KR20230091406A - 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템 및 그 방법 - Google Patents

라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20230091406A
KR20230091406A KR1020210180494A KR20210180494A KR20230091406A KR 20230091406 A KR20230091406 A KR 20230091406A KR 1020210180494 A KR1020210180494 A KR 1020210180494A KR 20210180494 A KR20210180494 A KR 20210180494A KR 20230091406 A KR20230091406 A KR 20230091406A
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Abstract

본 발명은 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하는 송신 모듈; 상기 송신 모듈에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하는 구동 모듈; 상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부를 포함하는 다채널 검출 모듈; 및 상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 제어 모듈을 포함하는 시스템일 수 있다.

Description

라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템 및 그 방법{System for road surface condition detection using lidar sensor and method thereof}
본 발명은 다채널 마이크로 LED들을 적용한 라이다 센서를 이용하여 도로 표면 상태를 검출할 수 있는 기술에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
날씨 변화에 따라 도로 표면은 여러 상태로 변화한다. 도로 표면 상태는 대표적으로 건조(DRY), 결빙(ICE), 젖음(WATER), 습기(WET) 등의 상태로 구분되며, 이러한 상태의 변화에 따라 적절한 조치를 취함으로써 원활한 교통 소통과 안전에 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 도로 관리자 또는 도로 이용자는 도로가 젖어 있거나 빙판일 경우에 서행을 유도하며, 도로에 눈이 쌓였을 경우에 제설 작업을 할 수 있다.
그러나, 도로 관리자 또는 도로 이용자가 전국의 모든 도로 표면 상태를 감시하기 어렵기 때문에 이를 해결 하기 위해 센서를 노면에 매립하는 방식, 센서를 기둥에 설치하는 방식, 센서를 차량에 부착하는 방식 등을 사용하여 도료 표면 상태를 자동적으로 감지하고 있다.
도 1은 일반적인 도로 표면 상태 검출 방식을 설명하는 도면이고, 도 2는 일반적인 Si 및 InGaAs 검출기의 양자 효율 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서를 노면에 매립하는 방식은 온도 센서와 습도 센서를 도로에 직접 설치하여 도로 표면 상태를 검출하는 접촉 방식으로서, 노면에 홈을 형성하여 센서를 직접 설치해야 하기 때문에 설치 방법이 어렵고, 주행 차량들과 센서가 계속 접촉되어 노후와 파손이 빨리 진행될 수 있으며, 포트홀 생성 등 도로 지면 상태를 파손할 우려가 있는 문제점이 있다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 센서를 기둥에 설치하는 방식은 적외선 기반의 광검출 방식으로, 상습 결빙 구간의 도로 주변에 설치된 기둥(전봇대, 가로등 등)에 근적외선(Near-infrared, NIR) 또는 단파적외선(Short-Wave Infrared, SWIR)의 센서를 고정 설치하여 집중적으로 도로의 결빙 상태를 관찰할 수 있다. 이러한 센서를 기둥에 설치하는 방식은 센서를 노면에 설치하는 방식에 비해 설치 방법이 간편하기는 하지만, 센서가 고정되어 있어 유동적인 겨울철 도로 환경의 상태 변화를 광범위적으로 관찰하는데 제약이 있다는 문제점이 있다.
도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 센서를 차량에 부착하는 방식은 적외선 기반이 광검출 방식 또는 비젼 영상 처리 방식을 사용하는데, 비젼 영상 처리 방식은 차량 후면이나 옆면 등에 이미지 센서를 직접 고정 설치하기 때문에 설치 방법이 간편하고, 센서가 고정 설치되는 방식에 비해 움직이는 차량의 특성을 활용하여 광범위한 도로 노면 상태를 즉각적으로 알 수 있다.
상기한 적외선 기반 광검출 방식 중에서 SWIR, 즉 1~3㎛ 파장 대역을 사용하는 도로 표면 검출 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이, Si 및 InGaAs 검출기에서 감지에 사용된 VIS, NIR 및 InGaAs NIR 범위를 나타낸 것으로서. 해당 파장 대역의 광에 장시간 노출되어도 시각적으로 안전한 눈 안전(eye safety) 문제에서 자유롭다. 또한, SWIR을 이용한 도로 표면 검출 방식은 도로 표면 상태 검출을 위해 필요한 물과 얼음의 반사율(reflectance) 값이 상당한 차이를 가지고 있어 쉽게 분별할 수 있는 장점이 있다. 그러나, SWIR 광원은 저전력 및 소형화가 어려우며, 검출기(Detector)가 InGaAs 기반 광검출기로 개발이 진행되어야 하기 때문에 가격이 높아 상용화가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 하나의 센서가 넓은 영역의 도로 표면을 감지하지 못하고, 센서가 추가될수록 비용이 추가된다는 단점을 해소하기 위해, 비젼 영상 처리 방식은 손쉽게 추가할 수 있는 카메라 장비를 활용하여 별도의 센서 설치 없이 비교적 넓은 영역의 도로 표면 상태를 알아낼 수 있는 알고리즘(다중 해상도(Multi-resolution) 기법, 웨이블릿 변환(wavelet transforms) 기법) 등이 개발되고 있으나, 환경정보에 의한 검출 편차가 크고 정확도가 떨어지며, 복잡한 검출 의사결정에 따른 시간지연 및 높은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 다채널 마이크로 LED를 적용한 라이다 센서를 이용하여 대상체와의 거리 정보를 포함한 3차원 공간 정보와 함께 도로 표면이 젖음, 건조, 결빙, 습기 중 어떠한 노면 상태인지 도로 표면 상태 검출하도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템은, 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하는 송신 모듈; 상기 송신 모듈에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하는 구동 모듈; 상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부를 포함하는 다채널 검출 모듈; 및 상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 제어 모듈을 포함하는 것이다.
상기 송신 모듈은 멀티 채널을 갖는 마이크로 LED를 적용한 근적외선 송출 센서인 것이다.
상기 다채널 검출 모듈은 실리콘 기반의 광검출기인 것이다.
상기 송신 모듈은, 라이다 센싱용 레이저빔을 송출하는 제1 광원; 및 도로 표면 상태를 검출하기 위한 표면 검출용 레이저빔을 송출하는 제2 광원을 포함하는 것이다.
상기 다채널 검출 모듈은, 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광된 신호와 수평 편광된 신호를 검출하는 제1 수광부; 상기 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호를 검출하는 제2 수광부; 및 상기 라이다 센싱용 반사광을 수광하는 제3 수광부를 포함하는 것이다.
상기 제1 수광부는, 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광된 신호를 검출하는 수직 편광 필터와, 상기 표면 검출용 반사광의 수평 편광된 신호를 검출하는 수평 편광 필터를 더 포함하는 것이다.
상기 제어 모듈은, 상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 상태 검출용 반사광에서 기 설정된 파장 대역의 광신호를 검출하여 광전 변환 및 증폭을 통해 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 출력하는 제1 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA); 상기 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 이용하여 정규화된 편광 콘트라스트를 계산하는 연산부; 및 파장에 따른 정규화된 편광 콘트라스트의 차이값을 이용하여 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 것이다.
상기 제어 모듈은, 상기 제1 트랜스임피던스 증폭기와 연산부 사이에 위치하여, 상기 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭하는 제1 록인 증폭기(Lock-in amplifier, LIA)를 더 포함하는 것이다.
상기 제어 모듈은, 상기 제2 수광부로부터 전송되는 상기 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호에서 기 설정된 파장 대역의 광 신호를 검출하여 광전 변환 및 증폭을 통해 전압 신호(Vd)를 출력하는 제2 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA); 및 상기 전압 신호(Vd)를 이용하여 젖음(WATER) 상태와 습기(WET) 상태를 구분하여 상태 구분 신호를 상기 판단부로 제공하는 상태 구별부를 더 포함하는 것이다.
상기 제어 모듈은, 상기 제2트랜스임피던스 증폭기와 상태 구별부 사이에 위치하여, 상기 전압 신호(Vd)를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭하는 제2 록인 증폭기(Lock-in amplifier, LIA)를 더 포함하는 것이다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템은, 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하는 송신 모듈; 상기 송신 모듈에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하는 구동 모듈; 상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부를 포함하는 다채널 검출 모듈; 및 상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 제어 모듈; 상기 제어 모듈의 제어에 따라 도로 표면 상태 정보와 3차원 공간 정보를 포함한 상태 정보를 외부의 제어 장치로 전송하고, 외부의 제어 장치로부터 제어 명령을 수신하는 통신 모듈; 및 상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 3차원 공간 정보를 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법은, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서, a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면을 향해 송출하는 단계; b) 상기 도로 표면에서 반사되어 돌아오는 표면 검출용 반사광을 검출하는 단계; 및 c) 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법은, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서, a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면을 향해 송출하는 단계; b) 상기 도로 표면에서 반사되어 돌아오는 표면 검출용 반사광을 편광된 신호와 비편광된 신호로 구분하여 검출하는 단계; 및 c) 상기 표면 검출용 반사광 중 비편광된 신호를 이용하여 젖음 상태와 습기 상태를 구분하기 위한 상태 구분 신호를 제공하고, 수직 편광과 수평 편광으로 편광된 신호에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단한 후 상기 상태 구분 신호에 기초하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법은, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서, a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 송출하는 단계; b) 상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 단계; c) 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계; 및 d) 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
이때, 상기 d) 단계는, 상기 a) 단계에서 레이저빔을 송출하는 시점을 시작 신호로 검출하는 단계; 상기 라이다 센싱용 반사광을 정지 신호로 수광하여 전압 레벨로 변환하는 단계; 및 상기 시작 신호와 정지 신호의 시간 차이를 이용하여 거리 정보를 구하고, 상기 라이다 센서를 통해 취득한 깊이 정보를 통합하여 3차원 공간 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다채널 마이크로 LED와 실리콘 기반의 광검출기를 적용한 다채널 라이다 센서를 이용하여 대상체와의 거리 정보를 포함한 3차원 공간 정보와 함께 도로 표면이 젖음, 건조, 결빙, 습기 중 어떠한 노면 상태인지 도로 표면 상태를 시간지연 없이 정확하게 검출할 수 있고, 기존의 도로 표면 상태 검출 방식에 비해 저가격화 광원 및 광검출기를 구현할 수 있어 저전력, 소형화 및 상용화가 수월해질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 도로 표면 상태 검출 방식을 설명하는 도면이다.
도 2는 일반적인 Si 및 InGaAs 검출기의 양자 효율 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 표면 상태 검출을 위한 라이다 센서의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출을 위한 라이다 센서의 구성을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 수면에서의 입사 편광에 대한 반사율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 정보를 제공하기 위한 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 공간 정보를 제공하기 위한 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템을 설명하는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 표면 상태 검출을 위한 라이다 센서의 구성을 설명하는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출을 위한 라이다 센서의 구성을 설명하는 도면이다.
일반적으로 라이다 센서는 레이저를 이용하여 감지 범위 내에서 특정 지점까지 측정된 거리 값에 대한 3차원 공간 정보를 제공하는 것으로서, 특정 지점 또는 대상체까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질분포 및 농도 특성을 감지할 수 있다.
본 발명은 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템으로서, 3차원 공간 정보와 함께 도로 표면 상태 정보를 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템은, 송신 모듈(111), 구동 모듈(112), 다채널 검출 모듈(113), 제어 모듈(120), 통신 모듈(130), 디스플레이부(140)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
라이다 센서(110)는 송신 모듈(111), 구동 모듈(112) 및 다채널 검출 모듈(113)을 포함한다. 송신 모듈(111)은 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하고, 구동 모듈(112)은 송신 모듈(111)에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하며, 다채널 검출 모듈(113)은 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부(113a, 113b, 113c)를 포함한다.
이때, 송신 모듈(111)은 멀티 채널을 갖는 마이크로 LED를 적용한 근적외선 송출 센서로 구성될 수 있어, 850~940nm의 파장 대역의 근적외선을 송출함으로써 기존의 LD/VCSEL에 비해 저가격화 광원을 구현할 수 있다.
송신 모듈(111)은, 라이다 센싱용 레이저빔을 송출하는 복수의 마이크로 LED들로 이루어진 제1 광원(111a)과, 도로 표면 상태를 검출하기 위한 표면 검출용 레이저빔을 송출하는 적어도 하나 이상의 마이크로 LED를 포함하는 제2 광원(111b)을 포함한다.
구동 모듈(112)은 레이저빔을 특정 각도로 송출하기 위해 회전 거울을 회전시키기 위한 것으로서, 레이저빔의 방향을 바꿔 라이다 센서(110)가 측정할 수 있는 범위(FoV)를 가지도록 한다.
다채널 검출 모듈(113)은 단일 수광부가 아닌 다수의 수광부(113a, 113b, 113c)를 가진 멀티채널 형태로 형성되어, 라이다 센싱용 반사광을 수광하여 수평축 및 수직축의 거리 정보를 측정할 수 있도록 할 뿐만 아니라 표면 검출용 반사광을 수광하여 노면 상태를 확인할 수 있도록 한다. 따라서, 라이다 센서(110)는 대상체까지의 거리 뿐만 아니라 수직 및 수평 FoV 내에서 대상체의 폭과 높이, 즉 깊이 정보를 알 수 있다. 이러한 다채널 검출 모듈(113)은 실리콘 기반의 광검출기를 적용하여 기존의 SWIR 대역의 InGaAs 광검출기에 비해 저가격의 광검출기를 구현할 수 있다.
이러한 다채널 검출 모듈(113)은 표면 검출용 반사광의 수직 편광된 신호와 수평 편광된 신호를 검출하는 제1 수광부(113a), 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호를 검출하는 제2 수광부(113b), 및 라이다 센싱용 반사광을 수광하기 위해 복수의 광검출기(PD)를 포함하는 제3 수광부(113c)를 포함한다.
이때, 제1 수광부(113a)는 표면 검출용 반사광의 수직 편광을 검출하는 광검출기 전단에 수직 편광 필터(115a)가 배치되고, 표면 검출용 반사광의 수평 편광을 검출하는 광검출기 전단에 수평 편광 필터(115b)가 배치되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 라이다 센서(110)는 제2 광원(111b)에서 도로 표면을 향해 송출된 레이저빔이 도로 표면으로부터 반사되어 되돌아오는 표면 검출용 반사광을 제1 수광부(113a)와 제2 수광부(113b)에서 각각 검출하게 된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 라이다 센서(110)는 제1 광원(111a)에서 대상체를 향해 송출된 레이저빔이 대상체로부터 반사되어 되돌아오는 라이다 센싱용 반사광을 제3 수광부(113c)에서 검출한다.
제어 모듈(120)은 다채널 검출 모듈(113)에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공한다.
통신 모듈(130)은 통신망과 연동하여 제어 모듈(120)에 따라 도로 표면 상태 정보와 3차원 공간 정보를 포함한 상태 정보를 외부의 제어 장치로 전송하고, 외부의 제어 장치로부터 제어 명령을 수신한다. 여기서, 통신 모듈(130)은 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.
여기서, 외부의 제어 장치는 도로 정보를 취합하여 관리하는 도로 관리 서버(200)일 수 있고, 도로 관리 서버(200)는 각 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템으로부터 도로 표면 상태 정보를 수집하여, 운전자 또는 도로 이용자들에게 각 도로별 도로 표면 상태 정보를 제공하여 노면에서 발생하는 사고를 사전에 방지하여, 습윤, 적설, 빙판 등의 악천후 도로 상태를 효율적으로 관리할 수 있다.
이러한 도로 관리 서버(200)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도로 관리 서버(200)는 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 스마트폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
디스플레이부(140)는 제어 모듈(120)의 제어에 따라 3차원 공간 정보를 출력한다. 이때, 디스플레이부(140)는 차량의 경우에 차량의 센터페시아 전면에 설치될 수 있고, 통신 모듈(130)을 통해 통신망으로 연결된 사용자 단말의 화면이 될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템이 차량에 적용될 경우에, GPS 센서, 카메라, 레이더, 자이로스코프(속도, 방향 변환 측정) 등의 센서들, 메모리/비메모리 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 제어 모듈(120)은 차량의 행동 지시를 판단할 수 있는 소프트웨어 알고리즘, ECU(Electronic Control Unit)/DCU(Domain Control Unit)를 포함하는 것으로서 지능형 통합 제어 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈의 구성을 설명하는 도면이고, 도 7은 수면에서의 입사 편광에 대한 반사율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제어 모듈(120)은 제1 트랜스임피던스 증폭기(TIA)(121), 제1 록인 증폭기(LIA)(122), 연산부(123), 판단부(124), 제2 TIA(125), 제2 LIA(126), 상태 검출부(127)를 포함한다.
제1 TIA는 다채널 검출 모듈(113)의 제1 수광부(113a)에서 검출된 표면 상태 검출용 반사광에서 기 설정된 파장 대역의 광신호를 검출하여 광전 변환 및 증폭을 통해 수직 편광 성분의 전압 신호와 수평 편광 성분의 전압 신호를 출력한다.
제1 LIA(122)는 제1 TIA(121)와 연산부(123) 사이에 위치하여 수직 편광 성분의 전압 신호와 수평 편광 성분의 전압 신호를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭한다. 이러한 LIA(122, 126)는 노이즈를 제거하고 미세한 광신호를 검출할 수 있는데, 기준 주파수를 기준으로 선택적으로 노이즈가 섞인 미세한 신호 중에서 검출하려는 시호만을 추출할 수 있다.
연산부(123)는 수직 편광(TE (Transverse Electric Field, TE, S 편광) 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분(Transverse Magnetic Field, TM, P 편광)의 전압 신호(Vp)를 이용하여 하기한 수학식 1을 이용하여 정규화된 편광 콘트라스트(Normarizaed Polarization Contrast, NC)를 계산한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, α는 도로 상태 계수(Road condition coefficient)이다.
판단부(124)는 파장에 따른 정규화된 편광 콘트라스트(NC)의 차이값을 이용하여 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태를 판단한다. 이때, NC는 도로 표면의 표면 반사가 큰 영역과 작은 영역을 구분하여 도로의 젖은 표면을 분류할 수 있는데, 도로의 젖은 부분은 반사가 심하여 편광 특성을 잘 나타나므로 수직 편광에서 밝게 나타나고, 수평 편광에서 어둡게 나타나기 때문에 Vs와 VP 간의 차이가 크게 되고, 반대로 도로의 마른 부분은 편광 특성이 없으므로 Vs와Vp 간의 차이가 거의 나타나지 않는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 입사면에 수직인 진동면을 가지는 편광의 수면에서의 반사율은 도 7의 검정색의 선으로 나타나고, 반대로 입사면에 평행인 진동면을 가지는 편광의 경우 회색 선의 반사율을 가진다. 즉, 입사면에 평행한 편광은 약 53도인 브루스터각에서 전부 흡수됨을 알 수 있다. 또한 흰색 선은 s 편광을 p 편광으로 나눈 값을 나타내는데 브루스터각인 53도 부근에서 최대의 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서 도로 면이 수면의 특성을 가진 경우 NC를 구하여 그 영역을 검출해 낼 수 있다.
제2 TIA(125)는 제2 수광부(113b)로부터 전송되는 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호를 광전 변환 및 증폭하여 전압 레벨로 변환한 전압 신호(Vd)를 출력한다.
제2 LIA(126)는 제2 TIA(125)와 상태 구별부(127) 사이에 위치하여 전압 신호(Vd)를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭 출력한다.
상태 구별부(127)는 전압 신호(Vd)를 이용하여 파장에 따른 전압 값의 차이를 이용하여 젖음(WATER) 상태와 습기(WET) 상태를 구분하여 상태 구분 신호를 판단부(124)로 제공한다.
따라서, 판단부(124)는 파장에 따른 정규화된 편광 콘트라스트의 차이값을 이용할 경우에 젖은 상태와 습기 상태가 제대로 구분되지 않을 수 있어 상태 구분 신호를 이용하여 젖은 상태와 습기 상태를 정확하게 구분하여 노면 상태를 판단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 정보를 제공하기 위한 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템은, 제3 TIA(128), TDC(Time to Digital Converter)(129), MCU(120)을 포함하고 있어 라이다 센서(110)를 통해 측정된 거리 정보를 이용하여 3차원 공간 정보를 제공할 수 있다.
제3 TIA(128)는 제3 수광부(113c)에서 검출된 라이다 센싱용 신호를 정지 신호(또는 도착 신호)로 수신하여 전압 레벨로 변환한다.
TDC(129)는 MCU(120)에서 제1 광원(111a)으로 레이저빔의 송출을 지시하는 제어 명령이 전송되면, 이 제어 명령을 시작 신호(또는 출발 신호)로 측정하고, 정지 신호와 시작 신호의 시간차이를 계산한다. 이때, 정시 신호와 시작 신호의 시간 차이는 대상체와 라이다 센서(110) 사이에서 광신호(레이저빔)이 왕복하는데 걸린 시간 이므로, 광속도를 곱하고 반으로 나누어 거리를 계산하게 된다.
MCU(120)는 TDC(129)에 의해 계산된 거리 정보와 수직 및 수평 FoV 내에서 대상체의 폭과 높이, 즉 깊이 정보를 취득한 후 거리 정보와 깊이 정보를 통합하여 3차원 공간 정보를 생성하여 디스플레이부(140)를 통해 출력할 수 있다. 이때, 현재 차량은 MCU 기반의 분산 처리형 전자제어장치(ECU)가 탑재되어 있고, MCU(120)는 차량 정보처리 및 연산 기능을 수행하는 ECU를 구성하는 최소단위의 핵심 부품이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법은, 송신 모듈(111)은 근적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면을 향하도록 송출한다(S11).
제1 수광부(113a)와 제2 수광부(113b)는 도로 표면에서 반사되어 돌아오는 표면 검출용 반사광으로 수광하는데(S12), 제1 수광부(113a)는 수직 편광 신호와 수평 편광 신호로 구분하여 수신하고(S13), 제2 수광부(113b)는 편광되지 않은 신호(비편광 신호)로 수신한다.
제어 모듈(120)은 수직 편광 신호와 수평 편광 신호를 각각 광전 변환 및 증폭하여 전압 레벨로 변환하여 수직 편광의 전압 신호와 수평 편광의 전압 신호를 생성하고(S14), 수직 편광의 전압 신호와 수평 편광의 전압 신호를 이용하여 정규화된 편광 콘트라스트를 구한다(S15). 제어 모듈(120)은 파장별 정규화된 편광 콘트라스트의 차이값을 이용하여 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공한다(S16, S17).
이때, 제어 모듈(120)은 정규화된 편광 콘트라스트의 차이값으로 명확하게 구분이 되지 않은 젖음 상태와 습기 상태는 비편광 신호를 전압 레벨로 변환하고, 파장별 비편광 신호의 전압값의 차이를 이용하면 젖음 상태가 확연히 구분되므로, 젖음 상태와 습기 상태를 구분하기 위한 상태 구분 신호를 이용하여 정확한 도로 표면 상태 정보를 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 공간 정보를 제공하기 위한 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 라이다 센서(110)의 제1 광원(111a)은 대상체를 향해 레이저빔을 송출하고, 제3 수광부(113c)는 대상체로부터 반사되어 돌아오는 라이다 센싱용 반사광을 수광한다.
이때, TDC(129)는 MCU(120)에서 제1 광원(111a)으로 레이저빔 송출을 지시하는 제어 명령이 전송되면, 이를 시작 신호로 수신하고(S21), 라이다 센싱용 반사광을 전압 레벨로 변환한 전압 신호를 정지 신호로 검출한다(S22, S23).
TDC(129)는 시작 신호와 정지 신호의 시간 차이를 이용하여 거리 정보를 계산하고(S24), 취득한 깊이 정보와 거리 정보를 이용하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공한다(S25). 이때, 제어 모듈(120)은 멀티 채널의 라이다 센서(110)와 레이저 센서, 초음파 센서, GPS 센서 등을 다양한 센서들과 연동하여 대상체와의 3차원 공간 정보 내 포트홀이나 도로 평탄성 등의 검출 결과를 포함시킬 수 있다. 또한, 제어 모듈(100)은 도로 관리 서버(200)와 연동하여 3차원 공간 정보와 GPS 데이터를 이용하여 포트홀 감지 위치와 도로 평탄성 측정 위치를 GIS와 연동하여 데이터베이스화할 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10의 각 단계들은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 라이다 센서
111 : 송신 모듈
112 : 구동 모듈
113 : 다채널 검출 모듈
120 : 제어 모듈
130 : 통신 모듈
140 : 디스플레이부
121 : 제1 TIA
122 : 제1 LIA
123 : 연산부
124 : 판단부
125 : 제2 TIA
126 : 제2 LIA
127 : 상태 검출부
128 : 제3 TIA
129 : TDC

Claims (15)

  1. 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하는 송신 모듈;
    상기 송신 모듈에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하는 구동 모듈;
    상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부를 포함하는 다채널 검출 모듈; 및
    상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 제어 모듈을 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 모듈은 멀티 채널을 갖는 마이크로 LED를 적용한 근적외선 송출 센서인 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다채널 검출 모듈은 실리콘 기반의 광검출기인 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 모듈은,
    라이다 센싱용 레이저빔을 송출하는 제1 광원; 및
    도로 표면 상태를 검출하기 위한 표면 검출용 레이저빔을 송출하는 제2 광원을 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다채널 검출 모듈은,
    상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광된 신호와 수평 편광된 신호를 검출하는 제1 수광부;
    상기 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호를 검출하는 제2 수광부; 및
    상기 라이다 센싱용 반사광을 수광하는 제3 수광부를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 수광부는,
    상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광을 검출하는 수직 편광 필터와, 상기 표면 검출용 반사광의 수평 편광을 검출하는 수평 편광 필터를 더 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 상태 검출용 반사광에서 기 설정된 파장 대역의 광신호를 검출하여 광전 변환 및 증폭을 통해 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 출력하는 제1 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA);
    상기 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 이용하여 정규화된 편광 콘트라스트를 계산하는 연산부; 및
    파장에 따른 정규화된 편광 콘트라스트의 차이값을 이용하여 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제1 트랜스임피던스 증폭기와 연산부 사이에 위치하여, 상기 수직 편광 성분의 전압 신호(Vs)와 수평 편광 성분의 전압 신호(Vp)를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭하는 제1 록인 증폭기(Lock-in amplifier, LIA)를 더 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제2 수광부로부터 전송되는 상기 표면 검출용 반사광의 비편광된 신호에서 기 설정된 파장 대역의 광 신호를 검출하여 광전 변환 및 증폭을 통해 전압 신호(Vd)를 출력하는 제2 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA); 및
    상기 전압 신호(Vd)를 이용하여 젖음(WATER) 상태와 습기(WET) 상태를 구분하여 상태 구분 신호를 상기 판단부로 제공하는 상태 구별부를 더 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제2트랜스임피던스 증폭기와 상태 구별부 사이에 위치하여, 상기 전압 신호(Vd)를 기 설정된 기준 주파수에 고정시켜 증폭하는 제2 록인 증폭기(Lock-in amplifier, LIA)를 더 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  11. 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 송출하는 송신 모듈;
    상기 송신 모듈에서 송출되는 레이저빔이 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 기 설정된 각도로 레이저빔의 방향을 조정하는 구동 모듈;
    상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 적어도 하나 이상의 수광부를 포함하는 다채널 검출 모듈; 및
    상기 다채널 검출 모듈에서 검출된 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하고, 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 제어 모듈;
    상기 제어 모듈의 제어에 따라 도로 표면 상태 정보와 3차원 공간 정보를 포함한 상태 정보를 외부의 제어 장치로 전송하고, 외부의 제어 장치로부터 제어 명령을 수신하는 통신 모듈; 및
    상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 3차원 공간 정보를 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템.
  12. 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서,
    a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면을 향해 송출하는 단계;
    b) 상기 도로 표면에서 반사되어 돌아오는 표면 검출용 반사광을 검출하는 단계; 및
    c) 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법.
  13. 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서,
    a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면을 향해 송출하는 단계;
    b) 상기 도로 표면에서 반사되어 돌아오는 표면 검출용 반사광을 편광된 신호와 비편광된 신호로 구분하여 검출하는 단계; 및
    c) 상기 표면 검출용 반사광 중 비편광된 신호를 이용하여 젖음 상태와 습기 상태를 구분하기 위한 상태 구분 신호를 제공하고, 수직 편광과 수평 편광으로 편광된 신호에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단한 후 상기 상태 구분 신호에 기초하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법.
  14. 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 시스템에 의해 수행되는 도로 표면 상태 검출 방법에 있어서,
    a) 기 설정된 적외선 파장 대역의 레이저빔을 도로 표면 또는 대상체를 향하도록 송출하는 단계;
    b) 상기 도로 표면 또는 대상체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 표면 검출용 반사광과 라이다 센싱용 반사광으로 구분하여 검출하는 단계;
    c) 상기 표면 검출용 반사광의 수직 편광과 수평 편광에 대한 스펙트럼 분석을 통해 도로 표면의 건조(DRY) 상태, 결빙(ICE) 상태, 젖음(WATER) 상태, 습기(WET) 상태 중 어느 하나의 노면 상태로 판단하여 도로 표면 상태 정보를 제공하는 단계; 및
    d) 상기 라이다 센싱용 반사광을 분석하여 대상체와의 3차원 공간 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 a) 단계에서 레이저빔을 송출하는 시점을 시작 신호로 검출하는 단계;
    상기 라이다 센싱용 반사광을 정지 신호로 수광하여 전압 레벨로 변환하는 단계; 및
    상기 시작 신호와 정지 신호의 시간 차이를 이용하여 거리 정보를 구하고, 상기 라이다 센서를 통해 취득한 깊이 정보를 통합하여 3차원 공간 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인, 라이다 센서를 이용한 도로 표면 상태 검출 방법.
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