풀웨이브폼 라이다의 반사파형 시뮬레이션

Waveform Simulation of Full-Waveform LIDAR

지형지물의 표면정보를 신속하게 취득할 수 있는 LIDAR 시스템은 대상에 대한 정교한 3차원 자동 모델링에 효율적이다. 본 연구의 목표는 대상물의 표면에 부딪혀 되돌아오는 레이저빔의 반사파형(waveform)을 모의 생성하는 것이다. 이를 위해, LIDAR시스템을 구성하는 센서들과 객체의 기하모델링 및 복사 모델링을 수행하였다. 먼저, 다반사 특성의 원인이 되는 레이저빔의 확산(divergence) 효과를 고려하기 위해 레이저빔을 여러 개의 서브빔으로 분할한 후, 각 서브빔의 원점과 방향을 결정한다. 그리고 서브빔이 교차하는 객체의 표면을 탐색한 후, 교차점의 위치를 계산한다. 마지막으로 서브빔의 원점과 소요시간을 기반으로 반사파형을 생성하고 이를 조합하여 전체 레이저빔의 반사파형을 생성한다. 제안한 방법을 적용한 실험을 수행하였으며, 그 결과 빔이 교차하는 표면의 특성을 보여주는 반사파형이 합리적으로 생성됨을 확인할 수 있었다.

The LIDAR data can be efficiently utilized for automatic reconstruction of 3D models of objects on the terrain and the terrain itself. In this paper, we attempted to generate simulated waveforms of FW (Full-Waveform) LIDAR (LIght Detection And Ranging). We performed the geometric modeling of the sensor and objects, and the radiometric modeling of the waveform intensity. First, we compute the origins and directions of the sub-beams by considering the divergence effects of a laser beam. We then searched for the locations at which the sub-beams intersected with the objects, such as ground, buildings and trees. Finally, we generate the individual waveforms of the reflected sub-beams and the waveform of the entire beam by summing the individual ones. With the experimental results, we confirmed the waveforms were reasonably generated, showing the characteristics of the surfaces the beam interacted with.