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비출 것인가, 그렇지 않을 것인가: 카메라 모니터링 시스템으로 운전자의 시야를 넓히는 방법


“거울 속의 물체는 실물보다 더 가깝게 보이다” 라는 메시지는 백미러가 현실의 시야를 야간 왜곡해서 반영하고 있다는 것을 운전자에게 상기시켜 주는 일종의 안전 관련 경고문이다

이런 한계에도 불구하고 거울은 운전자가 후진하거나 차선을 변경할 때 큰 도움을 주는 자동차의 중요한 장비 중 하나이다. 첨단 운전자 보조 시스템 (ADAS)이 출시되면서 이제 카메라가 거울을 대신하여 운전자에게 거울에 반사된 주변 정보를 제공하는 시대가 도래했다.

e-미러 또는 스마트 미러로 불리는 카메라 모니터링 시스템 (CMS)은 운전자가 거울을 통해 체험한 경험을 카메라와 디스플레이 시스템으로 재현해 보여준다. 후면 주시 백미러 디스플레이로 파노라마처럼 펼쳐지는 자동차 뒤의 전경을 본다고 상상해보자.  운전을 하면서 눈으로 사이드 미러를 흘깃 쳐다봤을 때 옆으로 지나치는 차량들이 고해상도의 디스플레이 화면에 보여진다고 상상해 보자.  사각 지대 물체 감지 및 주차 보조 지원 등과 같은 첨단 운전자 보조 시스템이 이미 운전자의 일상 생활이 된 지금, 스마트 미러 기술이 또 다른 현실 경험으로 다가오고 있는 것이다.

자동차 후방 및 측면 주시 미러 시스템이 카메라 모니터링 기술인 CMS로 진화 발전해나가는 과정을 설명하기 위해서는 운전 보조 시스템인 ADAS 기능과 전통적인 미러 시스템의 상호보완적인 관계를 먼저 이해하는 것이 필요하다.

오늘날 자동차들이 미러 시스템의 보조 장치로 ADAS를 활용하고 있다는 것은 놀라운 일이 아니다. 지난 10년간 대부분의 자동차들은 카메라를 차량 후면이나 측면 주시 미러 시스템 옆에 부착하고 차량 내부 디스플레이를 통해 차량 측면이나 후면의 서로 다른 이미지 정보를 운전자에게 제공해 왔다.  

그림 1은 후방 카메라와 디스플레이 시스템이 어떻게 연결되어 작동하는가를 보여준다. 백업, 즉 보조 디스플레이가 후방 주시 백미러에 내장되어 있으며 여기서 나온 케이블이 차량의 후방으로 연결되어 있다.


그림 1: 파노라마 또는 백업 뷰를 위한 백미러 디스플레이 시스템 및 후방 카메라

카메라가 측면 미러에 내장되어 있는 측면 거울 디스플레이 시스템은 후방 시스템과 다른 원리로 작동한다. 측면 미러에 내장되어 있는 카메라 때문이다. 측면 미러는 측면을 살피는 기능을 한다. 하지만 내장 카메라는 운전자가 방향 지시 신호를 활성화하거나 후진 기어를 넣었을 때 작동한다. 방향 지시 신호등을 켠 후 회전 또는 차선 변경을 할 때 내장 카메라가 대시 보드의 인포테인먼트 디스플레이에 비디오 피드를 출력하고 그림 2에서 보는 것처럼 사이드 미러 자체에 보여지는 것과 약간 다른 각도로 이미지를 표시한다.


그림 2: 인포테인먼트 디스플레이에서 본 카메라가 내장된 된 사이드 미러

지금까지 카메라와 디스플레이가 내장된 미러로 구성된 CMS시스템을 살펴보았다. 이제 차량 후면에 하나 또는 두 개의 카메라를 추가로 설치하여 기존 시스템을 CMS 백미러 시스템으로 교체하는 것과 관련된 시스템 구성을 살펴 볼 시간이다.  

차량 후면에서 잡은 이미지 데이터는 TI의 DS90UB933 병렬 인터페이스 직렬 칩 또는 카메라 직렬 인터페이스 (CSI)-2가 내장된 DS90UB953 직렬 칩에 입력된다.

이 데이터는 평판 디스플레이 (FPD) Link III 동축 케이블을 통해 DS90UB934 또는 DS90UB954 역직렬화 (deserializer)칩을 통해 직렬처리 된 후 Jacinto TDAx 프로세서와 같은 비디오 처리용 애플리케이션 프로세서의 이미지 프로세싱 작업을 통해 백미러 디스플레이에 표시된다.

디스플레이 시스템이 Jacinto 응용 프로그램 프로세서와 멀리 떨어져 있으면 동축 케이블을 통해 데이터를 다시 라우팅하기 위해 디스플레이 인터페이스 직렬 칩과 역직렬 칩이 필요하다.

이럴 경우 TI는 DS90UB921 및 DS90UB922 RGB 포맷 직렬 칩과 역직렬 칩을 제공할 수 있다. 만약 구현하고자 하는 시스템이 고해상도 디스플레이 기반이라면 TI의 DS90UB947 및 DS90UB948 개방 저전압 차동 신호 디스플레이 인터페이스 (LDI) 소자를 사용할 수 있다.

그림 3은 애플리케이션 프로세서와 함께 온보드 디스플레이를 사용할 때 이들 장치 간의 연결을 보여준다.


그림 3: 백미러 시스템 블록 다이어그램

두 번째 CMS 시스템은 측면 미러 교체와 관련된 시스템 구현이다. 이때 카메라는 반드시 거울이 있는 곳과 같은 위치에 장착되어야 한다.  이 카메라의 비디오 데이터는 운전자가 측면 미러를 통해 보고자 하는 광경을 표시한다. 이를 위해 카메라 데이터를 직렬처리 한 후   FPD-Link III 동축 케이블을 통해 도어 패널의 상부에 위치해 있거나 또는 백미러 디스플레이에 내장되어 있는 원격 디스플레이 패널로 보낸다. 카메라와 디스플레이를 사용하면 운전자는 보다 직관적 위치에서 측면을 살필 수 있게 된다. 예를 들어, 사이드 뷰와 리어 뷰의 디스플레이가 모두 백미러에 포함되어있는 경우 운전자는 오직 한 방향으로만 시선을 고정할 필요가 있다.

사이드 미러를 교체 할 때 사용할 수 있는 또 다른 옵션은 두 번째 카메라를 첫 번째 카메라와 앵글을 달리해서 추가 설치하는 것이다. 이런 구성의 장점은 두 카메라를 앵글을 달리해서 사용할 수 있다는 것이다.  하나의 카메라는 측면 미러를 통해 보여지는 광경을 잡기 위해 사용하며, 또 다른 카메라는 사각지역 물체 탐지나 충돌 방지 경고 시스템에 사용하기 위해 넓은 지역의 전경에 대한 시야를 확보하는데 사용할 수 있다. 그림 4는 이중 카메라 사이드 미러 시스템 구성도를 보여준다.


그림 4 : 사이드 미러 교체 시스템 블록 다이어그램

이제 운전자가 미러 만으로도 대부분의 동일한 기능을 수행 할 수 있다면 왜 굳이 카메라와 디스플레이가 필요한가 하는 질문에 답할 시간이다. 그 답은 카메라가 거울보다 더 많은 부가적인 기능을 제공할 수 있기 때문이다.

예를 들어 만약 사이드 미러만 있다고 가정하면 다른 차와 충돌을 방지 할 수 있는 기회는 순전히 운전자에 능력에 달려 있다. 카메라가 있다면 차선 변경 전에 충돌 방지를 사전에 예측 감지하여 운전자에게 잘못된 판단으로 잘못된 행동을 취하지 못하도록 자동차 경고 시스템을 가동할 수 있다. 
광시야 카메라, 또는 별도의 단조첨 보조 카메라를 이용한 파노라마 식 후방 주시 미러 시스템은 운전자에게 다른 시선 각을 제공할 뿐만 아니라 미러 시스템만으로는 불가능한 사각지대를 없애거나 축소할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.

이 모든 것은 이제 막 시작일 뿐이다. 자동차가 운전자 보조 시스템 기반에서 자율주행 기반으로 진화하기 위해서는 카메라 미러 시스템 (CMS)이 센서 퓨전 시스템으로 통합되어야만 하는 긴 여정의 첫 발걸음을 떼었을 뿐이기 때문이다. CMS는 초음속이나 가능하면 레이더 센서까지 내장할 수 있다 후방 및 측면 카메라와 초음속 센서의 결합은 주차할 때 운전자를 보조해 줄 수 있을 뿐만 아니라 운전자들을 위해 직접 주차를 해줄 수 있다. 측면 미러 시스템과 결합된 레이더 시스템은 차선 변경 시 추가 보호 기능을 제공해줄 뿐만 아니라 측면 충동 방지 기능까지 수행할 수 있다.

센서 퓨전 시스템을 시스템에 접목하는 방법에 대한 더 많은 정보를 알고 싶다면 CMS와 초음속시스템을 이용한 주차 보조 시스템에 관한 후속 블로그 게시물을 참조하시면 된다. 차선 변경, 보행자 보호와 주차 보조 시스템을 위한 전방 카메라와 레이더 기반 전방 센서 퓨전 시스템에 대한 후속 블로그도 게시할 예정이니 참조하라.

추가 참고자료
TI의 ADAS 레퍼런스 디자인
블로그 게시물 "어쩌면 2020년에는 hindsight가 더 좋을 수 있다!"
백서 읽기 "자동차의 다중 카메라 작동을 위한 차세대 아키텍처"
참조 디자인
MIPI CSI-2 비디오 인터페이스와 FPD-Link III 및 POC를 내장한 자동차용 2MP 카메라 모듈 레퍼런스 디자인.
쿼드 4-Gbps FPD-Link III, 듀얼 CSI-2 출력 및 POC를 내장한 ADAS 다중 센서 허브 기준 설계.

 

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