[카&테크]자율주행기술의 시작 '센서'

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사람은 눈과 귀로 주위 환경을 파악하고, 머리속으로 주행전략을 결정해 팔과 다리를 조절해가며 걷거나 뛴다. 자율주행차도 마찬가지로 각종 센서로 상황을 인식하고, 전자제어장치(ECU) 등에서 그 상황에 대한 주행 전략 등을 판단하고 분석해 각종 기계장치를 제어하며 움직인다.

각종 센서가 적용된 자율주행차 가상 이미지.
<각종 센서가 적용된 자율주행차 가상 이미지.>

자동차의 미래로 자리잡은 자율주행차 작동원리는 사람이 운전하는 것과 닮았다. 머리 역할을 하는 ECU나 팔다리 역할을 수행하는 각각의 제어장치도 중요하지만 외부 주행상황을 정확하게 파악하기 위한 센서기술은 자율주행기술의 백미와도 같다. 이 때문에 많은 업체가 기술을 선제 확보하기 위해 치열한 경쟁을 펼치고 있다.

외부환경을 인지하는데 사용되는 센서는 대표적으로 '카메라' '레이더(Radar)' '라이다(LiDAR)' 등으로 구성된다. 이들 센서는 각각의 장단점이 뚜렷하기 때문에 단독 활용보다 함께 적용돼 상호보완 작용을 하게 된다.

카메라는 사람의 눈과 같은 센서로 전방 사물이나 차선 인식, 신호등, 표지판, 보행자 등 복합환경을 인식하는 역할을 담당한다. 카메라는 '레벨3' 자율주행에서 4개 이상, 레벨4~5에서는 8개 이상의 센서가 필요할 것으로 예상된다. 다만 악천후나 충분한 빛이 없으면 제 기능을 수행할 수 없다는 단점이 있다.

최근 카메라 센서는 단일 렌즈를 사용하는 모노(Mono)방식에서 두 개 렌즈를 사용하는 스테레오(Stereo) 방식으로 진화하고 있다. 스테레오 방식은 두 눈으로 바라보듯 두 개의 렌즈로 물체를 3차원으로 인지하는 것이 가능해 단순한 형상에 대한 정보에 더해 원근감까지 측정이 가능해진다.

스테레오 카메라는 모노방식에 비해 가격이 비싸고, 데이터량이 급격하게 증가한다. 이에 업체들은 모노방식의 카메라를 고수하면서 그 성능을 고도화하거나 영상신호 처리 속도를 높이기 위한 칩과 알고리즘의 효율성을 증대하는 등의 방식으로 단점을 해결하기 위한 노력을 하고 있다.

레이더(Radar)는 전자파를 발사해 돌아오는 전파 소요시간을 측정해 주변 사물과 거리 및 속도를 탐지하는 센서로 날씨와 관계없이 제 성능을 발휘하는 가장 신뢰도가 높은 센서다. 레이더는 주파수에 따라 단거리부터 중거리, 장거리를 모두 감지 할 수 있어 현재도 긴급자동제동장치, 스마트 크루즈 컨트롤 등 다양한 ADAS 기술에 적용되고 있다.

현대모비스의 레이더 기술이 적용된 자율주행차.
<현대모비스의 레이더 기술이 적용된 자율주행차.>

레이더는 물체 형상을 확실하게 인식할 수 없고, 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다. 이에 업체들은 레이더 센서의 해상도를 높여 표적 식별 능력을 향상시키는 한편, 더 작고 저렴하게 만들기 위한 노력을 하고 있다.

라이다(LiDAR) 센서는 레이더와 달리 고출력의 펄스 레이저를 사용해 대상까지 거리, 방향, 속도, 온도 등을 감지할 수 있는 기술로, 다른 센서에 비해 고해상도 3차원 공간 정보를 획득할 수 있다. 다만 비싼 가격으로 인해 보편화되기까지는 조금 더 시간이 소요될 것으로 보이며 외부 환경 요인이나 대량 데이터 처리, 다양한 노이즈 간섭 문제 역시 해결과제다.

이에 관련 업체는 360도 회전형 방식이 아닌 고정형 라이다의 성능을 고도화하는 방식으로 개발을 진행하고 있다. 또한 일부 업체는 라이다를 사용하지 않는 자율주행기술을 검토하고 있다.

현대모비스 레이더 제품.
<현대모비스 레이더 제품.>

외부 주행 환경을 직접 파악하는 카메라, 레이더, 라이다 센서가 아무리 고도화된다고 해도 앞의 앞 차량이 갑자기 차선을 바꿨다든지, 커브길 바로 직후에 사고가 난 상황까지는 파악하기가 힘들다. 이 때문에 차량이 다른 차량, 인프라, 사람들과 통신을 통해 정보를 주고받을 수 있도록 V2X(Vehicle to X) 기술의 발전이 함께 이뤄져야 한다. 이에 각 업체는 국제 표준에 따라 차량 내 V2X센서 확보에도 박차를 가하고 있다.

현대모비스는 자율주행 원천기술 확보를 위해 자율주행 독자센서를 2020년까지 모두 개발한다는 전략을 발표했다. 특히 레이더, 카메라, 라이다 등 핵심 센서의 경쟁력을 확보하기 위해 해외 전문업체나 대학, 스타트업 등과 협업을 강화하며 오픈 이노베이션에 나섰다.

실제로 현대모비스는 독일 레이더센서 전문업체와 손잡고 차량 외부 360°를 전부 감지할 수 있는 레이더 4종 개발을 올해 안에 마무리 할 예정이다. 또한 지난 6월에는 국내 스타트업인 '스트라드비전'에 80억원을 투자해 인공지능 기반의 카메라 센서를 함께 개발하고 있다.

박태준 자동차 전문기자 gaius@etnews.com

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