‘넓이’의 소니 IMX500 vs ‘깊이’의 삼성전자 아이소셀 GN1, 이미지 센서 발전 향방은?

입력 2020.05.21 06:00

세계 이미지 센서 양대 제조사 소니와 삼성전자가 신제품을 발표했다. 소니가 인공지능(AI)을 탑재한 이미지 센서 IMX500을 먼저 공개했다. 삼성전자는 화소수, 자동초점 모두 현존 최고 수준인 이미지 센서 아이소셀 GN1으로 맞섰다.

소니, 삼성전자의 이미지 센서 신제품 경쟁은 ‘넓이’와 ‘깊이’의 대결로 해석할 수 있다. 소니는 스마트폰을 벗어나 ‘이미지 센서의 활용 영역’을 넓히려고 시도한다. 삼성전자는 이미지 센서 본연의 성능인 화질과 자동 초점 기능을 강화해 ‘최고의 사진 촬영 기능’을 만드는데 중점을 뒀다.

‘AI 칩’ 겹친 소니, ‘DSLR 카메라 자동초점’ 재현한 삼성전자

소니는 이미지 센서 화소부와 회로부의 배열을 바꿔 성능을 높이는 ‘이면조사’ 기술 선구자다. 이 기술을 토대로 소니는 이미지 센서에 다양한 기능을 추가하면서도 부피는 유지했다. 소니 IMX500 역시 고도의 적층 기술로 만들어졌다.

일반 이미지 센서는 전기 신호를 전송하는 위쪽 회로부, 빛을 받아 전기 신호로 바꾸는 아래쪽 화소부로 구성된다. 이면조사는 회로부와 화소부 위치를 바꾸는 기술이다. 소니는 한발 더 나아가 1200만화소 화소부 아래 자리잡은 회로부에 AI 연산 칩까지 배치했다.

덕분에 소니 IMX500 이미지 센서는 빛을 받아 전기 신호로 바꾸고, 이 전기 신호를 전송하는 동시에 각종 AI 기능을 수행할 수 있다. AI 연산 속도도 3.1㎳로 빠르다.

소니 IMX500(왼쪽)과 삼성전자 아이소셀 GN1 / 제조사
삼성전자는 아이소셀 GN1을 ‘DSLR 카메라 수준의 위상차 자동초점을 가진 이미지 센서’로 소개한다. 자동초점의 원리는 상의 명암 차이를 이용하는 ‘콘트라스트’, 상의 선명도(위상) 차이를 이용하는 ‘위상차’로 나뉜다.

삼성전자는 아이소셀 GN1의 화소 하나에 포토 다이오드(상을 인식하는 기구) 두개를 넣었다. 사람이 눈 두개로 먼 거리와 가까운 거리를 자유롭게 보는 것처럼, 이 이미지 센서는 포토 다이오드 두개를 써 위상차를 빠르고 정확하게 계산, 선명한 상을 만드는 원리다.

이 기술을 쓰면 ‘모든 화소가 자동 초점 센서’가 된다. DSLR 카메라의 위상차 자동초점 개수는 50~100개쯤인데, 삼성전자 아이소셀 GN1의 자동초점 개수는 1억개(5000만화소 x 포토 다이오드 2개)인 셈이다. 삼성전자 고유의 테트라셀(화소 네개를 하나로 써서 밝고 선명한 사진을 만드는 기술), 8K UHD 영상 촬영 기능도 갖췄다.

소니 "디카, 스마트폰 넘어 로봇, 자율주행차로"
삼성전자 "사람의 눈 재현하는 이미지 센서가 먼저"

소니 IMX500는 이미지 센서의 활용 영역을 넓힐 주역이다. 지금까지 이미지 센서는 피사체를 보고 정보로 바꾸는 ‘눈’ 역할만 했다. AI 칩은 이미지 센서가 만든 정보를 판단하고 분석하는 ‘두뇌’ 역할을 한다.

이미지 센서는 주로 디지털 카메라·스마트폰 등 광학 기기에 쓰인다. 새로운 응용 분야로 보안 시스템, 산업용 로봇과 자율주행차 등이 꼽힌다. 소니의 노림수가 이 부문이다. 피사체를 그냥 보고 저장하는 이미지 센서보다 피사체를 보고 분석하고 알맞은 작업까지 사전에 마치는 이미지 센서가 훨씬 더 많은 일을 신속·정확히 할수 있다.

소니 IMX500 소개 사진 / 소니
자율주행차나 항공 촬영 드론에 비전(광학식) 장애물 회피 기능을 구현할 때 절차는 1] 이미지 센서로 실시간 영상 촬영 2] 장애물 감지 시 영상을 연산 장치로 보내 실제 장애물인지 아닌지 판단 3] 연산 장치가 장애물로 판단한 경우 회피 지시다.

소니 IMX500과 같은 AI 이미지 센서는 1과 2를 직접 처리한다. 판단 시간을 줄일수 있고 외부 해킹 우려도 덜하다. 네트워크 접속 없이 스스로 동작하는 덕분이다. 소니는 MS와 함께 IMX500의 AI 칩을 개량하고 다양한 용도에 맞는 AI 기능을 넣겠다고 밝혔다.

삼성전자 아이소셀 GN1은 ‘눈’의 역할에 충실한 이미지 센서다. 그냥 눈이 아닌 ‘사람의 눈’에 가장 가까운 이미지 센서다. 삼성전자가 꾸준히 강조해온 ‘인간의 눈과 같은 초고화질로 세상을 담는 모바일 이미지 센서’와 부합한다.

삼성전자 아이소셀 GN1 테트라셀 소개 사진 / 삼성전자
이미지 센서가 아무리 다양한 역할을 한다 해도 피사체를 정확히 보지 못하면 무용지물이다. 정확한 데이터(사진)가 있어야 AI도 정확히 동작한다. 삼성전자는 이미지 센서가 사람처럼 피사체를 정확하고 선명하게 볼 수 있도록 개량하는 전략을 선택했다. 그 결과물이 고화소에 고속 자동 초점 기능까지 가진 아이소셀 GN1이다.

소니 IMX500과 삼성전자 아이소셀 GN1의 특징 및 장점은 다르다. 추구하는 가치도 다르다. 산업용 로봇, 자율주행차 등에 사용될 차세대 이미지 센서의 필수 조건인 ‘고화질’과 ‘다기능’ 가운데 소니는 후자를 삼성전자는 전자를 먼저 선택했다.

하지만, 결국 양사의 선택은 ‘사람의 눈 수준으로 정확하게 보고, 사람처럼 생각하고 동작하는 이미지 센서’라는 목표점에서 만날 전망이다.


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