자율주행 라이다(Lidar)의 모든것

라이다에 관한 모든 궁금증 

자율주행에 대한 중요성이 부각되고 있는 요즘 자율주행 상에서 사물을 인식하는 센서 방식 중 라이더와 비전 방식 간의 의견이 분분합니다.

어떤 식으로 구동되는지 간단하게 정리를 해 보겠습니다.

카메라와 레이저 그리고 라이다 센서로 받아들일 정보를 3차원으로 구성한 후에 인공지능(A.I)이 이 정보를 바탕으로 장애물을 어떻게 피해 갈지, 어떤 경로로 주행할지 등을 결정하게 됩니다. 물론 카메라와 레이더만으로도 대부분의 정보를 취합할 수 있습니다. 카메라가 사람으로 따졌을 때 눈 역할을 하기 때문에 앞 차가 어디 있는지, 길을 건너기 위해 진입하는 사람은 누가 있는지 그런 정보들을  얻을 수 있는 것이죠.

라이다 없이 자율주행 가능한 이유

레이더는 전파를 쏴서 움직이고 있는 주변 물체들과 거리를 측정하는 때문에 카메라로 보고 또 레이더를 측정하면 주변 지형지물에 대한 정보를 거의 다 얻을 수 있습니다. 그런데 한 가지 단점이 있죠. 일단 카메라에는 너무나 많은 정보들이 들어오게 됩니다. 카메라는 눈으로 보이는 모든 정보가 담겨서 이 중에서 어떤 것이 자동차를 운행하는데 중요한 정보인지 걸러내고 선택하기가 어려워지는 것입니다.

테슬라의 경우는 이 같은 문제를 해결하기 위해 뛰어난 인공지능이 해결할 수 있다고 믿고 있습니다. 그래서 자체적으로 도조컴퓨터 칩까지 개발하고 있습니다. 쉽게 말하자면 경력 있는 운전자가 초보운전자 보다 능숙하게 운전할 수 있는 것은 눈이 더 달려 있어서가 아니라 운전에 대한 판단이 명확하기 때문이라는 것이죠.

라이다가 필요한 이유

그런데 라이다가 중요하다고 주장하는 쪽의 이야기는 조금 다릅니다. 사람이 운전할 때 보다 자율주행차는 더 안전해야 된다는 겁니다. 사람도 안개가 끼거나 눈. 비가 오면 앞이 잘 보이지가 않거나, 밤늦게 어두운 길을 운전할 때도 시야가 매우 좁아집니다. 사람이 운전하는 것처럼 악조건일 때는 카메라도 똑같이 악조건에서 운전을 하게 됩니다. 그러나 그런 경우에는 레이더가 조정해주면 되지 않냐고 반박할 수 있을 텐데요. 그런데 안타깝게도 레이더로는 정지되어 있는 물체를 구분할 수 없습니다. 또한 정확히 어떤 물체가 어떻게 생겼는지를 높은 해상도로 보여주지 못 합니다. 그래서 카메라와 레이저만으로는 사람보다 더 안전하게 운전할 수 없다는 게 라이다 쪽의 주장입니다.

그럼 라이다는 무엇이길래 카메라나 레이더 보다 더 안전하다고 하는 걸까요?

라이다의 원리

라이다는 레이더 보다 더 비싸지만 정확한 장비라고 설명드릴 수 있겠습니다. 게다가 전파를 쓰는 레이더와 달리 라이다는 레이저를 사용합니다. 라이다 센서가 빠르게 돌면서 거울에 쏜 레이저가 360도를 스캔닝 하는 방식입니다. 그 빛이 특정 물체에 부딪힌 다음에 다시 튕겨져 돌아오는 빛을 수신기가 받아서 빛이 목표지점까지 갔다가 오는데 걸린 시간을 계산해서 그 거리를 알아냅니다.

  

하나의 레이저를 1채널이라고 볼 때 다중 채널을 밴드 형태로 쓰기 때문에 전 면적을 커버할 수 있습니다. 예를 들어 128 채널이라고 하면 맨 아래부터 맨 위까지 레이어가 128층으로 나눠서 빛을 쏟는 것이죠.

이런 빛 레이어가 맨 아래 레이어에서 맨 위층까지 보통 수직 각도가 30에서 40도 정도 정도이기 때문에 100 ~300m 정도의 먼 거리까지 커버할 수 있습니다. 따라서 라이다는 비교적 먼 거리의 지형지물을 파악하는데 레이더나 비전보다 용이하다고 할 수 있겠습니다.

라이다의 장점

라이다는 3D로 지형지물을 재구성하기가 보다 용이합니다. 카메라로 촬영한 영상을 3D 등으로 만들기 위한 기술도 개발되고 있습니다. 하지만 카메라는 기본적으로 사진을 이어 붙인 것 같기 때문에 식별이 어렵고, 레이더는 식별하는 해상도가 떨어지는 단점이 있습니다. 반면에 라이다는 위치 정보를 곧바로 3D로 전환하기 때문에 인공지능이 상황 판단을 하기 쉽다는 장점이 있습니다.

 

두 번째로는 어두운 상황에서 특히 강점을 보입니다. 주변이 어두우면 사람도 물체식별이 어렵듯이 카메라도 쉽게 읽어낼 수 없습니다. 반면 라이다는 빛을 쏴서 인식하기 때문에 어두움이나 날씨의 간섭을 받지 않습니다.

 

셋째는 넓은 측정거리와 안정성. 99%의 정확도를 가진다고 하면 다른 분야에서는 다 용인이 될 것입니다. 하지만 자율주행 분야에서는 100명 중 한 명만 놓쳐도 큰일이 나게 됩니다. 따라서 레이더와 비전 라이다 모두 사용하여 더블, 트리플 체크를 해야만 더욱더 안전한 자율주행이 가능하다는 이야기입니다.

 

라이다의 제조사 별 특징

라이다의 제조사로 유명한 곳이 '벨로다인'과 '루미나'입니다. 원래 라이다는 항공우주분야 같은 데서 사용을 하고 있었는데 그것을 자율주행차로 처음으로 적용한 회사가 바로 벨로 다인입니다. 구글이나 우버 같은 자율주행차 선도업체들이 대부분 벨로 다인 라이다를 달고 자율주행을 테스트했고 지금까지 4만 개 이상의 라이다를 판매하고 있다고 합니다. 제품군도 상당히 다양하고 매출은 루미나의 10배에 달합니다. 또한 벨로다인은 대량생산시설을 갖추고 있습니다. 그리고 라이다의 선두주자로 관련 특허를 매우 많이 보유하고 있습니다. 하지만 성능은 우수하나 가격이 최근에 나온 vls-128 모델의 경우 약 12,000 달러(1,300만 원) 정도이기 때문에 사용이 쉽지 않은 상태입니다.

 

반면 루미나는 라이다 업계에서 벨로다인의 반대편에 있는 회사입니다. 루미나는 벨로다인 매출액 10분의 1 수준이며 또한 아직 대량 생산 준비가 되어있지 않은 회사이지요. 그러나 루미나는 라이다의 코스트 다운을 통해 저가 라이다를 도입할 수 있는 길을 터준 업체입니다. 360도를 커버하는 벨로다인 라이다와 달리 루미나는 한쪽 면만을 측정하는 방식을 취하고 있습니다. 좌. 우 120도 각도에 상하 30도 정도를 커버할 수 있습니다. 벨로다인과는 다른 방식의 아키텍처를 기반으로 개발하기 때문에 특허침해의 위험이 없고, 비용 절감이 용이하여 약 100만 원 이하로 공급을 목표로 하고 있습니다. 또한 벨로다인 라이다처럼 360을 돌 필요가 없기 때문에 차체의 고정식으로 부착이 가능하여 디자인적인 자유도 면에서 유리합니다.

 

자율주행을 위해서 꼭 필요한 센서 기술, 테슬라의 비전+레이더와 A.I 방식이 맞을지 아니면 라이다를 포함한 방법이 맞을지는 아직 미지 수입니다. 제약을 넘어설 때 기술의 발전이 있기 마련이지만 안전을 놓고 하는 도박이라면 지양하는 게 맞는 것 같습니다.