자율주행 센서 - 카메라, 라이다, 레이더

2022.07.18 - [자율주행] - 자율주행차량의 기초

자율주행차량의 기초

 

자율주행차량은 정보수집 -> 인식 -> 계획 -> 제어 4가지의 단계를 거쳐서 주행하는데, 각 단계에서 필요한 기술들은 어떤 것이 있는지 알아보도록 하겠습니다. 먼저 정보수집의 단계에서 필요한 기술들부터 시작하여 보겠습니다. 정보수집은 인간의 시각적인 기능을 담당고 있습니다. 그래서 현재의 위치를 파악하기 위해서는 주변 사물과 환경들을 수집하여야 합니다. 이러한 정보수집의 과정에서 필요한 센서부터 알아보도록 하겠습니다.

 

출처 : 루미솔 홈페이지

수동형 센서

• 카메라 - 빛을 받아들이는 역할을 하는 카메라가 대표적이라 할 수 있습니다. 카메라는 영상을 통해 시각적인 정보를 인지하여 물체를 구분할 수 있습니다. 비용이 효율적이며 색상을 인지할 수 있다는 장점을 지니고 있습니다. 하지만 물체와의 정확한 거리를 알기 어려우며 날씨에 영향을 받는다는 단점을 지니고 있습니다.

• 카메라 시장은 ADAS적용이 늘면서 빠르게 성장하고 있지만, 경쟁기업이 많고, 경쟁강도가 매우 치열합니다.

능동형 센서

• 레이더(음파) - 전파를 이용해 물체와 거리를 측정합니다. 장거리에 있는 물체와 거리를 측정할 수 있으면 날씨에 영향을 많이 받지 않습니다. 가려져 있는 물체를 투과하여 인지할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 그러나 작은 물체 식별이 어려우며 정밀한 이미지를 제공하지 못합니다. 물체의 종류를 판독할 수 없다는 단점을 가지고 있습니다.

• 레이더는 옵션적인 역할을 하고 있으나 최근 Level 3을 적용한 차량이 등장하기 시작하면서 본격적인 성장을 시작하였습니다. 이미 많은 대기업들이 자리를 잡고 있으며 앞으로의 시장 역시 매우 커질 것으로 보입니다.

• 라이다(적외선) - 빛(Light)을 이용해 물체와의 거리를 측정합니다. 레이더에 비해 작은 물체도 감지할 수 있으며 정확한 단색 3D 이미지를 제공할 수 있습니다. 형태 인식이 가능하며 정밀도가 높다는 장점을 가지고 있습니다. 그러나 가격이 비싸며 레이더보다 탐지 거리가 짧고 날씨 등의 기상상황에 민감합니다. 투과가 불가능하여 가려져 있는 물체에 대해서는 감지가 불가능합니다. 

• 라이다는 자율주행의 가장 핵심이라고도 할 수 있습니다. HD 맵과 연동하면 가장 정확한 위치 파악이 가능합니다. ToF카메라를 이용하는 방식과 FMCW방식이 있습니다. 
• ToF카메라 방식 - 레이저 빛이 발사 되어 돌아올 때까지의 시간을 계산하는 방식입니다.
• FMCW 방식 - 시간 변화에 따라 신호를 미세하게 변형하여 발사하고 발사된 신호가 돌아오는 위상 변화를 측정하여 시간과 거리를 측정하는 방식입니다. 위상의 변화라 함은 초기 레이저에서 발사된 빛이 돌아왔을 때 얼마나 양이 변화하는지 측정하는 것으로 발사된 신호와 돌아온 신호의 양차이를 파악하는 것이 기술의 핵심이라 할 수 있습니다. 모빌아이가 채택한 방식입니다.
• 회전 여부에 따라 고정식과 기계식으로 분류됩니다. 기계식은 차량 상부에 부착하여 센서가 회전하면서 신호를 획득하며, 고정식은 차량 전후좌우에 설치하여 신호를 획득합니다. 미관상 기계식보다는 고정식이 유리하며 가격도 저렴합니다. 기계식은 360도를 모두 스캔할 수 있어서 환경 파악의 반경이 더 넓다는 장점을 가지고 있습니다. 

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센서의  업황

• 라이다를 제외한 대부분의 부품은 기존의 업체들을 중심으로 시장이 형성되어 있습니다. 라이다의 경우 모빌아이, 벨로 다인, 루미나 같은 기업들이 선두로 나아가고 있으며, 국내에서는 만도와 현대모비스가 개발에 앞장서고 있습니다. 
• 테슬라는 전방 3개, 후방 1개, 측면 4개로 총 8개의 카메라를 탑재하고 있습니다. 그러나 테슬라를 제외한 다른 회사들의 경우 카메라를 3개 정도만 탑재하고 있습니다. 테슬라는 라이다를 사용하지 않고 자율주행을 구현하고 있어 악천후, 혼잡한 교통량은 FSD프로그램에 종종 오류를 일으키고 있어서 라이다 사용이 보다 안정적인 자율주행에 도움이 되는 것으로 판단되고 있습니다. 대부분의 자율주행 차량 개발사인 웨이모나 크루즈, 혼다, 현대차, 애플 등은 라이다 기술을 적용한 자율주행 자동차를 개발하고 있습니다.