운전자 모니터링 시스템의 범위
미국 도로교통안전국(NHTSA)의 2021년 연구에 따르면 2020년 미국에서 38,000건 이상의 자동차 사고가 발생했으며, 이 중 약 95%가 사람의 실수로 인한 사고였다. 자율주행 시스템을 옹호하는 사람들은 오랫동안 자율주행 기술이 인적 오류의 영향을 줄이고 운전을 더 안전하게 만드는 데 핵심이 될 것이라고 주장해 왔다. 하지만 전문가들은 완전 자율주행 시스템을 구현하는 데 수십 년은 아니더라도 수년은 더 걸릴 것이며, 인간은 여전히 운전을 이루는 중요한 요소라고 보고 있다. 반자동 주행 시스템이 승용차에 점점 더 보편화됨에 따라 비교적 새로운 형태의 인적 오류인 주의 산만 운전이 나타나고 있다. 운전자가 휴대폰, 태블릿 등에 시선을 빼앗겨 주의가 산만해져 예방 가능한 충돌 및 기타 사고를 피할 수 있는 충분한 주의를 기울이지 않는 것에 대한 우려는 자율주행 시스템이 보편화됨에 따라 계속 증가하고 있다. 자율주행 시스템의 오작동이 간헐적으로 확인되기는 했지만, 주로 인적 오류라는 요소로 인해 안전에 대한 우려가 여전히 존재한다.
자동차 제조사들과 규제 당국은 어떻게 하면 자율주행 시스템이 장착된 차량을 운행하는 운전자가 도로에 주의를 기울이도록 만들 수 있을까? 한 가지 방법은 수년 동안 상업용 운송 트럭 차량에 적용되어 온 기술인 운전자 모니터링 시스템(DMS)을 활용하는 것이다. DMS는 적외선 센서를 사용하여 운전자의 얼굴 위치와 눈의 움직임을 모니터링하여 운전자가 주의를 기울이고 있는지, 앞 유리를 내다보고 있는지 여부를 판단한다. 시스템이 운전자의 주의가 산만하거나 부주의한 상태를 감지하면 경고음을 울리거나 실내 조명을 점멸하여 도로의 잠재적 위험을 경고하고 운전자가 반응하지 않으면 브레이크를 작동시킨다. 미국, EU, 중국에서는 올해 말까지 신차에 DMS를 의무적으로 장착하도록 하는 법안이 도입되었다. 본 글에서는 DMS의 현재 상태와 앞으로의 발전 방향에 대해 살펴본다.
DMS – 과거와 현재
앞서 언급했듯이 DMS는 미국, 유럽 일부 지역 및 아시아에서 상용차 차량 관리에 사용되고 있다. DMS는 상업용 운송 및 운송 산업에서 사고를 줄이는 데 도움이 되는 것으로 밝혀졌으며, 운전자의 시간 효율성을 높이고 대형 상용차 운전에 수반되는 엄격한 안전 프로토콜을 준수하는지 확인하는 데 도움을 제공했다. 하지만 최근까지 이 같은 시스템은 주로 사람 운전자의 감독에 의존했기 때문에 DMS로 캡처한 영상을 클라우드에 업로드한 다음 사람이 검토해야 했다. 이로 인해 주의가 산만해지는 운전자와 운전자 경보 시스템을 활성화하는 사람 사이에 발생하는 지연 시간은 초기 시스템의 기능에서 중요한 단점이었다. AI를 활용하면 DMS는 운전자의 주의가 분산된 것으로 감지되면 실시간으로 운전자에게 경고할 수 있다.
대부분의 DMS 기술은 비슷한 방식으로 작동한다. 적외선 LED 센서가 장착된 카메라가 스티어링 칼럼에 장착되어 머리 위치(도로를 올려다보고 있는지, 아니면 휴대폰을 내려다보고 있는지)를 모니터링한다. 운전자의 눈의 움직임과 깜박이는 빈도(사람은 깨어 있고 주의력이 있을 때보다 졸릴 때 눈을 더 자주 깜빡인다)도 모니터링한다. 운전자가 도로 위험이나 차선 이탈과 같은 안전하지 않은 행동에 충분히 반응하지 않는다고 판단되면 DMS는 운전자 경고 시스템을 활성화한다. 그러면 운전자가 제때 개입하지 않을 경우 자율주행 시스템이 적절한 조치를 취할 수 있다(그림 1). 렉서스(Lexus)는 2006년 승용차에 DMS를 구현한 최초의 자동차 제조사였으며, 곧이어 렉서스의 모회사인 도요타(Toyota)와 볼보(Volvo)가 그 뒤를 따랐다. 포드(Ford), 캐딜락(Cadillac)과 같은 미국 자동차 제조사들과 BMW와 같은 유럽의 자동차 제조사들도 일부 모델에 DMS를 개발하여 배포했다. 향후 10년 내에는 거의 모든 자동차 제조사들이 DMS에 투자할 것으로 예상된다.
그림 1: 활성화된 운전자 경고 시스템
DMS: 시스템 구현 및 안전
운전자 모니터링 시스템을 구현할 때 가장 중요한 것은 안전이다. 시스템 아키텍처는 잠재적 위험이나 예상치 못한 장애물을 나타내는 다양한 환경 신호에 실시간으로 대응할 수 있어야 한다. 이 같은 단서는 여러 센서에 의해 관찰되고 기록되며, 종종 "센서 퓨전"이라고 하는 프로세스에서 외부 측정값을 식별하기 위해 결합 또는 비교된다. 필요한 연산 능력과 주요 기능을 갖춘 특수 프로세서는 이 같은 종류의 시스템 구현을 시작하기에 안성맞춤이다. NXP Semiconductors S32V234 비전 및 센서 퓨전 프로세서 는 나머지 최첨단 DMS 솔루션을 구축하는 데 필요한 플랫폼을 제공한다.
NXP Semiconductors S32V234 비전 및 센서 퓨전 프로세서는 범용 CPU, 3D GPU를 통한 특수 목적 처리, OpenCL™로 활성화되는 듀얼 APEX-2 비전 가속 코어, APEX-CV, APEX 그래프 및 임베디드 이미지 센서 처리(ISP)의 이기종 조합을 사용하여 HDR 및 색상 처리 속도를 높여 DMS와 같은 안전이 중요한 설계에 완전히 통합된 접근 방식을 제공한다. CPU에는 컴퓨팅 집약적 알고리즘을 위한 쿼드 코어 1GHz Arm® Cortex®-A53과 컴퓨팅 집약적이지 않은 시스템 관리 기능을 오프로드하는 133MHz Arm Cortex-M4 마이크로컨트롤러가 포함되어 있다.
추가 안전 및 신뢰성 기능으로, 모든 프로세서에는 프로세서 캐시, 내장 4MB 스크래치패드 메모리 및 DRAM 메모리에 대한 데이터 및 명령 보호를 위한 ECC(오류 수정 코드)가 있다. 또한 보안이 내부 IP를 보호하고 외부 침입 공격으로부터 보호하는 데 있어 중요한 요소로 급부상함에 따라 S32V234에는 16KB의 온칩 보안 RAM과 ROM이 포함된 임베디드 암호화 보안 엔진(CSE)이 포함되어 있다. S32V234 프로세서는 NXP SafeAssure™ 프로그램의 일부이다. 이 프로그램은 ISO 26262 ASIL B ADAS 애플리케이션을 지원하며 보행자 감지, 물체 감지, 차선 이탈 경고, 지능형 헤드 빔 제어, 교통 표지판 인식 등 몇 가지 주요 DMS 요소를 포함한다. 또한 S32V234 프로세서는 차량 및 산업 자동화를 지원하기 위해 자동차 등급의 신뢰성, 기능적 안전성 및 보안 조치를 감안하여 설계되었다.
DMS: 현재와 미래의 규제 환경
EU에서는 이미 신차에 DMS를 의무화하는 전환이 진행 중이다. 2019년 EU 각료이사회는 EU에서 판매되는 모든 신규 제조 자동차에 운전자 모니터링 기술을 포함한 향상된 안전 기능을 포함하도록 하는 일반 안전 규정을 제정했다. 새로운 규정은 올해부터 시행된다. 현재는 일정 수준의 자율주행 기능을 갖춘 신차에만 적용되지만, 2026년까지 EU에서 새로 제조되는 모든 자동차에 적용될 예정이다. 유럽의회는 이 법안이 향후 10년간 10만 건 이상의 자동차 사고를 예방할 수 있을 것으로 예상하고 있다. EU가 DMS에 투자하는 방식은 법제화만이 아니다. 유로 NCAP으로 알려진 EU의 신차 평가 프로그램에서는 이제 신차가 별 다섯 개 안전 등급을 받으려면 운전자 모니터링 기능을 포함하도록 요구하고 있다.
팬데믹으로 인해 판매가 급감하기 전인 2018년 400만 대 이상의 자동차가 판매된 중국에서도 DMS가 필수 안전 기능으로 자리 잡고 있지만, EU보다는 점진적으로 도입되고 있다. 장쑤성은 2018년에 중국 최초로 장거리 트럭과 위험물 운송 차량에 DMS를 의무화했으며, 조만간 전국적으로 유사한 의무화 조치가 시행될 것으로 예상된다. 미국과 유럽 시장이 선도하고 있는 상황에서 인구가 가장 많은 중국이 운전 안전에 상당한 투자를 하는 것은 당연한 일이다.
미국 의회에서도 신차에 운전자 모니터링 시스템을 의무화하기 위한 입법 조치를 취하고 있다. 2020년 7월 미국 하원은 인프라와 도로 안전에 투자하여 운전을 더욱 안전하게 만드는 법안인 'Moving Forward Act'를 통과시켰다. 이 법안에는 미국에서 판매되는 모든 신규 제조 차량에 운전자 모니터링 시스템을 의무화하는 유럽연합의 안전 규제와 같은 규정이 포함되어 있다. Moving Forward Act는 아직 상원과 대통령의 승인을 받아야 하지만, 상원 상무, 과학, 교통위원회 위원들이 유사한 법안을 상원에 발의한 바 있다. 'Stay Aware for Everyone Act(SAFE)'는 미국 교통부가 자율주행 시스템이 운전자의 주의력 분산에 미치는 영향과 부주의 운전과 관련된 자동차 사고를 줄이는 데 있어 DMS의 효과를 연구하도록 지시하고 있다. 연구 결과에 따라 규제 당국은 자동차 제조사들이 새 모델에 DMS 기술을 포함하도록 요구하는 규정을 제정하고 시행해야 할 수도 있다. SAFE는 법안 통과 후 2년 이내에 연구를 완료하고 4년 이내에 DMS가 운전자 안전에 미치는 영향을 결정하도록 의무화할 것이다.
DMS가 운전자 안전에 실질적인 변화를 가져올 것으로 판단되면 제조사들은 의무를 준수해야 하는 모델 연도가 두 개 더 늘어날 것이다. 법안 지지자들에 따르면 이 법안은 특정 기술이나 개발자를 편애하지 않는 '불가지론적' 법안으로 설계되었다. 두 법안 모두 팬데믹 및 기타 요인으로 인해 상원에서 보류되었으며, 법안 통과에 대한 확정 기한은 정해지지 않았지만 올해 어느 시점에 표결에 부쳐질 경우 초당적인 지지를 받을 것으로 예상된다.
DMS의 미래
(반)자율주행 시스템의 대량 구현에 대한 견제와 균형을 확립하고 운전 안전성을 향상시키려는 국제적인 관심을 고려할 때, DMS는 미래 자동차 시장에서 밝은 미래를 가지고 있는 것으로 보인다. AI를 구현함으로써 DMS는 이미 더 효율적이고 향상된 기능을 제공했다. DMS 개발의 다음 단계는 얼굴 인식 소프트웨어를 통합하는 것일 가능성이 높으며, 스바루(Subaru)는 이미 DriverFocus 시스템에 FR을 사용하고 있다. 이 시스템은 운전자가 한 번에 3초 이상 도로에서 한눈을 팔면 운전자에게 경고를 보내는 동시에 시스템이 운전자를 대신해야 할 경우를 대비해 자동차의 자율주행 시스템을 경계 상태로 전환한다. 차량이 운행되는 동안 지속적으로 영상을 촬영하는 카메라에 대한 프라이버시 우려가 있다. 이 같은 우려는 얼굴 인식 소프트웨어가 DMS의 기능으로 널리 채택되기 전에 해결되어야 할 것이다. 이러한 우려에도 불구하고 EU의 안전 규정과 하원과 상원의 법안이 어떤 형태로든 통과된다면 향후 10년간 승용차에 DMS가 상당한 속도로 확산될 것으로 예상된다. 이제는 운전자가 도로에 주의를 기울이지 않을 때 자동차가 운전자에게 더 많은 주의를 기울일 수 있도록 준비해야 할 것이다.
저자 소개
알렉스 플루머(Alex Pluemer)는 고급 전자 제품과 신흥 기술, 기술 개발에 대해 전문적으로 기고하는 Wavefront Marketing의 수석 기술 작가이다.