자율주행차량이라고 하면 어떤 것들이 떠오르시나요 ? 차량의 운전대나 페달이 없는 모습이나 , 스스로 주행하는 모습이 떠오를 수 있습니다 . 하지만 자율주행차량이 스스로 주행하기 위해서는 주변 환경을 정확하게 인식하고 , 이를 바탕으로 주행 경로를 계획하고 , 장애물을 피해야 합니다 . 이러한 기능을 수행하기 위해서는 다양한 센서들이 필요합니다 . 그중에서 라이다 센서는 빛을 이용하여 거리와 방향을 측정하고 , 3D 지도를 생성하는 센서로 , 자율주행차량의 핵심 센서 중 하나입니다 . 이번 포스팅에서는 라이다 센서의 원리와 역할 , 그리고 국내에서 라이다 센서를 생산하는 기업들에 대해 알아보겠습니다 .
라이다 센서의 원리
라이다 센서는 Light Detection and Ranging 의 약자로 , 빛을 이용하여 주변 환경을 탐지하고 , 거리를 측정하는 센서입니다 . 이 기술은 레이저 빛을 발사하여 주변 물체에 닿고 반사되는 시간을 측정하여 거리를 계산합니다 . 이 과정을 통해 라이다 센서는 주변 환경의 형태와 거리를 정밀하게 파악합니다 .
라이다 센서는 특정 레이저 광선을 방출하고 , 이 광선이 물체에 닿은 후 반사되어 다시 센서로 돌아오는 데까지 걸리는 시간을 측정합니다 . 이를 통해 라이다 센서는 물체와의 거리를 정확하게 계산할 수 있습니다 . 광선의 속도와 시간을 측정함으로써 거리를 정확하게 파악하고 , 이를 바탕으로 차량 주변의 환경을 세밀하게 인식합니다 .
라이다 센서는 회전하는 거울이나 빔 스캐너를 통해 레이저 광선을 방향성 있게 발사하여 360 도의 시야를 스캔합니다 . 이것은 적외선 레이저 광선을 사용하여 주변 환경을 계속해서 스캔하여 데이터를 수집하는 방식입니다 . 수집된 데이터는 센서가 위치한 차량의 컴퓨터 시스템으로 전송되어 3D 지도 형태로 시각화되거나 활용됩니다 .
이렇게 측정된 데이터는 고해상도의 포인트 클라우드 (Point Cloud) 로 구성되어 , 물체의 위치 , 크기 , 모양 , 거리 등을 정밀하게 분석할 수 있습니다 . 이 정보를 통해 자율주행 차량은 주행 경로를 계획하고 , 주변 환경에서 장애물을 감지하여 안전한 주행을 지원하는 데에 활용됩니다 .
요약하자면 , 라이다 센서는 레이저 빛을 이용하여 주변 환경을 탐지하고 거리를 측정하는 센서로 , 광선의 속도와 반사 시간을 측정하여 정확한 거리를 파악하고 , 이를 데이터로 수집합니다 . 이 데이터는 차량의 컴퓨터 시스템으로 전송되어 주변 환경을 세밀하게 인식하여 자율주행을 지원합니다 .
라이다 센서의 역할
라이다 센서는 자율주행차량의 핵심 센서로 다양한 역할을 수행합니다 . 이 역할은 다음과 같이 설명됩니다 .
환경 인식 및 장애물 감지 : 차량 주변 환경을 정확하게 파악하고 , 주변의 장애물을 감지하는 데에 사용됩니다 . 이는 차선 , 보행자 , 차량 등을 실시간으로 감지하여 주행 중 충돌을 예방하고 , 안전한 주행을 지원합니다 . 라이다 센서는 높은 정확도와 신속한 데이터 수집 능력으로 환경 인식에 큰 도움을 줍니다 .
주행 경로 계획 : 3D 지도를 생성하여 차량이 주행 경로를 계획하는 데에 활용됩니다 . 고해상도의 지형 지도를 생성하여 차량이 안전하고 효율적인 경로를 선택할 수 있도록 지원합니다 . 이를 통해 차량은 주변 환경을 반영하여 최적의 주행 경로를 설정할 수 있습니다 .
자율주행 및 운전 보조 시스템 : 자율주행 시스템과 운전 보조 시스템에 필수적으로 사용됩니다 . 자율주행 시스템에서는 라이다 센서가 수집한 정보를 바탕으로 차량이 스스로 주행을 수행하며 , 운전 보조 시스템에서는 운전자에게 경고를 주거나 차량을 제어하여 안전 운전을 지원합니다 .
이러한 역할들은 라이다 센서가 자율주행 시스템에서 중요한 기능을 수행할 수 있도록 돕습니다 . 환경 인식 , 장애물 감지 , 주행 경로 계획 등은 안전하고 신뢰성 있는 자율주행을 가능케 하며 , 이는 운전자와 도로 사용자들에게 더 나은 경험과 안전성을 제공합니다 .
국내 라이다 센서 기업
국내에서는 라이다 센서를 생산하는 기업들이 몇몇 있습니다 . 이 기업들은 라이다 센서의 성능과 가격 , 그리고 시장 점유율 등에 따라 대형주와 중소형주로 구분할 수 있습니다 . 대표적인 기업들은 다음과 같습니다 .
대형주 :
한화시스템은 방산사업을 통해 감시정찰용 전자광학 장비와 전차 · 장갑차 나이트비전 , 주 · 야간 조준경 · 관측경 등을 개발 · 공급해 오며 국내 최고 센서 기술 경쟁력을 갖고 있습니다 . 현재는 국내 최초로 한국형 전투기 (KF-21) 에 탑재될 능동형 위상배열 레이다 (AESA) 를 개발하고 있습니다 . AESA 레이다는 전투기의 눈 역할을 수행하는 항전센서로 공중과 지상 표적에 대한 탐지 , 추적 및 영상 형성 등 다양한 임무를 수행하는 미래 전투기의 핵심 장비입니다 .
LG 전자는 로봇에 카메라와 라이다 센서를 적용하여 주위 환경을 보다 정확히 인식하고 , 나이트비전 핵심부품인 적외선 (IR) 센서 , 전장 세선 등 미세전자기계시스템 (MEMS) 차량용 반도체 생산에 나설 예정입니다 . 나이트비전은 ' 자율주행차 눈 ’ 으로 불리우는 핵심 부품으로 , 적외선 센서를 통해 생성한 열영상 화면을 자동차에 전달해 시야 확보에 용이합니다 . 현재 자율주행차 주력 센서인 ' 라이다 ’ 의 경우 비 · 눈 · 안개 등 악천후가 발생한 때와 야간에 시야 확보가 어렵습니다 . 반면 나이트비전은 적외선 센서를 활용하기 때문에 이 같은 제약조건에서 자유롭습니다 .
현대모비스는 카메라 , 레이더 , 라이다에 이르는 자율주행 센서 기술을 확보하고 있으며 , 관련 기술 고도화를 위해 벨로다인 , 모셔널 ( 앱티브와의 합작법인 ) 등과 협력하고 있습니다 . 또한 , 미국의 Zendar 社 에 전략적 지분 투자를 진행하여 고해상 이미지를 통해 물체인식 정확도를 대폭 향상할 수 있는 ‘ 이미징 레이더 ’ 개발에도 나섰습니다 . 이미징 레이더는 기존 레이더와는 차별화된 차세대 레이더로 , 여러 개의 레이더 센서에서 생성된 데이터를 통합 활용해 인식 정확도를 대폭 높일 수 있는 장점이 있습니다 . 라이다 센서에 필적하는 높은 성능과 합리적인 가격을 통해 자율주행 대중화에도 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다 .
삼성전기는 라이다 센서의 핵심 부품인 송수신 모듈을 개발하고 있습니다 . 송수신 모듈은 레이저를 발사하고 반사된 빛을 수신하는 역할을 하며 , 라이다 센서의 성능과 가격에 큰 영향을 미칩니다 . 삼성전기는 MEMS 기술을 활용하여 송수신 모듈의 크기를 줄이고 , 고성능 레이저 다이오드와 포토다이오드를 개발하여 라이다 센서의 성능을 향상시킬 계획입니다
중소형주 :
솔트룩스는 라이다 센서의 핵심 부품인 레이저 다이오드를 개발하고 있습니다 . 레이저 다이오드는 레이저를 발생시키는 장치로 , 라이다 센서의 성능과 수명에 큰 영향을 미칩니다 . 솔트룩스는 고출력과 고신뢰성을 갖는 레이저 다이오드를 개발하여 라이다 센서의 성능을 향상할 계획입니다 .
플랫텍은 라이다 센서의 핵심 부품인 광학 위상 배열 (OPA) 을 개발하고 있습니다 . OPA 는 렌즈를 통과하는 빛의 속도를 제어하여 빛의 파면 형상을 제어하고 빔을 여러 방향으로 쏘아 물체를 인식하는 기술입니다 . OPA 는 가격이 저렴하고 소형이지만 , 시야가 좁다는 단점이 있습니다 . 플랫텍은 OPA 의 시야각을 넓히고 , 해상도를 높이는 기술을 개발하여 라이다 센서의 성능을 향상시킬 계획입니다 .
코스모스는 라이다 센서의 핵심 부품인 FMCW 레이다를 개발하고 있습니다 . FMCW 레이다는 짧은 chirp 주파수변조 레이저를 생성하여 수신한 chirp 신호의 위상 , 주파수를 통해 대상물의 거리와 속도를 측정할 수 있는 기술입니다 . FMCW 레이다는 주변 환경에 대해 강건하다는 장점이 있는 반면 , 가격이 높고 아직 선행 단계로 상용화까지는 아직 해결해야할 부분이 많습니다 . 코스모스는 FMCW 레이다의 가격을 낮추고 , 성능을 높이는 기술을 개발하여 라이다 센서의 성능을 향상시킬 계획입니다
라이다텍은 라이다 센서의 핵심 부품인 회전형 라이다를 개발하고 있습니다 . 회전형 라이다는 모터를 이용하여 물리적으로 센서를 회전시켜 주변을 스캔하면서 360 도 전 방향으로 센싱합니다 . 라이다텍은 1616 채널과 3232 채널의 회전형 라이다를 제공하며 , 고해상도의 포인트 클라우드 데이터를 생성하여 자율주행차량의 환경 인식과 장애물 감지에 활용할 수 있습니다 . 라이다텍은 국내외 자동차 제조사와 협력하고 있으며 , 특히 중국의 바이두와는 자율주행 플랫폼인 아폴로 프로젝트에 참여하고 있습니다 . 라이다텍은 라이다 센서의 성능과 안정성을 높이기 위해 연구개발에 힘쓰고 있습니다 .
이상으로 라이다 센서를 생산하는 국내 기업들에 대해 알아보았습니다 . 라이다 센서는 자율주행차량의 눈 역할을 하는 중요한 부품으로 , 레이저 빛을 이용하여 주변 환경을 탐지하고 거리를 측정하는 기술입니다 . 라이다 센서는 구동방식에 따라 회전형과 고정형으로 구분할 수 있으며 , 각각의 장단점이 있습니다 . 국내의 라이다 센서의 성능과 가격 , 그리고 시장 점유율을 높이는 기업들을 소개해 드렸습니다 . 이 기업들은 라이다 센서의 핵심 부품인 레이저 다이오드 , 송수신 모듈 , FMCW 레이다 , OPA 라이다 등을 현재 진행형으로 개발 중이기 때문에 관심 가지고 지켜보는 것도 필요할 것입니다 .
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