KR20190072827A - 다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임 및 이를 포함하는 레이저 레이더 시스템과, 상기 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법 - Google Patents

다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임 및 이를 포함하는 레이저 레이더 시스템과, 상기 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법 Download PDF

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KR20190072827A KR1020170173908A KR20170173908A KR20190072827A KR 20190072827 A KR20190072827 A KR 20190072827A KR 1020170173908 A KR1020170173908 A KR 1020170173908A KR 20170173908 A KR20170173908 A KR 20170173908A KR 20190072827 A KR20190072827 A KR 20190072827A
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Abstract

다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임 및 이를 포함하는 레이저 레이더 시스템과, 상기 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법이 개시된다. 개시된 레이저 레이더 시스템은, 차량의 탑승부의 외측 상부면에 배치되는 다수의 레이저 레이더; 및 상기 다수의 레이저 레이더 각각으로부터 센싱된 데이터의 좌표들을 통합하여 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하는 동작을 수행하는 제어부;를 포함한다.

Description

다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임 및 이를 포함하는 레이저 레이더 시스템과, 상기 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법{Frame for standing plurality of laser radars, Laser radar system including the frame, and Method for integrating sensing data coordinates of the plurality of laser radars}
본 발명의 실시예들은 다수의 소채널 레이저 레이더를 이용한 레이저 레이더 시스템과 이에 사용되는 프레임 및 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법에 관한 것이다.
라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)는 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 형태의 레이저를 객체(타겟)에 쏘아서 얻는 반사 신호들을 수신함으로써 객체까지의 거리를 측정하는 장비이다.
라이다는 자율 주행 차량에 적용될 수 있다. 즉, 자율 주행 차량은 라이다를 이용하여 차량과 인접한 객체 간의 거리 정보를 추출하고, 상기 추출된 거리 정보를 이용하여 3차원 점지도(point map)를 생성하며, 생성된 점 지도와 현재 시점에서 얻어진 다수의 점의 정보를 비교하여 차량의 현재 위치를 추정한다. 라이다는 카메라와는 달리 광량 등과 같은 물리적인 환경에 크게 영향을 받지 않는 장점이 있다.
그리고, SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘은 자율 주행 차량에 적용되는 알고리즘으로서, 라이다를 탑재한 차량이 서로 다른 두 시점에 스캔하여 얻은 두 점집합을 하나의 3차원 공간에 위치시킴으로써 지도를 구성하거나 현재 시점에서 얻은 하나의 점집합을 미리 구성된 지도와 비교함으로써 차량의 현재 위치를 추정한다. SLAM 알고리즘의 핵심 아이디어는 차량이 제공하는 이동 방향 및 속도 정보가 부정확한 상황에서，t+1 시점에서 얻어진 점집합을 t 시점에서 얻어진 점집합에 최대 한 매칭시키는 과정을 통해서 두 시점 사이에서의 이동 체의 이동 거리와 방향을 추정한다.
또한, ROS (Robot Operating System)은 로봇 소프트웨어를 위한 미들웨어 플랫폼으로서, 하나의 로봇 시스템이 일반적으로 다수의 컴퓨팅 보드들로 구현되는 특징을 반영하여 분산 실행 환경을 제공한다. 즉，하나의 로봇 앱은 유기적으로 통신하는 다수의 프로세스들로 구성되며，이 프로세스들은 여러 보드들에 분산되어 실행될 수 있다. 이를 통해 센서 및 모터와 같은 특정 장치에 연관된 프로세스들을 해당 장치의 보드에 분산 배치할 수 있고，나머지 프로세스들은 컴퓨팅 자원을 효율적으로 사용하는 방식으로 배치할 수 있다.
한편, 라이다는 레이저 빔을 360°로 회전시켜 평면을 스캔하되, 레이저 빔을 방사하는 채널이 복수 개 존재하며, 복수 개의 채널을 통해 3차원의 공간을 스캔한다.
그러나, 채널당 수평 방위각의 해상도가 작을수록，단위 시간당 회전수가 많을수록, 채널 수가 많을수록, 라이다는 고가이며 높은 정밀도를 갖는다. 따라서, 최근에 각광받는 자율 주행 자동차의 제조 비용을 낮추기 위해서 고가의 다채널 라이다를 저가의 소채널 라이다들로 대체하려는 노력들이 진행되고 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하나의 다채널 레이저 레이더를 다수의 소채널 레이저 레이더로 구현할 수 있는 레이저 레이더 시스템과 이에 사용되는 프레임 및 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 차량의 탑승부의 외측 상부면에 배치되는 다수의 레이저 레이더; 및 상기 다수의 레이저 레이더 각각으로부터 센싱된 데이터의 좌표들을 통합하여 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하는 동작을 수행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템이 제공된다.
상기 다수의 레이저 레이더는, 4개의 레이저 레이더를 포함하되, 상기 4개의 레이저 레이더 각각은 상기 외측 상부면의 앞측 경계선의 중심부인 제1 위치, 상기 외측 상부면의 좌측 경계선의 중심부인 제2 위치, 상기 외측 상부면의 우측 경계선의 중심부인 제3 위치 및 상기 외측 상부면의 뒤측 경계선의 중심부인 제4 위치와 각각 인접하게 배치되고, 상기 가상 레이저 레이더는 상기 외측 상부면의 중심에 배치될 수 있다.
상기 다수의 레이저 레이더는 각각은, 360°로 회전 가능하고, 미리 설정된 제1 각도의 범위로 레이저를 방사하며, 상기 제1 위치에 배치된 레이저 레이더 및 상기 제4 위치에 배치된 레이저 레이더는 수평면을 기준면으로 하여 제2 각도로 기울어져서 배치되고, 상기 제2 위치에 배치된 레이저 레이더 및 상기 제3 위치에 배치된 레이저 레이더는 수평면을 기준면으로 하여 제3 각도로 기울어져서 배치될 수 있다.
상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 동일하고, 상기 제3 각도는 상기 제1 각도는 2배일 수 있다.
상기 외측 상부면 상에 위치하며, 상기 다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임부;를 더 포함하되, 상기 프레임부는, 상기 외측 상부면과 평행하게 설치되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임과 연결되며 상기 4개의 레이저 레이더를 각각 거치하는 4개의 거치대를 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임은 원형 또는 타원형 형상이고, 상기 4개의 거치대는 상기 메인 프레임 상에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 이동 가능하도록 연결되고, 상기 4개의 거치대의 거치 각도는 조절될 수 있다.
상기 4개의 레이저 레이더 중 3개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 3개의 거치대는 상기 제1 위치, 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치에 배치될 수 있다.
상기 4개의 레이저 레이더 중 2개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 2개의 거치대는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치의 중간 위치인 제5 위치 및 상기 제1 위치와 상기 제3 위치의 중간 위치인 제6 위치에 배치될 수 있다.
상기 4개의 레이저 레이더 중 1개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 1개의 거치대는 상기 제1 위치에 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 상기 센싱된 데이터 각각을 상기 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환하되, 상기 원점을 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 위치 및 상기 레이저 레이더의 거치 각도를 이용하여 상기 변환을 수행할 수 있다.
상기 제어부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 변환을 수행할 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 상기 변환된 하나의 점의 좌표,
Figure pat00003
는 상기 센싱된 데이터,
Figure pat00004
는 상기 가상 레이저 레이더의 위치 및 각도를 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 거치 각도에 따른 회전 변환 행렬,
Figure pat00005
는 상기 레이저 레이더의 롤(roll) 정보,
Figure pat00006
는 상기 레이저 레이더의 피치(pitch) 정보,
Figure pat00007
는 상기 레이저 레이더의 요(yaw) 정보,
Figure pat00008
는 상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 거리를 각각 의미함.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 4개의 레이저 레이더들의 거치에 사용되며, 차량의 탑승부의 외측 상부면 상에 위치하는 프레임 부재에 있어서, 상기 외측 상부면과 평행하게 설치되는 원형의 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임과 연결되며 상기 4개의 레이저 레이더를 각각 거치하는 4개의 거치대;를 포함하되, 상기 4개의 거치대는 상기 메인 프레임 상에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 이동 가능하고, 상기 다수의 거치대의 거치 각도는 조절되는 프레임 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 프로세서가 포함된 장치에서 수행되는 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법에 있어서, 상기 다수의 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들을 입력받는 단계; 상기 센싱된 데이터의 좌표들 각각을 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하여 통합하는 단계;를 포함하되, 상기 통합하는 단계는, 상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 상기 센싱된 데이터 각각을 상기 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환하되, 상기 원점을 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 위치 및 상기 레이저 레이더의 거치 각도를 이용하여 상기 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 센싱 데이터 좌표 통합 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 하나의 다채널 레이저 레이더를 다수의 소채널 레이저 레이더로 구현함으로써 동일한 성능을 보장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 측면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 정면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 제어부의 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 가상 레이저 레이더와 실제 레이저 레이더 간의 좌표 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 레이저 레이더들 중 일부가 동작하지 않는 경우의 레이저 레이더 시스템의 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 평면도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 측면도를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템의 정면도를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템(100)은 다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 각각에서 데이터(일례로, 점 데이터)를 센싱하고, 센싱된 데이터의 좌표들을 통합하여 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하는 동작을 수행하며, 이를 위해 프레임부(120) 및 제어부(130)를 더 포함하여 구성된다.
이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.
다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 각각은 차량의 탑승부의 외측 상부면에 배치되며, 레이저 빔을 360°로 회전시켜 방사함으로써 차량과 인접한 객체를 스캔한다. 이 때, 레이저 빔을 방사하는 채널이 복수 개 존재하며, 각각의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)은 복수 개의 채널을 통해 3차원의 공간을 스캔한다. 그리고, 각각의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)는 제1 각도의 범위로 복수 개의 레이저 빔을 방사할 수 있으며, 제1 각도는 25°~ 45°일 수 있다.
그리고, 각각의 다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)는 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)일 수 있으며, 채널 수가 적은 저가의 소채널 라이다일 수 있다. 일례로서, 소채널의 라이다는 16개의 채널을 가지는 Velodyne사의 VLP16이며, VLP16는 30°의 범위로 16개의 레이저 빔을 방사할 수 있다.
이 때, 다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)는 4개의 레이저 레이더인 제1 레이저 레이더(111), 제2 레이저 레이더(112), 제3 레이저 레이더(113) 및 제4 레이저 레이더(114)로 구성된다.
이 때, 초기의 상황에서, 제1 레이저 레이더(111)는 차량의 외측 상부면의 앞측 경계선의 중심부인 제1 위치(141)와 인접하게 배치되고, 제2 레이저 레이더(112)는 차량의 외측 상부면의 좌측 경계선의 중심부인 제2 위치(142)와 인접하게 배치되고, 제3 레이저 레이더(113)는 차량의 외측 상부면의 우측 경계선의 중심부인 제3 위치(143)와 인접하게 배치되고, 제4 레이저 레이더(114)는 차량의 외측 상부면의 뒤측 경계선의 중심부인 제4 위치(144)와 인접하게 배치된다.
여기서, 제1 레이저 레이더(111) 및 제4 레이저 레이더(114)는 도 2에 도시된 바와 같이 수평면을 기준면으로 하여 제2 각도로 기울어져서 배치되고, 제2 레이저 레이더(112) 및 제3 레이저 레이더(113)는 도 3에 도시된 바와 같이 수평면을 기준면으로 하여 제3 각도로 기울어져서 배치된다.
한편, 도 2에서는 제2 레이저 레이더(112) 및 제3 레이저 레이더(113)가 레이저 빔을 방사하지 않고 도 3에서는 제1 레이저 레이더(111) 및 제4 레이저 레이더(114)가 레이저 빔을 방사하지 않은 것으로 표시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 도 2 및 도 3 모두에서 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 모두가 동시에 레이저 빔을 방사한다.
그리고, 상기에서 언급한 가상 레이저 레이더는 차량의 외측 상부면의 중심(즉,
Figure pat00009
위치)에 배치되어 있다.
Figure pat00010
위치에 배치된 가상 레이저 레이더는
Figure pat00011
위치에 배치된 하나의 물리적인 다채널 레이저 레이더와 대응된다. 좌표 통합 과정은 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
프레임부(120)는 차량의 탑승부의 외측 상부면 상에 위치하며, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)를 배치 내지 거치하는 기능을 수행한다. 이 때, 프레임(120)는 메인 프레임(121), 4개의 거치대(122, 123, 124, 125)를 포함한다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부(120)의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 이하, 도 4를 참조하여 프레임부(120)의 구성을 상세히 설명한다.
메인 프레임(121)은 외측 상부면과 평행하게 설치된다. 이 때, 메인 프레임(121)은 금속 재질일 수 있으며, 중간이 비어있는 원형 또는 타원형의 형상을 가지며, 받침부를 통해 차량의 외측 상부면에 고정되어 연결된다.
4개의 거치대(122, 123, 124, 125) 각각은 메인 프레임(121)과 연결되며, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 각각을 거치한다.
보다 상세하게, 4개의 거치대(122, 123, 124, 125)는, 메인 프레임(121)의 앞측 경계선의 중심부인 제1 위치(141)에서 연결되어 제1 레이저 레이더(111)를 거치하는 제1 거치대(122), 메인 프레임(121)의 좌측 경계선의 중심부인 제2 위치(142)에서 제2 레이저 레이더(112)를 거치하는 제2 거치대(123), 메인 프레임(121)의 우측 경계선의 중심부인 제3 위치(143)에서 연결되어 제3 레이저 레이더(113)를 거치하는 제3 거치대(124), 및 메인 프레임(121)의 뒤측 경계선의 중심부에서 제4 레이저 레이더(114)를 거치하는 제4 거치대(125)를 포함한다.
그리고, 4개의 거치대(122, 123, 124, 125)의 거치 각도는 조절될 수 있으며, 메인 프레임(121) 상에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 이동 가능하도록 연결된다.
따라서, 4개의 거치대(122, 123, 124, 125)를 통해 상기에서 설명한 바와 같이 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)가 기울여진 상태로 제1 위치(141), 제2 위치(142), 제3 위치(143) 및 제4 위치(144)에 배치된다. 또한, 4개의 거치대(122, 123, 124, 125)의 거치 각도 및 배치 위치가 조정되므로, 본 발명에 따른 레이저 레이더 시스템(100)은 차량의 종류에 상관없이 최대한의 범위의 3차원 공간을 스캔할 수 있다.
일례로서, 레이저 레이더로서 30°(제1 각도)의 범위로 16개의 레이저 빔을 방사하는 VLP16이 사용되는 것으로 가정하면, 제1 레이저 레이더(111) 및 제4 레이저 레이더(114)는 차량의 탑승부의 외측 상부면과 대응되는 수평면을 기준면으로 하여 아래 방향으로 30°(제2 각도)로 기울여져서 배치되고(도 2 참조), 제2 레이저 레이더(112) 및 제3 레이저 레이더(113)는 차량의 탑승부의 외측 상부면과 대응되는 수평면을 기준면으로 하여 아래 방향으로 60°(제3 각도)로 기울여져서 배치된다(도 3 참조). 즉, 레이저 레이더의 방사 각도인 제1 각도와 제2 각도는 동일할 수 있으며, 제3 각도는 제1 각도는 2배일 수 있다. 이 때, 각각의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)는 전방향으로 회전하여 스캔을 수행하므로, 스캔되는 범위는 차량에 인접한 3차원의 공간을 최대한 포함할 수 있다.
한편, 제2 레이저 레이더(112) 및 제3 레이저 레이더(113)의 거치 각도(즉, 제3 각도)가 제1 레이저 레이더(111) 및 제4 레이저 레이더(114)의 거치 각도(즉, 제2 각도)보다 클 수 있으며, 이를 통해 본 발명은 사각 지대를 최소화하여 근접한 차량들을 인식할 수 있으며, 제1 레이저 레이더(111) 및 제4 레이저 레이더(114)가 스캔하지 못하는 수평면에서의 높은 지점의 공간을 스캔할 수 있다.
다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어부(130)는 프로세서 및 프로세서와 연결된 메모리를 포함하는 장치로서, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 각각으로부터 센싱된 데이터를 수신하고, 수신된 데이터의 좌표들을 통합하여 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하는 동작을 수행한다. 이는 도 5에 도시된 바와 같다.
이 때, 가상 레이저 레이더는 앞서 언급한 바와 같이 차량의 외측 상부면의 중심(
Figure pat00012
위치)에 배치되어 있는 것으로서, 하나의 물리적인 다채널 레이저 레이더와 대응되는 가상의 장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(130)는 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 각각의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)에서 센싱된 데이터 각각을 상기한 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)로부터 센싱되는 데이터 각각을 시간적으로 인터리빙(interleaving)시킨 후 3차원 좌표들로 변환하지 않고, 다수의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)로부터 센싱되는 데이터를 하나의 가상 레이저 레이더의 3차원 좌표계에 통합한다. 이는 도 6에 도시된 바와 같다.
이 때, 상기 변환 동작은 아래의 수학식 1에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 변환된 하나의 점의 좌표,
Figure pat00015
는 센싱된 데이터,
Figure pat00016
는 가상 레이저 레이더의 위치 및 각도를 기준으로 한 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 거치 각도에 따른 회전 변환 행렬,
Figure pat00017
는 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 롤(roll) 정보,
Figure pat00018
는 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 피치(pitch) 정보,
Figure pat00019
는 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 요(yaw) 정보,
Figure pat00020
는 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 기준으로 한 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 배치 거리를 각각 의미한다.
요컨대, 본 발명은 고가의 다채널 레이저 레이더를 다수의 저가의 소채널 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)를 통해 구현함으로써 레이저 레이더 시스템의 제조 비용을 낮추는 장점이 있다. 이 때, 소채널 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)의 배치 위치 및 거치 각도를 차량의 종류에 따라 최적화함으로써 다채널 레이저 레이더의 좌표계와 유사한 가상의 3차원 공간의 좌표를 획득할 수 있으며, 이를 통해 종래의 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘을 수정없이 사용할 수 있으며, ROS(Robot Operating System)에서 제공하는 점밀도 제어 필터를 포함한 다양한 알고리즘 노드들을 그대로 사용할 있는 장점이 있다.
한편, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 중 적어도 일부가 고장 등으로 인하여 동작하지 않는 상황이 발생될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템(100)는 남아있는, 즉 동작 가능한 레이저 레이더를 이용하여 센싱된 데이터를 수집할 수 있다.
이를 위해, 상기에서 설명한 레이저 레이더의 배치 위치(141, 142, 143, 144)에 우선 순위가 설정될 수 있으며, 우선 순위에 맞도록 레이저 레이더가 배치될 수 있다. 이 때, 상기한 위치들(141, 142, 143, 144) 중에서, 제1 순위의 위치는 제1 위치(141)이고, 제2 순위의 위치는 제2 위치(142) 및 제3 위치(143)이고, 제3 순위의 위치는 제4 위치(144)일 수 있다.
일례로서, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)가 모두 동작하는 경우, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114)가 배치된다.
다른 일례로, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 중 3개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 4개의 거치대(122, 123, 124, 125) 중 3개의 거치대는 제1 위치(141), 제2 위치(142) 및 제3 위치(143)에 배치될 수 있다. 따라서, 동작하지 않는 하나의 레이저 레이더를 제외한 3개의 레이저 레이더가 제1 위치(141), 제2 위치(142) 및 제3 위치(143)에서 데이터를 수집한다.
또 다른 일례로, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 중 2개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 4개의 거치대(122, 123, 124, 125) 중 2개의 거치대는 제1 위치(141)와 제2 위치(142)의 중간 위치인 전방 좌측의 제5 위치(145) 및 제1 위치(141)와 제3 위치(143)의 중간 위치인 전방 우측의 제6 위치(146)에 배치될 수 있다. 따라서, 동작하지 않는 하나의 레이저 레이더를 제외한 2개의 레이저 레이더가 제5 위치(145), 제6 위치(146)에서 데이터를 수집한다
또 다른 일례로, 4개의 레이저 레이더(111, 112, 113, 114) 중 1개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 4개의 거치대(122, 123, 124, 125) 중 1개의 거치대는 제1 위치(141)에 배치될 수 있다. 따라서, 동작하지 않는 하나의 레이저 레이더를 제외한 1개의 레이저 레이더가 제1 위치(141)에서 데이터를 수집한다
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 레이더 시스템(100)는 남아있는 레이저 레이더만을 이용하여 긴급 상황 등에서도 센싱된 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 이 때, 상기 방법은 프로세서를 포함한 장치에서 수행될 수 있다. 이하, 각 단계 별로 수행되는 과정을 설명하기로 한다.
단계(810)에서는 다수의 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들을 입력받는다.
단계(820)에서는 센싱된 데이터의 좌표들 각각을 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하여 통합한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(820)에서는 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 센싱된 데이터 각각을 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환할 수 있다. 이 경우, 단계(820)에서는 원점을 기준으로 한 레이저 레이더의 배치 위치 및 레이저 레이더의 거치 각도를 이용하여 상기 변환을 수행할 수 있다.
지금까지, 본 발명에 따른 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법의 실시예들에 대하여 설명하였으며, 이에는 앞서 도 1 내지 도 7에서 설명한 레이저 레이더 시스템(100)에 관한 구성이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 차량의 탑승부의 외측 상부면에 배치되는 다수의 레이저 레이더; 및
    상기 다수의 레이저 레이더 각각으로부터 센싱된 데이터의 좌표들을 통합하여 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하는 동작을 수행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 레이저 레이더는, 4개의 레이저 레이더를 포함하되,
    상기 4개의 레이저 레이더 각각은 상기 외측 상부면의 앞측 경계선의 중심부인 제1 위치, 상기 외측 상부면의 좌측 경계선의 중심부인 제2 위치, 상기 외측 상부면의 우측 경계선의 중심부인 제3 위치 및 상기 외측 상부면의 뒤측 경계선의 중심부인 제4 위치와 각각 인접하게 배치되고,
    상기 가상 레이저 레이더는 상기 외측 상부면의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 레이저 레이더는 각각은, 360°로 회전 가능하고, 미리 설정된 제1 각도의 범위로 레이저를 방사하며,
    상기 제1 위치에 배치된 레이저 레이더 및 상기 제4 위치에 배치된 레이저 레이더는 수평면을 기준면으로 하여 제2 각도로 기울어져서 배치되고,
    상기 제2 위치에 배치된 레이저 레이더 및 상기 제3 위치에 배치된 레이저 레이더는 수평면을 기준면으로 하여 제3 각도로 기울어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 동일하고, 상기 제3 각도는 상기 제1 각도는 2배인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 외측 상부면 상에 위치하며, 상기 다수의 레이저 레이더를 거치하는 프레임부;를 더 포함하되,
    상기 프레임부는, 상기 외측 상부면과 평행하게 설치되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임과 연결되며 상기 4개의 레이저 레이더를 각각 거치하는 4개의 거치대를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 프레임은 원형 또는 타원형 형상이고, 상기 4개의 거치대는 상기 메인 프레임 상에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 이동 가능하도록 연결되고, 상기 4개의 거치대의 거치 각도는 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 4개의 레이저 레이더 중 3개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 3개의 거치대는 상기 제1 위치, 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 4개의 레이저 레이더 중 2개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 2개의 거치대는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치의 중간 위치인 제5 위치 및 상기 제1 위치와 상기 제3 위치의 중간 위치인 제6 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 4개의 레이저 레이더 중 1개의 레이저 레이더만이 동작할 수 있는 경우, 상기 4개의 거치대 중 1개의 거치대는 상기 제1 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 상기 센싱된 데이터 각각을 상기 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환하되,
    상기 원점을 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 위치 및 상기 레이저 레이더의 거치 각도를 이용하여 상기 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더 시스템.

    Figure pat00021


    여기서,
    Figure pat00022
    는 상기 변환된 하나의 점의 좌표,
    Figure pat00023
    는 상기 센싱된 데이터,
    Figure pat00024
    는 상기 가상 레이저 레이더의 위치 및 각도를 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 거치 각도에 따른 회전 변환 행렬,
    Figure pat00025
    는 상기 레이저 레이더의 롤(roll) 정보,
    Figure pat00026
    는 상기 레이저 레이더의 피치(pitch) 정보,
    Figure pat00027
    는 상기 레이저 레이더의 요(yaw) 정보,
    Figure pat00028
    는 상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 거리를 각각 의미함.
  12. 다수의 레이저 레이더들의 거치에 사용되며, 차량의 탑승부의 외측 상부면 상에 위치하는 프레임 부재에 있어서,
    상기 외측 상부면과 평행하게 설치되는 원형의 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임과 연결되며 상기 다수의 레이저 레이더를 각각 거치하는 다수의 거치대;를 포함하되,
    상기 다수의 거치대는 상기 메인 프레임 상에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 이동 가능하고, 상기 다수의 거치대의 거치 각도는 조절되는 것을 특징으로 하는 프레임 부재.
  13. 프로세서가 포함된 장치에서 수행되는 다수의 레이저 레이더의 센싱 데이터 좌표 통합 방법에 있어서,
    상기 다수의 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들을 입력받는 단계;
    상기 센싱된 데이터의 좌표들 각각을 하나의 가상 레이저 레이더에서 센싱된 데이터의 좌표들로 가상화하여 통합하는 단계;를 포함하되,
    상기 통합하는 단계는, 상기 가상 레이저 레이더의 배치 위치를 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서, 상기 센싱된 데이터 각각을 상기 3차원 좌표계의 하나의 점으로 변환하되, 상기 원점을 기준으로 한 상기 레이저 레이더의 배치 위치 및 상기 레이저 레이더의 거치 각도를 이용하여 상기 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 센싱 데이터 좌표 통합 방법.
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