KR102654008B1 - 검출 장치를 사용하여 모니터링 영역에서 적어도 입자 조성물을 캡처하는 방법 및 광학 검출 장치 - Google Patents

검출 장치를 사용하여 모니터링 영역에서 적어도 입자 조성물을 캡처하는 방법 및 광학 검출 장치 Download PDF

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발레오 샬터 운트 센소렌 게엠베아
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Abstract

광학 검출 장치(12)를 사용하여, 모니터링 영역(14)에서 적어도 시간적으로 동적 거동을 보이는 입자 조성물(21)을 캡처하는 방법 및 광학 검출 장치(12)가 개시된다. 이 방법에서, 적어도 한 번의 측정에서, 광학 송신 신호(22)가 모니터링 영역(14)으로 송신되고, 모니터링 영역(14)에 존재하는 임의의 입자 조성물(21)의 입자 타겟(28)에서 반사되는 송신 신호(22)가 입자 반사 신호(30)로서 수신된다. 입자 반사 신호(30)로부터 동적 입자 조성물(21)의 존재가 추론된다. 적어도 두 번의 측정이 시간 간격을 두고 수행된다. 각 측정의 입자 반사 신호(30)로부터 모니터링 영역(14)의 적어도 하나의 부분 체적(48)에 대한 입자 타겟 밀도 또는 이를 표현하는 변수가 확인된다. 적어도 두 번의 측정으로부터 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 변수가 규정가능한 또는 규정된 허용오차보다 더 상이한 경우, 적어도 하나의 부분 체적으로부터의 입자 반사 신호(30)가 동적 입자 조성물(21)에서의 송신 신호(22)의 반사에 의한 것으로 추론된다.

Description

검출 장치를 사용하여 모니터링 영역에서 적어도 입자 조성물을 캡처하는 방법 및 광학 검출 장치
본 발명은 차량의 광학 검출 장치를 사용하여, 차량의 모니터링 영역에서 적어도 시간적으로 동적 거동(dynamic behaviour)을 보이는 입자 조성물을 캡처하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서 적어도 한 번의 측정 동안,
광학 송신 신호가 모니터링 영역으로 송신되고, 모니터링 영역에 존재하는 임의의 입자 조성물의 입자 타겟에서 반사되는 송신 신호가 입자 반사 신호로서 수신되며,
입자 반사 신호로부터 동적 입자 조성물의 존재가 추론된다.
본 발명은 또한 모니터링 영역에서 적어도 동적 입자 조성물을 캡처하기 위한 광학 검출 장치에 관한 것으로, 이 장치는
광학 송신 신호를 상기 모니터링 영역으로 송신할 수 있는 적어도 하나의 송신기와,
모니터링 영역 내에 존재하는 임의의 입자 조성물의 입자 타겟에서 반사되는 송신 신호를 입자 반사 신호 형태로 수신할 수 있는 적어도 하나의 수신기와,
입자 반사 신호 또는 입자 반사 신호를 표현하는 변수로부터 동적 입자 조성물의 존재를 추론할 수 있는 적어도 하나의 평가 장치를 포함한다.
DE 10 2009 028 578 A1은 적어도 하나의 LiDAR 센서 시스템을 사용하여 주변을 캡처하는 방법을 개시하며, 여기서 주변의 캡처링 영역은 스캐닝 빔으로 스캔되고 주변의 물체에서 반사된 방사선이 캡처되고 평가된다. 스캐닝 빔의 후방 산란 방사선의 세기는 거리의 함수(세기 곡선)로 캡처된다. 또한, 세기 곡선의 진폭에 대한 임계 값이 규정된다. 규정된 임계 값이 적어도 규정된 거리 간격에 걸쳐 초과되면 전파 조건이 방해받는 것으로 추론된다. 노면이 젖어 있는 상태와 같은 기상 조건의 경우, 이동하는 물체에 의해 소용돌이치는 물보라(spray)로 인해 방해가 발생할 가능성이 있다.
본 발명의 목적은, 검출 장치의 모니터링 영역에서 캡처된 입자 조성물에 대한 판단을 개선할 수 있도록 하는 서두에 언급한 유형의 검출 장치 및 방법을 설계하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따른 방법에 의해 달성되며, 이 방법에서,
적어도 두 번의 측정이 시간 간격을 두고 수행되고,
각 측정의 입자 반사 신호로부터 모니터링 영역의 적어도 하나의 부분 체적에 대한 입자 타겟 밀도 또는 이를 표현하는 변수가 확인되며,
적어도 두 번의 측정으로부터 입자 타겟 밀도 또는 이를 표현하는 변수가, 규정가능한 또는 규정된 허용오차 이상으로 상이한 경우, 적어도 하나의 부분 체적으로부터의 입자 반사 신호가 동적 입자 조성물에서의 송신 신호의 반사에 의한 것으로 추론된다.
본 발명에 따르면, 모니터링 영역의 적어도 하나의 부분 체적 내의 입자 타겟 밀도의 시간에 따른 변화가 고려된다. 입자 타겟 밀도의 시간에 따른 변화로부터, 캡처된 입자가 시간적으로 동적 거동을 갖는 입자 조성물에 속하는지 아니면 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물에 속하는지를 추론할 수 있다.
시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물의 경우에는, 측정들 사이에 입자 타겟 밀도가 약간 변하거나 전혀 변하지 않는다. 시간적으로 동적 거동을 갖는 입자 조성물의 경우에는, 측정들 사이에 입자 타겟 밀도의 뚜렷한 변화를 감지할 수 있다. 거동이 시간적으로 동적 거동인지 또는 시간적으로 균일한 거동인지를 평가할 때, 입자 타겟 밀도에 대한 대응하는 허용오차가 고려될 수 있다.
적어도 하나의 부분 체적에 대해, 해당 부분 체적에 존재하는 입자 타겟 밀도의 입자 타겟 밀도 차이 또는 이를 표현하는 변수가 적어도 두 번의 측정 동안 확인될 수 있다. 입자 타겟 밀도가 대응하는 허용오차를 고려할 수 있는 규정가능한 또는 규정된 한도보다 낮으면, 적어도 하나의 부분 체적으로부터의 입자 반사 신호가 동적 입자 조성물에서의 송신 신호의 반사로 인한 것으로 추론할 수 있다. 그렇지 않다면, 입자 반사 신호는 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물에서의 송신 신호의 반사로 인한 것으로 추론할 수 있다.
본 발명에 의해 확인할 수 있는 입자 조성물은, 비, 눈, 우박, 진눈깨비 등의 강수(precipitation) 또는 안개, 스모그, 연기 등의 물보라(spray)일 수 있다. 본 발명의 방법을 따라 수행된 광범위한 조사에 따르면, 물보라, 안개, 연기 또는 스모그의 경우에 입자 타겟 밀도는 시간적으로 동적 거동을 갖는다. 따라서 물보라, 안개, 연기 및 스모그는 본 발명의 의미 내에서 동적 입자 조성물이다. 반면에, 비, 눈, 우박 진눈깨비 등의 강수의 경우의 입자 타겟 밀도는 시간적으로 균일한 거동을 갖는다. 따라서, 본 발명의 의미 내에서 비, 눈, 우박 진눈깨비 등의 강수는 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물이다.
물보라는 지면에서 소용돌이치는 물이다. 이 물은 특히 차량 및/또는 강한 바람에 의해 소용돌이칠 수 있다.
입자 타겟은 광학 송신 신호를 반사시켜 입자 반사 신호 형태로 되돌아가게 하는 입자 표면 상의 지점이다. 입자는 하나 이상의 이러한 입자 타겟을 가질 수 있다.
바람직하게는, 검출 장치를 이용하여 모니터링 영역에서 물체들을 캡처할 수 있다. 물체는, 특히 차량, 사람, 동물, 장애물, 포트홀(pothole), 충돌 장벽과 같은 도로 경계 등일 수 있다. 물체를 캡처하기 위해, 물체 타겟에서 반사되는 송신 신호는 물체 반사 신호 형태로 캡처될 수 있다. 대응 수단을 사용하면, 물체 반사 신호로부터 물체 정보, 구체적으로는 검출 장치에 대한 물체의 방향, 거리 및/또는 속도 및/또는 물체의 특성을 확인하는 것이 가능하다. 물체 타겟은 광학 송신 신호를 반사시켜 물체 반사 신호 형태로 되돌아가게 하는 물체의 표면 상의 지점이다. 물체는 하나 이상의 타겟을 가질 수 있다.
바람직하게는, 광학 검출 장치는 비행시간(time-of-flight) 방법, 구체적으로는 광 펄스 비행시간법에 따라 작동할 수 있다. 광 펄스 비행시간법에 따라 작동하는 광학 검출 장치는 TOF(time-of-flight) 시스템, LiDAR(light detection and ranging) 시스템, LaDAR(laser detection and ranging) 시스템 등으로 구현될 수 있고, 그렇게 불리기도 한다. 여기서, 광 펄스와 같은 송신 신호의 송신으로부터의 비행시간은 적어도 하나의 송신기를 사용하여 측정되고, 대응하는 반사된 송신 신호, 즉 반사 신호의 수신은 적어도 하나의 수신기를 사용하여 측정되며, 이로부터 검출 장치와 특정 타겟 또는 물체 타겟 사이의 거리가 확인된다.
바람직하게는, 광학 검출 장치는 스캐닝 시스템으로 설계될 수 있다. 이런 맥락에서, 모니터링 영역은 전송 신호로 스캔될 수 있다. 이를 위해, 대응하는 송신 신호가 이들의 전파 방향에 대해 모니터링 영역에서 패닝될 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 편향 장치, 특히 스캐닝 장치, 편향 미러 장치 등이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 광학 검출 장치는 레이저 기반의 거리 측정 시스템으로 설계될 수 있다. 레이저 기반의 거리 측정 시스템은 적어도 하나의 송신기의 광원으로 적어도 하나의 레이저, 특히 다이오드 레이저를 가질 수 있다. 적어도 하나의 레이저는 특히 펄스형 송신 신호를 송신하는데 사용될 수 있다. 레이저는 사람의 눈에 보이거나 보이지 않는 주파수 범위의 송신 신호를 방출하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 수신기는 송신된 광의 주파수에 대해 설계된 검출기, 특히(애벌란치) 광다이오드, 다이오드 어레이, CCD 어레이 등을 가질 수 있다. 레이저 기반의 거리 측정 시스템은 바람직하게는 레이저 스캐너일 수 있다. 레이저 스캐너는 특정 펄스 레이저 빔으로 모니터링 영역을 스캔하는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 차량, 특히 자동차에 사용된다. 본 발명은 바람직하게는, 승용차, 트럭, 버스, 오토바이 등과 같은 육상 차량, 항공기 및/또는 선박에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 자율적으로 또는 적어도 부분적으로 자율적으로 작동될 수 있는 차량에 사용될 수 있다.
검출 장치는 바람직하게는 차량의 적어도 하나의 전자 제어 디바이스, 특히 운전자 보조 시스템 및/또는 섀시 제어 시스템 및/또는 운전자 정보 장치 및/또는 주파 보조 시스템 및/또는 제스처 인식 등에 연결될 수도 있고, 또는 이러한 디바이스, 시스템 또는 장치의 일부일 수 있다. 이런 방식으로, 적어도 부분적으로 차량의 자율 동작이 이루어질 수 있다.
특히 운전자 보조 시스템의 도움으로 운전 행동에 영향을 주기 위해 특히 차량의 경우에 노면 상태에 대한 지식이 유용하다. 예를 들어, 젖거나 미끄러운 노면의 예상 제동 거리는 훨씬 길어질 것이다. 노면의 상태를 보다 잘 평가할 수 있도록 하기 위해, 검출 장치를 사용하여 캡처된 입자 조성물을 보다 잘 식별할 수 있는 것이 도움이 된다. 전방 주행 차량에 의한 물보라에 대한 평가 및/또는 현재의 강수량과 관련된 평가가 주행 환경, 특히 노면 상태를 평가하는 데 사용될 수 있다. 본 발명은 입자 조성물을 보다 잘 구별하는 데 사용될 수 있다. 특히, 물보라가 강수와 구별될 수 있다. 따라서, 전반적으로 주행 안전이 향상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구성에서, 적어도 두 번의 측정에서 확인된 입자 타겟 밀도 또는 이들 입자 타겟 밀도를 표현하는 변수가 규정가능한 또는 규정된 허용오차 내에서 서로 상응할 경우, 입자 반사 신호는 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물에서의 송신 신호의 반사에 의한 것으로 추론될 수 있다. 이런 방식으로, 특히 물보라가 비, 눈, 우박 또는 진눈깨비와 같은 강수와 구별될 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 입자 타겟 밀도 또는 이들을 표현하는 변수를 확인하기 위해, 모니터링 영역의 규정된 부분 체적에 대한 측정 동안 캡처된 입자의 수를 정규화할 수 있다. 이들 측정을 통해 정규화된 입자 타겟 밀도 또는 이들을 표현하는 변수들이 서로 직접 비교될 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 모니터링 영역의 적어도 일 부분이 규정된 부분 체적들로 분할되고, 입자 타겟 밀도 또는 이를 표현하는 변수들이 부분 체적에 대해 개별적으로 확인될 수 있다. 이런 방식으로, 모니터링 영역의 대응하는 부분이 대응하는 입자 조성물에 대해 공간적으로 분해된 방식으로 확인될 수 있다. 이 경우, 상이한 입자 조성물이 각각의 경우에 부분 체적들에서 캡처될 수 있다. 예를 들어, 강수가 주로 부분 체적에서 캡처될 수 있는데, 이는 시간적으로 균일한 입자 타겟 밀도를 생성한다. 다른 부분 체적에서는 주로 물보라가 캡처될 수 있는데, 이는 시간적으로 동적인 입자 타겟 밀도를 생성한다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 모니터링 영역의 적어도 한 부분이 가상 격자에 할당될 수 있는데, 여기서 격자의 격자 셀은 모니터링 영역의 부분 체적을 나타낸다. 이런 방식으로, 재현가능한 공간 할당이 실현될 수 있다. 모니터링 영역은 반사 신호의 분류에 따라 대응하는 격자에 할당될 수 있다.
가상 격자는 바람직하게는 표면 격자 또는 공간 격자로서 주어질 수 있다. 가상 격자는 바람직하게는 직교 좌표계 또는 다른 유형의 좌표계에 기초할 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 모니터링 영역으로부터의 반사 신호는 적어도 입자 반사 신호 및 모니터링 영역 내의 물체에 의한 물체 반사 신호로 분류될 수 있다. 이런 방식으로, 물체들이 입자들과 구별될 수 있다. 따라서, 물체가 존재하는 모니터링 영역의 부분을 확인할 수 있다.
이 발명의 다른 바람직한 구성에서, 입자 타겟 밀도 또는 이를 표현하는 변수가 모니터링 영역의 자유 공간 - 자유 공간은 물체에서의 광학 송신 신호의 반사로 인한 물체 반사 신호가 캡처되지 않음 - 에 위치하는 모니터링 영역의 적어도 하나의 부분 체적에 대해 확인될 수 있다. 모니터링 영역의 자유 공간 내에서 검출 장치의 시야 범위는 임의의 물체에 의해 제한되지 않는다. 이 자유 공간은 전문가 서클에서 "가시 영역"이라고도 한다.
바람직하게는, 입자 타겟 밀도의 확인은 검출 장치로부터 대략 2m 내지 20m의 거리로 제한될 수 있다. 이런 방식으로, 데이터 양을 줄일 수 있고, 따라서 처리 시간을 단축할 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 모니터링 영역은 적어도 한 번의 측정 동안 전송 신호로 스캔될 수 있다. 이런 방식으로, 모니터링 영역은 입자 및/또는 물체에 대해 공간적으로 분해된 방식으로 확인될 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서, 입자 반사 신호 및 가능하게는 물체 반사 신호가 수신되고 대응하는 전기 신호로 변환될 수 있으며, 그에 따라 추가 처리될 수 있다. 이런 방식으로, 광학 반사 신호는, 특히 전자 및/또는 전기 부품의 도움으로 전기 신호로 변환된 후에 전기적으로 평가될 수 있다.
이 방법의 다른 바람직한 구성에서,
복수의 부분 체적에 대해, 존재하는 입자 타겟 밀도의 입자 타겟 밀도 차이 또는 이들을 표현하는 변수가 복수의 측정 동안 확인될 수 있고,
관련 부분 체적의 입자 타겟 밀도 차이로부터 확률 분산이 형성될 수 있으며,
이 분산은 규정된 또는 규정가능한 임계 값과 비교될 수 있고,
이 분산이 임계 값보다 큰 경우, 복수의 부분 체적으로부터의 입자 반사 신호는 주로 시간적으로 동적 거동을 갖는 입자 조성물로 인한 것으로 추론될 수 있고,
분산이 임계 값보다 크지 않은 경우, 복수의 부분 체적으로부터의 입자 반사 신호는 주로 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물로 인한 것으로 추론될 수 있다. 이런 방식으로, 모니터링 영역에서 우세한 입자 조성물의 유형을 확인할 수 있다.
또한, 상기 목적은 광학 검출 장치의 경우, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 수단을 갖는 검출 장치를 통해 달성된다.
바람직한 실시예에서, 검출 장치는 송신 신호의 도움으로 모니터링 영역을 스캔하는 수단을 가질 수 있다. 이런 방식으로, 모니터링 영역은 입자 및/또는 물체에 대해 공간적으로 분해된 방식으로 모니터링될 수 있다.
검출 장치는, 모니터링 영역을 스캔하기 위해 송신 신호가 편향될 수 있는, 특히 이들의 방향이 패닝될 수 있는, 적어도 하나의 편향 장치를 가질 수 있다. 이 편향 장치 또는 다른 편향 장치는 모니터링 영역으로부터 편향 장치의 적어도 하나의 수신기로 편향 신호를 편향시키는 데 적합할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 검출 장치와 관련하여 나타낸 특징 및 장점 및 그 각각의 바람직한 구성 및 실시예는 서로 대응하는 방식으로 적용되고 그 반대도 마찬가지다. 개별 특징 및 장점은 물론 서로 결합될 수 있으며, 개별 효과의 합을 넘는 추가의 바람직한 효과가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부사항은 다음의 설명으로부터 명확하며, 여기서 본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 더 상세히 설명할 것이다. 당업자는 또한 도면, 상세한 설명 및 청구범위에 조합하여 개시된 특징들을 개별적으로 고려하고, 이들을 더욱 의미있는 조합으로 결합할 것이다.
도 1은, 차량의 운전자 지원 시스템에 연결되어, 주행 방향으로 차량 앞 모니터링 영역을 모니터링하기 위한 레이저 스캐너를 구비한 차량의 정면도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 레이저 스캐너와 운전자 지원 시스템을 구비한 차량의 기능적 예를 보여준다.
도 3은 레이저 스캐너로 측정하는 동안 비가 내리는 도로에서 운전 중인 상황에서 도 1의 차량의 평면도로서, 여기서 물보라를 일으키는 두 대의 추가 차량이 모니터링 영역에 위치해 있고, 모니터링 영역은 가상 격자에 할당되고, 각 입자 타겟 밀도가 격자 셀에 표시된다.
도 4는 나중에 측정하는 동안의 도 3의 차량의 평면도이다.
도 5는 도 3 및 4의 평면도로서, 여기서 도 3 및 4의 두 측정치 사이의 입자 타겟 밀도의 각각의 차이가 격자 셀에 표시된다.
도 6은 도 5의 평면도로서, 여기서 각 격자 셀은 도 5의 입자 타겟 밀도 사이의 차이에 따라 비(rain) "R" 또는 물보라(spray) "G"를 주로 포함하는 것으로 표시된다.
도면에서, 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 갖는다.
도 1은, 예컨대 승용차 형태의 차량(10)의 정면도이다. 차량(10)은, 예를 들어 레이저 스캐너(12) 형태의 스캐닝 광학 검출 장치를 포함한다. 레이저 스캐너(12)는, 예를 들어 차량(10)의 전방 범퍼에 배치된다. 도 2는 차량(10)의 몇몇 부분, 예컨대 레이저 스캐너(12)를 기능도 형태로 도시한 것이다
레이저 스캐너(12)는, 차량(10) 전방의 주행 방향(16)으로 물체(18) 및 입자(20)에 대해 모니터링 영역(14)을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 레이저 스캐너(12)를 사용하여 대응 광학 송신 신호(22)로 모니터링 영역(14)을 스캔할 수 있다.
물체(18)는 다른 차량, 사람, 동물, 장애물, 포트홀(pothole), 도로 경계, 도로 표면 등일 수 있다.
입자(20)는, 예를 들어 비, 눈, 우박, 진눈깨비 등의 강수의 형태로, 또는 물보라, 안개, 스모그, 연기 등의 형태로, 입자 조성물(21)의 형태로 발생한다. 따라서, 입자(20)는 빗방울, 물방울, 안개 또는 안개 방울, 우박, 눈송이, 연기 입자, 스모그 입자, 먼지 입자, 모래 알갱이 등일 수 있다.
물체(18)가 모니터링 영역(14)에 존재하는 경우, 대응하는 송신 신호(22)는 물체 반사 신호(26)의 형태로 물체(18)의 물체 타겟(24)에서 반사되고, 레이저 스캐너(12)로 되돌아온다. 물체 타겟(24)은 송신 신호(22)가 반사될 수 있는 물체(18)의 표면 영역이다. 각각의 물체(18)는 송신 신호(22)에 의해 캡처될 수 있는 하나 이상의 이러한 물체 타겟(24)을 가질 수 있다.
입자(20)가 모니터링 영역(14)에 존재하는 경우, 대응하는 송신 신호(22)는 입자(20)의 입자 타겟(28)에서 입자 반사 신호(30)의 형태로 반사되고, 레이저 스캐너(12)로 되돌아온다. 입자 타겟(28)은 송신 신호(22)가 반사될 수 있는 입자(20)의 표면 영역이다. 각각의 입자(20)는 송신 신호(22)에 의해 캡처될 수 있는 하나 이상의 이러한 입자 타겟(28)을 가질 수 있다.
레이저 스캐너(12)는 비행시간(time-of-flight) 방식이라고 하는 것에 따라 작동하는데, 여기서 송신 신호(22)의 방출과 물체 반사 신호(26)의 수신 사이의 비행시간이 캡처될 수 있고, 거리, 차량(10)에 대한 물체(18)의 속도 및/또는 방향이 이로부터 결정될 수 있다. 입자 반사 신호(30)가 수신되면, 그에 따라 차량(10)에 대한 입자(20)의 거리, 속도 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 각각의 위치는 물체(18) 또는 입자(20)의 거리 및 방향으로부터 결정될 수 있다.
레이저 스캐너(12)는 송신 신호(22)를 송신하기 위한 송신기(32), 물체 반사 신호(26) 및 입자 반사 신호(30)를 수신하기 위한 수신기(34), 송신 신호(22), 물체 반사 신호(26) 및 입자 반사 신호(30)를 편향시키기 위한, 예컨대 편향 미러 장치 형태의 편향 장치(36), 송신기(32), 수신기(34) 및 편향 장치(36)를 제어하고 수신된 물체 반사 신호(26) 및 입자 반사 신호(30)를 평가하기 위한 제어 및 평가 장치(38)를 구비한다.
송신기(32)는, 예컨대 송신 신호(22)를 레이저 펄스 형태로 송신하는 레이저 다이오드를 구비한다.
송신 신호(22)의 빔 방향은, 모니터링 영역(14)이 송신 신호(22)로 스캐닝될 수 있도록, 편향 장치(36)를 사용하여 모니터링 영역(14)으로 패닝된다. 또한, 복귀하는 물체 반사 신호(26) 및 입자 반사 신호(30)는 편향 장치(36)를 사용하여 수신기(34)로 조향된다.
수신기(34)는, 광전 소자, 예컨대, 광 다이오드, CCD 칩 등을 포함하며, 이를 통해 광학 물체 반사 신호(26) 및 입자 반사 신호(30)가 대응하는 전기 신호로 변환될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 제어 및 평가 장치(38)에 의해 처리될 수 있다.
레이저 스캐너(12) 또는 제어 및 평가 장치(38)는 보조 시스템(40)에 기능적으로 연결된다. 운전자 보조 시스템(40)은 차량(10)의 주행 기능, 예컨대, 조향, 제동, 모터 등을 제어하는 데 사용될 수도 있고, 적어도 차량(10)의 제어나 차량의 운전자를 지원하기 위해 사용될 수 있다. 차량(10)은 운전자 보조 시스템(40)의 도움으로 자율적으로 또는 부분적으로 자율적으로 작동할 수 있다.
레이저 스캐너(12)가 작동 중일 때, 제어 및 평가 장치(38)는 송신 신호(22)를 레이저 펄스의 형태로 전송하는 방식으로 송신기(32)를 제어한다. 송신 신호(22)는 편향 장치(36)에 의해 모니터링 영역(14)으로 편향된다. 이 경우, 편향 장치(36)의 출구 측에 있는 송신 신호(22)의 송신 방향은 한 방향, 예를 들면 수평 방향으로 패닝되어, 모니터링 영역(14)이 연속적인 송신 신호(22)로 스캔된다. 이런 방식으로, 캡처된 물체(18) 또는 캡처된 입자(20)의 방위각이 결정될 수 있다. 선택적으로, 송신 신호(22)의 송신 방향은 추가로 패닝될 수 있는데, 바람직하게는 편향 장치(36)를 사용하여 직교 방향으로 패닝될 수 있으며, 그에 따라 모니터링 영역(14)도 이 방향으로 스캔될 수 있다. 이런 방식으로, 물체(18) 또는 입자(20)의 높이가 또한 결정될 수 있다.
레이저 스캐너(12)로 측정(스캔이라고도 함)하는 동안, 모니터링 영역(14)을 정의하는 시야각이 한 번 완전히 스캔된다. 레이저 스캐너(12)가 작동 중일 때, 모니터링 영역(14)이 각각 다른 시간에 완전히 스캔될 수 있도록 여러 측정이 연속해서 수행된다.
도 3 및 도 4는 레이저 스캐너(12)로 연속 측정하는 동안의 차량(10)의 주행 상황을 보여준다. 차량(10)은 도로(42) 상에 위치하며, 도로는 충돌 장벽(44)에 의해 주행 방향(16)으로 좌우로 구획된다. 충돌 장벽(44) 및 노면은 본 발명의 의미 내에서 물체(18)이다. 차량(10) 전방의 주행 방향(16)에 추가 차량 형태의 두 개의 물체(18)가 있다. 운전 상황 중에 비가 내리고 있다. 물체(18), 구체적으로는 전방의 차량으로 인해 도로 위의 물이 소용돌이쳐서 물보라 형태로 나타난다. 강수로 인한 빗방울과 물보라로 인한 물방울은 점 형태의 입자(20)로 표시된다. 이해를 쉽게 하기 위해, 설명된 예시적인 실시예에서 각각의 물체(18)는, 예를 들어 하나의 물체 타겟(24)만 가지며, 각 입자(20)는 하나의 입자 타겟(28)만 갖는다.
도 3 내지 6은 또한 모니터링 영역(14)이 할당되는 직교 좌표계에 기초한 가상 격자(46)를 보여준다. 또는, 예컨대 극좌표에 기초한 표면 격자를 사용할 수도 있다. 격자(46)는 모니터링 영역(14)을 격자(46)의 격자 셀에 의해 정의되는 부분 볼륨(48)으로 분할한다. 모니터링 영역(14)은, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 제어 및 평가 장치(38)에서 격자(46)에 할당된다.
각각의 측정 동안, 물체(18)의 물체 반사 신호(26) 및 입자(20)의 입자 반사 신호(30)가 수신기(34)에 의해 수신되고, 대응하는 전기 신호로 변환된다.
제어 및 평가 장치(38)는 대응하는 전기 신호를 평가하는 데 사용된다. 이해를 보다 잘 할 수 있도록 하기 위해, 대응하는 전기 신호가 여기서는 각각의 표현 변수를 지칭하는 것을 의미하긴 하지만, "물체 반사 신호(26)", "입자 반사 신호(30)", "입자 타겟 밀도(52)" 및 "입자 타겟 밀도 차이(54)"라는 용어 또한 제어 및 평가 장치(38)를 이용한 전기 신호 처리의 설명에 사용된다.
평가 동안, 수신기(34)에 의해 수신된 반사 신호가 분류된다. 이 경우, 물체(18)에 의한 반사 신호는 물체 반사 신호(26)로 분류된다. 입자(20)에 의한 반사 신호는 입자 반사 신호(30)로 분류된다. 물체(18)의 위치, 구체적으로는 차량 주행 전방, 충돌 장벽(44) 및 도로 표면의 물체의 위치는 물체 반사 신호(26)로부터 확인된다.
비와 물보라를 구별할 수 있는 입자 조성물(21)을 캡처하는 방법 단계들을 아래에서 설명할 것이다.
자유 공간(50)은 물체(18)의 위치로부터 확인된다. 자유 공간(50)은 레이저 스캐너(12)에서 봤을 때 물체(18)에 의해 가려지지 않거나 차단되지 않는 모니터링 영역(14) 내의 영역이며, 이는 송신 신호(22)가 자유롭게 통과할 수 있다는 것을 의미한다. 자유 공간(50)은 또한, 예를 들어 레이저 스캐너(12)로부터 2m 내지 20m의 거리로 제한된다. 20m의 거리는 도 3 내지 6에서 대시로 표시된다. 이들 거리에 대해, 비와 물보라를 통해 노면 상태를 파악할 수 있도록 비와 물보라를 구별하는 것이 중요하다. 노면 상태는 예상 제동 거리에 영향을 미친다. 자유 공간(50)에 존재할 수 있는 입자 조성물(21)의 검사를 제한함으로써, 방법을 수행하는 동안 임의의 비용, 예를 들어 계산 비용 및 시간 측면에서의 비용이 감소할 수 있다.
대응하는 입자 반사 신호(30)의 수는 자유 공간(50)의 각 부분 체적(48)에 대해 결정된다. 입자 반사 신호(30)의 수는 부분 체적(48)으로 정규화되고, 따라서 정규화된 입자 타겟 밀도(52)가 각 부분 체적(48)에 대해 확인된다. 도 3 및 4에서, 각각의 입자 타겟 밀도(52)는, 예를 들어 2와 8 사이의 숫자로 표시된다.
광범위한 조사에 따르면, 물보라 형태의 입자 조성물(21)은 시간이 지남에 따라 동적 거동을 나타낸다. 반면에, 비 형태의 입자 조성물(21)은 물보라에 비해 시간적으로 균일한 거동을 갖는다. 물보라가 우세한 부분 체적(48)에서, 대응하는 입자 타겟 밀도(52)는 측정 사이에 상이하다. 비가 우세한 부분 체적(48)에서, 입자 타겟 밀도(52)는, 예를 들어 측정 동안 일정하다. 거동이 시간적으로 동적 거동인지 또는 시간적으로 균일한 거동인지를 평가할 때, 입자 타겟 밀도(52)에 대한 대응하는 허용 오차가 고려될 수 있다.
물보라가 우세한 부분 체적(48)과 비가 우세한 부분 체적(48)을 확인하기 위해, 각각의 부분 체적(48)에 대해 도 3 및 도 4의 두 측정으로부터 대응하는 입자 타겟 밀도(52)의 입자 타겟 밀도 차이(54)가 형성된다. 그 결과가 도 5에 도시되어 있다. 비가 우세한 부분 체적(48)의 경우, 입자 타겟 밀도 차이(54)는 예를 들어 0이다. 물보라가 우세한 부분 체적(48)의 경우, 입자 타겟 밀도 차이(54)는, 예를 들어 1 내지 5 및 -1 내지 -5의 범위를 이룬다.
부분 체적(48)은 도 6에 도시된 바와 같이, 입자 타겟 밀도 차이(54)에 기초하여, 가상 격자(46)에 표시된다. 여기서, 비가 우세한 부분 체적(48)은 "R"로 표시되고, 물보라가 우세한 부분 체적(48)은 "G"로 표시된다. 상응하게 표시된 부분 체적(48)을 갖는 격자(46)는 도로 상태 및 예상되는 제동 거리에 대한 결과적인 영향에 대한 정보로서 운전 지원 시스템(40)을 보조한다.
선택적으로, 자유 공간(50) 전체에서 비가 우세한지 또는 물보라가 우세한지 여부가 확인된다.
이를 위해, 각각의 입자 타겟 밀도 차이(54)는 여러 측정을 통해 자유 공간(50)의 부분 부피(48) 각각에 대해 확인된다. 확률적 분산은 입자 타겟 밀도 차이(54)로부터 형성된다. 분산은 지정된 임계 값과 비교된다. 예를 들어, 임계 값은 레이저 스캐너(12)의 교정 동안 초기에 결정될 수 있고, 예를 들어 제어 및 평가 장치(38)의 상응하는 저장 매체에 저장될 수 있다.
분산이 임계 값보다 큰 경우, 관련 부분 체적(48)으로부터의 입자 반사 신호(30)는 주로 시간에 따른 동적 거동을 갖는 입자 조성물(21), 즉 본 실시예에서 물보라인 것으로 추론된다. 그렇지 않으면, 관련 입자 반사 신호(30)가 주로 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물(21), 즉 본 경우에는 비로 인한 것으로 추론된다.
이 정보는 또한, 운전 안전을 더욱 향상시키기 위해, 운전자 지원 시스템(40)으로 전송된다.

Claims (12)

  1. 차량(10)의 광학 검출 장치(12)를 사용하여, 상기 차량(10)의 모니터링 영역(14)에서 적어도 시간적으로 동적 거동(dynamic behaviour)을 보이는 입자 조성물(21)을 캡처하는 방법으로서,
    적어도 한 번의 측정 동안,
    광학 송신 신호(22)가 상기 모니터링 영역(14)으로 송신되고, 상기 모니터링 영역(14)에 존재하는 입자 조성물(21)의 입자 타겟(28)에서 반사되는 송신 신호(22)가 입자 반사 신호(30)로서 수신되며,
    상기 입자 반사 신호(30)로부터 동적 입자 조성물(21)의 존재가 추론되되,
    적어도 두 번의 측정이 시간 간격을 두고 수행되고,
    각 측정의 상기 입자 반사 신호(30)로부터 상기 모니터링 영역(14)의 적어도 하나의 부분 체적(48)에 대한 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 변수가 확인되며,
    상기 적어도 두 번의 측정으로부터의 상기 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 상기 변수가 규정가능한 또는 규정된 허용오차보다 더 상이한 경우, 상기 적어도 하나의 부분 체적(48)으로부터의 상기 입자 반사 신호(30)가 동적 입자 조성물(21)에서의 상기 송신 신호(22)의 반사로 인한 것으로 추론되는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 번의 측정에서 확인된 상기 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 변수가 규정가능한 또는 규정된 허용오차 내에서 서로 상응할 경우, 상기 입자 반사 신호(30)는 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물(21)에서의 송신 신호(22)의 반사로 인한 것으로 추론되는,
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 상기 변수를 확인하기 위해, 상기 모니터링 영역(14)의 규정된 부분 체적(48)에 대한 상기 측정 동안 캡처된 입자(20)의 수가 정규화되는,
    방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 영역(14)의 적어도 일 부분은 규정된 부분 체적(48)들로 분할되고, 상기 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 상기 변수는 각각 상기 부분 체적(48)에 대해 개별적으로 확인되는,
    방법
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 영역(14)의 적어도 일 부분은 가상 격자(46)에 할당되고, 상기 격자(46)의 격자 셀은 상기 모니터링 영역(14)의 부분 체적(48)을 나타내는,
    방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 영역(14)으로부터의 상기 반사 신호는 적어도 입자 반사 신호(30) 및 상기 모니터링 영역(14) 내의 물체(18)로 인한 물체 반사 신호(26)로 분류되는,
    방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 상기 변수가 상기 모니터링 영역(14)의 자유 공간(50) - 상기 자유 공간(50)에서는 물체(18)에서의 광학 송신 신호(22)의 반사로 인한 어떠한 물체 반사 신호(26)도 캡처되지 않음 - 에 위치하는 상기 모니터링 영역(14)의 적어도 하나의 부분 체적(48)에 대해 확인되는,
    방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 영역(14)은 상기 적어도 한 번의 측정 동안 상기 송신 신호(22)에 의해 스캔되는,
    방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    입자 반사 신호(30) 및 물체 반사 신호(26)가 수신되고 이에 따라 추가로 처리될 수 있는 대응하는 전기 신호로 변환되는,
    방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 부분 체적(48)에 대해, 각 부분 체적에 존재하는 상기 입자 타겟 밀도(52) 또는 이를 표현하는 변수의 입자 타겟 밀도 차이(54)가 복수의 측정 동안 확인되고,
    상기 복수의 부분 체적(48)의 상기 입자 타겟 밀도 차이(54)로부터 확률 분산(stochastic variance)이 형성될 수 있으며,
    상기 분산은 규정된 또는 규정가능한 임계 값과 비교될 수 있고,
    상기 분산이 상기 임계 값보다 큰 경우, 상기 복수의 부분 체적(48)으로부터의 상기 입자 반사 신호(30)는 시간적으로 동적 거동을 갖는 입자 조성물(21)로 인한 것으로 추론되며,
    상기 분산이 상기 임계 값보다 크지 않은 경우, 상기 복수의 부분 체적(48)으로부터의 상기 입자 반사 신호(30)는 시간적으로 균일한 거동을 갖는 입자 조성물(21)로 인한 것으로 추론되는,
    방법.
  11. 차량(10)의 모니터링 영역(14)에서 적어도 동적 입자 조성물(21)을 캡처하기 위한 차량(10)용 광학 검출 장치(12)로서,
    광학 송신 신호(22)를 상기 모니터링 영역(14)으로 송신할 수 있는 적어도 하나의 송신기(32)와,
    상기 모니터링 영역(14) 내에 존재하는 입자 조성물(21)의 입자 타겟(28)에서 반사되는 송신 신호(22)를 입자 반사 신호(30) 형태로 수신할 수 있는 적어도 하나의 수신기(34)와,
    상기 입자 반사 신호(30) 또는 이를 표현하는 변수로부터 상기 동적 입자 조성물(21)의 존재를 추론할 수 있는 적어도 하나의 평가 장치(38)를 포함하되,
    상기 검출 장치(12)는 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하는 수단(38)을 포함하는,
    검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검출 장치(12)는 상기 송신 신호(22)의 도움으로 상기 모니터링 영역(14)을 스캐닝하는 수단(36)을 포함하는,
    검출 장치.
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