SLAMTEC에서 제안하는 라이다(Lidar)를 고르는 방법

[원문] https://www.slamtec.com/cn/News/Detail/582

 무인 운전, 로봇 업계에 관심이 높아짐에 따라, 중국 국내에 라이다 기업들이 우후죽순 생겨나고 있으며 현재 중국 국내에 이미 많은 기업들이 훌륭한 라이다(Lidar)를 출시했습니다. 

많은 라이다 제품 중 적합한 제품을 고르는 방법은 무엇일까요?

 로봇의 위치선정 및 내비게이션 분야에서 사용되는 2D 라이다(LiDAR)의 경우, 성능의 지표로 평가되는 것은 단연 실용성과 신뢰성, 그리고 추가로 저비용화의 실현입니다.

 2D 라이다의 주요 용도는 거리 측정입니다. 측정 거리 범위는 라이다의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나이지만, 거리 측정 외에도 Scanning Frequency, Sampling Rate 및 Accuracy 등 사양 또한 등한시할 수 없습니다.

 높은 Scanning Frequency는 2D 라이다가 장착된 로봇의 빠른 움직임과 작성되는 지도의 품질을 확보할 수 있습니다. 

하지만 Scanning Frequency를 올리는 일은 라이다 내의 스캔 모터의 속도를 올리는 것만으로는 어려우며, 이에 상응하는 Sampling Rate 값 또한 올려야 합니다. 

만약 Sampling Rate가 고정값일 경우, 스캔 속도가 빨라지면 Angular Resolution값은 되려 작아집니다.

 라이다의 성능에 있어서 측정 거리, Scanning Frequency외에도 Distance Resolution와 Accuracy 또한 매우 중요합니다. 

특히 triangulation(삼각측량) 거리측정 라이다의 경우에는 더욱 도전적입니다. 측정 방식의 원리 때문에 보통 10m내에서는 높은 Distance Resolution값의 실현이 가능하지만 물체와의 거리가 멀어질수록 급격히 낮아집니다.

 그리하여 더욱 먼 거리를 측정하기 위해서는 단순하게 라이다의 출력을 올리는 것만으로는 부족하며 거리 측정 핵심의 본질적인 개선이 필요합니다. 그뿐만 아니라 안정적인 대량 생산을 위해 더 많은 추가 작업을 필요로 합니다.

 상술한 성능 지표는 모두가 알다시피 라이다 회사들이 오랫동안 추구하고 뛰어넘기 위해 노력해온 것입니다. 그렇다고 무작정 지표만 쫓는 것은 바람직하지 않습니다. 

제품의 종합적인 면으로 봤을 때 실용성과 신뢰성 또한 중요하며, 좋은 사양이 꼭 좋은 제품이라 할 수 없으며 그 밖에 다른 결함이 있을 수도 있습니다.

 측정 거리, Sampling Rate, Accuracy 등 잘 알려진 성능 지표 외에도, 라이다를 실제로 사용하는 과정에서 매우 중요하지만 잘 알려지지 않은 두 가지 성능 지표가 있습니다.

 짙은 색 물체에 대한 검출률

 실제 사용 과정에서 대부분의 물체, 가구, 벽지 등은 대부분 짙은 색이 많습니다. 이때, 짙은 색 물체의 라이다 검출률은 매우 중요합니다. 

10여 미터 거리 측정이 가능한 라이다가 짙은 색 물체에 대한 검출률이 몇 미터밖에 되지 않는다면 로봇의 위치 선정이나 그려지는 지도에 문제가 생길 수 있으며 이어지는 내비게이션 작업에도 영향을 미칠 수 있습니다.

 현재 라이다 측정 거리의 규격은 대부분 백지와 같은 90% 반사율의 난반사 물체를 기준으로 합니다. 하지만 실제로는 검은색 물체에 대한 효과적인 검출 또한 매우 중요한 성능 지표입니다.

 짙은 색 물체는 대부분의 광에너지를 흡수하기 때문에 라이다가 짙은 색 물체의 검출률을 흰색 물체와 동일하게 하는 것은 비현실적입니다. 

특히 로봇의 시각을 담당하는 triangulation 방식의 라이다의 경우는 더욱 그렇습니다.

 하지만 해당 지표의 중요성 때문에 라이다 회사들은 짙은 색 물체의 검출 능력 향상을 라이다 개발의 중요한 방향 중 하나로 여기며 아무리 어려워도 극복하기 위해 노력하고 있습니다. 

몇 년간의 교체를 통해 슬램텍의 RPLIDAR의 경우 반사율이 10% 이하인 검은 물체도 10m까지도 측정 가능하며 이는 현재의 TOF 방식의 라이다와 같습니다.

빛 간섭 저항 능력

 짙은 색 물체의 검출 능력 외에 실제 작업 환경에서는 각종 실내외 빛에 영향을 받습니다. 유리창을 통해 들어오는 햇빛, 각종 실내의 인공 광원, 직접 노출되는 실외까지도 라이다가 빛에 간섭 받을 수 있는 환경들입니다.

Triangulation 방식 라이다의 경우 더욱 영향을 많이 받습니다. 실내외 빛과 레이저 신호를 구별해야 하기 때문에 우수한 processing algorithm과 광학 조절을 필요로 합니다.

 많은 사람들이 triangulation 거리 측정 라이다는 그 원리 때문에 빛에 대한 저항능력이 없고 실외에서의 사용은 어려울 것이라고 생각합니다.

 하지만 RPLIDAR의 경우 그렇지 않습니다. 제1세대 RPLIDAR A1부터 빛 간섭 저항 능력을 매우 중시하였습니다. RPLIDAR A3, S 시리즈 모두 실외 작업을 수행할 수 있습니다.

 무인 운전 분야의 다채널 라이다에 비해 성능과 원가절감으로 서비스 로봇 분야의 2D 라이다가 더욱 폭넓게 응용되고 있습니다. 

슬램텍은 업계에서 최초로 장기간 해외 기업의 라이다 시장 독점을 깨뜨린 기업입니다. 슬램텍은 성능에 지장을 주지 않으면서 기술 설계의 근원부터 라이다의 원가를 절감하였습니다. 

현재 슬램텍의 라이다는 판매금액은 최저 백위안대에서 최고 천위안대에 불과합니다.

 수년간의 개발 끝에 슬램텍의 라이다는 각종 상용화 서비스 로봇에 널리 응용되고 있습니다. 시중에 판매되고 있는 유명한 서비스로봇에 슬램텍의 라이다와 내비게이션 솔루션을 채용하였습니다. 

알리바바의 자율 순찰로봇 Diana, UBTECH 안내 로봇 Cruzr, iFLYTEK 쇼핑 가이드(구매상담) 로봇 Meimei, KEENON 자율 운송 로봇 Peanut, Pudutech 서빙 로봇 PLUS 등 슬램텍 제품을 기반으로 연구 개발하였습니다.  

앞으로 로봇의 핵심 기술비용이 낮아져 로봇이 더 많은 소비자에게 서비스를 제공할 것이라고 전망합니다.