스캐닝 기반 간접 비행시간 측정 센서에서의 상관된 미광으로 인한 구조적인 거리 오차 분석 및 제거 방법

Abstract

산업 전반에 걸쳐 3차원 거리 정보에 대한 활용이 늘어남에 따라, 정확하고 정밀한 3차원 거리 정보를 획득할 수 있는 센서가 더욱 중요해고 있다. 그중 간접 비행시간 측정 센서는 간단한 하드웨어 구성과 비교적 저렴한 가격으로 인해 널리 사용되어 왔지만, 기존의 상용 간접 비행시간 측정 센서는 주변광과 내부 반사로 인한 미광 등의 외란에 민감하여 측정 환경 및 대상에 따라 정확도와 정밀도가 크게 달라지는 문제가 있다. 또한, 수신광의 세기가 약할수록 외란에 의한 왜곡이 심해지기 때문에, 수신 신호 세기가 약한 픽셀은 필터링으로 제거되어 이미지에서 많은 영역이 사라지게 된다. 미광은 변조된 광신호와 선형적으로 상관되어 광학 필터 및 주파수 필터와 같은 일반적인 노이즈 필터링 기법으로는 제거하기 어렵다는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 측정 신호의 정확도 및 정밀도에 대한 미광과 외광의 영향을 분석하였으며, 스캐닝 방식의 디지털 병렬 복조 기반 간접 비행시간 측정 센서를 사용하여 미광과 외광의 영향을 연산과정에서 사전 제거하는 방법을 제안하였다. 이를 통해 후보정 과정 없이도 미광에 의한 측정 비선형성이 제거되었으며 수신 신호 세기가 약한 영역의 거리 정보도 활용할 수 있게 되었다. 실험을 통해 측정 대상의 반사율 변화에 따른 거리 측정 정확도와 정밀도 향상을 정량적으로 검증하고 3D depth map을 통해 정성적으로도 비교해보았다. 제안된 기법은 추후 센서에 포함된 구조적인 에러를 제거하는 방법으로서 다양한 광측정 응용 분야에 활용될 것으로 기대된다.