LiDAR 원격 감지: 원리, 응용, 무료 리소스 및 소프트웨어

공중 LiDAR 센서레이저 펄스에서 특정 지점을 포착하는 이산 반사 측정(discrete return measurements)을 수행하거나, 1ns(약 15cm)와 같은 고정 간격으로 전체 신호를 기록하는 전파형(full-waveform)을 수행할 수 있습니다. 전파형 LiDAR는 주로 임업에 사용되는 반면, 이산 반사 LiDAR는 다양한 분야에서 더 광범위하게 활용됩니다. 이 글에서는 주로 이산 반사 LiDAR와 그 용도에 대해 설명합니다. 이 장에서는 LiDAR의 기본 구성 요소, 작동 방식, 정확도, 시스템 및 사용 가능한 리소스 등 LiDAR에 대한 몇 가지 주요 주제를 다룹니다.

LiDAR의 기본 구성 요소

지상 기반 LiDAR 시스템은 일반적으로 500~600nm 파장의 레이저를 사용하는 반면, 공중 LiDAR 시스템은 1000~1600nm의 더 긴 파장의 레이저를 사용합니다. 표준 공중 LiDAR 시스템에는 레이저 스캐너, 거리 측정 장치(거리 측정 장치), 그리고 제어, 모니터링 및 기록 시스템이 포함됩니다. 또한 DGPS(Differential Global Positioning System)와 IMU(Inertial Measurement Unit)가 포함되며, 이들은 종종 위치 및 방위 시스템(Position and Orientation System)으로 알려진 단일 시스템으로 통합됩니다. 이 시스템은 정확한 위치(경도, 위도, 고도)와 방위(롤, 피치, 헤딩) 데이터를 제공합니다.

 레이저가 해당 지역을 스캔하는 패턴은 지그재그, 평행 또는 타원형 경로 등 다양할 수 있습니다. DGPS 및 IMU 데이터, 교정 데이터 및 장착 매개변수를 결합하여 시스템은 수집된 레이저 지점을 정확하게 처리할 수 있습니다. 이러한 지점에는 1984년 세계 측지계(WGS84) 기준점을 사용하는 지리 좌표계에서 좌표(x, y, z)가 할당됩니다.

LiDAR의 원리원격 감지공장? 간단하게 설명해 주세요

LiDAR 시스템은 대상 물체나 표면을 향해 빠른 레이저 펄스를 방출합니다.

레이저 펄스는 대상에서 반사되어 LiDAR 센서로 돌아옵니다.

센서는 각 펄스가 대상까지 이동하고 돌아오는 데 걸리는 시간을 정확하게 측정합니다.

빛의 속도와 이동 시간을 이용해 목표까지의 거리를 계산합니다.

GPS와 IMU 센서의 위치 및 방향 데이터와 결합하여 레이저 반사의 정확한 3D 좌표가 결정됩니다.

이를 통해 스캔된 표면이나 물체를 나타내는 고밀도 3D 포인트 클라우드가 생성됩니다.

LiDAR의 물리적 원리

LiDAR 시스템은 펄스 레이저와 연속파 레이저, 두 가지 유형의 레이저를 사용합니다. 펄스 LiDAR 시스템은 짧은 광 펄스를 발사한 후 이 펄스가 목표물까지 이동하여 수신기로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 방식으로 작동합니다. 이러한 왕복 시간 측정은 목표물까지의 거리를 측정하는 데 도움이 됩니다. 그림은 전송된 광 신호(AT)와 수신된 광 신호(AR)의 진폭을 나타낸 예시입니다. 이 시스템에 사용된 기본 방정식은 빛의 속도(c)와 목표물까지의 거리(R)를 포함하며, 시스템은 빛이 돌아오는 데 걸리는 시간을 기반으로 거리를 계산합니다.