자율주행차 시작은 카메라, 라이다 등 ADAS 시스템이 핵심
국내업체, 자율주행차에 사용될 ADAS 기반 비전 칩 개발 중

꿈이 현실이 됐다, 라는 말이 가장 잘 어울리는 기술이 있다면 바로 그것은 자율주행 자동차일 것이다. 자동차를 부르면 알아서 달려오고, 또 스스로 목적지까지 주행한다. 자율차는 주행 중 장애물을 인식해 피하고 주인에게 각종 편의와 정보를 제공한다. 완전 자율주행차의 상용화는 좀 시간이 걸리겠지만 소위 말하는 ‘반 자율주행차’ 기술은 갈수록 고도화되고 있다. 이제 자율주행 기능을 갖춘 자동차 광고도 쉽게 볼 수 있을 정도로 우리 생활 깊숙이 다가왔다. 본지는 앞으로 11회에 걸쳐 자율주행차 기획을 연재한다. 자율주행차 산업 트렌드를 시작으로 레이더, 라이다, 카메라센서 등 반도체 부품, 통신, 정밀지도, SW플랫폼, 인공지능, 보안, K-City 서비스 등을 다룬다. 독자 여러분의 많은 성원을 부탁 드린다. <편집자 주>

3단계 자율주행차 기술의 상용화가 시작되면서 첨단 주행 보조 시스템에 대한 관심도 높아지고 있다. ADAS 시스템은 자율주행차로 가기 위한 기반으로 초반에는 주로 알림을 통해 도로 위 상태를 알려주는 역할을 했지만 최근에는 스티어링 휠, 브레이크 등을 자동으로 컨트롤 하는 수준까지 이르렀다.

제네시스 EQ900에는 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC), 후측방 충돌 회피 지원 시스템(BSD), 긴급제동 시스템(AEB), 부주의 운전 경보 시스템(DAA), 스마트 하이빔(SHBA), 앞 좌석 프리 액티브 시트벨트 등의 첨단 주행 보조 시스템(ADAS)이 탑재되었다. 신형 i30 왜건에는 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC), AEB, 차선유지보조 시스템 등의 ADAS 기술이 들어갔다. 이와 같은 ADAS가 작동하기 위해서는 카메라, 라이다, 레이더 센서를 통한 감지가 중요하다.

상용차별로 ADAS 시스템 장착을 보면 소형 일부 차량을 제외하고 카메라 단독이거나 레이더와 스테레오 카메라를 적용했다. 전방 100m, 서라운드 뷰, 후방까지가 카메라가 커버할 수 있는 범위이다. 실제 눈으로 볼 수 있어 운전자에게 직관적으로 도움을 주는 역할을 한다. 자율주행이 되면 차 한대당 최소 5대 이상의 카메라 센서가 장착되어야 360도 풀 커버리지를 감지할 수 있다.

차량용 카메라는 1메가급의 백만화소를 사용하고 있다. 2메가급의 제품은 개발 중으로 시제품이 나온 상태이다. 물체는 100m, 보행자는 40m 정도까지 감지한다. 종류에 따라서 주간용과 야간용으로 나뉘고 싱글 타입과 스테레오 타입으로 나뉜다. 스테레오 타입은 카메라를 두개로 사용하는 것으로 거리 정보까지 얻을 수 있다.

WDR(Wide Dynamic Range) CIS 센서는 인간의 시야와 유사한 특성을 제공한다. 차량 주행 중 역광이나 터널 통과 등의 상황에서 안정적인 물체 감지가 목적이다. NIR 나이트 비전 센서는 야간에 야생 동물과 부딪혀서 일어나는 사고를 예방하기 위한 것으로 영상을 찍었을 때 온도차에 따라 물체를 구분할 수 있다. 스테레오 비전은 두 카메라의 간격이 16cm가 추세이지만 큰 상용차는 간격이 넓은 것을 쓰고 일반 승용차는 좁은 것을 쓴다. 직접적인 거리 감지보다 도로가 어디까지인지, 도로를 벗어나는지를 확인하는데 사용한다. 실제 거리 정보를 가지고 Depth 이미지로 표현한다.

차량용 카메라 센서의 선두주자는 이스라엘의 모빌아이이다. 현재 전 세계 80% 이상의 OEM업체에게 소프트웨어와 칩을 납품하고 있으며, 대부분의 업체들과 자율주행 자동차를 연구 개발하고 있다. 모빌아이는 이미 일부 업체들과 자율주행 4단계에 적용되는 영상장치 납품에 대한 합의를 마쳤고 2018년에 EyeQ5, REM이 출시 예정이다.

국내에서는 넥스트칩이 비전 기반의 ADAS SoC인 APACHE4(아파치)를 개발하고 있다. 아파치는 ETRI의 차량용 CPU인 ‘알데바란’을 내장, ADAS 알고리즘을 추가한 영상기반 ADAS 시스템에 적용가능한 통합칩이다. 보행자검출(PD), 차량검출(VD), 차선검출(LD), 이동물체감지(MOD) 등이 가능하다.
넥스트칩의 정회인 연구소장은 “현재 아파치4 테스트 중이다. 도로 주행 테스트를 통해 아직 해결되지 않은 고민들을 체크하고 해결해 나가고 있다”며 “다음 라인업에는 딥러닝 적용도 일부 고려하고 있다”고 말했다. 아파치4는 내년 초 시제품을 선보이고 2020년에는 양산에 들어갈 계획으로 완성차 업체의 1차 벤더를 통해 공급될 예정이다.


라이다, 소형화 저가격으로 개발되는 추세

자율주행차에 있어 3차원 위치 정보를 확보하기 위해 빠질 수 없는 또 하나의 센서가 라이다(LIDAR)이다. 글로벌 라이다 시장은 2016년에 14억 2,790만 달러를 기록했다. 25.8%의 연평균 성장률(CAGR)로 성장하여 2022년에는 52억 480만 달러에 달할 것으로 예상된다.

라이다 기술은 다양한 방식으로 구현할 수 있는데 레이저를 조사하는 능동형 기술과 레이저를 조사하지 않는 수동형 기술로 나뉜다. 차량용 라이다로 적합하려면 주간과 야간에 모두 사용 가능하고 100m 이상 범위의 주변 상황에 대한 고해상도 3차원 공간정보 검출이 가능해야 한다.

구글 자율주행차에 초기에 적용되었던 라이다 모델은 벨로다인의 HDL-64로 64채널의 레이저를 갖춘 회전형 스캐닝 라이다 센서이다. 가격대가 1억 원대 수준으로 상용화되기 어려운 단점을 가지고 있다. 이에 구글은 14년 직접 자율주행 자동차를 만들면서 라이다 센서도 소형화했다.

포드는 16년에 야간 주행이 가능한 자율주행차를 시연했다. 이것은 라이다 센서를 이용한 야간 주행이 가능하다는 것을 보여준 것이었다. 벨로다인의 32채널 라이다를 장착하였는데 한 개의 센서로 감당할 수 없는 성능의 한계를 동일한 센서를 4개를 장착함으로 극복했다.

쿼너지 시스템즈는 솔리드 스테이트 스캔 방식의 8채널 회전형 라이다를 선보였다. 이 제품은 벨로다인의 제품의 1/30 수준의 가격이다. 개당 250달러를 목표로 모터 회전 방식에서 무회전 라이더 제품으로 일정한 시야각만 확보하는 모델을 대량 생산하는 것에 중점을 맞추고 있다.

처음에는 사이즈의 문제로 차의 지붕위에 달리던 라이다는 소형화되면서 디자인을 고려해 차의 앞쪽 그릴 부분에 장착되는 추세이다.

ETRI, 라이다 문제점 보완한 독자 기술 개발

국내에서는 전자부품연구원(KETI)에서 순수 국내기술로 ‘스캐닝 라이다 광학엔진 플랫폼’을 개발해 도로주행 테스트를 거쳤고 360도 스캐닝 라이다 기술을 개발 중이다. 한국전자통신연구원(ETRI)도 기존 3차원 방식의 라이다 기술이 갖는 고유의 문제점을 보완하기 위해 국내 독자 기술인 Static Unitary Detector(STUD) 방식을 개발했다.


이 기술은 고해상도의 3차원 영상품질을 낮은 비용으로 확보하는 솔루션으로 센서 배치 구조에 따라 자율주행차 이외의 드론, 감시 로봇, 초소형 IoT 센서에도 활용할 수 있다. 개발한 시제품 GEN3 모델은 상용 라이다 제품 수준인 100*100*150mm 크기이다. 스터드 방식이기 때문에 회전 없이 광각/360도 탐지형태로 구현할 수 있으며, 구동 중에도 해상도 조절이 자유롭고, 소형화에 유리하다.

ETRI는 “라이다 3차원 영상센서 기술이 가장 빠르게 변화하고 있으며 저가의 기술이 요구되는 방향으로 가고 있다”며 “이 기술은 더 이상 차량에 장착된 센서 중 하나가 아니라 미래 글로벌 자율주행차 및 스마트카 시장의 근간을 흔들 수 있는 핵심 플레이어 역할을 할 것이다”고 전했다.