유럽 카메라기반 ADAS 동향 (1/2)

서문

2013년 현재 유럽 자동차 업계에서는 EuroNCAP의 새로운 규제 신설로 카메라 기반 ADAS (첨단 운전자 지원 시스템) 개발이 한창이다. 2020년까지 거의 2천 5백만대의 카메라가 서유럽 시장의 신차에 적용될것으로 기대되는데 이는 2014년 부터 적용되는 EuroNCAP의 응급 제동 시스템 (AEB)과 차선 이탈 경고 시스템(LDW) 때문이다. 기존에 프리미엄 브랜드의 값비싼 옵션으로만 여겨졌던 시스템들을 이제는 의무적으로 일반 대중 브랜드 신차에 적용해야 하기 때문에 저렴하지만 완성도 있는 솔루션이 필요하게 되었다. 그 대안으로 카메라 센서가 아주 중요하게 대두 되고 있다. 이 외에도 카메라는 후방 주차 보조 용도로 이미 많이 사용되고 있고  서라운뷰 그리고 운전자 모니터링 등에서도 앞으로 많이 사용될 것으로 기대되는바 자동차 메이커들에게 이러한 변화에 대한 새로운 전략과 최적화 노력이 필요하다. 카메라 센서를 사용하는 첨단 운전자 지원 시스템들의 기술 및 시장 동향 및 전망을 자세히 분석한 흥미있는 보고서이다.

 

 

1. 카메라 기반 ADAS 기술이 어떻게 진화되고 있나 ?

첨단 운전자 보조 시스템 (ADAS)는 점차 지난 20 년 동안 자동차 제조 업체에 의해 도입되었다. 그러나시스별로 성능 요구 사항이 매우 다양하여 모든 ADAS 기능을 지원할 수있는 단일 센서 기술은 등장하지 않았다. 그 이유를 들어 자동차 산업은 초음파, 레이더, 레이져 및 카메라 등 다양한 센서 기술을 배치했다.

 

A. 카메라 기반 ADAS분류

카메라 기반의 ADAS 시스템은 지난 몇 년 동안 상당한 기세를 얻고있다. 이 장에서, 기능과 응용 프로그램에 따라 이 시스템을 분류해본다.

1) 기능 – ADAS-SV vs ADAS-IDS

첫 번째는 라이브 비디오 피드를 표시하여 차량의 주위 가시성 및 시각 인식을 높이기위한 ADAS for Scene Viewing (ADAS-SV) 이다. ADAS-SV의 초기 개발은 후방 주차시 자동차 후방의 가시성을 높여주는 후방 카메라였다. 이는 전통적인 초음파 기반의 주차 보조 센서를 보완하고 차량 뒤에 장면의 실시간 뷰를 제공함으로써, 고객들은보다 쉽게 ​​자신의 차량의 후면에있는 객체의 특성을 이해할 수있다. 더 나아가 최대 5 카메라를 사용하여 자동차 둘레 360도 시야를 제공하는 보다 포괄적 인 시스템 (Around View System)도 구축되었다.

기능분류의 두 번째 유형은 경고를 제공하거나 적극적으로 운전자를 지원하는ADAS for Intelligent Driving Support이다. 이러한 응용 프로그램은 이미지 에서 정보 (예, 도로의 차선 마커)를 추출하는 고급 이미지 처리 기술에 의존하고 있다. 이러한 시스템은 라이브 비디오 출력을 표시하는 대신 중요한 정보(경고)만 제공한다.

 

B. 카메라 기반 ADAS 기능 동향

카메라 기반 ADAS에는 기능에 관련된 다음과 같은 세 가지 주요 경향성이 있다.

동향 1) 점진적으로 자동화를 제공하는 카메라 기반의 ADAS : 대부분의 카메라 기반 ADAS가 이미지나 추출된 정보만을 제공하지만 다음과 같이 다른 시스템을 구동시키는 기능도 한다.

-       차선 유지 시스템: 카메라가 차량이 차선을 이탈할 경우를 감지하여 차선으로 차량을 다시 가져오도록 전동식 파워 스티어링(EPAS) 시스템에 작동 명령을 보낸다.

-       자동 헤드램프 스위칭 : 카메라가 주변 차량을 감지하여 스위칭 명령 또는 빔 형태 변경 명령을 헤드램프 제어 유닛에 주어 헤드램프를 자동으로 제어함으로써 주변 운전자들의 눈부심을 방지해주는 시스템이다.

자동충돌방지 시스템은 다음과 같은 두가지 이유때문에 가까운 미래에 카메라를 주요 센서로 사용하게 될 것으로 예상된다 :

-       저가 시스템 수요 증가 : 2014년 부터 EuroNCAP (유럽 자동차 성능 평가 프로그램)이 자동충돌방지 시스템을 평가 항목에 포함시킴으로써 완성차 업체들은 저렴한 솔루션 개발에 몰두할 것이다. 카메라가 적절한 대안으로 떠오르고 있다.

-       시스템 최적화 : 완성차 업체들이 이미 카메라를 사용한 시스템을 많이 개발해 왔기때문에 비용절감을 위해 기존 시스템 및 아키텍쳐를 기반으로한 자동충돌방지 시스템 개발에 몰두할 것이다.

동향 2) 나이트비젼 vs 자동헤드램프 스위칭 : 나이트비젼 시스템은 야간에 도로주변 보행자를 감지하여 운전자에게 미리 알려주는 시스템으로 다음과 같은 두가지 기술이 있다 :

-       원적외선 기반 : 300미터까지 감지 가능한 장점에 비해 이미지 퀄리티가 많이 떨어져 제공되는 이미지와 운전가의 눈으로 직접 보는 환경이 많이 다를 수 있다. 

-       근적외선 기반 : 150미터까지 감지 가능하여 이른 감지에 한계가 있으나 더 나은 이미지를 제공한다.

나이트비젼은 고비용 시스템으로 프리미엄 세그먼트에 국한되어있다. 하지만 EuroNCAP이 낮시간 보행자 충동방지 시스템을 평가 항목에 2016년 부터 추가 함에 따라 나이트비젼의 중요성도 점차 커지고 있다.

나이트비젼을 대체할 수 있는 보다 저렴한 기술이 앞서 언급한 자동헤드램프 스위칭 시스템이다. 한단계 더 발전한 빔 형태 변화시켜주는 시스템은 상향들의 일부를 주변 교통 상황에 맞추어 자동으로 가려줌으로써 주변 차량을 제외한 부분만 비추워 줌으로써 최대한의 가시영역을 확보 해주는 시스템이다. 더 나아가 앞으로는 개별LED를 켜고 끌 수 있는 메트릭스 빔으로 같은 기능을 대체할 것으로 예상된다.

앞으로 대부분의 차량이 전방 카메라를 장착할 것이기 때문에 야간 보행자 보호는 자동 빔 형태 조절 기술로 지원될 것으로 예상된다. 이 경우 기존 카메라를 사용하고 추가적은 디스플레이가 필요없어서 나이트비젼 시스템에 비해 비용이 많이 절감 된다.

동향 3) 레이더 기반으로 옮겨가는 측면 충동 방지 및 완화 기능 : 후방 측면의 다른 차량 유무를 운전자에게 알려주는 사각지대 정보 기능은 초기에 볼보사에서 사이드 미러 아래에 장착된 카메라를 기반으로 개발되었다. 그러나 최근에 와서는 82 % 정도가 레이더 센서를 사용하고 있는데 주된 이유는 레이더가 굳은날씨에서도 잘 작동하고 다른 차량의 접근 속도 측정의 정확성도 높기 때문이다. 동시에 시장이 커짐에 따라 센서 가격도 많이 저렴해진 이유도 있다.

초음파 센서를 사용하는 시스템도 등장하였는데 이는 주차보조 시스템에 쓰이는 센서를 그대로 사용하기에 추가적 비용이 들지 않아 저가로 솔루션을 구현하는 장점이 있다. 하지만 초음파센서의 측정 거리는 최대 5미터로 성능은 레이더 센서에 비해 떨어진다.

사각지대 정보 시스템은 카메라 기반에서 다른 센서 기반으로 옮겨가고 있는 몇 안되는 시스템 중 하나이다.

 

C. 카메라 기반 ADAS 기술 동향

일반적으로 카메라 기반 ADAS 기술은 다음과 같은 주요 3가지 한계성을 지닌다.

-       나쁜 날씨 / 조명 조건에서의 성능 저하

-       외부오염에 취약함 (특히 후방카메라)

-       측정 성능 한계 : 물체를 감지 할 수 있으려면, 최소의 픽셀 수가 요구된다. 오늘날 생산되는 대부분의 카메라는 VGA 나 WVGA 해상도를 지원한다. 개체가 확인되면, 그 거리는 추정되고 접근 속도는 대부분의 경우에 거리 추정에서 파생 된다. 측정이 유추로 이루어 지므로 이는 모노 비전 시스템의 주요 약점 것으로 인식되고 있다. 이것이 바로 모노 비전 카메라 기반 ACC 시스템을 현재 사용할 수없는 이유 중 하나이다.

이러한 단점에도 불구하고 카메라는 다른 센서들에 비해 여러가지 기능을 한 센서로 지원할 수 있는 큰 장점을 지닌다.

동향 1) 스테레오 카메라의 등장 : 첫번째 자동차용 스테레오 카메라 기반 기술은 충돌 경감 및 회피 시스템 이었다. 이 기술은 3차원 맵을 제공하여 물체 인식에 더욱  용이하다. 이 기술은 두개의 모노 카메라는 사용하는것과 같아 비용이 비싸므로 프리미엄 차량에 많이 적용될 것으로 예상된다. 단점으로는 정확히 측정할 수 있는 거리가 약 50 미터로 짧다는 것이다.

현재 모노카메라 기술은 축적된 경험과 기술로 스테레오 기술에 비에 훨씬 앞서 있고 대부분이 Tier 2인 Mobileye사의 독점 공급은 상황이다. 따라서 하드웨어와 소프트웨어 솔루션 모두를 콘트롤 하기 원하는 Tier 1 부품사들은 이를 극복하기 위해 스테레오 카메라 기술을 전략적으로 개발 중에 있다.

동향 2) 모노비젼 기술 향상 : 현재 대부분의 자동차용 카메라의 해상도는 VGA 또는 WVGA인데 측정거리 향상을 위해 점점 메가픽셀 해상도로 옮겨가고 있는 추세이다. 또 다른 추세는 높은 동적 범위 (HDR) 이미지 센서의 등장이다. 이들 이미지 센서의 장점은 터널에 들어갈때와 나올때 같은 조명의 극단적인 수준에 대처하는 능력이다.

동향 3) 오염경감 기술의 향상 : 주요 솔루션은 사용하지 않을 때 커버로 카메라 렌즈를 보호하거나 기계적인 일부 청소 메커니즘을 제공하는 것이다. 이밖에 나노기술을 이용한 렌즈코팅기술도 앞으로 기대되고 있다.

 

D. 향후 전망

향상된 가시성에 대한 요구는 멀티 카메라 시스템의 가능성을 높이고 있다. 프리미엄 볼륨 OEM 업체들은 이미 차량 주위 360도 가시성을 제공하기 위해 5개의 카메라를 제공하고 있다.

드라이버 모니터링용 카메라는 그 보급속도가 많이 더딘데 주 이유는 아직 주된 비지니스 케이스가 부족하고 다른 대체적인 더 싼 솔루션들이 가능하기 때문이다. 예를 들어 전방 카메라를 이용하여 차선이탈 정도를 분석하거나 핸들 앵글 센서를 분석하여 운전자의 주의력을 유추할 수 있다. 그러나 카메라 기반 기술이 더 믿을 많한 장기적인 솔루션으로 기대된다. 포괄적이고 강건한 드라이버 모니터링 시스템은 첨단 차량 자동화의 핵심 요소이다. 차량제어를 운전자에게 넘기는 방법 및 시기에 대한 결정을 내리는데 결정적인 역할을 할 것이다.