[아롱 테크] 인간보다 눈치 빠른 '라이다와 카메라' 레벨3 자율주행 핵심

요즘 자동차는 다양한 첨단 안전시스템들이 탑재되고 있습니다. 첨단 운전자보조시스템(ADAS)이 대표적이라 할 수 있는데요. 이러한 첨단 안전사양은 사고 때 탑승자의 부상정도를 최소화하는데 중점을 두었던 예전과 달리, 사고가 발생하기 전부터 사고위험을 미리 감지해 자동차의 속도를 줄이거나 위험을 피할 수 있도록 조치해 주는 것이 특징입니다.

또한 피할 수 없는 사고가 발생할 경우 사고 직전까지 탑승자의 충격을 최소화시켜 줄 뿐 아니라 사고 직후에는 비상등을 점멸시켜 2차적인 사고발생을 미연에 방지해 주는 등 적극적인 안전조치를 취해주기도 합니다. 특히 최근 자율주행 3단계 차량이 본격적으로 출시되면서 이러한 안전시스템은 더욱 진화하고 다양화하고 있지요. 

ADAS와 같은 첨단 안전시스템들은 기본적으로 각종 센서와 카메라 등을 이용해 전방 차량과의 거리나 속도는 물론 보행자 또는 자전거 등을 인식해 만일의 사고에 대비하는데, 일반적으로 주행중인 차 전방에 있는 차 또는 장애물과의 거리와 상대속도 등을 레이더(Radar) 또는 라이다(Lidar) 센서를 이용해 측정하는 방식을 주로 사용해 왔습니다. 

자율주행 3단계 차량이 등장하면서 기존 구형(둥근 모양) 레이더 안테나와 카메라 비전시스템의 성능개선 등 다양한 센서 기술은 물론 라이다 센서 관련기술이 급부상하고 있는 추세입니다. 올 초 열린 CES에서는 무려 30여 개 이상 라이다 관련기술이 소개됐을 정도입니다. 참고로 레이더와 라이더는 작동원리는 비슷하지만 사용하는 광원과 적용 시스템에서 차이가 있습니다. 

레이더(Radio Detection And Ranging)는 레이저 또는 극초단파를 발사해 전방의 물체를 통해 반사되는 전자기파를 수신해 전방 물체와의 거리와 방향, 고도 등을 알아내는 장치입니다. 파장이 짧은 전자기파를 이용하므로 정밀도나 해상도가 높기 때문에 차량 전방 200미터까지의 도로상황을 정확히 인식할 수 있지요. 이를 바탕으로 앞 차와의 거리와 속도 등을 일정하게 유지해 주는 액티브크루즈컨트롤(ACC)이나 스톱&고, 전방추돌방지 긴급제동시스템(AEB) 등에 적용되고 있습니다.

반면 라이다(Light Detection And Ranging)는 극초단파보다 파장이 긴 레이저나 빛을 이용해 물체에 반사되어 돌아오는 시간과 강도, 주파수변화 등을 감지해 물체와의 거리와 상대속도 등을 측정합니다. 30km/h 이내의 도심 교통상황이나 고속에서 전방 차량과의 상대속도와 거리를 측정해 충돌사고를 효과적으로 예방할 수 있는 것이 장점입니다. 전방추돌경고시스템(FCW)이나 전방추돌방지장치 등에 사용되고 있습니다.

라이다 기술은 최근 저속주행은 물론 고속주행을 위한 고성능 장거리 라이더 기술로 속속 개발되고 있는 추세입니다. 이러한 고성능 라이더는 기존 라디에이터 그릴이나 프런트 범퍼 아래쪽에 탑재되던 기존 라이더와 달리 차량 지붕이나 앞 유리 위쪽에 자리잡고 있는 것이 특징이라 할 수 있습니다.

최근 개발된 라이다 시스템의 경우 차량 전방의 물체를 초당 1000회로 감지해 최대 300미터 앞의 물체를 식별할 수 있으며 150미터 전방의 반사율이 10%에 불과한 물체도 구별할 수 있는 것으로 알려지고 있습니다. 사람의 시각과 비교하면 물체 감지속도가 약 40배나 빠르다는 것이 관련업계의 설명입니다. 

이러한 라이다 이외에도 고해상도의 스테레오카메라 또한 성능이 한층 개선되면서 자동차업계의 주목을 받고 있습니다. 카메라 비전 시스템은 앞 차와의 거리나 상대속도 등을 측정하는 레이더나 라이다와 달리 차선이나 보행자, 자전거, 노면상태 등을 인식함으로써 보다 정밀한 능동 안전시스템을 구현할 수 있는 것이 장점입니다. 

차선이탈방지시스템(LDWS)이나 차선이탈방지 및 차선유지지원시스템(LKAS), 전방추돌경고시스템(FCW) 등에 적용되고 있는 모노카메라의 경우 차선이탈방지 및 교통표지판 인식, 전방 차량 인식 및 경고, 상향등 제어 등이 가능하며, 보다 향상된 제어로직을 통해 보행자 인식 및 스테레오(입체) 구현이 가능해 추가적인 기능을 구현할 수 있습니다.

또한 두 개의 카메라로 전방 장애물의 형태나 거리 등을 입체적으로 측정할 수 있는 스테레이오(입체)카메라는 모노카메라에서는 구현할 수 없었던 입체 인식능력을 바탕으로 차선이탈방지나 교통표지판 인식 등 모노카메라의 주요기능 뿐 아니라 보행자나 자전거, 도로요철 등을 인식할 수 있지요. 최신 제품의 경우 최대 1km 전방까지 확인 가능할 뿐 아니라, 150미터 전방 노면에 있는 10cm 크기의 벽돌까지 인식할 수 있습니다.

이를 통해 차선이탈방지 및 차선유지보조시스템을 통합해 액티브크루즈컨트롤과 함께 스티어링 휠을 작동하지 않아도 일정구간 차선을 이탈하지 않고 스스로 주행할 수 있는 반자율주행이 가능합니다. 또한 액티브 크루즈컨트롤 역시 선행 차량이 완전히 멈췄다 다시 주행하는 경우 브레이크를 작동해 멈췄다가 선행 차량을 따라 다시 출발하는 스톱&고 파일럿 기능까지 구현할 수 있습니다. 

이 외에도 교차로에 진입하는 차량이나 보행자, 자전거 등을 인식해 충돌을 예방해 주는 교차로 어시스트나 사각지대에 차량이 있을  경우 사이드미러에 경고등을 표시해 운전자에게 알려주고 경고에도 불구하고 운전자가 차선을 변경할 경우 반대편 바퀴에 브레이크를 작동시켜 원래 차선을 유지시켜 주는 능동형 사각지대 어시스트(ABSA) 등에도 적용할 수 있습니다.

최근 일부 럭셔리 세단이나 SUV 등은 스테레오 카메라를 통해 도로상황을 미리 스캔하고 이를 실시간으로 분석해 앞으로 나타날 도로상황에 미리 대응해 서스펜션이 지면의 충격을 그대로 흡수하거나 차량속도 및 노면상태에 따라 차고를 자동으로 높이거나 낮춰주는 등 서스펜션을 능동적으로 제어하는 시스템이 적용되고 있기도 합니다. 

김아롱 칼럼니스트/[email protected]