기술 자료

열화상 카메라란

절대 영도보다 높은 온도를 가진 모든 물체는 적외선을 낸다.

열화상 카메라는 이 적외선 중 장파장 적외선(LWIR, 8 ~ 14 µm) 을 받아 물체의 온도 분포를 영상으로 만든다.

가시광 카메라가 "물체에 반사된 빛"을 보는 것과 달리 열화상 카메라는 "물체가 스스로 내는 빛"을 보기 때문에, 조명이 전혀 없어도 영상이 나온다.

차량용 · 산업용 열화상 카메라는 대부분 비냉각 마이크로볼로미터 방식이다.

화소마다 적외선을 흡수하면 온도가 미세하게 올라가는 얇은 막(볼로미터)이 있고, 그 저항 변화를 읽어 영상을 만든다.

냉각 장치가 없어 작고 가벼우며 전력 소모가 적다. 화소 크기는 17 µm에서 12 µm로 작아졌고, 해상도는 320 × 256에서 640 × 512가 주류가 되었다.

가시광 카메라와 다른 점

• 완전한 어둠, 역광, 맞은편 차량의 전조등 눈부심에 영향을 받지 않는다.
• 사람과 동물은 주변보다 따뜻해 배경과 뚜렷이 구분된다. 어두운 옷을 입은 보행자도 마찬가지다.
• 가벼운 안개 · 연기 · 먼지를 가시광보다 잘 투과한다. (짙은 안개나 비는 열화상도 영향을 받는다.)
• 얼굴 생김새나 번호판 같은 세부 정보가 남지 않아 개인 정보 부담이 적다.
• 유리 · 아크릴을 통과하지 못한다. 그래서 차량 실내(윈드실드 안쪽)가 아니라 그릴이나 범퍼 등 외부에 장착한다.

차량용 열화상 카메라

차량용 열화상은 처음에는 고급 승용차의 나이트 비전(전방 열화상 영상을 계기판에 표시) 용도로 보급되어 100만 대 이상에 장착되었다.

지금은 여기에 더해 자동 긴급 제동(AEB) 의 센서로 주목받고 있다.

야간 보행자 사고가 전체 보행자 사망의 큰 비중을 차지하는데, 레이더와 가시광 카메라만 쓰는 기존 AEB는 어두운 곳의 보행자를 놓치기 쉽기 때문이다.

미국은 2024년에 승용차 AEB 의무화 기준(FMVSS 127)을 확정하면서 야간 보행자 시험을 포함시켰고, 2029년부터 적용된다.

열화상 카메라를 더한 융합 AEB가 야간 시험을 안정적으로 통과한다는 시험 결과가 보고되면서 열화상은 "있으면 좋은 센서"에서 "야간 AEB에 필요한 센서"로 바뀌고 있다.

장점

• 전조등이 비추는 거리보다 훨씬 멀리서 보행자 · 동물을 감지한다. 그만큼 경고와 제동을 일찍 시작할 수 있다.
• 라이다 · 레이더와 달리 같은 종류의 센서끼리 간섭이 없다. (수동 센서이므로 아무것도 내보내지 않는다.)
• 가시광 · 레이더 · 라이다와 원리가 달라 센서 융합에서 서로 다른 조건의 약점을 보완한다.
• 차량용 제품은 셔터리스 설계(영상이 끊기지 않음), 히터 내장 윈도우(성에 · 김 서림 방지), IP6K9K 밀폐 하우징, ISO 26262 기능 안전 인증 같은 차량 요구 사항을 갖춘다.

단점

• 유리를 투과하지 못해 외부 장착이 필수이고, 렌즈 재료(게르마늄 등)가 비싸다.
• 해상도가 가시광 카메라보다 낮다. 표지판 글자나 신호등 색은 읽을 수 없다.
• 주변과 온도 차가 거의 없는 물체(한여름 뜨거운 노면 위의 물체 등)는 구분이 어렵다.
• 거리를 직접 재지 못한다. 거리는 레이더 · 라이다와 융합해서 얻는다.

차량 외의 용도

같은 카메라 모듈이 로봇 · 드론의 야간 감시, 산업 설비의 과열 감시, 화재 · 연기 환경의 시야 확보, 교통 인프라의 야간 보행자 검지에도 쓰인다.

차량용 열화상의 적용 사례는 적용분야 › 열화상 카메라에 정리되어 있다.