미래 자율주행 시스템을 위한 물체 인식기술 : LiDAR (라이다)
1. LiDAR란?
Light Detection And Ranging (빛을 통한 검출과 거리 측정) : 근적외광 및 가시광, 자외선을 사용하여 대상물에 빛을 비추고, 그 반사광을 광 센서를 통해 검출하여 거리를 측정하는 리모트 센성 (떨어진 위치에서 센서를 사용하여 검출)하는 방식입니다.
Light/Laser Imaging Detection And Ranging (레이저 화상 검출과 거리 측정) : 근적외 레이저 광을 펄스 상태로 조사하고 대상물에 닿아 반사될 때까지의 시간차를 계측합니다.
*ToF (Time of Flight), 레이저 스캐너, 레이저 레이다 등으로 불리기도 하며 물체를 감지해 거리를 맵핑하는 센싱 방식
• 대상물까지의 거리 뿐만 아니라 위치 및 형상까지 정확하게 검출합니다.
• 운전자의 개입없이 주변환경을 인식하고 주행상황을 스스로 판단하여 차량을 제어합니다.
• 기본 원리는 레이다 (Radar)와 같으나 주로 905nm 파장의 펄스 레이저를 이용해 거리 정보를 얻습니다.
• 레이다 (Radar)보다 정밀한 위치정보를 제공합니다.
2. LiDAR 동작 원리
• 빛 (펄스 레이저)이 렌즈를 통과해 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질분포 및 농도 특성 등을 감지합니다.
• 광신호가 장애물 등에서 반사되어 되돌아오는 광 에너지를 분석하여 차량 주변의 3차원 공간정보를 획득하는 장치입니다.
• 전통적인 차량용 센서인 비전센서 및 레이다 (Radar) 센서와 함께 자율주행을 지원하는 핵심 센서입니다.
• 회전형 905nm 파장을 중심으로 발전하였으나, 비와 안개 등 외부 환경에서의 한계점이 있어 1,550nm (1.5㎛) 파장대로 개발이 이루어지고 있습니다.
| 파장대 (대역) | 장점 | 단점 |
| 905nm | 양산이 쉽고 단가가 낮음
소모 전력 낮음 | 노이즈 현상 높음
탐지거리 낮음 |
| 1,550nm | 905nm보다 시력 손상 적음
탐지거리 높음 | 양산이 어렵고 단가 높음
소모 전력 높음 |
3. LiDAR 기술
3-1. 거리
• 200m이상 떨어져 있는 물체를 감지할 수 있으나 근거리 물체 감지에 어려움이 있습니다.
3-2. 공간 분해능
• 레이저 광 조준 능력과 905~1,550nm 짧은 파장 때문에 적외선 (Infrared) 공간 분해능은 0.1° 단위까지 나눌 수 있습니다. *라이다가 두각을 나타내는 부분
• 백-엔드 프로세싱 없이도 물체들의 특징을 한 장면으로 3D 묘사가 가능합니다.
3-3. FoV (Field of View)
• 수신기의 측정각도를 말합니다.
(a) 고정형 (Solid-State) 라이다 : 뛰어난 수평 FoV (방위각)을 가지고 있습니다. *레이다 (Radar) 또한 수평 FoV (방위각)이 뛰어남
(b) 기계식 (Scanning) 라이다 : 360° 회전하는 스캐닝 방식 시스템이며 모든 ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) 기술 중에서 가장 넓은 FoV (방위각)을 가지고 있습니다.
• 수직 FoV (고도) 뿐만 아니라 모든 FoV (방위각 및 고도) 분해능에서 레이다보다 뛰어납니다. *물체 분류를 개선하는데 필요한 핵심 기능
기계식
| | 특징 | 장점 | 단점 |
고정식
(Solid-State) | 레이저+센서 모듈이 고정되어 있음
다양한 각도로 여러 개 설치가 가능 | 가격이 저렴하며 내구성이 강함
고장 시, 개별 수리가 가능 | 여러 부분에 설치 필요 |
기계식
(Scanning) | 레이저+센서 모듈이 360° 회전함
보통 차량 지붕에 1개만 설치 | 360° 회전하며 주변 환경을 파악 | 내구성이 약함
노이즈 감소를 위해 크기가 커짐 |
3-4. 날씨 조건
• 비, 안개, 눈 등 날씨에 취약하지만 1,550nm 적외선 파장대에선 성능 개발이 가능합니다.
3-5. 기타 요소
• 라이다와 카메라는 둘 다 주변 광 조건에 영향을 받기 쉬우나 야간의 경우, 라이다는 뛰어난 성능을 보여줍니다.
• 다른 센서들 간섭에 강합니다.
4. 어플리케이션
• 자율주행
• 드론, 항공기, 위성, 스마트 글라스
5. 주요 비교표
| | 라이다 (LiDAR) | 레이다 (Radar) |
| 동작 원리 | 전파나 빛을 발사하여 반사되어 돌아오는 파를 분석하여 물체 파악 |
| 감지파원 | 레이저
적외선/가시광선에 가까운 파장
약 950nm 대역 | 무선 전파
마이크로/밀리미터파 무선주파수
약 1cm~1mm 대역 |
| 식별 | 맨눈으로 식별 가능 | 가시적으로 식별 불가 |
| 분석 대상 | 입자와 같은 작은 물질 감지 가능 | 작은 물질 감지 어려움 |
| 장점 | 레이다에 비해 작은 물체도 감지
정확한 단색 3D 이미지 제공
형태 인식이 가능하고 고정밀도
레이다에 비해 분해능이 높음 | 장거리 물체의 거리 측정
날씨 영향을 많이 받지 않음
가려져 있는 물체 인지가능 (투과)
단가가 저렴하고 상용화 되어있음 |
| 단점 | 단가가 높고 크기가 큼
탐지거리 짧음
날씨 조건에 민감
가려져 있는 물체 인식 불가 | 작은 물체 식별 어려움
라이다에 비해 정확도 낮음
물체의 종류 판독 불가능
200m 이상 파악 어려움 |
