는 데스큐 필터(508)를 실행하기 전에 주파수 시프터(507)에 의해 수신된 신호에 제공된 주파수 시프트를 도입하고 위상 손상 보정 후에 주파수 시프터(511)에서 주파수 시프트를 해제함으로써 추정되거나 측정된 자기-도플러를 보상하도록 구성된 자기-도플러 보상 보정기로 구성된다. 일부 실시예들에서, 자기-도플러 보상 보정기는 주어진 장면에서 정적 타겟들에 적용될 수 있다.

[047] 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 위상 손상 추정기(503), 위상 손상 보정기(509)는 하나 이상의 기준 ADC들(501) 및 타겟 ADC들(505)과 함께 도 4의 DSP(417)에 대응할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상 손상 추정기(503) 및/또는 위상 손상 보정기(509) 중 하나 이상이 도 1의 신호 프로세싱 유닛(112)의 일부로서 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아키텍처는 또한 시간 도메인 필터(513), 시간 도메인(TD: time domain) 대 주파수 도메인(FD: frequency domain) 변환기들(515), 주파수 도메인 필터들(517) 및 피크 선택(peak picking) 구성 요소들(519)을 포함한다. 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 포인트 클라우드 데이터(521)와 같은 데이터를 생성하고 프로세싱할 수 있다. 포인트 클라우드들의 사용이 본원에서 설명되지만, 실시예들은 이에 한정되지 않고 포인트 세트들을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않음을 이해해야 한다.

[048] 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 위상 손상 보정기에 의해 사용되는 이웃 속도-기반 보정기를 예시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 위상 손상 보정기(609)는 모든 포인트들의 서브세트에 대해 위상 손상 보정기(623)를 실행하고 이웃 추정기(633)를 사용하여 이웃 포인트들에 기반하여 속도를 추정하는 이웃 속도-기반 보정기로 구성된다. 일부 실시예들에서, 추정치는 평균(mean)/중앙값(median) 또는 이웃 포인트들의 속도의 임의의 다른 통계일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 이웃 속도-기반 보정기는 추정된 도플러 시프트를 보상하고 피크들을 재추정하기 위해 위상 손상 보정기를 재실행할 수 있다.

[049] 이웃 속도가 추정되면, 추정된 도플러 시프트는 도플러 시프트 추정기(635) 및 데스큐 필터(608) 및 위상 손상 보정기(609) 이전의 주파수 시프터(607)에서 도입된 연관된 주파수 시프트에 의해 계산될 수 있다. 상술한 바와 같이, 데스큐 필터(608)는 주파수에 기반하여 가변 지연을 적용하므로, 주파수 시프터(607)에 도입된 주파수에 대한 조정은 데스큐 필터(608)에 의해 적용된 지연에 영향을 미친다. 일부 실시예들에서, 주파수 시프터(611)에 적용된 제2 주파수 시프트는 주파수 시프터(607)에서 도입된 제1 주파수 시프트의 공액이다.

[050] 도 6에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 하나 이상의 기준 ADC들(601) 및 타겟 ADC들(605)과 함께 위상 손상 추정기(603), 위상 손상 보정기(609)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이웃 속도 추정기 아암은 또한 시간 도메인 필터들(625), TD 대 FD 변환기들(627), 주파수 도메인 필터들(629) 및 피크 선택 구성 요소들(631)을 포함한다. 유사하게, 타겟 아암의 아키텍처는 또한 시간 도메인 필터들(613), TD 대 FD 변환기들(615), 주파수 도메인 필터들(617) 및 피크 선택 구성 요소들(619)을 포함할 수 있다. 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 포인트 클라우드 데이터(621)와 같은 데이터를 생성하고 프로세싱할 수 있다.

[051] 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이전-포인트들-기반 보정기를 예시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 위상 손상 보정기(709)는 이전에 추정된 포인트들에 기반하여 포인트의 속도를 추정하도록 구성된 이전-포인트들-기반 보정기로 구성된다. 일부 실시예들에서, 직전 포인트들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이전 스캔 라인들로부터의 포인트들이 사용될 수 있다. 실시예들에서, 이전 프레임들로부터의 포인트들이 사용될 수 있다. 이전-포인트들-기반 보정기는 위상 손상 보정기 이전의 도플러 시프트를 보상하기 위해 속도를 추정하는 데 사용될 수 있다.

[052] 도 7에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 하나 이상의 기준 ADC들(701) 및 타겟 ADC들(705)과 함께 위상 손상 추정기(703), 위상 손상 보정기(709)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 타겟 아암의 아키텍처는 또한 시간-도메인 필터들(713), TD 대 FD 변환기들(715), 주파수-도메인 필터들(717) 및 피크 선택 구성 요소들(719)을 포함할 수 있다. 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 포인트 클라우드 데이터(721)와 같은 데이터를 생성하고 프로세싱할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 피크 선택(719) 후에, 속도 추정기(723)는 상술한 바와 같이, 이전 포인트들의 속도를 추정한다. 이러한 속도 추정에 기반하여, 데스큐 필터(708) 및 위상 손상 보정기(709) 이전에 707에서 연관된 주파수 시프트가 도입될 수 있다. 상술한 바와 같이, 데스큐 필터(708)는 주파수에 기반하여 가변 지연을 적용하므로, 주파수 시프터(707)에서 도입된 주파수에 대한 조정은 데스큐 필터(708)에 의해 적용된 지연에 영향을 미친다. 일부 실시예들에서, 주파수 시프터(711)에 적용된 제2 주파수 시프트는 주파수 시프터(707)에서 도입된 제1 주파수 시프트의 공액이다.

[053] 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반복 위상 손상 보정기를 예시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 위상 손상 보정기(807)는 수렴될 때까지 루프를 통해 복수 회 반복할 수 있는 반복 위상 손상 보정기로 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 위상 손상 추정기(801), 필터 탭들의 컴퓨테이션(803) 및 위상 손상 보정기(807)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 타겟 아암의 아키텍처는 또한 시간 도메인 필터들(811), TD 대 FD 변환기들(813), 주파수 도메인 필터들(815) 및 피크 선택 구성 요소들(817)을 포함할 수 있다.

[054] 이러한 예시적인 실시예에서, 데스큐 필터(808) 및 위상 손상 보정기(807) 이전에 주파수 시프터(805)에서 제1 주파수 시프트가 도입된다. 제2 주파수 시프트는 주파수 시프터(809)에서 도입될 수 있고, 제2 주파수 시프트는 주파수 시프터(805)로부터의 제1 주파수 시프트의 공액일 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 피크 선택(817) 후에, 수렴이 달성될 때까지 주파수 시프터(805) 및 주파수 시프터(809)에 도입된 상이한 주파수 시프트로 프로세스가 반복된다. 각각의 반복에 있어서, 이전 반복의 속도 추정치가 주파수 시프트를 적용하는 데 사용된다. 따라서, 각각의 반복에 있어서, 선택된 피크들 및 대응하는 범위 및 속도 추정치들은 상이할 수 있다. 선택된 피크들이 2개 이상의 연속 반복들에서 동일하면, 수렴이 달성될 수 있다.

[055] 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 다중-도플러 보상 보정기를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 위상 손상 보정기들(909, 927)은 다수(N)의 상이한 도플러 보상 수신 신호에 대해 위상 손상 보정을 수행하고 최상의 것을 선택하는 다중-도플러 보상 보정기로 각각 구성된다.

[056] 도 9에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 프로세싱 아키텍처는 하나 이상의 기준 ADC들(901) 및 타겟 ADC들(905)과 함께 위상 손상 추정기(703), 다수의 위상 손상 보정기들(909, 927)을 포함한다. 이러한 특정 실시예에서, 수신된 신호(904)는 다수의 상이한 경로들로 전환되며, 여기서 각각의 경로는 상이한 주파수 시프트를 포함한다. 예를 들어, 제1 위상 데스큐 필터(908) 및 제1 위상 손상 보정기(909)보다 앞서 주파수 시프터(907)에서 제1 주파수 시프트가 도입될 수 있다. 제1 위상 손상 보정기(909) 후에, 주파수 시프터(907)에서 도입된 주파수 시프트는 주파수 시프터(911)에서 반전될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 제1 타겟 아암은 또한 시간-도메인 필터들(913), TD 대 FD 변환기들(915), 주파수-도메인 필터들(917) 및 피크 선택 구성 요소들(919)을 포함할 수 있다. 유사하게, N번째 타겟 아암은 N번째 데스큐 필터(925) 및 N번째 위상 손상 보정기(927)에 앞서 주파수 시프터(923)에서 도입된 N번째 주파수 시프트를 포함할 수 있다. N번째 위상 손상 보정기(927) 후에, 주파수 시프터(923)에서 도입된 주파수 시프트는 주파수 시프터(929)에서 반전될 수 있다. 일부 실시예들에서, N번째 타겟 아암은 또한 시간 도메인 필터들(931), TD 대 FD 변환기들(933), 주파수-도메인 필터들(935) 및 피크 선택 구성 요소들(937)을 포함할 수 있다. 마지막으로, 몇몇 지연들의 각각에 대해 피크가 선택되면, 최상의 피크가 921에서 선택될 수 있다. 최적의 피크를 선택하는 것은 일부 실시예들에서 가장 강한 피크, 최고 SNR 또는 신호 검출에 사용되는 다른 메트릭을 선택하는 것을 포함할 수 있다.

[057] 도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 LIDAR 시스템 내의 위상 손상을 보상하는 예시적인 방법의 흐름도이다. 본 방법은 제1 광 빔을 타겟에 송신함으로써 동작 1001에서 시작한다. 제1 광 빔은 예를 들어, FMWC 빔을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 빔은 빔 소스(401)로부터 송신될 수 있다.

[058] 동작 1003에서, 복귀 신호(409)는 제1 검출기에서 타겟으로부터 수신된다. 복귀 신호(409)를 수신하는 제1 검출기는 도 4를 참조하여 위에서 논의된 광 검출기(411)일 수 있다.

[059] 동작 1005에서, 국부 발진기(LO) 빔(413), 광 검출기(411) 및 복귀 신호(409)를 사용하여, 디지털 샘플링된 타겟 신호(416)가 생성된다.

[060] 동작 1007에서, 자기 속도 및 타겟 속도는 추정된 자기 속도 및 추정된 타겟 속도에 기반하여 디지털 샘플링된 타겟 신호(416)에 대해 보상된다. 이러한 보상은 일부 실시예들에서 주파수 시프터들(507, 511, 607, 611, 707, 711, 805, 809, 907, 911, 923, 929)을 사용하여 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 주파수 시프트는 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용될 수 있으며, 여기서 제1 주파수 시프트는 LIDAR 시스템의 자기 속도와 추정된 타겟 속도의 함수이다. 제1 주파수 시프트의 공액인 제2 주파수 시프트가 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추정된 타겟 속도는 이웃 포인트들의 속도에 기반하고, 이웃 포인트들의 속도는 모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기를 실행하고 이웃 포인트들의 속도의 통계(예를 들어, 평균 또는 중앙값)를 추정함으로써 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추정된 타겟 속도는 이전 포인트들의 속도에 기반한다.

[061] 동작 1009에서, 위상 손상 보정기(509, 609, 709, 807, 909, 927)를 사용하여, 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정이 수행된다. 일부 실시예들에서, 본 방법은 또한 알려진 길이를 갖는 섬유 지연 디바이스를 통해 송신되는 기준 빔을 사용하여, 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 위상 손상 보정은 LO 빔과 복귀 신호에 의해 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정할 수 있다. 이러한 실시예에서, 기준 빔은 빔 분할기를 사용하여 제1 광 빔으로부터 분할될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복귀 신호의 위상 손상들을 조정하는 것은 복귀 신호의 주파수에 기반하여 복귀 신호에 지연을 도입하는 것을 포함한다. 이러한 지연은 복귀 신호의 주파수에 비례할 수 있으므로, 더 먼 거리에 있는 타겟들로부터의 반사들은 더 지연되고, 더 짧은 거리에 있는 타겟들로부터의 반사들은 덜 지연된다. 이러한 지연은 예를 들어, 데스큐 필터(508, 608, 708, 808, 908, 925)를 사용하여 도입될 수 있다.

[062] 도 11은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 LIDAR 시스템 내의 위상 손상들을 보상하는 다른 예시적인 방법의 흐름도이다. 본 방법은 LIDAR 시스템에서 타겟(407)으로부터 반사된 복귀 신호(409)를 수신함으로써 동작 1101에서 시작한다. 복귀 신호(409)는 LIDAR 시스템으로부터 송신된 제1 광 빔(403)의 반사이다. 광 빔(403)은 일부 실시예들에서 빔 소스(401)를 사용하여 송신될 수 있다.

[063] 동작 1103에서, 본 방법은 LIDAR 시스템의 자기 속도를 결정한다. 일부 실시예들에서, 자기 속도는 이웃 객체들에 대한 LIDAR 시스템의 속도이다. 자기 속도는 또한 LIDAR 시스템과 연관된 미러(mirror)의 속도를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템의 자기 속도는 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 신호 프로세싱 유닛(112) 또는 모션 제어 시스템(105)을 사용하여 결정될 수 있다.

[064] 동작 1105에서, 본 방법은 추정된 타겟 속도를 결정한다. 일부 실시예들에서, 추정된 타겟 속도를 결정하는 것은 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 것; 및 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 생성하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이웃 포인트들의 속도를 추정하는 것은 모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기를 실행하는 것; 및 이웃 포인트들의 속도의 통계(예를 들어, 평균 또는 중앙값)를 추정하는 것을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 추정된 타겟 속도를 결정하는 것은 포인트 클라우드 내의 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 것, 및 이전 포인트들의 속도에 기반하여 추정된 타겟 속도를 생성하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이전 포인트들은 동일한 스캔 라인에서 직전 포인트, 또는 이전 스캔 라인들 또는 이전 스캔-프레임들로부터의 포인트들의 속도를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 추정된 타겟 속도는 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 신호 프로세싱 유닛(112) 또는 이미지 프로세싱 시스템(114)을 사용하여 결정될 수 있다.

[065] 동작 1107에서, 추정된 위상 손상은 위상 손상 추정기(503, 603, 703, 801, 903)를 사용하여 계산된다. 동작 1109에서, 제1 주파수 시프트가 복귀 신호에 적용된다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수 시프트는 LIDAR 시스템의 자기 속도의 함수이다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수 시프트는 동작 1105에서 결정된 추정된 타겟 속도의 함수이다.

[066] 제1 주파수 시프트가 적용되면, 복귀 신호는 추정된 위상 손상에 기반하여 위상 손상들을 처리하기 위해 동작 1111에서 조정된다. 일부 실시예들에서, 복귀 신호의 위상 손상들을 조정하는 것은 복귀 신호의 주파수에 기반하여 복귀 신호에 지연을 도입하는 것을 포함한다. 이러한 지연은 복귀 신호의 주파수에 비례할 수 있으므로, 더 먼 거리에 있는 타겟들로부터의 반사들은 더 지연되고 더 짧은 거리에 있는 타겟들로부터의 반사들은 덜 지연된다. 이러한 지연은 예를 들어, 데스큐 필터(508, 608, 708, 808, 908, 925)를 사용하여 도입될 수 있다.

[067] 동작 1113에서, 데스큐 필터로부터의 지연된 빔에 제2 주파수 시프트가 적용된다. 일부 실시예들에서, 제2 주파수 시프트는 제1 주파수 시프트의 공액이다. 동작들 1109 및 1113에서 수행되는 주파수 시프트들은 예를 들어, 주파수 시프터들(507, 511, 607, 611, 707, 711, 805, 809, 907, 911, 923, 929)을 사용하여 수행될 수 있다.

[068] 위의 설명은 본 개시내용의 몇몇 예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템들, 구성 요소들, 방법들 등의 예들과 같은 많은 특정 상세 사항들을 제시한다. 그러나, 본 개시내용의 적어도 일부 예들이 이들 특정 상세 사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에 있어서, 공지된 구성 요소들 또는 방법들은 본 개시내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 설명되지 않거나 간단한 블록도 형태로 제시된다. 따라서, 제시된 특정 상세 사항들은 단지 예시일 뿐이다. 특정 예들은 이러한 예시적인 상세 사항들과 다를 수 있으며, 여전히 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수 있다.

[069] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 예" 또는 "예"에 대한 임의의 참조는 예들과 관련하여 설명된 특정의 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 예에서" 또는 "예에서"라는 문구의 등장이 반드시 모두 동일한 예를 지칭하는 것은 아니다.

[070] "커플링된"이라는 용어는 그 파생어들과 함께 2개 이상의 요소들이 서로 상호 작용하는 것을 나타내기 위해 사용된다. 이러한 커플링된 요소들은 서로 물리적 또는 전기적으로 직접 접촉할 수 있거나 그렇지 않을 수도 있다.

[071] 본원의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시하고 설명되었지만, 각각의 방법의 동작들의 순서가 변경되어 특정 동작들이 역순으로 수행되거나 특정 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작들과 동시에 수행될 수 있다. 개별 동작들의 명령들 또는 하위 동작들이 간헐적 또는 교대의 방식으로 수행될 수 있다.

[072] 요약서에 설명된 것을 포함하여 본 발명의 예시된 구현들에 대한 위의 설명은 개시된 정확한 형태들로 본 발명을 제한하거나 철저하게 하려고 의도된 것이 아니다. 본 발명 및 그 예들의 특정 구현들은 예시의 목적으로 본원에 설명되어 있으며, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. "예" 또는 "예시적인"이라는 단어들은 본원에서 예, 사례 또는 예시로서의 역할을 한다는 의미로 사용된다. 본원에서 "예" 또는 "예시"로 설명된 임의의 양상 또는 설계는 반드시 다른 양상들 또는 설계들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지 않는다. 오히려, "예" 또는 "예시"라는 단어들의 사용은 구체적인 방식으로 개념들을 제시하기 위해 의도된 것이다. 본 출원에서 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥으로부터 명확하지 않은 한, "X가 A 또는 B를 포함한다"는 것은 자연적 포괄 순열들 중 임의의 것을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 포함하거나; X가 B를 포함하거나; X가 A와 B를 모두 포함하는 경우, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 것이 위의 사례들 중 임의의 것에 충족된다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구항들에 사용된 관사 "어느(a)" 및 "어떤(an)"과 같은 관사들은 일반적으로 달리 특정되지 않는 한 또는 문맥상 단수형을 가리키는 것으로 명확하지 않는 한 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 추가로, 본원에서 사용되는 "제1", "제2", "제3", "제4" 등의 용어들은 상이한 요소들 사이에서 구별하기 위한 표지들로서의 의미를 갖고, 반드시 그 수치 지정에 따른 서수적 의미를 갖는 것은 아니다.

Claims

LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상(phase impairment)들을 보상하는 방법으로서,
타겟을 향해 제1 광 빔을 송신하는 단계;
상기 제1 광 빔에 기반하여, 복귀 신호를 생성하기 위해 상기 타겟으로부터 제2 광 빔을 수신하는 단계;
국부 발진기(LO: local oscillator) 빔, 제1 광 검출기(photo-detector) 및 상기 복귀 신호를 사용하여, 디지털 샘플링된(digitally-sampled) 타겟 신호를 생성하는 단계;
보상된 디지털 샘플링된 타겟 신호를 생성하기 위해, 추정된 자기 속도(ego-velocity) 및 추정된 타겟 속도에 기반하여 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하는 단계; 및
포인트 클라우드(point cloud)로의 송신을 위해 상기 보상된 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정(phase impairment correction)을 수행하는 단계를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템의 자기 속도를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기 속도는 하나 이상의 모션 센서들을 사용하여 측정되는, 이웃 객체들에 기반하여 계산된 상기 LIDAR 시스템의 속도인,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호의 상기 자기 속도 및 상기 타겟 속도를 보상하는 단계는:
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제1 주파수 시프트(shift)를 적용하는 단계 ― 상기 제1 주파수 시프트는 상기 LIDAR 시스템의 자기 속도의 함수임 ―; 및
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제2 주파수 시프트를 적용하는 단계 ― 상기 제2 주파수 시프트는 상기 제1 주파수 시프트의 공액(conjugate)임 ― 를 더 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제1 항에 있어서,
섬유 지연 디바이스(fiber delay device) 및 제2 광 검출기를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여, 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 상기 위상 손상 보정을 수행하는 단계는 상기 LO 빔 및 상기 복귀 신호에 의해 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정하는 단계를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및
상기 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 상기 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제5 항에 있어서,
상기 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계는:
모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기(standard corrector)를 실행하는 단계; 및
상기 이웃 포인트들의 속도의 통계를 추정하는 단계를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제1 항에 있어서,
포인트 클라우드 내의 상기 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및
상기 이전 포인트들의 속도에 기반하여 상기 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제7 항에 있어서,
상기 포인트 클라우드 내의 상기 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계는, 동일한 스캔 라인에서 바로 이전 포인트의 속도를 결정하는 단계, 이전 스캔 라인들로부터 포인트들의 속도를 결정하는 단계, 또는 이전 스캔-프레임들로부터 포인트들의 속도를 결정하는 단계를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
LIDAR(light detection and ranging) 시스템으로서,
제1 광 빔을 타겟에 송신하기 위한 광 빔 소스;
상기 타겟으로부터의 복귀 신호 및 국부 발진기(LO) 빔을 수신하고 디지털 샘플링된 타겟 신호를 생성하기 위한 제1 광 검출기;
알려진 길이를 갖고 상기 광 빔 소스에 커플링된 섬유 지연 디바이스;
상기 섬유 지연 디바이스를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하기 위해 상기 섬유 지연 디바이스에 커플링된 제2 검출기;
추정된 자기 속도 및 추정된 타겟 속도에 기반하여 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호의 자기 속도 및 타겟 속도를 보상하기 위한 적어도 2개의 주파수 시프터들; 및
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대해 위상 손상 보정을 수행하기 위한 데스큐 필터(deskew filter)를 포함하는,
LIDAR 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 자기 속도는 하나 이상의 모션 센서들을 사용하여 측정되는, 이웃 객체들에 대한 상기 LIDAR 시스템의 속도인,
LIDAR 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 주파수 시프터들은:
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제1 주파수 시프트를 적용하기 위한 제1 주파수 시프터 ― 상기 제1 주파수 시프트는 상기 LIDAR 시스템의 자기 속도의 함수임 ―; 및
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 제2 주파수 시프트를 적용하기 위한 제2 주파수 시프터 ― 상기 제2 주파수 시프트는 상기 제1 주파수 시프트의 공액임 ― 를 포함하는,
LIDAR 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 대한 상기 위상 손상 보정은 상기 LO 빔 및 상기 복귀 신호에 의해 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정하는,
LIDAR 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템은 상기 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 상기 추정된 타겟 속도를 결정하도록 추가로 구성되는,
LIDAR 시스템.
제13 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템은,
모든 이웃 포인트들에 대해 표준 보정기를 실행하고; 그리고 상기 이웃 포인트들의 속도의 통계를 추정함으로써,
상기 이웃 포인트들의 속도를 결정하는,
LIDAR 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템은 포인트 클라우드 내의 상기 타겟의 이전 포인트들의 속도에 기반하여 상기 추정된 타겟 속도를 결정하도록 추가로 구성되는,
LIDAR 시스템.
제15 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템은,
동일한 스캔 라인에서 바로 이전 포인트의 속도를 결정하거나, 이전 스캔 라인들로부터 포인트들의 속도를 결정하거나, 또는 이전 스캔-프레임들로부터 포인트들의 속도를 결정함으로써,
상기 이전 포인트들의 속도를 결정하는,
LIDAR 시스템.
LIDAR(light detection and ranging) 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법으로서,
상기 LIDAR 시스템으로부터 타겟에 제1 광 빔을 송신하는 단계;
상기 LIDAR 시스템에서, 상기 타겟으로부터 복귀 신호를 제1 광 검출기에서 수신하는 단계;
섬유 지연 디바이스 및 제2 광 검출기를 통해 송신된 기준 빔을 사용하여, 디지털 샘플링된 기준 신호를 생성하는 단계;
하나 이상의 추정된 위상 손상들을 생성하기 위해, 상기 디지털 샘플링된 기준 신호를 사용하여 상기 LiDAR 시스템에서 하나 이상의 위상 손상들을 추정하는 단계;
제1 주파수 시프트를 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용하는 단계 ― 상기 제1 주파수 시프트는 상기 LIDAR 시스템의 자기 속도 및 추정된 타겟 속도의 함수임 ―;
데스큐 필터를 사용하여 포인트 클라우드로의 송신을 위해 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호의 위상 손상들을 조정하는 단계; 및
제2 주파수 시프트를 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 적용하는 단계 ― 상기 제2 주파수 시프트는 상기 제1 주파수 시프트의 공액임 ― 를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제17 항에 있어서,
상기 디지털 샘플링된 타겟 신호의 위상 손상들을 조정하는 단계는 LO 빔 및 상기 복귀 신호에 의해 상기 디지털 샘플링된 타겟 신호에 도입된 위상 손상들을 보정하는 단계를 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제18 항에 있어서,
상기 타겟 주변의 이웃 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및
상기 이웃 포인트들의 속도에 기반하여 상기 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.
제17 항에 있어서,
포인트 클라우드 내의 상기 타겟의 이전 포인트들의 속도를 결정하는 단계; 및
상기 이전 포인트들의 속도에 기반하여, 상기 추정된 타겟 속도를 생성하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 시스템에서 위상 손상들을 보상하는 방법.