SDV 조사자료/ADAS

ADAS(4)

남광식 2024. 7. 15. 13:51

자율주행 자동차의 센서

ADAS에 사용되는 센서

ADAS에 사용되는 각 센서별 특징

 

Sensor Data rate required to transmit raw data
Camera 1Gb/sec to 24Gb/sec
Radar 5Gb/sec to 120Gb/sec
Lidar 2Mb/sec to 10Gb/sec
  1. 필요 센서의 수
    1. Level4 로보 택시: 14 cameras, 21 radars (10 short-range, 8 long-range and three articulating types), 5 lidars
    2. Level3 대부분 차량: 8 to 10 cameras, 5 radars, 1 lidar, ultrasonic and moisture sensors
  2. 라이다 회사가 자금을 2016년부터 21년까지 지원 받아 시장의 수요보다 많은 과다공급이 일어남 
  3. 그 중 라이다를 개발 및 생산하는 상위 17개의 회사중 6개의 회사가 중국 회사임. 중국이 라이다 센서 시장에서 두각을 보이는 중.
  4. 카메라는 물체와의 거리를 판별하는데 어려움을 갖지만 매우 높은 해상도를 가지며 물체를 판별하는데 특화되어 있음. 밤에는 어둡기 때문에 쓰기 어려우나 최근 어두운 곳에서도 물체를 인식할 수 있는 기술 개발 중.
  5. 라이다는 물체의 정확한 3D형상을 파악할 수 있으나 데이터양과 연산량이 많고 센서들 중 가장 비쌈.
  6. 카메라와 라이다는 날씨와 환경의 영향을 많이 받아 악천후(비, 눈이 많이오거나 안개가 짙을때) 속에서 제 역할이 하지 못함.
  7. 레이다는 물체를 정확히 판별하는 능력은 많이 부족하지만 날씨와 환경의 영향을 거의 받지 않아 악천후 속에서도 제 기능을 온전히 수행

각 센서별 커버 영역
각 센서별 매출시장 규모예상
자율주행 단계별 센서수 변화 및 센서별 출하량 전망

Camera

Tesla model3의 Camera 위치

 

TESLA Autopilot 카메라 비전 화면
  1. 전면, 측면, 주변, 후면, DMS(Driver Monitoring System) 등 감지 용도로 사용
  2. 카메라 화소는 1.2MP~ 8MP로 스마트폰에 비해 다소 낮은 편 
  3. Tesla Model 3/Y: 각각 9개 카메라 채용, 전면 3개, 측면 4개, 후면 1개, DMS 1개 등 화소는 모두 1.2MP
  4. Xpeng P7은 14개, Nio ETS와 ET7은 각각 12개 카메라 채용 
  5. 테슬라의 경우 오직 카메라만을 이용하여 자율주행을 실현하고자 노력함
  6. 깊이를 감지하지 못하는 카메라의 한게를 극복하기 위해 Depth Camera가 등장.
  7. Depth Camera의 원리
    1. 인간의 눈이 작동하는 것과 동일한 원리인 양안 시력을 기반으로 함 
    2. 물체의 깊이를 측정하기 위해 입체 시차(stereo disparity)라는 것을 사용
    3. 입체 시차: 두 개의 서로 다른 센서나 카메라(사람의 경우 눈)에서 보이는 물체의 위치 차이를 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 기술

Depth Camera(Stereo Vision) 원리
카메라 장착 사례

RADAR

  1. 반사된 전파의 소모 시간 등을 통해 물체와의 거리, 방향, 속도 등을 감지
  2. 송수신 안테나를 통해 전자파를 보내고 물체에 부딪혀 반사된 전자파를 분석
  3. 4d 레이더 
    1. 전파를 송수신하는 안테나를 수평, 수직으로 배치하여 물체의 대략적인 모양을 인식할 수 있도록 하는 레이더 센서
    2. 4D(4차원): 입체(3D)적으로 사물을 인식 + 속도 정보(1D) 측정 
    3. 해상도가 매우 낮기 때문에 현재 차량에 장착된 레이더 센서의 성능은 객체 인식 측면에서 물체의 유무만을 판정할 수 있는 수준이지만 4D 레이더는 이러한 한계를 극복
    4. 아직 해상도가 라이다에 비해서 많이 낮기는 하지만, 객체의 3D 포인트 클라우드 정보와 속도 정보를 얻을수 있고  대략적인 모양을 파악할 수 있음.
    5. 기존 레이더의 오인식 가능성을 크게 낮출 수 있는 장점 + 카메라나 라이다 센서에 비해서 날씨 조건에 강인한 장점 + 대량 양산 시에 라이다 센서에 비해 가격이 저렴한 점(가격은 라이다의 20분의 1 수준)
    6. 구글 웨이모는 2020년 3월 5세대 자율주행 센서 시스템을 발표하면서 4D 이미징 레이더를 도입
    7. 엔비디아와 모빌아이도 자율주행을 위해서 4D 이미징 레이더를 강화
    8. 엔비디아는 지난 3월 GTC 2022에서 레벨 4 수준의 자율주행 플랫폼인 하이페리온 9에서 4D 이미징 레이더를 대대적으로 확장한다고 밝힘. 기존 하이페리온 8에서는 전면 1개의 4D 이미징 레이더를 적용했으나, 하이페리온 9에서는 4D 이미징 레이더를 크게 확장하여 측면, 후면을 포함하여 360도 인식이 가능함
    9. 모빌아이(ADAS 최초개발 이스라엘 기업)는 4D 이미징 레이더를 직접 설계하여 내재화를 추진, 전방 카메라센서 + 레이더 센서 혼합

레이다의 원리

 

악천후에 강한 ‘자율주행의 눈’… 값은 ‘라이다’ 20분의 1

악천후에 강한 자율주행의 눈 값은 라이다 20분의 1 딥테크 인사이드 2 4D 이미징 레이더 비트센싱

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4D 이미징 레이더의 특징과 센서 데이터

 

LiDAR(Light Detection And Ranging)

  1. 라이다에서 쏘아진 펄스 레이저 신호가 주변의 사물과 부딪힌 후 되돌아오면, 이를 분석해 사물의 위치나 운동 방향, 속도 등을 확인하는 방식
  2. 라이다가 차후 3레벨 이상의 자율주행에서 가장 중요한 센서가 될것으로 예상
  3. 12~13와트 이하로 소비 전력을 줄이기 위해 노력중
  4. silicon photomultiplier (SiPM) 기술(광자를 흡수할 때 출력 전류 펄스를 생성하는 고체 상태의 고효율 방사선 검출기)로 발전하는중. 단일 광자 감도를 가진 이 센서는 근자외선(UV)에서 근적외선(IR)까지의 광파장을 감지
  5. 지금보다 정밀도와 측정 거리가 늘어난 라이다의 경우 데이터의 무수한 증가로 인해 10~100배의 연산량을 필요로 함.

초음파 센서

  1. 고주파 음파를 방출하고 이 음파가 물체에 반사되어 센서로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 공기 중 소리의 전파 속도를 사용하여 측정된 시간으로부터 센서와 물체 사이의 거리를 계산

센서 퓨전

센서퓨전

 

센서 퓨전 개요도