전방위 감지를 위한 엠씨넥스 '3D Solid-State LiDAR 시스템'

엠씨넥스 ‘3D Solid-State LiDAR’ 시스템

엠씨넥스 3D 솔리드 스테이트 LiDAR 시스템은 레이저 빔을 사용하여 주변 환경을 스캔하고, 이를 통해 객체의 거리, 위치, 모양 등의 정보를 파악하는 고급 센싱 시스템입니다. 이 시스템은 차량, 로봇 및 기타 자율주행 시스템에서 사용되며, 주변 환경을 실시간으로 감지하여 운전 및 경로를 계획하고 조정하는 자율주행 기술입니다.

'3D Solid-State LiDAR' 시스템은 주변 환경을 3차원(3D) 스캐닝하고 감지하는 LiDAR(Light 감지 및 거리 측정) 기술이며, 주변을 스캔하기 위해 회전하는 거울이나 회전하는 어셈블리와 같은 움직이는 부품에 의존하는 기존 기계식 LiDAR 시스템과 달리 Solid-State LiDAR 시스템은 일반적으로 반도체 기반 장치인 고정 구성 요소를 사용하여 레이저 펄스를 방출하고 감지합니다.

3D Solid-State LiDAR 시스템에서는 레이저가 고정된 위치에서 방출되어 바깥쪽으로 향하여 여러 방향으로 동시에 환경을 스캔을 하며 돌아오는 레이저 펄스는 광검출기에 의해 포착되고, 레이저가 물체에 반사되어 센서로 돌아오는 데 걸리는 시간이 측정됩니다. 이러한 반사의 타이밍을 정확하게 맞춰 물체까지의 거리를 계산하고 주변 환경에 대한 상세한 3D Map을 생성할 수 있습니다.

LiDAR란?

LiDAR는 ‘Light Detection and Ranging’의 약자로 ‘라이다’라고 읽으며, ‘레이저 레이더’ 또는 ‘적외선 레이저 스캐너’라고도 합니다.

Light Detection And Ranging (빛을 통한 검출과 거리 측정)은 근적외광 및 가시광, 자외선을 사용하여 대상물에 빛을 비추고, 그 반사광을 광 센서를 통해 검출하여 거리를 측정하는 리모트 센성 (떨어진 위치에서 센서를 사용하여 검출)하는 방식이며, Light/Laser Imaging Detection And Ranging (레이저 화상 검출과 거리 측정)는 근적외 레이저 광을 펄스 상태로 조사하고 대상물에 닿아 반사될 때까지의 시간차를 계측합니다.

대상물까지의 거리 뿐만 아니라 위치 및 형상까지 정확하게 검출하고 운전자의 개입 없이 주변환경을 인식하며 주행상황을 스스로 판단하여 차량을 제어합니다.

기본 원리는 레이다 (Radar)와 같으나 주로 905nm 파장의 펄스 레이저를 이용해 거리 정보를 전달하고 레이다 (Radar)보다 정밀한 위치정보를 제공합니다.

3D Solid-State LiDAR 시스템의 주요 원리 

3D Solid-State LiDAR 시스템의 원리는 주변 환경의 거리와 형태를 측정하기 위해 레이저를 사용하는 센서 기술입니다. 
레이저 방출기와 수신기를 회전시키기 위해 종종 기계 부품에 의존하는 기존 LiDAR 시스템과 달리 고정식 LiDAR 시스템에는 움직이는 부품이 없어 향상된 신뢰성, 내구성 및 응답 시간을 제공하고, 이러한 시스템은 다양한 응용 분야에서 사용되며, 자율 주행 자동차, 로봇, 산업 자동화 및 도시 계획과 같은 분야에서 중요한 역할을 합니다.

1. Light Emission

시스템은 레이저 빔을 방출하며 레이저 펄스가 주변 환경을 통해 전파되고 레이저 빔이 물체에 닿으면 에너지의 일부가 LiDAR 센서쪽으로 다시 반사됩니다. 이러한 레이저는 일반적으로 Solid-State 레이저 다이오드에 의해 생성되고 Solid-State 레이저는 다른 유형의 레이저에 비해 소형화, 신뢰성, 빠른 응답 시간 등의 장점을 제공하고, 이러한 레이저는 장거리 감지에 최적이며 환경이나 다른 센서와의 간섭을 최소화하는 특정 파장의 빛을 생성할 수 있습니다. 

2. Light Detection

반사된 빛은 LiDAR 시스템 내의 수신기에 의해 감지되며, 레이저 펄스가 물체에 도달하고 돌아오는 데 걸리는 시간이 정확하게 측정됩니다. 이 비행 시간(time-of-flight) 측정은 LiDAR 센서와 물체 사이의 거리를 결정하는 데 중요합니다.

3. Data Processing

LiDAR 시스템은 비행 시간(time-of-flight) 데이터를 처리하여 환경의 각 지점까지의 거리를 계산하고 다양한 각도에서 레이저 빔을 스캔함으로써 시스템은 주변 공간의 3D 포인트 클라우드 표현을 생성할 수 있습니다. 포인트 클라우드의 각 포인트는 환경의 특정 위치에 해당하며 관련 거리 정보를 제공합니다.

4. System Integration

LiDAR 시스템은 차량의 광범위한 제어 시스템에 통합되어 조향, 제동 및 가속을 관리하는 의사 결정 알고리즘에 직접 정보를 제공하고, 정확한 LiDAR 데이터를 통해 정밀한 경로 계획이 가능해지며 도로의 복잡한 환경을 안전하게 탐색할 수 있습니다.

3D Solid-State LiDAR 시스템의 장점

컴팩트한 디자인

일반적으로 기존 기계식 LiDAR 시스템에 비해 더 컴팩트하고 레이저 방출기, 수신기 및 신호 처리 전자 장치를 포함한 모든 필수 구성 요소를 단일 장치 또는 패키지에 통합하고이 컴팩트한 디자인을 통해 자율 주행 차량, 드론, 휴대용 장치 등 다양한 애플리케이션에 쉽게 통합할 수 있습니다.

고정식 레이저 기술

3D Solid-State LiDAR 시스템은 고정식 레이저 다이오드를 광원으로 활용합니다. 고정식 레이저는 높은 신뢰성, 긴 수명, 빠른 응답 시간과 같은 장점을 제공하고 또한 다른 유형의 레이저에 비해 에너지 효율성이 높기 때문에 배터리 구동 응용 분야에 적합합니다.

고속 스캐닝

3D Solid-State LiDAR 시스템은 주변 환경을 빠르게 스캐닝할 수 있습니다. 레이저 펄스를 방출하고 반사광을 고주파수로 포착하여 실시간 3D 매핑과 물체 감지가 가능하고 이 고속 스캐닝 기능은 자율 주행 및 로봇 공학과 같이 빠른 의사 결정이 필요한 애플리케이션에 매우 중요합니다.

장거리 감지 및 고해상도

3D Solid-State LiDAR 시스템은 고해상도를 유지하면서 장거리 감지 기능으로 수백 미터 떨어진 물체까지의 거리를 정확하게 측정하고 수백만 개의 포인트로 상세한 3D 포이트를 생성할 수 있습니다. 장거리와 고해상도의 조합으로 다양한 환경에서 정확한 위치 파악과 매핑이 가능합니다.

다중 빔 구성

3D Solid-State LiDAR 시스템은 다중 빔 스캐닝 구성을 사용하여 적용 범위와 해상도를 향상시킵니다. 레이저 빔을 여러 개의 빔으로 분할하고 동시에 또는 순차적으로 스캔함으로써 이러한 시스템은 더 짧은 시간에 더 많은 데이터 포인트를 캡처할 수 있습니다. 다중 빔 구성은 LiDAR 기반 인식 시스템의 전반적인 효율성과 효과를 향상시킵니다.

신뢰성과 내구성

3D Solid-State LiDAR 시스템은 가혹한 환경 조건을 견디고 다양한 시나리오에서 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 기존의 회전식 LiDAR 시스템에 비해 기계적 마모 및 손상이 적으며 유지 관리 요구 사항이 낮아지고 작동 수명이 길어집니다.

다른 센서와의 통합

3D Solid-State LiDAR 시스템은 포괄적인 인식 기능을 제공하기 위해 카메라, 레이더, IMU 등의 다른 센서와 통합되는 경우가 많습니다. 이러한 센서 융합 기술은 다양한 센서 양식의 장점을 결합하고 특히 저조도 조건이나 악천후와 같은 까다로운 시나리오에서 전반적인 시스템 성능을 향상시킵니다.

다양한 응용 분야

3D Solid-State LiDAR 시스템은 자율 주행 차량, 로봇 공학, 산업 자동화, 농업, 임업, 환경 모니터링, 도시 계획 등 광범위한 산업 전반 다양한 영역에서 안전성, 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기술입니다.