라이다(LiDAR)와 ToF(Time of Flight)

최근 ToF(Time of Flight)와 라이다(LiDAR) 기술이 스마트폰에 적용되면서 관심이 높아지고 있습니다.

라이다는 올해 출시된 아이패드 프로 4세대와 아이폰 12 프로와 프로맥스에 탑재되어 더욱 주목받고 있습니다.

라이다(LiDAR)와 Tof(Time of Flight, 비행시간차)는 피사체를 향해 쏜 빛이 물체에 맞아 반사되어 되돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산하는 기술입니다.

그래서 라이다와 Tof의 작동원리는 동일하므로 라이다를 Tof로 소개되기도 합니다.

 

작동방식으로 분류를 하면 라이다도 Tof로 분류할 수 있으며 Tof 중에서도 dTof로 분류가 됩니다.

ToF는 iToF(Indirect ToF)와 dTof(Direct ToF)두 가지 방식으로 나누어지며 dToF는 iToF보다 스위칭 속도가 빨라 원거리에 사용할 수 있어 AR 분야에 적합한 기술입니다.

Tof 작동 원리 (처 : seeedstudio.com(좌), 위키피디아(우))

따라서 라이다는 작동방식으로 분류를 한다면 dToF로 분류될수 있습니다.

 

하지만 좀더 세부적으로 분류를 하면 라이다는 LiDAR(Light Detection and Ranging)라는 이름의 기술로 불리며 ToF와 작동방식과 방정식은 동일하지만 라이다는 레이저 또는 레이저 그리드를 사용하며 여러 라이다 판독 값을 사용해 포인트 클라우드를 만들 수 있습니다.

(포인트 클라우드: 라이다로 생성한 객체표면의 점의 그룹)

 

이는 물체의 3차원 모델이나 전체 영역의 지형도를 만드는데 사용할 수 있습니다.

그리고 이 기술은 애플이 아이폰과 아이패드에 적용하기 이전부터 존재하던 기술입니다.

LiDAR 작동원리와 활용예 (출처 : 위키피디아)

기존에는 큰 크기의 라이다 장치로 수중에 있는 유적지나 유물, 난파선 등을  3D 맵핑할 때 사용하기도 하는 기술입니다.

 

또한 자율주행 테스트를 할때는 실제 차량에 여러 개의 라이다 장치를 장착해 차량 주변의 장애물 위치를 정확히 파악하고 앞 차와의 거리를 모니터링해서 충돌을 방지하는 데 사용하기도 합니다.

사진출처 : rsv.org.au(좌), cultofmac.com(우)

애플은 이러한 라이다 장치를 소량화해 아이패드 프로 4세대와 아이폰 12 프로, 프로맥스에 탑재를 했으며 dToF방식으로는 애플이 처음으로 모바일로 상용화를 했습니다. (지금까지 다른 Tof 카메라들은 iTof)

 

하지만 당연히 기존 라이다 장치의 성능을 그대로 담을 수는 없었을 것이고 사용할 수 있는 거리나 해상도에서의 차이도 크게 날것입니다.

모바일로는 기존 라이다 장치만큼 정교하고 거대한 3D매핑 까지는 아니어도 모바일에서 사진 촬영이나 AR분야에 사용하기에는 충분해 보입니다.

AR 객체 적용과 사물의 치수, 사람의 키를 측정할때 사용

애플은 이를 라이다 스캐너라고 소개하면서 빛이 대상에 닿은 후 반사되는 거리를 측정하며 iOS의 심도 프레임워크 및 머신 러닝으로 아이폰 주위 환경을 파악해 정밀한 심도 맵을 구축 한다고 설명합니다.

 

이로써 더 빠르고 정교해진 AR기능으로 공간을 스캔하고 사진 및 동영상을 촬영할 때도 피사체와 뒷 배경을 잘 구분해 낼 수 있습니다.

그리고 아이패드와 아이폰에 탑재된 라이다는 다른 ToF 카메라와는 다르게 여러개의 도트 그리드 패턴을 사용합니다.

이 점들이 사용자의 눈에는 보이지 않지만 적외선 카메라로 비추어보면 이 도트 패턴이 보이는데 이미 여러 사용자들이 확인하고 있습니다.

 

전면 페이스 ID에 활용하는 트루뎁스 카메라 역시 이러한 도트 패턴을 사용하며 얼굴의 미세한 형태도 포착해야 하므로 후면의 라이다보다 더 촘촘한 도트 패턴을 사용합니다.

사진 출처 : Peter Kuhar 트위터

아이폰과 아이패드에서의 라이다 스캐너로 인해 더 정확하고 빠른 AR 기능이 가능하며 야간모드에서도 인물 사진 촬영이 가능하며 저조도 환경에서도 빠른 오토포커스 기능이 적용됩니다.

빈 공간에 가상의 가구나 기계들을 배치해 보고 사람의 키와 사물의 크기를 측정하는데도 사용할수도 있습니다.

라이다 기술이 ToF보다 AR분야나 사진 촬영분야에 높은 성능과 기술을 보여준다고 하지만 문제는 이러한 기술로 과연 사용자들이 활용하고 즐길만한 콘텐츠들이 얼마나 많이 있느냐에 달렸습니다.

 

과거에는 처음에 신기하게 보다가도 나중에는 활용을 잘 안 하는 경우가 많았으며 특히 AR 분야에서 과거보다 얼마만큼 활용도가 더 높아질지도 큰 관심입니다.

 

애플은 라이다 스캐너외에 AR 콘텐츠와 AR 글래스 및 헤드셋에도 관심을 많이 가지고 있는 만큼 AR분야가 많이 활성화됐으면 좋겠네요.