자율주행차는 어떻게 앞에 있는 물체와의 거리를 정확히 측정할까요? 그 핵심에는 라이다 센서(LiDAR)라는 첨단 기술이 있습니다. 이번 글에서는 라이다 센서의 작동 원리와 구조, 장단점을 과학적으로 쉽고 자세히 설명해 드립니다.
1. 라이다 센서란?
라이다(LiDAR)는 "Light Detection and Ranging"의 줄임말로, 레이저 빛을 발사해 그 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리와 형태, 위치를 3D로 파악하는 센서입니다.
주로 자율주행 자동차, 드론, 스마트 시티, 로봇 등에서 활용됩니다.
2. 라이다 센서의 작동 원리
- 🔦 레이저를 특정 방향으로 발사
- 🔁 주변 사물에 반사되어 돌아오는 시간(Time of Flight, ToF) 측정
- 📏 빛의 속도 × 시간 → 거리 계산
- 🗺️ 수천 개의 점들을 종합하여 3D 형태 재구성
라이다는 실시간 거리 데이터를 제공하며, 자율주행 차량이 주변 환경을 인식하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
3. 라이다의 주요 구성 요소
- 🔋 레이저 송신기: 빛(레이저 펄스) 발사
- 📡 수신기(검출기): 반사되어 돌아온 빛 수신
- 🧠 신호 처리 장치: 거리 계산, 점 데이터 생성
- 🔄 회전 모터/미러: 다방향 스캔 구현 (360도 스캔)
4. 포인트 클라우드란?
포인트 클라우드(Point Cloud)는 라이다가 측정한 거리 정보를 기반으로 수천~수백만 개의 점을 3D 공간에 배치한 데이터입니다.
이 점들의 위치(x, y, z)를 기반으로 차량은 도로, 장애물, 보행자 등을 식별하고, 안전한 경로를 계산할 수 있습니다.
5. 라이다 vs 다른 센서 (카메라, 레이더)
| 항목 | 라이다 | 카메라 | 레이더 |
|---|---|---|---|
| 측정 방식 | 빛 반사 시간 | RGB 영상 | 전파 반사 |
| 3D 거리 인식 | 정확함 | 불가능 (추정) | 간접적 |
| 악천후 성능 | 낮음 | 낮음 | 높음 |
| 해상도 | 높음 | 매우 높음 | 낮음 |
6. 라이다 기술의 장점과 단점
✅ 장점
- 정확한 거리 측정
- 실시간 3D 맵 생성 가능
- 카메라보다 장애물 탐지력 우수
⚠️ 단점
- 가격이 높음
- 비, 안개, 눈 등 악천후에 약함
- 광학장치라 물리적 충격에 취약
7. 결론: 자율주행의 눈, 라이다 센서
라이다 센서 원리는 '빛으로 사물을 본다'는 개념으로, 자율주행 자동차가 거리, 모양, 위치를 빠르고 정밀하게 파악할 수 있도록 도와줍니다.
라이다는 자율주행 외에도 드론 매핑, 산업용 로봇, 스마트시티 등 다양한 분야로 확장되고 있으며, 앞으로의 미래 기술에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.