3차원 레이저 스캐너, 태극마크를 달다
-지상용 3차원 레이저 스캐너 장비
"국내 기술로 개발한 지상용 3차원 레이저 스캐너 장비로 미래의 3차원 세상 이끌다"
[연구자 레터]
화려한 3차원 영화와 게임, 실제와 똑같은 가상현실은 모두 3차원 레이저 스캐너가 있어 가능하다.
3차원 레이저 스캐너는 레이저 빔을 목표 대상에 발사하고 다시 이 빛을 받아 외부 대상의 정보를 수집하는 기기다.
건축 현장에도 필수인 이 기기는 안타깝게도 모두 외국 제품이다.
따라서 본 연구진은 이번 연구를 통해 3차원 레이저 스캐너를 개발하기로 계획했고, 우리 기술로 3차원 레이저 스캐너를 만드는데 성공했다.
이번에 개발한 3차원 레이저 스캐너에 들어가는 부품과 모듈, 디자인 모두 온전한 국내 기술로 개발한 것이다.
이 3차원 레이저 스캐너는 이제 국내시장뿐 아니라 해외시장에 진출하기 위한 출발선 앞에 섰다.
자동차가 로봇으로 변신하고, 괴물이 하늘을 날아다니는 놀라운 장면.
요즘 3차원 영화는 어떤 장면이라도 실제 상황처럼 생생하게 표현할 수 있다. 이렇게 실감 나는 영화를 만들 수 있는 것은 3차원 레이저 스캐너의 공이 크다.
3차원 레이저 스캐너는 현장이나 외부 대상물에 대한 데이터를 수집할 수 있는 장비다.
레이저 빔을 목표 대상에 발사하고, 이 빛의 왕복 시간을 측정해 빛의 속도를 반영한 거리 정보와 스캔 좌표 정보를 얻어낸다.
짧은 시간 안에 수백만 점의 3차원 좌표를 획득하는 것이 가능하다. 이 정보를 처리해 고정밀도의 3차원 영상을 만든다.
3차원 레이저 스캐너의 활용 예
이런 3차원 레이저 스캐너는 영화뿐 아니라 산업 현장에도 많이 쓰이고 있다.
3차원 레이저 스캐너를 이용하면 실제 모델을 만들지 않고도 제품을 만들어 낼수도 있다.
3차원 레이저 스캐너로 가상 모델을 만들어 내는 것이다. 실제 모델을 만들지 않기 때문에 그만큼 비용과 시간을 대폭 줄일 수 있다.
또 로봇에도 설치해 로봇이 스스로 자신의 위치를 알고, 다음 위치를 찾아 움직일 수 있게도 할 수 있다.
3차원 스캐너는 로봇에게 눈이 되는 셈이다. 3차원 레이저 스캐너는 건축 분야에도 빼놓을 수 없는 장비다.
지상용 3차원 레이저 스캐너와 디지털지상사진측량과 결합하면 건축물의 모델링을 쉽게 마칠 수 있다.
또 지상라이다(Lidar)를 이용해 건물을 정밀하게 모델링할 수 있고, 구조물의 변위 계측을 통해 그 구조물의 정밀도를 분석하고 철골 보의 안전도 시험할 수 있다.
암반사면과 댐체의 특성 및 안정성 평가를 통한 모니터링 분야, 그리고 문화재 분야에서 문화재 복원, 안전진단, 정밀실측, 보수보강, 데이터베이스 구축, 도면 복구 및 동굴 문화재에도 활용되고 있다. 골프장, 건설공사 등의 설계분야에서도 운영된다.
3차원 공간정보를 취득한 점군 데이터 형상
3차원 레이저 스캐너의 동작은 레이저 유니트에서 레이저 빛을 발사하여 수평방향 모터와 수직방향의
미러를 회전시켜 주어진 공간의 데이터(거리, 각도, 빛의 반사강도)를 취득하고, 각 위치정보에 해당하는
2D 카메라 정보를 매핑하여, 점군 데이터로 3차원 공간을 표현한다.
3차원 레이저 스캐너 내부 구조(왼쪽)와 외관
우리 힘으로 3차원 레이저 스캐너 만들기
하지만 이렇게 산업 전반과 건축 분야에 중요하게 쓰이고 있는 3차원 레이저 스캐너는 모두 외국제품이다.
고가의 장비를 수입하는 것도 부담인데다가, 다양한 분야에 적용하기 위해 하드웨어와 소프트웨어를 변경하는 일도 어렵다.
현장에서 그때 그때 발생하는 요구사항을 3차원 레이저 스캐너에 즉시 반영하기도 어렵다.
따라서 현재 확보한 핵심 기술을 바탕으로 한국형 3차원 레이저 스캐너를 개발하기로 했다.
3차원 레이저 스캐너를 만드는 연구는 3차원 레이저 스캐너에 들어가는 부품을 모두 직접 제작하는 것부터 시작했다.
연구진은 우선 레이저 송수신 광학모듈을 설계하고 제작했다. 이때 레이저의 발산각과 레이저 크기를 고려했다.
또 정밀 거리측정 신호처리회로를 설계하고 제작했다. 이어 광전변환 빛 증폭모듈을 개발했다. 거리측정 알고리즘도 구현해 거리측정모듈을 완성했다.
서보모터와 제어보드도 개발했고, 마지막으로 3차원 레이저 스캐너의 디자인도 확정했다.
이로써 쉽게 이동할 수 있게 작고 컴팩트한 모양의 3차원 레이저 스캐너장비가 완성됐다.
국내 기술진이 개발한 이 측량용 레이저 스캐너는 이제 국내시장뿐 아니라 해외시장에 진출하기 위한 출발선 앞에 섰다.
국산 3차원 레이저 스캐너, 설계를 넘다
국내 기술로 개발한 이 3차원 레이저 스캐너는 다양한 곳에 쓰일 수 있을 것으로 예상하고 있다.
우선 천안함 사고나 각종 살인 사건, 교통사고 등의 현장을 보존하고 분석하는 데 활용할 수 있을 것이다.
또 조선 분야에 적용하면 선박을 제조할 때 공정의 정확성을 보장할 수 있고, 해운 분야에 적용하면 선적 및 하적 물동량을 파악할 수 있다.
3차원 레이저 스캐너를 활용하면 미래의 생활도 변할 것으로 보인다. 공간 정보를 단순히 보는 입장에서 사용자가 직접 가공해 새로운 형태의 3차원 콘텐츠를 창출해 차세대 인터넷망(Gbps)의 다양한 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
이 정보를 이용해 무인자동차와 로봇 같은 무인화 장비와 무인 정찰기, 정찰 로봇같은 군사용 장비 등도 본격적으로 등장할 수 있을 것으로 예상한다.
또 3차원 레이저 스캐너를 활용해 구축한 3차원 가상 세계에서 온라인 쇼핑몰이나 가상 박물관 등도 열릴 수 있을 것이다. 앞으로 3차원 레이저 스캐너가 열릴 멋진 세상이 기대된다.
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