스마트&무인자동차용 3차원 시각센서
2조 3천억원 시장 놓고 선점전 ‘후끈’
3차원 시각센서기술은 TOF 방식을 응용한 첨단기술. 자동차 거리감지용으로 사용되는 77GHz 레이더는 올해만 450만개가 공급되며 2조3천억원 시장을 형성할 것이란 전망이다. 지난 5월30일 열린 ‘2013 스마트기기에 필요한 차세대 센서 기술 및 산업전망 세미나’에서 한국전자통신연구원 권용환 박사가 무엇이 핵심이며 문제인지 설명했다.
<편집자>
3D 센서의 가능성
구글은 무인자동차로 관심을 모으고 있다. 구글이 수익의 12%에 달하는 28억 달러를 투자해 독자 개발한 무인자동차는 지난 2010년 14만마일(22만4000㎞) 주행에 성공했다. 이 회사는 5년 내 무인자동차를 상용화하겠다는 전략이다.
미국 정부는 지난해 2월 무인자동차의 도로주행을 정식으로 허용했다. 미국 네바다주가 무인자동차의 도로 주행을 정식 허용함으로써 앞으로 머지않아 네바다주 도로에는 무인자동차들이 활보할 것으로 예상된다.
네바다주 입법위원회는 이미 무인자동차의 도로 주행 허용 관련 규정을 비준했다. 이에 따라 네바다주에는 구글이 연구개발한 무인자동차가 시범적으로 운행될 전망이다. 이들 차량은 기타 다른 차량과의 구별을 위해 홍색 번호판을 달고 운행될 예정이라고 한다. 또 미국 캘리포니아주에서도 무인자동차 운행을 허용하는 법안에 서명했다.
이들을 가능하게 하는 핵심이 바로 3차원 시각센서 기술이다. 3차원 시각센서기술은 ‘타임 오브 플라이트(Time of Flight, TOF)’ 방식으로 거리를 측정하고 TOF와 2D 스캔 혹은 검출기 어레이로 3차원 영상을 구성한다.
차량용 거리 감지 센서인 77GHz 레이다는 전량 완제품을 독일 콘티넨탈사로 부터 수입해 현대자동차의 제네시스와 그랜저의 ACC 시스템에 2008년부터 적용하고 있다. 2010년 부품소재 수입상위 품목 분석 후 20대 핵심 부품소재 사업에 포함된 이 센서의 국내 매출은 오는 2015년까지 4,700억원에 이를 것으로 전망되고 있다.
2013년까지 세계 차량용 레이더의 수요시장 규모는 450만개, 매출액은 2조3천억원에 이를 것으로 예상된다.
차세대 차량용 3D 비전센서는 기존의 전방 차량인식 이외에 전측방 차량인식, 보행자 인식 및 주행 차선인식 등을 가능하게 하는 2세대 차량용 비전센서 기술이 요구된다.
미국은 DARPA 주도로 2007년 어번 챌린지(Urban challenge)를 개최하여 기존의 905nm 대역의 스캐너 방식을 이용한 제품들이 적용되어 완주한 바 있다. 국내에서도 현대자동차 주관으로 2010년 자율주행대회를 개최했는데 대부분 Sick사의 제품을 적용한 국내 11개 대학이 출전하여 경쟁했다.
현재 볼보사는 세계에서 상용차로는 최초로 자사의 XC60 양산차량에 ‘시티세이프티’라는 레이저 스캐너 기반의 충돌 방지장치를 장착해 판매하고 있다.
현황과 문제
전문가들은 관련 핵심부품인 3D 시각센서의 국산화가 시급하다고 입을 모으고 있다. 현대모비스, 만도 등 관련 업체에서는 레이저 기반 3D 비전센서 기술을 향후 통합안전주행 또는 자율주행차량의 핵심기술로 파악하고 외국의 상용부품을 수입하여, 관련 소프트웨어 및 장비를 개발하고 있다.
차량용 3D 비전센서 기술은 ‘77GHz→2D 스캐너→1zN 어레이 기반 3D 스캐너→NxN 어레이 기반 3D FLC’로 발전될 것으로 전망된다.
업계에서는 이와 관련 시각 안전 확보 기술이 중요하다고 지적한다. 기존의 905nm 대역의 Si 물질계를 사용하는 경우, 빛이 눈 내부로 대부분 투과되어 망막에 도달 및 시신경 손상 시 영구실명의 우려로 레이저 출력의 제한 요인이다. 1550nm 파장의 경우는 시각 안전 및 주간에 야외에서 태양빛에 의한 잡음억제 측면에서 장점이 있는 것으로 알려져 있다.
미국국립표준기술연구소(NIST)에서는 지난 2004년 ‘Performance Analysis of Next-generation LADAR for Manufacturing’을 통해서 차세대 무인 자율주행 플랫폼 응용을 위해서 1550nm의 시각안전파장대역 사용을 권고한 바 있다.
1xN 어레이는 비나 눈에 의한 에러율을 낮추고 복수의 반사신호로부터 신뢰성 있는 영상을 획득할 수 있다. 보다 높은 출력의 레이저가 필요해지기 때므로 시각안전 이슈가 보다 더 중요지고 있다. 1xN 어레이를 사용하면 전방 및 하방을 동시에 탐색이 가능하기 때문에 1xN의 로컬 플래시 운용이 필요하다.
국내외 관련 업계나 기관에서 차량용 3D 비전센서 개발을 서두르고 있다. 이 분야 선두업체인 IBEO의 제품은 기존 무인 자율주행 차량들이 많이 선택하고 있다. 1x4 어레이 기반의 최신 센서모듈을 출시했다. 905nm 대역을 사용해 동작거리에 한계가 있다는 지적이 있다.
Velodyne은 후발업체로 2007년 DARPA 어번 챌린지 대회 참가업체에 센서모듈을 무상으로 제공하는 전략으로 시장에 진입했다. 1x32 어레이 기반 및 360도 회전이 가능한 제품을 개발했다. 전문가들은 센서 모듈 배치상(지붕) 상용차량 적용에 어려움이 있을 것이라고 평한다.< 또한 905nm 대역 사용 및 광원세기 제한으로 동작거리에 한계가 있다는 지적도 있다.
ASC는 1987년 창립 후, NASA와 DARPA 과제를 통해 기술 개발 및 상용화에 주력하고 있다. 세계 유일의 1550nm 대역의 128x128(64) 어레이를 이용한 FLC를 상용화했다. 스캐너 프리 제품을 개발했지만 2억에 달하는 고가이며 차량용으로는 시야각(45도)이 부족하다는 지적이다. 검출기 어레이를 Goodrich에 아웃소싱하고 있어 저가화나 차량 전용제품 출시에 한계를 보이고 있다.
한국전자통신연구원(ETRI)에서는 2004년 이후 국방 응용을 위한 과제 진행으로 핵심 요소기술을 확보하고 있다. 1550nm 대역의 제품 개발로 시각안전 및 저가화 확보가 가능하다. 자체적으로 검출기 어레이 개발 역량을 보유해 차량에 최적화된 센서 제품 개발이 가능하다.<김유활 기자>
