KR20230171840A - 이미지 데이터를 처리하는 제어기, 및 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

이미지 데이터를 처리하는 제어기, 및 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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KR20230171840A
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구시경
박정석
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 이미지 데이터를 처리하는 제어기의 동작 방법은, 이미지 센서로부터 연속한 프레임들을 갖는 이미지 데이터 및 상기 이미지 데이터의 서명 값을 수신하는 단계, 및 차량 속도를 이용하여 상기 서명 값을 검증하는 단계를 포함하고, 상기 서명 값을 검증하는 단계는, 상기 차량 속도에 따라 결정된 체크 주기를 결정하는 단계, 및 상기 체크 주기에 따라 상기 프레임들 중에서 결정된 프레임의 서명 값을 검증하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

이미지 데이터를 처리하는 제어기, 및 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법{CONTROLLER FOR PROCESSING IMAGE DATA, IMAGE PROCESSING SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 이미지 데이터를 처리하는 제어기, 그것을 갖는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자율주행이 자동차 미래 산업의 핵심 기술로 떠오르고 있다. 자율주행을 가능하게 하는 기본 기술로는 라이더나 CIS(CMOS Image Sensor) 등을 이용하여 차선 인식, 앞/옆/뒤 차 인식하여 차간 거리 파악, 보행자 인식, 도로 환경 인식 등의 기술 해결이 선행 되어야한다. 이를 위해 자동차는 현재 주행중인 도로 상황 및 주행 상황에 대해 자동차내 센서를 이용하여 센싱 후 자동차내의 메인 컨트롤러에게 관련 정보를 전송하게 된다. 그런데 이 사이에 제 3자가 해킹하여 잘못된 정보를 메인 컨트롤러에 보낼 경우 메인 컨트롤러는 잘못된 정보 유입으로 인해 잘못된 판단을 내릴 수 있다. 이는 빠른 속도로 주행중인 차량에 직접적으로, 실시간으로 연동되는 상황이라 승객의 목숨도 관련된 중요한 사항이다. 예를 들어, 카메라 센서를 통해 도로 상 차선이 곧바로 일직선으로 되어 있는 상황에서 센서가 이 이미지 정보를 자동차의 메인 컨트롤러에 보내는 상황에 제 3자 해커가 센서와 메인 컨트롤러 사이에 개입하여 이미지를 조작하여 도로의 차선이 우회전 도로 상의 차선인 것처럼 조작하여 컨트롤러에 보낸다면, 메인 컨트롤러는 직직 차선인 상황인데도 잘못된 차선 정보를 바탕으로 우회전하게 되어 큰 사고를 유발하게 된다. 이 때문에 센서와 컨트롤러 사이에 제 3자의 개입 여부 즉 센서 정보의 무결성(integrity)을 보장해 주는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 이미지 데이터의 무결성을 체크하는 제어기, 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템, 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 차량 속도에 따라 전력 소비를 최적화하도록 무결성을 체크하는 제어기, 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템, 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 데이터를 처리하는 제어기의 동작 방법은, 이미지 센서로부터 연속한 프레임들을 갖는 이미지 데이터 및 상기 이미지 데이터의 서명 값을 수신하는 단계; 및 차량 속도를 이용하여 상기 서명 값을 검증하는 단계를 포함하고, 상기 서명 값을 검증하는 단계는, 상기 차량 속도에 따라 결정된 체크 주기를 결정하는 단계; 및 상기 체크 주기에 따라 상기 프레임들 중에서 결정된 프레임의 서명 값을 검증하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 데이터를 처리하는 제어기는: 외부의 센서로부터 속도 정보를 수신하고, 차량 속도를 판별하는 차량 속도 판별기; 상기 차량 속도에 대응하는 무결성 체크 주기를 결정하는 체크 주기 제어기; 및 상기 무결성 체크 주기에 따라 이미지 센서로부터 수신된 프레임의 무결성을 검증하는 무결성 체크 실행기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템은, 이미지 데이터를 획득하고, 상기 이미지 데이터에 대응하는 서명 값을 발생하고, 제 1 통신 인터페이스를 통하여 상기 이미지 데이터와 상기 서명 값을 보안 이미지 데이터로 출력하는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로부터 보안 이미지 데이터를 수신하고, 차량 속도에 대응하는 체크 주기에 따라 상기 서명 값을 검증하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어기, 그것을 갖는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법은, 속도에 따라 이미지 데이터의 무결성을 체크 횟수를 가변함으로써, 최적화된 전력 소비를 구현할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(100)에서 프레임의 서명(signature)을 구현한 실시 예를 보여주는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)의 무결성 체크를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 무결성 체크 방식에 따른 전력 소비를 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 속도에 따른 무결성 체크 간격을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 일반적인 회전 구간에서 차량 속도에 따른 무결성 체크 주기를 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)의 차량 속도에 무결성 체크 시점 및 주기를 결정하는 방식을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(20)의 무결성 체크 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(20)의 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템의 무결성 체크 과정을 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행 차량(3000)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 제어기(4000)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어기, 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법은, 이미지 데이터의 무결성 체크시 속도에 따른 체크 시점 간격 조정을 통하여 전력 소비를 최적화 시킬 수 있다. 본 발명의 제어기는 이미지 무결 체크 주기 제어기, 속도 판별기, 및 속도에 따른 이미지 무결성 체크 실행기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 제어기, 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법은, 차량 속도에 따른 이미지 무결성 체크를 다르게 함으로써, 최적화된 전력 소비를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템(10)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 이미지 처리 시스템(10)은 이미지 센서(100) 및 제어기(200; ISP/AP/ECU/HOST)를 포함할 수 있다. 여기서 이미지 센서(100; CIS)는 카메라 렌즈를 이용해 촬상 동작을 수행하는 카메라 장치일 수 있다. 이미지 처리 시스템(10)은 다양한 종류의 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 처리 시스템(10)은 자율 운행 시스템에 적용될 수 있다.
이미지 센서(100; CIS)는 차량 주변으로부터 이미지를 획득하도록 구현될 수 있다. 또한, 이미지 센서(100)는 획득된 이미지의 신뢰성을 보장하는 보안 이미지(secured image; Image + Signature(CMAC))로 변환하고, 변환된 보안 이미지를 제어기(200)로 전송하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 보안 이미지는 오리지널 이미지 데이터 및 오리지널 이미지 데이터의 신뢰성을 검증하기 위한 태그(CMAC)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 보안 이미지는 암호 알고리즘에 의거하여 암호화된 이미지를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 이미지 센싱 유닛(110), 신호 처리 유닛(120), 보안 회로(130), 및 인터페이스 회로(140)를 포함할 수 있다.
이미지 센싱 유닛(110)은 복수의 픽셀들을 이용하여 이미지를 획득하도록 구현될 수 있다. 이미지　센싱 유닛(110)는 NMOS(N-type Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서, CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)　이미지　센서, 혹은 CCD(Charge Coupled Device) 이미지　센서 중 어느 하나로 구현되는 픽셀　어레이를 포함할 수 있다.
신호 처리 유닛(120)은 이미지 센싱 유닛(110)으로부터 획득된 이미지 신호를 적어도 하나의 처리 방식에 따라 처리함으로써 이미지 데이터를 출력하도록 구현될 수 있다.
보안 회로(130)는 획득된 이미지 데이터를 보안 이미지로 변환하는데 필요한 일련의 보안 기능(예를 들어, 인증 동작, 키교환 동작, 암복호 동작 등)을 수행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 보안 회로(130)는 소프트웨어적, 하드웨어적, 혹은 펌웨어적으로 구현될 수 있다.
또한, 보안 회로(130)는 제어기(200)와 인증 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 여기서 인증 동작은 다양한 알고리즘에 의거하여 수행될 수 있다. 실시 예에 있어서, Device 인증 동작은 RSA(Rivest Shamir Adleman), ECC(Elliptic Curve Cryptography), Diffie-Hellman 등의 비대칭키 알고리즘에 기반하여 인증 절차가 수행될 수 있다. 또한, Image 인증 동작은 AES(Advanced Encryption Standard), DES(Data Encryption Standard) 등의 대칭키 알고리즘에 기반하여 인증 절차가 수행될 수 있다. 대칭키 알고리즘에 기반한 인증 시스템을 위하여 그 대칭키가 Sensor와 ISP/AP/ECU/HOST 상호간 교환 실시 예에 있어서, 그 방법으로 비대칭키 인증 방식이 수행될 수 있으며, 인증 동작은 이미지 센서(100)의 설정 동작 이후에 개시될 수 있다. 특히, 인증 동작을 수행하면서 동시에, 이미지 센서(100)로부터 획득된 이미지 데이터 및 태그(CMAC)는 제어기(200)로 전송될 수 있다. 이때, 인증 동작과 동시에 전송되는 이미지는 신뢰성 검증을 위한 태그를 포함하지 않을 수 있다.
또한, 보안 회로(130)는 제어기(200)에서 전송하는 이미지 위변조 여부를 확인하도록 이미지 데이터에 대해 보안 처리 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 보안 처리 동작은 획득된 이미지 데이터에 대한 태그(CMAC)를 발생할 수 있다.
실시 예에 있어서, 보안 회로(130) 중, 대칭키 보안 회로는 이미지 데이터 및 비 대칭키 보안 회로로부터 받은 정보(공유 키 정보)를 이용하여 태그(CMAC)를 발생할 수 있다. 여기서 태그(CMAC)는, 예를 들어, 이미지 데이터의 전체 혹은 일부에 대한 MAC(Message Authentication Code)일 수 있다.
또한, 보안 회로(130)는 암호 모듈, DPA 방어모듈을 포함할 수 있다. 암호 모듈은 암호 알고리즘에 의거하여 암호화 동작을 수행하거나, 복호화 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. DPA 방어모듈은 이미지 센서(100)에 대한 DPA 공격을 방어하도록 구현될 수 있다. DPA 방어모듈은 보안 회로(130)에서 보안 처리 동작(인증 동작, 복호화 동작, 키 발생 동작, MAC 연산 동작 등)을 수행할 때, 난수를 이용하여 개인키의 직접적인 노출을 줄이도록 구현될 수 있다.
인터페이스 회로(140)는 획득된 이미지 데이터 및 그것의 태그(CMAC)를 덧붙인 보안 이미지를 사전에 결정된 인터페이스 규격에 따라 제어기(200)으로 전송할 수 있다. 실시 예에 있어서, 인터페이스 규격은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface), MASS(MIPI Automotive SerDes Solution), DisplayPort 등일 수 있다.
제어기(200, ISP/AP/ECU/HOST)은 이미지 센서(100)와 인증 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 제어기(200)은 이미지 센서(100)의 공개키로 암호화된 암호문을 이미지 센서(100)로 전송할 수 있다. 여기서 암호문은 I2C(Inter Integrated Circuit), SPI(Serial Peripheral Interface), UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), MIPI 등의 인터페이스 규격을 통하여 전송될 수 있다.
또한, 제어기(200)는 이미지 센서(100)로부터 전송되는 보안 이미지 데이터(IMG, CMAC)를 수신하고, 이에 대한 이미지 데이터의 무결성을 확인한 후, 이미지 데이터의 처리 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 이미지 센서(100)와 별개로 구현되는 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 이러한 반도체 칩은 적어도 하나의 프로세서 및 이미지 처리 모듈이 집적된 SoC(System On Chip)일 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)은 ADAS(Advanced Driver Assistance System) SOC일 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(200)은 수신된 이미지 데이터와 이미지 센서(100)와 비대칭키 암호화 방식으로 공유된 대칭키 정보를 이용하여 MAC 값을 계산하고, 이를 이미지 센서(100)로부터 전송된 MAC 값(CMAC)과 비교를 통해 이미지 센서(100)로부터 전송된 이미지 데이터의 무결성을 검증할 수 있다.
제어기(200)는 차량 속도 판별기(210), 체크 주기 제어기(220), 및 무결성 체크 실행기(230)를 포할 수 있다.
차량 속도 판별기(210)는 내부의 센서 혹은 외부의 센서로부터 감지된 차량 속도에 대응하는 속도 정보를 이용하여 실시간 차량의 주행 방향 및 주행 속도를 판별하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 차량 속도 판별기(210)는 외부의 적어도 하나의 속도 센서로부터 차량 속도에 대응하는 속도 정보를 수신하고, 실시간으로 차량의 주행 속도를 판별할 수 있다. 여기서 외부의 속도 센서로부터 수신된 속도 정보는 적어도 하나의 다른 제어기(예를 들어, ISP/AP/ECU/HOST)를 경유하여 수신될 수 있다.
체크 주기 제어기(220)는 속도 정보에 대응하는 무결성 체크 주기를 결정하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 속도 정보가 등가속 일 때 무결성 체크 주기는 주행 방향에 따라 무결성 체크를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 차량의 주행 속도가 빠를 때의 무결성 체크 회수는 차량의 주행 속도가 늦을 때의 무결성 체크 회수보다 많을 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 속도 정보가 등속 일 때, 무결성 체크 주기는 이전 체크 주기를 유지하도록 구현될 수 있다.
무결성 체크 실행기(230)는 체크 주기에 따라 대응하는 이미지 데이터, 예를 들어, 프레임의 무결성을 체크하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 무결성 체크 실행기(230)는 차량 속도가 일정 속도 이상일 때 프레임 마다 무결성 체크를 수행할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 무결성 체크 실행기(230)는 차량 속도가 일정 속도 미만일 때, 사전에 결정된 프레임마다 무결성 체크를 수행할 수 있다. 한편, 본 발명의 무결성 체크 실행은 차량의 속도를 감안하여 다양한 체크 주기에 따라 수행 될 수 있다.
한편, 차량 속도 판별기(210), 체크 주기 제어기(220), 및 무결성 체크 실행기(230)의 각각은 하드웨어적, 소프트웨어적, 혹은 펌웨어적으로 구현될 수 있다.
한편, 제어기(200)는 외부의 제어기와 CAN(Controller Area Network), MOST(Media Oriented System Transport), LIN(Local Interconnected Network), FlexRay, Ethernet 등 다양한 통신 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 처리 시스템(10)은 하나의 제어기(200)과 하나의 이미지 센서(100)가 도시되고 있다. 하지만, 본 발명의 이미지 처리 시스템(10)은 이외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 이미지 처리 시스템은 제어기의 개수 혹은 이미지 센서의 개수를 다양하게 조합하여 구현될 수 있다.
또한, 제어기(200)는 각 카메라 센서로부터 전달받은 많은 양의 이미지를 분석하여, 이를 바탕으로 현재의 교통 상황 및 장애물을 해석하고, 이후 동작을 위한 장치 제어를 실시간으로 실행할 수 있다. 동시에, 제어기(200)은 정당한 카메라 장치로부터 이미지가 전달되었는 지와, 이미지의 전달 과정에서 위변조가 발생하지 않았는지를 확인하기 위한 보안 처리 동작을 수행할 수 있다.
제어기(200)은 상술된 보안 기능을 수행하는 보안 모듈(예를 들어, HSM(Hardware Security Module)을 포함할 수 있다. 여기서, 보안 모듈은 소프트웨어적, 하드웨어적, 혹은 펌웨어적으로 구현될 수 있다. 일반적으로, 보안 모듈(HSM)은 암호화 키의 수명 주기 보호를 위해 특별히 설계된 암호화 프로세서를 의미한다. HSM은 강화된 위조 방지 장치 내에서 암호화 처리, 키 보호 및 키 관리를 수행한다. 일반적으로, 차량 제어기 도메인에서 사용되는 HSM은 키를 안전하게 저장할 수 있는 보안 메모리(Secure Memory)를 구비한다. 예를 들어, 보안 메모리는 호스트 시스템과 별개로 보안성이 높은 HSM 전용 RAM(Random Access Memory)이나 ROM(Read Only Memory)을 포함한다. HSM은 전용의 CPU(Central Processing Unit)를 통해 일련의 동작을 수행하여 잠재적 공격자의 공격으로부터 상대적으로 안전하게 기능을 수행할 수 있다.
일반적인 이미지 처리 시스템은, 일정 간격으로 혹은 매 프레임마다 이미지 무결성 체크를 수행하고 있다. 따라서, 일반적인 이미지 처리 시스템은 이미지 무결성 체크시 고정된 전력 소비를 나타내고 있다. 일반적으로 이미지 무결성 체크는 고정 간격 혹은 매 프레임마다 수행하고 있기에 저속에서 전력 소비가 고속 기준으로 소모되고 있다. 또한, 고정 간격을 늘릴 경우에는 저속 기준으로 전력 소비가 필요한 만큼 소모되는 장점이 있지만, 고속에서 이미지 프레임의 무결성이 보장되지 못할 수도 있다.
반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템(10)은, 차량 속도에 따라 무결성 체크 주기를 가변하는 제어기(200)를 구비함으로써, 차량 속도에 상관없이 무결성을 체크하면서, 동시에 최적의 전력 소비를 구현할 수 있다. 즉, 차량 속도를 감안하여 이미지 프레임의 무결성을 체크하기에 속도가 빠를 경우에는 무결성 체크를 놓치는 프레임 없이, 속도가 느릴 경우에는 최적의 전력 소비를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템(10)은, 리소스 이슈를 고려하여 무결성 체크, 즉 서명 체크(signature check)를 매 프레임 단위로 하지 않을 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(100)에서 프레임의 서명(signature)을 구현한 실시 예를 보여주는 도면들이다.
도 2a를 참조하면, ISP/AP/ECU/HOST에 전달되는 이미지 관련 정보는 sensor내의 다양한 정보를 포함하는 임베디드 라인들(embedded lines)와 풋터(footer)를 포함할 수 있다. CMAC code는 footer내의 특정 영역에 포함되고 있다. 프레임의 서명은 해당 정보에 대해 예를 들면 embedded lines + image frame을 대상으로 혹은 image frame 자체만 혹은 embedded lines + image frame + footer를 대상으로 다양한 방법으로 서명의 대상을 선택하여 진행할 수 있다. 한편, 프레임 내 이미지 서명 방식은 도 2a에 도시된 바와 같이 제 1 수평 라인을 위한 서명하는 것에 제한되지 않을 것이다. 본 발명의 프레임 서명 방식은, 시작하는 수평 라인을 선택할 수 있다. 또한, 본 발명의 프레임의 서명 방식은 복수의 수평 라인들에 대한 서명하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 프레임의 서명 방식은 서명할 전체 수평 라인들의 개수를 제한할 수 있다.
도 2b을 참조하면, 하나의 프레임에서 제 2 수평 라인부터 서명을 시작하고, 7개의 수평 라인들마다 서명을 진행하고, 전체 N개의 수평 라인들에 대한 서명을 진행하는 것이 도시되고 있다.
도 2a 및 도 2b에서 유추할 수 있듯이, 본 발명의 프레임 서명 방식은, 시작하는 수평 라인, 서명하는 수평 라인의 간격, 서명하는 수평 라인의 총 개수를 자유롭게 선택할 수 있다. 이러한 프레임 서명 방식은 이미지 센서(100)의 리셋 이후에 제어기(200, 도 2 참조)에서 결정할 수 있다. 제어기(200)는 결정된 서명 방식에 대응하는 정보를 암호화하고, 암호화된 코드를 이미지 센서(100)로 전송할 수 있다. 이미지 센서(100)는 이러한 암호화된 코드를 복호화 하여 프레임 서명 방식을 확인하고, 확인된 프레임 서명 방식에 따라 프레임 서명을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제 1 실시 예에 따른 프레임 서명 정보는, 제 1 수평 라인에서 서명을 시작하고, 10개의 수평 라인마다 서명을 진행하고, 전체 서명하는 수평 라인의 개수는 1개를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 제 2 실시 예에 따른 프레임 서명 정보는, 제 230 수평 라인에서 서명을 시작하고, 10개의 수평 라인마다 서명을 진행하고, 전체 서명하는 수평 라인의 개수는 1개를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 제 3 실시 예에 따른 프레임 서명 정보는, 제 1112 수평 라인에서 서명을 시작하고, 10개의 수평 라인마다 서명을 진행하고, 전체 서명하는 수평 라인의 개수는 1개를 지시하는 정보를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)의 무결성 체크 동작은, 매 프레임마다 진행하거나 드문드문 진행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)의 무결성 체크를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제어기(200)는 제 1 프레임에 대한 서명 체크를 수행한 후, 제 2 내지 제 4 프레임에 대한 서명 체크는 진행하지 않고, 제 5 프레임에 대한 서명 체크를 진행할 수 있다. 즉, 제 1 프레임부터 시작하여 4개의 프레임마다 서명 체크가 진행될 수 있다.
한편, 본 발명의 서명 체크 방식은 등차 수열 형태로 진행되고 있지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 서명 체크 방식은 고정된 것이 아니라, 가변 될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 서명 체크 시점 및 체크 프레임 선택 방식은 차량의 속도에 따라 전력 소비를 최적화하기 위한 방식으로 가변 될 수 있다.
일반적인 제어기는 차량의 속도에 상관없이 일정한 간격 혹은 매 프레임마다 이미지 무결성을 체크하고 있다. 이 경우 차량 속도를 고려하지 않기 때문에 저속에서는 상대적으로 전력 소비가 크거나, 혹은 저속 기준으로 전력 소비를 고려하여 무결성 체크 간격을 넓게 할 경우 고속에서는 이미지 무결성 간격이 넓어짐에 따라 변경된 도로 정보를 체크하지 못할 수 있기에 그 프레임 사이로 제 3자에 의한 이미지 변경이 개입될 가능성이 크게 된다. 프레임 단위로 제 3 자에 의한 이미지 변경이 체크되지 못할 수 있다. 반면에 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)는 차량 속도에 따라 이미지 무결성 체크 간격을 조절함으로써, 시스템 전체적인 전력 소비를 최적화하면서 동시에 고속에 따른 도로 변경 정보를 반영한 이미지 무결성 체크를 보장할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 무결성 체크 방식에 따른 전력 소비를 예시적으로 보여주는 도면들이다. 도 4a을 참조하면, 차량 속도에 상관없이 일정한 간격 혹은 매 프레임마다 이미지 무결성 체크 방식은 속도에 상관없이 항상 최대의 전력 소비를 하고 있다. 이와 반대로 본 제안을 적용할 경우에는 도 4b를 참조하면, 차량 속도가 저속일 때 이미지 체크 간격이 길지만 전력 소비도 작고, 차량 속도가 고속일 때 이미지 체크 간격이 좁아 전력 소비가 저속의 그것보다 크지만 이미지 무결성의 유효성을 확보할 수 있다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 속도에 따른 무결성 체크 간격을 예시적으로 보여주는 도면들이다. 도 5a에 도시된 무결성 체크 간격은 도 4b에 도시된 10 Km/h일 때 보여주고, 도 5b에 도시된 무결성 체크 간격은 도 4b에 도시된 30 Km/h일 때 보여주고, 도 5c에 도시된 무결성 체크 간격은 도 4b에 도시된 60 Km/h일 때 보여준다. 도 5a을 참조하면, 차량 속도가 10 Km/H 일 때는, 4-프레임마다 무결성 체크가 수행될 수 있다. 도 5b을 참조하면, 차량 속도가 30 Km/H 일 때는, 3-프레임마다 무결성 체크가 수행될 수 있다. 도 5c을 참조하면, 차량 속도가 60 Km/H 일 때는, 2-프레임마다 무결성 체크가 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무결성 체크 간격은 차량 속도에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 차량 속도가 빠를수록 무결성 체크 간격은 짧아지고, 차량 속도가 느릴수록 무결성 체크 간격은 길어질 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 5c에서 예시한 속도와 무결성 체크 시점은 본 제안을 설명하기 위한 예시 값일 뿐이고 실제 실시 예에서는 사전에 차량 속도와 무결성 체크 시점을 정확히 측정하여 그 상관관계를 분석 후 최종 적용할 속도 별 무결성 체크 시점을 결정하게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 회전 구간에서 차량 속도에 따른 무결성 체크 주기를 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 우회전 구간에서 60 Km/h로 주행할 때, 매 프레임마다 무결성 체크가 진행될 수 있다. 차량 속도가 60Km/h로 빠를 경우, 굽은 도로에서 제어기(200)는 프레임 3과 프레임 4에서 도로가 굽었다는 사실을 알기 위해서 매 프레임 단위로 이미지 처리를 해야, 프레임 3과 프레임 4에서 도로가 굽었다는 사실을 인식할 수 있다. 이에 이미지의 해킹 여부 처리 역시 동일하게 매 프레임 단위로 해야 한다. 이때 설명의 편의를 위하여 시스템 상 매 프레임 단위로 서명 체크를 진행하는데 전력 소비를 200mA 라고 하겠다.
도 6b를 참조하면, 우회전 구간에서 10 Km/h로 주행할 때, 4-프레임마다 무결성 체크가 진행될 수 있다. 위 도 6a와 같이 동일하게 매 프레임마다 무결성 체크를 해야 하는데, 차량 속도가 느릴 경우이므로 단위 시간대비 프레임이 더 많이 처리되게 되고, 예를 들어 차량 속도가 10Km/h 일 때, 굽은 도로에서 제어기(200)는 빠른 속도 대비하여 1/4 간격으로만 이미지 무결성 체크를 진행할 수 있다. 이에, 전력 소비는 빠른 속도 대비하여 1/4로 줄어든 50mA가 될 수 있다. 이는 무결성 체크 또한 매 프레임 단위로 처리되므로 이 처리를 위한 power 역시 도 6a와 같이 동일하게 200mA 소모하게 된다. 하지만, 본 제안에 따라 속도가 느릴 경우 1/4 간격으로만 이미지 무결성 체크를 진행하게 되면 단순 산술 계산으로 이때 소모되는 power는 200mA의 1/4 인 50mA가 되게 된다. 위 예시에서 설명한 10Km/h, 200mA, 1/4, 50mA 등의 수치는 설명을 위해 예시를 든 것이며 실제 실시 예에서는 정밀한 측정에 무결성 체크 시점의 가변에 의한 power 소모가 확인 될 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)의 차량 속도에 무결성 체크 시점 및 주기를 결정하는 방식을 예시적으로 보여주는 도면이다.
일반적으로, 차량 속도가 변동되는 시점에 이미지 무결성 주기값 결정이 필요하다. 도 7를 참조하면, 실선은 차량 속도를 지시하고, 점선 화살표는 결정 시점을 지시한다. 실시 예에 있어서, 차량 속도가 빠르게 변경되면, 보다 빠른 값으로 무결성 체크 주기가 결정될 수 있다. 반면에, 차량 속도가 느리게 변경되면, 느린 값으로 무결성 체크 주기가 결정될 수 있다. 또한, 차량 속도가 변경되지 않으면, 마지막의 무결성 체크 주기 값이 유지될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, A 구간에서 단위 시간당 1회 비율로, B 구간에서 단위 시간당 18회 비율로 이미지 데이터 무결성 체크 제어 시간이 결정될 수 있다. 예를 들어, A 구간의 무결성 체크 주기는 (10km/h - 0km/h)/(10s - 0s)= 10/10 = 1. B 구간의 무결성 체크 주기는 (100km/h - 10km/h)/(25s - 20s) = 90/5 = 18. 이때 차량 속도에 따른 무결성 체크 주기 값 역시 적절한 값으로 설정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(20)의 무결성 체크 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 8를 참조하면, 차량 제어 시스템(20)은 적어도 하나의 센서(21) 및 제어기(22; ISP/AP/ECU/HOST)를 포함할 수 있다.
센서(21)는 도 8에 도시된 바와 같이, 각 프레임에서 제 2 프레임부터 6개의 수평 라인마다 전체 M개의 수평 라인들의 각각에 대하여 보안 키를 이용하여 AES-CMAC를 계산하여 서명할 수 있다. 여기서 보안 키는 제어기(22)와 공유한 키 정보일 수 있다. 실시 예에 있어서, 키 정보는 112 비트 이상일 수 있다.
실시 예에 있어서, 센서(21)는 복수의 프레임들을 MIPI 인터페이스에 따라 제어기(22)로 전송할 수 있다. 여기서 각 프레임은 제 2 프레임부터 6개의 수평 라인마다 전체 M개의 수평 라인들에 대한 서명을 포함할 수 있다.
제어기(22)는 외부 장치와 유/무선 통신 방식을 통하여 차량 속도 정보를 수신할 수 있다. 제어기(22)는 차량 속도에 따라 무결성 체크 주기를 결정할 수 있다. 여기서 무결성 체크 주기는 매핑 테이블 혹은 변환 수식을 이용하여 획득될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(22)는 I2C 인터페이스를 통하여 어느 프레임에 이미지 서명 데이터를 부가할 지 센서 설정 정보를 센서(21)로 전송할 수 있다. 한편, 이러한 설정 정보 전송은 생략될 수도 있다. 제어기(22)는 센서(21)로부터 전송된 프레임의 이미지 무결성 서명 정보를 무결성 체크 주기에 따라 진행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(20)의 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 차량 제어 시스템(20)은 장치 인증을 수행하고(S10), 이미지 데이터 인증을 수행(S20)할 수 있다.
장치 인증은 리셋 이후에 한 번만 진행될 수 있다. 장치 인증은 다음과 같이 진행될 수 있다. 센서(21)는 증명 데이터(certification data) 및 공개키를 제어기(22)로 전송할 수 있다. 제어기(22)는 센서(21)로부터 증명 데이터 및 공개키를 수신하고, 암호 알고리즘을 이용하여 센서(21)를 인증할 수 있다. 여기서 암호 알고리즘은 RSA 암호 알고리즘일 수 있다. 센서(21)와 제어기(22) 사이에 보안 링크가 확립될 수 있다(S10).
이후에, 이미지 데이터 인증이 진행될 수 있다. 센서(21)는 AES-CMAC (Advanced Encryption Standard - Cipher-based Message Authentication Code) 알고리즘에 근거로 하여 프레임의 인증 코드를 발생할 수 있다. MIPI 인터페이스를 통하여 인증 코드를 갖는 프레임들이 제어기(22)로 출력될 수 있다. 제어기(22)는 각 프레임 혹은 사전에 정해진 프레임 마다 인증 코드 체크를 진행할 수 있다(S20).
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 10을 참조하면, 제어기(200)의 동작 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다. 제어기(200)는 이미지 센서(100)로부터 이미지 데이터 및 서명 값(CMAC)를 갖는 복수의 프레임들을 수신할 수 있다(S110). 제어기(200)는 차량 속도를 이용하여 복수의 프레임들 중에서 사전에 결정된 무결성 체크 주기에 따라 서명 값(CMAC)를 검증할 수 있다(S120).
실시 예에 있어서, 서명 값(CMAC)은 이미지 센서(100)에서 프레임들의 각각에 대응하여 발생될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(200)는 각 프레임에서 서명 값(CMAC)을 발생하기 위한 설정 정보를 암호화하고, 암호화된 정보는 이미지 센서(100)로 전송될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(200)는 외부의 센서로부터 속도 정보를 수신하고, 속도 정보를 이용하여 차량 속도(주행 속도)를 판별할 수 있다. 실시 예에 있어서, 차량 속도가 기준값 이상일 때, 제어기(200)는 체크 주기를 제 1 체크 주기로 결정할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 차량 속도가 기준값 미만일 때, 제어기(200)는 체크 주기를 제 2 체크 주기로 결정할 수 있다. 여기서 제 1 체크 주기는 제 2 체크 주기보다 짧을 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 체크 주기는 각 프레임마다 서명 값을 검증하는 것에 대응할 수 있다.
실시 예에 있어서, 제어기(200)는 차량 속도에 따른 주기 설정 타이밍을 계산할 수 있다. 이후에 제어기(200)는 차량 속도가 변동되는 시점에서 체크 주기를 결정할 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(200)는 차량 속도에 상관없이 일정한 주행 거리마다 프레임의 서명 값을 검증할 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어기(200)는 차량 속도가 증가함에 따라 서명 값 검증에 대응하는 전력 소비도 증가할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템의 무결성 체크 과정을 보여주는 래더 다이어그램이다. 도 11을 참조하면, 차량 제어 시스템의 무결성 체크 과정을 다음과 같이 진행될 수 있다.
속도 센서(혹은 다른 ECU)는 실시간으로 차량의 속도 정보를 발생할 수 있다(S20). 속도 정보는 실시간으로 차량용 제어기(ECU)로 전송될 수 있다(S21).
차량용 제어기(ECU)는 이미지 센서(AIS)의 리셋 이후에 Device authentication 관련 data 및 공개키를 이미지 센서(AIS)로부터 수신할 수 있다(S30). 차량용 제어기(ECU)는 Device authentication 관련 data 및 공개키를 이용하여 이미지 센서(AIS)에 대한 장치 인증을 수행할 수 있다(S31). 장치 인증이 성공하면, 차량용 제어기(ECU)는 이미지 센서(AIS) 설정을 위한 설정 정보를 갖는 암호 코드를 이미지 센서(AIS)로 전송할 수 있다(S32). 여기서 이러한 암호 코드는 I2C, MIPI 혹은 SPI 인터페이스를 통하여 전송될 수 있다.
이미지 센서(AIS)는 개인키를 이용하여 수신된 암호 코드를 복호화하고, 복호화된 값으로부터 설정 정보를 확인할 수 있다. 설정 정보에 따라 이미지 센서(AIS)는 설정될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(AIS)는 설정 정보에 따라 서명 방식을 결정할 수 있다. 이후, 이미지 센서(AIS)는 연속한 프레임을 발생할 수 있다(S40). 이미지 센서(AIS)는 결정된 서명 방식에 따라 각 프레임의 인증 코드(CMAC)를 발생할 수 있다(S41). 이미지 센서(AIS)는 이미지 데이터(프레임)와 인증 코드(CMAC)를 차량용 제어기(ECU)로 출력할 수 있다(S42). 이때 이미지 데이터 및 인증 코드(CMAC)는 MIPI 인터페이스를 통하여 전송될 수 있다.
차량용 제어기(ECU)는 속도 센서로부터 수신된 속도 정보를 이용하여 무결성 체크시점을 결정할 수 있다(S43). 이후 차량용 제어기(ECU)는 무결성 체크 주기를 결정하고, 이미지 데이터 인증을 수행할 수 있다(S44). 즉, 차량용 제어기(ECU)는 결정된 무결성 체크 주기에 따라 수신된 이미지 데이터의 인증 코드(CMAC)를 체크할 수 있다. 이후 차량용 제어기(ECU)는 차량 속도의 변화(변동)를 모니터링하고, S21 단계로 피드백 할 수 있다(S45).
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행 차량(3000)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 12을 참조하면, 프론트 뷰 카메라(3100), 리어 뷰 카메라(3200), 서라운드 뷰 카메라들(3300, 3400)는 도 1 내지 도 11에 설명된 이미지 센서로 구현될 수 있다. 또한, 사이드 센싱 카메라, 드라이버 모니터링 카메라, 전자 미러 중 적어도 하나는 도 1 내지 도 11에 설명된 제어기에 의해 데이터가 검증될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 제어기(4000)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 차량용 제어기(4000)는 ECU(4100), 적어도 하나의 카메라(4200), 라이다/레이다(4300), 적어도 하나의 센서(4400), 저장 장치(4500), 및 디스플레이 장치(4600)를 포함할 수 있다.
ECU(4100)는 적어도 하나의 카메라(4200) 및 라이다/레이다(4300)에 CSI-2 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다. 여기서 카메라(4200) 및 라이다/레이다(4300)는 도 1 내지 도 13에서 설명된 바와 같이, ECU(4100)와 보안 통신을 수행할 수 있다. ECU(4100)는 적어도 하나의 센서(4400)에 I2C 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다. ECU(4100)는 UFS(Universal Flash Storage) 인터페이스를 통하여 저장 장치(4500)에 연결될 수 있다. ECU(4100)는 HDMI(High Definition Multimedia Interface), DSI(Display Serial Interface), eDP(Embedded Display Port) 등과 같은 디스플레이 인터페이스를 통하여 디스플레이 장치(4600)에 연결될 수 있다. ECU(4100)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) A-PHY 인터페이스를 통하여 다른 EUC에 연결될 수 있다. 한편, 본 발명이 MIPI A-PHY 인터페이스에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. ECU(4100)는 MIPI C-PHY/D-PHY/M-PHY 인터페이스를 통해 다른 ECU에 연결될 수도 있다. ECU(4100)는 차량 내의 다른 도메인에 이더넷(Ethernet) 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다. 한편, 본 발명이 이더넷 인터페이스에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. ECU(4100)는 다양한 차량 통신용 인터페이스(CAN, CAN-FD, LIN, FlexRay 등)를 통하여 다른 도메인에 연결될 수 있다.
한편, 상술된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체 뿐 아니라, 장차 기술로 활용 할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함 할 것이다.
10: 이미지 처리 시스템
100: 이미지 센서
200: 제어기
210: 차량 속도 판별기
220: 체크 주기 제어기
230: 무결성 체크 실행기

Claims (10)

  1. 이미지 데이터를 처리하는 제어기의 동작 방법에 있어서,
    이미지 센서로부터 연속한 프레임들을 갖는 이미지 데이터 및 상기 이미지 데이터의 서명 값을 수신하는 단계; 및
    차량 속도를 이용하여 상기 서명 값을 검증하는 단계를 포함하고,
    상기 서명 값을 검증하는 단계는,
    상기 차량 속도에 따라 결정된 체크 주기를 결정하는 단계; 및
    상기 체크 주기에 따라 상기 프레임들 중에서 결정된 프레임의 서명 값을 검증하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서명 값은 상기 이미지 센서에서 상기 프레임들의 각각에 대응하여 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각 프레임에서 상기 서명 값을 발생하기 위한 설정 정보를 암호화하는 단계; 및 상기 암호화된 정보를 상기 이미지 센서로 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부의 센서로부터 속도 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 속도 정보를 이용하여 상기 차량 속도를 판별하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 체크 주기를 결정하는 단계는,
    상기 차량 속도가 기준 값 이상일 때, 상기 체크 주기를 제 1 체크 주기로 결정하는 단계; 및
    상기 차량 속도가 상기 기준 값 미만일 때, 상기 체크 주기를 제 2 체크 주기로 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 체크 주기는 상기 제 2 체크 주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 체크 주기는 각 프레임마다 서명 값을 검증하는 것에 대응하는 것을 특징으로 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 속도에 따른 주기 설정 타이밍을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 체크 주기를 결정하는 단계는,
    상기 차량 속도가 변동되는 시점에서 상기 체크 주기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 이미지 데이터를 처리하는 제어기에 있어서:
    외부의 센서로부터 속도 정보를 수신하고, 차량 속도를 판별하는 차량 속도 판별기;
    상기 차량 속도에 대응하는 무결성 체크 주기를 결정하는 체크 주기 제어기; 및
    상기 무결성 체크 주기에 따라 이미지 센서로부터 수신된 프레임의 무결성을 검증하는 무결성 체크 실행기를 포함하는 제어기.
  10. 이미지 데이터를 획득하고, 상기 이미지 데이터에 대응하는 서명 값을 발생하고, 제 1 통신 인터페이스를 통하여 상기 이미지 데이터와 상기 서명 값을 보안 이미지 데이터로 출력하는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로부터 보안 이미지 데이터를 수신하고, 차량 속도에 대응하는 체크 주기에 따라 상기 서명 값을 검증하는 제어기를 포함하는 이미지 처리 시스템.

KR1020220109995A 2022-06-14 2022-08-31 이미지 데이터를 처리하는 제어기, 및 그것을 포함하는 이미지 처리 시스템 및 그것의 동작 방법 KR20230171840A (ko)

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