KR101284832B1 - 거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치 - Google Patents

거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치 Download PDF

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Abstract

거리를 측정하고자 하는 표적에 대하여 이진 형태의 측정 데이터를 생성하고 메모리에 누적 저장하는 과정을 미리 설정된 설정 횟수만큼 반복 수행하여 누적 데이터를 획득한다. 이후 누적 데이터들로부터 획득되는 표적 신호들 중에서 피크 신호를 선택하고 선택된 피크 신호의 주변 신호들을 선택하고, 선택한 신호들에 대하여 가중치를 적용한 값들을 토대로 표적 거리를 획득한다.

Description

거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치{Method for measuring distance and laser distance measuring device using the method}
본 발명은 거리 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 거리 측정 방법과 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치에 관한 것이다.
종래의 레이저 거리 측정 장치는 일반적으로 수 메가와트의 고출력 레이저를 사용하므로, 표적으로부터 반사된 신호(표적 신호)의 크기가 광 잡음, 검출기 잡음, 증폭기 잡음 등으로 구성되는 시스템 잡음보다 매우 높아서, 간단한 문턱검출방식(Threshold Detection Method)을 통해서도 용이하게 표적 신호를 검출할 수 있었다.
그러나 고출력 레이저는 사람의 눈을 손상시킬 수 있는 위험성이 있기 때문에, 최근에는 레이저 출력이 규제되면서 눈에 안전한 저출력 레이저 다이오드를 이용한 거리 측정 장치의 필요성이 부각되고 있다. 이에 따라 측정 거리 증대를 위한 새로운 방식의 신호 처리 기술 연구가 경쟁적으로 이루어지고 있다.
이러한 눈 보호용 레이저 다이오드 거리 측정 장치의 대표적인 예로는 현재 시판되고 있는 측지용 광파거리 측정 장치가 있다. 그러나 이 측정 장치는 변조된 레이저빔을 표적 위치에 설치된 되반사 거울(retroreflector)을 향해 발사한 후, 되반사 거울에서 반사된 신호의 위상을 검출하여 거리를 측정하는 방식이기 때문에, 되반사 거울을 사용하지 않고 펄스 검출 방식을 사용하는 거리 측정 장치와는 신호 처리 기술 원리가 근본적으로 다르다.
저출력 레이저 다이오드를 이용하고 펄스 검출 방식을 이용한 거리 측정 장치에서는 표적으로부터 반사되는 표적 신호의 출력이 광 잡음, 검출기 잡음, 증폭기 잡음 등으로 구성되는 시스템 잡음보다 작기 때문에, 표적 신호를 검출하기가 용이하지 않다. 이에 따라 시력 보호용 저출력 레이저 다이오드를 사용하는 거리 측정 장치에서 표적 신호를 정확하게 검출할 수 있는 신호 처리 기술이 요구되고 있다.
이에 따라 저출력 레이저 다이오드를 이용하여 거리를 측정하는 기술로, 대한민국 특허 등록 번호 "10-0464584"에 기재된 "레이저 거리 측정 장치 및 그 방법"이 있다. 이 기술은 저출력 레이저 다이오드를 사용하면서 펄스 검출 방식에 따라 거리를 측정한다. 그러나 이 기술은 거리 측정 분해능이 하드웨어 성능에 의존적이다. 그러므로 보다 정확하게 거리를 측정하는 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보다 향상된 거리 측정 분해능을 가지는 거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.
위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 거리 측정 방법은, 표적으로부터 반사되어 입력되는 레이저광을 수신하고 처리하여 측정 데이터를 생성하고, 측정 데이터를 누적 데이터로 저장하는 과정을 복수회 반복 수행하는 단계; 상기 과정을 복수회 수행한 다음에, 저장된 누적 데이터들 중에서 문턱값을 초과하는 데이터를 표적 신호로 검출하는 단계; 상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하는 단계; 상기 저장된 누적 데이터들 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하는 단계; 및 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용한 값을 토대로 상기 표적까지의 거리인 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 표적 거리를 획득하는 단계는, 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치(각 신호의 크기)를 적용하는 단계; 상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계; 상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계는 상기 피크 신호와 피크 주변 신호들이 저장된 메모리의 인덱스 값들에 대하여 각각 가중치를 적용할 수 있으며, 여기서 가중치는 해당 신호의 크기를 나타낸다.
본 발명의 다른 특징에 따른 거리 측정 방법은, 거리를 측정하고자 하는 표적에 대하여 이진 형태의 측정 데이터를 생성하고 메모리에 누적 저장하는 과정을 미리 설정된 횟수만큼 반복 수행하는 단계; 상기 과정을 상기 설정 횟수만큼 반복 수행한 다음에 상기 메모리에 저장된 데이터들 중에서 피크 신호를 선택하는 단계; 상기 메모리에 누적 저장된 데이터들을 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하며, 상기 피크 주변 신호들은 양의 값을 가지는 단계; 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계; 상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계; 상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 레이저 거리 측정 장치는, 레이저광을 이용하여 표적까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에서, 상기 표적에서 반사되는 레이저광을 수신하여 전기적인 신호로 출력한 후, 상기 전기 신호에 포함된 잡음 성분을 제거한 다음 이진 신호인 측정 데이터로 출력하는 레이저 수신부; 이전 누적 데이터가 저장되어 있는 프레임 램을 포함하고, 상기 레이저 수신부로부터 출력되는 측정 데이터와 상기 프레임 램에 저장된 이전 누적 데이터를 합산하여 다시 프레임 램에 저장하는 과정을 설정 시간 동안 반복 수행하는 누적 처리부; 및 상기 프레임 램에 저장된 누적 데이터들로부터 표적 신호들을 검출하고, 상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하고, 상기 피크 신호의 주변에 있는 피크 주변 신호들과 상기 피크 신호를 토대로 상기 표적까지의 거리를 산출하는 거리 측정부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저를 이용한 거리 측정시에 장치의 하드웨어 구성을 변경하지 않고도 거리 측정 분해능을 향상시켜 보다 정확하게 표적까지의 거리를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 수신부의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부의 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부의 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 처리되는 잡음 및 신호의 분포도 특성을 나타낸 예시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 수신부에서 처리되어 출력되는 아날로그 신호 파형 및 이진 검출신호 출력을 나타낸 예시도이다.
도 9는 종래의 거리측정에 따라 발생되는 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명에 실시 예에 따른 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정 데이터의 한 예를 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 장치에 의하여 측정된 누적 데이터의 예를 나타낸 도이다.
도 13은 표적의 거리에 따른 누적 데이터의 결과들을 나타낸 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치(1)는 레이저 출력부(100), 레이저 수신부(200), 누적 처리부(300), 거리 측정부(400), 및 디스플레이부(500)를 포함한다.
레이저 출력부(100)는 레이저광을 표적으로 출력하며, 근적외선 대역의 레이저광을 출력하는 레이저 다이오드를 포함한다.
레이저 수신부(200)는 표적으로부터 반사되는 레이저광을 수신하며, 구체적으로 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저광(이하, 제1 레이저광이라고 명명함)을 수신 및 처리하여 레이저 발진 신호를 출력하는 제1 수신부(210), 및 레이저 출력부(100)로부터 출력된 후 표적에서 반사되는 레이저광(이하, 제2 레이저광이라고 명명함)을 수신 및 처리하여 측정 데이터를 출력하는 제2 수신부(220)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 수신부의 상세 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 2에서와 같이, 제1 수신부(210)는 제1 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하는 제1 광 검출기(211), 제1 광 검출기(211)에서 출력되는 광 전류 신호를 증폭한 후 해당하는 전압 신호로 출력하는 제1 증폭기(212), 및 전압 신호를 필터링시켜 레이저 발진 신호로 출력하는 필터(213)를 포함한다.
제2 수신부(220)는 표적 신호 측정을 위한 아날로그 신호 처리부라고 명명할 수 있으며, 제2 광 검출기(221), 제2 증폭기(222), 미분기(223), 정합필터(224), 영전압 검출기(225)를 포함한다.
제2 광 검출기(221)은 제2 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하며, 예를 들어, APD(Avalanche Photo Diode)를 포함한다. 제2 증폭기(222)는 제2 광 검출기(221)에서 출력되는 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 출력한다.
미분기(223)는 제2 증폭기(222)로부터 출력되는 전압 신호를 미분한다. 이에 따라 전압 신호의 크기 및 펄스 폭 변동에 의한 검출오차를 최소화하고 전압 신호에 중첩된 직류성분을 제거한다. 정합 필터(224)는 미분된 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 미분 신호를 필터링하여 신호대잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 극대화한다.
영전압 검출기(225)는 정합 필터(224)에 의하여 필터링되어 출력되는 신호를 이진 검출 신호인 측정 데이터로 변환하는 신호 변환부로서 기능한다. 구체적으로 필터링된 전압을 영전압과 비교하여 +전압은 1, -전압은 0인 1비트의 이진 신호인 측정 데이터로 변환 출력한다. 이러한 신호 변환부로 영전압 검출기가 사용되었지만 이에 한정되지 않고 A/D 변환기 등의 다른 신호 변환 수단이 사용될 수 있다.
한편 누적 처리부(300)는 레이저 수신부(200)로부터 출력되는 레이저 발진 신호와 측정 데이터를 수신하고, 측정 시간 동안 측정 데이터를 누적 처리한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부(300)는 검출 신호 즉, 측정 데이터를 N회 누적 저장하는 데이터 누적부(310) 및 발진 신호를 출력하는 발진기(320)를 포함한다.
데이터 누적부(310)는 시프트 레지스터(311), 가산기(312), 프레임 램(313), 타이밍 제어부(314), 거리 계수부(315), 주소 제어부(316)을 포함한다.
시프트 레지스터(311)는 제2 수신부(220)에서 출력되는 측정 데이터를 순차적으로 저장하며, 프레임 램(313)에는 이전 누적 데이터가 저장되어 있다.
가산기(312)는 시프트 레지스터(311)로부터 출력되는 측정 데이터와 프레임 램(313)에 저장된 이전 누적 데이터를 합산하여 프레임 램(313)에 저장한다.
한편 타이밍 제어부(314)는 발진기(320)로부터 제공되는 발진 신호에 따라 신호 처리에 필요한 다수의 제어 신호를 생성한다.
거리 계수부(315)는 타이밍 제어부(314)의 제어에 따라 측정 시간을 카운트한다. 주소 제어부(316)는 타이밍 제어부(314)로부터 출력되는 제어 신호를 토대로 프레임 램(313)에 저장된 누적 데이터들 중에서 출력되거나 입력되어야 하는 주소를 설정하여 해당 주소의 누적 데이터가 출력되어 가산기(312)로 제공되거나, 가산기(312)로부터 출력되는 데이터가 프레임 램(313)의 해당 주소에 입력되어 저장되도록 한다.
여기서, 타이밍 제어부(314)는 제1 수신부(210)로부터 출력되는 레이저 발진 신호에 따라 레이저 시작 펄스를 출력하고, 거리 계수부(315)는 레이저 시작 펄스에 따라 측정 시간을 카운트하기 시작하며, 설정 시간이 경과되면 레이저 멈춤 펄스를 출력하면서 카운트 동작을 종료한다. 타이밍 제어부(314)는 레이저 시작 펄스를 출력함과 동시에 시프트 레지스터(311)와 주소 제어부(316)를 구동시켜 제2 수신부(220)에서 출력되는 측정 데이터가 저장, 합산 및 누적 처리되는 데이터 누적 처리 동작이 이루어지도록 한다. 즉, 측정 데이터가 시프트 레지스터(311)에 저장되었다가 출력되면서 가산기(312)에 의하여 프레임 램(313)에 저장되었던 이전 누적 데이터와 합산되어, 다시 프레임 램(313)에 저장되는 데이터 누적 처리 동작이 이루어진다. 타이밍 제어부(314)는 거리 계수부(315)로부터 출력되는 레이저 멈춤 펄스에 따라 데이터 누적 처리 동작을 종료시킨다. 이러한 데이터 누적부(310)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현될 수 있다.
한편, 거리 측정부(400)는 누적 처리부(300)에 누적 저장된 측정 데이터들 즉,누적 데이터를 토대로 표적까지의 거리를 측정하며, 특히 설정 조건을 만족하는 측정 데이터들에 대하여 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 측정 데이터들을 토대로 표적까지의 거리를 측정한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부의 구조를 나타낸 도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부(400)는 표적 신호 검출부(410), 피크 신호 검출부(420), 거리 검출부(430)를 포함하고, 이외에도, 동작 제어부(440) 및 인터페이스/통신부(450)를 더 포함한다.
표적 신호 검출부(410)는 누적 이진 검출 알고리즘(Cumulative Binary Detection Algorithm)을 이용하여 누적 처리부(300)의 프레임 램(313)에 저장된 누적 데이터로부터 표적 신호를 찾아낸다. 여기서, 표적 신호는 레이저 출력부(100)로부터 출력된 후 표적에 반사되어 입사되는 레이저광(제2 레이저광)에 해당하는 신호로서, 잡음이 제거된 순수 레이저광에 해당하는 신호이다.
피크 신호 검출부(420)는 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 즉, 피크값을 가지는 피크 신호를 검출한다.
거리 검출부(430)는 검출된 표적 신호들과 피크 신호를 판독하여 거리 정보를 생성한다. 즉, 표적까지의 거리를 검출한다. 본 발명의 실시 예에 따른 거리 검출부(430)는 피크 신호와 피크 신호를 기준으로 주변에 있는 일정 개수의 신호들에 대하여 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 신호들을 토대로 표적까지의 거리를 검출한다. 이에 대해서는 추후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
한편 동작 제어부(440)는 표적 신호 검출부(410), 피크 신호 검출부(420), 및 거리 검출부(430)에 의하여 수행되는 거리 정보 생성 과정을 제어하며, 인페이스/통신부(450)는 거리 검출부(430)에서 출력되는 거리 정보를 디스플레이부(500)로 출력하고 이외에도 외부 장치(도시하지 않음)와의 연동 기능을 수행한다. 이러한 구조로 이루어지는 거리 측정부(400)는 DSP(digital signal processer)로 구현될 수 있다.
다음에는 이러한 구조로 이루어지는 레이저 거리 측정 장치를 토대로, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 누적 이진 검출 알고리즘에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 처리되는 잡음 및 신호의 분포도 특성을 나타낸 예시도이다.
누적 이진 검출 알고리즘은 이진 검출 신호인 측정 데이터를 누적하여 신호 대 잡음비를 증가시키는 방법으로, 신호와 잡음은 비상관성(Uncorrelation)을 유지하고, 표적 신호는 동일한 시간에 발생하며, 잡음은 평균이 0인 정규분포(Gaussian Distribution)를 이룬다는 가정 하에서 수행된다.
이러한 가정을 토대로 하여, 평균이 0인 정규 분포를 가지는 잡음 신호에 따른 전압에 대하여, +전압은 1로 - 전압은 0으로 출력하고 그 결과를 누적 저장하는 과정을 N번 수행하면, N번 수행에 따라 누적된 잡음 분포의 평균은 0.5N이 되고 표준 편차는 0.5vN이 된다.
이러한 특성을 가지는 정규 분포 잡음에 도 5의 (a)에 예시되어 있듯이 신호(예를 들어, 표적 신호)가 중첩되어 있는 경우, 이러한 신호를 영전압 검출기를 통하여 도 5의 (b)에 예시되어 있듯이 +전압은 1로 - 전압은 0으로 출력하고 누적하는 과정을 수행하면, N번 수행에 따라 누적된 신호의 확률 분포가 도 5의 (c)에 도시되어 있듯이 중첩된 신호의 크기만큼 평행 이동하게 된다. 따라서, N번 누적된 누적 확률분포의 평균은 pN이 되고 표준편차는
Figure 112011104633216-pat00001
이 되며, 신호대잡음비는 vN배만큼 향상된다. 여기서, p는 신호가 존재할 때 영전압 검출기의 출력이 1일 확률이다.
따라서, 누적 이진 검출 알고리즘에서의 오경보율(표적 신호가 아닌 것을 표적 신호로 잘못 검출하게 되는 확률), 및 검출 확률 PD는 문턱대 잡음비 및 신호대잡음비에 따라 아래 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011104633216-pat00002
Figure 112011104633216-pat00003
여기서,
FAR : 오경보율(false alarm rate)
NS : 거리 측정 샘플수 = 최대 측정 거리/거리 측정 분해능
N : 누적회수
LT : 문턱값 = 0.5vN(TNR) + 0.5N
TNR : 문턱대잡음비(threshold-to-noise rate)
SNR(1) : 시스템의 신호대잡음비(signal-to-noise rate)
SNR(N) : N회 누적시의 신호대잡음비 = vN(SNR(1))
를 나타낸다.
이러한 수학식 1과 수학식2로 표현되는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘의 효과를 예를 들어 설명한다.
예를 들어, 설계사양으로 오경보율 0.1% 이하, 검출확률 99.9% 이상, 최대측정거리 3000m, 거리측정 분해능 1m, 누적회수 1024회가 주어졌다고 가정하자. 위에 기술된 수학식에 따라 NS=3000이므로 LT=592, TNR=5, SNR(1024)=8.1, SNR(1)=0.253이 된다. 이 결과는 시스템 잡음의 1/4 크기에 해당하는 표적신호 즉, 잡음 속에 묻혀있는 신호를 검출할 수 있다는 것을 보여주는데, 이는 종래의 거리 측정 장치에 사용되고 있는 레이저의 1/32 이하의 출력으로도 동일한 거리측정 능력을 갖는 시스템을 구현할 수 있음을 의미한다.
다음에는 이러한 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 토대로 거리 측정을 수행하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법의 흐름도이다.
먼저, 도 6에 도시되어 있듯이, 레이저 출력부(100)가 표적까지의 거리를 측정하기 위하여 저출력의 레이저광을 출력하면, 레이저 수신부(200)의 제1 수신부(210)가 출력된 레이저광을 검출하여 레이저 발진 신호를 출력한다(S100). 구체적으로 제1 수신부(210)의 제1 광검출기(21)는 레이저 출력부(100)로부터 출력된 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하고, 제1 증폭기(212)는 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 변환하며, 필터(213)는 전압 신호를 필터링한 후 레이저 발진 신호로 출력한다.
제1 수신부(210)로부터 레이저 발진 신호 즉, 레이저 출력부(100)로부터 표적으로 레이저광이 출력되었음을 나타내는 신호가 입력되면 측정 시간을 카운트한다. 데이터 누적부(310)의 타이밍 제어부(314)는 레이저 발진 신호가 입력되면 레이저 시작 펄스를 생성하여 거리 계수부(315)로 출력하며, 이에 따라 거리 계수부(315)는 거리 측정을 위한 데이터를 수신, 연산 및 저장하는 측정 시간을 카운트하기 시작한다(S110).
한편, 레이저 출력부(100)로부터 출력된 레이저광은 표적(A)에 반사되어 레이저 수신부(200)의 제2 수신부(220)로 입력된다(S120). 제2 수신부(220)는 표적으로부터 반사되어 입사되는 레이저광에 대한 잡음을 제거하는 전처리 과정을 수행하여, 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터를 생성한다(S130).
전처리 과정을 수행하여 측정 데이터를 생성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
제2 수신부(220)로 입력되는 레이저광에는 잡음도 함께 중첩되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 잡음과 함께 입력되는 저출력의 레이저광(표적으로부터 반사되는 레이저광)을 검출하기 위하여 다음과 같이 수신되는 광을 처리한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 수신부에서 처리되어 출력되는 아날로그 신호 파형 및 이진 검출신호 출력을 나타낸 예시도이다.
제2 수신부(220)의 제2 광 검출기(221)는 입사되는 광에 해당하는 광 전류 신호를 출력하고, 제2 증폭기(222)가 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 변환하여 출력한다.
이때, 제2 증폭기(222)의 출력은 도 8의 (a)에 도시되어 있듯이, 표적 신호에 시스템 잡음이 중첩되어 있다. 이러한 잡음 성분 중에서 특히, 레이저가 대기를 통과할 때 발생하는 산란광에 의한 잡음은 근거리에서는 매우 크고 거리에 따라 지수적으로 감소하는 특성을 가지기 때문에, 거리 측정시 표적까지의 거리를 잘못 측정하게 되는 오측정률을 증가시키는 원인이 된다. 종래의 문턱검출방식에 의한 신호처리에서는 시변이득제어기(Time Varying Gain Controller)를 이용하여 전체적인 증폭이득을 조절함으로써 이와 같은 문제를 해결하고 있으나, 여전히 표적신호의 크기 변동에 따른 펄스 검출 오차를 제거하지 못하는 문제점이 있다.
도 9는 종래의 거리측정에 따라 발생되는 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다. 종래 방식을 사용하는 경우에 펄스폭이 매우 짧고 거리측정 분해능이 10m 이상인 경우에는, 레이저가 대기를 통과할 때 발생하는 산란광에 의한 잡음이 측정오차에 큰 영향을 미치지는 않으나, 1m 이하의 분해능으로 거리를 측정할 시에는 큰 오차로 작용하게 된다.
본 발명의 실시 예에서는 미분기(223)가 전압 신호에 중첩되어 거리에 따라 지수적으로 감소하는 레이저의 배경 산란에 의한 전압 성분을 미분하여 제거한다. 그리고 정합 필터(224)는 미분기(223)로부터 출력되는 신호를 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 필터링하여, 미분된 신호의 고주파 잡음을 제거하여 신호 대 잡음비를 최적화한다. 이 때, 필터의 차단 주파수 fc는 레이저 펄스(레이저 출력부에서 출력되는 레이저광)의 반치폭(Full Width at Half Maximum)을 τ라 할때 1/2τ로 설계한다. 예를 들어, τ=20ns라 할 때 fc=1/2τ=25MHz로 설계한다.
이러한 미분기(223)와 정합 필터(224)의 동작에 따라, 제2 수신부(220)에서 수신 및 처리되어 출력되는 전압 신호 중에서 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 직류 성분의 산란광 잡음을 차단하는 효과가 제공된다. 여기서 레이저 출력부(100) 의 레이저 다이오드의 파워가 상승되면서 레이저광이 발생되기까지 걸리는 시간인 레이저 펄스의 상승시간을 tr 이라고 할 때, 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭은 0.35/tr을 만족한다. 예를 들어, tr=10ns이면 대역폭= 0.35/tr=35MHz가 되도록 설계될 수 있다.
또한, 오측정률이 최소화되며, 펄스 검출 오차가 효과적으로 제거된다.
도 10은 본 발명에 실시 예에 따른 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다.
위에 기술된 바와 같은 미분 동작에 의하여, 표적 신호의 첨두치를 도 10에 예시한 바와 같이, 신호의 크기에 무관하게 일정한 위치에서 검출 가능하게 되어 펄스 검출 오차가 효과적으로 제거된다.
한편 미분기(223)와 정합 필터(224)를 통과하여 잡음이 제거된 신호는 영전압 검출기(225)로 입력된다. 영전압 검출기(225)는 잡음이 제거된 신호를 이진 디지털 신호로 처리한다. 구체적으로 영전압 검출기(225)는 정합필터(224)의 출력 전압을 영전압과 비교하여 + 전압이면 1로, - 전압이면 0으로 처리하여 이진 검출 신호를 출력한다. 이러한 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터는 도 8의 (b)에 도시되어 있듯이 프레임 단위로 출력된다. 이때, 한 프레임은 NS=3000개 비트로 구성될 수 있으며, 한 비트는 거리측정 분해능 1m에 해당된다.
위에 기술된 바와 같이 제2 수신부(220)에 의하여 표적으로부터 반사되어 입사되는 레이저광에 대한 잡음을 제거하는 전처리 과정이 수행되어 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터가 생성되면, 누적 처리부(300)는 측정 데이터를 누적 처리한다(S140).
구체적으로, 누적 처리부(300)의 타이밍 제어부(314)에서 출력되는 제어 신호에 따라 시프트 레지스터(311)는 제2 수신부(220)에서 출력되는 프레임 단위의 측정 데이터를 순차적으로 고속 저장한다. 다음에 가산기(312)는 시프트 레지스터(311)에 현재 입력되어 저장된 측정 데이터와 프레임 램(313)에 저장되어 있던 이전 누적 데이터를 비트 단위로 합산하여, 그 결과를 다시 프레임 램(313)에 누적 저장하는 과정을 수행한다(S150). 이때, 주소 제어부(316)가 시프트 레지스터(311)와 프레임 램(313)으로 데이터가 저장되는 동작을 제어하며, 특히, 누적 데이터가 정확한 주소에 저장되도록 제어한다.
위에 기술된 바와 같이 측정 데이터를 연산하여 누적 처리하는 과정은 거리 계수부(315)에 의하여 카운트되는 측정 시간이 설정 시간을 경과하기까지 N회 반복 수행된다. 여기서는 N=1024회 반복 수행하였으나, 본 발명은 이러한 회수에 한정되지 않는다.
한편, 거리 계수부(315)는 타이밍 제어부(314)로부터 인가되는 레이저 시작 펄스에 따라 측정 시간을 카운트하기 시작하며, 측정 시간이 설정 시간을 초과하면 카운트 동작을 종료하고 레이저 멈춤 펄스를 타이밍 제어부(314)로 출력한다. 이와 같이, 거리 계수부(315)는 레이저 시작 펄스와 레이저 멈춤 펄스 간의 시간차를 거리 측정 분해능 1m로 계수하게 된다.
타이밍 제어부(314)는 거리 계수부(315)로부터 측정 시간이 설정 시간을 경과하여 레이저 멈춤 펄스가 출력되면, 시프트 레지스터(311), 가산기(312), 프레임 램(313), 주소 제어부(316)의 구동을 정지시켜 측정 데이터의 연산 및 누적 처리 과정을 종료한다(S160).
측정 데이터의 연산 및 누적 처리 과정이 종료되면, 누적된 데이터를 토대로 거리 측정부(400)가 표적까지의 거리를 측정한다. 여기서 동작 제어부(440)의 제어에 따라 거리 측정부(400)의 각 구성 요소가 동작하여 표적까지의 거리를 검출할 수 있다.
구체적으로, 표적신호 검출부(410)가 프레임 램(313)에 저장된 최종 누적 데이터를 판독하고, 최종 누적 데이터 중에서 문턱값 예를 들어, LT=592 이상인 데이터를 표적 신호로 검출한다(S170). 검출된 표적 신호들은 하나 이상일 수 있다. 이것은 실질적으로 거리를 측정하고자 하는 표적 근처에 다른 대상이 다수 존재하는 경우에 발생될 수 있다.
다음 피크 신호 검출부(420)가 도 7에서와 같이, 표적 신호들 중에서 피크 신호를 검출한다(S180). 피크 신호 검출부(420)는 표적 신호가 하나 이상인 경우 검출된 표적 신호들 중에 가장 높은 값을 가지는 피크 신호를 선택하고, 표적 신호가 하나인 경우에는 해당 표적 신호를 피크 신호로 선택한다. 그리고 선택된 피크 신호를 기준으로 복수개의 신호들을 선택하며, 예를 들어 피크 신호를 기준으로 각각 좌우측에 있는 복수개의 신호들(이하, 좌우 신호라고 명명함)을 선택한다(S190). 그리고 거리 검출부(430)가 선택된 피크 신호와 복수의 좌우 신호들을 토대로 표적까지의 거리 즉, 표적 거리를 측정한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피크 신호를 기준으로 선택되는 좌우 신호들을 "피크 주변 신호"라고 명명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 거리 검출부(430)는 다음과 같은 수학식 3을 토대로표적 거리를 측정한다.
Figure 112011104633216-pat00004
여기서, dest 는 표적 거리를 나타내며, i는 누적된 신호의 메모리 인덱스 값을 나타낸다. m은 피크 신호의 인덱스 위치에서 좌측 방향에 위치한 양의 신호의 인덱스를 나타내며, 특히 피크 신호로부터 처음으로 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타낸다. n은 피크 신호의 인덱스 위치에서 우측방향에 위치한 양의 신호의 인덱스를 나타내며, 특히 피크 신호로부터 처음으로 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타낸다. 한편,
Figure 112011104633216-pat00005
는 메모리 인덱스 i에서의 신호 크기를 나타낸다. 분자의
Figure 112011104633216-pat00006
는 가중치이기도 하다.
위의 수학식 3에서와 같이, 본 발명의 실시예에서, 거리 검출부(430)는 피크 신호와 피크 신호를 기준으로 좌우 피크 주변 신호들(m, m+1, m+2, …, n-2, n-1, n)에 대하여 각각 가중치(filtered(i))를 부가하고(S200), 이 가중치가 부가된 신호들을 합한 값을 피크 신호와 피크 주변 신호들의 크기 합으로 나누어 표적 거리를 검출한다(S210). 여기서, 각 신호에 대하여 부가되는 가중치는 서로 다르거나 동일할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정 데이터의 한 예를 나타낸 도이다.
예를 들어, 레이저 수신부(200)에 의하여 제2 레이저 광이, 증폭, 미분, 필터링 및 영전압 검출 과정을 통하여 이진 검출 신호인 측정 데이터로 출력되고, 측정 데이터들은 누적 처리부(300)에 의하여 측정 시간 동안 누적 처리된다. 누적된 데이터를 보정하여 누적 신호와 유사한 필터 마스크로 필터링한 후 정규화(normalization)하면, 도 11과 같은 형태의 데이터가 획득될 수 있다.
표적 신호 검출부(410)는 도 11과 같은 누적된 데이터들 중에서 설정된 문턱값 이상의 데이터들을 표적 신호로 검출한다. 문턱값 이상의 표적 신호가 복수개인 경우에는 가장 높은 값을 가지는 신호를 피크 신호로 하고, 문터값 이상의 표적 신호가 하나인 경우에는 해당 신호를 피크 신호로 한다. 도 11과 같은 데이터들 중에서 가장 높은 값(예: 4.9)을 가지는 메모리 인덱스 100의 신호가 피크 신호로 선택될 수 있다.
선택된 피크 신호를 기준으로 좌우에 위치하는 신호들 중에서 양의 값을 가지는 신호들을 선택한다. 예를 들어, 피크 신호를 기준으로 좌우 각각 2개의 신호들을 선택하면, 도 11에 따라, 98, 99, 101, 102의 메모리 인덱스 값을 가지는 신호들이 피크 주변 신호로서 각각 선택된다. 이와 같이 선택된 피크 신호와 피크 주변 신호들 각각에 대하여 가중치(예를 들어, 1.1, 3.4, 4.9, 4.5, 2.7)를 각각 부여하면서, 위의 수학식 3에 따라 표적 거리를 산출하면 다음과 같다.
이와 같이 피크 신호와 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 부가하여 표적 거리를 산출함으로써, 보다 높은 분해능으로 보다 정확하게 표적 거리를 측정할 수 있다.
산출된 표적 거리(거리 정보)는 인터페이스/통신부(324)를 통하여 디스플레이부(500)로 출력되며, 이에 따라 디스플레이부(500)를 통하여 표적까지의 거리가 디스플레이 된다(S210).
위에 기술된 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법의 분해능 향상에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 측정 장치(1)에 사용되는 레이저 다이오드는 그 파워가 약하기 때문에, 표적에서 반사되어 레이저 수신부(200)에서 수신되는 레이저 광의 신호대잡음비 즉, SNR이 낮을 수 밖에 없다. 그러나 SNR이 1보다 큰 경우 반복 측정 결과를 누적하면 신호의 검출 확률을 높일 수 있다.
이에 따라 위에 기술된 바와 같이, 레이저 수신부(200)는 수신되는 미약한 레이저 신호를 적절한 문턱값으로 이진화하여 누적 처리부(300)에 저장하며, 이러한 과정을 설정 횟수 예를 들어, 1,000번 반복하여 결과를 누적하면 레이저 수신부(200)의 SNR이 좋아져 거리측정 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편 일반적으로 레이저 거리 측정 장치는 TOF(Time Of Flight) 방법에 의해 거리를 측정한다. 즉, 빛이 레이저 송신부를 떠난 시간(t1)과 표적에 반사되어 다시 레이저 수신부에 입력되는 시간(t2)과의 차이(t3 = t2 - t1)를 측정하여 거리를 측정한다. 결국 측정되는 시간차(t3)는 레이저 거리 측정 장치에서 표적까지의 왕복 거리에 대한 것이 되므로, 표적 거리 d는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011104633216-pat00008
여기서 c는 빛의 속도를 나타낸다.
빛의 속도 c는 3x108 m/s 이므로 거리 분해능이 1m가 되려면 레이저의 왕복을 고려하여 6.67ns(150MHz)의 주기로 수신되는 신호를 샘플링해야 한다. 수신된 신호는 미분되고 이진화되어 샘플링된다.
구동 주파수를 예를 들어, 50MHz라고 하면, 이러한 구동 주파수는 비교적 높기 때문에 비교적 단순한 디지털 로직 설계를 토대로 샘플링되는 신호를 저장한다. 수신된 신호에 대한 샘플링 신호는 150MHz 클락에 동기되어 소정 비트폭을 가지는 시프트 레지스터에 저장된다. 예를 들어, 레이저 거리 측정 장치가 측정 가능한 최대 측정 거리를 1,000m라고 하면, 1,000 비트폭의 시프트 레지스터가 사용된다. 레이저 광 발사전에 시프트 레지스터에 저장된 데이터는 프레임 램에 누적 저장된다.
이러한 과정을 설정 회수 예를 들어, 1000번 반복하여 시프트 레지스터에 있는 이진 데이터를 프레임 램에 누적하면, 실제거리 100.3m에 있는 표적에 대하여 도 12와 같은 결과를 얻는다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 장치에 의하여 측정된 누적 데이터의 예를 나타낸 도이다.
도 12에 예시된 바와 같은 누적 데이터들의 제로 크로싱(zero crossing) 시점을 찾아서 표적 거리를 구할 수 있으며, 제로 크로싱 시점을 찾기 위하여 누적 신호와 유사한 필터 마스크로 필터링을 수행하면 도 11에 도시된 바와 같은 결과를 얻게 된다.
그런데 표적까지의 실제 거리에 따라 신호 차이가 발생한다.
도 13은 표적의 거리에 따른 누적 데이터의 결과들을 나타낸 도이다. 도 13에서, 프레임 램 인덱스가 해당 누적 데이터가 저장된 프레임 램의 주소를 나타내며, 프레임 램의 주소가 거리를 나타낸다.
예를 들어, 표적이 정확히 레이저 거리 측정 장치로부터 100m에 위치할 경우, 도 13의 A와 같이 제로 크로싱 위치가 정확하게 100m에서 나타나는 신호를 얻을 수 있다. 이러한 신호를 필터링하면 도 13의 C와 같이, 100m를 기준으로 대칭적인 형태를 나타낸다. 그러나 표적이 100.3m에 위치할 경우에는 도 13의 B와 같이 수신되어 누적 처린 신호가 이산(discrete) 신호이지만 제로 크로싱 위치가 100m와 101m 사이의 100.3m 정도에서 얻어지리라고 예상할 수 있다. 이 경우에 필터링을 수행하면 도 13의 D와 같이 100m에서 피크 값을 얻을 수는 있지만, 도 13의 C의 결과와 달리 100m를 기준으로 대칭성이 만족되지 않는다. 결국, 필터링 결과는 실질적인 표적 거리가 정확히 정수일 경우에 대칭성을 유지하지만, 표적 거리가 정수가 아닐 경우에는 제로 크로싱 위치가 이동함에 따라 대칭성이 사라지게 된다.
그러므로 예를 들어 실제 표적 거리가 100.3m인 경우에는 필터링 결과로 얻어지는 피크 값이 샘플링 분해능의 한계로 인해 100번째 인덱스의 프레임 램에서 얻어짐으로써, 최종적으로 획득한 표적 거리는 100m가 된다. 따라서 실질적인 표적 거리가 100.3m임에도 불구하고 측정되는 표적 거리가 100.0m가 되어 정확한 거리 측정이 이루어지지 않는다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 거리 측정의 분해능을 개선시키기 위하여, 피크 값이 검출되는 프레임 램 인덱스를 표적 거리로 사용하는 것이 아니라, 피크값이 검출되는 프레임 램 인덱스의 데이터와 해당 프레임 램 인덱스 주변의 데이터에 대하여 가중치를 적용하여 거리 측정시 사용함으로써, 거리 측정의 분해능을 향상시킨다. 이것은 필터링하기 전의 누적 신호의 제로 크로싱 위치를 인터폴레이션(interpolation)에 의해 찾는 것과 유사하다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 13의 D에서, 피크값을 가지는 피크 신호를 포함한 좌우 2m개(좌측 m개 우측 m개, 여기서 m=2)의 양의 값을 갖는 신호들을 피크 주변 신호로 선택하고, 선택한 피크 주변 신호와 피크 신호에 각각 가중치를 부여하여 거리값을 평균하면, 위의 수학식 4에 따라 100.26m의 표적 거리가 검출된다. 이와 같이 가중치를 적용하여 거리를 산출하면 분해능의 개선효과로 실제거리(100.3m)에 더 근접한 수치를 얻을 수 있게 된다. 따라서 보다 향상된 거리 측정 분해능으로 보다 정확하게 표적 거리를 측정할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법에 따르면 종래 1m의 거리 분해능을 최대 0.2m까지 개선시킬 수 있다.
한편 위의 실시 예에서는 레이저를 이용한 거리 측정 장치에서 위에 기술된 바와 같이 피크 신호와 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하여 표적 거리를 구하는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법이 적용된 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 방법은 도 1과 같은 구조를 가지는 레이저 거리 측정 장치에 한정되지 않으며, 측정 시간 동안 수신되는 신호를 누적한 누적 데이터를 이용하여 거리를 측정하는 모든 분야에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 표적으로부터 반사되어 입력되는 레이저광을 수신하고 처리하여 측정 데이터를 생성하고, 측정 데이터를 누적 데이터로 저장하는 과정을 복수회 반복 수행하는 단계;
    상기 과정을 복수회 수행한 다음에, 저장된 누적 데이터들 중에서 문턱값을 초과하는 데이터를 표적 신호로 검출하는 단계;
    상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하는 단계;
    상기 저장된 누적 데이터들 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 좌우 피크 주변 신호들을 선택하는 단계; 및
    상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용한 값을 토대로 상기 표적까지의 거리인 표적 거리를 획득하는 단계
    를 포함하는, 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서
    상기 표적 거리를 획득하는 단계는
    상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계;
    상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계;
    상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계
    를 포함하는, 거리 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서
    상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계는
    상기 피크 신호와 피크 주변 신호들이 저장된 메모리의 인덱스 값들에 대하여 각각 가중치를 적용하고,
    상기 가중치는 해당 신호의 크기를 나타내며, 상기 피크 신호와 피크 주변 신호들은 양의 값을 가지는 거리 측정 방법.
  4. 거리를 측정하고자 하는 표적에 대하여 이진 형태의 측정 데이터를 생성하고 메모리에 누적 저장하는 과정을 미리 설정된 설정 횟수만큼 반복 수행하는 단계;
    상기 과정을 상기 설정 횟수만큼 반복 수행한 다음에 상기 메모리에 저장된 데이터들 중에서 피크 신호를 선택하는 단계;
    상기 메모리에 누적 저장된 데이터들 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하며, 상기 피크 주변 신호들은 양의 값을 가지는 단계;
    상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계;
    상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계;
    상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계
    를 포함하는, 거리 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서
    상기 피크 신호를 선택하는 단계는
    상기 설정 조건을 만족하는 데이터를 표적 신호로 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 상기 피크 신호로 선택하는 단계
    를 포함하는, 거리 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서
    상기 가중치를 적용하는 단계는
    상기 피크 신호와 피크 주변 신호들이 저장된 메모리의 인덱스 값들에 대하여 각각 가중치를 적용하고, 상기 가중치는 해당 신호의 크기를 나타내는, 거리 측정 방법.
  7. 레이저광을 이용하여 표적까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에서
    상기 표적에서 반사되는 레이저광을 수신하여 전기적인 신호로 출력한 후, 상기 전기 신호에 포함된 잡음 성분을 제거한 다음 이진 신호인 측정 데이터로 출력하는 레이저 수신부;
    이전 누적 데이터가 저장되어 있는 프레임 램을 포함하고, 상기 레이저 수신부로부터 출력되는 측정 데이터와 상기 프레임 램에 저장된 이전 누적 데이터를 합산하여 다시 프레임 램에 저장하는 과정을 설정 시간 동안 반복 수행하는 누적 처리부; 및
    상기 프레임 램에 저장된 누적 데이터들로부터 표적 신호들을 검출하고, 상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하고, 상기 피크 신호의 주변에 있는 피크 주변 신호들과 상기 피크 신호를 토대로 상기 표적까지의 거리를 산출하는 거리 측정부
    를 포함하고,
    상기 거리 측정부는
    상기 누적 데이터들로부터 문턱값을 초과하는 데이터들을 표적 신호로 검출하는 표적 신호 검출부;
    상기 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 검출하는 피크 신호 검출부; 및
    상기 누적 데이터들 중에서 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하고, 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용한 값을 토대로 상기 표적까지의 거리인 표적 거리를 획득하는 거리 검출부
    를 포함하는, 레이저 거리 측정 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서
    상기 거리 검출부는
    Figure 112013012629840-pat00009

    의 조건에 따라 표적 거리를 획득하며, 여기서, dest 는 표적 거리를 나타내고, i는 누적된 신호의 메모리 인덱스 값을 나타내고, m은 피크 신호의 인덱스 위치에서 좌측방향으로 처음 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타내고, n은 피크 신호의 인덱스 위치에서 우측방향으로 처음 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타내며,
    Figure 112013012629840-pat00010
    는 메모리 인덱스 i에서의 신호 크기를 나타내는 레이저 거리 측정 장치.




  10. 삭제
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