반도체 전문 온라인 매거진 - 올포칩

AI 기술을 이용해 복잡한 환경 속 인간 행동을 이해하고 지원 및 예측하는 기술을 구현하는 글로벌 선도기업인 스마트아이(Smart Eye)와 다양한 전자 애플리케이션과 고객들을 지원하는 세계적인 반도체 회사인 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 고감도 1-LED 운전자 모니터링 시스템(DMS: Driver Monitoring System)을 공동 개발했다고 발표했다.

이 새로운 DMS는 운전자 모니터링 알고리즘 및 광학 시스템 설계에 대한 스마트아이의 전문기술과 ST의 고감도 자동차 등급 글로벌 셔터(Global-Shutter) VB56G4A 이미저를 결합했으며, 단 하나의 조명 LED를 사용하기 때문에 전력소모 및 시스템 비용을 줄여준다. 현재 시스템은 운전자에 대한 조명을 적절하게 유지하기 위해 보통 2개 이상의 LED가 필요하다. 이 고감도 DMS는 벨기에 브뤼셀에서 열리는 오토센스(AutoSens) 및 인캐빈 전시회에서 공개됐다.

ST의 수석 부사장이자 이미징 서브그룹 사업본부장인 에릭 오세다(Eric Aussedat)는 “ST의 자동차 등급 글로벌 셔터 이미징 센서는 업계에서 입증된 스마트아이의 운전자 모니터링 알고리즘과 완벽하게 부합하는 우수한 성능과 뛰어난 감도를 제공한다”며, “ST는 이전 세대 센서보다 두 배에 달하는 양자 효율과 2.6µm 픽셀 크기의 센서를 개발하고, DMS 개발을 간소화하면서 성능 저하 없이 전력소모와 비용을 줄이도록 했다”고 밝혔다.

스마트아이의 CEO이자 설립자인 마틴 크랜츠(Martin Krantz)는 “스마트아이는 선도적인 자동차 제조업체와 약 100여 건의 성공적인 설계로 입증된 20년 간의 자동차 분야의 경험을 바탕으로, ST와의 협력을 통해 스마트아이 기술과 ST의 첨단 이미지 센서를 결합함으로써 고가의 LED/렌즈를 절반으로 줄일 수 있었다”며, “이를 통해 더 작고 경제적인 디자인으로도 자동차 제조업체들이 소유비용을 절감하면서 도로 안전을 크게 개선할 방안을 제시하는 탁월한 DMS 데모를 구현했다. 완벽하게 제품을 통합하는 하드웨어 및 소프트웨어 레퍼런스 디자인과 전문기술을 통해 파트너 및 고객사를 지원하게 돼 매우 기쁘게 생각한다”고 말했다.

올해 초 발표된 VG56G4A는 운전자 모니터링 시스템을 지원하는 ST의 2세대 자동차 등급 글로벌 셔터(Global-Shutter) 센서이다. 이 센서는 ST가 자체 투자한 첨단 3D 적층 BSI(Back-Side Illuminated) 이미지 센서의 제조 기술에 기반하고 있다. 이러한 센서는 일반적으로 1세대 DMS에 사용되는 기존의 FSI(Front-Side Illuminated) 센서보다 민감도가 뛰어나며 더 작고 안정적이다. 

이 센서는 최대 60dB에 이르는 선형 동적 범위와 940nm 근적외선(NIR: Near-Infrared) 파장에서 24%에 달하는 높은 양자효율(QE: Quantum Efficiency)을 달성한다. 이를 통해 간단한 저전력, 비가시 LED 이미터로 센서에 적절한 조명을 제공할 수 있다. 가시 스펙트럼 밖에서 동작하면서 주간 또는 야간 운전이나 맑은 날이나 흐린 날에도 일관된 응답을 보장하며, 잠재적인 운전자 피로 문제를 최소화한다.

이 센서는 높은 양자효율 외에도 롤링 셔터(Rolling Shutter) 이미저보다 이점을 더 많이 제공하는 글로벌 셔터 접근방식을 구현한다. 글로벌 셔터는 장면에 대한 모든 픽셀을 동시 노출해 근적외선 조명과 간단히 동기화할 수 있다. 이는 조명 서브시스템의 전력 예산을 낮춘다. 2.6µm에 불과한 픽셀 크기와 높은 양자효율 및 글로벌 셔터를 결합하면 전체 전력소모 및 카메라 크기를 최적화할 수 있다. 또한, 내장된 자동 노출 제어 기능은 센서와의 시스템 상호 작용을 최소화함으로써 애플리케이션 소프트웨어 설계를 간소화하고 사용을 용이하게 한다.

이 센서는 시스템의 기능 및 성능을 최적화하도록 유연한 동작 모드도 제공한다. 여기에는 프로그래밍 가능한 4-프레임 컨텍스트 시퀀스를 비롯해 센서 통합 주기와 동기화된 조명 제어 출력, 외부 프레임-스타트(Frame-Start) 신호를 위한 입력이 포함돼 있다. 추가 기능으로는 자동 암보정(Dark Calibration)과 동적 결함 픽셀 보정, 이미지 자르기(Copping), 미러/플립(Mirror/Flip) 이미지 판독이 있다.

외부 연결을 위해서는 프로그래밍 가능한 범용 I/O(GPIO) 핀 8개와 레인당 최대 1.5Gbps로 동작하는 듀얼 레인 MIPI CSI-2 트랜스미터 인터페이스를 갖추고 있다. 이 센서는 최대 해상도에서 최대 88fps(frames per second)로 동작할 수 있으며, 일반적인 전력소모는 60fps에서 145mW이다.