출처 : https://www.yupiteru.co.jp/yupista/article/lidar.html

스마트폰에도 탑재되어 있는 LiDAR(Light Detection And Ranging)는 빛을 사용하여 거리와 형태를 인식하고 계측하는 센서이며, 레벨5라 불리는 완전 자율주행을 실현하는 데 꼭 필요한 리모트센싱 기술의 일종이다. LiDAR의 구조와 활용에 대해 해설한다.

▣ 주목받는 리모트센싱 기술 ‘LiDAR’란 – 밀리파 레이더와의 차이

‘LiDAR’란 Light, 즉 빛을 사용하는 센싱 기술이다. 대상물에 근적외선 및 자외선 등의 레이저 빛을 쏘고 반사되어 돌아오는 빛을 수집하여 대상물까지의 거리와 형태를 측정한다.

이와 같은 구조로 ‘Radar(레이더 : Radio Detecting and Ranging)’가 있다. 라이다와 레이더로 용어는 비슷하지만, 라이다는 파장이 짧은 ‘빛’을 사용하는 것에 반해 레이더는 Radio라는 말을 통해서도 알 수 있듯이 파장이 긴 ‘전파’를 이용한다. 그중에서도 빛에 가까운 주파수대를 사용하는 ‘밀리파 레이더’는 100m라는 넓은 범위 안의 사물을 탐지할 수 있다. 전파를 사용하기 때문에 날씨의 영향을 받지 않아 차와 드론, 방범 센서 등에 이용되고 있다.

하지만 레이더는 대상물까지의 거리를 측정하기에는 좋아도 대상물의 형태를 측정하지는 못한다. 그런 점에서 레이저 빛을 사용하는 라이다는 삼차원적으로 위치 관계를 파악할 수 있기 때문에, 더욱 폭넓은 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다. LiDAR는 측정 방법에 따라 ‘TOF(비행시간) 방식’와 ‘FMCW(주파수 연속 변조) 방식’의 두 종류로 나뉘는데, 현재 상용화되고 있는 라이다는 대부분 TOF 방식이며, 비용이 많이 들고 복잡한 FMCW 방식은 아직 본격적인 실용화에 이르지 못하였다.

▣ 고정밀 눈처럼 작용하는 LiDAR 실현!? 꿈의 완전 자율주행에 대한 길

최근 LiDAR가 주목받고 있는 것은 꿈의 완전 자율주행을 실현하는 데 크게 도움이 될 것으로 생각되기 때문이다. 자동차가 사람의 손을 빌리지 않고 자동으로 안전하게 주행하려면 끊임없이 주변 상황을 인식하는 고정밀 센서가 필요하다. 지금까지는 밀리파 레이더에 고성능 카메라를 부착함으로써 그 문제를 해결하고자 하는 연구개발이 이루어져 왔다.

밀리파 레이더×카메라의 조합은 앞에 달리는 차와의 거리를 파악하고 속도에 맞춰 차간거리를 유지하는 ACC 시스템(Adaptive Cruise Control) 등에 활용되고 있다. 하지만 밀리파 레이더는 대상물까지의 거리를 측정할 수는 있어도 그것이 차인지 사람인지 감지할 수 없다는 과제가 있다. 또한 작은 물체나 반사율이 낮은 물체도 잘 감지하지 못한다. 또한 카메라는 표지나 신호등의 색깔을 식별할 수 있지만, 악천후나 역광에는 약하다는 단점이 있다.

그래서 밀리파 레이더, 카메라, LiDAR라는 3가지 기술을 조합함으로써 지속적이고 무제한적인 자율주행을 의미하는 레벨5 즉 완전 자율주행을 실현하려 하고 있다. LiDAR 특히 고정밀 FMCW 방식이 실용화되면, 자동차는 끊임없이 노면 상태를 확인하고 작은 장애물까지 감지하면서 주행할 수 있다. 또한 광범위하게 레이저 빛을 쏘아 앞뒤 좌우의 자동차뿐 아니라 주변 구조물이나 보행자까지 식별하여 마치 사람의 시각을 대체하듯 작용하는 ‘눈’의 역할을 할 것으로 기대된다.

▣ LiDAR는 스마트폰이나 로봇 청소기에도 확장되는 활용성과 앞으로의 과제

LiDAR는 자율주행에서만 활용되지 않는다. 애초에 LiDAR는 60년대부터 지질학 및 기상학에서 관측하는 데 사용되었다. 지금도 빙하를 관찰하거나 지각을 측정하는 데 활용되고 있다. 현재는 고정밀 측정이 가능하다는 특징을 살려 비행기나 드론에 탑재되어 지형 조사를 진행하는 경우에도 활용되고 있다.

또한 LiDAR는 다양한 로봇에도 탑재된다. 산업 로봇은 물론 우리가 흔히 보게 되는 식당의 서빙 로봇이나 로봇 청소기에도 LiDAR가 사용되고 있으며, 로봇들의 안전한 자율주행에 도움을 준다. 또한 자동문이나 플랫폼 스크린 도어, 골프의 거리 측정에서도 사용되고 있다.

이색적인 경우로는, AI와 조합하여 2019년 체조 경기에서 채점하는 데 이용되기도 했다. 육안으로는 확인할 수 없을 정도의 고난도 기술을 선보이는 선수들의 움직임을 포착하고, 몸의 윤곽을 레이저로 감지하여 팔꿈치나 무릎 등의 강도를 확인한다. 어두운 곳에서도 사용할 수 있다는 특징을 살려 스마트폰에도 탑재되어 오토 포커스나 AR 기능 등에 이용되고 있다. 이후 계속해서 개발하게 되면 더 많은 디바이스에 탑재될지도 모르겠다.

하지만 큰 기대가 모아지고 있는 LiDAR에도 많은 과제가 있는데, 그중 하나가 비용이다. 자율주행을 가능하게 하는 만큼 성능이 뛰어난 LiDAR에는 수백만 엔의 비용이 들어간다. 이를 실용화하려면 비용을 낮추어야 하기 때문에, LiDAR를 탑재한 자율주행차가 등장하기에는 시간이 더 걸릴 듯하다.

▣ 시장 규모도 빠르게 확대! 세계적으로 고조되는 LiDAR에 대한 기대

Business Research Insights 자료에 따르면, 2024년 전 세계 LiDAR 기술 시장 규모는 21억 7천만 달러였으며, 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR) 13%를 기록해 2032년까지 시장은 57억 7천만 달러에 이를 것으로 전망되고 있다.

2024년에는 북미가 LiDAR 기술 시장 점유율을 장악한 것으로 분석되고 있다.

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