UPDATED. 2024-03-28 16:55 (목)
빛으로 가늠하는 너와 나의 거리, ‘ToF’ 기술 관심집중
빛으로 가늠하는 너와 나의 거리, ‘ToF’ 기술 관심집중
  • 차종환 기자
  • 승인 2023.03.17 18:28
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

반사시간 측정해 거리 계산
2D 영상정보 입체적 인식

생산∙물류 로봇 ‘눈’ 역할
자율주행∙증강현실도 필수

ToF 센싱 연 20% 고성장
모바일∙산업용 신제품 활기
ToF 기술은 빛이 물체에 반사돼 돌아오는 시간을 계산해 거리를 감지한다. [사진=인피니언테크놀로지스]
ToF 기술은 안면인식, 자율주행 로봇 등 다양한 응용이 가능하다. [사진=인피니언테크놀로지스]

[정보통신신문=차종환기자]

디지털 전환이 대세다. 그 중에서도 우리가 살고 있는 실제 세계를 디지털화 해 가상과 현실이 상호작용하도록 하는 시도가 활발하다.

ToF(Time of Flight) 기술은 현실 공간을 디지털화 함으로써 로봇이나 자동차의 자율주행을 가능케 하거나, 가상과 실제를 겹쳐 보이게 해 정보를 전달하는 증강현실(AR)을 실현하는 핵심기술로 관심을 모으고 있다.

 

■작동원리

사람은 2개의 눈을 통해 각 눈이 같은 대상을 바라보는 이미지의 차이를 뇌가 인식해 거리감과 입체감을 느낀다. 하지만 컴퓨터가 이러한 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 것은 그리 간단한 문제가 아니다.

이 문제를 해결한 것이 ToF 기술이다. ToF의 기본원리는 센서의 송신부로부터 신호가 날아가서(flight) 물체에 부딪힌 후 수신부로 다시 돌아오는 시간을 측정해 센서와 물체 간의 거리가 얼마나 떨어져 있는지를 계산하는 것이다.

무수히 많은 신호를 발사해 이를 반사한 물체의 모양을 따라 거리정보를 가진 점이 뒤덮을 정도가 되면 컴퓨터는 이를 비로소 3차원의 어떤 물체로 인식할 수 있게 된다. 발사 반경이 넓어지면 공간에 대한 인식도 가능해진다.

ToF의 신호로는 통상적으로 빛을 많이 사용하는데, 빛은 항상 일정한 속도를 유지하고 있으므로 빛의 왕복시간만 측정할 수 있다면 3차원의 형태를 생성할 수 있다는 의미다.

다만, 햇빛이 강한 실외에서는 상대적으로 약한 ToF 센서의 빛이 왜곡될 가능성이 크다. 빛의 반사가 제대로 되지 않는 투명한 유리이거나, 표면적이 뾰족한 물체일 경우에도 인식 성능이 떨어진다는 단점이 있다.

ToF는 빛이 물체에 반사돼 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산한다.
ToF는 빛이 물체에 반사돼 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산한다.

■활용분야

ToF 카메라는 로봇의 눈 역할에 제격이다.

생산 공정에 투입되는 로봇이나 물류로봇처럼 특정 물체를 다뤄야 하는 로봇은 물체와의 거리를 정확히 인식해야 하기 때문에 ToF 센싱이 유용하다.

자율주행 자동차의 경우 ToF의 원리는 필수적으로 적용되고 있다.

자율주행 분야에서 가장 널리 쓰이고 있는 라이다(LiDAR) 센서가 ToF의 원리를 기본으로 하고 있다. 도로 전후좌우 모든 방향의 상황을 감지해야 하기 때문에 360도 인식이 주를 이룬다.

최근 가장 활발히 적용되는 분야는 증강현실이다.

카메라에 비춰진 전경의 주요 지점 거리를 인식해 해당 위치에 이미지나 텍스트 정보를 표출할 수 있다. 크기를 달리해 원근감을 더하면 더욱 실재감 있는 표현이 가능하다.

ToF를 의료분야에도 적용할 수 있다.

ToF가 적용된 엑스레이의 경우 환자의 특정 신체 부위에 대한 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다. 뼈와 힘줄·혈관 등의 두께로부터 각각의 형태와 부피, 밀도 등 입체적인 정보를 획득함으로써 기존 엑스레이보다 정확한 상태 파악이 가능하다.

이는 곧 엑스레이 촬영 횟수를 줄여 환자의 방사선 노출을 최소화하는 효과도 가져올 수 있다.

ToF를 얼굴인식에 사용하면 출입통제 시스템으로 사용할 수 있다.

2D 이미지 인식의 경우 사진으로도 통과가 가능한 경우가 있는데, ToF로 안면의 굴곡, 윤곽 등을 세밀하게 판독하면 출입통제의 보안성을 크게 높일 수 있다.

 

■시장현황

소니의 스마트폰용 ToF 센서 'IMX 611'. [사진=소니]
소니의 스마트폰용 ToF 센서 'IMX 611'. [사진=소니]

시장조사업체 마켓앤마켓에 따르면, ToF 관련 시장은 연평균 20% 성장해 2025년까지 69억달러 규모의 시장을 형성할 것으로 전망된다.

센서 및 디바이스 제조업계의 활발한 연구개발, 신제품 출시가 이어지고 있다.

인피니언테크놀로지스는 최근 3D ToF 전문기업 pmd테크놀로지스와 협력해 ‘IRS2976C’ ToF 센서를 출시했다.

인피니언의 첨단 픽셀 기술을 적용해 지금까지 BSI(back-side illumination)센서로만 달성할 수 있었던 30% 이상의 양자 효율을 달성했다는 설명이다.

이 센서는 10미터 이상의 측정 범위를 가능하게 하는 다양한 원거리 저전력 활용 사례들을 지원한다. 각각의 픽셀에 pmd테크놀로지스의 특허 기술인 백그라운드 조명 억제 기술을 적용, 높은 동적범위(HDR)와 밝은 햇빛에서도 견고한 데이터를 제공한다.

소니 세미컨덕터 솔루션즈 사업부는 dToF(Direct Time of Flight) 방식의 스마트폰용 ToF 센서 ‘IMX 611’를 공개했다.

독자적인 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 화소 구조를 기반으로 28%의 광자 검출 효율을 실현했다.

피사체의 거리를 높은 정확도로 측정함은 물론, 시스템 전체의 전력소비를 절감할 수 있어 스마트폰에서 거리 정보를 활용한 다양한 서비스를 구현할 수 있다는 설명이다.

가시성이 낮은 저조도 환경에서도 뛰어난 오토 포커스 성능을 구현하며 3차원 공간 인식, AR 오클루젼(AR occlusion), 모션 캡처 및 동작 인식 등의 기능도 지원해 향후 VR 헤드 디스플레이와 AR 글래스의 기능적 진화에도 기여할 수 있다.

텔레다인e2v는 다목적 3D 감지 및 측정에 적합한 ToF 센서 ‘하이드라3D+’를 선보였다.

이 제품은 뛰어난 감도로 조명 전력을 효과적으로 관리하고, 광범위한 반사율을 처리할 수 있다. 무인 운송 차량, 감시, 지능형교통시스템(ITS) 및 건물 건설과 같은 중장거리 및 실외 응용 분야에 이상적이다.

철저한 3D 성능으로 실시간으로 유연한 3D 감지를 원하는 고객의 요구를 충족시킨다는 설명이다. 

국내에선 라이팩, 엠씨넥스, 한국광기술원이 모바일 및 증강현실 기기에 적용될 초박형 ToF 카메라 모듈을 공동 개발하고 있다.

광소자와 전자소자를 반도체 기술로 융합해 각 기기에 최적화된 광엔진 패키지를 제작한다는 설명이다.

개발이 완료되면 세계에서 가장 얇은 ToF 카메라 모듈 생산이 가능해질 전망이다. 이는 현존하는 최소형 ToF 카메라 모듈보다 최대 25% 더 얇다.

 



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • [인터넷 신문 등록 사항] 명칭 : ㈜한국정보통신신문사
  • 등록번호 : 서울 아04447
  • 등록일자 : 2017-04-06
  • 제호 : 정보통신신문
  • 대표이사·발행인 : 함정기
  • 편집인 : 이민규
  • 편집국장 : 박남수
  • 서울특별시 용산구 한강대로 308 (한국정보통신공사협회) 정보통신신문사
  • 발행일자 : 2024-03-28
  • 대표전화 : 02-597-8140
  • 팩스 : 02-597-8223
  • 청소년보호책임자 : 이민규
  • 사업자등록번호 : 214-86-71864
  • 통신판매업등록번호 : 제 2019-서울용산-0472호
  • 정보통신신문의 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재·복사·배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2011-2024 정보통신신문. All rights reserved. mail to webmaster@koit.co.kr
한국인터넷신문협회 인터넷신문위원회 abc협회 인증 ND소프트