멜렉시스, 미드레인지 ADAS용 저해상도 센서 개발
RISING VGA FOR SAFETY
2012년 07월호 지면기사  / 글│한 상 민 기자 <han@autoelectronics.co.kr>

전 세계가 도로사고 저감을 위해 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS) 장착을 권장하고 있고, 카 메이커들은 이를 브랜드 차별화에 적극 활용하고 있지만 소비자, 카 메이커에겐 비용이 걸림돌이 되고 있다. ADAS의 미드레인지 적용에 대응해 멜렉시스가 저해상도 센서의 향상에 나서고 있다.

더 많은 센서의 요구

차량용 이미지 센서 서플라이어들은 현재 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)용 차세대 메가픽셀 이미지 센서를 개발 중이다. 그러나 메가픽셀 센서의 개발이 VGA, 또는 확장 VGA와 같은 저해상도 카메라의 종말을 의미하는 것은 아니다. 센서 스페셜리스트 멜렉시스는 저해상도 카메라의 미래를 예측하려면 다양한 ADAS 애플리케이션에서 메가픽셀 카메라의 장단점을 살펴봐야한다고 말한다.
졸음운전, 운전부주의 등으로 차가 차선을 벗어날 때 경고하는 차선이탈 경고(Lane Departure Warning, LDWS), 전방 주행상황을 실시간 감지해 충돌상황 발생이 예상될 때 운전자에게 경고해 적절한 대처를 유도하는 전방충돌 경고(Foward Collision Warning, FCW), 적응형 헤드라이트(Adaptive Headlight Control, AHC) 등과 같은 프론트비전(front-vision) ADAS는 메가픽셀 카메라의 첨단 기능으로부터 다양한 이점을 얻는다.
예를 들어 메가픽셀 카메라는 먼 거리에서도 3~4배 더 높은 해상도로 차량, 보행자, 사물의 이미지를 끌어낸다. AHC에서는 주변의 헤드라이트나 테일라이트를 더 빠르게 인식할 수 있기 때문에 더욱 정밀한 작동이 가능해진다.  
현재 미국의 신차 안전성 평가 프로그램 NCAP(New Car Assessment Program)을 보면, 카 메이커가 그들의 모델을 상위에 랭크시키기 위해서는 LDWS와 FCW를 장착해야만 한다. US NCAP은 모델이어 2011에 대해 일부 사고회피 기술을 권장하고 평가에 중요하게 반영하기 시작했고 이에 따라 ADAS 시장은 더욱 성장할 전망이다.
그러나 카 메이커나 고객들에게 시스템의 가격은 껄끄러운 부분이다. 멜렉시스는 최적의 비용에서 최대의 효과를 낼 수 있는 시스템을 개발해야만 하는 상황에서 확장 VGA 카메라가 LDWS와 FCW에서 이같은 결과를 제공할 수 있다고 보고 있다. 비용에서의 이점은 낮은 MTF(Modulation Tansfer Function)의 저가 렌즈, 성숙되고 규모의 경제 하에 생산되는 프로세스 유닛과 이미지 센서에서 비롯될 수 있다. 




 


비용과 성능의 절충

미국에서 올해 기대됐던 후방 카메라 의무장착(Cameron Gulbransen Kids Transportation Safety Act)은 연기됐지만 후방 카메라는 물론 서라운드뷰 시스템(surround-view)의 장착이 늘고 있는 추세다.
서라운드뷰 애플리케이션의 경우 일반적으로 170~190도의 화각을 구현하는 렌즈를 통해 영상을 만들어 내고 알고리즘을 통해 왜곡을 보정한다. 이때 메가픽셀 카메라는 이미지 사각의 해상도를 증대시킨다. 하이엔드 시스템들은 디스플레이에 말끔한 영상을 제공하기 위해 해상도를 높여야만 한다. 그러나 미드레인지 카의 시스템에서는 좀 다를 수 있다. 서라운드뷰 애플리케이션의 장착이 서서히 미드 세그먼트 차량으로 옮겨감에 따라 비용은 가장 큰 영향을 미치고 있고 서플라이어들은 가격과 성능 두 마리 토끼를 잡기 위해 VGA 기반 시스템에 주목받고 있다.
클리프 데 로트(Cliff De Locht) 매니저는 “햇살이 매우 눈부시거나 터널 등 어두운 곳에서 갑자기 빠져나올 때 등과 같은 낮 시간 주행상황에서의 특수성, 야간환경에 대응하는 것은 자동차 이미지 센서가 지녀야할 기본이다. Avocet 센서는 매우 어둡고 밝은 영역의 디테일을 극대화한다”며 “그러나 이같은 성능뿐만이 아니라 비용에서도 탁월하다”고 말했다.   
멜렉시스의 MLX75411과 MLX75412 등 Avocet 시리즈는 이 모두를 만족시킬 수 있도록 특별히 ADAS를 위해 고안된 이미지 센서다. 60 fps의 풀 프레임 속도, 매 싱글 프레임 내에서 디지털 이미징 기술보다 밝은 영역과 어두운 영역의 차를 더 크게 표현할 수 있도록 하는 154 dB의 HDR(High Dynamic Range) 와이드-VGA(WVGA) 센서는 VGA와 메가픽셀 카메라의 중간 값인 1024×512 픽셀을 지닌다. 센서는 VGA 해상도의 윈도를 대신할 수 있고, 1024의 수평해상도를 지님에 따라 서라운드뷰 시스템에서 렌즈 왜곡에도 대응할 수도 있다. 
다이틸트(die tilt) 정밀도 0.03° 미만의 글래스 볼그리드 어레이(BGA) 패키지는 전체 이미지에 대한 일관된 초점, 스테레오 비전 카메라 어셈블리에서의 이점을 보장한다. 또 탁월한 저조명 성능을 지닌 센서들은 신호 대 잡음비(SNR)가 10, 25 ㎻/㎠다. 이같은 고감도 센서는 ADAS의 저조명 기능을 증대시키는데 기여하면서 적은 렌즈 요소, 작은 렌즈 사용을 통해 저비용 효과를 끌어낸다.
로트 매니저는 “멜렉시스 센서는 저비용, 최고 수준의 HDR로 매우 광범위한 ADAS 애플리케이션에 적용되는 센서”라며 “후진 중 어린이를 발견하고, 다양한 환경적 상황에서도 보행자 및 전방 차량 헤드라이트 등을 탁월하게 감지해낸다”고 말했다.  



열화상, 저해상도

멜렉시스는 VGA 카메라의 종말에 대해 자동차시장에서 만큼은 아니라고 답할 수 있다면서, 열화상 저해상도 카메라에도 주목하고 있다. 
열화상 카메라는 현재 QVGA(Quarter Video Graphics Array)급이 야간주행 시 전방의 물체를 인식해 대시보드에 표시하거나 경고하는 하이엔드 시스템인 나이트비전(Night Vision)에 사용되고 있다. 이 센서는 가시광 센서와 달리 완전히 어두운 곳에서 작동된다는 점에서 큰 차이를 보인다. 살아있는 사물은 주위 환경에 비해 높은 온도를 지니기 때문에 두드러지고, 스크린에서 간단한 알고리즘과 프로세싱을 통해 눈으로 식별하기 쉽게 표시된다.



그러나 QVGA 열화상 카메라는 명백하게도 수백에서 수천 유로에 이르는 높은 가격이 문제다. 현재의 비용 구조 그대로라면 미드 세그먼트 플랫폼에서 열화상 카메라, 나이트비전의 적용은 쉽지 않을 전망이다. 고가의 가격은 MEMS 볼로미터, 진공 패키징의 감지기술, 열 감지를 위한 고가의 특수 렌즈 그 자체 비용이다.
그러나 비용 구조의 근본적 변화를 끌어내기 위한 연구가 몇몇 연구소와 기업들에 의해 진행되고 있다. 이들은 웨이퍼 레벨에서 진공 패키징을 통해 볼로미터 센서 생산가격을 낮추려하고 있다. 또 저가의 물질, 하이볼륨 몰딩 기술, 값비싼 렌즈의 거울 대체 등의 방법으로 광학 부문에서 비용을 삭감하는 작업을 전개하고 있다. 멜렉시스는 이같은 연구가 향후 성과를 나타내면서 열화상 시스템의 미드레인지 카 적용을 가능케 할 것으로 보고 있다.



멜렉시스의 경우엔 비싼 볼로미터 기술을 저해상도의 열전대열(thermofile) 기반 어레이로 대체시키려 하고 있다. 이 기술은 이미 저탄소 배출, 연비 향상에 기여하는 HVAC 컨트롤과 같은 멜렉시스의 자동차 부문 비접촉식 열 센서 애플리케이션을 통해 성능을 입증한 바 있다.
한편 멜렉시스의 고객들은 올해 16×4 픽셀 해상도 기반 어레이의 최초 버전을 평가하고 있다. 해상도는 기술 성숙도에 따라 서서히 증대될 전망이다. 이 센서의 타깃 애플리케이션은 사각지대 감지(Blind Spot Detect, BSD) 운전자 식별(Driver Classification), 침입 감지(Intrusion Detection) 시스템 등이다.
ADAS의 적용 확대 요구에 따른 시스템의 비용과 효율 문제가 비전 기반 ADAS에서 저해상도 카메라를 요구하고 있다.



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