Nikkei Automotive_22.5 Automotive Report (p14-16)

덴소의 소형 스테레오 카메라
단안시 병용으로 감지 거리 2배

덴소가 제2세대 소형 스테레오 카메라로 공세를 강화하고 있다. 기존의 제1세대 스테레오 카메라에 대해 비용과 치수를 동등하게 억제이면서 기능을 진화시킨 것이 특징이다. 기능 진화의 가장 큰 포인트는 단안 처리용 칩을 탑재해 1대의 카메라로 스테레오 인식과 단안 인식을 실현했다는 점이다. 단안 인식에 의해 스테레오 인식만의 기존 카메라에 비해 최대 감지 거리를 약 2배로 늘어났다.

덴소의 제2세대 소형 스테레오 카메라는, 경차나 소형차의 선진운전지원시스템(ADAS)을 위한 것이다. 제1세대의 소형 스테레오 카메라에 비해, 야간 보행자를 감지하는 자동 브레이크 등 대응할 수 있는 기능을 늘렸다.

참고로 덴소의 양산차용 ADAS에는 단안카메라와 밀리파 레이더를 사용하는 센서 퓨전 시스템 ‘Global Safety Package(GSP)’도 있다. 최신의 제3세대 시스템 ‘GSP3’는 도요타자동차의 신형 미니밴 ‘노아/복시’ 등에 채용되었고, 교차로에서의 순간 충돌이나 고속도로 단일 차선에서의 ‘핸즈 오프’ 주행 등에 대응한다.

덴소의 소형 스테레오 카메라의 제1세대품은 16년에 다이하쓰공업의 선대 경차 ‘탄토’에 채용되었다. 19년에는 제1세대의 개량판이, 다이하쓰의 차량설계∙개발 방법 ‘DNGA(Daihatsu New Global Architecture)’를 적용한 현행 탄토에 탑재되었다.

제1세대품을 사용하는 다이하쓰의 ADAS ‘스마트 어시스트 III’에서는, 주요 기능인 자동 브레이크는 대낮의 차량과 보행자에 대응했었다. 제1세대품의 개량판을 사용하는 ADAS ‘차세대 스마트 어시스트’는 개량 전의 시스템보다 제공하는 기능을 늘렸지만 자동 브레이크는 야간 보행자에 대응하지 않았었다.

-- 치수 변경 없이 비용은 동등 --
제2세대품은 다이하쓰의 경차 ‘태프트’(20년 6월 발매)부터 채용되었다. 그 후, 소형차 ‘토르’의 부분 개량차(20년 9월 발매)나 ‘록키’의 부분 개량차(21년 11월 발매)에 탑재되었다. 최근에는 신형 상용 경차인 ‘하이젯 카고’, ‘하이젯 트럭’, ‘아틀레이’(3개 차종 모두 21년 12월 발매)에도 사용되고 있다.

앞에서 말한 것처럼 제2세대품의 특징은, 제1세대품과 비교해서 최대 감지 거리를 약 2배로 늘린 것이다. 아울러 (1) 야간 보행자를 감지할 수 있게 된 것, (2) 인식할 수 있는 대상물을 늘린 것 등이다. 기능을 향상시키면서 카메라의 치수는 제1세대품에서 바꾸지 않고, 비용도 동등하게 억제했다.

예를 들면, 제2세대품을 탑재하는 현행 록키의 ADAS는 다이하쓰 차량으로서는 가장 많은 19개의 기능을 제공한다. 부분 개량전의 록키의 ADAS가 제공하는 기능은 17개였다.

또한 상용 경차인 하이젯 카고와 하이젯 트럭의 ADAS에서는, 야간 보행자에 대응하는 자동 브레이크나 차선 이탈 억제, 보행자 일탈 경보, 흔들림 경보, 표지 인식 기능 등 13개 기능을 제공한다. 아틀레이의 경우는 13개 기능과 함께 전체 차량 속도에 대응하는 선행차량추종(ACC)과 차선중앙유지지원(LKC)의 2개 기능도 탑재했다.

-- 단안 인식 칩의 추가로 감지 거리를 늘리다 --
제2세대품에 탑재하는 CMOS 이미지 센서는 제1세대품과 같은 미국 온세미(onsemi) 제품이다. 화소수는 130만, 기선장(Baseline Length, 2개의 카메라간 거리)은 80mm이다. 화소수와 기선장은 제1세대품과 같다.

카메라의 기선장과 CMOS 센서의 화소수를 변경하지 않고 최대 감지 거리를 늘려 인식할 수 있는 대상물을 늘리기 위해 카메라에 단안 인식용 칩을 추가했다. 근거리 감지에서는 스테레오 카메라로서 사용하고, 원거리 감지에서는 단안 카메라로서 기능시킨다.

단안 인식을 실시할 때는 2개의 카메라 중 1개를 사용한다. 또한 야간 성능을 향상시키기 위해 CMOS 센서의 낮은 조도에서의 감도를 높였다.

스테레오 카메라는 인간의 눈과 마찬가지로 두 개의 카메라를 이용해 대상물까지의 거리를 측정한다. 거리 산출에는 삼각 측량 구조를 사용한다.

이러한 구조를 사용하는 스테레오 카메라는 기선장을 길게 하면 최대 감지 거리를 늘릴 수 있지만 카메라 본체의 크기가 커지는 문제가 있다. 덴소 AD&ADAS 기술1부의 이데(井手) 부부장은 “기선장을 바꾸지 않고(스테레오 카메라의 크기를 바꾸지 않고) 최대 감지 거리를 늘리기 위해서 단안 인식용 팁을 추가했다”라고 설명한다.

단안 인식용의 이미지 처리 칩에는 Toshiba Electronic Devices & Storage의 SoC(System on Chip) ‘Visconti 4’를 사용했다. 한편 스테레오 인식용 이미지 처리 칩은 제1세대품과 같은 FPGA(Field Programmable Gate Array)이다. “스테레오 인식용으로 FPGA를 사용한 것은 Visconti 시리즈는 단안 인식 처리에만 대응하기 때문이다”(이데 부부장).

제2세대품의 비용은 제1세대품과 같은 수준이다. “부품 개수를 20~30% 줄인 것, CMOS 센서나 렌즈의 비용 다운을 철저히 지킨 것 등이 비용 억제에 기여했다”(이데 부부장).

-- 납땜 스트레스를 억제해 기판 치수를 유지 --
다만 제1세대품과 같은 기판 치수를 유지하면서 단안 인식용 칩을 추가하기 위해서는 ‘납땜 스트레스’를 어떻게 억제할 것인지가 과제가 되었다. 땜납 스트레스란 전자부품과 프린트 기판의 열팽창 차이로 인해 납땜 접합부에 생기는 소성 변형이나 크리프 변형을 말한다.

탑재하는 칩의 수를 늘리면 칩과 칩 사이의 거리가 가까워지면서 납땜 스트레스가 커진다. 납땜 스트레스가 커지면 최악의 경우 납땜 접합부에 균열이 생길 수 있다. 또한 배선 자유도도 떨어져 고주파 회로 설계가 어려워지는 문제도 있었다.

덴소에 의하면, 경차와 같은 작은 자동차에 용이하게 탑재하기 위해서는 제1세대품과 같은 기판 치수를 유지하는 것은 필수 조건이었다고 한다.

그래서 덴소는 땜납 스트레스를 정량화하는 설계 방법을 개발해, 단안 인식용 팁을 추가하면서 납땜 스트레스의 증가를 억제했다. 고주파 회로의 설계도 재검토했다. 이러한 대책에 의해서 제1세대품과 같은 기판 치수를 유지할 수 있었다고 한다.

앞으로는 카메라의 광각화가 과제가 된다. 제2세대품의 수평 시야각은 단안 인식의 경우가 53도, 스테레오 인식의 경우는 약 50도이다. 현재 덴소가 개발하고 있는 제3세대품에서는 스테레오 인식과 단안 인식의 양쪽 수평 시야각을 넓힐 계획이다. “이를 통해 교차로의 우회전∙좌회전 시나 순간 충돌 회피라고 하는 새로운 예방 안전 기능에 대응할 수 있도록 한다”(이데 부부장).

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