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WO2020159006A1 - Laser scanner device - Google Patents

Laser scanner device Download PDF

Info

Publication number
WO2020159006A1
WO2020159006A1 PCT/KR2019/005530 KR2019005530W WO2020159006A1 WO 2020159006 A1 WO2020159006 A1 WO 2020159006A1 KR 2019005530 W KR2019005530 W KR 2019005530W WO 2020159006 A1 WO2020159006 A1 WO 2020159006A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
unit
laser
visible light
pulse
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/005530
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이기창
정차근
Original Assignee
호서대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 호서대학교 산학협력단 filed Critical 호서대학교 산학협력단
Publication of WO2020159006A1 publication Critical patent/WO2020159006A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20Image signal generators
    • H04N13/204Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/254Image signal generators using stereoscopic image cameras in combination with electromagnetic radiation sources for illuminating objects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/10Processing, recording or transmission of stereoscopic or multi-view image signals
    • H04N13/106Processing image signals
    • H04N13/161Encoding, multiplexing or demultiplexing different image signal components
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20Image signal generators
    • H04N13/204Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance

Definitions

  • the present invention relates to a laser scanner device, in particular, by receiving a laser signal that is reflected back by radiating a laser pulse beam to an object, and measuring the time-of-flight to obtain distance information, horizontal and vertical 3D image information including distance information can be obtained by scanning in 2D, and color 3D image and black and white 3 are emitted by simultaneously emitting three primary colors of visible light and near infrared (NIR)
  • NIR near infrared
  • the present invention relates to a laser scanner device capable of simultaneously obtaining a dimensional image.
  • 3D laser scanners which are currently widely used in commercial use, mainly acquire an image in 3D using an infrared laser, which is an invisible light having a wavelength of 900 nm or more, and when reproducing it, an infrared point cloud ) Creates a three-dimensional image image on the display screen by forming the locus of black and white dots.
  • the color of the actual image cannot be expressed.
  • the post-processing of the software algorithm is usually performed.
  • the color of each point crowd is displayed differently according to the distance range as a work, it is used to visually facilitate distance recognition between image pixels, but the color expressed here is completely independent of the color of the actual object. .
  • the image image obtained from the laser scanner is basically a black and white (B&W) image, it is difficult to analyze the exact image because the actual color of the scanned background, object, or structure is unknown with the image obtained with this conventional laser scanner.
  • B&W black and white
  • the present invention was devised to solve the above problems, in obtaining a distance information by measuring a time-of-flight by receiving a laser signal that is reflected back by radiating a laser pulse beam to an object, By scanning in two dimensions horizontally and vertically, three-dimensional image information including distance information can be obtained, and three-color Visible Light and Near Infrared (NIR) are simultaneously emitted to generate a color three-dimensional image. And a laser scanner device capable of simultaneously acquiring black and white 3D images.
  • An aspect of the present invention is a transmitter for generating a laser pulse signal according to the control signal of the signal processing and control unit to scan the target area in two dimensions;
  • a receiving unit that outputs a control signal to the transmitting unit, separates the laser pulse reflected from the target region into visible light and near-infrared, outputs a visible light signal and a near-infrared signal, and generates and outputs a luminance signal of a black and white signal using the separated visible light. ;
  • And outputting a control signal to the transmitter converting the visible light signal, the luminance signal and the near-infrared signal separated from the receiver into a digital signal, so that the digital data stream of the visible light signal and the near-infrared signal converted to a digital signal is distance information. It includes a signal processing and a controller for multiplexing together with one.
  • the transmitter of one aspect of the present invention is a pulse modulation and switching unit for switching a pulse of a short width generated by the control signal (trigger signal) from the signal processing and control unit;
  • a laser pulse generator that generates and outputs an actual laser pulse according to the pulse modulation and switching of the switching unit;
  • a laser two-dimensional scanning unit that transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes.
  • the pulse modulation and switching unit of one aspect of the present invention is a pulse modulator for receiving a control signal trigger pulse from the signal processing and control unit to generate a square wave pulse; And a laser switching circuit that switches the laser diode of the laser pulse generator according to the square wave pulse generated by the pulse modulator.
  • the laser pulse generator of one aspect of the present invention is a pair of laser diodes; A pair of collimators for focusing laser beam rays into dots corresponding to each of the pair of laser diodes; A pair of adapters that connect and connect the laser beam generated corresponding to each focuser to a single mode optical fiber cable; An optical directional coupler that synthesizes and outputs laser beams output from the pair of adapters; And an output adapter for emitting a laser beam from the optical directional coupler to the laser two-dimensional scanning unit.
  • one laser diode includes a near infrared laser diode having a near infrared (NIR) wavelength of 905 nm and a red laser diode having a wavelength of 610 nm, and the other laser diode has a wavelength.
  • NIR near infrared
  • the green laser diode of 535nm and the blue laser diode of 470nm wavelength are built together.
  • the laser two-dimensional scanning unit of one aspect of the present invention vertical reflection mirror for vertically reflecting the laser pulse projected from the laser pulse generating unit; A horizontal reflection mirror that horizontally reflects the laser pulse reflected from the vertical reflection mirror; A vertical motor driving the vertical reflective mirror in a vertical direction; A horizontal motor driving the horizontal reflective mirror in a horizontal direction; A motor controller that controls vertical and horizontal motors under the control of the signal processing and control unit; A vertical encoder that encodes the address of the vertical axis; A horizontal encoder that encodes the address of the horizontal axis; And a scan address multiplexer that multiplexes and outputs the address of the vertical axis output through the vertical encoder and the address of the horizontal axis output through the horizontal encoder.
  • the receiving unit of one aspect of the present invention for receiving the objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target area;
  • a laser signal separation unit for receiving the laser pulse focused from the receiving objective lens and separating and outputting visible light and near infrared rays;
  • a visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light;
  • a signal synthesis and mode selector for synthesizing primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit to generate and output a luminance signal of a black and white signal.
  • the receiving objective lens of one aspect of the present invention receives and focuses a laser pulse of near infrared (NIR), which is visible light and invisible light.
  • NIR near infrared
  • the visible light primary color separation optical unit of the aspect of the present invention is a first wavelength-selective translucent mirror that reflects light of a long wavelength of red at 610 nm and passes light of the remaining wavelengths; And a second color classification that reflects light having a short wavelength of blue at a wavelength of 470 nm and transmits light of a wavelength range of 500 to 600 nm in the vicinity of the intermediate wavelength band in the light passing through the first color classification translucent mirror. Includes translucent mirror.
  • the receiving unit of one aspect of the present invention is a synchronization signal generator for generating a synchronization signal; And a near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting the near-infrared separated from the laser signal separation unit, wherein the signal synthesis and mode selection unit synthesizes the synchronization signal generated by the synchronization signal generation unit into the luminance signal and synchronizes the luminance. Generates and outputs a signal, and receives and outputs a near-infrared signal output from the near-infrared optical and amplifying unit.
  • the signal processing and control unit of one aspect of the present invention amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit, converts an analog signal form into a digital signal, and is the output signal of the signal synthesis and mode selector
  • An analog-to-digital conversion module that converts a signal, a synchronized luminance signal, and a near infrared signal into a digital signal
  • a digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information.
  • the analog-to-digital conversion module of one aspect of the present invention includes: a first analog-to-digital conversion unit for amplifying the primary color of visible light separated from the visible color primary optical separation unit and converting an analog signal form into a digital signal; And a second analog-to-digital converter for converting the luminance signal, the output signal of the signal synthesis and mode selection unit, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal into a digital signal.
  • the signal processing and control unit of one aspect of the present invention includes a timing detection unit that detects a pulse detection time from an output signal of the signal synthesis and mode selection unit; And a time digital conversion unit converting a time interval corresponding to a time difference between a pulse detection time detected by the timing detection unit and a time at which the laser pulse is transmitted from the transmission unit into a digital signal and outputting it as distance information.
  • the signal processing and control unit of one aspect of the present invention inputs and outputs various control signals, generates digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and stores the data in a memory or externally through a communication port. It further includes a main control device for transmitting.
  • one aspect of the present invention further includes a power supply unit including a high voltage circuit for supplying a high voltage to a battery and a transmitter and a receiver for generating various voltages required for circuit operation.
  • another aspect of the present invention is a pulse modulation and switching unit for receiving a control signal from the main control unit for switching the laser pulse generator;
  • a laser pulse generator for generating and outputting a laser pulse signal according to the pulse modulation and switching of the switching unit;
  • a laser two-dimensional scanning unit that transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes;
  • a receiving objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target region;
  • a laser signal separation unit that receives the laser pulse focused from the receiving objective lens and separates and outputs visible light;
  • a visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light;
  • a synchronization signal generator for providing a synchronization signal;
  • a near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting near-infrared separated from the laser signal separation unit;
  • the primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit
  • Analog-to-digital conversion module A digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information; And a main control device for inputting and outputting various control signals, generating digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and storing the data in a memory or sending it out through a communication port.
  • a three-dimensional 3D image image including distance information is obtained, and at the same time, a 2D color image image representing an actual color of the object can be obtained, and thus, when analyzing and analyzing the image image information, the object
  • the advantage of acquiring the complete information of is very beneficial in accurately recognizing the content and information of the image.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed block diagram for the implementation of the device of the present invention.
  • 3 is a reference diagram showing wavelength-related band characteristics of R, G, B, and NIR on the visible and near-infrared spectrum.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser scanner according to an embodiment of the present invention.
  • a laser scanner includes a transmitter 100, a receiver 200, a signal processing and control unit 300, and a power supply unit 400.
  • the transmitting unit 100 includes a pulse modulation and switching unit 110, a laser pulse generating unit 120 and a laser two-dimensional scanning unit 130.
  • the receiving unit 200 includes a receiving objective lens 210, a laser signal separation unit 220, a visible light primary color separation optical unit 230, a near infrared optical and amplification unit 240, a synchronization signal generation unit 250, and It includes a signal synthesis and mode selection unit 260.
  • the signal processing and control unit 300 includes a main control unit 310, a memory 320, a mode and control interface 330, an operation panel 340, a digital data format processing unit 350, a first analog digital conversion It includes a unit 360, a second analog-to-digital conversion unit 370, a timing detection unit 380, and a time digital conversion unit 390.
  • the first analog-to-digital conversion unit and the second analog-to-digital conversion unit form an analog-to-digital conversion module.
  • the power supply unit 400 includes a battery and a power supply unit 410 and a high voltage circuit 420.
  • the pulse modulation and switching unit 110 of the transmitter 100 receives a control signal trigger pulse from the main controller 310 to make a very narrow square wave pulse, and a laser pulse generator according to the generated square wave pulse.
  • the laser diode of 120 is switched.
  • the laser pulse generator 120 generates and outputs a laser pulse signal by a laser diode according to pulse modulation and switching of the switching unit 110.
  • the laser two-dimensional scanning unit 130 transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit 120 to an object or region (target region) to be imaged, and scans in two dimensions in the X and Y axes. ).
  • the objective lens 210 for reception of the transmitting unit 200 receives a laser pulse of near infrared rays (NIR), which are visible light and invisible light reflected from the target area, and focuses to a narrow area. Order.
  • NIR near infrared rays
  • the laser signal separation unit 220 separates the laser pulses into visible and invisible light in the near infrared band.
  • the laser signal separation unit 220 outputs the separated visible light to the visible light primary color separation optical unit 230.
  • the visible light primary color separation optical unit 230 separates visible light into three types of light: red (R: Red), green (G: Green), and blue (B: Blue).
  • the luminance of a black and white signal is composed of three primary colors: red (wavelength 610nm) 30%, green (wavelength 535nm) 59% and blue (wavelength 470nm) 11%.
  • the signal synthesis and mode selection unit 260 synthesizes the three primary colors input from the visible light primary color separation optical unit 230 to generate a luminance signal that is the brightness of the black and white signal.
  • the signal synthesis and mode selection unit 260 outputs a luminance (Y) signal as an output, which is analog monochrome brightness information.
  • a synchronization signal is required, and the synchronization signal generator 250 generates and outputs it.
  • the signal synthesis and mode selector 260 synthesizes it into a luminance (Y) signal and synchronizes the luminance (Y), which is a combined luminance signal. ') It becomes a signal.
  • This synchronized luminance (Y') signal is necessary when viewing an image on a television or display device.
  • the laser signal separation unit 220 inputs the separated analog signal of the near infrared signal to the near infrared optical and amplification unit 240.
  • the optical and amplification unit 240 amplifies the analog signal of the near infrared signal input from the laser signal separation unit 220 and outputs it to the signal synthesis and mode selection unit 260.
  • the signal synthesis and mode selector 260 synthesizes a signal according to the analog signal of the amplified near infrared signal or selects a signal for each mode.
  • the analog digital conversion module of the signal processing and control unit 300 amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit 230, converts the analog signal form into a digital signal, and synthesizes the signal and selects a mode ( 260) converts the luminance signal, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal, which are output signals, into digital signals.
  • the first analog-to-digital conversion unit 360 amplifies the primary color of the visible light separated from the visible light primary color separation optical unit 230 and converts the analog signal form into a digital signal.
  • the second analog-to-digital converter 370 converts the luminance signal, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal into digital signals.
  • the digital data stream which is a digital signal of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal, is multiplexed together with distance information from the digital data format processor 350.
  • the timing detector 380 of the signal processing and control unit 300 detects the pulse detection time from the signal synthesis and the output signal of the mode selection unit 260.
  • the pulse detection time is the reception time of the pulse.
  • the time digital conversion unit 390 converts a time interval corresponding to a minute time difference between a pulse reception time (pulse detection time) and a time at which the laser pulse is transmitted by a transmitter, into a digital signal, and converts the digital data format into distance information. (350).
  • the overall operation of the laser scanning device is led by the main control unit (MPU) 310, in which various control signals are input and output, and make digital data necessary for the mode set in the mode and the control interface 330, Overall operation is performed using the operation panel 340, such as storing data in the memory 320 or sending it to the outside through a communication port.
  • MPU main control unit
  • the battery 410 of the power supply unit 400 generates various voltages necessary for circuit operation and supplies it to the circuit
  • the high-voltage circuit 420 is a laser diode at the transmitter 100 and a laser signal at the front of the receiver 200 It produces and supplies high voltage required for APD (Avalanche Photo Diode), which serves to receive phosphorus light and convert it into electric current.
  • APD Anavalanche Photo Diode
  • FIG. 2 is a detailed block diagram for the implementation of the device of the present invention.
  • the pulse modulator 110-1 generates a short square wave pulse by a trigger signal from the main control unit (MPU) 360, and the laser is switched in the laser switching circuit 110-2.
  • the diodes 120-1 and 120-2 are switched so that laser pulses are transmitted through the laser optical system.
  • the laser pulse generator 120 is composed of laser diodes 120-1 and 120-2 and collimators 120-3 and 120-4 that aggregate laser beam rays into small dots. , The focusing lens and the focal length control device are included in the focusers 120-3 and 120-4.
  • the present invention uses two lasers of visible light and near infrared rays at the same time, it consists of two sets of laser diodes and focusers.
  • the laser diode 120-1 includes a near infrared laser diode having a near infrared (NIR) wavelength of 905 nm and a red laser diode having a wavelength of 610 nm, and the laser diode 120-2 has a wavelength of 535 nm with a green laser diode.
  • a blue laser diode of 470nm is built-in. These four diodes generate near infrared rays (905 nm) and three primary colors of visible light (R, G, B) (610, 535, 470 nm).
  • the adapters 120-5 and 120-6 are all connected by connecting the generated laser beams to a single-mode optical biber cable (120-7, 120-8).
  • optical directional coupler optical directional coupler (120-9) and the laser beams of 4 wavelengths are synthesized together and proceed only in the output direction with one optical fiber.
  • the output adapter 120-10 fires a laser beam from the optical directional coupler 120-7 into free space, which is now a vertical reflection mirror 130-1 and a horizontal reflection that form a laser two-dimensional scanning unit. It is transmitted to an object or an object area to acquire an image through the mirror 130-2.
  • both the vertical motor 130-2 and the horizontal motor 130-4 are precision stepping motors, and when they are controlled from the main control device 360, they are spaced in the horizontal and vertical directions through the control interface 330. By rotating each time, the target object is scanned to obtain a video image.
  • the addresses of the X and Y axes are provided to the data multiplexer 350 through the horizontal and vertical encoders 130-6 and 130-7 and the scan address multiplexer 130-8.
  • the address is combined with the measurement data of the receiver and stored in the memory 320 via the MPU 310.
  • the motor controller 130-5 supplies appropriate voltages to both motors.
  • the receiving objective lens 210 is a portion that receives all rays coming from an object or a target region to be scanned, and increases the received light amount through a combination of a convex lens and a concave lens. It serves to collect light coming from a wide aperture into a narrow area to increase sensitivity.
  • the laser signal separation unit 220 uses a special prism for separating near-infrared wavelengths of visible light and invisible light.
  • the near infrared ray separated from the special prism 220 is reflected from the inside and goes to the near infrared lens 240-1 constituting the near-infrared optical and amplifying unit 240, and all R, G, and B visible rays are directly transmitted to separate the visible primary color. Go straight to the first wavelength-selective dichroic mirror 230-1 constituting the optical unit 230.
  • first transmissive mirror for each color line dichroic mirror: 230-1
  • light having a wavelength of 610 nm or longer is reflected and proceeds in the direction of the first reflective mirror 230-3, and other visible light Immediately penetrates and enters the second color sorting translucent mirror (230-2).
  • the second color-coded translucent mirror 230-2 reflects blue light having a wavelength of 470 nm or shorter wavelength, and is reflected into the normal second reflection mirror 230-3, and is in the vicinity of green with a remaining wavelength of 500 to 600 nm. The light proceeds straight through and passes through and enters the third focus adjustment lens 230-12.
  • the translucent mirrors 230-1 and 230-2 for each color line separate the three primary colors of R (emission), G (green), and B (blue) from visible light.
  • the light coming from the receiving objective lens 210 is separately processed into four light paths of near infrared light, visible light R, visible light G, and visible light B, which are respectively 1 to 4 focusing lenses 240-1, 230 -11, 230-12, 230-13), and first to fourth color band-pass interference filters (240-2, 230) that pass only light having near infrared, red, green, and blue colors, respectively.
  • focusing lenses 240-1, 230 -11, 230-12, 230-13 first to fourth color band-pass interference filters
  • 240-2, 230 first to fourth color band-pass interference filters
  • 240-2, 230 that pass only light having near infrared, red, green, and blue colors, respectively.
  • APD avalanche photo diode
  • the R signal, the G signal, and the B signal are synthesized at a ratio of 30%, 59%, and 11%, respectively, according to the principle of color theory to produce a Y signal with luminance, which is a signal synthesis and mode selector ( It is made by a voltage synthesis circuit consisting of resistors 260-1, 260-2, 260-3, 260-4).
  • the signal synthesizing circuits 260-5 for each mode are synthesized with each other using the input luminance signal (Y), near infrared (NIR), and sync pulses from the synchronization signal generator 250, or the main controller (MPU). )
  • the signal suitable for the output terminal is output according to the instruction of 310.
  • a Y signal or a NIR signal is output to the output as needed.
  • NIR near infrared rays
  • the signal processing is entered, and the laser scan mode using only visible light In, the Y signal is output to the output, and the R, G, B, and Y signals are converted to digital signals by the corresponding analog-to-digital converter (ADC) (360-1, 360-2, 360-3, 370-1). Signal processing is entered later.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the timing detector 380 receives the Y signal or the NIR signal, detects this by receiving a reflected signal when a signal exceeding the appropriately set threshold level is inputted to increase the level. Then, it is sent to the time-to-digital converter 390 to convert the difference between the transmission laser pulse emission time and the reflected wave reception time, that is, the time difference into a digital physical quantity, and convert it into a distance of an object. This is all under the control of the main control device 360.
  • Digital signal values output from four analog-to-digital converters (ADCs) 360-1, 360-2, 360-3, and 370-1 in the digital signal processing process and output from the time-to-digital converter 390 Values (distance information) and input values from other satellite location information (GPS), etc., are synthesized in one format by the data multiplexer 350-1 and stored in the memory 320 through the main controller 360 or serially It is transmitted to the outside through the output port 360-1.
  • ADCs analog-to-digital converters
  • the crystal oscillator 360-2 provides a basic clock signal or other frequency signal operated by the main control device 360.
  • the mode and control interface 330 provides information to the main control device 360 to select an operation for each mode according to the setting of the front panel 340-1, and provides an interface for necessary control.
  • the power supply unit is a circuit that provides various voltages required by the device by receiving a voltage from a built-in battery or an external commercial power supply, and a high voltage that generates a high voltage (HV) by receiving the voltage from the battery 410 and the battery.
  • the high voltage is used in the circuit 420 for pulse generation of the laser diodes 120-1 and 120-2 of the transmitter and avalanche photodiodes 230-31, 230-32 and 230-33 of the receiver.
  • FIG. 3 is a reference diagram showing wavelength-related band characteristics of R, G, B, and NIR on visible and near-infrared spectrum.
  • a three-dimensional 3D image image including distance information is obtained, and at the same time, a 2D color image image representing an actual color of the object can be obtained, and thus, when analyzing and analyzing the image image information, the object
  • the advantage of acquiring the complete information of is very beneficial in accurately recognizing the content and information of the image.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

The present invention relates to a laser scanner device whereby three-dimensional image information, including distance information, may be acquired by two-dimensionally scanning horizontally and vertically, and a three-dimensional color image and a three-dimensional black-and-white image may be simultaneously acquired by simultaneously radiating a near infrared ray (NIR) and a visible light having the three primary colors. The laser scanner device comprises: a transmission unit; a receiving unit; and a signal processing and control unit which outputs a control signal to the transmission unit, converts a visible light signal, a luminance signal and a near infrared signal, divided from the receiving unit, into digital signals, and multiplexes, into one, location information along with digital data streams of the visible light signal and the near infrared signal converted into digital signals.

Description

레이저 스캐너 장치Laser scanner device
본 발명은 레이저 스캐너 장치에 관한 것으로, 특히 레이저 펄스 빔을 대상물에 방사하여 반사되어 되돌아 오는 레이저 신호를 수신해 비행시간(time-of-flight)을 측정해 거리 정보를 획득함에 있어서, 수평 및 수직으로 2차원으로 주사(scanning)하여 거리 정보를 포함해 3차원의 이미지 정보를 얻을 수 있으며, 삼원색의 가시광(Visible Light) 및 근적외선(NIR: Near Infrared)을 동시에 방사해 컬러 3차원 이미지와 흑백 3차원 이미지를 동시에 획득할 수 있는 레이저 스캐너 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scanner device, in particular, by receiving a laser signal that is reflected back by radiating a laser pulse beam to an object, and measuring the time-of-flight to obtain distance information, horizontal and vertical 3D image information including distance information can be obtained by scanning in 2D, and color 3D image and black and white 3 are emitted by simultaneously emitting three primary colors of visible light and near infrared (NIR) The present invention relates to a laser scanner device capable of simultaneously obtaining a dimensional image.
현재 상용으로 많이 사용되고 있는 3차원 레이저 스캐너는 주로 파장 900nm 이상의 비가시광선(invisible light)인 적외선(infrared) 레이저를 사용하여 3차원의 이미지를 획득하고, 이를 재현할 경우에는 적외선 포인트 크라우드(point cloud)의 궤적을 흑백(Black & White)의 점으로 형성한 영상 이미지를 디스플레이 화면에 3차원으로 구현한다. 3D laser scanners, which are currently widely used in commercial use, mainly acquire an image in 3D using an infrared laser, which is an invisible light having a wavelength of 900 nm or more, and when reproducing it, an infrared point cloud ) Creates a three-dimensional image image on the display screen by forming the locus of black and white dots.
따라서 실제 이미지의 색상을 표현할 수 없다는 단점이 있다. 다만 이 경우 분석의 편의성을 위하여 보통 소프트웨어 알고리즘의 후처리(post-processing) 작업으로 거리 범위에 따라 각 포인트 크라우드의 색상을 다르게 표시하여 이미지 화소(pixel)들 사이의 거리 인식을 시각적으로 용이하게 하는데 사용하지만, 여기서 표현되는 색상은 실제 대상물이 가진 색상과는 전혀 무관한 것이다. Therefore, there is a disadvantage that the color of the actual image cannot be expressed. However, in this case, for convenience of analysis, the post-processing of the software algorithm is usually performed. Although the color of each point crowd is displayed differently according to the distance range as a work, it is used to visually facilitate distance recognition between image pixels, but the color expressed here is completely independent of the color of the actual object. .
따라서 레이저 스캐너에서 얻은 영상 이미지는 기본적으로 흑백(B&W)의 영상이므로 이런 재래식 레이저 스캐너로 획득한 이미지로는 스캐닝 된 배경, 대상물 또는 구조물의 실제 색상은 알 수 없어 정확한 이미지의 분석이 어려웠다.Therefore, since the image image obtained from the laser scanner is basically a black and white (B&W) image, it is difficult to analyze the exact image because the actual color of the scanned background, object, or structure is unknown with the image obtained with this conventional laser scanner.
발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 펄스 빔을 대상물에 방사하여 반사되어 되돌아 오는 레이저 신호를 수신해 비행시간(time-of-flight)을 측정해 거리 정보를 획득함에 있어서, 수평 및 수직으로 2차원으로 주사(scanning)하여 거리 정보를 포함해 3차원의 이미지 정보를 얻을 수 있으며, 삼원색의 가시광(Visible Light) 및 근적외선(NIR: Near Infrared)을 동시에 방사해 컬러 3차원 이미지와 흑백 3차원 이미지를 동시에 획득할 수 있는 레이저 스캐너 장치를 제공하는 데 있다.The present invention was devised to solve the above problems, in obtaining a distance information by measuring a time-of-flight by receiving a laser signal that is reflected back by radiating a laser pulse beam to an object, By scanning in two dimensions horizontally and vertically, three-dimensional image information including distance information can be obtained, and three-color Visible Light and Near Infrared (NIR) are simultaneously emitted to generate a color three-dimensional image. And a laser scanner device capable of simultaneously acquiring black and white 3D images.
본 발명의 일 측면은 신호 처리 및 제어부의 제어 신호에 따라 레이저 펄스 신호를 생성하여 대상 영역에 2차원 주사하는 송신부; 상기 송신부에 제어 신호를 출력하고, 상기 대상 영역에서 반사된 레이저 펄스를 가시광과 근적외선으로 분리하여 가시광 신호와 근적외선 신호를 출력하고, 분리된 가시광을 이용하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하는 수신부; 및 상기 송신부에 제어 신호를 출력하고, 상기 수신부에서 분리된 가시광 신호, 휘도신호 및 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하여, 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)하는 신호 처리 및 제어부를 포함한다.An aspect of the present invention is a transmitter for generating a laser pulse signal according to the control signal of the signal processing and control unit to scan the target area in two dimensions; A receiving unit that outputs a control signal to the transmitting unit, separates the laser pulse reflected from the target region into visible light and near-infrared, outputs a visible light signal and a near-infrared signal, and generates and outputs a luminance signal of a black and white signal using the separated visible light. ; And outputting a control signal to the transmitter, converting the visible light signal, the luminance signal and the near-infrared signal separated from the receiver into a digital signal, so that the digital data stream of the visible light signal and the near-infrared signal converted to a digital signal is distance information. It includes a signal processing and a controller for multiplexing together with one.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 송신부는 상기 신호 처리 및 제어부로부터 제어 신호(트리거 신호)를 생성된 짧은 폭의 펄스를 스위칭하는 펄스 변조 및 스위칭부; 상기 펄스 변조 및 스위칭부의 스위칭에 따라 실제 레이저 펄스를 발생시켜 출력하는 레이저 펄스 생성부; 및 상기 레이저 펄스 생성부에서 생성된 레이저 펄스 신호를 이미지를 만들고자 하는 대상 영역으로 송출해 X 및 Y축으로 2차원 주사(scanning)를 수행하는 레이저 2차원 스캐닝부를 포함한다.In addition, the transmitter of one aspect of the present invention is a pulse modulation and switching unit for switching a pulse of a short width generated by the control signal (trigger signal) from the signal processing and control unit; A laser pulse generator that generates and outputs an actual laser pulse according to the pulse modulation and switching of the switching unit; And a laser two-dimensional scanning unit that transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 펄스 변조 및 스위칭부는 상기 신호 처리 및 제어부로부터 제어 신호인 트리거 펄스를 받아서 구형파 펄스를 생성하는 펄스 변조기; 및 상기 펄스 변조기에 의해 생성된 구형파 펄스에 따라서 상기 레이저 펄스 생성부의 레이저 다이오드를 스위칭하는 레이저 스위칭 회로를 포함한다.In addition, the pulse modulation and switching unit of one aspect of the present invention is a pulse modulator for receiving a control signal trigger pulse from the signal processing and control unit to generate a square wave pulse; And a laser switching circuit that switches the laser diode of the laser pulse generator according to the square wave pulse generated by the pulse modulator.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 레이저 펄스 생성부는 한 쌍의 레이저 다이오드; 상기 한 쌍의 레이저 다이오드의 각각에 대응되어 레이저 빔(laser beam) 광선을 점으로 결집시키는 한 쌍의 집속기(collimator); 각각의 집속기에 대응되어 발생된 레이저 빔을 단일모드 광섬유케이블에 결합하여 접속시키는 한쌍의 어댑터; 상기 한쌍의 어댑터에서 출력되는 레이저 빔들을 합성하여 출력하는 광 방향성 결합기; 및 상기 광 방향성 결합기에서 나오는 레이저 빔을 상기 레이저 2차원 스캐닝부로 발사시키는 출력 어댑터를 포함한다.In addition, the laser pulse generator of one aspect of the present invention is a pair of laser diodes; A pair of collimators for focusing laser beam rays into dots corresponding to each of the pair of laser diodes; A pair of adapters that connect and connect the laser beam generated corresponding to each focuser to a single mode optical fiber cable; An optical directional coupler that synthesizes and outputs laser beams output from the pair of adapters; And an output adapter for emitting a laser beam from the optical directional coupler to the laser two-dimensional scanning unit.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 한쌍의 레이저 다이오드에서 하나의 레이저 다이오드는 근적외선(NIR) 파장 905nm의 근적외선 레이저 다이오드와 파장 610nm의 빨강색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것이고, 다른 하나의 레이저 다이오드는 파장 535nm의 초록색 레이저 다이오드와 파장 470nm의 파랑색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것이다.In addition, in the pair of laser diodes of one aspect of the present invention, one laser diode includes a near infrared laser diode having a near infrared (NIR) wavelength of 905 nm and a red laser diode having a wavelength of 610 nm, and the other laser diode has a wavelength. The green laser diode of 535nm and the blue laser diode of 470nm wavelength are built together.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 레이저 2차원 스캐닝부는 상기 레이저 펄스 생성부에서 투사된 레이저 펄스를 수직으로 반사시키는 수직 반사거울; 상기 수직 반사 거울에서 반사된 레이저 펄스를 수평으로 반사시키는 수평 반사거울; 상기 수직 반사거울을 수직방향으로 구동시키는 수직 모터; 상기 수평 반사거울을 수평방향으로 구동시키는 수평 모터; 상기 신호 처리 및 제어부의 제어에 따라 수직 모터와 수평 모터를 제어하는 모터 제어기; 수직축의 주소를 엔코딩하는 수직 엔코더; 수평축의 주소를 엔코딩하는 수평 엔코더; 및 상기 수직 엔코더를 통하여 출력되는 수직축의 주소와 상기 수평 엔코더를 통하여 출력되는 수평축의 주소를 다중화하여 출력하는 스캔 주소 다중화기를 포함한다.In addition, the laser two-dimensional scanning unit of one aspect of the present invention vertical reflection mirror for vertically reflecting the laser pulse projected from the laser pulse generating unit; A horizontal reflection mirror that horizontally reflects the laser pulse reflected from the vertical reflection mirror; A vertical motor driving the vertical reflective mirror in a vertical direction; A horizontal motor driving the horizontal reflective mirror in a horizontal direction; A motor controller that controls vertical and horizontal motors under the control of the signal processing and control unit; A vertical encoder that encodes the address of the vertical axis; A horizontal encoder that encodes the address of the horizontal axis; And a scan address multiplexer that multiplexes and outputs the address of the vertical axis output through the vertical encoder and the address of the horizontal axis output through the horizontal encoder.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 수신부는 대상 영역으로부터 반사된 레이저 펄스를 집속시키는 수신용 대물 렌즈; 상기 수신용 대물렌즈에서 집속된 레이저 펄스를 입력받아 가시광과 근적외선을 분리하여 출력하는 레이저 신호 분리부; 상기 가시광에서 원색을 분리하여 출력하는 가시광 원색 분리 광학부; 및 상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 원색을 합성하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하는 신호 합성 및 모드 선택부를 포함한다.In addition, the receiving unit of one aspect of the present invention for receiving the objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target area; A laser signal separation unit for receiving the laser pulse focused from the receiving objective lens and separating and outputting visible light and near infrared rays; A visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light; And a signal synthesis and mode selector for synthesizing primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit to generate and output a luminance signal of a black and white signal.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 수신용 대물 렌즈는 가시광(visible light) 및 비가시광(invisible)인 근적외선(NIR: Near InfraRed)의 레이저 펄스를 받아들여 집속시킨다.Further, the receiving objective lens of one aspect of the present invention receives and focuses a laser pulse of near infrared (NIR), which is visible light and invisible light.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 가시광 원색 분리 광학부는 610nm의 빨강색의 긴 파장의 빛은 반사하고 나머지 파장의 빛을 통과시키는 제1 색선별(wavelength-selective) 반투명거울; 및 상기 제1 색선별 반투명거울에서 통과된 빛에서 470nm의 파장의 파랑색의 짧은 파장의 빛은 반사하고, 500~600nm 파장을 가진 초록색과 부근의 중간 파장 대역의 빛은 투과시키는 제2 색선별 반투명거울을 포함한다.In addition, the visible light primary color separation optical unit of the aspect of the present invention is a first wavelength-selective translucent mirror that reflects light of a long wavelength of red at 610 nm and passes light of the remaining wavelengths; And a second color classification that reflects light having a short wavelength of blue at a wavelength of 470 nm and transmits light of a wavelength range of 500 to 600 nm in the vicinity of the intermediate wavelength band in the light passing through the first color classification translucent mirror. Includes translucent mirror.
또한, 본 발명의 일 측면의 수신부는 동기 신호를 생성하는 동기 신호 생성부; 및 상기 레이저 신호 분리부에서 분리된 근적외선을 증폭하여 출력하는 근적외선 광학 및 증폭부를 더 포함하며, 상기 신호 합성 및 모드 선택부는 상기 동기 신호 생성부에서 생성된 동기 신호를 상기 휘도 신호에 합성하여 동기화 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 근적외선 광학 및 증폭부의 출력되는 근적외선 신호를 입력받아 출력한다.In addition, the receiving unit of one aspect of the present invention is a synchronization signal generator for generating a synchronization signal; And a near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting the near-infrared separated from the laser signal separation unit, wherein the signal synthesis and mode selection unit synthesizes the synchronization signal generated by the synchronization signal generation unit into the luminance signal and synchronizes the luminance. Generates and outputs a signal, and receives and outputs a near-infrared signal output from the near-infrared optical and amplifying unit.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 신호 처리 및 제어부는 상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하며, 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 모듈; 및 상기 아날로그 디지털 변환 모듈에서 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)되는 디지털 데이터 포맷 처리부를 포함한다.In addition, the signal processing and control unit of one aspect of the present invention amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit, converts an analog signal form into a digital signal, and is the output signal of the signal synthesis and mode selector An analog-to-digital conversion module that converts a signal, a synchronized luminance signal, and a near infrared signal into a digital signal; And a digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 아날로그 디지털 변환 모듈은 상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하는 제1 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 아날로그 디지털 변환부를 포함한다.In addition, the analog-to-digital conversion module of one aspect of the present invention includes: a first analog-to-digital conversion unit for amplifying the primary color of visible light separated from the visible color primary optical separation unit and converting an analog signal form into a digital signal; And a second analog-to-digital converter for converting the luminance signal, the output signal of the signal synthesis and mode selection unit, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal into a digital signal.
또한, 본 발명의 일 측면의 신호 처리 및 제어부는 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호로부터 펄스 검출 시각을 검출하는 타이밍 검출부; 및 상기 타이밍 검출부가 검출한 펄스 검출 시각과 상기 송신부에서 레이저 펄스를 송출한 시각과의 시간차이에 해당하는 시간 간격을 디지털 신호로 변환하여 거리정보로 출력하는 시간 디지털 변환부를 더 포함한다.In addition, the signal processing and control unit of one aspect of the present invention includes a timing detection unit that detects a pulse detection time from an output signal of the signal synthesis and mode selection unit; And a time digital conversion unit converting a time interval corresponding to a time difference between a pulse detection time detected by the timing detection unit and a time at which the laser pulse is transmitted from the transmission unit into a digital signal and outputting it as distance information.
또한, 본 발명의 일 측면의 신호 처리 및 제어부는 각종 제어신호가 입출력되고, 모드 및 제어 인터페이스에서 설정된 모드(mode)에 필요한 디지털 데이터를 생성하며, 데이터를 메모리에 저장하거나 통신포트를 통해 외부로 송출하는 주 제어 장치를 더 포함한다.In addition, the signal processing and control unit of one aspect of the present invention inputs and outputs various control signals, generates digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and stores the data in a memory or externally through a communication port. It further includes a main control device for transmitting.
또한, 본 발명의 일 측면은 회로동작에 필요한 여러 가지 전압을 만들어 회로에 공급하는 배터리와 송신부와 수신부에 고압(High Voltage)을 만들어 공급하는 고압 회로가 포함된 전원부를 더 포함한다.In addition, one aspect of the present invention further includes a power supply unit including a high voltage circuit for supplying a high voltage to a battery and a transmitter and a receiver for generating various voltages required for circuit operation.
한편, 본 발명의 다른 측면은 주 제어 장치로부터 제어 신호를 입력받아 레이저 펄스 생성부를 스위칭하는 펄스 변조 및 스위칭부; 상기 펄스 변조 및 스위칭부의 스위칭에 따라 레이저 펄스 신호를 생성하여 출력하는 레이저 펄스 생성부; 상기 레이저 펄스 생성부에서 생성된 레이저 펄스 신호를 이미지를 만들고자 하는 대상 영역으로 송출해 X 및 Y축으로 2차원 주사(scanning)를 수행하는 레이저 2차원 스캐닝부; 대상 영역으로부터 반사된 레이저 펄스를 집속시키는 수신용 대물 렌즈; 상기 수신용 대물렌즈에서 집속된 레이저 펄스를 입력받아 가시광을 분리하여 출력하는 레이저 신호 분리부; 상기 가시광에서 원색을 분리하여 출력하는 가시광 원색 분리 광학부; 동기 신호를 제공하는 동기 신호 생성부; 상기 레이저 신호 분리부에서 분리된 근적외선을 증폭하여 출력하는 근적외선 광학 및 증폭부; 상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 원색을 합성하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 동기 신호 생성부에서 생성된 동기 신호를 상기 휘도 신호에 합성하여 동기화 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 근적외선 광학 및 증폭부의 출력되는 근적외선 신호를 입력받아 출력하는 신호 합성 및 모드 선택부; 상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하며, 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 모듈; 상기 아날로그 디지털 변환 모듈에서 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)되는 디지털 데이터 포맷 처리부; 및 각종 제어신호가 입출력되고, 모드 및 제어 인터페이스에서 설정된 모드(mode)에 필요한 디지털 데이터를 생성하며, 데이터를 메모리에 저장하거나 통신포트를 통해 외부로 송출하는 주 제어 장치를 포함한다.On the other hand, another aspect of the present invention is a pulse modulation and switching unit for receiving a control signal from the main control unit for switching the laser pulse generator; A laser pulse generator for generating and outputting a laser pulse signal according to the pulse modulation and switching of the switching unit; A laser two-dimensional scanning unit that transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes; A receiving objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target region; A laser signal separation unit that receives the laser pulse focused from the receiving objective lens and separates and outputs visible light; A visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light; A synchronization signal generator for providing a synchronization signal; A near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting near-infrared separated from the laser signal separation unit; The primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit are synthesized to generate and output a luminance signal of a black and white signal, and the synchronization signal generated by the synchronization signal generator is synthesized to the luminance signal to generate and output a synchronized luminance signal, A signal synthesis and mode selection unit for receiving and outputting the near infrared signal output from the near infrared optical and amplifying unit; Amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit, converts the analog signal type into a digital signal, and converts the luminance signal, synchronized luminance signal, and near-infrared signal, which are output signals from the signal synthesis and mode selector, into digital signals. Analog-to-digital conversion module; A digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information; And a main control device for inputting and outputting various control signals, generating digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and storing the data in a memory or sending it out through a communication port.
본 발명에 의한 기술을 적용함으로서 거리 정보가 포함된 입체적인 3차원 영상 이미지를 획득함과 동시에 대상물의 실제 색상을 표현한 2차원의 컬러 영상 이미지를 얻을 수 있기 때문에 영상 이미지 정보의 분석 및 해석 시에 대상물의 완전한 정보를 획득하게 되어 이미지의 내용과 정보를 정확히 인식하는데 있어서 매우 유익하다는 장점이 생긴다. By applying the technology according to the present invention, a three-dimensional 3D image image including distance information is obtained, and at the same time, a 2D color image image representing an actual color of the object can be obtained, and thus, when analyzing and analyzing the image image information, the object The advantage of acquiring the complete information of is very beneficial in accurately recognizing the content and information of the image.
이렇게 함으로서 레이저 스캐너가 다양한 산업 응용 분야나 군사적 응용 분야 등에서 아주 유용한 기능을 제공할 수 있게 된다.This allows laser scanners to provide very useful functions in a variety of industrial and military applications.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a laser scanner according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명 장치의 구현을 위한 상세한 블록구성도이다. 2 is a detailed block diagram for the implementation of the device of the present invention.
도 3은 가시광 및 근적외선 스펙트럼 상에서 R, G, B 및 NIR의 파장 관계 대역 특성을 보여주는 참고 도면이다.3 is a reference diagram showing wavelength-related band characteristics of R, G, B, and NIR on the visible and near-infrared spectrum.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be exemplified and described with reference to the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objectives achieved by the practice of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a laser scanner according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너는 송신부(100), 수신부(200), 신호처리 및 제어부(300), 전원부(400)을 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, a laser scanner according to an embodiment of the present invention includes a transmitter 100, a receiver 200, a signal processing and control unit 300, and a power supply unit 400.
상기 송신부(100)는 펄스 변조 및 스위칭부(110), 레이저 펄스 생성부(120) 및 레이저 2차원 스캐닝부(130)를 포함한다.The transmitting unit 100 includes a pulse modulation and switching unit 110, a laser pulse generating unit 120 and a laser two-dimensional scanning unit 130.
그리고, 상기 수신부(200)는 수신용 대물 렌즈(210), 레이저 신호 분리부(220), 가시광 원색 분리 광학부(230), 근적외선 광학 및 증폭부(240), 동기 신호 생성부(250) 및 신호 합성 및 모드 선택부(260)을 포함한다.In addition, the receiving unit 200 includes a receiving objective lens 210, a laser signal separation unit 220, a visible light primary color separation optical unit 230, a near infrared optical and amplification unit 240, a synchronization signal generation unit 250, and It includes a signal synthesis and mode selection unit 260.
다음으로, 신호 처리 및 제어부(300)는 주 제어 장치(310), 메모리(320), 모드 및 제어 인터페이스(330), 조작 패널(340), 디지털 데이터 포멧 처리부(350), 제1 아날로그 디지털 변환부(360), 제2 아날로그 디지털 변환부(370), 타이밍 검출부(380) 및 시간 디지털 변환부(390)를 포함하고 있다. 상기 제1 아날로그 디지털 변환부와 제2 아날로그 디지털 변환부는 아날로그 디지털 변환 모듈을 형성한다.Next, the signal processing and control unit 300 includes a main control unit 310, a memory 320, a mode and control interface 330, an operation panel 340, a digital data format processing unit 350, a first analog digital conversion It includes a unit 360, a second analog-to-digital conversion unit 370, a timing detection unit 380, and a time digital conversion unit 390. The first analog-to-digital conversion unit and the second analog-to-digital conversion unit form an analog-to-digital conversion module.
그리고, 전원부(400)는 배터리 및 전원부(410) 및 고전압 회로(420)을 포함한다.In addition, the power supply unit 400 includes a battery and a power supply unit 410 and a high voltage circuit 420.
이와 같은 구성에서 송신부(100)의 펄스 변조 및 스위칭부(110)는 주제어 장치(310)로부터 제어 신호인 트리거 펄스를 받아서 폭이 매우 좁은 구형파 펄스를 만들고, 생성된 구형파 펄스에 따라서 레이저 펄스 생성부(120)의 레이저 다이오드를 스위칭한다.In this configuration, the pulse modulation and switching unit 110 of the transmitter 100 receives a control signal trigger pulse from the main controller 310 to make a very narrow square wave pulse, and a laser pulse generator according to the generated square wave pulse. The laser diode of 120 is switched.
상기 레이저 펄스 생성부(120)는 펄스 변조 및 스위칭부(110)의 스위칭에 따라 레이저 다이오드가 레이저 펄스 신호를 생성하여 출력한다.The laser pulse generator 120 generates and outputs a laser pulse signal by a laser diode according to pulse modulation and switching of the switching unit 110.
그러면, 레이저 2차원 스캐닝부(130)는 상기 레이저 펄스 생성부(120)에서 생성된 레이저 펄스 신호를 이미지를 만들고자 하는 대상물 또는 영역(대상 영역)으로 송출해 X 및 Y축으로 2차원 주사(scanning)를 행한다.Then, the laser two-dimensional scanning unit 130 transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit 120 to an object or region (target region) to be imaged, and scans in two dimensions in the X and Y axes. ).
한편, 송신부(200)의 수신용 대물 렌즈(210)는 대상 영역으로부터 반사되어 온 가시광(visible light) 및 비가시광(invisible)인 근적외선(NIR: Near InfraRed)의 레이저 펄스를 받아들여 좁은 영역으로 집속시킨다. On the other hand, the objective lens 210 for reception of the transmitting unit 200 receives a laser pulse of near infrared rays (NIR), which are visible light and invisible light reflected from the target area, and focuses to a narrow area. Order.
레이저 신호 분리부(220)는 레이저 펄스를 가시광과 비가시광인 근적외선 대역으로 분리한다.The laser signal separation unit 220 separates the laser pulses into visible and invisible light in the near infrared band.
그리고, 레이저 신호 분리부(220)는 분리된 가시광은 가시광 원색 분리 광학부(230)으로 출력한다.Then, the laser signal separation unit 220 outputs the separated visible light to the visible light primary color separation optical unit 230.
상기 가시광 원색 분리 광학부(230)는 가시광을 삼원색인 빨강(R: Red), 초록(G: Green) 및 파랑(B: Blue)의 세 가지 광으로 분리한다. The visible light primary color separation optical unit 230 separates visible light into three types of light: red (R: Red), green (G: Green), and blue (B: Blue).
색채학의 원리에 의하면 흑백신호의 휘도(luminance)는 3원색인 빨강색(파장 610nm) 30%와 초록색(파장 535nm) 59%와 파랑색(파장 470nm) 11%로 구성되어 있다.According to the principle of colorimetry, the luminance of a black and white signal is composed of three primary colors: red (wavelength 610nm) 30%, green (wavelength 535nm) 59% and blue (wavelength 470nm) 11%.
따라서 이 세 원색을 이 비율로 합성하면 흑백신호(Black & White)의 밝기인 휘도(luminance: 'Y신호' 라고 호칭함)가 된다. Therefore, when these three primary colors are synthesized at this ratio, the luminance of the black and white signal (luminance: referred to as'Y signal') is obtained.
그러므로 이들은 각각의 비율로 감쇄시켜서 신호합성 및 모드 선택부(260)으로 입력된다. Therefore, they are attenuated at each ratio and input to the signal synthesis and mode selection unit 260.
상기 신호합성 및 모드 선택부(260)는 가시광 원색 분리 광학부(230)에서 입력된 3원색을 합성하여 흑백신호의 밝기인 휘도 신호를 생성한다.The signal synthesis and mode selection unit 260 synthesizes the three primary colors input from the visible light primary color separation optical unit 230 to generate a luminance signal that is the brightness of the black and white signal.
이처럼 신호합성 및 모드 선택부(260)는 출력으로 휘도(Y)신호가 나오는데 이는 아날로그 흑백의 밝기 정보이다. As described above, the signal synthesis and mode selection unit 260 outputs a luminance (Y) signal as an output, which is analog monochrome brightness information.
이를 디스플레이 하기 위해서는 동기(synchronization)신호가 필요하며, 동기 신호 생성부(250)가 이를 생성하여 출력한다.To display this, a synchronization signal is required, and the synchronization signal generator 250 generates and outputs it.
이처럼 동기 신호 생성부(250)가 동기 신호를 생성하여 출력하면 신호 합성 및 모드 선택부(260)에서 이를 휘도(Y) 신호에 합성하여 동기(sync) 신호가 결합된 휘도신호인 동기화 휘도(Y') 신호가 된다. When the synchronization signal generator 250 generates and outputs a synchronization signal, the signal synthesis and mode selector 260 synthesizes it into a luminance (Y) signal and synchronizes the luminance (Y), which is a combined luminance signal. ') It becomes a signal.
이 동기화 휘도(Y') 신호는 이미지를 텔레비전이나 디스플레이 장치로 시청할 때에 필요하다. This synchronized luminance (Y') signal is necessary when viewing an image on a television or display device.
한편, 레이저 신호 분리부(220)는 분리된 근적외선 신호의 아날로그 신호는 근적외선 광학 및 증폭부(240)로 입력한다.Meanwhile, the laser signal separation unit 220 inputs the separated analog signal of the near infrared signal to the near infrared optical and amplification unit 240.
상기 광학 및 증폭부(240)는 레이저 신호 분리부(220)에서 입력된 근적외선 신호의 아날로그 신호를 증폭하여 신호 합성 및 모드 선택부(260)로 출력한다.The optical and amplification unit 240 amplifies the analog signal of the near infrared signal input from the laser signal separation unit 220 and outputs it to the signal synthesis and mode selection unit 260.
이에 따라 신호 합성 및 모드 선택부(260)는 증폭된 근적외선 신호의 아날로그 신호에 따라 신호를 합성하거나 모드 별로 신호를 선택한다.Accordingly, the signal synthesis and mode selector 260 synthesizes a signal according to the analog signal of the amplified near infrared signal or selects a signal for each mode.
다음으로, 신호처리 및 제어부(300)의 아날로그 디지털 변환 모듈은 가시광 원색 분리 광학부(230)에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하며, 신호 합성 및 모드 선택부(260)의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환한다.Next, the analog digital conversion module of the signal processing and control unit 300 amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit 230, converts the analog signal form into a digital signal, and synthesizes the signal and selects a mode ( 260) converts the luminance signal, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal, which are output signals, into digital signals.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 제1 아날로그 디지털 변환부(360)는 가시광 원색 분리 광학부(230)에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환한다. Looking at this in more detail, the first analog-to-digital conversion unit 360 amplifies the primary color of the visible light separated from the visible light primary color separation optical unit 230 and converts the analog signal form into a digital signal.
그리고, 제2 아날로그 디지털 변환부(370)는 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환한다.Then, the second analog-to-digital converter 370 converts the luminance signal, the synchronized luminance signal, and the near infrared signal into digital signals.
이렇게 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 신호인 디지털 데이터 스트림(stream)은 디지털 데이터 포맷 처리부(350)에서 거리정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing) 된다.The digital data stream, which is a digital signal of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal, is multiplexed together with distance information from the digital data format processor 350.
각 포인트 크라우드(일반 영상에서 화소에 해당)의 신호전압을 검출하려면 문턱(threshold) 전압 레벨 이상일 때 반사파 신호가 수신된 것으로 판별하게 되는 데 이러한 반사파 신호가 수신된 것으로 판별하게 되는 시각을 펄스 검출 시각이라고 한다.To detect the signal voltage of each point crowd (corresponding to a pixel in a normal image), it is determined that the reflected wave signal is received when the threshold voltage level is higher than the threshold voltage level. It is said.
상기 신호 처리 및 제어부(300)의 타이밍 검출부(380)는 신호 합성 및 모드 선택부(260)의 출력 신호로부터 펄스 검출 시각을 검출한다.The timing detector 380 of the signal processing and control unit 300 detects the pulse detection time from the signal synthesis and the output signal of the mode selection unit 260.
여기에서 펄스 검출시각이 바로 펄스의 수신시각이다. Here, the pulse detection time is the reception time of the pulse.
시간 디지털 변환부(390)는 펄스의 수신 시각(펄스 검출 시각)과 송신부에서 레이저 펄스를 송출한 시각과의 미소한 시간차이에 해당하는 시간 간격을 디지털 신호로 변환하여 거리정보로 디지털 데이터 포맷 처리부(350)로 출력한다.The time digital conversion unit 390 converts a time interval corresponding to a minute time difference between a pulse reception time (pulse detection time) and a time at which the laser pulse is transmitted by a transmitter, into a digital signal, and converts the digital data format into distance information. (350).
상기 레이저 스캐닝 장치의 전체적인 동작은 주제어 장치(MPU)(310)에서 주도하는데, 여기에는 각종 제어신호가 입출력되고, 모드 및 제어 인터페이스(330)에서 설정된 모드(mode)에 필요한 디지털 데이터를 만들게 하며, 데이터를 메모리(320)에 저장하거나 통신포트를 통해 외부로 송출하는 등 조작패널(340)을 사용해 전반적인 조작을 행한다.The overall operation of the laser scanning device is led by the main control unit (MPU) 310, in which various control signals are input and output, and make digital data necessary for the mode set in the mode and the control interface 330, Overall operation is performed using the operation panel 340, such as storing data in the memory 320 or sending it to the outside through a communication port.
다음으로, 전원부(400)의 배터리(410)는 회로동작에 필요한 여러 가지 전압을 만들어 회로에 공급하며, 고압 회로(420)는 송신부(100)의 레이저 다이오드와 수신부(200)의 맨 앞에서 레이저 신호인 빛을 수신해서 전류로 바꾸는 역할을 하는 APD(Avalanche Photo Diode)에 필요한 고압(High Voltage)을 만들어 공급한다.Next, the battery 410 of the power supply unit 400 generates various voltages necessary for circuit operation and supplies it to the circuit, and the high-voltage circuit 420 is a laser diode at the transmitter 100 and a laser signal at the front of the receiver 200 It produces and supplies high voltage required for APD (Avalanche Photo Diode), which serves to receive phosphorus light and convert it into electric current.
도 2는 본 발명 장치의 구현을 위한 상세한 블록구성도이다. 2 is a detailed block diagram for the implementation of the device of the present invention.
도 2의 구성에 따라 본 발명 장치의 동작원리를 자세하게 설명하면 다음과 같다. The operation principle of the apparatus of the present invention according to the configuration of FIG. 2 will be described in detail as follows.
먼저 송신부의 동작을 검토하면, 주 제어 장치(MPU)(360)에서 들어온 트리거(trigger)신호에 의하여 펄스 변조기(110-1)는 짧은 구형파 펄스를 생성하여 레이저 스위칭 회로(110-2)에서 레이저 다이오드(120-1, 120-2)를 스위칭을 행하게 되어 레이저 펄스가 레이저 광학계를 통하여 송출된다. First, if the operation of the transmitter is reviewed, the pulse modulator 110-1 generates a short square wave pulse by a trigger signal from the main control unit (MPU) 360, and the laser is switched in the laser switching circuit 110-2. The diodes 120-1 and 120-2 are switched so that laser pulses are transmitted through the laser optical system.
레이저 펄스 생성부(120)는 레이저 다이오드(120-1, 120-2)와 레이저 빔(laser beam) 광선을 작은 점으로 결집시키는 집속기(collimator)(120-3, 120-4)로 구성되는데, 집속기(120-3, 120-4) 안에는 집속렌즈와 초점거리 조절장치가 들어 있다. The laser pulse generator 120 is composed of laser diodes 120-1 and 120-2 and collimators 120-3 and 120-4 that aggregate laser beam rays into small dots. , The focusing lens and the focal length control device are included in the focusers 120-3 and 120-4.
여기서 본 발명은 가시광 및 근적외선의 두 가지 레이저를 동시에 사용하므로 레이저 다이오드 및 집속기가 두 세트로 구성되어 있다. Here, since the present invention uses two lasers of visible light and near infrared rays at the same time, it consists of two sets of laser diodes and focusers.
현재 산업계에서 제조, 판매되고 있는 레이저 다이오드의 경우에 두개의 다른 파장을 가진 레이저 다이오드가 한 개의 패키지 안에 들어 있는 dual Laser Diode가 있으므로 이를 사용한 예를 보여 준다. In the case of a laser diode manufactured and sold in the industry, a dual laser diode having two different wavelengths in one package is shown.
즉, 레이저 다이오드(120-1)는 근적외선(NIR) 파장 905nm의 근적외선 레이저 다이오드와 파장 610nm의 빨강색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것이고, 레이저 다이오드(120-2)는 파장 535nm의 초록색 레이저 다이오드와 파장 470nm의 파랑색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것이다. 이 4개의 다이오드로 근적외선(905nm)과 가시광의 R, G, B 삼원색(610, 535, 470nm)을 함께 발생시킨다. That is, the laser diode 120-1 includes a near infrared laser diode having a near infrared (NIR) wavelength of 905 nm and a red laser diode having a wavelength of 610 nm, and the laser diode 120-2 has a wavelength of 535 nm with a green laser diode. A blue laser diode of 470nm is built-in. These four diodes generate near infrared rays (905 nm) and three primary colors of visible light (R, G, B) (610, 535, 470 nm).
어댑터(adapter)(120-5, 120-6)는 모두 발생된 레이저 빔을 단일모드 광섬유케이블(optical biber cable)(120-7, 120-8)에 결합하여 접속 시킨다.The adapters 120-5 and 120-6 are all connected by connecting the generated laser beams to a single-mode optical biber cable (120-7, 120-8).
이 두 가닥의 광섬유는 광 방향성결합기(optical directional coupler)(120-9)로 들어가 4개 파장의 레이저 빔들이 함께 합성되어 한 개의 광섬유로 출력방향으로만 진행된다. These two strands of optical fiber enter the optical directional coupler (optical directional coupler) (120-9) and the laser beams of 4 wavelengths are synthesized together and proceed only in the output direction with one optical fiber.
출력 어댑터(120-10)는 광 방향성 결합기(120-7)에서 나오는 레이저 빔을 자유공간으로 발사시키며, 이 레이저 빔은 이제 레이저 2차원 스캐닝부를 형성하는 수직 반사거울(130-1)과 수평 반사거울(130-2)을 통해서 이미지를 획득하고자 하는 대상물 또는 대상영역으로 송출되는 것이다. The output adapter 120-10 fires a laser beam from the optical directional coupler 120-7 into free space, which is now a vertical reflection mirror 130-1 and a horizontal reflection that form a laser two-dimensional scanning unit. It is transmitted to an object or an object area to acquire an image through the mirror 130-2.
여기서 수직모터(130-2)와 수평모터(130-4)는 모두 정밀 스텝핑 모터(stepping motor)로써 주 제어 장치(360)부터 제어를 받으면 제어 인터페이스(330)를 통해 수평 및 수직 방향으로 일정한 간격씩 회전하게 되어 목적물을 스캔하여 영상 이미지를 얻게 된다. Here, both the vertical motor 130-2 and the horizontal motor 130-4 are precision stepping motors, and when they are controlled from the main control device 360, they are spaced in the horizontal and vertical directions through the control interface 330. By rotating each time, the target object is scanned to obtain a video image.
이때 두 모터의 회전에 따라서 X축 및 Y축의 주소가 수평 및 수직 엔코더(130-6, 130-7)와 스캔 주소 다중화기(130-8)을 통해 필요한 디지털 주소가 데이터 다중화기(350)에 들어가 수신기의 측정 데이터와 함께 주소가 결합되어 MPU(310)을 거쳐 메모리(320)로 저장된다. At this time, according to the rotation of the two motors, the addresses of the X and Y axes are provided to the data multiplexer 350 through the horizontal and vertical encoders 130-6 and 130-7 and the scan address multiplexer 130-8. The address is combined with the measurement data of the receiver and stored in the memory 320 via the MPU 310.
모터 제어기(130-5)는 두 모터에 적절한 전압을 공급한다.The motor controller 130-5 supplies appropriate voltages to both motors.
다음으로 수신부의 동작을 설명하면, 수신용 대물 렌즈(210)는 이미지를 스캔 하고자 하는 대상물 또는 대상영역에서 들어오는 모든 광선들을 받아들이는 부분으로 보통 볼록렌즈와 오목렌즈 등의 조합으로 수신광량을 증가시켜 감도를 높이기 위해 넓은 구경(aperture)으로부터 들어오는 빛을 좁은 영역으로 모아 들이는 역할을 한다. Next, when the operation of the receiving unit is described, the receiving objective lens 210 is a portion that receives all rays coming from an object or a target region to be scanned, and increases the received light amount through a combination of a convex lens and a concave lens. It serves to collect light coming from a wide aperture into a narrow area to increase sensitivity.
레이저 신호 분리부(220)는 가시광선과 비가시광의 근적외선 파장을 분리하기 위한 특수 프리즘을 사용한다.The laser signal separation unit 220 uses a special prism for separating near-infrared wavelengths of visible light and invisible light.
특수 프리즘(220)에서 분리된 근적외선은 내부에서 반사되어 근적외선 광학 및 증폭부(240)를 구성하는 근적외선 렌즈(240-1)로 나가고 모든 R, G, B의 가시광선은 곧바로 투과되어 가시광 원색 분리 광학부(230)를 구성하는 제1 색선별 반투명거울(wavelength-selective dichroic mirror)(230-1)로 직진한다.The near infrared ray separated from the special prism 220 is reflected from the inside and goes to the near infrared lens 240-1 constituting the near-infrared optical and amplifying unit 240, and all R, G, and B visible rays are directly transmitted to separate the visible primary color. Go straight to the first wavelength-selective dichroic mirror 230-1 constituting the optical unit 230.
상기 제1 색선별 반투명거울(dichroic mirror: 230-1)에서는 610nm 또는 그보다 긴 파장의 정도의 빛은 반사되어 제1 반사 거울(mirror)(230-3) 방향으로 진행되고, 그 외의 가시광 빛은 곧바로 투과하여 두번째 색선별 반투명거울(dichroic mirror)(230-2)로 들어간다. In the first transmissive mirror for each color line (dichroic mirror: 230-1), light having a wavelength of 610 nm or longer is reflected and proceeds in the direction of the first reflective mirror 230-3, and other visible light Immediately penetrates and enters the second color sorting translucent mirror (230-2).
이 제2 색선별 반투명거울(230-2)은 파장 470nm의 파랑색 또는 그보다 짧은 파장의 빛은 반사되어 보통의 제2 반사 거울(230-3)로 들어가고 나머지 500~600nm 파장을 가진 초록색 부근의 빛은 곧장 진행해 투과되어 제3 초점 조절 렌즈(230-12)로 들어간다. The second color-coded translucent mirror 230-2 reflects blue light having a wavelength of 470 nm or shorter wavelength, and is reflected into the normal second reflection mirror 230-3, and is in the vicinity of green with a remaining wavelength of 500 to 600 nm. The light proceeds straight through and passes through and enters the third focus adjustment lens 230-12.
이와 같이 색선별 반투명거울(230-1, 230-2)는 가시광에서 R(발강), G(초록), B(파랑)의 3원색을 따로따로 분리해 낸다. As described above, the translucent mirrors 230-1 and 230-2 for each color line separate the three primary colors of R (emission), G (green), and B (blue) from visible light.
이와 같이 수신용 대물렌즈(210)에서 들어온 광선은 근적외선, 가시광 R, 가시광 G, 가시광 B의 4개의 광선경로로 별도로 분리되어 처리되는데, 이들은 각각1 내지 제4 초점조절 렌즈(240-1, 230-11, 230-12, 230-13)와, 각각 근적외선, 빨강색, 초록색 및 파랑색을 가진 빛만 통과시키는 제1 내지 제4 색상 대역통과 필터(band-pass interference filter)(240-2, 230-21, 230-22, 230-23)를 통과한 다음, 빛을 수신하여 전류로 변환시키는 반도체 소자인 애벌란치 포토 다이오드(APD:Avalanche Photo Diode, 240-3, 230-31, 230-32, 230-33)로 입사 된다. As described above, the light coming from the receiving objective lens 210 is separately processed into four light paths of near infrared light, visible light R, visible light G, and visible light B, which are respectively 1 to 4 focusing lenses 240-1, 230 -11, 230-12, 230-13), and first to fourth color band-pass interference filters (240-2, 230) that pass only light having near infrared, red, green, and blue colors, respectively. After passing through -21, 230-22, and 230-23, avalanche photo diode (APD) 240-3, 230-31, 230-32, which is a semiconductor device that receives light and converts it into electric current 230-33).
이후에 전기신호가 된 이들의 미약한 아날로그 신호는 각각의 신호 증폭기들(240-4, 230-41, 230-42, 230-43)로 들어가 큰 신호로 증폭되어 각기 R신호, G신호, B신호 및 NIR신호 아날로그 출력이 된다. Their weak analog signals, which became electrical signals afterwards, enter each of the signal amplifiers (240-4, 230-41, 230-42, 230-43) and are amplified into large signals, respectively, R signals, G signals, B Signal and NIR signal are analog output.
여기서, R신호, G신호, B신호는 색상이론의 원리에 따라 각기 30%, 59%, 11%의 비율로 합성되어 휘도(Luminance)인 Y신호가 만들어 지는데, 이것은 신호 합성 및 모드 선택부(260)인 저항들(260-1, 260-2, 260-3, 260-4)로 구성된 전압합성 회로에 의해서 이루어 진다. Here, the R signal, the G signal, and the B signal are synthesized at a ratio of 30%, 59%, and 11%, respectively, according to the principle of color theory to produce a Y signal with luminance, which is a signal synthesis and mode selector ( It is made by a voltage synthesis circuit consisting of resistors 260-1, 260-2, 260-3, 260-4).
모드별 신호합성 회로(260-5)는 입력된 휘도신호(Y), 근적외선(NIR) 및 동기신호 생성부(250)에서 들어 온 동기펄스(sync pulse)를 사용하여 서로 합성하거나 주제어 장치(MPU)(310)의 지시에 따라 출력단자에 적합한 신호를 출력시킨다.The signal synthesizing circuits 260-5 for each mode are synthesized with each other using the input luminance signal (Y), near infrared (NIR), and sync pulses from the synchronization signal generator 250, or the main controller (MPU). ) The signal suitable for the output terminal is output according to the instruction of 310.
즉, Y신호와 동기펄스를 합성하여 동기화 휘도신호인 Y' 신호를 만들어 외부 TV나 디스플레이로 이미지를 출력하는데 사용된다. That is, it is used to output the image to the external TV or display by synthesizing the Y signal and the sync pulse to make the Y'signal, which is a synchronization luminance signal.
또 필요에 따라 Y 신호 또는 NIR신호를 출력으로 내보낸다. 다시 말해서, 근적외선(NIR)만을 사용하는 레이저 스캔 모드에서는 물론 NIR신호를 출력하고 아날로그-디지털 변환기(370-1)에서 처리한 뒤에 신호처리에 들어가고, 가시광선(Visible Light)만을 사용하는 레이저 스캔 모드에서는 Y 신호를 출력으로 내보내서 R, G, B 및 Y신호를 각각 해당하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(360-1, 360-2, 360-3, 370-1)에서 디지털 신호로 변환한 뒤에 신호처리에 들어간다.Also, a Y signal or a NIR signal is output to the output as needed. In other words, in the laser scan mode using only near infrared rays (NIR), as well as outputting the NIR signal and processing in the analog-to-digital converter 370-1, the signal processing is entered, and the laser scan mode using only visible light In, the Y signal is output to the output, and the R, G, B, and Y signals are converted to digital signals by the corresponding analog-to-digital converter (ADC) (360-1, 360-2, 360-3, 370-1). Signal processing is entered later.
다음으로 신호처리 및 제어부에 해당하는 회로에 대하여 설명하면, 타이밍 검출부(380)은 Y신호 또는 NIR신호를 받아서 이 레벨을 중폭하고 적절히 설정된 문턱 레벨을 초과하는 신호가 입력되었을 때에 이를 반사파 수신으로 감지하여 시간-디지털 변환부(time-to-digital Converter)(390)으로 보내서 송신 레이저 펄스발사시각과 반사파 수신시각의 차이 즉 시간차를 디지털 물리양으로 변환하여 대상물의 거리로 환산하게 된다. 이는 모두 주 제어 장치(360)의 제어에 따라 이루어진다.Next, the circuits corresponding to the signal processing and the control unit will be described. The timing detector 380 receives the Y signal or the NIR signal, detects this by receiving a reflected signal when a signal exceeding the appropriately set threshold level is inputted to increase the level. Then, it is sent to the time-to-digital converter 390 to convert the difference between the transmission laser pulse emission time and the reflected wave reception time, that is, the time difference into a digital physical quantity, and convert it into a distance of an object. This is all under the control of the main control device 360.
디지털 신호처리 과정에서의 4개의 아날로그-디지털 변환기(ADC)(360-1, 360-2, 360-3, 370-1)에서 출력된 디지털 신호 값과 시간-디지털 변환부(390)에서의 출력 값(거리정보) 및 기타 위성위치정보(GPS) 등으로부터의 입력 값 등은 데이터 다중화기(350-1)에서 하나의 포맷으로 합성되어 주제어 장치(360)을 거쳐 메모리(320)에 저장되거나 직렬출력포트(360-1)을 통해서 외부로 전송된다. Digital signal values output from four analog-to-digital converters (ADCs) 360-1, 360-2, 360-3, and 370-1 in the digital signal processing process and output from the time-to-digital converter 390 Values (distance information) and input values from other satellite location information (GPS), etc., are synthesized in one format by the data multiplexer 350-1 and stored in the memory 320 through the main controller 360 or serially It is transmitted to the outside through the output port 360-1.
수정발진기(360-2)는 주 제어 장치(360)가 동작하는 기본적인 클럭신호나 기타 주파수 신호를 제공한다. The crystal oscillator 360-2 provides a basic clock signal or other frequency signal operated by the main control device 360.
모드 및 제어 인터페이스(330)는 전면 패널(340-1)의 설정에 따라 각 모드 별로 동작을 선택하도록 주 제어 장치(360)에 정보를 제공하고 필요한 제어를 하기 위한 인터페이스를 제공한다.The mode and control interface 330 provides information to the main control device 360 to select an operation for each mode according to the setting of the front panel 340-1, and provides an interface for necessary control.
마지막으로 전원부는 내장된 배터리 또는 외부 상용전원으로부터 전압을 공급받아 본 장치에서 필요로 하는 여러 전압을 제공하는 회로이며 배터리(410)와 이곳으로부터 전압을 받아서 고압(HV, High Voltage)을 생성하는 고압회로(420)로 구성되는 데 고압은 송신부의 레이저 다이오드(120-1, 120-2)의 펄스발생용과 수신부의 애벌란치 포토 다이오드(230-31, 230-32, 230-33)에 사용된다.Finally, the power supply unit is a circuit that provides various voltages required by the device by receiving a voltage from a built-in battery or an external commercial power supply, and a high voltage that generates a high voltage (HV) by receiving the voltage from the battery 410 and the battery. The high voltage is used in the circuit 420 for pulse generation of the laser diodes 120-1 and 120-2 of the transmitter and avalanche photodiodes 230-31, 230-32 and 230-33 of the receiver.
도3은 가시광 및 근적외선 스펙트럼 상에서 R, G, B 및 NIR의 파장 관계 대역 특성을 보여주는 참고 도면이다.FIG. 3 is a reference diagram showing wavelength-related band characteristics of R, G, B, and NIR on visible and near-infrared spectrum.
본 발명에 의한 기술을 적용함으로서 거리 정보가 포함된 입체적인 3차원 영상 이미지를 획득함과 동시에 대상물의 실제 색상을 표현한 2차원의 컬러 영상 이미지를 얻을 수 있기 때문에 영상 이미지 정보의 분석 및 해석 시에 대상물의 완전한 정보를 획득하게 되어 이미지의 내용과 정보를 정확히 인식하는데 있어서 매우 유익하다는 장점이 생긴다. By applying the technology according to the present invention, a three-dimensional 3D image image including distance information is obtained, and at the same time, a 2D color image image representing an actual color of the object can be obtained, and thus, when analyzing and analyzing the image image information, the object The advantage of acquiring the complete information of is very beneficial in accurately recognizing the content and information of the image.
이렇게 함으로서 레이저 스캐너가 다양한 산업 응용 분야나 군사적 응용 분야 등에서 아주 유용한 기능을 제공할 수 있게 된다.This allows laser scanners to provide very useful functions in a variety of industrial and military applications.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various types of embodiments within the scope of the appended claims. Any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims is considered to be within the scope of the claims of the present invention to a wide range that can be modified.
본 발명은 하기의 국가연구개발사업의 지원으로 이루어졌음을 밝힌다.It is revealed that the present invention was made with the support of the following national R&D projects.
과제고유번호: N0002431Assignment No.: N0002431
부처명: 산업통상자원부Department name: Ministry of Trade, Industry and Energy
연구관리 전문기관: 한국산업기술진흥원Research management agency: Korea Industrial Technology Agency
연구과제명: 산업용 무인비행장치 전문인력 양성사업Research Project Title: Industrial unmanned flight equipment manpower training project
기여율: 1/1Contribution rate: 1/1
주관기관: 호서대학교 산학협력단Host organization: Hoseo University Industry-Academic Cooperation Foundation
연구기간: 2017.03.01 ~ 2022.02.28 Research period: 2017.03.01 ~ 2022.02.28

Claims (16)

  1. 신호 처리 및 제어부의 제어 신호에 따라 레이저 펄스 신호를 생성하여 대상 영역에 2차원 주사하는 송신부;A transmitter configured to generate a laser pulse signal according to the signal processing and a control signal of the control unit and scan the target region in two dimensions;
    상기 대상 영역에서 반사된 레이저 펄스를 가시광과 근적외선으로 분리하여 가시광 신호와 근적외선 신호를 출력하고, 분리된 가시광을 이용하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하는 수신부; 및A receiver configured to separate the laser pulse reflected from the target region into visible light and near-infrared, and output a visible light signal and a near-infrared signal, and generate and output a luminance signal of a black and white signal using the separated visible light; And
    상기 송신부에 제어 신호를 출력하고, 상기 수신부에서 분리된 가시광 신호, 휘도신호 및 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하여, 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)하는 신호 처리 및 제어부를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.The control unit outputs a control signal, and converts the visible light signal, the luminance signal, and the near-infrared signal separated from the receiver into a digital signal, so that the visible light signal converted into a digital signal and a digital data stream of the near-infrared signal are connected to the distance information. A laser scanning device comprising a signal processing and control unit multiplexing together.
  2. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 송신부는 The transmitting unit
    상기 신호 처리 및 제어부로부터 제어 신호를 입력받아 짧은 폭의 펄스 신호를 만들어 이를 스위칭하는 펄스 변조 및 스위칭부;A pulse modulation and switching unit that receives a control signal from the signal processing and control unit and makes a short-width pulse signal to switch it;
    상기 펄스 변조 및 스위칭부의 스위칭에 따라 실제 레이저 펄스를 생성하여 출력하는 레이저 펄스 생성부; 및 A laser pulse generator for generating and outputting an actual laser pulse according to the pulse modulation and switching of the switching unit; And
    상기 레이저 펄스 생성부에서 생성된 레이저 펄스 신호를 이미지를 만들고자 하는 대상 영역으로 송출해 X 및 Y축으로 2차원 주사(scanning)를 수행하는 레이저 2차원 스캐닝부를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.A laser scanning device including a laser two-dimensional scanning unit that transmits a laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes.
  3. 청구항 2항에 있어서, The method according to claim 2,
    상기 펄스 변조 및 스위칭부는 The pulse modulation and switching unit
    상기 신호 처리 및 제어부로부터 제어 신호인 트리거 펄스를 받아서 구형파 펄스를 생성하는 펄스 변조기; 및 A pulse modulator that receives a control signal trigger pulse from the signal processing and control unit to generate a square wave pulse; And
    상기 펄스 변조기에 의해 생성된 구형파 펄스에 따라서 상기 레이저 펄스 생성부의 레이저 다이오드를 스위칭하는 레이저 스위칭 회로를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.And a laser switching circuit for switching the laser diode of the laser pulse generator according to the square wave pulse generated by the pulse modulator.
  4. 청구항 2항에 있어서, The method according to claim 2,
    상기 레이저 펄스 생성부는 The laser pulse generator
    한쌍의 레이저 다이오드; A pair of laser diodes;
    상기 한쌍이 레이저 다이오드의 각각에 대응되어 레이저 빔(laser beam) 광선을 점으로 결집시키는 한쌍의 집속기(collimator);A pair of collimators in which the pair of laser diodes correspond to each of the laser diodes to aggregate laser beam rays into dots;
    각각의 집속기에 대응되어 발생된 레이저 빔을 단일모드 광섬유케이블에 결합하여 접속시키는 한쌍의 어댑터; A pair of adapters that connect and connect the laser beam generated corresponding to each focuser to a single mode optical fiber cable;
    상기 한쌍의 어댑터에서 출력되는 레이저 빔들을 합성하여 출력하는 광 방향성 결합기; 및 An optical directional coupler that synthesizes and outputs laser beams output from the pair of adapters; And
    상기 광 방향성 결합기에서 나오는 레이저 빔을 상기 레이저 2차원 스캐닝부로 발사시키는 출력 어댑터를 포함하는 레이저 스캐닝 장치. And an output adapter for emitting a laser beam from the light directional coupler to the laser two-dimensional scanning unit.
  5. 청구항 4항에 있어서, The method according to claim 4,
    상기 한쌍의 레이저 다이오드에서 하나의 레이저 다이오드는 근적외선(NIR) 파장 905nm의 근적외선 레이저 다이오드와 파장 610nm의 빨강색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것이고, In the pair of laser diodes, one laser diode includes a near-infrared (NIR) wavelength 905 nm near-infrared laser diode and a red laser diode with a wavelength of 610 nm.
    다른 하나의 레이저 다이오드는 파장 535nm의 초록색 레이저 다이오드와 파장 470nm의 파랑색 레이저 다이오드가 함께 내장된 것인 레이저 스캐닝 장치.The other laser diode is a laser scanning device in which a green laser diode with a wavelength of 535 nm and a blue laser diode with a wavelength of 470 nm are incorporated together.
  6. 청구항 2항에 있어서, The method according to claim 2,
    상기 레이저 2차원 스캐닝부는 The laser two-dimensional scanning unit
    상기 레이저 펄스 생성부에서 출사된 레이저 펄스를 수직으로 반사시키는 수직 반사거울;A vertical reflection mirror that vertically reflects the laser pulse emitted from the laser pulse generator;
    상기 수직 반사 거울에서 반사된 레이저 펄스를 수평으로 반사시키는 수평 반사거울;A horizontal reflection mirror that horizontally reflects the laser pulse reflected from the vertical reflection mirror;
    상기 수직 반사거울을 수직방향으로 구동시키는 수직 모터;A vertical motor driving the vertical reflective mirror in a vertical direction;
    상기 수평 반사거울을 수평방향으로 구동시키는 수평 모터;A horizontal motor driving the horizontal reflective mirror in a horizontal direction;
    상기 신호 처리 및 제어부의 제어에 따라 수직 모터와 수평 모터를 제어하는 모터 제어기;A motor controller that controls vertical and horizontal motors under the control of the signal processing and control unit;
    수직축의 주소를 엔코딩하는 수직 엔코더;A vertical encoder that encodes the address of the vertical axis;
    수평축의 주소를 엔코딩하는 수평 엔코더; 및 A horizontal encoder that encodes the address of the horizontal axis; And
    상기 수직 엔코더를 통하여 출력되는 수직축의 주소와 상기 수평 엔코더를 통하여 출력되는 수평축의 주소를 다중화하여 출력하는 스캔 주소 다중화기를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.And a scan address multiplexer for multiplexing and outputting an address of a vertical axis output through the vertical encoder and an address of a horizontal axis output through the horizontal encoder.
  7. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 수신부는 The receiving unit
    대상 영역으로부터 반사된 레이저 펄스를 집속시키는 수신용 대물 렌즈;A receiving objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target region;
    상기 수신용 대물렌즈에서 집속된 레이저 펄스를 입력받아 가시광과 근적외선을 분리하여 출력하는 레이저 신호 분리부;A laser signal separation unit for receiving the laser pulse focused from the receiving objective lens and separating and outputting visible light and near infrared rays;
    상기 가시광에서 원색을 분리하여 출력하는 가시광 원색 분리 광학부; 및A visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light; And
    상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 원색을 합성하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하는 신호 합성 및 모드 선택부를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.A laser scanning device including a signal synthesis and a mode selection unit to generate and output a luminance signal of a black and white signal by synthesizing the primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit.
  8. 청구항 7항에 있어서, The method according to claim 7,
    상기 수신용 대물 렌즈는 가시광(visible light) 및 비가시광(invisible)인 근적외선(NIR: Near InfraRed)의 레이저 펄스를 받아들여 집속시키는 레이저 스캐닝 장치.The receiving objective lens is a laser scanning device that receives and focuses a laser pulse of near infrared (NIR), which is visible light and invisible light.
  9. 청구항 7항에 있어서,The method according to claim 7,
    상기 가시광 원색 분리 광학부는 The visible light primary color separation optical unit
    610nm의 빨강색인 긴 파장의 빛은 반사하고 나머지 파장의 빛을 통과시키는 제1 색선별 반투명거울; 및 A first translucent mirror that reflects light of a long wavelength that is 610 nm in red and passes light of the remaining wavelength; And
    상기 제1 색선별 반투명거울에서 통과된 빛에서 470nm의 파랑색인 짧은 파장의 빛은 반사하고, 500~600nm 파장을 가진 초록색 부근의 중간 파장을 가진 빛은 투과시키는 제2 색선별 반투명거울을 포함하는 레이저 스캐닝 장치. A light having a short wavelength of blue at 470 nm reflects from the light passed through the first color sorting translucent mirror, and includes a second color sorting translucent mirror that transmits light having a medium wavelength near green having a wavelength of 500 to 600 nm. Laser scanning device.
  10. 청구항 7항에 있어서, The method according to claim 7,
    상기 수신부는The receiving unit
    동기 신호를 생성하는 동기 신호 생성부; 및 A synchronization signal generator for generating a synchronization signal; And
    상기 레이저 신호 분리부에서 분리된 근적외선을 증폭하여 출력하는 근적외선 광학 및 증폭부를 더 포함하며, Further comprising a near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting the near-infrared separated from the laser signal separation unit,
    상기 신호 합성 및 모드 선택부는 상기 동기 신호 생성부에서 생성된 동기 신호를 상기 휘도 신호에 합성하여 동기화 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 근적외선 광학 및 증폭부의 출력되는 근적외선 신호를 입력받아 출력하는 레이저 스캐닝 장치.The signal synthesis and mode selection unit generates a synchronization luminance signal by synchronizing the synchronization signal generated by the synchronization signal generation unit with the luminance signal, outputs the laser signal, and receives and outputs the near-infrared signal output from the near-infrared optical and amplification unit. Device.
  11. 청구항 10항에 있어서, The method according to claim 10,
    상기 신호 처리 및 제어부는The signal processing and control unit
    상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하며, 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 모듈; 및 Amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit, converts the analog signal type into a digital signal, and converts the luminance signal, synchronized luminance signal, and near-infrared signal, which are output signals from the signal synthesis and mode selector, into digital signals. Analog-to-digital conversion module; And
    상기 아날로그 디지털 변환 모듈에서 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)되는 디지털 데이터 포맷 처리부를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.A laser scanning device including a digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information.
  12. 청구항 11항에 있어서, The method according to claim 11,
    상기 아날로그 디지털 변환 모듈은The analog-to-digital conversion module
    상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하는 제1 아날로그 디지털 변환부; 및 A first analog-to-digital conversion unit for amplifying the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit and converting an analog signal form into a digital signal; And
    상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 레이저 스캐닝 장치.A laser scanning device including a second analog-to-digital conversion unit for converting a luminance signal, an output signal synchronized with a mode selection unit, and a near-infrared signal into a digital signal.
  13. 청구항 11항에 있어서,The method according to claim 11,
    상기 신호 처리 및 제어부는 The signal processing and control unit
    상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호로부터 펄스 검출 시각을 검출하는 타이밍 검출부; 및A timing detection unit detecting a pulse detection time from the signal synthesis and the output signal of the mode selection unit; And
    상기 타이밍 검출부가 검출한 펄스 검출 시각과 상기 송신부에서 레이저 펄스를 송출한 시각과의 시간차이에 해당하는 시간 간격을 디지털 신호로 변환하여 거리정보로 출력하는 시간 디지털 변환부를 더 포함하는 레이저 스캐닝 장치.And a time digital conversion unit converting a time interval corresponding to a time difference between a pulse detection time detected by the timing detection unit and a time at which the laser pulse is sent from the transmission unit into a digital signal and outputting it as distance information.
  14. 청구항 11항에 있어서, The method according to claim 11,
    상기 신호 처리 및 제어부는The signal processing and control unit
    각종 제어신호가 입출력되고, 모드 및 제어 인터페이스에서 설정된 모드(mode)에 필요한 디지털 데이터를 생성하며, 데이터를 메모리에 저장하거나 통신포트를 통해 외부로 송출하는 주 제어 장치를 더 포함하는 레이저 스캐닝 장치.A laser scanning device further comprising a main control device that inputs and outputs various control signals, generates digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and stores the data in a memory or transmits it to the outside through a communication port.
  15. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1,
    회로동작에 필요한 여러 가지 전압을 만들어 회로에 공급하는 배터리와 송신부와 수신부에 고압(High Voltage)을 만들어 공급하는 고압 회로가 포함된 전원부를 더 포함하는 레이저 스캐닝 장치.The laser scanning device further includes a power supply unit including a battery that generates various voltages required for circuit operation and supplies the circuit to a circuit, and a high voltage circuit that supplies and supplies high voltage to the transmitter and receiver.
  16. 주 제어 장치로부터 제어 신호를 입력받아 레이저 펄스 생성부를 스위칭하는 펄스 변조 및 스위칭부;A pulse modulation and switching unit that receives a control signal from the main control device and switches the laser pulse generator;
    상기 펄스 변조 및 스위칭부의 스위칭에 따라 레이저 펄스 신호를 생성하여 출력하는 레이저 펄스 생성부; A laser pulse generator for generating and outputting a laser pulse signal according to the pulse modulation and switching of the switching unit;
    상기 레이저 펄스 생성부에서 생성된 레이저 펄스 신호를 이미지를 만들고자 하는 대상 영역으로 송출해 X 및 Y축으로 2차원 주사(scanning)를 수행하는 레이저 2차원 스캐닝부;A laser two-dimensional scanning unit that transmits the laser pulse signal generated by the laser pulse generating unit to a target region to be imaged and performs two-dimensional scanning in the X and Y axes;
    대상 영역으로부터 반사된 레이저 펄스를 집속시키는 수신용 대물 렌즈;A receiving objective lens for focusing the laser pulse reflected from the target region;
    상기 수신용 대물렌즈에서 집속된 레이저 펄스를 입력받아 가시광을 분리하여 출력하는 레이저 신호 분리부;A laser signal separation unit that receives the laser pulse focused from the receiving objective lens and separates and outputs visible light;
    상기 가시광에서 원색을 분리하여 출력하는 가시광 원색 분리 광학부;A visible light primary color separation optical unit for separating and outputting a primary color from the visible light;
    동기 신호를 제공하는 동기 신호 생성부;A synchronization signal generator for providing a synchronization signal;
    상기 레이저 신호 분리부에서 분리된 근적외선을 증폭하여 출력하는 근적외선 광학 및 증폭부;A near-infrared optical and amplifying unit for amplifying and outputting near-infrared separated from the laser signal separation unit;
    상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 원색을 합성하여 흑백 신호의 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 동기 신호 생성부에서 생성된 동기 신호를 상기 휘도 신호에 합성하여 동기화 휘도 신호를 생성하여 출력하고, 상기 근적외선 광학 및 증폭부의 출력되는 근적외선 신호를 입력받아 출력하는 신호 합성 및 모드 선택부;The primary colors separated from the visible light primary color separation optical unit are synthesized to generate and output a luminance signal of a black and white signal, and the synchronization signal generated by the synchronization signal generator is synthesized to the luminance signal to generate and output a synchronized luminance signal, A signal synthesis and mode selection unit for receiving and outputting the near infrared signal output from the near infrared optical and amplifying unit;
    상기 가시광 원색 분리 광학부에서 분리된 가시광의 원색을 증폭하고 아날로그 신호 형태를 디지털 신호로 변환하며, 상기 신호 합성 및 모드 선택부의 출력 신호인 휘도신호, 동기화된 휘도 신호, 근적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 모듈;Amplifies the primary color of visible light separated from the visible light primary color separation optical unit, converts the analog signal type into a digital signal, and converts the luminance signal, synchronized luminance signal, and near-infrared signal, which are output signals from the signal synthesis and mode selector, into digital signals. Analog-to-digital conversion module;
    상기 아날로그 디지털 변환 모듈에서 디지털 신호로 변환된 가시광 신호와 근적외선 신호의 디지털 데이터 스트림(stream)이 거리 정보와 함께 하나로 다중화(multiplexing)되는 디지털 데이터 포맷 처리부; 및A digital data format processing unit in which a digital data stream of a visible light signal and a near infrared signal converted into a digital signal in the analog digital conversion module is multiplexed together with distance information; And
    각종 제어신호가 입출력되고, 모드 및 제어 인터페이스에서 설정된 모드(mode)에 필요한 디지털 데이터를 생성하며, 데이터를 메모리에 저장하거나 통신포트를 통해 외부로 송출하는 주 제어 장치를 포함하는 레이저 스캐닝 장치. A laser scanning device including a main control device that inputs and outputs various control signals, generates digital data necessary for a mode set in a mode and a control interface, and stores the data in a memory or transmits it to the outside through a communication port.
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