자동차 카메라 모듈: 자율주행차의 미래가 온다

최첨단 자율주행차 출시를 목표로 하고 있는 미국 전기차 제조사 테슬라는 2021년 5월 자사의 반자율주행 시스템인 오토파일럿(Autopilot)의 레이더 센서를 카메라로 교체한다고 발표했다. 유일한 버전, Tesla Vision. 자율주행차를 위한 비전 기반 안내 시스템의 가능성에 대해 회의적인 시각이 많지만 Tesla는 Tesla Vision에 대한 강한 믿음을 가지고 있습니다.

Tesla는 2021년 5월에 레이더 없이 차량 주변에 장착된 8개의 카메라를 기반으로 하는 운전자 지원 시스템을 갖춘 Model Y 및 Model 3를 제공하기 시작했습니다. 카메라는 물체를 인식하고 분석하는 컴퓨터 네트워크에 이미지를 보냅니다. 전문가들은 비전 전용 시스템이 어둠, 맑은 눈부심 및 열악한 기상 조건에서 문제에 직면한다고 지적했지만 Tesla는 카메라 전용 시스템이 소음이나 혼란스러운 신호가 적기 때문에 레이더보다 안전할 것이라고 주장하기 때문에 비전 전용 시스템을 옹호하고 있습니다. "팬텀 제동"은 Tesla가 레이더에 직면한 지속적인 문제 중 하나였습니다.

Alphabet Inc의 Waymo와 같은 다른 자율 주행 차량 회사는 카메라, 레이더 및 라이더의 세 가지 유형의 센서를 사용합니다. 이러한 모든 종류의 센서가 결합되어 도로에서 완전하게 작동하는 자율 주행 자동차가 됩니다. Tesla의 카메라 중심 시스템은 설계하기가 훨씬 더 어렵지만 Waymo의 레이저 기반 라이더 접근 방식보다 훨씬 저렴하므로 전기 자동차 제조업체가 기술을 확장하고 추가로 개선할 수 있습니다. Tesla의 이러한 노력은 비전 시스템을 다른 기술과 독립적으로 자체적으로 자급할 수 있는 시스템으로 만들기 위한 노력으로 회사에 의해 정당화됩니다.

Reports and Data에 따르면 자동차 카메라 모듈 시장은 차량 생산 증가, 보다 안전한 차량에 대한 소비자 수요, 정부 안전 규범 및 EV 판매 증가와 같은 요인으로 인해 향후 몇 년 동안 두 자릿수 CAGR을 기록할 것으로 예상됩니다.

자동차 카메라 모듈 기술 및 최대 제조업체

전하 결합 소자(CCD) 및 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 카메라는 광학 이미지를 전기 충격으로 변환합니다. CCD는 각 픽셀의 전하 패킷을 공통 출력 구조로 순차적으로 전송하여 전하를 전압으로 변환하여 특히 저조도 조건, 더 높은 다이내믹 레인지, 더 나은 색상 깊이, 더 높은 해상도 및 광 감도에서 더 낮은 노이즈, 더 높은 이미지 품질을 제공합니다. 채택된 이후 저전력 소비, 고집적, 더 작은 크기, 손쉬운 제조, 저렴한 가격 및 향상된 품질의 이점을 얻었습니다.

전방 카메라, 서라운드 뷰 카메라, 후방 카메라 및 실내 카메라는 4가지 유형의 자동차 카메라입니다. Bosch, Aptiv, Continental, Denso, Valeo 및 기타 Tier 1 카메라 제조업체. Infineon, Freescale, Texas Instruments, ST, Panasonic 등은 선도적인 자동차 카메라 모듈 제조업체에 속합니다. Sony, Panasonic, Sharp, Konica Minolta, Omron 및 기타 회사가 주요 광학 공급업체입니다.

범위 개선, 모듈화, 확장성 및 상호 연결은 모두 자동차 카메라 모듈 개발의 트렌드이며, 후방 시야 범위를 확장하고 사이드 미러를 대체하는 측면 또는 서라운드 뷰 카메라, 존재 감지 및 제스처 인식을 위한 실내 ToF 카메라, 날씨 감지. 전천후 감지는 야간 투시 솔루션을 필요로 합니다. 이 경우 적외선 카메라는 어둠/악천후에서 운전자의 가시 거리를 개선하고 저조도에서 적절하게 기능할 수 없다는 카메라의 치명적인 결함을 보완하는 중요한 솔루션입니다. 엄청난 비용으로 인해 이러한 카메라는 이제 고급 브랜드에서만 사용할 수 있습니다. 주요 시스템 공급업체는 Autoliv입니다. 원적외선 및 근적외선 카메라는 가장 일반적인 유형의 IR 카메라입니다.

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기내 카메라는 그만큼 중요합니다.

카메라는 현대 차량에 보급되고 있는 자동 운전자 지원 시스템(ADAS)의 중요한 구성 요소입니다. 이 시스템은 도로 안전 개선을 주요 목표로 설계되었으며 미래의 완전 자율주행 차량으로 가는 한 걸음입니다. 캐빈 카메라 모듈은 운전자가 대부분의 운전자들의 주의 부족과 잘못된 의사 결정 기술로 인해 차량의 가장 위험한 측면으로 남아 있기 때문에 운전자를 모니터링하도록 설계되었습니다. 미국 고속도로 교통 안전국(NHTSA) 조사에 따르면 모든 도로 교통 사고의 90% 이상이 운전자에게 책임이 있습니다.

자동차 제조업체와 안전 규제 기관은 ADAS 시스템이 한계까지 갈 수 있다는 것과 운전자가 주의를 기울이지 않으면 ADAS가 설치되어 있어도 사고 위험이 여전히 높다는 것을 알고 있습니다. 그 결과, 차내 카메라와 비전 시스템은 운전자와 다른 탑승자를 모니터링하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

실제로 이러한 운전자 모니터링 카메라(DMC)는 도로 안전에 매우 중요하므로 Euro NCAP은 2020년부터 이를 핵심 안전 기능으로 지정했습니다. ADAS 시스템은 카메라에 조심스럽게 초점을 맞추면 도로 안전에 기여할 다양한 항목을 평가할 수 있습니다. 드라이버에서 고급 이미지 처리 소프트웨어를 사용합니다.

DMC가 있는 ADAS 시스템은 운전자가 앞을 바라보고 있는지 또는 스마트폰에서 메시지를 읽으려고 하는지 감지할 수 있습니다. 운전자가 중병으로 장애가 있는지 여부를 감지할 수 있으며, 첨단 시스템은 표정을 단서로 운전자의 감정 상태를 식별할 수 있습니다.

카메라가 차량의 거울을 대체할 것인가?

사이드미러를 카메라로 대체하자는 제안이 이미 작업 중에 있습니다. 결국 NHTSA는 2018년 5월 1일까지 4500kg 미만의 신차에 후방 카메라를 장착해야 한다고 명령했습니다. 단계적 폐지 프로세스는 이미 2016년에 시작되었습니다.

NHTSA의 판결에 대한 응답으로 자동차 제조업체 연합과 Tesla Motors는 기관에 투박한 사이드 미러도 카메라로 교체할 수 있도록 해달라고 청원했습니다. Auto Alliance의 청원에 따르면 기존의 외부 사이드 미러는 차량의 총 공기 저항을 2-7% 증가시킵니다. 얼라이언스에 따르면 공기역학적 항력이 10% 감소하면 연료 사용량이 3.2% 감소합니다. 그러나 모든 거울을 카메라로 교체하는 과정은 전문가들이 그러한 교체의 장단점을 감수하기 때문에 긴 과정이 될 수 있습니다. 연구원들이 서둘러 거울을 카메라로 교체하기 전에 인간의 여러 측면을 다루어야 합니다. 자동차에서 시각 정보를 넣을 수 있는 가장 좋은 위치는 무엇입니까? 밤에 운전하는 동안 운전자의 주의를 산만하게 하지 않으려면 디스플레이 화면이 얼마나 밝아야 합니까? 디스플레이를 사용하여 운전자에게 주변 환경에 대한 더 나은 감각을 제공하는 동시에 정확한 깊이 인식을 나타내는 방법은 무엇입니까? 이 모든 질문은 사이드 미러가 중복된 것으로 간주되어 카메라로 교체되기 전에 만족스럽게 대답해야 하는 질문입니다.

그러나 2016년 일본과 유럽은 백미러와 사이드 미러를 카메라 모니터링 시스템으로 대체하는 미러리스 자동차의 사용을 합법화했습니다. Mitsubishi는 2018년에 독점 Maisart 브랜드 기반 인공 지능(AI) 기술 지원 차량용 카메라 모듈의 데뷔를 발표했습니다. 이 카메라는 최대 100미터 거리에서 다양한 물체 종류를 감지할 수 있습니다. 미국 고속도로 교통 안전국(National Highway Traffic Safety Administration)은 후방 카메라가 충돌로 인해 후방에서 잃어버릴 수 있는 연간 58~69명의 생명을 구할 수 있을 것으로 추정합니다. NHTSA에 따르면 후방 추돌 사고로 연간 210명이 사망하고 15,000명이 부상을 입습니다. 전체 사고의 31%는 5세 미만 어린이가, 70세 이상은 26%를 차지합니다. 이러한 수치를 감안할 때 머지 않은 미래에 미러리스 자동차가 자동차 산업의 표준이 될 것이라고 예측하는 것이 안전합니다.

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