인터뷰 / 장영민 교수

LED, ‘조명’의 역할뿐만 예술과 통신 분야까지 확대
LED-ID, 빛 형태의 패턴을 통한 송수신 기능

LED 하면 무엇이 떠오르는가? 바로 형형색색의 밝은 빛을 떠올릴 것이다. 그도 그럴 것이 서울역 맞은 편에 있는 서울 스퀘어는 밤마다 빌딩을 스케치북 삼아 빛의 향연이 펼쳐 진다. 건물 외벽에 붙여진 수많은 LED 조명을 사용하여 움직이는 미디어 아트가 가능하기 때문이다. 일명 ‘LED 파사드’라고 불리는 미디어 아트 방식 중 하나이다. 

처음 LED가 등장했을 때 선명한 밝기로 각광을 받았으나 기존 백열등과 형광등의 가격의 비해 10배 이상 차이로 범용화되지 못하였다. 하지만 LED는 22년이라는 긴 평균시간 덕분에 수요량 보다 출하량이 늘고 있어 가격이 감소할 것이라는 전망이 높다. 이에 시장조사기관 HIS은 LED가 2023년까지 39%까지 확대될 것이라고 내다봤다.


▲ETRI(한국전자통신연구원)는 지난해 5월, LED 조명의 빛을 통해 정보전달이 가능한 가시광무선통신(VLC) 네트워킹 기술개발에 성공했다고 밝혔다. 

이젠 IoT 시대를 맞아 통신으로 연결된 LED는 ‘스마트 조명’(Smart lighting)으로 진화하였다. 사람의 유무나 인테리어의 분위기에 따라 빛의 밝기, 색 등을 제어할 수 있으며 또한 대형 건물의 에너지 효율이 감소시키는데 효과적이다. 

스마트 조명과 함께 LED 통신 기술의 발전도 급속하게 진행되고 있다. 2011년 삼성전자와 ETRI의 주도로 가시광통신에 대한 표준화를 이뤄냈다. 특히 LED-ID는 더 나아가 LED 디스플레이 기반의 스크린과 스마트 카메라로 고유의 정보를 송수신할 수 있는 기술이다. 이에 표준화를 진행중인 국민대 장영민 교수(사진)를 만나 LED통신 기술의 진척 상황을 자세히 들었다. 

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- 현재 관심을 두고 있는 회사들은 어디인가? 

인텔, 파나소닉, 차이나 텔레콤 관심이 많은 것으로 알고 있다.

- 교수님의 연구 개발 상황은?

우리의 라이벌은 현재 인텔이다. 우리는 롤링 셔터(Rolling Shutter)(CMOS)와 글로벌 셔터(Global shutter)(CCD)를 동시에 개발중이고 인텔은 글로벌 셔터(Global shutter)(CCD)가 중심이다. 

롤링 셔터는 화면의 좌우, 또는 위아래로 스캔하여 캡쳐하는 방식으로 프레임의 속도를 높일 수 있지만 센서의 주사선 위치마다 노출의 타이밍이 다르기 때문에 왜곡 현상이 발생할 수 있고 글로벌 셔터는 전체를 한번에 잡아 캡쳐하는 방식으로 왜곡이 발생하지는 않지만 전 화소 노출 후 모든 화소를 읽어내야 하기 때문에 프레임을 빠르게 할 수 없는 특징이 있다. 

일반 카메라들은 롤링 셔트(CMOS)가 대부분이다. CMOS는 저렴한 가격으로 대중적으로 사용할 수 있는 웹카메라 등 범용의 넓이가 넓은 것에 반해 글로벌 셔터(CCD)는 고감도, 고비용으로 최고급 카메라에 쓰인다. 인텔은 자동차에 들어가는 최고급 카메라들에 관심이 있다. 우리는 일반 카메라뿐만 아니라 글로벌 카메라까지 적용할 수 있도록 개발 중이다.

카메라의 프레임은 1초마다 30개 화면을 찍어서 하나의 사진을 받게 되어있다. 1초에 30 프레임을 얻을 수 있는 것이다. 하지만 기기마다 프레임 레이트(Frame rate)가 가변적이다. 꼭 1/30초가 아닌 경우도 있다. 웹캠은 20이 되기도 하고 어떤 것은 31로 올라가기도 한다. 우리가 제안하는 것은 모든 스마트 디바이스 카메라에 들어갈 수 있도록 적용하는 것이다.  

IoT 시대에 맞춰 근거리 통신 활용 가능
등대와 무인자동차 분야까지 확대

- 웹 카메라 같은 경우 IoT 기기에도 많이 들어가는데. 

그렇다. 웹 카메라도 데이터를 전송을 받아서 통신을 할 수 있게 하는 것이다. 카메라로 영상만 찍는 것이 아니라 영상을 받고 데이터 정보를 캡쳐, 추출해 내는 것이다. 레코딩은 물론이고 추가적으로 들어가는 정보를 같이 받을 수 있는 것이다. 눈으로만 보이는 정보가 아닌 추가로 많은 정보를 받을 수 있도록 하는 것이다. 

- 향후 이 기술은 어디까지 적용될 수 있을까.

LED를 활용한 가시광통신은 자동차 간 통신, 자동차와 신호등(지능형 가로등) 간 교통안전정보 수신 등 지능형교통시스템(ITS)에 활용할 수 있다. 등대와 선박 간 통신 전자태그(RFID)를 대신할 고속 센서서비스도 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 최근 LED를 백라이트(BLU)로 장착한 모니터 보급이 확산되면서 영상 속 특별정보를 받아볼 수 있는 있는 영상객체 통신, 광무선 근거리통신(Optical PAN) 등에도 적용할 수 있다. 등대가 돌면서 불빛을 쏘는데 모스부호처럼 LED를 통해 정보를 전달한다. 해운대에 등대가 9초마다 도는데 주된 정보는 ‘여기가 등대다’이다.  LED 통신을 이용하면 여기는 해운대이고 날씨, 파고 등의 정보를 전달할 수 있다. 

무인자동차까지 기술 발전 할 수 있는 자동차 레이다(Rader)의 다음버전을 준비 중이다.
지금까지는 데이터를 받아서 정보를 갖고 거리를 측정하는 것을 했다. 이 기술을 쓰면 실제 멀리도 확인 가능하다. 장거리를 가더라도 기존의 레이더를 쏘면 카메라 위치를 인식하는 것인데 이 기술은 데이터를 받기 때문에 위치도 정교하게 파악할 수 있다. 

또한 인간의 눈 대신에 카메라가 데이터를 받아서 브레이크를 밟는다든지 액션을 취하면 그 정보가 백라이트로 전송되어 뒤에 있는 차들이 어떤 동작할 수 있는지 알 수 있다. 브레이크를 밝으면서 뒤에 차에게 ‘브레이크 밟고 있어’, ‘차가 막히고 있어’, ‘속도를 줄여’ 하는 등의 추가적인 정보들을 줄 수도 있다. 

- 자동차는 보안성과 기술의 안전성이 중요한데 LED는 어떠한가?

아직은 안전성이 높지는 않다. 거리를 늘리고 데이터의 신뢰성을 높이는 연구를 진행중이다.
우리가 연구하고 있는 것은 5개 기고서 중 2가지가 장거리용으로 쓰이는 것이다. 

IoT 시대와 차세대 LED통신의 융합

- LED 통신은 IoT 시대에 어떤 역할을 할 수 있을까.

무엇인가 빛을 내고 패턴이 있으면 사용이 가능하기 때문에 IoT의 중점적인 부분인 디스플레이와 카메라와 시너지 효과를 낼 수 있을 것이다. 영상으로만 보던 것들을 데이터 송신용으로 커뮤니케이션 할 수 있다. 지금 학교에서도 지원해주는 개발 중에 주차장 디지털 사이즈(Digital Signage)가 진행되고 있다. 

주차장에 들어왔을 때 1층에 몇 좌석, 2층 몇 좌석 표시하지만 정확한 위치는 알려주지 않는다. 알려준 다해도 인간이 보고 기억해야 하는데 LED 통신을 이용한다면 주차공간에 센서가 있어서 1층에 10번이 비어있음을 센싱하고 송신하여 디지털 사이니즈에 ‘Welcome Kookmin University’만 떠도 주차공간 데이터를 카메라를 통해 수신하는 것이다. 그리고 자동항법과 자동 네비게이션 통해 자율 파킹까지 갈 수 있다. 

물론 와이파이 등 다른 통신으로도 할 수 있지만 5m로 레줄루션이 길다. 그러나 실내에는 LED조명이 빽빽히 설치되어있기 때문에 한마디로 정확성이 높아 주차공간을 파악할 수 있는 것이다. 

- 조명이 있는 실내만 가능한 것인가?

아니다. 드론에서도 카메라를 사용하는 이유는 감시 역할도 있지만 실제 위치 기반해서 충돌을 방지하는 것이다. 이 카메라로 LED 불빛을 반짝반짝 쏘게 되면 정확한 위치 데이터를 받아 충돌을 피할 수 있다.

장 교수는 2001년부터 한국정보통신기술협회 국제표준 전문가로 활동하면서 4G 이동통신 표준기술을 국내에 소개하는 등 학술 사업화를 추진해왔다. 이 밖에도 LED 융합센터연구 소장, 멀티스크린서비스포럼 운영위원장, IEEE 802.17.7기 OWC TG 의장을 맡아오며 조명기업, LED소자 기업 및 서비스 기업들의 생태계를 위해 힘써왔다. 

- 이 기술들이 극복해야 할 한계점들은 무엇인지. 

차세대 무선 통신거리는 최소한 100M 이상은 되야 한다. 우리는 현재 거리상으로 40M 나온다. 더 신뢰성이 있는 기술을 개발하기 위해 노력해야 할 것이다. 

디지털 사이니지 같은 가까운 거리인 10m~20m는 문제가 없는데 장거리 경우인 등대 같은 경우도 1~2Km 까지 가능해야 하기 때문에 새로운 통신 기법을 제안했다. 이미지 렌즈를 멀리 보내려면 불빛을 직접을 시켜야 한다. 레이저처럼 빛을 집중하여 쏠 수 있도록 광학적인 부분과 접목을 시켜서 개발해야 한다. 연구할 수 있는 분야들이 많이 남아 있다. 

창의적인 연구들은 시간이 지나면 다른 분야와 융합 발전
당장의 수익이 나지 않아도 꾸준히 할 수 있는 연구 환경 조성해야

- 표준화 단계부터 시작하는 입장으로서 포부가 남다를 것 같은데.

2010년도에 산업기술평가원 KEIT(한국산업기술평가관리원)로부터 과제를 받았다. 대학교수에게 혁신과제를 통하여 기술개발을 취지로 연구를 하다가 표준화를 하게 된 것이다. 새로운 스터디 그룹(Study-group)을 만들어 처음부터 키워왔다. 현재 이 시장이 어떻게 될지 모르겠지만 우리 기술이 경쟁력을 갖고 반영이 될 것 같다.

- 2010년부터 오랜 시간 힘써왔는데 힘든 점이 무엇이었나.

처음 이 분야를 연구한다고 했을 때 주변 교수들이 "전망도 보이지 않는데 왜이리 힘쓰냐"고 핀잔을 들었던 기억이 있다. 몇 달 전에도 우리나라는 ‘노벨상’이 나오지 않는 이유에 대해서 나오곤 했는데 그 분들은 노벨상을 목적으로 개발하지 않는다. 남들이 하지 않는 새로운 분야들을 제안해서 지속적으로 연구한다. 연구 도중에 다른 분야들과 융합하기도 하고 생각치 못한 새로운 것들을 찾을 수 있기 때문이다. 우리나라도 수익을 중점에 둔 유행 맞춘 연구들만을 지원할 것이 아니라 많은 비용을 투자하지 않더라도 창의적인 연구들을 꾸준히 지속할 수 있는 환경이 되었으면 좋겠다. 

"남들이 하지 않는 새로운 분야를 개척하고 그에 따른 지속적인 연구가 뒷받침되어야 한다. 우리나라가 노밸상을 받지 못하는 이유들을 말하곤 하는데 정작 노벨수상자들은 노벨상 목적으로 연구하지 않는다."