AI 기술에 대한 관심이 증가되고 있는 지금,
인간의 오감 센서를 넘어 공간적인 측정이 요구되고 있다.
3차원 영상센서는 위성, 항공, 로봇, 항만, 자율주행, 인프라 등에서 소개되고 있다.
3차원 거리측정 센서로 대표되는 라이다(LiDar) 센서는 레이저(높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호, 거리측정, 물성관측)를 목표물에 송신하여 사물까지의 거리, 방향, 속도 온도, 물질 분포, 농도 특성등을 감지할 수 있는 기술이다.
Lidar mainly uses the three methods of triangle ranging, time of flight (ToF), and frequency-modulated continuous wave (FMCW) to scan the ranging of the surrounding objects.
1. 삼각 측량에 의한 거리 측정 방법
2. 송신된 레이져가 오브젝트를 반사하고 수신된 시간 측정에 의한 거리 측정 방법
3. 주파수 변조 연속된 파장에 의해서 거리 측정 방법
레이저 광원은 250nm부터 11um까지의 파장영역에서 특정파장을 가지거나 파장 가변이 가능한 레이저 광원들이 사용되며, 최근에는 소형, 저전력이 가능한 반도체 레이저 다이오드가 많이 사용된다. 특히 레이저의 파장은 대기, 구름, 비 등에 대한 투과성과 eye-safety에 직접적인 영향을 준다.
Elastic-backscatter lidar: 레이저 파장의 변화 없이 입자들의 운동량에 따라 backscattering되는 빛의 spectral broadening 특성을 이용하여 대기 중의 aerosol 및 구름의 특성 측정 등에 활용되는 기술
Raman lidar: 분자 에너지 상태에 따라 분산되는 레이저 빛의 주파수 변화 및 Raman band 내의 세기 분포 분석을 통하여 대기 중의 수증기 및 온도 분포 등의 측정에 활용되는 기술
Differential-absorption lidar(DIAL): 각기 다른 레이저 파장을 가지는 레이저 빔들에 대하여 측정 대상 물질의 흡수 차이를 이용하여 대기 오염 물질 등의 농도 분포를 측정할 수 있는 기술
Resonance fluorescence lidar: 원자, 이온 또는 분자의 에너지 천이와 동일한 에너지를 가지는 레이저 빛에 대하여 동일 파장의 빛 또는 긴 파장의 빛을 방출하는 특성을 이용하여 중간권역 대기 중의 원자 및 이온 농도를 측정하는 기술
Doppler lidar: Doppler 효과에 의한 레이저 빔의 미세한 주파수 변화를 측정하여 바람 등의 속도를 측정하는 기술
Laser rangefinder: 물체로부터 반사되는 레이저 빔의 수신 시간을 측정하여 거리를 측정하는 가장 간단한 형태의 라이다 기술
Imaging lidar: 레이저 빔의 진행 방향에 대한 거리 정보를 포함하여 공간에 대한 영상 모델링이 가능한 기술로써 laser rangefinder 기술을 기반으로 point-scanning을 통하여 point cloud 정보를 수집하거나 광각의 flash-laser에 대하여 반사되는 레이저 빛을 다중 배열 수신소자를 통하여 수집함으로써 3차원 영상 구현이 가능한 기술
Audi 자동차의 Nuvolari 모델에 적용되었던 intelli-gent taillight 기능은 라이다 센서 기술을 활용하여 날씨 등으로 인한 주변 환경 변화에 맞추어 후미등의 밝기를 자동 조절하는 기술이다[16]. 이는 이미 2000년대 초반에 개발되어 적용되었던 기술이지만, (그림 12)와 같이 기존 자동차 라이트와 함께 소형 집적화되어 사용된 라이더 센서 응용의 좋은 예이다.
참고 자료
https://www.mdpi.com/1424-8220/23/13/5920
https://tmarket.dgist.ac.kr/tech/view.do?techNo=122&type=search
https://www.everythingrf.com/community/what-is-a-fmcw-radar