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.

지난 글에 이어 이번 글에서는 결함 탐지 기술 구현에서의 문제점과 센서 기반의 결함 탐지 기술에 대해 알아보겠다.

결함 탐지
결함 유형이 다양한 만큼 결함을 감지하는 방법도 다양하다. 예를 들어 호스트 프로세서(host processor)는 스턱 픽셀이나 행·열을 상대적으로 쉽게 감지할 수 있지만 센서의 픽셀 수가 많아지면 감지 작업에 필요한 시간과 리소스 소요도 그만큼 늘어난다.

전송 오류는 오류 검사 기능을 갖춘 내장 송수신기를 사용해 감지하고 수정 가능하다. 이러한 솔루션은 시스템 프로세서에 부담을 주지 않지만, 시스템 비용이 그만큼 늘어난다.

사진은 메르세데스-벤츠 콘셉트 EQ [자료사진]

ADAS 시스템 프로세서를 사용해 오류를 탐지하는 데는 여러 단점이 있다. 우선 컬러 캐스트나 전기 노이즈로 인한 문제를 비롯해 시스템 수준에서 감지하기 어려운 미묘한 결함 유형이 많다.

또 시스템 차원의 결함 감지에 많은 비용이 든다는 점도 단점이다. 발생 가능한 결함 유형과 확인해야 하는 픽셀 수와 행열이 많으면 고성능 CPU/GPU, 메모리가 필요하다. 이 경우 비용 문제는 차치하더라도 복잡성이 너무 커져 전체 ADAS 시스템 전체의 효과와 효율, 반응성이 저하될 수밖에 없다.

이는 시스템 차원의 결함 감지 시 가장 우려되는 문제이며 전체 알고리즘을 실행하는데 시간 소요가 많다는 고민으로 이어진다. 프로세서가 계산하는 동안에 차량은 빠르게 장애물이나 보행자에게 접근해 치명적 결과를 초래하는 상황이 벌어질 수 있다.

센서 기반의 결함 탐지
최신 이미지 센서에는 순환중복검사(Cyclic Redundancy Check, CRC)를 수행해 전송 오류를 탐지하는 기능, 프레임이나 행, 픽셀 수를 세는 카운터(counter) 기능 등 여러 통합 테스트 기능이 포함돼 있어 프레임 전송이 제대로 되고 있음을 확인할 수 있다.

기능 안전성 시스템이 센서에 내장되면 시스템은 리소스를 소모하지 않고도 결함을 즉시 드러낼 수 있는 상태 표시기 비트(status indicator bits)나 레지스터를 확인하는 정도로 역할이 축소된다.

즉 고성능 CPU와 GPU, 메모리의 필요성이 사라지고 시스템 비용과 복잡성도 줄어든다는 뜻이다.

빠른 반응성을 보여주는 ADAS 시스템을 측정하기 위한 주요 기준으로는 ADAS 시스템이 결함 탐지에 소요하는 시간을 보여주는 FTDI(Fault Detection Time Interval)와 시스템을 안전한 상태로 되돌리는데 걸리는 시간을 나타내는 FTTI(Fault Tolerant Time Interval)가 있다.

그림 3에서 볼 수 있듯 결함 감지 기능을 갖춘 센서는 감지 시간도 훨씬 짧아 위험한 상황이 발생하기 전에 시스템을 안전한 상태로 되돌릴 수 있는 시간적 여유를 확보할 수 있다.

그림 3. 시스템 감지 FDTI 상단부와 센서 감지 FDTI 하단부

온세미컨덕터의 AR0233AT는 최신 이미지 센서 제품 중 하나다. 2.6메가픽셀(Megapixel) 1/2.5” 사양의 이 제품은 ADAS 시스템을 포함한 여러 자동차 애플리케이션에 사용될 수 있도록 설계·제작됐다.

3.0픽셀의 이면조사형(BSI) 기술은 한 번의 노출로 95dB 이상의 저조도 성능을 제공한다. 온칩 HDR(High Dynamic Range)을 사용할 경우 다이나믹 레인지를 140dB 이상 또는 LED 플리커(Flicker) 완화 기능을 사용할 경우 120dB까지 확장시켜서 저조도 성능을 향상시킨다.

ISO26262 ASIL-B 표준을 준수하며 AEC-Q100 그레이드(Grade) 2 인증도 획득했다. 설계자들은 8000개 이상의 케이스에 확보된 안전 패키지를 사용할 수 있다.

차량 설계 시부터 운전자의 의사 결정 및 위험 회피 방법에 대한 고려도 늘어나게 되면서 ADAS 시스템에 대한 의존도 역시 확대되고 있다.

이러한 추세로 ADAS 시스템은 위험을 식별하고 그 영향을 완화하기 위한, 즉 '무덤에서 요람까지'의 안정성을 표방하는 승용차를 최대한 구현 가능게 하기 위해서 ISO26262의 관리 안으로 들어가게 되었다.

발생 가능한 결함 증가와 더불어 이미지 센서의 복잡성과 확인해야 할 픽셀 수의 증가로 인하여 결함의 확인을 ADAS 시스템에 부담시키는 것은 성공적이지 않은 결과를 불러오게 될 것이며 비용도 확실히 증가하게 된다.

결과적으로 ADAS 시스템에 자가검증(Self-checking) 기술이 접목된 최신의 이미지 센서를 사용하는 것은 문제를 확인하기 위한 시간을 줄임과 동시에 ADAS 시스템이 사용할 수 있는 모든 능력을 오로지 위험 물체의 회피를 위한 좋은 선택을 내리는 데 사용하게 되면서, 결과적으로는 도로를 더욱 안전하게 만들게 될 것이다.


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

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