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완전 자율주행을 위한 솔루션

완전 자율주행 달성에 꼭 필요한 센서 ‘카메라, 라이다, 레이더’는 어떻게 진화하고 있나?

2021.10.17

 

카메라, 레이더(RADAR), 라이다(LiDAR) 센서는 현재 자율주행차의 주요 센서로 사용되고 있다. 가격 부담이 적은 카메라와 레이더, 비싸지만 성능이 좋은 라이다 센서는 앞으로 자율주행차의 용도에 따라 서로 보완하거나 경쟁해나갈 것으로 보인다.  

 

사람의 눈과 유사하게 작동하는 카메라는 물체를 직관적으로 인식할 수 있는 장점이 있다. 차선을 인식하거나, 물체의 종류를 파악하는 데는 카메라 센서가 가장 큰 장점을 갖는다. 하지만, 카메라 한 대를 사용하면 거리나 3D 등 입체적인 인식이 어렵다는 단점이 있다. 사람의 눈처럼 두 대의 카메라를 사용할 경우에도 막대한 양의 연산을 필요로 한다.

 

테슬라의 HW3.0은 1초에 72조 회의 연산을 수행하는 두 개의 AI 칩을 기반으로, 많은 연산량을 고속 프로세서로 극복하고 있다. 다수의 카메라 영상을 조합하기 위한 보정 기술도 중요한 이슈다. 두 개의 영상이 살짝만 어긋나도 두 영상에서 3D 입체 영상을 얻는 것은 매우 어렵다. 진동이 많은 내연기관차보다는 진동이 적은 전기차에서 스테레오 카메라의 사용이 유리하다고 보는 이유다. 카메라의 경우에는 조명 조건 극복도 중요한 문제다.  

 

 

레이더 센서는 전파를 발생시킨 후 반사되는 파형을 분석한다. 빛을 이용하는 카메라나 라이다와 달리 전파를 이용하기 때문에 날씨 조건이나 이물질 등에 강하다는 장점이 있다. 비나 눈이 올 때, 센서에 이물질이 묻었을 때 등 카메라나 라이다의 동작이 어려운 경우에도 레이더는 어느 정도 성능을 낼 수 있다. 레이더를 이용하면 주행 중인 차의 속도를 쉽게 알 수 있는 것도 장점이다.

 

반대로 레이더의 단점은 해상도가 매우 낮다는 점이다. 현재 자율주행차에 장착된 레이더 센서의 성능은 물체의 인식 측면에서 물체의 유무만을 판정할 수 있는 수준이다. 지난 2015년에는 레이더 기반 자동긴급제동장치(AEB)가 가드레일이나 금속 캔을 차로 잘못 인식해 작동할 가능성이 있다는 이유로 대대적인 리콜을 진행했다. 2018년의 우버 자율주행 사고에서도 AEB 기능을 꺼놓은 점이 문제가 되기도 했고, 테슬라는 레이더를 뺀 모델을 내놓으면서 같은 이유를 들기도 했다. 다만 레이더를 카메라로 대체할 경우 반응 속도, 조명 조건, 날씨 조건 등의 문제도 잇따라 제기되고 있다. 

 

이 같은 한계를 극복하기 위해 레이더는 3D 입체 모양과 물체의 속도를 동시에 인식할 수 있는 4D 이미징 레이더로 진화하고 있다. 미국의 전기차 업체 피스커(Fisker)는 마그나의 4D 이미징 레이더 센서 탑재 계획을 발표했으며 2021년 하반기부터 자동차에 장착할 것으로 보인다. 라이다에 비해 여전히 해상도가 낮긴 하지만, 날씨의 영향을 받지 않는 장점 등으로 자율주행차에 다양하게 적용되고 있다. 

 

 

마지막으로 라이다는 3D 입체 구조를 파악하기에 유리하다. 라이다는 일정 속도의 레이저 신호가 반사돼 되돌아오는 시간을 측정하여 물체 간 거리를 계산한다. 많은 레이저 신호를 쏘게 되면 그만큼 3D 입체 구조를 보다 정밀하게 인식할 수 있다. 다만 라이다 센서의 단점은 비싼 가격과 내구성, 날씨의 영향 등이다. 라이다는 내구성을 위해서 기계적인 회전부를 없앤 고정형 라이다로 진화하고 있으며, 기존 905nm에서 1500nm의 적외선 파장을 사용해 눈이나 악천후 같은 날씨에 대한 안전성을 강화하는 진화도 이루어지고 있다.

 

라이다와 카메라의 경우, 이와 별도로 이물질을 씻기 위한 클리닝 시스템도 필요하다. 현재 벨로다인, 루미나, 아에바, 에이아이(Aeye), 이노비즈 등의 주요 라이다 스타트업들이 상장하고 있으며 우리나라의 SOS랩은 CES 2021에서 라이다 업체 중 유일하게 혁신상을 수상하기도 
했다. 

 

현재 자율주행 기술에서는 악천후나 교통량이 많을 때 등 악조건을 극복하는 실생활에서의 범용성이 중요해지고 있다. 날씨 조건을 극복하는 자율주행, 다양한 상황을 실시간 인식하는 도심 자율주행 등이 앞으로의 과제인 셈. 이를 위해서는 센서 시스템의 진화가 필연적이다. 사계절이 뚜렷하고 인구 밀집 지역이 많은 국내 도로를 자유롭게 달릴 수 있도록, 국내 업체들의 많은 투자와 발전을 기대해본다.

 

 

 

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CREDIT

EDITOR : 정구민(국민대학교 전자공학부 교수) PHOTO : 각 브랜드 제공

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