[LiDAR] 또한 다른 눈,라이더를 장착한 자율주행차

들어오는 이번 글은 LiDAR에 대한 전반적인 소개와 주요 개발업체를 소개하는 글로 LiDAR을 이해하는 데 도움이 됩니다. 글이 조금 길기 때문에 중간중간에 힘들 수 있지만 끝까지 읽으면 될 것 같습니다.블로그를 시작하고 나서 기본적인 이야기를 중심으로 설명하는 글을 많이 썼습니다. 가끔은 이런 기회를 조금씩 놓치려고 합니다. 참고로, 가능하면 원문에 가깝게 하려고 했지만, 의미를 보다 확실히 전하기 위해서, 조금 의역을 한적이 있습니다. 그래도 매끄럽지 않은 부분이 있어요.

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LiDAR(LIght Detection And Ranging), 줄임말로 빛의 감지 및 산란을 의미한다. LiDAR는 전기기술자 루이스 스마린(Louis Smullin)과 조르조 피오카(Giorgio Fiocca)가 MIT 링컨연구소의 1개 2인치 망원경을 사용해 한 달에 50개의 펄스를 발사해 48인치 망원경으로 반사된 빛을 받음으로써 1개 962년 5월에 처음으로 그 잠재력을 보여주었습니다. 두 연구원은 비행 시 틈틈이 법(time-of-flight)을 이용해 지구와 유한한 위성 사이의 거리를 최초로 측정했습니다.40년 후 기상학과 아폴로 프로그램에서 사용된 후 LiDAR는 미 국방부의 DARPA 챌린지에 참가한 로봇 차량 Proto 타입으로 필수적인 센서로 부상했습니다. 최대 64개의 레이저와 지붕에 부착된 실린더에 센서가 부착되어 있는 이 볼품없는 시작품은 작동할 때 회전식 수프관 합격과 비슷했습니다. 센서는 자동차 주위의 360° 시야를 확인하기 위해 수천 개의 광펄스를 발생시킵니다. 스ウィ(sweep) 안에 빛을 반사하는 물체는 점운으로 식별되며 운전자가 없는 차량을 안내하기 위해 장착된 다중 레이더 및 카메라 이미지를 보완해 줍니다.2007년까지 매년 개최되었던 이 대회의 4년째 우승 차량과 6명의 결승 진출자 중 5명은 기술 분야의 선구자인 Velodyne Acoustic을 지붕 위에 올렸습니다. 보도에 따르면 개당 비용은 거의 8만 달러에 이른다고 했습니다.하루에 진화한 LiDAR는 새로운 하드웨어와 소프트웨어를 갖고 있지만 초기 장치와 비슷한 방식으로 동작할 것이다. 전문의들에 따르면 머신 스캔(Machine-scanning) 타입은 자동차에서 사용을 실질적으로 선도하고 있으며, 새로운 솔리드 스테이트(Solid-state)(움직이는 부속 없는) 장치는 더 큰 신뢰성과 차량 외부 스킨에 장착되는 콤팩트함을 제공할 것으로 예상됩니다. 솔리드 스테이트 타입은 일부 제한된 시야(field-of-view, FOV)를 갖고 있습니다. 과인 그들의 저비용은 더 넓은 영토를 커버하기 위해 여러 센서를 사용할 수 있는 현실성을 제공할 것이다.

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스타일에 의해서 결정된 차량의 외형에 의해서, 보통 자동차 또는 트럭은 지붕에 있는 360°대형 LiDAR와 수용 각도가 좁은 최대 8개의 소형 LiDAR-전면 및 후면에 120°, 측면에서 90°-를 필요로 합니다. 차량 안전장치에 마이크로파 레이더(Radar)가 장착되는 방식에 따라 엔지니어는 측면 30m, 전방 200m, 후방 50m를 목표로 하고 있습니다.신규 및 기존 Tier 제공업체들이 향후 차량으로 SAE 레벨 3, 4 및 5의 자율주행 능력을 확보하기 위해 경쟁함에 따라 LiDAR 개발 붐이 일고 있습니다. 이 기술은 또 3D 매핑에서도 수요가 많습니다.Frost & Sullivan 은 2025년 2억 달러 시장으로 예상되는 600만 대의 LiDAR가 판매될 것으로 예상하고 있으나, 이 중 절반은 자율주행차에 사용될 것으로 예상되는 시장규모입니다. Automotive Engineering은 이 분야에서 시장을 선도하는 기업인 Velodyne과 함께 1차 Tier(Bosch, Valeo, Continental)와 함께 30개 이상의 신생 중견기업을 포함하고 있습니다. Aptive와 Magna는 LiDAR 전문가와 손잡고 협력하는 최상위 제공업체 중 한 명입니다. OEM 업체는 BMW(Innovizvia Magna), GM(Strobe), Toyota(Luminar), Ford(Princeton Lightware와 Velodyne) 등과 협력관계를 지속하고 있습니다. 일부 옹호자들은 LiDAR를 '자유주행차를 위한 퍼즐의 핵심요소'라고 부르지만, 분명히 자유주행차량에 대해 논란의 여지가 많은 센서 기술이기도 하다. 베테랑 모바일 기술 컨설턴트인 제럴드 코노바(Gerald Conover)는 2주마다 새로운 LiDAR 기술의 적용을 발표하고 있다. 이들 주장의 상당수가 조사소 테스트 결과에 근거하고 있기 때문에 대량생산이 가능한 디자인은 아직 몇 년이 걸릴 가능성이 있다. 저비용으로 높은 성능을 제공하는 중견기업만이 살아남을 수 있다. 거기서, SAE레벨 4 및 5에 대해 자율주행차의 활용에 의해, LiDAR에 대한 수요는 상당히 클 것이다"라고 지적했습니다. 비용은 자동차 생산을 위한 대량 배치에는 여전히 방해가 되고 있습니다. 개발비는 아직 만 달러가 넘어요. "자동차 생산을 위한 지속 가능한 금액이 아닙니다"라고 Conover는 주장했습니다. 이를 막는 것은 단지 몇몇 제공업체의 손에 있는 움직이는 LiDAR를 생산하는 데 필요한 전문지식입니다.OEM 업체는 결제용 내장형 Rader 및 Camera를 지속적으로 원가 절감 방법으로 기대하고 있습니다. 2017년 내용부터 Quanergy는 8%의 반사율로 150m 범위의 900개인 노솔리드 스테이트(Solid-state) LiDAR를 생산해 왔습니다. 광학적 위상배열 방식으로 100m3.5cm의 스폿(spot) 크기로 초당 50만 지점을 스캔할 수 있다고 회사 측은 주장한다. Quanergy는 수천 개의 단일 유닛 샘플 가격이 책정되지만 대량 생산으로 인해 단가가 300달러 미만이 될 것으로 보고 있습니다. Velodyne 최저가인 16-laser 제품은 대당 4천 달러입니다.

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최적의 (Horses-for-Courses) 기술선택 자율주행차에서 LiDAR의 위치는 열렬하지만, 모든 OEM이 이 기술을 필수로 하는 것은 아닙니다. Tesla 오토파하나트(Auto Pilot) 시스템은 카메라 기반의 광학 인식 시스템을 사용하고 있고, Tesla의 일론 마스크는 "LiDAR가 게이입니다"의 판도를 바꿀지 확신할 수 없는 것 같다. 원더비전으로 카메라로 해결하면 자율성을 해결할 수 있습니다. 비전을 해결하지 않으면 해결되지 않습니다."라고 Musk는 20일, 7년 4월의 TED강연에서 스토리했습니다. 카메라만 있으면 절대적으로 초인적(Superhuman)이 될 수 있다고 그는 덧붙였다. 그는 LiDAR를 "목발"이라고 부정적으로 불렀습니다. 북미 Honda는 "LiDAR와 개발 및 테스트를 진행중"이라고 제품 고집다 sound 당 부사장 Jay Joseph가 스토리했습니다. 그는 Honda 엔지니어들은 LiDAR가 단기적으로 필요하다고 생각한다고 말했다. 물론 장기적으로 볼 때 다른 해결 방법이 있었으면 한다. 접속 및 공유 정보에 따라 다를 수 있다. 그러나 신뢰할 수 있을 때까지는 차량이 올바른 결정을 내릴 수 있도록 차량에 좋은 정보를 재제공하기 위해 LiDAR가 필요할 수도 있다.센서 배열을 차량에 조립하여 통합하는 것은 Aptiv를 포함한 경험이 있는 Tier 일의 중요한 역할입니다. Aptiv의 엔드엔드 기술 부사장인 Jada Smith 씨는 우리는 이 차가 어떻게 작동하는지 알고 있습니다. 하나부 신생기업은 자동차를 제대로 이해하지 못하고 있다고 말했습니다. Smith는 그녀의 회사가 자율주행을 위해 기술적으로 카메라, 라이더, 레이더 세 가지를 전적으로 믿는다고 줄거리였습니다. 그녀는 LiDAR는 "모든 사용 사례를 처리하고 이중화 공사를 진행하여 차가 주변의 모든 상황을 볼 수 있도록 돕기 위해 필요한 기술"이라고 줄거리를 만들었습니다. Aptiv는 Leddartech(flash-lidar), Innoviz(MEM type), Quanergy(Optical phased array)에 대한 투자로 다양한 기술기반을 가지고 있습니다.LiDAR 유형을 선택하는 것은 최선의 선택을 위한 엔지니어링 습관입니다. "그것들이 어떤 역할을 하기를 기대합니까?" Smith가 물었다. 범위가 길수록 카메라와 동일한 개념인 FOV가 좁아집니다. 우리가 원하는 성능에 따라 일의 플래시 타입과 다른 플래시 타입의 MEMS를 선택할 수 있습니다. 우리가 이루려는 데 따라 절충점이 있습니다.

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Automotive Engineering은 요즘 LiDAR 혁신가 그룹과 때때로 시간을 보내며 그들의 배경과 기술에 대한 이후와 같은 정보를 제공하였습니다.Innoviz Technologies의 다른 많은 센서 기술 개발자들과 마찬가지로 Innoviz는 이스라엘에 증거지를 두고 있으며, 몇몇 주연은 이스라엘 방위군과 특수한 전기(specialized-electronics)적 배경을 가지고 있습니다. Innoviz는 3년전에 설립되어 전세계에 약 1개 50명의 종업원을 거느리고 있다. 이 회사는 Aptiv, Magna, Samsung 지분을 포함하여 8천만 달러 이상의 투자자금을 유치하였으며, 기초기술은 솔리드스테이트(Solid-state) 칩에서 나오는 레이저 스캔을 투영하는 거울의 움직임으로 설계된 microelectromechanical system(MEMS)이 기반이다. 중요한 것은 북미 지면 관리자인 Aditya Srinivasan에 의하면 Innoviz가 오랫동안 설정한 파장의 905nm으로 레이저 스캐닝을 할 수 있다는 것이고, 이로 인해 Innoviz One은 201개, 9년에 수백달러의 최초의 자동차 생산을 위한 LiDAR 센서인 Innoviz One을 제공할 수 있다고 합니다.이 시스템은 움직이는 거울을 사용하기 때문에 Innoviz 디자인이 솔리드 스테이트 디자인으로 정의되어야 하는지 여부에 대한 논란이 있을 수 있으나 Srinivasan은 "옳음, 우리는 이를 솔리드 스테이트라고 부른다"고 스토리를 했습니다. Innoviz One은 "모든 대량생산 차량에 원활하고 쉽게 통합되도록 설계되어 있습니다."라고 동사의 문서에 설명되어 있습니다. 이 시스템은 750만 pixels/sec의 고화질 해상도를 위한 1개 20mm 수평 및 25mm 수직 FOV를 제공하며, 프레이더 속도는 25frames/sec이다. 할당된 범위는 최대 250m (820ft)이다. 장치의 설치면적은 높이 50mm, 형씨 대비 1개 0mm, 깊이 1개 00mm이다(2x4.3x3.9인치). Srinivasan은 이름을 밝히지 않은 선택된 한 '파트형 씨'를 통해 개발된 독점적인 신호처리 칩으로 데이터는 관리된다고 합니다. 또 회사는 자사의 시스템이 매우 낮은 반사율을 가진 개체를 식별하는 데 뛰어나다고 주장합니다. 이는 최근 많은 LiDAR 개발자들에게 어려움이 있었습니다. 4월에 Innoviz는 Innoviz의 제공자인 Magna를 통해 BMW와의 제공 계약을 발표했습니다. BMW는 202 하나년에 SAE 레벨 3 자율주행 서비스(ride-hailing)를 제공할 의도에서 Innoviz가 개발한 LiDAR가 핵심부품이 될 것이라고 말했습니다. Aptiv와 Samsung은 또한 자동차 LiDAR 개발을 위해 Innoviz와 협력하고 있으며, 6월 회사는 중국의 자동차 Tier 중 하나인 HiRain Technologies와 제휴했습니다. 중국의 주요 자동차 제조사이자 자체적인 자동차 자동화 플랫폼을 위해 부품을 통합하고 있습니다.Tetra Vue Tetra Vue의 솔리드 스테이트 플래시 LiDAR 기술의 주된 차별화 요소는 디지털카메라 세계로부터 파생되어 오래 입증된 비교적 저렴한 센서 기술뿐 아니라 고해상도이다. 사실, 이 회사는 자동차의 LiDAR를 "고정밀 4D 카메라"라고 부르며, 메가 픽셀 디지털 비디오 캡쳐와 픽셀 수준의 깊은 정보를 포함한 장거리 감지를 위한 LiDAR를 기본적으로 통합했습니다. 해상도는 TetraVue의 설립자로 경영 부사장인 PaulBanks 박사에게 있어서 전체이다. 그는 응용 물리학 박사학위를 소지하고 있지만 회사 기술의 이점을 평이한 용어로 설명합니다. Banks는 캘리포니아 주에서는 안경 없이는 운전할 수 없다고 이 말을 하면서 안경을 끼고 있었습니다. 아직 대부분의 경쟁 LiDAR 기술은 인간이 합법적으로 운전하는 데 필요한 주정부의 최소 시력 요구사항보다 낮은 해상도로 봐야 합니다."우리에겐 해상도가 중요합니다"라고 Banks는 단호하게 이 이야기를 했습니다. "고해상도. 실제로 휴대전화에 있는 것과 동일한 센서를 사용하고 있습니다. "우리는 찍었다"라고 그는 진지하게 이렇게 말했습니다. 그의 주장은 Bosch나 Samsung과 같은 관심있는 투자자에게 설득력이 있는 것입니다. TetraVue의 LiDAR는 디지털 카메라의 발달에 성공한 매우 비용 가운데 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 및 CCD(Charge Coupled Device) 감지 기술을 사용하여 보이지 않는 800nm 파장으로 작동하는 레이저로 최대 30fps의 속도로 깜박인다. 이 "조명"은 고해상도 비디오 캡쳐와 병합되어 픽셀 레벨의 깊은 정보를 얻습니다.Banks의 시연은 놀라웠습니다. 그는 기존의 LiDAR과 TetraVue의 LiDAR에서 보는 댄서의 장면을 보여주었습니다. TetraVue 이미지의 새로운 원근감과 깊이는 놀랄만큼 선명했습니다.그건 캠코더처럼 보여요." 하고 Banks는 이렇게 말했습니다. 그래서 그는 이전 비디오게이더의 화면처럼 보이는 경쟁사의 기술적으로 여전히 스크래치한 시간적 표현을 초당 600만 포인트를 보여주는 회사의 시스템 이미지를 과장하지 않습니다. 캘리포니아주 굉장히 Vista에 위치한 TetraVue의 LiDAR에 대한 현재 단점은 상대적인 측정범위가 짧다는 것입니다. 현재 디자인은 약 1개 50m(492ft)의 범위를 가지고 있다고 Banks는 이 이야기를 했습니다. 예를 들어, Velodyne의 최신 시스템은 그 2배의 범위를 자랑합니다. Tetra Vue의 범위는 개선될 것이라고 그는 말했습니다. 그러나 비용이 든다.그는 회사가 대량생산 어플리케이션에 도움이 되는 가격으로 향상된 기술을 제공할 의향이 있다고 이 이야기를 했습니다.

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Ouster의 설립자이자 CEO인 Angus Pacala의 Ouster는 기술시대 남북전쟁의 Nathan Bedford Forrest에 대한 군사교리 "먼저 선점하라"고 표현할 수 있습니다. Pacala는 시장에서 회사의 장점 중 결함을 바로 이것이라고 설명했습니다.: Ouster는 현재 자동차 LiDAR을 선적하고 있다고 그는 말했습니다. 그는 "우리 제품은 이 스토리를 전개했다"며 "시장에서 가장 현명하고 가벼운 360도 3D 감지 기능을 자랑했습니다. 그는 역시 한 자신의 회사가 공개적이고 투명한 가격으로 모든 구매자에게 가격을 책정하는 유일한 회사라고 말했습니다.이전 Quanergy의 엔지니어링 책임자인 Pacala는 Ouster의 OS-하나이 현재 상용화 가능한 가장 높은 해상도의 LiDAR이며, 동급 최강의 전력 소비량과 크기를 자랑했습니다. 이 시스템은 초당 30만 개의 point를 측정하지만 소비전력은 개당 5W 미만이다. TetrVue와 마찬가지로 이 회사의 기술은 계속 발전하는 스마트폰과 디지털카메라에서 수년간 사용된 상대적으로 저렴하고 비싸게 개발된 CMOS 기술에 기반을 두고 있습니다. 합리적인 비용을 유지하기 위해 OS-하나 레이저는 850nm 파장으로 작동합니다. 비용은 채널에 대한 고객의 요구에 따라 어느 정도 '부후'됩니다. 최고 높은 버전은 64개의 emitter를 사용해 각 수직시야 "슬라이스"를 제공하지만 성능이 moning은 요구사항은 오직 6개 채널만으로 비용을 절감할 수 있습니다. Pacala는 회사가 201년 8년 말까지 1대에서 2만 대를 출하할 것으로 예상했습니다.대략 이 중 팩크기의 OS-하나는 무게가 330g에 불과하며 높이가 2.5인치(63mm), 지름이 3.하나 4인치(80mm)다. 이 장치는 솔리드 스테이트 상태가 아닙니다. 역시 360°의 범위와 32° 수직 FOV를 발산합니다. 정확도는 약 3cm(39ft)이지만 범위는 비교적 약 1cm, 20m(394ft)이다.200m(656피트)의 범위를 갖고, 64채널이 하나 5.8mm 간격으로 구성될 예정인 OS-2의 경우, 범위는 향상되지만, 그것보다 크고 무겁다고 합니다. Pacala는 OS-2가 올 3분기에 출시된다고 했어요.Valeo프랑스의 Tier 하나 제공업체인 Valeo는 20하나7년 이야기 시리즈의 생산차량인 동생 디 A8 세단에 처음 장착될 것으로 추정되는 LiDAR 시스템을 제공하였습니다. SAE 레벨 3의 드라이버 보조를 사용함으로써 널리 알려진 A8의 Traffic Jam Pilot 시스템은 Valeo의 Scala LiDAR를 사용하여 A8의 가속도, 제동 및 조향을 최대 60km/h의 속도로 제어합니다. Leddar Tech와 공동으로 개발한 솔리드 스테이트(solid-state) 디자인인 Scala는 20하나8년 제공기업 혁신을 위한 208PACE 상을 수상하였습니다. Valeo는 Scala가 하나 45醫의 수평시야를 가지고 있으며 범위는 하나 50m라고 했습니다. 많은 센서 기술로 일반적으로 이야기되고 있듯이 LeddarTech의 발전은 "근본적으로 다양한 타입의 솔리드 스테이트 타입의 LiDAR를 설계하고 자기 최적화하는 데 사용되는 소프트웨어, 알고리즘 및 방법의 앙상블"와 문서로 이야기하고 있습니다. 그러면 일부 성급한 얼리어답터는 Traffic Jam Pilot과 Valeo / Leddar Tech Lidarray를 아직 찾지 못할 것이다. 초기에 이 시스템은 많은 나라에서 사용되지 않습니다. 동생은 SAE 레벨 3의 조건부 자율을 설명하기 위해 더 명확한 법적, 규제적 프레임입니다."워크가 없는 미국 과의 기타 시장에서 이 기술을 도입하기를 꺼리고 있습니다. Valeo는 지난 5월 차이나바이두(Baidu)가 20하나7년에 만든 공개 자율주행 플랫폼 아폴로(Apollo)에 참여하는 전략적 제휴를 발표했습니다." Valeo는 센서 클리닝 시스템과 자율주행차 간의 Connectivity 기술은 물론 아폴로 프로젝트의 센서 전문성에 기여할 것이라고 말했습니다.새치기가 좀 길었네요. 저도 눈이 아파요. 하지만 LiDAR에 대해 전반적으로 소개하는 좋은 글이라고 생각합니다. 역사, 예상되는 시장규모, 장단점, 개발하고 있는 대표적인 소기업에 대한 소개, 거의 LiDAR에 대한 모든 정보를 한데 모은 글이다. 완전 기술적인 정보만을 하달한 것이 아니라 적정한 수준에서 거의 누락된 정보 없이 소개하고 있습니다.(저도 저런 글을 써야 하는데... 몇몇 엔지니어들이 카메라를 통한 AI의 Vision 처리능력의 향상으로 사물의 인식능력이 점점 향상되어 LiDAR의 무용론을 스토리하고 있지만, 카메라가 가진 최대 약점인 렌즈방해물질에 대한 해결책이 자신감이 올 때까지는 아마 LiDAR에 대한 의존도가 변하지 않을 것으로 예상합니다. 각 분야에서 취약점을 극복하기 위한 노력은 계속되고 있기 때문에 어느 날 갑자기 획기적인 기술이 발표될 수도 있습니다. 하지만 LiDAR 기술만으로 충분히 다양한 분야에서 사용할 수 있는 기술이기 때문에 계속 발전할 것으로 예상됩니다.스마트폰 이후 센서 개발은 반도체 개발과 함께 하기 때문이다. 삼성이 메모리가 아닌 그런 센서 개발업체에 투자를 아끼지 않는 것도 그 일환일 것이다. 기존의 반도체 칩 개발 작은 기업들이 자율 자동차 시장을 통해 그 영역을 확장하고 있습니다.  긴 글 읽어주셔서 감사합니다.LiDAR를 포함한 자율주행차 센서의 기본적인 정보를 원하시면 아래를 참조하십시오. https://blog.naver.com/soyose 하나/22 하나306088690

PS: 검색에서 원하는 스토리를 찾을 수 없다면 '태그' 또는 '검색'을 하면 더 많은 자료를 찾을 수 있습니다. 그래도 원하시는 스토리가 없으시면 저한테 연락주시면 제가 아는 범위에서 도와드릴게요.Over the Vehicle!!참고 자료 https://www.sae.org/news/20하나 8/07/lidar-new-eyes-for-vehicle-autonomy?eid=422668383&bid=2하나 95867