운전 중 시선 분산, ‘미래형 스마트 윈드실드’ 기술로 해결한다

혼잡한 도로를 주행할 때 계기판을 확인하기 위해 시선을 내리는 1초는 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 이를 방지하는 헤드업 디스플레이(HUD)가 존재하지만, 기존 기술은 윈드실드 특정 거리에 고정된 평면 2D 이미지만 보여주어 운전자가 도로와 정보 사이에서 시선을 계속 재초점화해야 하는 한계가 있었다.

최근 중국 상하이과학기술대학 청칭 청(Qingqing Cheng) 교수와 중국과학기술대학 쿤 황(Kun Huang) 교수팀은 이러한 문제를 해결하고 가상과 현실을 매끄럽게 융합하는 차세대 홀로그래픽 디스플레이 방식을 개발했다고 발표했다. 이번 연구 결과는 광학 분야 권위지인 ‘어드밴스드 포토닉스 넥서스(Advanced Photonics Nexus)’에 게재되었다.

■ ‘제로 패딩’ 없는 초효율 연산

홀로그래픽 HUD의 핵심은 도로 위 특정 지점에 내비게이션 화살표가 놓인 것처럼 보이게 하는 ‘회절’ 기술이다. 하지만 아주 작은 디스플레이 칩의 이미지를 넓은 유리창에 투사하려면 기존의 고속 푸리에 변환(FFT) 방식으로는 엄청난 양의 빈 데이터, 즉 ‘제로 패딩(Zero-padding)’을 추가해야 했다. 이는 컴퓨터 메모리를 낭비하고 연산 속도를 늦춰 실시간 차량 적용에 큰 걸림돌이 되었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 행렬 곱셈(MM) 기반 회절법을 도입했다. 이는 계산 과정에 유연한 ‘줌 렌즈’ 기능을 부여한 것과 같다. 새로운 방식은 디스플레이 칩과 윈드실드용 홀로그램을 독립적으로 계산할 수 있게 하여 중복 연산을 완전히 제거했다. 그 결과, 기존 방식 대비 계산 시간은 58% 단축되었고 메모리 사용량도 획기적으로 낮아졌다.

■ 가상과 현실의 완벽한 정렬… “초점 조절 필요 없다”

연구팀은 알고리즘의 유효성을 증명하기 위해 실제 HUD 프로토타입을 제작했다. 실험 결과, 0.1m, 0.5m, 1.5m 등 서로 다른 깊이에 있는 세 가지 가상 이미지를 동시에 투사하는 데 성공했다.

시연에서 홀로그래픽 주행 정보는 도로 위의 교통 콘이나 건설 현장 작업자 등 실제 사물의 깊이와 완벽하게 일치했다. 운전자가 가상 정보와 실제 장애물을 볼 때 시선을 재초점화할 필요 없이 자연스럽게 정보를 인지할 수 있게 된 것이다.

■ 미래형 ‘스마트 윈드실드’ 시대 연다

이 기술은 부피가 큰 하드웨어 없이도 소형 광시야각 AR-HUD를 구현할 수 있다는 점에서 큰 기대를 모으고 있다. 단일 계산 프레임워크 내에서 근거리와 원거리 디스플레이를 모두 처리할 수 있어 지능형 차량의 필수 안전 경고를 실제 환경에 직접 중첩할 수 있다.

연구진은 향후 색상 재현력과 재생률(Refresh rate)을 더욱 개선할 계획이다. 미래의 스마트 윈드실드는 단순한 유리창을 넘어, 운전자의 시야를 안전하고 풍요롭게 확장하는 지능형 플랫폼으로 거듭날 전망이다.

성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr

출처: Tech Xplore (More efficient holographic solutions enable smarter vehicle head-up displays)

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