Ⅰ. 머리말라이다센서는레이저를목표물에비춤으로써사물까지의거리, 방향, 속도, 온도, 물질분포및농도특성등을감지할수있는기술이다. 라이다센서는일반적으로높은에너지밀도와짧은주기를가지는펄스신호를생성할수있는레이저의장점을활용하여보다정밀한대기중의물성관측및거리측정등에활용이된다. 라이다센서

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태희 동방
6 years ago
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1 라이다센서기술동향및응용 김종덕 (J. Kim) 자동차IT플랫폼연구팀선임연구원권기구 (K.K. Kwon) 자동차IT플랫폼연구팀팀장이수인 (S.I. Lee) 대경권연구센터센터장 Ⅰ. 머리말 Ⅱ. 라이다센서기술 Ⅲ. 영상라이다센서동향 Ⅳ. 라이다센서응용기술 Ⅴ. 맺음말 지구과학및우주탐사를목적으로지속적으로발전해온라이다센서기술은현재항공기및위성에탑재되어정밀한지구지형및환경관측을위한주요수단으로사용되고있으며, 우주정거장과우주선의도킹시스템, 우주탐사로봇에활용되고있다. 지상에서는원거리거리측정, 자동차속도위반단속등을위한간단한형태의라이다센서를비롯하여최근에는 3차원영상복원을위한레이저스캐너, 미래무인자동차를위한 3차원영상센서의핵심기술로활용되면서그활용성과중요성이점차증가되고있다. 본고에서는라이다센서의기본원리및종류, 최근영상라이다센서기술동향, 응용분야의몇가지예를요약하여소개함으로써, 국내기반기술및상용화개발이취약한라이다센서에대한이해를돕고자한다 한국전자통신연구원

2 Ⅰ. 머리말라이다센서는레이저를목표물에비춤으로써사물까지의거리, 방향, 속도, 온도, 물질분포및농도특성등을감지할수있는기술이다. 라이다센서는일반적으로높은에너지밀도와짧은주기를가지는펄스신호를생성할수있는레이저의장점을활용하여보다정밀한대기중의물성관측및거리측정등에활용이된다. 라이다센서기술은탐조등빛의산란세기를통하여상공에서의공기밀도분석등을위한목적으로 1930년대처음시도되었으나, 1960년대레이저의발명과함께비로소본격적인개발이가능하였다 [1]. 1970년대이후레이저광원기술의지속적인발전과함께다양한분야에응용가능한라이다센서기술들이개발되었다. 항공기, 위성등에탑재되어정밀한대기분석및지구환경관측을위한중요한관측기술로활용되고있으며, 또한우주선및탐사로봇에장착되어사물까지의거리측정등카메라기능을보완하기위한수단으로활용되고있다. 지상에서는원거리거리측정, 자동차속도위반단속등을위한간단한형태의라이다센서기술들이상용화되어왔으며, 최근에는 3D reverse engineering 및미래무인자동차를위한 laser scanner 및 3D 영상카메라의핵심기술로활용되면서그활용성과중요성이점차증가되고있다. 라이다센서기술은이러한광범위한분야에서의응용에도불구하고, 미국, 유럽및일본에비하여우주및지구과학분야의발전이상대적으로미약한국내에서는그동안크게주목받지못한관계로관련핵심기술의확보가아직미약한수준이다. 본고에서는라이다센서기술에대한이해를통하여국내관련산업기술개발을촉진하고자, 라이다센서의기본원리및종류, 영상라이다센서기술개발동향, 주요응용분야등에대하여간략히소개하고자한다. LIDAR 는 Light Detection And Ranging의약어이며, 때로는 LADAR(Laser Detection And Ranging) 라는이 름으로사용된다. LIDAR가보다일반적인용어이므로본고에서는 lidar 또는 라이다 로명칭한다. Ⅱ. 라이다센서기술 1. Lidar 기본원리라이다센서시스템의구성은응용분야에따라때로는매우복잡하게구성되지만, 기본적인구성은 ( 그림 1) 에보인바와같이레이저송신부, 레이저검출부, 신호수집및처리와데이터를송수신하기위한부분으로단순하게구분될수있다. 아울러라이다센서는레이저신호의변조방법에따라 time-of-flight(tof) 방식과 phase-shift 방식으로구분될수있다. TOF 방식은 ( 그림 1) 에보인바와같이레이저가펄스신호를방출하여측정범위내에있는물체들로부터의반사펄스신호들이수신기에도착하는시간을측정함으로써거리를측정하는것이가능하다. Phase-shift 방식은특정주파수를가지고연속적으로변조되는레이저빔을방출하고측정범위내에있는물체로부터반사되어되돌아오는신호의위상변화량을측정하여시간및거리를계산하는방식이다. 레이저광원은 250nm부터 11μm 까지의파장영역에서특정파장을가지거나파장가변이가능한레이저광원들이사용되며, 최근에는소형, 저전력이가능한반도체레이저다이오드가많이사용된다. 특히, 레이저의파장은대기, 구름, 비등에대한투과성과 eye-safety 에직접적인영향을준다. 기본적으로레이저출력, 파 ( 그림 1) Lidar 시스템기본구성및동작원리 김종덕외 / 라이다센서기술동향및응용 135

장, 스펙트럼특성, 펄스폭및모양등과함께수신기의수신감도및다이내믹레인지, 그리고광학필터및렌즈의특성이라이다의성능을결정하는주요요인이다. 이와함께수신기의측정각도를나타내는 Field Of View (FOV), 측정범위를선택하기위한 field stop, 레이저빔과수신기의 FOV overlap 특성등도중요한항목이다.

3 장, 스펙트럼특성, 펄스폭및모양등과함께수신기의수신감도및다이내믹레인지, 그리고광학필터및렌즈의특성이라이다의성능을결정하는주요요인이다. 이와함께수신기의측정각도를나타내는 Field Of View (FOV), 측정범위를선택하기위한 field stop, 레이저빔과수신기의 FOV overlap 특성등도중요한항목이다. 광속에대하여단위데이터수집을위한최소시간은거리분해능 (range resolution) 을결정하는요인이며, 따라서 1m 이하의거리분해능을위해서는수 ns 이내의데이터수집및처리가요구된다. 2. Lidar 기술들기존의라이다기술들은기상관측및거리측정을목적으로주로연구되었으며, 최근에는위성에서의기상관측, 무인로봇센서및 3차원영상모델링을위한기술들이연구된다. 기본적인라이다기술들을간단히정리하면다음과같다. Elastic-backscatter lidar: 레이저파장의변화없이입자들의운동량에따라 backscattering 되는빛의 spectral broadening 특성을이용하여대기중의 aerosol 및구름의특성측정등에활용되는기술 Raman lidar: 분자에너지상태에따라분산되는레이저빛의주파수변화및 Raman band 내의세기분포분석을통하여대기중의수증기및온도분포등의측정에활용되는기술 Differential-absorption lidar(dial): 각기다른레이저파장을가지는레이저빔들에대하여측정대상물질의흡수차이를이용하여대기오염물질등의농도분포를측정할수있는기술 Resonance fluorescence lidar: 원자, 이온또는분자의에너지천이와동일한에너지를가지는레이저빛에대하여동일파장의빛또는긴파장의빛을방출하는특성을이용하여중간권역대 기중의원자및이온농도를측정하는기술 Doppler lidar: Doppler 효과에의한레이저빔의미세한주파수변화를측정하여바람등의속도를측정하는기술 Laser rangefinder: 물체로부터반사되는레이저빔의수신시간을측정하여거리를측정하는가장간단한형태의라이다기술 Imaging lidar: 레이저빔의진행방향에대한거리정보를포함하여공간에대한영상모델링이가능한기술로써 laser rangefinder 기술을기반으로 point-scanning을통하여 point cloud 정보를수집하거나광각의 flash-laser 에대하여반사되는레이저빛을다중배열수신소자를통하여수집함으로써 3차원영상구현이가능한기술 ( 그림 2) 는영상라이다 (imaging lidar) 기술을통하여수집되는 point cloud 정보를이용한 3차원 (3D) 영상의예이며 [2], 다음절에서는영상라이다를위한최근기술동향에대하여설명한다. Ⅲ. 영상라이다센서기술동향 1. 2D Laser Scanner 앞에서설명한 laser rangefinder 가 1차원 (1D) 스캐너 ( 그림 2) Point Cloud 136 전자통신동향분석제 27 권제 6 호 2012 년 12 월

( 그림 4) Laser Scanner with Multi-layer Technology 동시측정이가능하도록하고회전스캐닝함으로써 3D 영상수집이가능한기술이다.

시스템의구성은 laser rangefinder 와같이단일레이저와단일수신소자로구성될수있으며회전을위한모터가추가된다.

( 그림 3b) 에서보인바와같이 2D laser scanner 를차량등에탑재하여이동하면서공간정보를스캔하면컴퓨터를통하여 3D 영상구현이가능해진다. 2. 3D Laser Scanner 2D laser scanner 를활용하여 3D 영상구현이가능하지만, 실시간으로 3D 영상을구현하기위해서는보다빠른데이터수집이필요하다.

현재상용화된 3D laser scanner는대부분제한된수직방향의시야각을가지며, 수평방향에대하여 360도또는수십도의스캐닝각도를지원한다. ( 그림 4) 는 multi-layer 기술을적용한 Ibeo 및 SICK 사의 laser scanner로각각 0.

4 ( 그림 4) Laser Scanner with Multi-layer Technology 동시측정이가능하도록하고회전스캐닝함으로써 3D 영상수집이가능한기술이다. 이러한방식은넓은시야각의확보를위하여많은수의레이저및수신소자들이 ( 그림 3) RIEGL의 Laser Scanner 형태 (a) 및수집된영상정보 (b) 에해당한다면, 2D laser scanner는일반적으로회전방식을이용하여레이저빔의진행방향을포함하는특정평면에서의영상정보를수집한다. 시스템의구성은 laser rangefinder 와같이단일레이저와단일수신소자로구성될수있으며회전을위한모터가추가된다. ( 그림 3) 은 RIEGL사의 laser scanner 형태및수집된영상정보를보이며 [3], ( 그림 3a) 의레이저빔 (1) 을거울 (2) 을이용하여모터의회전축방향에대하여 90도로꺾어회전함으로써 2D 정보를수집할수있다. ( 그림 3b) 에서보인바와같이 2D laser scanner 를차량등에탑재하여이동하면서공간정보를스캔하면컴퓨터를통하여 3D 영상구현이가능해진다. 2. 3D Laser Scanner 2D laser scanner 를활용하여 3D 영상구현이가능하지만, 실시간으로 3D 영상을구현하기위해서는보다빠른데이터수집이필요하다. 이를위한방법의하나로회전방식의 3D laser scanner는다수의레이저및수신소자를이용하여특정방향의시야각 (FOV) 에대하여 필요하고비교적고난이도의패키징기술이요구되지만, 현재상용화된소자들을활용하여구현할수있는장점이있다. 현재상용화된 3D laser scanner는대부분제한된수직방향의시야각을가지며, 수평방향에대하여 360도또는수십도의스캐닝각도를지원한다. ( 그림 4) 는 multi-layer 기술을적용한 Ibeo 및 SICK 사의 laser scanner로각각 0.8도의수직해상도 (resolution) 을가지는 4-layer 레이저빔을이용하여 3.2도의수직시야각을구성하는방법을보인다 [4],[5]. Ibeo사의경우 8- layer 기술을적용하여 6.4도의수직시야각과 110도의수평시야각을지원하는제품도출시하고있다 [5]. 현재가장넓은시야각을지원하는제품은 Velodyne 사의제품으로 ( 그림 5a) 에보인바와같다. 4개그룹으로나누어진레이저출력부는각각 16개의레이저를포함하며, 2개의그룹으로나누어진수신부는각각 32개의수신소자를포함한다, 즉총 64개의레이저및수신소자를사용하여 0.4 도의수직해상도와함께약 24.8 도의수직시야각과함께 360도회전스캐닝을지원한다 [6]. ( 그림 5b) 에보인바와같이 Velodyne사의제품은비교적넓은수직시야각과함께 360도수평시야각을지원하므로무인운전자동차및군용차량등의시험개발용으로많이적용되고있다. 김종덕외 / 라이다센서기술동향및응용 137

( 그림 5) Velodyne 의 Lidar Sensor RIEGL, SICK, Ibeo 및 Velodyne 사외에도 2D/3D laser scanner 상용제품을출시하는기업들로 Hokuyo, Omron 등이있다.

여러제품들에서비교적반사율이높은물체들에대한최대측정가능거리는 120m, 200m, 250m 인것으로제시되고있으나, 반사율이 10% 인조건에서측정가능한거리는대부분약 50m 수준이다.

수직방향의 FOV 및각도해상도는 Velodyne사의제품이가장우수하며, 초당프레임을결정하는 spin rate 은 5Hz 에서최대 50Hz까지지원하는제품이있다.

(UTM-30LX/LN)[7] Laser wavelength nm 905 905 905 905 Operating range m 120(R~0.8) 0.5~250(160) 200 0.1~60 Rrange(@R=0.1) m 50 50 50 0.

5 ( 그림 5) Velodyne 의 Lidar Sensor RIEGL, SICK, Ibeo 및 Velodyne 사외에도 2D/3D laser scanner 상용제품을출시하는기업들로 Hokuyo, Omron 등이있다. 외부환경 (outdoor) 에서사용하기위한 Velodyne, SICK, Ibeo, Hokuyo 사의 3D/2D laser scanner 제품들중에비교적장거리지원이가능한모델들의주요사양을 < 표 1> 에요약비교하였다. 여러제품들에서비교적반사율이높은물체들에대한최대측정가능거리는 120m, 200m, 250m 인것으로제시되고있으나, 반사율이 10% 인조건에서측정가능한거리는대부분약 50m 수준이다. 대부분의기업에서 360도회전가능한제품들을출시하고있으나, 차량의전방또는후방에장착되어특정방향만관측하기위하여설계된경우 85도또는 110도와같이제한된수평방향의 FOV 를지원하며, 대부분약 0.1도정도의수평방향각도해상도를가진다. 수직방향의 FOV 및각도해상도는 Velodyne사의제품이가장우수하며, 초당프레임을결정하는 spin rate 은 5Hz 에서최대 50Hz까지지원하는제품이있다. < 표 1> 의제품들은모두수분투과성에장점을갖는 905nm 파장영역의레이저광원을사용하 < 표 1> 2D/3D Laser Scanner 주요제품및 Specifications Unit Velodyne (HDL-64E)[6] SICK (LD-MRS)[4] Ibeo (LUX 8L)[5] Hokuyo (UTM-30LX/LN)[7] Laser wavelength nm Operating range m 120(R~0.8) 0.5~250(160) ~60 Rrange(@R=0.1) m ~30 Horizontal FOV degree w/4 layer 110 w/2 layer 50 to -60(110) 270 Angular resolution(horizontal) degree /0.25/ Vertical FOV degree +2 to Angular resolution(vertical) degree Spin rate Hz 5~ ~ /12.5/25 40 Points per second - > M - - Operating voltage V DC 15±1.5(@4A) 9~27 9 to Power consumption W < 60 8 < 10(Average 8) < 8 Weight kg 13(29 lbs.) Dimension mm 254(h) 203.2(r) Operating temp. C -10~50-40~70-40 to 85-10~ 전자통신동향분석제 27 권제 6 호 2012 년 12 월

고있으며, 레이저출력사양은기본적으로 IEC Class- 1의 eye-safety 규격을만족한다. 일부제품의경우외부환경에서온도제어를위한 cooling/heating 기능을가지며, 데이터입출력을위하여 10Mbps/100Mbps Ethernet 인터페이스를지원하며, 이외에 CAN, RS232, USB 등의인터페이스를지원하기도한다.

이를보완하기위한기술로단일레이저 3D 스캐닝방식이있으며, 단일레이저광원으로부터출력되는레이저빔을 MEMS 거울등을이용하여빠르게스캐닝하고단일수신소자를사용하여 point cloud 정보를수집하는기술이있다. 이러한방식을활용한 3D laser scanner 기술은 ETRI 융합부품소재연구부문의광무선융합부품연구부에서개발중에있다 [8]. 3. 3D Flash Lidar 현재상용화개발된회전방식의 3D laser scanner 기술은광시야각을확보하는데유리하지만수직방향의해상도가낮고보다소형화하는데어려움이있다.

( 그림 6) 은 ASC 사의 flash lidar 시스템구성방식과 3D 센서제품및본제품이탑재된 NASA 의우주셔 ( 그림 6) ASC의 Flash Lidar 기술 (a), DragonEye 3D 센서 (b), NASA 우주셔틀 Endeavour(c) 틀사진을보인다 [9].

6 고있으며, 레이저출력사양은기본적으로 IEC Class- 1의 eye-safety 규격을만족한다. 일부제품의경우외부환경에서온도제어를위한 cooling/heating 기능을가지며, 데이터입출력을위하여 10Mbps/100Mbps Ethernet 인터페이스를지원하며, 이외에 CAN, RS232, USB 등의인터페이스를지원하기도한다. 외부환경에서중요한동작온도사양의경우 Ibeo사제품이 -40 C 에서 85 C 까지지원하며, Velodyne사의제품은고온및저온에서의동작을위하여보다개선이필요하다. 회전방식의 3D laser scanner는모터의사용으로인하여모듈크기를축소하는데다소간의제약이있으며, 많은수의레이저및수신소자를필요로하는단점이있다. 이를보완하기위한기술로단일레이저 3D 스캐닝방식이있으며, 단일레이저광원으로부터출력되는레이저빔을 MEMS 거울등을이용하여빠르게스캐닝하고단일수신소자를사용하여 point cloud 정보를수집하는기술이있다. 이러한방식을활용한 3D laser scanner 기술은 ETRI 융합부품소재연구부문의광무선융합부품연구부에서개발중에있다 [8]. 3. 3D Flash Lidar 현재상용화개발된회전방식의 3D laser scanner 기술은광시야각을확보하는데유리하지만수직방향의해상도가낮고보다소형화하는데어려움이있다. Flash lidar 기술은단일레이저빔을광시야각으로확장하여조사하고반사되는레이저빔을다중배열수신소자를통하여수신함으로써일반적인비디오카메라와같이실시간영상정보를수집하는기술이다. 높은해상도와넓은시야각을위한수신기의개발이필요하지만, 소형집적화가가능하고, 3D laser scanner에서와같이회전또는레이저스캐닝에소요되는과정을생략할수있다. ( 그림 6) 은 ASC 사의 flash lidar 시스템구성방식과 3D 센서제품및본제품이탑재된 NASA 의우주셔 ( 그림 6) ASC의 Flash Lidar 기술 (a), DragonEye 3D 센서 (b), NASA 우주셔틀 Endeavour(c) 틀사진을보인다 [9]. ASC사의 DragonEye 3D 센서는 APD (Avalanche Photodiode) 다중배열수신소자를포함하며 45도의평방시야각 (FOV) 을지원하면서도 3D 센서모듈의크기가길이 13.2cm, 폭 11.9cm, 높이 11.2cm 로소형화되어있다. 1,570nm 파장의레이저를이용함으로써눈의안전을위한특성이우수하며, 일반적으로 5Hz에서최대 30Hz의초당프레임과함께 3D 영상촬영이가능하다. ASC사는 NASA의 Commercial Orbital Transportation Services(COTS) 프로젝트를비롯하여우주정거장과우주선의랑데부및도킹을위하여본제품을개발했다고밝히고있다. 이러한 3D flash lidar를위한핵심기술은흔히 Focal Plane Array(FPA) 라고불리는다중배열수신소자에있다. ( 그림 7a) 에보인바와같이 FPA 는 photodiode array 를통하여광전변환된아날로그신호를증폭하여신호처리가가능한신호로출력하는 Readout Integrated Circuit(ROIC) 로구성된다 [10]. ( 그림 7b) 는 ASC사의 3D 카메라모듈이다 [11]. 김종덕외 / 라이다센서기술동향및응용 139

( 그림 7) FPA 구조 (a) 및 3D camera 모듈 (b) ( 그림 8) GLAS 탑재

라이다센서응용기술 라이다센서는응용위치에따라 ground-based lidar, airborne

7 ( 그림 7) FPA 구조 (a) 및 3D camera 모듈 (b) ( 그림 8) GLAS 탑재 ICESat 위성 (a), 위성관측한전세계숲의나무높이지도 (b) Ⅳ. 라이다센서응용기술 라이다센서는응용위치에따라 ground-based lidar, airborne lidar, spaceborne lidar로도분류된다. 기상및지구관측을위한라이다센서는초기에지상및차량에주로탑재되어활용되었으나현재는항공기와위성까지탑재되어운용되고있다. 우주에서지구를관측하기위한최초의라이다는 1994년디스커버리호에탑재된 Lidar In-space Technology Experiment LITE) 였으며, 2003년부터 2010년까지운용된 Ice, 이다센서들로부터수집된전세계숲의나무높이정보의예를보인다 [13]. Mars Orbiter Laser Altimeter(MOLA), Mercury Laser Altimeter(MLA) 과같은화성및수성관측위성과 Phoenix 등과같은탐사선들에서도대부분라이다센서기술이활용되고있다. ( 그림 9) 는현재연구시험중에있는 NASA research rover 의하나로통신안테나, 위치정보를위한 GPS(Global Positioning System), 지 Cloud and land Elevation Satellite(ICESat) 에탑재되었던 Geoscience Laser Altimeter System(GLAS) 은지구의얼음지형도, 구름변화및대기특성을측정하기위하여사용되었다. 이외에기존에발사된 PARASOL, CALIPSO, CloudSat, Aqua 등의위성과앞으로발사예정인 EarthCare, ICESat-2 등의위성에서도다양한라이다센서들을활용하여지속적으로지구환경정보들을측정중에있거나앞으로관측예정이다. ( 그림 8) 은 ICESat 위성사진 [12] 및여러지구환경관측위성의라 ( 그림 9) 라이다센서가탑재된 NASA Research Rover 140 전자통신동향분석제 27 권제 6 호 2012 년 12 월

( 그림 10) ASC Flash Lidar Camera의 3D 영상형지물의촬영을위한비디오카메라, 거리정보를위한 3D laser scanner 등이장착되어있는것을볼수있다 [14]. ASC 3D 라이다가우주정거장과우주선의랑데부및도킹을위한센서로활용되고있음은앞에서설명하였다.

( 그림 11) 은 Google의무인자동차를위한센서구성의한예이며 [15], Adaptive Cruise Control(ACC) 등의기능을위하여이미자동차에상용화되어적용되고있는 radar 센서를전방에 3개후방에 1개를배치하여주변사물과의거리를감지하고, 비디오카메라를백미러부근에배치하여교통신호 ( 그림 11) Google의무인운전차량센서구성예 [15] ( 그림

8 ( 그림 10) ASC Flash Lidar Camera의 3D 영상형지물의촬영을위한비디오카메라, 거리정보를위한 3D laser scanner 등이장착되어있는것을볼수있다 [14]. ASC 3D 라이다가우주정거장과우주선의랑데부및도킹을위한센서로활용되고있음은앞에서설명하였다. 이러한 3D 영상라이다센서는각종차량, 군사작전및공공안전감시를위한영상관측카메라로활용이가능하며 ( 그림 10) 은 flash lidar로촬영된 3D 영상이다 [9]. 잘알려진바와같이최근각종무인자동차경주대회와 Google의자율주행자동차기술개발및 500,000km 시험주행과함께미래무인자동차를위한각종센서기술들이새롭게주목받고있다. ( 그림 11) 은 Google의무인자동차를위한센서구성의한예이며 [15], Adaptive Cruise Control(ACC) 등의기능을위하여이미자동차에상용화되어적용되고있는 radar 센서를전방에 3개후방에 1개를배치하여주변사물과의거리를감지하고, 비디오카메라를백미러부근에배치하여교통신호 ( 그림 11) Google의무인운전차량센서구성예 [15] ( 그림 12) Audi 자동차의 Intelligent Taillight 및차선등을관측하며, 지붕에라이다센서를부착하여 60m 반경내의주변환경에대하여 3D 지형정보를수집하고, GPS 및바퀴에부착된위치정보센서를활용하여정확한위치정보를수집할수있도록하였다. Audi 자동차의 Nuvolari 모델에적용되었던 intelligent taillight 기능은라이다센서기술을활용하여날씨등으로인한주변환경변화에맞추어후미등의밝기를자동조절하는기술이다 [16]. 이는이미 2000년대초반에개발되어적용되었던기술이지만, ( 그림 12) 와같이기존자동차라이트와함께소형집적화되어사용된라이더센서응용의좋은예이다. 항공, 위성및우주분야에적용되는라이다센서의경우특수목적에맞게소량으로개발되므로제품단가보다는개발비의비중이높지만, 미래의무인운전자동차및 3D 카메라를위한라이다센서의경우대량생산이가능하고다양한디자인요구조건을만족해야하므로보다저가격화및소형화가필요하다. 현재상용제품으로출시되고있는 3D laser scanner의경우가장낮은성능을가진제품도수천만원에판매되고있다. 라이다센서의경우다른센서와차별화되는뛰어난성능구현이가능하므로, 현재자동차에서 ACC 적용을위해출시되고있는 radar 센서수준에비교될수있는안정화, 소형화, 저가격화가가능하다면단순히연구개발용시험차량또는고가의특수목적차량뿐만아니라보다광범위한상업분야에서사용될수있을것이다. 이를위하여라이다센서를위한저가형의레이저, 수신기및신호처리 IC 소자의개발과함께경제성있는센서모듈조립기술의개발이필요하며, 아울러수집된대용량 김종덕외 / 라이다센서기술동향및응용 141

9 의라이다센서정보를실시간으로분석하고처리할수있는효율적인 SW 기술개발이요구된다. Ⅴ. 맺음말 라이다센서기술은높은에너지밀도와짧은주기를가지는펄스신호를생성할수있는레이저의장점을활용하여정밀한물성관측과거리정보를포함하는 3차원영상정보수집이가능하므로지구과학및우주분야의영역을비롯하여, 무인자동차, 로봇, 3D 영상카메라와같이폭넓은산업분야에응용되는기술로발전하고있다. 현재국내에서는라이다센서관련핵심기술의확보가미흡한수준이므로선진국과의기술간격을좁히고향후고부가센서시장의선점을위하여이분야에대한적극적인관심과연구개발을위한투자가필요한시기라고판단된다. 본고에서는미래에새로운시장창출이가능할것으로예상되는라이다센서기술의이해를돕고자라이다센서의기본구성및원리부터최근응용분야에이르기까지기술개발동향에대하여요약하였다. 용어해설 LIDAR 레이저빔을목표물에비춤으로써사물까지의거리, 방향, 속도, 온도, 물질분포및농도특성또는 3D 영상정보를수집할수있는기술 Laser Scanner 집적평형광의단일또는여러개의레이저빔을이용하여회전또는거울주사 (mirror-scanning) 의방식으로주변공간에있는사물의거리정보를포함한 pointcloud 정보를수집함으로써 2차원및 3차원영상획득을위한기술 Flash Lidar 단일레이저빔을관측대상공간에동시에확대주사하고반사된레이저광을다중배열수신소자를통하여수신하여세분화된화소 (pixel) 별거리정보가포함된 point-cloud 정보를수집함으로써실시간 3차원영상획득이가능한기술 약어정리 ACC APD Adaptive Cruise Control Avalanche Photodiode COTS DIAL FOV FPA GLAS GPS ICESat LADAR LITE LIDAR MOLA MLA RADAR ROIC TOF 참고문헌 Commercial Orbital Transportation Services DIfferential-Absorption Lidar Field Of View Focal Plane Arrary Geoscience Laser Altimeter System Global Positioning System Ice, Cloud and land Elevation Satellite Laser Detection And Ranging Lidar In-space Technology Experiment Light Detection And Ranging Mars Orbiter Laser Altimeter Mercury Laser Altimeter Radio Detection And Ranging Readout Integrated Circuit Time Of Flight [1] C. Weitkamp, Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere, Springer, [2] Central Federal Lands Highway Division LiDAR Hardware, 2008, p s/techdevelopment/geotech/lidar/documents/04_c hapter_2_lidar_hardware.pdf [3] RIEGL. [4] SICK. /product_portfolio/laser_measurement_systems/page s/outdoor_laser_measurement_technology.aspx [5] Ibeo. [6] Velodyne. [7] Hokuyo. [8] 민봉기, 대면적검출기기반의시각안전레이저레이다시스템기술, 제6 회군수용초고주파부품워크샵, , p [9] ASC. [10] R. Stettner, H. Bailey, and R. Richmond, Eye-Safe Laser Radar 3-D Imaging, Proc. SPIE, 2004, pp [11] ASC 3D Bring 3D Alive!, ASC, c.nasa.gov/workshop_2010/day3/roger_stettner/stet tner_asc_workshop_presentation.pdf [12] GLAS 전자통신동향분석제 27 권제 6 호 2012 년 12 월

10 [13] NASA, First-of-its-Kind Map Depicts Global Forest Heights. orest-height-map.html [14] NASA, Tensegrity Snake Robot. v/blog/irg/ [15] Tag Archives: Driverless Cars, Apt46. [16] S. Berlitz and W. Huhn, Lighting Innovations in Concept Cars, Proc SPIE, 2005, pp 김종덕외 / 라이다센서기술동향및응용 143

Ⅰ. 개요 o LiD(Light Detection nd anging) 기술력은기존의 LaD(Laser Detection and anging) 보다짧은 ( 적외선범위에가까운정도 ) 파장과전자기스펙트럼을이용하여촬영대상개체의표면과검출범위에레이저펄스를조사한후반응하는신호의펄스를

Ⅰ. 개요 o LiD(Light Detection nd anging) 기술력은기존의 LaD(Laser Detection and anging) 보다짧은 ( 적외선범위에가까운정도 ) 파장과전자기스펙트럼을이용하여촬영대상개체의표면과검출범위에레이저펄스를조사한후반응하는신호의펄스를 http://www.eic.re.kr LiD 기술개발추이및시장현황 목차 Ⅰ. 개요 Ⅱ. LiD의센싱원리및주변기술 Ⅲ. LiD 기술의현황및적용분야 Ⅳ. LiD 기술의미래 Ⅴ. LiD 기술의시장현황 Ⅵ. 맺음말 2013. 8 한국과학기술정보연구원 est프로그램전문연구위원박세환 world017@empal.com 본보고서는지식경제부의지원으로전자부품연구원전자정보센터