자율주행차 깊이 센서 1000배 업그레이드로 안전성 혁신

연구진이 비행시간(time-of-flight) 깊이 센서 해상도를 1000배 향상시키는 새 접근법 개발했습니다. 간섭계(interferometry)와 LiDAR 아이디어 활용해 더 높은 해상도로 사물 포착 가능. 시스템은 2미터 거리에서 3마이크로미터 깊이 해상도 가집니다.

시야 범위

기존 기술은 지능형 주차 보조 시스템(IPAS)과 충돌 감지 시스템에 충분히 능력 있습니다. 2미터 범위에서 1센티미터 깊이 해상도. 범위 증가하면 해상도 기하급수적 감소. 최악 경우 생명 손실 초래 가능.

새 비행시간 시스템은 같은 2미터 범위에서 3마이크로미터 깊이 해상도 가집니다. 수석 연구자 아추타 카담비(Achuta Kadambi) 일부 테스트 수행 — 반 킬로미터 광섬유(균일 공간 필터)로 빛 신호 전송해 장거리 전력 감소 시뮬레이션. 시스템이 반 킬로미터 범위에서 여전히 1센티미터 깊이 해상도 달성 가능 발견.

작동 원리

시스템 해상도 결정 두 요소: 빛 펄스 길이와 검출률.

아주 짧은 펄스 빛 발사, 카메라가 빛 복귀 시간 계산. 시간이 물체 거리 알려줌.
검출률은 빛 빔 켜고 끄는 변조기(modulator) 참조. 기존 검출기 초당 약 1억 회 계산 가능, 시스템을 센티미터 깊이 스케일 해상도로 제한.

새 시스템은 간섭계(interferometry)와 LiDAR 아이디어 활용해 더 높은 해상도로 사물 포착.

간섭계: 빛 빔 두 등분으로 분할, 한 부분은 장면으로 발사, 다른 부분은 로컬 순환. 반사 빔이 로컬 순환 빔과 병합. 두 빔 위상 차이가 물체 정밀 거리 드러냄.

LiDAR(Light Detection and Ranging) 기술: 느린 카메라로 고주파(GHz 대역폭 신호) 데이터 이미징 가능.

비트 노트(Beat Notes) 이용한 캐스케이드 LiDAR

1GHz, 500MHz, 120MHz에서 인간 스캔 비행시간 이미저

참조: MIT Media Lab | 10.1109/access.2017.2775138

비트 노트(Beat notes)는 보통 저주파 소리로 저대역폭 장비로 탐지 가능. 예: 한 장치 330Hz 피치, 다른 장치 300Hz 생성 시 차이 주파수 30Hz가 비트 노트.

같은 개념 변조 빛 빔들에 적용 — 두 빔 간섭(GHz)이 Hz 주파수 비트 노트 생성. 비트에 거리 측정 필수 데이터 모두 포함.

기본적으로 1초에 수백만 번 손전등 끄고 켜는 것과 같지만, 광학적으로가 아닌 전자적으로 수행.

저주파 시스템이 안개에서 제대로 작동 — 빛 산란시키기 때문. GHz 광학 시스템에서 위상 변화가 신호 주파수 대비 훨씬 높으므로, MHz 시스템 대비 안개 보상 훨씬 우수.

기타 응용

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연구진 최소 약 3마이크로미터 경로 길이 제어 보임 — 사람 머리카락 폭 1/10 정도. 그런 고정밀도로 산란 역전 가능, 의사·의학 연구자들이 가시광 스펙트럼으로 조직 더 깊게 볼 수 있게 함.

로봇들이 과수원 탐색 가능, 단순 토폴로지 매핑 넘어. 그리고 잠재적 광범위한 구현 대부분 실시간일 것.