본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

레이저 펄스 부호화를 이용한 원거리 고해상도 3D 스캐닝 라이다

Long Distance and High Resolution Three-Dimensional Scanning LIDAR with Coded Laser Pulse Waves

박용완|김건정
한국광학회|2016.08|한국광학회지 (Korean Journal of Optics and Photonics)|제27권 제4호|pp. 133-142

0

조회

0

다운로드

0

인용

0

참고문헌

키워드

라이다LIDAR광부호분할다중접속비행시간스캐닝 센서레이저 레이다DS-OCDMATime-of-FlightScanning SensorLaser Radar
주제분류물리학

초록

본 논문에서는 DS-OCDMA(direct sequence optical code division multiple access)와 스캐닝 방식의 MEMS (microelectromechanicalsystem) 거울을 이용하여 픽셀별로 스캐닝하는 라이다 시스템(light detection and ranging, LIDAR)의 설계와 시뮬레이션 결과를기술한다. 제안하는 라이다는 848×480 해상도의 거리 영상을 1초에 60번 측정한다. 영상을 구성하는 각각의 픽셀마다 픽셀 정보와 체크섬을 DS-OCDMA로 부호화한 레이저 펄스로 방출하므로, 반사파를 검출하기 위하여 대기할 필요없이 연속으로 거리 측정이 가능하다. MEMS 거울은 부호화된 레이저 펄스를 반사하여 측정을 원하는 방향으로 보내기 위한 용도로 사용한다. 하나의거리 영상을 구성하는 픽셀 정보의 처리가 모두 완료되면, 픽셀 개개의 반사파 비행시간을 이용하여 포인트 클라우드를 생성한다.

Abstract

This paper presents the design and simulation of a three-dimensional pixel-by-pixel scanning light detection and ranging(LIDAR) system with a microelectromechanical system (MEMS) scanning mirror and direct sequence optical code divisionmultiple access (DS-OCDMA) techniques. It measures a frame with 848×480 pixels at a refresh rate of 60 fps. The emitted laserpulse waves of each pixel are coded with DS-OCDMA techniques. The coded laser pulse waves include the pixel’s position inthe frame, and a checksum. The LIDAR emits the coded laser pulse waves periodically, without idle listening time to receivereturning light at the receiver. The MEMS scanning mirror is used to deflect and steer the coded laser pulse waves to a specifictarget point. When all the pixels in a frame have been processed, the travel time is used by the pixel-by-pixel scanning LIDARto generate point cloud data as the measured result.

참고문헌 (23)

  1. 최희재, "정적 장애물 회피를 위한 경로 계획: ADAM III", 한국자동차공학회 논문집, 22(3), pp.241~249 (2014), 한국자동차공학회[DOI]
  2. 권성경, "2D 레이저 스캐너 흔듦을 이용한 패턴인식", 한국자동차공학회 논문집, 22(4), pp.138~144 (2014), 한국자동차공학회[DOI]
  3. 강민성, "자율주행을 위한 센서 데이터 융합 기반의 맵 생성", 한국자동차공학회 논문집, 22(6), pp.14~22 (2014), 한국자동차공학회[DOI]
  4. P. F. McManamon, "Field Guide to LIDAR" (2015), SPIE Press
  5. P. F. McManamon, "Review of LADAR: A Historic, Yet Emerging, Sensor Technology with Rich Phenomenology", Opt. Eng, 51, pp.060901~ (2012)
  6. J. Hancock, , Ph. D, pp.1999
  7. R. D. Richmond, "Direct-detection LADAR Systems" (2010), SPIE Press
  8. Z. Zhang, "A Real-time Noise Filtering Strategy for Photon Counting 3D Imaging Lidar", Opt. Express, 21, pp.9247~9254 (2013)
  9. S. A. GuOmundsson, "Environmental Effects on Measurement Uncertainties of Time-of-Flight Cameras", Proc. Signals, Circuits and Systems, pp.1~4 (2007)
  10. F. Remondino, "TOF Range-imaging Cameras" (2013), Springer
  11. J. Ho, "Designing Optimal Multiresolution Quantizers with Error Detecting Codes", IEEE Trans. Wireless Commun, 12, pp.3588~3599 (2013)
  12. P. Koopman, "Cyclic Redundancy Code (CRC) Polynomial Selection For Embedded Networks", Proc. Dependable Systems and Networks, pp.145~154 (2004)
  13. D. R. Reilly, "High Speed Lidar via GHz Gated Photon Detector and Locked but Unequal Optical Pulse Rates", Opt. Express, 22, pp.15718~15723 (2014)
  14. C. Goursaud-Brugeaud, "Prime Code Efficiency in DS–OCDMA Systems using Parallel Interference Cancellation", Journal of Communications, 2, pp.51~57 (2007)
  15. F. R. K. Chung, "Optical Orthogonal Codes: Design, Analysis and Applications", IEEE Trans. Inf. Theory, 35, pp.595~604 (1989)
  16. G.-C. Yang, "Prime Codes with Applications to CDMA Optical and Wireless Networks" (2002), Artech House
  17. W. C. Kwong, "Optical Coding Theory with Prime" (2013), CRC Press
  18. M. Freeman, "Scanned Laser Pico–projectors: Seeing the Big Picture (with a Small Device)", Optics and Photonics News, 20, pp.28~34 (2009)
  19. 최순규, "Geiger Mode로 동작하는 3차원 LADAR 광수신기 개발", 한국광학회지, 24(4), pp.176~183 (2013), 한국광학회
  20. J. Kim, "A 300-MS", s, 1.76-ps-Resolution, 10-b Asynchronous Pipelined Time-toDigital Converter With on-Chip Digital Background Calibration in 0.13-µm CMOS, 2013, pp.48, 516~526
  21. Z. Cheng, "Recent Developments and Design Challenges of High-Performance Ring Oscillator CMOS Time-to-Digital Converters", IEEE Trans. Electron Devices, 63, pp.235~251 (2016)
  22. J. Shan, "Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing" (2008), CRC Press
  23. M. E. O’Brien, "Simulation of 3D laser Radar Systems", Lincoln Laboratory Journal, 15, pp.37~60 (2005)

관련 논문AI추천

고성능 광각 3차원 스캐닝 라이다를 위한 스터드 기술 기반의 대면적 고속 단일 광 검출기민봉기, 한문현한국광학회 · 한국광학회지2023 · 제34권 제4호위치 추적식 홀로그램 패턴 구현과 LiDAR 화각 조정 방법윤석재한국광학회 · 한국광학회지2025 · 제36권 제3호다양한 측정 환경 및 반사 조건에 대한 시각안전 LIDAR 신호 분석민봉기, 서홍석, 최규동, 한문현한국광학회 · 한국광학회지2018 · 제29권 제5호실내용 자유 공간 광 통신을 위한 수신단의 위치 탐색 및 자동 링크 정렬 방법이관용, 이창희, 조승래한국광학회 · 한국광학회지2019 · 제30권 제6호고공간분해능 연속 광원을 이용한 미세먼지 라이다의 신호 특성에 관한 연구김덕현, 김태경, 노영민, 심주현, 주소희한국광학회 · 한국광학회지2022 · 제33권 제1호레이저 거리측정기 반복율 개선을 통한 거리측정 성능 향상윤재복공학기술연구원 · 공학기술논문지2017 · 제10권 제3호

이 간행물의 다른 논문 (2건)

펨토초 레이저를 이용한 PLC 가변광감쇠기 특성 향상을 위한 열간섭 차단 트렌치 가공 기술김영식, 김완춘, 최훈국, 유동윤, 손익부, 김진봉, 김수영pp. 127-132푸리에 변환을 이용한 3층 구조 박막의 두께 측정우봉주, 조현주, 원준연, 윤준호, 정영규, 황보창권pp. 143-150
원문 보기