전방카메라

전방카메라는 차선유지 보조장치, 자동 비상제동, 적응형 순향제어 등과 같이 중요한 안전 기능에서 요구되는 첨단 감지 기능을 제공하는 첨단 운전자 지원 시스템의 핵심 요소이다.

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개요

전방카메라는 차로이탈 방지 보조, 자동 비상제동, 적응형 순향제어 등과 같이 중요한 안전 기능에서 요구되는 첨단 감지 기능을 제공하는 첨단 운전자 지원 시스템의 핵심 요소이다. 기본적으로 자율주행 자동차에 장착되는 전방카메라는 차량 전방의 사물을 정확하게 인지해 자동차가 스스로 운전할 수 있도록 하는 데에 핵심적인 역할을 한다. 또 운전자가 전방을 제대로 확인하지 못하면 운전자에게 경고 신호를 보낸다. 긴급 상황에서는 차량 스스로 제동 장치를 작동해 사고를 방지하기도 한다. 운전자 모니터링 카메라는 운전자가 운전에 집중하지 않을 경우, 비상상황이 발생한 경우 등 다양한 안전장치나 경고 장치를 작동하도록 돕는 역할을 한다. 차량 내 스피커, 통신장비 등을 이용해 운전자나 비상연락처에 경고 알림을 보내고, 차량을 안전한 곳에 정차 시켜 사고를 방지한다.

종류

모노 카메라

모노 카메라는 하나의 모듈로 구성된 카메라이며, 윈드쉴드에 부착되어 있다. 이 카메라는 입력되는 이미지 정보를 전기 신호로 바꾸어 도로 상황, 주행 요건 변화 등을 계산할 수 있도록 설계되어 있다. 그래서 이 카메라는 차선, 선행·대행 차량의 정보 및 거리, 표지판 등을 인실할 수 있으며, 비교적 간단한 구조이지만 다양한 기능을 수행할 수 있고 스테레오 카메라보다 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 그러나 악천후 시 인식률이 조금 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 그러나 최근, 모노 카메라의 기능 향상으로 120도의 화각, 초당 15프레임의 영상 분석 및 3D 표현이 가능하게 되어 비교적 저렴하고 단순한 모노 카메라를 개발 및 적용하는 추세이다.

스테레오 카메라

스테레오 카메라는 2대의 카메라를 사용해 입체 영상을 얻는다. 이것은 카메라 배치 방식과 주시점 제어 방식에 따라 분류할 수 있다. 모노 카메라와 다르게 두 개의 카메라를 사용하여 입체영상 정보를 얻게 되고, 그 결과 도로의 높낮이, 물체의 크기, 주변 상황 등을 더욱 세밀하게 분석할 수 있다. 그래서 모노 카메라에서는 구현할 수 없던 바디 컨트롤 기능을 구현할 수 있게 되었다. 바디 컨트롤 기능은 노면 상태, 바람의 방향 등을 고려하여 차체의 전고나 수평을 조절하여 탑승객은 마치 도로가 평평한 것처럼 느끼게 만들어주는 기능이다. 스테레오 카메라는 삼각법을 기반으로 거리 정보를 획득할 수 있는 센서로서 영상과 거리 정보를 동시에 제공할 수 있다는 장점이 있다. 모노 카메라보다 하드웨어 가격 및 알고리즘 복잡도가 높다는 단점을 갖지만, 하드웨어 가격의 하락, 프로세서 성능의 향상, 효율적인 알고리즘의 개발로 인해 장점이 부각되고 있다.

전방카메라를 사용해 구현한 기능

• 차로이탈 방지 보조: 운전자의 부주의에 의한 차로 이탈을 감지하는 즉시 스티어링 휠을 조작해 자동차를 차선 안으로 넣어주는 기능이다.
• 하이빔 보조: 다기능 전방 카메라를 사용해 구현되는 기능으로, 카메라에 불빛이 감지되면 하이빔을 일시적으로 로우빔으로 바꾸어 준다.
• 전방 충돌방지: 전방의 차량과 충돌이 예상되는 경우, 운전자에게 경고하거나 브레이크를 자동으로 작동 시켜 충돌을 회피하는 기능이다.
• 스마트 크루즈 컨트롤: 다기능 전방 카메라와 전방 레이더를 통해 앞차와의 안전거리를 유지하면서 일정한 속도로 주행을 하게 해주는 기능이다.
• 나이트 뷰 어시스트: 야간 주행 시 전방의 상황을 선명한 카메라를 통해 보여주는 기능으로 적외선 분석 기능이 포함된 다기능 전방 카메라를 사용하여 작동한다.

ADAS 전방카메라

엘지전자㈜(LG Electronics)는 ADAS 전방카메라를 개발하고 있다. 이 카메라는 전방에 물체를 감지하는 역할을 수행한다. 카메라가 전방의 물체를 발견하면 자동차가 스스로 긴급 제동을 하고, 차선을 자동 유지하게 되는 것이다. 그뿐만 아니라 카메라는 전방의 교통정보 수집, 앞차와의 간격 유지, 교통 표지판 자동 인식, 상향등 자동 제어 등도 수행한다. 카메라 센서는 전체 자율주행 센서 중 절반 정도의 비중을 차지한다. 보통 ADAS는 레이더 센서와 카메라를 활용해 동작한다. 엘지전자㈜의 ADAS 카메라는 레이더 센서 의존 없이 각종 ADAS 기능을 독립적으로 실행하는 장점이 있다. 자율주행차에 활용되는 인공지능, 딥러닝 기반 카메라는 보이는 사물을 인식하는 것에서 끝나지 않는다. 이 카메라 기술은 다양한 환경, 다양한 조건의 영상을 스스로 학습해서 인식률을 높이고 자동차와 사람의 이동 패턴, 트랜드 패턴, 미래 패턴까지도 예측해 분석한다. 엘지전자㈜는 인공지능 자율주행 소프트웨어를 개발하고, 이 분야의 경쟁력을 높이기 위해 2019년 1월 마이크로소프트(Microsoft)와 손을 잡았다. 2021년 11월 25일, 엘지전자㈜는 메르세데스-벤츠가 속한 독일 자동차 기업 다임러(Daimler AG)와 함께 개발한 ADAS 전방카메라가 자율주행·인공지능 커뮤니티 오토센스의 글로벌 콘퍼런스인 '오토센스온라인2021'에서 하드웨어 개발 최고상인 금상을 받았다고 전했다. 엘지전자㈜에 따르면 오토센스 콘퍼런스는 지난 2015년에 시작해 매년 혁신 기업을 선정해 상을 주며, 이번 콘퍼런스에서 엘지전자㈜는 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)와 공동으로 기조연설에 나섰다. 기조연설에서 두 회사는 올해 출시된 소형 세단 메르세데스-벤츠 C클래스의 ADAS 중 하나인 전방카메라의 개발 협업 과정을 설명했다.

현황

전방 카메라 시스템은 차로이탈 방지 보조(LKA), 자동 비상제동(AEB), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC) 등과 같이 중요한 안전 기능에서 요구되는 첨단 감지 기능을 제공하는 첨단 운전자 지원 시스템의 핵심 요소이다. 여기에, 자일링스(Xilinx)와 임베디드 인공지능(AI) 자율주행 공급업체인 모토비스(Motovis)는 자일링스의 자동차 등급(XA) 징크(Zynq) SoC 플랫폼과 모토비스의 컨볼루션 신경망(CNN) IP를 결합하여 자동차 시장, 특히 전방카메라 시스템의 차량 인식 및 제어를 위한 솔루션을 제공하기 위해 협력하고 있다고 밝혔다. 이 솔루션은 고객들이 개발을 가속화하고, 향상할 수 있는 견고한 플랫폼을 제공하고자 하는 자일링스의 기업 전략에 기반하고 있다. 현재, 이용 가능한 이 솔루션은 컨볼루션 신경망을 활용하여 유럽 신차 평가 프로그램(NCAP: European New Car Assessment Program) 2022 요건에 필요한 다양한 파라미터를 지원하며, 짧은 처리 시간의 이미지 프로세싱과 유연성 및 확장성을 비용 효율적으로 구현할 수 있다. 스트래더지 애널리틱스(Strategy Analytics)의 글로벌 자동차 부문 부사장인 이안 리치스(Ian Riches)는 "두 회사의 이번 협력은 자동차 OEM 업체들이 더 빠르게 혁신을 가속할 수 있도록 함으로써 전방 카메라 시장에 중요한 이정표가 될 것이다"라고 말했다. 이 전방 카메라 솔루션은 모토비스의 CNN IP를 이용하여 28nm 및 16nm XA 징크 SoC 제품군에 걸쳐 확장이 가능하며, 최적화된 하드웨어 및 소프트웨어 파티셔닝 기능과 모토비스의 딥러닝 네트워크를 호스팅하는 사용자 지정이 가능한 CNN 전용 엔진의 독보적인 조합으로 가격 대비 다양한 성능 레벨의 비용 효율적인 제품으로 제공된다. 이 솔루션은 최대 8메가픽셀의 이미지 해상도를 지원한다. OEM 및 Tier-1 공급업체들은 처음으로 모토비스의 인식 스택 위에 자체 기능 알고리즘을 계층화하여 디자인을 차별화하고, 미래 지향적인 설계를 구현할 수 있게 되었다. 이어 "전방카메라 시장은 엄청난 성장 기회를 가지고 있으며, 2020년에서 2025년까지 매년 전년 대비 약 20% 가까운 성장률을 기록할 것으로 전망된다"며, "자일링스와 모토비스는 고도로 최적화된 하드웨어와 소프트웨어 솔루션을 제공함으로써, 특히 새로운 표준의 등장과 지속해서 증가하는 요구사항에 대응해야 하는 자동차 OEM 업체들의 요구를 완벽하게 충족시킬 수 있을 것이다"라고 밝혔다. 모토비스의 CEO인 젱후아 유(Zhenghua Yu) 박사는 "자일링스와 함께 새로운 이니셔티브를 공개하고, CNN 전방 카메라 솔루션을 출시하게 되어 매우 기쁘게 생각한다. 전방 충돌방지 및 차로이탈 방지 보조 기능을 지원하는 시스템을 설계하는 고객들은 미래의 새로운 기능을 쉽게 구현할 수 있는 유연성을 갖춘 SoC 내에서 효율적으로 신경망을 처리할 수 있어야 한다"고 말했다. 이어 "모토비스의 사용자 지정이 가능한 딥러닝 네트워크와 탁월한 효율성 및 최적화를 제공하는 CNN 전용 엔진을 호스팅하는 자일링스의 징크 플랫폼을 통해 고객의 요구에 부합하는 미래 지향적 설계를 지원할 수 있게 되었다"고 밝혔다. 시장에서는 유럽위원회 일반 안전규정(The European Commission General Safety Regulation), 미국 고속도로 교통안전국(National Highway Traffic Safety Administration), NCAP 등과 같은 글로벌 정부 규정 및 소비자 감시단체들의 요구를 준수하기 위해 전방 카메라 시스템의 도입을 지속해서 추진하고 있다. 이러한 3곳의 기관들 모두 2020년에서 2025년까지 생산되는 신차에 구현되는 자동차 제조업체의 차로이탈 방지 보조 및 전방 충돌방지 시스템과 관련한 공식 규정 및 강력한 지침을 발표했다. 자일링스의 자동차 사업부 수석 디렉터인 윌라드 투(Willard Tu)는 "전방 카메라 시장을 위한 포괄적인 솔루션으로 XA 제품을 확장함에 따라 비용에 최적화된 고성능 솔루션을 고객들에게 제공할 수 있게 되었다. 이러한 제품을 출시하고, 업계에 기여할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각한다"고 말했다. 이어 "모토비스의 임베디드 딥러닝 전문기술과 전방 카메라 인식 기능의 까다로운 과제를 해결할 수 있는 최적화된 신경망 기법은 자일링스가 시장 점유율을 확장하고, OEM 고객들이 시장 출시 시간을 단축하는데 독보적인 역할을 수행하게 될 것이다."라고 강조했다. 한편, 자일링스와 모토비스는 오는 9월 15일에 가상으로 열리는 '자일링스 어댑트 2021(Xilinx Adapt)'에서 발표할 예정이다. 어댑트 2021은 사용자가 적응형 컴퓨팅의 가치를 활용할 수 있도록 기획된 100개 이상의 발표, 포럼, 제품 트레이닝 및 랩 시리즈를 비롯해 파트너 및 고객이 참여하는 기조연설이 진행될 예정이다.

참고자료

• 〈3D 스테레오 카메라〉, 《네이버 지식백과》
• LG전자, 〈자율주행차의 핵심 '카메라' 기술을 만나다〉, 《네이버 포스트》, 2019-03-18
• MCARFE, 〈자동차의 '눈' 카메라에 대한 모든 것〉, 《네이버 블로그》, 2018-05-17
• 채영석 기자, 〈자동차용 스테레오 비전 개발동향〉, 《글로벌오토뉴스》, 2014-11-04
• 금호타이어, 〈운전자의 또 다른 눈, 차량용 카메라 이야기!〉, 《금호타이어 블로그》, 2018-07-04
• 박진우 기자, 〈LG전자-벤츠 공동 개발 ADAS 전방카메라, 오토센스 금상 받아〉, 《조선비즈》, 2021-11-25
• 최광민 기자, 〈혁신적인 인공지능(AI) 자동차 전방 카메라... 자일링스-모토비스, 완벽한 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션 발표〉, 《인공지능신문》, 2021-09-01

같이 보기

• 카메라
• 후방카메라
• 차로이탈 방지 보조
• 하이빔 보조
• 전방 충돌방지
• 스마트 크루즈 컨트롤
• 나이트 뷰 어시스트

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