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자율주행 ADAS 센서 기술 어디까지 왔나? '카메라' ②

ADAS 부품 중 가장 빠르게 성장하는 '센서' 이나리 기자l승인2017.10.09 14:28:47l수정2017.10.09 14:34

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[CCTV뉴스=이나리 기자] ADAS 시장은 기술 측면에서 인지-판단-제어 영역으로 세분화된다. 인지 영역은 카메라, 레이더(Radar), 라이다(LiDAR), 위치측정(GPS), 자이로스코프(속도, 방향 변화 측정) 등의 센서를 사용해 장애물, 도로표식, 교통신호 등을 인식하는 기술이다. 판단 영역은 인지 신호들을 효율적으로 분석해(소프트웨어 알고리즘 + ECU/DCU) 차량의 행동 지시를 내리는 기술에 해당한다. 마지막으로 제어 영역은 지시된 행동을 추종하기 위해 조향, 가감속 등을 제어하는(액추에이터) 기술을 포함한다.

따라서 ADAS의 핵심은 센서다. 전체 ADAS 시장 규모에서 센서가 차지하는 비중은 2016년 46%로 가장 높고, 2021년에는 비중이 56%까지 확대될 전망이다. 이 기간 동안 센서의 성장속도는 23%로 ADAS 부품 중 가장 빠르게 성장할 것으로 추정된다. 반면, 시장조사기관 가트너 전망에 따르면 ADAS용 ECU/DCU 시장은 2016년 20억 달러에서 2021년 41억 달러로 연평균 15%씩 성장할 것으로 예상했다. 

▲ 자료: 스트래티지 애널리스틱, 미래에셋대우 리서치센터


◇ 카메라 

센서별로 살펴보면 카메라가 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 카메라 센서의 시장규모는 2014년 3450만개에서 2016년 6040만개까지 증가했고, 2021년 1억 6890만개로 연평균 23%씩 증가해 ADAS용 센서시장의 69%를 차지할 것으로 예상된다. 이처럼 카메라 센서가 높은 비중을 차지하는 이유는 물체 판독 기능 때문이다.

예를 들어, 카메라는 레이더로는 불가능한 도로면에 그려진 차선이나 표지판 정보를 읽어낼 수 있기 때문에 차선이탈경보시스템(LDWS), 차선이탈자동복귀시스템(LKAS), 교통표지판인식(TSR7)) 등을 구현해 낸다. 

카메라로 차선을 인식해 자동차가 차선을 이탈할 경우 경고를 주거나, 스티어링휠을 차량 스스로 조작해 주행 차로를 지켜주는 기능이다. 또 긴급제동시스템(AEB) 역시 카메라의 역할이 중요하다. AEB는 갑작스럽게 보행자 등 장애물이 전방에 출현하거나 앞선 차량이 급정거를 할 경우, 차량 스스로 브레이크를 조작해 정지시키는 기능이다.

AEB 기능을 위해서 기존에는 카메라+레이더 조합으로 구현했지만, 최근에는 카메라 단독 혹은 레이더 단독으로도 AEB 기능을 구현하는 시도가 이뤄지고 있다. 그러나 가격적인 측면에서 카메라는 레이더, 라이다에 비해 유리하기 때문에 완성차 업체는 카메라 센서를 적용한 시스템을 선호하고 있다.

최근 ADAS/자율주행용 카메라 센서의 기술 트렌드는 모노(Mono)에서 스테레오(Stereo) 방식으로 진화 중이다. 스테레오 방식은 두 개의 렌즈를 사용하므로 렌즈간 시각차를 이용해 물체를 3차원으로 인지할 수 있다. 또 한 개의 카메라가 여러 기능을 동시에 수행하는 기술이 발전 중이다. 여러 기능을 동시에 처리하기 위해서는 영상신호 처리 속도가 훨씬 빨라져야 하는데, 이를 위해 연산속도가 빠른 칩과 효율적인 소프트웨어 알고리즘 적용이 더욱 중요하다. 

▲ 차량용 카메라 모듈 체인 (자료: 미래에셋대우 리서치센터)

카메라모듈 시장은 ▲이미지 센싱 칩을 만들어 모듈 메이커에 공급하는 칩 메이커 ▲들어오는 영상 신호를 처리/분석해 형상정보를 획득하는 소프트웨어 알고리즘을 개발/탑재하는 모듈 메이커 ▲개발된 카메라 모듈을 기반으로 각종 ADAS 기능을 구현하는 시스템 메이커로 구분된다.

우선 차량용 이미지 센싱 칩 시장에서는 2014년에 앱티나(Aptina)를 인수한 온세미컨덕터가 2016년 시장점유율 50%로 선두를 달리고 있다. 이어서 옴니비전(Omnivision)이 16%, 소니(Sony)가 14%, 도시바(Toshiba)가 12%로, 상위 4개 업체가 시장점유율 92%를 차지하는 과점 시장을 나타낸다. 

▲ 차량용 카메라 이미지센싱 칩 점유율 (2016년)

신호처리 프로세서를 탑재하는 모듈 체인에서는 이스라엘 기업 모빌아이(Mobileye)가 소프트웨어를, ST마이크로일렉트로닉스가 하드웨어를 담당하는 진영이 독주하고 있다. 모빌아이의 EyeQ 시리즈는 시장 점유율 80%를 차지하며 독보적이다. 이를 눈 여겨본 인텔은 2017년 3월 모빌아이를 153억달러(약 17조 6000억원)에 인수했고, 이를 통해 뒤늦게 오토모티브 시장에 진출한 인텔은 본격적으로 자율주행차 사업에 시동을 걸게 됐다.

2016년 6월 모빌아이와 ST마이크로일렉트로닉스는 2020년부터 완전자율주행 차량의 센서융합을 수행하는 소프트웨어 모빌아이의 5세대 SoC 제품군 EyeQ5를 공동 개발한다고 발표한 바 있다. EyeQ5는 저전력소모를 위해 10나노(nm) 혹은 그 이하의 핀펫(FinFET) 기술 노드로 설계될 예정이며 8개의 멀티쓰레드(Multithreaded) CPU 코어와 함께 모빌아이의 비전 프로세서 코어 18개를 갖추게 된다. 양사는 이번 통합으로 성능은 4세대 EyeQ4에 비해 8배까지 강화되고, 전력소모는 5W 미만에 불과해 자연냉각을 유지할 수 있다고 설명했다. 

이 외에도 최근 이미지 센싱 칩 메이커들과 시스템 메이커들이 카메라 모듈 영역으로 사업을 확대하려는 시도가 활발하다. 대표적으로 온세미컨덕터와 텍사스인스트루먼트, 콘티넨탈(Continental) 등을 꼽을 수 있다. 

▲ 넥스트칩 아파치4 통합칩

한국 업체 중에서는 넥스트칩이 2017년 수주, 2018년 양산을 목표로 영상신호처리 프로세서를 개발하고 있다. 지난 9월 넥스트칩은 비전 시스템 ADAS 시스템온칩(SoC)인 ‘아파치4(APACHE4)’에 스마트 커넥티드 디바이스용 시그널 프로세싱 IP의 라이선스 기업인 CEVA가 CEVA-XM4 이미징과 비전 플랫폼을 제공한다고 밝혔다. 넥스트칩의 아파치4는 차세대 ADAS 시스템을 겨냥한 비전 기반의 전처리 시스템온칩이다. 이미지 처리 가속기와 최적화된 소프트웨어 전용 서브 시스템을 통해 주요 전자제어장치(Electric Control Unit, ECU)의 작업 부하를 최대 70%까지 획기적으로 줄여 모든 감지 알고리즘이 동시에 작동할 수 있도록 한다. 

온세미컨덕터는 지난 3월 모듈러 자동차 레퍼런스 시스템 (Modular Automotive Reference System; MARS)를 선보였다. ADAS, 주변/후방 카메라 시스템, 차내 카메라 등의 애플리케이션을 위한 MARS 플랫폼은 엔지니어가 카메라와 여러가지 렌즈, 이미지 센서, 이미지 신호 프로세서(ISP), 각종 통신 옵션을 사용해 빠른 프로토타이핑과 실험을 할 수 있게 한다. 

마지막으로 카메라 모듈을 기반으로 ADAS 기능을 구현하는 시스템 체인의 경우, 대부분의 자동차부품 업체들이 뛰어들어 경쟁 중이기 때문에 어느 한 업체가 독주하는 양상이 아니다. 카메라가 추가되는 차선이탈경보시스템(LDWS)의 2015년 시장점유율을 살펴보면 콘티넨탈, 마그나(Magna), 덴소(Denso), 보쉬, ZF-TRW 등이 선두 그룹을 형성하고 있다.

▲ 자율주행 센서 종류 (자료: 텍사스 인스트루먼트)

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#자율주행#ADAS#센서#카메라

이나리 기자  narilee@epnc.co.kr
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