레이저 스캐너란?
레이저 스캐너는 대상물의 위치 정보를 3차원적으로 취득하는 계측 장치입니다.
스캐너에서 발사한 레이저 광을 대상물에 쏘아 반사된 빛으로 거리, 각도 등의 위치 정보를 측정합니다. 비접촉, 비프리즘 측정이 가능해 안전하게 측정할 수 있는 것이 특징입니다.
또한, 3차원적인 정보를 대량의 점군 데이터로 획득할 수 있습니다. 레이저 스캐너는 크게 지상형 3D 레이저와 UAV 레이저, 항공 레이저, (모빌 매핑 시스템) 등 4가지 종류가 있습니다.
레이저 스캐너의 사용 용도
레이저 스캐너의 주요 용도는 설비 설계, 플랜트 유지보수, 건설 현장 등의 측량입니이다. 현황도 문서화나 CAD 모델 제작에도 도움이 됩니다.
이 외에도 지형 측정이나 토목, 유지보수 등 터널 내 및 기존 구조물의 변위 조사, 범죄 수사에서 사고 현장이나 범죄 현장의 정확한 기록 등에 활용되고 있습니다.
또한, 3D 프로젝션 매핑에서 투영되는 면 형상 측정에도 활용되는 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
레이저 스캐너의 원리
레이저 스캐너는 레이저 빛을 대상물에 조사하여 반사된 빛을 감지하여 위치 정보를 측정합니다. 측정 대상물에 직접 닿지 않고도 위치 정보를 측정할 수 있습니다.
주요 측정 방법으로는 다음 두 가지를 들 수 있습니다.
1. 타임 오브 플라이트 방식
레이저 빛을 대상물에 조사하여 반사된 레이저 빛이 돌아오기까지의 시간과 레이저 조사각을 측정합니다. 측정 시간에서 거리를 계산하고, 측정 각도와 XYZ 좌표를 이용하여 좌표 위치를 계산합니다.
이를 통해 3차원 좌표 데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, RGB 컬러 좌표와 반사 강도, 반사율, 각도 정보 등 각 지점마다 많은 정보를 얻을 수 있습니다.
타임 오브 플라이트 방식은 많은 정보를 얻기 위해 측정 시간이 길어지지만, 높은 정확도의 측정이 가능합니다.
2. 위상 시프트 방식
복수의 변조된 레이저 광을 대상물에 조사하고, 대상물에서 반사된 빛과 출사광의 위상차를 측정하여 대상물까지의 거리를 구합니다. 위상 시프트 방식은 타임 오브 플라이트 방식에 비해 측정에 노이즈가 발생하기 쉽고, 측정 거리도 짧습니다. 그러나 측정 시간은 상당히 짧아집니다.
고정밀도의 측정을 원한다면 타임 오브 플라이트 방식, 측정 시간을 우선시한다면 위상 시프트 방식이 적합합니다. 또한, 레이저 스캐너로 취득한 데이터는 전용 소프트웨어로 읽어들입니다.
화면상에 좌표 데이터가 점(도트)으로 표현되어 있으며, 이 정보를 바탕으로 측정한 현장 상황을 PC에서 재현합니다. 검출 범위 내의 데이터를 포괄적으로 취득하기 때문에 상황을 재현할 수 있습니다.
레이저 스캐너의 기타 정보
자동차와 레이저 스캐너
최근 자동차에는 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems, 첨단운전자지원시스템)라는 안전운전을 지원하는 기능이 탑재되어 있는데, ADAS의 구성품은 카메라, 초음파 센서, 밀리미터파 레이더 등의 각 센서입니다.
최근 몇 년 사이 자율주행 기술의 발전으로 LIDAR(Light Detection And Ranging)라는 레이저 스캐너를 기반으로 한 센서가 새롭게 추가되었는데, LIDAR는 기존 레이더에 비해 근거리에서 대상물을 정밀하게 감지할 수 있는 센서입니다.
자율주행에서 물체까지의 거리를 보다 정밀하게 측정해야 하기 때문에 사용되고 있습니다. 그렇다고 해서 밀리미터파 레이더 등 각 센서를 레이저 스캐너로 대체할 수 있는 것은 아닙니다. 각각 장단점이 있어 서로 보완하는 형태로 사용되고 있습니다.
레이저 스캐너는 근거리의 물체를 정밀하게 감지할 수 있는 장점이 있지만, 비나 안개 등 악천후에 감지 성능이 영향을 받기 쉽다는 단점이 있습니다. 반면, 밀리미터파 레이더는 날씨의 영향을 덜 받아 원거리 물체에 대한 탐지 성능이 레이저 스캐너보다 높습니다. 하지만 근거리 물체나 전파 반사율이 낮은 물체에 대한 감지 성능은 레이저 스캐너보다 떨어집니다.