LiDAR 애플리케이션, 어디까지 가능할까?

May 15, 2023

Lidar, LIDAR, 때로는 LADAR로 불리기도 하는 레이저 기반 레이더인 LiDAR는 자율주행차 개발의 핵심 기술이라는 점에서 일찍부터 폭발적인 관심을 받아왔습니다. LiDAR 기술을 활용하면 접근해 오는 물체를 식별할 수 있을 뿐 아니라 눈부심, 기상 조건 또는 열악한 환경의 간섭 없이 사물의 속도를 파악할 수 있습니다.-

그러나 LiDAR의 활용 사례는 이보다 훨씬 더 다양합니다. 설계 엔지니어들이 시도하고 있는 새로운 LiDAR 애플리케이션은 말 그대로 가지각색인데 여기에는 지상, 공중, 모바일 애플리케이션이 모두 포함되어 있습니다.

LiDAR는 자외선(UV), 가시광선 또는 근적외선(NIR)을 사용하여 레이저 복귀 시간과 다양한 레이저 파장의 차이를 기반으로 대상 물체를 이미지화합니다. 이는 측량, 측지, 지리학, 고고학, 지질학, 지형학, 지진학, 임업, 대기 물리학, 레이저 유도, 공중 레이저 폭 매핑 및 레이저 고도 측정 분야의 애플리케이션들과 함께 고해상 지도를 제작하는 데 이상적입니다. LiDAR의 공간 매핑 기능은 지표면과 해저 영역에 대한 윤곽을 디지털 3D로 정확히 표현해 냅니다. 이보다 작은 규모의 사례로는, 몇몇 최신 스마트폰이나 태블릿이 LiDAR 스캐너를 활용한 거리 측정 기능을 제공하는데, 이는 야간이나 쇼핑 중에 사진 촬영할 때 편리합니다.

이번 포스트에서는 다양한 애플리케이션을 보유한 아나로그디바이스(Analog Devices Inc. ADI), 인텔(Intel), 그리고 시드 스튜디오(Seeed Studio)의 LiDAR 제품을 소개합니다.

시제품 제작, 로봇 팔 사용, 거리 감지

먼저 아나로그디바이스(ADI)의 LiDAR 프로토타이핑 플랫폼부터 살펴보겠습니다. 이 제품은 광범위한 시장에서 프로토타이핑 플랫폼으로 널리 활용되고 있습니다. 설계자는 FPGA 개발 보드 상에서 즉시 사용가능한 AD-FMCLIDAR1-EBZ 플랫폼을 이용해 다양한 깊이 감지 애플리케이션을 위한 소프트웨어와 알고리즘을 개발할 수 있습니다. 이 모듈형 플랫폼은 설계자가 하나부터 열까지 모든 작업을 직접 처리한 설계에 비해 상호운용성, 위험 감소, 예측 가능성 및 신뢰성 향상을 위해 사전 설계된 시스템을 기반으로 구축되었습니다. 이 플랫폼의 하드웨어 구성 요소는 설계자가 선호하는 FPGA 보드를 연결할 수 있는 FMC 호환 커넥터 인터페이스, 고속 데이터 수집(DAQ) 보드에 연결되는 아날로그 프런트 엔드(AFE) 보드, 그리고 레이저 송신기 보드로 구성됩니다. 이 플랫폼은 시스템 개발 시간을 줄여 환경, 항공우주/방위산업, 보안, 인더스트리 4.0 등의 애플리케이션에서 작동하는 LiDAR 시스템 프로토타입 제작 과정을 간소화합니다.

인텔 리얼센스(RealSense™) LiDAR 카메라 L515는 초당 2,300만 개의 정확한 깊이 지점을 생성할 수 있어, 많은 애플리케이션에서 유용합니다. 하키 퍽(puck) 모양의 고해상 카메라는 물체의 체적을 정확히 측정할 수 있으며, 이는 빈 피킹(bin picking), 물류, 3D 스캐닝을 위한 로봇 팔과 같은 재고 관리 시스템에 유용합니다. 손바닥 크기의 L515는 인텔 고유의 MEMS(Microelectromechanical Systems) 미러 스캐닝 기술을 사용하여 다른 ToF 기술보다 우수한 레이저 전력 효율을 구현합니다. 작은 풋프린트(61mm x 26mm 및 100g)로 다양한 기능을 제공하면서도, 전력 효율도 3.5W로 우수합니다. L515는 내부 비전 프로세서, 모션 블러 아티팩트 저감, 짧은 광자 심도 지연 특성을 통해 빠르게 움직이는 물체를 최소한의 모션 블러로 캡처할 수 있습니다.

시드 스튜디오의 TF03-100 LiDAR 롱레인지 거리 센서는 다양한 용도로 사용되는 산업용 등급의 디바이스입니다. TF03-100은 열악한 환경에서 작동하면서 거친 지형이나 외딴 지역을 조사할 수 있는 탁월한 전천후 디바이스로서, 예컨대 무인 항공기가 3D 포인트 클라우드 지형 모델에 대한 데이터를 수집하는 데 적합합니다. TF03-100은 알루미늄 합금 인클로저에 포장되어 있으며, IP67 방수 및 방진 기능이 있습니다. 다양한 작동 모드를 지원하므로 매개변수와 구성을 변경하여 다양한 애플리케이션을 충족할 수 있습니다. 최대 1KHz까지 프레임 비율을 조정할 수 있는 TF03-100은 차량 안전 경고 시스템과 함께 작동하여 최대 100m 떨어진 곳의 위험까지 운전자에게 경고하므로 첨단 센서들이 탑재된 스마트 차량에 이상적입니다.

자동차와 스마트폰에서는 이제 LiDAR 기술을 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 그러나 카메라 트리거, 수하물 처리, 소포 배달, 로봇 공학, 토지 측량, 전력선 검사, 임업, 농업 등과 같이 우리가 일상적으로 접하지는 않는 많은 분야의 기능들도 LiDAR를 통해 향상될 수 있습니다. 설계 엔지니어에게는 새로운 기회의 영역이 아직 많이 남아 있는 것입니다.