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Nikkei X-TECH_2023.10.12

첨단 기술 뉴스 플러스
세계 최초의 수중 퓨전 센서
3가지 색의 LiDAR와 카메라를 융합

수중에서의 광 기술 보급을 추진하는 업계 단체 ‘ALAN 컨소시엄’(도쿄)은 10월 6일, LiDAR(Light Detection and Ranging)와 카메라를 조합한 ‘수중 퓨전 센서’ 개발에 성공했다고 발표했다.

양식 어류 등, 수중에서 움직이는 물체의 형상이나 개수를 계측하는 용도를 상정하고 있다. ALAN 컨소시엄의 회원 기업인 트리마티스(Trimatiz, 지바 현)가 중심이 되어 개발했다. 올 11월에 고객과 실증 실험을 개시할 예정이다.

트리마티스에 따르면, 이 수중 퓨전 센서의 측정 거리는 1~10m로, 이것은 측정 대상 반사율과 물 투과율에 의해 좌우된다. 정밀도는 1cm 이하, 측정 포인트 수는 초당 120만 점, 프레임 레이트는 초당 20프레임이다. 원통형 케이스의 중심축 상에 RGB의 3색 레이저가 탑재되어 있고, 그것을 3색의 수광 유닛과 카메라가 둘러싸고 있다.

LiDAR를 통한 위치정보 계측에 3색 레이저를 이용한 것은 조건에 따라 측정하기 쉬운 파장이 변화하기 때문이다. 예를 들어, 계절이나 해역 별로 수중에서는 빛이 잘 통과하는 파장이 변화한다. 또한 측정 대상물의 색상에 따라 반사광의 양이 파장마다 달라질 수 있다. 3색 레이저의 경우, 다른 환경에서도 안정적인 측정 결과를 얻을 수 있다.

이번 수중 퓨전 센서에서는 LiDAR를 통해 얻은 위치정보에 카메라의 색 정보를 조합할 수 있다. 이른바 센서 퓨전이라고 불리는 기술이다. 트리마티스의 시마다(島田) 대표이사는 RGB의 3색 레이저를 사용한 LiDAR와 카메라를 하드웨어적으로 융합한 시도는 세계 최초라고 설명했다.

센서 퓨전 기술 자체는 새로운 것이 아니다. 예를 들어 LiDAR와 카메라를 조합하는 기술에서는 자율주행용을 상정한 기술개발이 추진되고 있다. 하지만, “육상용 LiDAR 기술은 수중에는 적합하지 않다”(시마다 대표이사).

일반적인 LiDAR에서는 주로 근적외선 영역의 파장이 사용되지만, 이 파장 영역은 수중에서 감쇠하기 쉽기 때문이다. 이것이 트리마티스가 수중 퓨전 센서의 LiDAR에 가시광 영역의 3색 레이저를 사용한 이유 중 하나이다.

수중용 LiDAR에 3색 레이저를 사용하기 위해서는 또 다른 과제도 있었다. 바로 가시 영역인 3색 레이저광이 카메라 노이즈로 들어가기 쉽다는 점이다. 전술한 바와 같이 육상용 LiDAR에서는 근적외선 영역의 파장이 사용된다.

이 때문에 가시광을 포착하는 카메라와 취급하는 파장이 다르기 때문에 비교적 조합하기 쉬웠다. “근적외선을 컷팅하는 필터를 카메라에 설치함으로써 레이저광의 혼입을 막을 수 있기 때문이다”(시마다 대표이사)

한편, LiDAR와 카메라 모두 가시 영역을 사용하게 되면, 이러한 필터를 사용하는 기존 방법으로 인해 이 두 개를 조합하는 것이 어려워진다. 그래서 트리마티스는 LiDAR와 카메라의 동작 타이밍을 연구해 문제를 해결했다.

수중 퓨전 센서의 LiDAR에서는 래스터 스캔(Laster scan) 방식으로 레이저를 주사(走査)한다. 따라서, 1프레임 분의 레이저 주사가 끝나면 다음 프레임을 주사하기 위해 원래 시작 위치로 돌아가는 순간이 있다. 이 LiDAR 계측이 시행되지 않는 ‘틈새 시간’에 카메라 촬영을 실행해 1프레임 내에서 LiDAR와 카메라에 의한 계측을 양립했다.

시마다 대표이사에 따르면, 과거에 RGB 라인 레이저를 이용한 수중 센서의 사례는 있었지만, 확산 광이기 때문에 조도(照度)가 약하고, 계측 시간이 길다고 하는 과제가 있었다. 이번 수중 퓨전 센서는 이러한 과제를 해결해 움직임이 빠른 물체 등의 실시간 계측이 가능하다고 한다.

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