Solid-state LiDAR는 더 간단한 자동차 감지 솔루션을 제공합니다.

Leuven 기반 XenomatiX는 "진정한 솔리드-스테이트 state LiDAR 센서'는 다중 빔 레이저 개념과 위험이 없고 확장 가능한 반도체 기술을 기반으로 합니다.

ADAS 및 자율 주행과 같은 까다로운 자동차 애플리케이션에는 범위 및 물체 감지를 위한 고급 솔루션이 필요합니다. 이 중 LiDAR(Light Detection and Ranging) 시스템이 관련 역할을 합니다. ToF(Time-of-Flight), 레이저 스캐너 또는 레이저 레이더라고도 하는 LiDAR는 물체를 감지하고 거리를 매핑하는 것이 주요 임무인 감지 기술입니다. 이것은 광 펄스(수 나노초에서 수 마이크로초 범위)로 대상을 조명하고 반사된 리턴 신호의 특성을 측정함으로써 달성됩니다. 반환된 광 신호에서 유용한 정보를 추출하기 위한 핵심 요소는 펄스 전력, 왕복 시간, 위상 편이 및 펄스 폭입니다. 여러 유형의 LiDAR 시스템을 사용할 수 있지만 빔 조정 유형과 관련하여 기계식 및 광학식 LiDAR의 두 가지 범주로 그룹화할 수 있습니다. 기계식 LiDAR는 고급 광학 장치와 회전하는 어셈블리를 사용하여 최대 360°의 넓은 시야각(FOV)을 생성합니다. 관련된 신호 대 잡음비(SNR)는 FOV에 대해 상당히 우수하지만 솔루션이 부피가 크고 무겁습니다. 반면에 솔리드 스테이트 LiDAR는 회전하는 기계 부품이 없기 때문에 높은 수준의 신뢰성을 제공합니다. FOV를 줄여도 이 한계를 극복할 수 있는 방법이 있습니다.

이 기사에서는 ADAS, 자율 주행 및 기타 도로 애플리케이션을 위한 진정한 솔리드 스테이트라고 하는 XenomatiX에서 개발한 새로운 LiDAR 기술을 소개합니다. 자동차 애플리케이션 외에도 LiDAR 기술은 3D 항공 및 지리 매핑, 공장의 안전 시스템, 스마트 탄약 및 가스 분석에 활용될 수 있습니다.

XenomatiX 접근 방식

오늘날 대부분의 LiDAR 시스템은 기계식입니다. 그들은 방적 헤드를 사용하여 부피가 크고 무겁고 값비싼 솔루션을 만듭니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 진동 미러와 같은 기술을 채택하여 솔루션 크기를 축소했습니다. 그러나 그것은 여전히 ​​어느 정도 기계적인 장치로 남아 있습니다. 처음부터 XenomatiX의 철학은 자동차 애플리케이션에서 움직이는 부품은 차량뿐이라는 것이었습니다.

EE Times Europe 과의 인터뷰 중 , XenomatiX의 CEO인 Filip Geuens는 "자동차의 요구 사항은 완전히 다릅니다. 비용, 크기 및 안정성에 관한 것입니다. LiDAR 기술은 이 세 가지 핵심 요소의 기능으로 선택되어야 합니다. 그래서 우리는 임시 레이저 다이오드와 기계식 가동 부품이 앞으로 나아갈 길이 없다고 느꼈습니다.”

2013년에 설립되어 벨기에 루벤에 본사를 두고 있는 이 회사는 반도체 기반 레이저 소스와 검출기를 사용하여 스캔이나 움직이는 부품 없이 구축된 고체 LiDAR 시스템을 식별하기 위해 "true"라는 용어를 도입했습니다. 이 새로운 솔루션은 순차적 측정을 사용하여 한 방향으로 레이저 광을 보내고 측정을 수행한 다음 다음 위치로 이동하는 기존 광학 LiDAR와 관련하여 근본적으로 다른 접근 방식을 취합니다. 주변 시나리오를 단계별로 측정하고 획득합니다.

"스캐닝 메커니즘은 LiDAR 시스템의 약점이기 때문에 XenomatiX 접근 방식은 수천 개의 레이저 빔을 동시에 보내는 다중 빔 기능을 도입한 스캐닝 메커니즘을 제거하는 것이었습니다." 게우엔스가 말했다. "이것이 우리가 자랑스러워하는 진정한 혁신입니다."

200미터 이상의 범위와 일반 소비 전력으로 전체 장면을 단거리 또는 고출력의 제약 없이 "한 번 플래시"로 감지할 수 있습니다. 또한, 스캐닝 LiDAR와 달리 고해상도 포인트 클라우드는 시공간 보정을 위한 후처리가 필요하지 않으므로 훨씬 더 높은 프레임 속도와 더 나은 보정을 제공합니다.

결과적으로 XenomatiX의 LiDAR는 기존의 "포인트 앤 측정" 광학 시스템처럼 매우 빠르게 움직일 필요가 없습니다. 스캔을 수행하지 않고 모든 빔을 동시에 전송하여 모든 장면을 측정하기 때문에 시스템은 측정 지점의 고해상도 그리드를 처리하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.

"우리는 글로벌 셔터 모드에서 작동하는 LiDAR가 있기 때문에 가장 빠른 레이저가 필요하지 않습니다. 즉, 단일 프레임에서 단일 샷으로 전체 장면을 볼 수 있습니다."라고 Geuens가 말했습니다. "여기에는 몇 가지 좋은 이점이 있습니다. 우리 시스템은 모션 블러의 영향을 받지 않으며 나노초 펄스를 보낼 수 있는 매우 강력한 레이저 드라이버가 필요하지 않습니다."

XenomatiX가 채택한 접근 방식은 스캐닝 패턴을 따라 이동할 때 스캐닝 센서로 인해 발생하는 지연 시간을 제거하기 때문에 움직이는 동안 스캐닝을 위한 솔루션입니다. 사실, 이 개념은 모션을 보정할 필요가 없기 때문에 자동차 애플리케이션에 매우 적합합니다. 셔터. 그림 1은 자율 주행 및 산업용 애플리케이션 모두에 사용할 수 있는 움직이는 부품이 없는 독립형 솔루션인 XenoLidar-X를 보여줍니다. 이 디자인은 조명과 기상 조건이 크게 달라질 수 있는 모든 시나리오에서 효과적인 것으로 입증되었습니다. XenomatiX는 15,000개의 레이저 빔을 동시에 투사하는 것을 특징으로 하는 차세대 솔리드 스테이트 솔루션입니다. 이는 오늘날 가장 까다로운 시장 요구 사항에 따라 수평 및 수직 0.15° 수준으로 해상도를 향상시킵니다.

그림 1:XenoLidar-X(고체)

솔리드 스테이트 LiDAR에서 XenomatiX는 VCSEL(수직 공동 표면 발광 레이저)을 사용합니다. VCSEL은 기존 다이오드 레이저보다 훨씬 우수한 내구성과 수명 기대치를 제공하는 악명 높은 저전력 레이저 소스입니다.

"측정할 시간이 더 많기 때문에 레이저 빔에 충분한 에너지를 가하여 장거리 측정도 수행할 수 있습니다."라고 Geuens가 말했습니다.

XenomatiX LiDAR는 6D LiDAR로 알려져 있습니다. 즉, 완벽한 오버레이로 두 가지 유형의 출력을 제공합니다. 첫 번째는 감지된 모든 레이저 스폿을 포함하는 3D 형상인 포인트 클라우드입니다. 두 번째는 시각적 2D 카메라 이미지입니다. 본질적으로 통합된 카메라가 있는 LiDAR 또는 시차 오류가 없는 LiDAR 성능을 갖춘 카메라로 볼 수 있습니다. 중복 데이터의 가용성은 센서 융합을 가능하게 하여 안전 애플리케이션을 강력하게 지원하는 보완 정보를 제공합니다. 6 차원은 반환된 레이저 광의 양을 기준으로 한 물체의 반사율입니다.

“우리 감지기는 CMOS의 특별한 유형이며 우리가 직접 설계한 픽셀입니다. 이것은 3차원 모드에서 작동할 수 있는 CMOS 카메라와 같으며 감지된 모든 지점의 좌표를 제공합니다.”라고 Geuens가 말했습니다. “또한 2차원 모드에서 작동하여 시각적 이미지를 제공할 수 있습니다. 시각적 이미지와 포인트 클라우드는 중앙 ECU로 전송되어 독점 AI 알고리즘을 사용하여 여유 공간 또는 물체 감지를 위해 처리됩니다.”

XenomatiX는 이를 4차원 AI라고 부릅니다. 즉, x, y, z, 좌표가 반사된 레이저 빔의 강도와 결합되는 4차원 공간에서 패턴 인식을 수행한다는 의미입니다. 센서는 레이저가 꺼져 있을 때 2D 모드에서 감지기로도 작동하도록 설계되었습니다. 레이저가 켜지면 시스템은 동일한 픽셀을 사용하여 3D 측정을 수행하고 3차원 포인트 클라우드를 생성할 수 있습니다. 솔리드 스테이트 LiDAR는 자동차 애플리케이션의 핵심 요소인 탁월한 신뢰성도 제공합니다. MTBF(평균 고장 시간)는 실제로 움직이는 부품이 없고 VCSEL(수명이 긴 레이저)을 사용하고 CMOS 기술이 성숙했기 때문에 매우 좋습니다.

앞에서 언급했듯이 움직이는 부품이 있는 LiDAR의 장점은 최대 360도까지 확장할 수 있는 넓은 시야입니다. 회전하는 머리는 모든 방향에서 볼 수 있습니다. XenomatiX LiDAR는 더 높은 적용 범위를 얻기 위해 여러 모듈을 결합하여 여전히 넓은 FOV를 달성할 수 있습니다. 사각지대가 생기지 않도록 차량 모서리에 여러 대의 LiDAR 장치를 배치할 수 있습니다.

유연한 모듈식 설계로 XenomatiX는 손쉬운 통합을 위해 작고 가벼우며 미래 지향적인 센서를 제공할 수 있습니다. 이 회사는 AGC, Marelli, Kautex 등과 같은 Tier I 자동차 공급업체와 지속적으로 파트너십을 맺고 완전하고 맞춤형이며 유연한 모듈식 LiDAR 솔루션을 개발하고 있습니다. 이러한 파트너십은 차량의 앞유리, 뒷유리, 그릴, 헤드라이트, 테일라이트 및 범퍼에 LiDAR의 통합을 촉진할 것입니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE에 게시되었습니다. 타임즈 유럽.

관련 콘텐츠:

• LiDAR 시스템의 파장 선택 이해
• ADAS 전문가, 미래 차량에 센서 통합 고려
• 자동차 전자 시스템의 변화를 주도하는 요소
• Time-of-Flight 기술은 향상된 정확도를 약속합니다.
• 스마트 시티:지능형 운송 시스템의 라이더 사례

더 많은 Embedded를 보려면 Embedded의 주간 이메일 뉴스레터를 구독하세요.