각종 영상 및 안전 기능을 제공하기 위하여 자동차에 갈수록 더 많은 디스플레이 장치가 도입됨에 따라 차량용 카메라의 수요가 증가하고 있다. 카메라는 레이더, 초음파 및 적외선 센서의 보조 역할로서 각종 정보를 완전한 화상으로 제공한다. 차량용 카메라는 주로 중대형 최고급 자동차에 장착돼 왔으나, 이제는 일반 승용차에 비해 후방 시야의 사각지대가 넓은 SUV, 픽업트럭, 미니밴 등으로 적용 범위가 확대되고 있다.
자동차에 CCD나 CMOS 이미지 센서를 이용한 카메라를 탑재함으로써 운전자 지원(Driver Assistance)이나 프리크래시 세이프티(Pre-crash Safety) 시스템을 실현할 수 있다. 예를 들면, 밀리미터파 레이더와 CCD/CMOS 카메라를 결합하여 높은 검출 정밀도로 장애물을 감지해 운전자에게 경고(소리나 진동)하거나 브레이크를 자동 제어하는 시스템, 머신 비전 시스템을 이용한 차선 이탈 경고나 스티어링을 자동 제어하는 시스템, 차내에 설치된 CCD/CMOS 카메라로 운전자의 얼굴 방향을 인식해 위험을 사전 경고하는 시스템 등이 이미 실용화되었다(그림 1 참조).
시장조사기관 테크노 시스템즈 리서치(Techno Systems Research, TSR)에 따르면, 2008년 20% 미만이었던 신규 차량 대비 카메라 장착 차량 비율은 2012년 70%대로 성장할 전망이다. 역시 시장조사기관인 머큐리 리서치(Mercury Research)는 세계 자동차시장의 불황에도 불구하고 차량용 카메라 시장의 지속적인 성장을 점치고 있다.   그 성장 배경으로는 작년(2009년) 신차 판매 대수에서 미국시장을 제치고 처음으로 세계 1위로 올라선 중국시장주1)에서 카메라 탑재가 시작된 것과 소나(sonar)가 주류인 유럽시장에서 일부 고급차에 카메라 탑재가 시작된 점을 들고 있다.
일본에서도 토요타자동차의 카메라 탑재율이 크게 증가하고 있다. 순정 옵션과 딜러 옵션을 합쳐 차종에 따라서는 전수 탑재에 육박하고 있을 정도다. 또한 미국에서는 통칭 ‘힐러리 법안’으로 불리는 후방 시야 확보 법안이 2008년 2월 가결되었으며, 그 방법으로 카메라 탑재가 가장 유리하다는 조사 결과가 보고된 바 있다. 아직 구체적인 법령 내용은 결정되지 않았지만, 법령이 시행되는 2011년부터 2015년 사이에 2억 5,000만 대 이상의 카메라 수요를 예상하고 있다(머큐리 리서치). 중국의 경우에도 8,000만 명이 넘는 초부유층을 대상으로 한 카 내비게이션 및 카메라를 탑재한 고급차 판매가 호조를 이어가고 있다.

지능형 센서와 결합되는 첨단 안전 장치

차량 안전 기술은 속도계와 전기식 전조등(1898년)이 20세기 초 처음 등장한 이래로 시트 벨트와 안전유리의 개발, ABS(Anti-lock Brake System)와 에어백의 출현 등 100년 동안 눈부신 발전이 있었다. 안전 기능에 대한 소비자의 수요가 꾸준히 증가함에 따라, 더욱 더 많은 자동차 제조업체들이 처음엔 고급 차종에 선택 사항으로 제공하던 기능들을 점차 전 차종을 대상으로 표준 장착하게 되었다.
수년 전, 차량 안전성은 주로 충돌 시 탑승자를 보호하는 데 목적이 있었다. 이러한 수동 안전 시스템은 사고 발생 시 운전자 및 탑승자를 상해로부터 보호하거나 상해를 최소화 해주는 역할을 했다. 수동 안전 시스템의 대표적인 예가 시트 벨트와 에어백이다.
21세기 접어들면서, 수동 안전 시스템은 운전자와 탑승자를 사고 가능성으로부터 보호하는 능동 안전 시스템에 의해 보완되기 시작했다. 능동 안전은 우발적인 사고가 일어나지 않게 함으로써 신체적 상해를 입지 않도록 하는 데 목적이 있다. ABS와 사각지대 감시 시스템이 능동 안전 시스템의 대표적인 예이다.
2002년 미국에서 발생한 교통사고의 주요 원인을 분석한 결과, 운전자 부주의로 차선을 벗어나면서 발생한 사고가 가장 많은 것으로 나타났다. 앞으로도 수동 안전 기술은 필요하겠지만 소비자들이 차량 안전에 대한 추가적인 개선을 기대한다면, 의도하지 않은 차선 변경을 감지하여 충돌이 일어나기 전에 운전자에게 경고하는 능동 안전 시스템을 요구하게 될 것이다.
차량 안전 시스템의 궁극적인 최종 개발 목표는 사고를 예방하고, 피할 수 없는 사고의 심각성을 낮추고, 또 우발적인 사고로부터 탑승자를 효과적으로 보호하기 위해 수동 안전 시스템과 능동 안전 시스템을 결합하는 것이다. 더 나아가 시스템들은 지능형 센서 기술을 접목한 첨단 기술을 사용해 지능화 될 것이다. 지능형 안전 시스템의 한 예로는 충돌 강도, 탑승자의 체격과 자세 등을 감안해 에어백의 팽창 크기와 속도가 자동 조절돼 탑승자를 안전하게 보호하는 원격 센서를 활용한 에어백 시스템이 있다. 각종 원격 센서들은 비정상적인 위치에 앉아 있는 탑승자, 충돌 정도, 탑승자의 시트 벨트 착용 여부와 탑승 유무, 좌석의 위치 등을 감지한 뒤 그 결과를 에어백 ECU(전자제어장치)로 보내 최적의 상태에서 에어백이 전개되도록 한다. 최근에는 에어백 바로 앞에 어린이나 노약자가 탑승했을 경우, 에어백 자체의 메커니즘을 이용해 충격량을 최소화하는 이른바 ‘저 위험 전개 에어백’이 개발돼 장착되고 있다. 그동안 자동차 제조업체들은 조수석에 어린이가 탑승했을 경우 탑승자 감지 장치를 이용, 아예 에어백이 작동하지 않는 방향으로 시스템을 개발했었다.

안전을 지키는 눈

보다 나은 객체 인식 능력을 갖춘 고해상도 카메라가 이미 후방 감시, 나이트 비전(Night Vision), 차선 이탈 경고와 같은 응용 분야에 적용되고 있다.
1세대 영상 기반 시스템은 차량용으로 설계되지 않은 범용 카메라를 사용했다. 이런 카메라는 자동차 환경에 견디지 못하며 필요한 높은 성능 수준을 지원하지 못한다.
차량용 머신 비전의 미래는 자동차에서의 사용을 위해 특별히 설계되고 제조된 자동차 전용 카메라의 개발에 달려 있다. 차량용 카메라는 범용 카메라보다 높은 성능 수준을 제공하지만, 자동차 품질 기준을 만족하고 대량생산 시 제품 당 비용이 낮아야 한다. 그러나 차량용 카메라를 개발하고 제조하는 일은 그리 단순치 않으며 많은 난제들이 있다.
차량용 카메라의 핵심 부품인 이미지 센서는 현재 CCD가 주류를 이루고 있다. 감시용으로 소니와 샤프의 CCD 이미지 센서가 이 시장의 약 90% 이상을 점유하고 있다. 그러나 넓은 다이내믹 레인지(Dynamic Range: 색상 표현 영역)와 고온 내성 등 차량 특유의 요구 조건을 만족하는 CMOS 이미지 센서의 개발이 최근 활발하게 이뤄지고 있다. 예를 들면, 앱티나(Aptina)와 옴니비전(Omnivision)은 이미 차량용 CMOS 이미지 센서의 개발을 마치고 자동차와 카메라 제조업체를 대상으로 제품 보급에 나서고 있다. TSR에서 발표한 「2008년 CCD/CMOS 영역 이미지 센서 시장 분석」 자료에 의하면, 옴니비전은 자동차 시장에 공급되는 CMOS 이미징 솔루션 시장의 절반을 차지하고 있다.
여기서 주요 쟁점은 광 감도다. CMOS 이미지 센서가 자동차나 카메라 제조업체의 요구 조건을 만족시킬 수만 있다면, 저가격화와 차량 내 네트워크 지원에 유리한 CMOS 센서가 CCD 이미지 센서를 대체 할 가능성은 그만큼 높아진다. CCD 이미지 센서는 색재현성이 높고 고감도로 노이즈가 적다는 특징으로 인하여 시각 확보용이나 고감도가 요구되는 응용 분야에 채용되고 있다. 반면, CMOS 이미지 센서는 저가격, 넓은 다이내믹 레인지, 저소비 전력 등을 특징으로 머신 비전용 카메라에 탑재된다. 따라서 현재 차량용 카메라는 시각 확보 용도가 많아 주로 CCD 이미지 센서의 수요가 높지만 향후 머신 비전 용도의 증가가 예상되기 때문에, CMOS 이미지 센서의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 또한 차량용 카메라의 용도가 계속 확대됨에 따라 메가 픽셀급 고정밀도 카메라와 광각 카메라용 어안 렌즈(fish-eye lens)의 채용도 증가하고 있다.