1. 서론
최근 우리나라의 교통사고 사망자 수는 <그림 1>과 같이 전체 사망자에 비해 보행자 사망자율이 36%로 높으며, 이 중 64%에 해당하는 사고가 야간에 발생되었다. 이런 야간 교통사고를 줄이기 위해서 본고에서 소개할 나이트 비전 시스템을 포함하여, 지능형 전조등 여러 방면에 대해 연구 개발이 진행되고 있다.

글 / 장세희, 김홍룡 (SL 코퍼레이션)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2011년 7월호

나이트 비전 시스템(Night Vision System)은 야간 주행 시 운전자에 개선된 시야를 제공해 주기 위하여, 적외선 영역을 이용하여 시야를 확보한다. 나이트 비전 시스템이 단순히 야간 전방시야를 확보하는데 그친다면, 지능형 나이트 비전 시스템(Smart Night Vision System)은 확보된 시야를 기반으로 전방의 동물 및 보행자를 감지하여 운전자에게 주의를 줌과 동시에 충돌 예상시 후속조치가 가능한 신호를 차량에 보내주는 시스템을 말한다.

이 기술은 크게 근적외선을 이용하는 방법과 원적외선을 이용하는 방법으로 나누어지며, 각각의 방식에 따라서 구성되는 시스템 요소는 달라진다. 본고에서는 나이트 비전 시스템의 개념에 대해 설명하고, 이와 관련된 국내외 기술 현황에 대해서 소개하고자 한다. 또한 시스템 구성을 위한 핵심 기술을 살펴보고, 이를 응용한 향후 기술 분야에 대해서도 논의하 고자 한다.

2. 나이트 비전 시스템
2.1 근적외선 방식과 원적외선 방식 (NIR VS FIR)
근적외선 방식은 적외선 방사기(IR Generator)를 통하여 방사된 적외선이 물체에 도달한 후 반사된 근적외선(파장 : 800~1,000nm)을 카메라를 통하여 감지하고 이를 LCD나 다른 디스플레이 장치를 통하여 운전자에게 표시하는 방법을 말하며, 원적외선 방식은 물체가 발산하는 열(파장 : 1,000nm이상)을 원적외선 카메라를 이용하여 감지하고 이를 LCD나 다른 디스플레이 장치를 통하여 운전자에게 표시하는 방법을 말한다.

근적외선 카메라는 기본 VGA(640x480)급으로 원적외선 카메라의 QVGA(320x240)급에 비하여 해상력이 아주 우수하며, 육안과 유사하게 자연스러운 야간 영상을 표시할 수 있다. 또한 우리나라의 여름과 같이 온도가 높은 경우에, 원적외선 카메라는 이를 구분하지 못하는 데 반하여, 근적외선으로는 이를 뚜렷하게 구분할 수 있다. 시스템의 가격적인 측면에서 근적외선 카메라는 비록 적외선 방사기라는 추가 구성품이 필요하지만, 원적외선 카메라가 아주 고가인 관계로, 근적외선 방식이 가격적인 측면에서 훨씬 경쟁력을 가지고 있다.

현재 근적외선 방식은 원적외선 방식에 비해 적용이 용이하여 치열한 시장 경쟁이 예상되며, 벤츠의 S, E Class등에 적용되고 있다. 원적외선 방식은 BMW 5, 6, 7 시리즈 및 혼다의 Legend, Audi A8에 이 방식이 채택되어 있으나, 아직 시장 형성은 초기 단계이다.

각 기술의 개요 및 장단점을 정리하면 <그림 2-1>, <그림 2-2>와 같다.

2.2 국내외 적용 현황
미국 GM사에서는 캐딜락 드빌 2000 모델에 나이트 비전을 최초 적용하였으며, 자동차 그릴 안쪽에 설치된 원적외선 카메라를 이용하여 흑백영상을 이미지로 재현한 후 <그림 3>과 같이 HUD(Head-up Display)기술을 이용하여 운전석 정면 좌측 유리에 투영 시키는 시스템을 적용하였다.

Raytheon사에서 개발된 원적외선 기술을 응용한 나이트 비전인 Thermal-eye Series는 경찰, 소방서, 해양 구조대 뿐 아니라 군대에 이르기까지 광범위하게 채택되어 야간 운전 시 시야 확보에 사용되고 있으며, 이를 이용하여 검지된 장애물을 위험성이 있는 장애물로 분류하여 경고하는 능동적 보행자 보호 시스템에 적용하고 있다.

혼다도 원적외선 기술을 적용하여 <그림 5>와 같이 앞 범퍼에 2개의 원적외선 카메라를 장착하여 운전자의 야간 시야 확보는 물론 장애물의 검지 및 경고하는 지능화된 시스템을 개발하였다. 도요타는 근적외선 기술을 적용하여 헤드램프에서 근 적외선라이트를 조사하고, 룸미러 반대편에 위치한 카메라로 감지하여 클러스터 LCD 창에 디스플레이하며, 운전자의 야간 시야 확보는 물론 보행자 감지와 장애물의 변화를 감지 및 경고하는 시스템을 개발하였다.

유럽은 자동차 메이커 회사와 열영상 카메라 업체가 전략적으로 컨소시엄을 형성하여 2001년부터 Save-U(Sensors and System Architecture for Vulnerable Road Users Protection)프로젝트를 통해 적외선 카메라를 이용한 지능형 나이트 비전의 개발 및 상용화를 추진하고 있다.

BMW는 5/6/7 Series에 원적외선 카메라를 적용하였으며, 앞범퍼에 위치한 원적외선 카메라로 컨트롤 디스플레이 창에 나이트비전 화면이 표시되며, 보행자 감지 시에 HUD에 보행자 아이콘을 표시하여 운전자에게 경고하는 시스템을 적용하였다.

Benz는 근적외선 기술을 적용하여 헤드램프에서 근적외선 라이트를 조사하고 룸미러 반대편에 위치한 카메라로 감지하여 클러스터 LCD 창에 디스플레이하며, 운전자의 야간 시야 확보는 물론보행자 감지와 장애물의 변화를 감지 및 경고하는 지능화된 시스
템을 개발하였다.

각 자동차 Maker별 원적외선/근적외선 방식 적용 현황 및 이때 출력 영상을 정리하면 <그림 9-1>, <그림9-2>와 같다.

2.3 지능형 나이트 비전 시스템 동향
지능형 나이트 비전 시스템은 외국에서는 이미 10여 년 전부터 첨단 안전 차량의 주요 기술로써 연구되어져 왔으며, 현재 미국, 일본, 유럽의 많은 대학과 연구소 및 관련 업체를 중심으로 활발한 연구가 진행 중이다. 연구 방향도 현재의 보행자 인식 기능만 있는 나이트 비전 시스템에서 주행도로 상의 잠재 위험 인자(동물)를 인식하고 차선 이탈이나 사전 충돌 경보 등의 전방카메라로 구현 가능한 기능들이 추가되고 있는 추세이다.

Benz의 경우 <그림 11>과 같이 기존 Smart Night Vision 시스템이 보행자 감지 시 경고를 주는 수동적인 방식에서 벗어나, 보행자 감지 시 Spot Light로 보행자를 주사하여 운전자에게 보행자를 인지시킴과 동시에 보행자에게 차량 접근을 인지시키는 Active Night View Assist Plus 시스템을 선보였다.

3. 결론
현재 나이트 비전 시장은 근적외선 타입과 원적외선 타입으로 양분되어 있고, 각각의 장단점으로 인해 양분 현상은 당분간 유지 될 것으로 예상된다. 그러나 향후 각 타입의 단점을 보완하고 장점을 결합하여 다양한 안전 기능을 추가한 제품들이 시장을 주도할 것으로 전망된다.

현재 국내에서는 원적외선 타입 관련 일부 국방 관련 업체에서 원적외선 센서를 수입하여 열영상 카메라를 제작하고 있으며, 민간 기업으로는 유우일렉트로닉스, 오카스 등에서 자동차용 열영상 카메라를 개발하고 있다. 근적외선을 이용하는 방식에 대해서 국내 개발로는 에스엘, 모비스 등이 개발 진행 중이며, 에스엘의 경우 2013년경 양산 예정이다. 특허의 경우 일본이 49%, 미국이 33%, 한국과 유럽이 2000년대 이후 지속적으로 특허 출원이 이루어지고 있다<그림 12>.

전체 지능형 안전 자동차의 연평균 성장률은 향후 2020년까지 11%(Global Insight)의 고성장이 기대되고, 특히 자동차 산업의 의존도가 높고 경제 파급효과가 큰 국내 상황을 감안할 때 세계 시장에서의 선전이 매우 중요한 부분임에 의심의 여지가 없다. 원적외선과 근적외선 기술이 발전 및 통합될 수 있도록 각 분야에 대해 지속적인 관심과 투자가 필요하며, 핵심 부품에 대한 원천기술 확보를 위한 정부차원의 적극적인 지원이 필요한 시점이다.