안전을 위한 새로운 시각 ! 열화상 카메라

Thermo-imaging Camera

자율주행 기술은 현재 급속하게 발전하고 있으며, 도로 안전 및 운전 경험을 혁신적으로 개선하고 있습니다. 이러한 발전에는 다양한 센서와 기술이 사용되며, 자동차의 주행을 안전하게 지원하는 기술은 자율주행 자동차 산업에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 자율주행 기술은 여전히 발전 단계이며, 자율주행의 단계가 레벨 3에서 그 이상으로 발전함에 따라 고성능 ADAS와 자율주행 플랫폼에 열화상 카메라가 요구되고 있습니다.

엠씨넥스 보유기술 중 하나인 열화상 카메라는 주로 밤에 운전 시 주행 환경을 모니터링하고, 안전한 주행을 위한 기술 중 하나이며, 자율주행 자동차에서 열화상 카메라의 역할과 중요성에 대해 알아보겠습니다.

1. 엠씨넥스 보유기술인 열화상 카메라는 무엇인가?

열화상 카메라는 열방사선을 사용하여 물체의 열을 감지하고 시각화하는 카메라입니다. 이러한 카메라는 주로 밤이나 낮에도 물체의 열을 감지할 수 있으며, 안개, 눈, 비와 같은 악천후 조건에서도 뛰어난 성능을 발휘합니다. 열화상 카메라는 전통적인 광학 카메라와는 다르게 열적인 정보를 기반으로 하기 때문에 시각적인 가시성에 제한을 받지 않습니다.

자율주행에서 열화상 카메라는 자율주행 차량의 센서 시스템의 일부로서, 열 감지를 통해 주변 환경을 인식하는 장치입니다. 이 카메라들은 적외선 센서를 사용하여 물체의 열을 감지하고, 그 온도 차이를 기반으로 이미지를 생성하고 온도 차이를 이용하여 사람, 동물, 차량 등과 같은 객체를 감지할 수 있으며, 기존의 라이다나 레이더, 가시광선 카메라와 같은 다른 센서들과 결합될 때, 자율주행 차량의 인식 능력을 향상시킵니다.

일부 연구에 따르면 열화상 카메라는 자동 긴급 제동 시스템(AEB)과 같은 안전 기능을 강화하는데 도움을 주고, 극단적인 날씨 조건에서도 장애물을 식별할 수 있어, 가시광선 카메라나 라이다가 제한적일 수 있는 상황에서 유리하고, 인공지능 시스템과 센서융합을 통해 다른 센서 데이터 결합될 수 있으며, 이를 통해 더 정확한 주변 환경의 3D 맵을 생성하고, 위험을 예측하며, 안전한 주행 경로를 결정하는 데 도움을 줍니다.

2. 열화상 카메라의 작동 원리

열화상 카메라는 열선량(물체의 열을 나타내는 값)을 감지하고 시각적 이미지로 변환하는 과정을 거칩니다. 자율주행 차량에서 열화상 카메라는 야간이나 가시성이 제한된 환경에서 뛰어난 보조 센서로 활용되고 다른 센서들과의 데이터 융합을 통해,  차량이 보다 안전하고 정확하게 주변 환경을 인식하고 판단하는데 기여합니다.

이러한 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같습니다

열선량 감지 및 변환

모든 물체는 자신의 온도에 따라 적외선 복사를 방출하며, 열화상 카메라는 이러한 적외선 복사를 감지하여 작동합니다. 즉, 물체의 열적 특성을 감지하고 적외선 센서 내부에서  적외선 복사를 받아들여 전기 신호로 변환합니다. 이 전기 신호의 강도는 감지된 열의 양에 따라 다릅니다.

열화상 이미지 생성

전기 신호들은 처리되어 디지털 이미지로 변환됩니다. 열을 많이 방출하는 물체는 이미지상에서 더 밝게 나타나고, 적게 방출하는 물체는 더 어둡게 표현됩니다. 열화상 카메라는 온도 차이를 기반으로 이미지를 생성하기 때문에, 같은 온도의 물체들은 비슷한 색상으로, 온도가 다른 물체들은 다른 색상으로 표현됩니다. 이를 통해 차량은 보행자, 동물, 또는 다른 차량과 같은 중요한 물체를 쉽게 식별할 수 있습니다.

데이터 분석및 반응

생성된 이미지는 자율주행 차량의 중앙 처리 장치에서 분석됩니다. 인공지능(AI) 기반의 소프트웨어는 이 이미지를 해석하여 주변 환경에 대한 정보를 추출하고, 차량의 주행 경로, 속도, 그리고 조향에 필요한 조정을 결정합니다.

3. 자율주행차에 열화상 카메라 기술의 필요성

자율주행의 주요 과제는 모든 주행 조건에 대비하는 것이며, 도로는 복잡하고 예측할 수 없는 상황으로 가득 차 있으며, 자동차에는 매번 올바른 결정을 내리기 위해 가능한 한 많은 정보를 수집 할 수 있어야 합니다.
이를 위해 비용대비 효율적인 센서 제품군이 장착되어야 하고 현재 표준 센서 제품군으로는 레벨 3 이상에 대한 요구 사항을 완전히 충족할 수 없습니다.

자율주행 자동차와의 결합

열화상 카메라의 인식 능력은 가시 광선 카메라나 레이더에 의존하는 기존의 센서와는 다르게, 온도 차이를 이용하여 이미지를 생성합니다. 이로 인해 어두운 환경이나 악천후 조건에서도 보행자, 동물, 물체를 더 잘 감지할 수 있습니다.

열화상 카메라는 다른 센서와 함께 사용될 때, 시스템의 견고성을 향상시키고 오류를 줄이는 데 기여합니다. 예를 들어, 눈이나 안개와 같은 특정 조건에서는 전통적인 카메라나 라이다 센서의 성능이 저하될 수 있는데, 열화상 카메라는 이러한 환경에서도 효과적으로 작동합니다.

열화상 카메라는 물체와의 직접적인 접촉이 필요 없이 온도를 감지할 수 있으며, 빠른 반응 시간으로 실시간으로 데이터를 제공할 수 있으며, 이는 자율주행 시스템이 빠르게 반응하고 필요한 조치를 취할 수 있도록 합니다.이는 차량이 주변 환경에 대한 정보를 얻는 데 있어 중요한 장점입니다.

안전한 주행환경 조성

열화상 카메라는 시야 환경의 제한적인 상황에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 먼거리 또는 낮과 밤의 시야 문제를 극복하고 도로 안전성을 향상시키는 데 도움을 주며, 야간 운전 시 높은 가시성을 제공하고 이는 운전자와 승객의 안전을 높이는 데 기여합니다.

자율주행의 주행 환경 인식

열화상 카메라는 물체의 열적 특성을 기반으로 하여 도로에 있는 장애물을 감지하고 회피하는 데 사용되며, 열화상 카메라는 도로 상황을 실시간으로 모니터링하고, 주변 환경에서 발생하는 열적인 변화를 감지합니다. 이를 통해 자율주행 시스템은 주변 차량, 보행자, 동물 등을 식별하고 예측적 주행 결정을 내릴 수 있으며, 이는 사고 예방과 자동차의 안전한 주행을 지원합니다.

난기류 및 환경 변화 대응

열화상 카메라는 난기류, 안개, 눈, 비와 같은 악천후 조건에서도 물체를 감지할 수 있어, 자율주행 시스템이 이러한 환경에서도 안전한 주행을 유지할 수 있도록 하고 운전 중의 예기치 않는 환경 변화에 대응할 수 있습니다.

열화상 카메라의 미래 가치

자율주행 기술의 안전성 향상을 위해 열화상 카메라는 이미 실증 실험을 통해 그 효능을 입증했습니다. 특히 긴급 제동 시스템(AEB)에 있어서 열화상 카메라와 레이더 데이터의 결합은 차량의 정지 효율을 대폭 향상시켰습니다.

열화상 카메라 기술은 계속해서 발전하고 있으며, 자율주행 자동차의 안전성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.더 나아가, 열화상 카메라와 다른 센서 데이터를 통합하여 자율주행 시스템의 신뢰성과 정확성을 더욱 향상시킬 것으로 예상되며, 자율주행 자동차의 미래는 더 안전하고 효율적인 도로 환경을 조성하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대 됩니다.

결론적으로, 열화상 카메라는 자율주행 자동차 기술의 핵심 요소 중 하나로 자리 잡고 있으며, 도로 안전과 운전 경험을 혁신적으로 개선하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 이러한 기술의 발전은 미래 자율주행의 안전을 모색하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.