애플 페이스ID發, TOF와 이미지센서 '심도찾기'

[아이뉴스24 김문기기자] 애플 아이폰X가 페이스ID를 통해 3D로 안면을 인식할 수 있는 생체인증 방식을 채택한 가운데, 이미지센서와 타임오브플라이트(TOF)센서의 결합을 통해 심도 측정이 가능해지면서, 센서 시장 경쟁이 보다 치열해질 전망이다.

시장조사기관 IC인사이츠가 발표한 OSD 보고서에 따르면 전세계 CMOS이미지센서(CIS) 시장은 올해 9%가 상승한 매출 11억5천만달러를 기록할 것으로 추정된다. 오는 2021년까지 연평균 8.7% 성장해 159억달러에 이른다.

CIS 업체들은 TOF 기술과 3차원 영상을 통한 거리 측정이 가능한 기술 등을 이용해 새로운 입체 감지 기능 구현을 위한 경쟁력 확보에 열을 올리고 있다.

CIS는 전력효율이 탁월한 상보성금속산화막반도체(CMOS)를 기반으로한 이미지센서를 말한다. 빛 에너지를 전기 신호로 바꿔준다. 가령 사용자가 현재 장면을 촬영하면 이를 기기의 언어인 전기로 바꿔 전달해주는 역할을 담당한다. 일종의 통역사인 셈이다. 전력효율이 높아 다양한 모바일 디바이스에 주로 탑재됐다.

장면을 캡쳐해 보여주는 이미지센서는 2D 기반의 결과물을 도출한다. 여기에 TOF센서가 개입하면 심도 측정이 가능해지면서 3D 결과물을 구현할 수 있다. TOF는 음파나 광원을 피사체에 쏘아 보내고, 피사체를 거쳐 다시 돌아오는 시간을 의미한다. TOF센서는 이러한 역할을 감지할 수 있는 부품의 일종이다.

업계 관계자는 "초기에는 TOF라는 용어도 낯설게 받아들여졌다. 하지만 최근에 활용도가 높아짐에 따라 이에 대한 관심이 높아졌다"라며, "반도체가 전력효율과 공간활용성 등을 목표로 지속적으로 통합화됨에 따라 TOF센서 시장도 그러한 추세를 따라갈 것"이라고 설명했다.

기존 TOF센서는 거리를 감지하는 단순 역할을 수행했다. 예를 들어 전화가 온 휴대폰을 들어 귀에 가져다대면 화면이 꺼지면서 터치에 의한 오작동을 차단하는 역할을 TOF센서가 할 수 있다. 이후 TOF센서는 거리 측정이 가능하도록 업그레이드됐다.

대표적으로 LG전자가 G3를 통해 최초 상용화한 레이저오토포커스를 들 수 있다. 레이저오토포커스는 G3로 사진을 찍을 때 더 빠르게 피사체의 포커스를 맞춰주는데 쓰였다. ST마이크로일렉트로닉스의 플라이트센스 TOF센서가 탑재됐다.

이후 하드웨어와 소프트웨어 알고리즘을 통해 이미지센서와 TOF센서가 통합 운영됨에 따라 심도를 측정하는데까지 나아갔다.

IC인사이츠는 "CMOS기술은 소형 칩 모듈로 잠재적 단일 다이까지의 TOF 기능의 통합을 지원하는 지점으로 진행하고 있다"며, "소니, ST마이크로일렉트로닉스, 삼성전자, 옴니비전 등으 3D 이미지센서를 개발했다. 인피니언 역시 TOF에 최적화된 CMOS 기술이 내장된 3D 지원과 이미지센서를 선보였다"고 소개했다.

최근 애플이 선보인 페이스ID도 이러한 원리를 응용한 사례다. 트루뎁스 카메라 시스템에는 심도를 측정할 수 있는 센서가 포함돼 있다. 페이스ID는 도트 프로젝터가 3만개가 넘는 보이지 않는 점을 사용자 얼굴에 투사에 얼굴 맵을 만든다. 적외선 카메라가 도트 패턴을 읽고 적외선 이미지를 인식한다. 이 둘의 정보를 통합해 소프트웨어 알고리즘을 통해 수학적 모델로 환산하는 방식이다.

심도 측정을 통한 3D 인식이 가능하다면, 활용도가 무궁무진해진다. 예컨데 집안에서는 로봇청소기 등에 사용될 수 있다. 외부적으로는 자율주행차량의 핵심 기술로 쓰일 수 있다.

시장조사업체 IHS는 차량용 CIS의 급격한 성장으로 인해 지난 2014년 3천360만개였던 차량용 이미지센서 시장은 오는 2019년 8천769만개로 늘어난다. 연평균 21.1% 성장할 전망이다. IC인사이츠는 지난 2015년 휴대폰이 차지하는 비중이 70%, 차량용은 3%로 미미한 수준이었지만 오는 2020년에는 차량용이 14%까지 상승할 것으로 내다봤다.

한편, 모바일 시장에서 TOF센서의 절대적인 점유율을 보유하고 있는 곳은 ST마이크로일렉트로닉스다. ST는 플라이트센스 2.5세대 TOF센서 모듈 양산을 시작했다. 내년 1분기 상용화를 목표로 한다. VL53L1은 기존 모델에 플로그래머블 멀티존 스캐닝 기능이 추가됐다. 4x4로 공간을 구분해 각각의 거리값을 측정할 수 있다.

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