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<연구기관 리포트> 지상용 3D 레이저 스캐너의 국산화
기사입력 2014-02-04 06:00:10. 폰트 폰트확대폰트축소
국토교통과학기술진흥원

 화려한 3D 영화와 게임, 실제와 똑같은 가상현실은 모두 3D 레이저 스캐너가 있어 가능하다. 3D 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. 이에 따라 우리 기술로 3D 레이저 스캐너를 만드는 연구에 돌입, 3D 레이저 스캐너에 들어가는 부품과 모듈, 디자인 모두 온전한 국내 기술로 개발했다. 이 3D 레이저 스캐너는 이제 국내시장뿐 아니라 해외시장에 진출하기 위한 출발선 앞에 섰다.

 △3D 레이저 스캐너, 전산업계 활용

 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 3D 레이저 스캐너의 공이 크다.

 3D 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 3D 좌표를 획득하는 것이 가능하다. 이 정보를 처리해 고정밀도의 3D 영상을 만든다.

 이런 3D 레이저 스캐너는 영화뿐 아니라 산업 현장에도 많이 쓰이고 있다.

 3D 레이저 스캐너를 이용하면 실제 모델을 만들지 않고도 제품을 만들어 낼 수도 있다. 3D 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. 3D 스캐너는 로봇에게 눈이 되는 셈이다.

 3D 레이저 스캐너는 건축 분야에도 빼놓을 수 없는 장비다. 지상용 3D 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.

 △우리 힘으로 3D 레이저 스캐너 만들기

 산업계 전반과 건축 분야에 중요하게 쓰이고 있는 3D 레이저 스캐너는 모두 외국제품이다. 고가의 장비를 수입하는 것도 부담인데다가, 다양한 분야에 적용하기 위해 하드웨어와 소프트웨어를 변경하는 일도 어렵다. 현장에서 그때 그때 발생하는 요구사항을 3D 레이저 스캐너에 즉시 반영하기도 어렵다. 따라서 현재 확보한 핵심 기술을 바탕으로 한국형 3D 레이저 스캐너를 개발하기로 했다.

 3D 레이저 스캐너를 만드는 연구는 3D 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 3D 레이저 스캐너의 디자인도 확정했다.

 이로써 쉽게 이동할 수 있게 작고 컴팩트한 모양의 3D 레이저 스캐너장비가 완성됐다. 국내 기술진이 개발한 이 측량용 레이저 스캐너는 이제 국내시장뿐 아니라 해외시장에 진출하기 위한 출발선 앞에 섰다.

 △국산 3D 레이저 스캐너, 설계를 넘다

 국내 기술로 개발한 이 3D 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.

 3D 레이저 스캐너를 활용하면 미래의 생활도 변할 것으로 보인다. 공간 정보를 단순히 보는 입장에서 사용자가 직접 가공해 새로운 형태의 3D 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 3D 레이저 스캐너를 활용해 구축한 3D 가상 세계에서 온라인 쇼핑몰이나 가상 박물관 등도 열릴 수 있을 것으로 보인다.

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