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정교한 ADAS 시스템 설계를 위한 이미지 센싱 기술 ①

첨단운전자지원시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)이 정교해지면서 자율주행 기술은 더 이상 먼 미래에나 실현될 것이라고 여겨지지 않는다. 

ADAS의 중심에는 이미지 센서가 있다. 수동 및 능동 ADAS의 동작 효율에 이미지 센서가 미치는 중요성이 더욱 커지면서 이미지 센서의 기능 안전성(Functional Safety)에 대한 비중이 커지고 있고, 검증 또한 까다롭게 이뤄지고 있다.

기능 안정성에 대한 필요는 차량용 안전 표준인 ISO26262와 안전 무결성 수준을 나타내는 ASIL(Automotive Safety Integrity Level)의 도입으로 더욱 강조되고 있다. 

사진은 닛산(NISSAN)과 DeNA가 공동으로 개발 중인 자율운전기술 기반 교통 서비스 ‘이지 라이드(Easy Ride)’ [자료사진]

전장 설계자들에게 있어서 ASIL은 중요하기 때문에 ADAS에 사용될 이미지 센서에도 적합하게 적용되어야 한다. 결함 탐지에 대한 전문 지식, 잠재적 결함의 가능성, 결함이 신뢰성 데이터에 미칠 수 있는 영향, 결함의 수정, 결함의 누적으로 인한 영향 등이 정교한 ADAS 시스템의 전반적 기능 안전성을 구현함에 중요하게 되었다. 

최신 ADAS 시스템은 보행자나 고정된 물체, 차량 등 다양한 위험 유형을 감지하고 식별할 수 있는 기능을 갖추기 위해서 여러 개의 이미지 센서로 구성되어 있다. 

센서들은 위험물의 궤적에 따라 회피하기 위한 동작이 필요한 지 아닌 지를 구분하거나 통신하게 된다. 이와 같은 머신 비전 시스템이 공통적으로 갖는 특징은 센서가 일부 또는 완전히 고장 날 경우, 심각한 상황이 발생하거나 사망 사고로 이어질 수 있다는 점이다.

ASIL 개요
기능 안전성 또는 ASIL은 차량용으로 특화된 표준 기반 안전 체계/표준이다. 포괄적 산업 안전 표준인 ISO61508에 근간을 두고 있으나, 자동차와 성장세가 가파른 차량 기술용으로 특화된 독립형 표준 ISO26262가 따로 개발됐다.

ISO26262는 ‘양산형 승용차’에 사용된 전기·전자 시스템에 적용된다. 대다수의 표준은 제품 인증에 필요한 테스트 갯수나 조건만 명시하는 경우가 많지만, ISO26262는 위험 기반 표준으로 위험한 상황을 평가하고, 시스템 오류 제어에 필요한 안전 대책을 정의하고 구현하는 절차가 규정되어 있다.  

이는 임의적으로 발생하는 오류를 감지·제어하고, 이로 인한 여파를 최대한 완화하기 위함이다. 

그림 1. 일반적 이미지 센서 기능 구성도

이미지 센싱 오류 유형
일반적인 이미지 센서는 입사광을 아날로그 전기 신호로 변환하는 감광성 성분이 포함된 상대적으로 복잡한 서브시스템이다. 이 신호는 이후 디지털화 되어서 장애 식별과 같은 추가 분석을 위해 ADAS 시스템에 저장, 처리, 전송된다.

기능 안전성의 맥락에서 ‘안전하지 않은 결함’이란 ADAS 시스템이 미흡하거나 부정확한 의사 결정을 내리게 만드는 요인을 말한다. 센서 결함부터 단일 픽셀이나 센서의 행열에 있는 결함, 아날로그 또는 디지털 회로 상의 문제 등 다양한 요인이 있다. 

일반적인 결함으로는 스턱 픽셀(stuck pixel), 전기 노이즈로 인한 영향, 행·열 누락, 픽셀 이동, 전송 오류, 컬러 캐스트(color casts) 등이 있다.

그림 2. 아날로그 회로 내 결함 탐지 예시

물체 감지 알고리즘은 더욱 정교해지고 있어, 10x10 픽셀까지 감지하는 경우가 발생하게 되고, 이럴 경우 작은 결함으로도 ADAS 시스템을 잘못 인도할 가능성이 있다. 아날로그와 디지털 영역 내의 결함의 특성과 유형이 다양할 뿐만 아니라 최근 센서의 많은 픽셀 수 때문에 결함을 감지하기가 사실상 쉽지 않아, 설계의 중요성 또한 높아지고 있다.

 

글 : 기리 벤카트(Giri Venkat) / 오토모티브 이미징 기술 마케팅 담당 / 온세미컨덕터

 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

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