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[기획]고정밀 센서 ‘라이다’, 자율주행·도시측량 핵심기술 각광
[기획]고정밀 센서 ‘라이다’, 자율주행·도시측량 핵심기술 각광
  • 차종환 기자
  • 승인 2018.06.11 09:08
  • 댓글 0
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실시간 지형지물 탐지 탁월…소형화·저가화 관건
*사진1: 자율주행용 라이다 센서가 주변을 탐지한 모습.사진2: 상용화된 라이다 제품.[사진=벨로다인]
자율주행용 라이다 센서가 주변을 탐지한 모습.

각종 지형지물을 이용한 정보통신기술(ICT)서비스가 각광받으면서 공간을 디지털 데이터화 할 수 있는 측량기술인 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)에 대한 관심이 커지고 있다.

여타 측량기술 보다 높은 정확도와 정밀도를 구현하면서 라이다의 활용 분야는 우주 탐사, 항공 관측, 자율주행 등에 이르기까지 다양하게 확산되고 있다.

얼라이드마켓리서치에 따르면, 세계 라이다 시장은 향후 연평균 17.6%의 성장률로 빠르게 성장해 2020년에는 현재(2017년 기준) 보다 2배가량 커진 62억4900만달러 규모에 이를 것으로 예상된다.

□ 기술 개요

라이다는 고출력의 펄스 레이저를 이용해 물체에 반사돼 돌아오는 레이저 빔의 시간을 측정, 거리정보를 획득하는 기술이다.

레이저의 먼 거리까지 퍼지지 않고 나아가는 직진성과 짧은 주기를 가지면서 펄스 신호를 생성하는 특성을 활용함으로써 정밀한 물성 관측이 가능하다.

기상 관측 및 거리 측정을 목적으로 주로 연구됐던 라이다는 최근 무인로봇 센서, 3차원 영상 모델링 등을 위한 기술들로 연구가 활발하다. 크게 △2차원 레이저 스캐너 △3차원 레이저 스캐너 △3차원 플래시 라이다로 구분할 수 있다.

2차원 레이저 스캐너는 회전 방식을 이용해 레이저 빔의 진행 방향을 포함하는 특정 평면에서의 영상 정보를 수집한다. 레이저 거리측정기와 같이 단일 레이저와 단일 수신소자로 구성되며 회전을 위한 모터가 추가된다.

3차원 레이저 스캐너는 다수의 레이저 및 수신 소자를 이용해 특정 방향의 시야각에 대해 동시 측정이 가능하도록 하고 회전 스캐닝으로 3차원 영상을 수집한다. 많은 수의 레이저 및 수신소자들이 필요하고 비교적 고난이도 패키징 기술이 요구되기 때문에 가격이 비싸다.

3차원 플래시 라이다 기술은 단일 레이저 빔을 광 시야각으로 확장해 조사하고 반사되는 레이저 빔을 다중 배열 수신소자를 통해 수신함으로써 일반적인 비디오 카메라와 같이 실시간 영상정보를 수집할 수 있다.

상용화된 라이다 제품.[사진=벨로다인]
상용화된 라이다 제품.[사진=벨로다인]

3차원 레이저 스캐너가 광 시야각을 확보하는 데 유리하지만 수직 방향의 해상도가 낮고 소형화가 어렵다는 점과는 달리, 3차원 플래시 라이다는 소형 집적화가 가능하고 회전 또는 스캐닝 과정을 생략할 수 있다는 장점이 있다.

최근 상용화된 라이다 제품들은 대부분 차량용으로 3D 레이저 스캐닝 방식을 탑재하고 있다.

□ 활용 분야

최근 라이다의 활용이 가장 두드러진 분야는 자율주행 자동차다.

차량의 이동에 따라 시시각각 변하는 주변 지형지물을 실시간으로 감지해야 하는 요구사항이 있기 때문에 라이다의 성능이 십분 발휘될 수 있다.

관건은 차량에 탑재할 수 있을 만큼 소형화·저전력화가 가능한지, 차량의 가격을 상승시키는 요인이 되지 않을 만큼 저가화가 가능한지에 달려있다.

국내 완성차 제조업체 및 부품업체의 경우 하드웨어적인 라이다의 개발 보다는 라이다를 적용한 자율주행차의 애플리케이션 개발에 더 치중하는 모습이다.

현대자동차 및 쌍용자동차 일부 모델에 라이다가 탑재된 정도며, 정상라이다, LIG넥스원, 센싱테크 등이 차량용 라이다를 생산 중이지만 양산 단계는 아니다.

정부출연 연구기관인 전자부품연구원(KETI), 한국전자통신연구원(ETRI), 한국생산기술연구원(KITECH) 등이 라이다 기술을 개발했거나 진행 중인 것으로 알려졌다.

KETI는 자율주행용 스캐닝 라이다 광학엔진 플랫폼을 개발했다. 소형화에 유리한 거울회전 방식으로 렌즈 광학계의 통합설계를 통해 구조를 단순화했다.

서울시는 도시관리에 라이다 측량 기술을 도입한다.

그동안 이미지 방식의 항공사진을 활용해 불법 건축물 적발‧관리를 했다면, 라이다를 통해 사진 상에서는 확인되지 않는 숨겨진 지형의 높낮이나 수목에 가려져 잘 보이지 않는 건물까지 수치데이터 형태로 확인할 수 있다.

항공사진이 기상조건에 영향을 많이 받았다면, 라이다는 기상조건에 관계없이 촬영이 가능하다. 라이다 측량자료가 연도별로 축적되면 일정규모 이상 건축물에 반드시 설치해야 하는 공개공지와 조경 면적이 건축물 사용승인 이후에도 잘 유지되고 있는지 지속 관리가 가능하고, 서울시 녹지면적 변화도 한 눈에 관리할 수 있을 것으로 기대된다.

라이다로 서울시내 건축물 옥상과 지붕에 입사되는 태양광에너지 잠재량도 산출할 수 있어 ‘서울시 햇빛지도’를 한층 업그레이드한다는 방침이이다. 내년에는 한강의 수질관리에도 활용을 확대할 계획이다.

 



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