인간의 오감을 대신하는 스마트폰 센서들, 그 종류와 활용은? (펌)

출처:http://www.bodnara.co.kr/bbs/article.html?D=7&cate=24&d_category=1&num=102137

 

 

스마트폰은 이미 대중화를 이뤘고 자연스럽게 일상 생활에 녹아들면서 스마트폰을 보다 스마트(?)하게 활용하는 방법에 대한 다양한 시도가 이뤄지고 있으며 실제로 상당한 진척을 이룬것도 사실이다.

특히 요즘 스마트폰에서 앱을 보면 상상하지도 못했던 기발하면서도 유용한 것들이 많은데, 이는 스마트폰에 포함되어 있는 각종 센서들을 다양하게 활용하기 때문이다.

센서는 다른 말로 '감지기'라고 하기도 하는데, 온도, 빛, 소리, 압력 등을 일정한 신호로 바꿔주는 부품을 의미한다. 쉽게 사람이 가지고 있는 오감(五感)을 기계화 또는 전자화한 것이라고 할 수 있는데, 예를 들어 스마트폰에 제공되는 카메라는 시각을, 마이크는 청각을, 터치스크린은 촉각을 대신한다. 또한 GPS는 객관적인 위치를 알려주고 가속센서와 자이로스코프는 밸런스 감각을 구현할 수 있다.

 

 

옵티머스 LTE2에 제공되는 각종 센서들

특히 이러한 센서들이 컴퓨터에 연결되고 인터넷으로 연결되면 상상하지 못했던 놀라운 가능성을 갖게 된다. 여기에 자유로운 개발이 가능한 앱에 창의성을 부여하게 되면 상상으로 여겨졌던 일들이 가능하게 변하는 능력을 발휘하기도 한다. 

그렇기 때문에 그 근원이 되는 센서 기술에 대해 알아볼 필요가 있으며 현재까지 개발되어 스마트폰에 장착된 각 센서의 기술 수준과 이를 활용한 앱을 살펴봄으로써 향후 어떻게 우리의 생활을 변화시킬지에 대한 전망이 가능할 것이다.

 

 

스마트폰에도 눈이 달렸다? 이미지 센서, 조도 센서

언제부터인지 스마트폰을 이용한 사진 촬영이 기본 기능으로 포함되었고 최근에는 선택 기준의 하나로까지 자리 잡고 있다.

이렇게 스마트폰을 이용해 사진을 찍을 수 있는 것은 모두 이미지 센서 덕분이며, 기존에는 작은 스마트폰 안에 탑재되어야 하는 만큼 이미지 센서의 크기가 작을 수밖에 없어 일반 디지털 카메라에 탑재되어 있는 이미지 센서와는 큰 차이를 보였고 이는 실제로 촬영된 사진 품질이나 기능등에서도 확실하게 드러났다.

참고로 일명 똑딱이라 불리우는 보급형 카메라의 이미지 센서 크기는 1/2.3인치이며 최근에 출시된 아이폰5S의 이미지 센서 크기는 1/2.8인치로 추정되며 갤럭시S4는 1/3.06인치 크기의 이미지 센서가 사용되고 있다.

하지만 최근 들어 스마트폰에 탑재된 이미지 센서도 지속적인 기술 개발이 이뤄져 이제는 어지간한 디지털 카메라에 못지 않은 선명한 사진 촬영이 가능해 졌으며 여기에 광학식 손떨림 보정 기능이 적용된 G2나 4100만 화소 센서를 탑재한 노키아 808 퓨어뷰 등 다양한 시도들이 이뤄지고 있다.

 

스마트폰의 눈 역할을 하는 것은 이미지 센서 이외에 주변의 밝기를 감지하는 조도 센서(Illuminance Sensor)도 포함된다. 광 센서서라고도 불리우는 조도 센서는 주변의 빛의 양을 측정하는 센서로 주변 밝기에 따라 LCD 조명을 조절하는 역할을 한다.

즉 스마트폰에 밝기 조절을 '자동'으로 해놓을 경우 어두운 곳에서는 저절로 화면이 조금 어두워지고 밝은 곳에서는 화면이 잘 보이도록 더욱 밝아지게 되어 쓸데없는 배터리 낭비를 최소화하며 사용자의 화면 가독성의 개선에 기여를 해준다.

조도센서의 기능을 활용한 앱으로는 조도센서 반응치에 따라 벨소리의 크기를 자동으로 조절해주는 Pocketmode이 있다.

예를 들어 스마트폰을 주머니나 가방안에 넣어둘 경우 어둠을 감지해 벨소리를 높게 설정해 쉽게 찾을 수 있도록 하고 기기를 꺼내면 볼륨이 정상으로 자동으로 전환된다.

벨소리 뿐만 아니라 문자 메시지도 적용가능하며 조도센서가 밤에는 정상적으로 동작하지 않는 경우가 많은 것을 대비해 사용자가 지정한 시간에는 해당 앱이 동작하지 않도록 하는 나이트 모드도 제공된다.

 

 

스마트폰의 터치를 감지한다 - 터치 센서, 지문인식 센서, 근접 센서

우리가 하루에도 수십번, 아니 수백만 만지는 스마트폰의 조작에 가장 많이 사용되는 것이 바로 터치일 것이다. 이또한 센서를 이용한 것으로 스마트폰, 태블릿을 비롯해 심지어 자동차 기기 조종과 은행 ATM 까지 일생 생활 깊숙히 파고든 모든 기기에 터치스크린이 장착되어 있다.

터치폰이 막 나오기 시작했을 때에는 압력 센서를 이용한 감압식 터치 패널이 주를 이루었지만 대체적으로 화면 선명도가 떨어지고 충격에 약하다는 점, 그리고 손가락 동작 방식이 어려우며 민감도가 떨어져 세세한 동작을 수행하기 힘들다는 단점 때문에 최근에는 정전 방식의 터치스크린이 주로 사용된다.

정전(정전용량)은 우리 몸에 있는 정전기를 이용하는 것으로 화면을 살짝 터치하는 것만으로 입력이 가능하며, 멀티 터치를 지원해 확대 축소나 다양한 모션이 가능해졌다. 또한 고화질, 고해상도가 가능하며 부드러운 입력이 가능해지는등 보다 직관적인 조작을 가능하게 함으로써 지금의 스마트폰에서는 아주 기본적이 중요한 역할을 하고 있다.

커버 유리 완전 일체형 터치 기술인 LG전자의 제로갭 터치

최근 스마트폰 제조사들 간의 스마트폰 성능 경쟁이 달아오르면서 고해상도는 물론 최신 터치 기술에 대한 경쟁도 치열해지고 있다.

새로운 터치 기술은 터치감도와 해상도를 향상시키는데 도움을 줄 뿐만 아니라 스마트폰 두께와 무게를 줄이는 역할을 하기 때문이다. 애플의 인셀(In-Cell), 삼성전자의 온셀(On-Cell), 그리고 LG전자의 제로갭 터치(Zero-Touch)등의 터치 기술을 자사의 주력 스마트폰에 적용하고 있다.

 

최근들어 스마트폰에 지문인식 센서를 장착해 보안과 편의성 두 마리의 토끼를 잡으려는 시도도 이어지고 있다. 얼마전 애플이 자사의 전략 스마트폰 아이폰5S에 지문인식 센서 (터치 ID)를 이용한 보안시스템을 선보였으며 다른 스마트폰 제조사들도 경쟁적으로 지문인식 기능을 탑재한 제품을 출시하거나 준비중에 있다.

참고로 지문인식 기능은 크게 에어리어(Area) 방식과 스와이프(Swipe) 방식으로 나뉘는데, 애플의 경우 손가락을 대면 지문이 읽히는 방식인 에이리어 방식을 채택했다. 안드로이드는 손가락으로 센서를 훑어내리는 방식으로 지문 정보를 입력하는 스와이프 방식을 선택하고 있다.

아이폰5S는 홈 버튼에 지문인식 기능을 갖춘 터치 ID가 장착되어 있다.

우선 아이폰5S는 홈버튼에 지문인식 센서를 탑재한 것이 특징이다.

홈 버튼에 손가락을 대면 지문인식 모드로 진입해 잠금을 해제할 수 있으며 차후 결제 시스템등으로도 확대될 것으로 예상되고 있다. 특히 손가락 방향과 관계없이 센서가 지문을 인식하고 고해상도와 인식률도 매우 높기 때문에 기존에 지문인식 기능을 도입한 스마트폰보다 사용자 편의를 높였다는 평가를 받고 있다.

베가 LTE-A는 후면에 터치센서+지문인식 기능을 통합한 시크릿키를 제공한다.

국내에서는 팬택의 '베가LTE-A'가 LTE-A 스마트폰 중 처음으로 지문인식 기능인 '스크릿 키'를 탑재하면서 주목을 끌었다.

팬택의 '베가 LTE-A' 지문인식 버튼은 스마트폰을 한손에 쥐고 편하게 사용할 수 있도록 후면에 위치해 있으며 후면 터치를 통해 스마트폰 대부분의 기능을 제어할 수 있으면서 지문인식을 통한 보안 기능도 제공하고 있다.

 

또한 스마트폰에 탑재된 근접 센서(Proximity Sensor)는 물리적인 접촉없이 전자계의 힘을 이용하여 물체의 존재여부, 통과, 연속흐름, 적체 등의 감지 및 위치 제어에 이용하는 센서로 사물이 가까이 있는지 없는지를 감지해 여러 가지 동작을 하게 된다.

실제로 근접센서는 우리가 전화를 걸때마다 작동하고 있는데, 바로 전화를 걸고 나서 귀에 스마트폰을 가져다 대면 화면이 저절로 꺼지는 것을 볼 수 있다. 이는 스마트폰이 근접센서를 이용해 폰과 사용자의 얼굴이 가까워졌을 경우 이를 인식하고 자동적으로 화면을 종료시키는 것으로 이를 통해 통화중 불필요한 터치를 방지해 줄 뿐만 아니라 절전효과까지 누릴 수 있다.

팬택의 모션인식 활용의 좋은 예를 보여준 CF

물론 통화중 스마트폰 화면을 다시쳐다보면 화면이 저절로 켜지는 것도 같은 이치라고 할 수 있으며 최근에는 스마트폰을 뒤집어서 소리를 제거하거나 손의 제스쳐만으로 통화 연결이나 페이지 이동을 하는 등 근접 센서를 응용한 다양한 활용이 시도되고 있다.

 

 

스마트폰이 현재 위치를 알려준다. - GPS 센서, 지자기 센서

스마트폰이 내비게이션 역할을 충실히 해 낼 수 있는 것은 바로 GPS 센서 덕분이다. GPS는 Global Positioning System의 약자로 지구 주위의 다수의 GPS 위성간의 시간찰을 계산해 현재의 위치를 식별한다. GPS 센서를 통해 현재 스마트폰의 위치와 시간 정보를 알 수 있고, 이를 활용해 위치기반 서비스를 비롯해 다양한 서비스를 제공받을 수 있다.

이와 더불어 지자기 센서(Geo-magnetic Sensor)는 지구 자기장을 이용해 방위각을 탐지할 수 있는 센서로 주로 디지털 나침반 기능을 구현하는데 사용되며 GPS와 조합되어 위치기반서비스(LBS)를 구현하는데 사용된다.

Smart Tools에 포함된 금속탐지기, 금속에 가까워지면 자기장 측정값이 올라간다.

지자기 센서는 지도에 활용되어 정확한 방위 측정에 응용되며 휴대전화뿐만 아니라 무전기, GPS, PDA, 내비게이션 항법장치까지 널리 사용되고 있다. 또한 금속 탐지 기능도 갖추고 있기 때문에 이를 활용해 금속 탐지 소프트웨어에서도 사용되기도 한다.

 

 

스마트폰의 정확한 움직임을 감지한다 - 중력센서, 가속도 센서, 자이로 센서

스마트폰의 움직임을 정확하기 파악하기 위해서는 중력 센서, 가속도 센서, 자이로 센서등이 필요하다. 중력 센서를 통해 스마트폰이 가로 방향인지, 세로방향인지를 인식해 화면을 보정해 주며 스마트폰이 움직이는 속도의 변화나 충격등 힘의 세기를 감지하는 가속도 센서, 그리고 단말기 회전 상태를 3축으로 감지해 스마트폰의 기울기를 인식하는 자이로 센서등이 있다.

 

중력 센서(Gravity Sensor)는 일명 G센서라고도 불리우며 이름 그대로 지구의 중력을 감지해 중력이 어느 방향으로 작용하는지 탐지하고 그 상황에 맞춰 각종 기기의 사용자 편의를 돕는 기능을 가진 센서다.

쉽게 말해 중력센서는 지구상에서 스마트폰이 어떠한 위치에 있으며 어디가 위쪽인지, 아래쪽인지를 판단할 수 있게 해주는 역할을 하며 최근들어 디지털 기기에 중력 센서가 속속 탑재되면서 활용도가 넓어지고 있다.

우리가 스마트폰의 자동회전을 이용할때 스마트폰이 가로로 놓여 있는지, 세로로 놓여있는지에 따라 화면이 자동으로 조절되는것을 볼 수 있는데, 중력센서가 작용하여 화면의 상태나 위치를 파악할수 있기 때문에 이러한 기능들을 이용 가능하다.

이외에도 ScanSearch, iNeedCoffe, Odiyar등의 위치기반서비스 (LBS ; Location Based Services)가 가능하며 버튼 조작없이 동작 자체를 인식할 수 있기 때문에 생동감 넘치는 체험형 게임등을 즐 길 수 있다.

중력센서를 이용해 수면 패턴을 분석해주는 Sleep Cycle

예를 들어 Sleep Cycle이라는 수면체크 앱은 중력 센서를 활용한 앱으로, 중력 센서가 수면 중의 뒤척임을 감지해서 수면 사이클을 작성해 보여주고 알람시간을 설정하면 그 시간대 전후의 깨어나기 쉬운 얕은 잠의 상태일때 알람을 울려준다.

 

가속도 센서 (Accelerometer Sensor)는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서다.

가속도센서는 출력신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정하는 것으로, 물체의 운동상태를 상세하게 감지할 수 있으므로 활용 분야가 아주 넓고, 다양한 용도로 사용되고 있다.

가속도 센서는 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 있어서는 필수적인 센서로 가속도 센서를 가장 쉽게 체험할 수 있는 것은 자동차용과 스포츠용을 포함한 모든 네비게이션 어플이 해당되며, 특히 속도 측정을 할 수 없는 런닝이나 자전거 라이딩의 기록용 어플리케이션이 대표적이라고 할 수 있다.

 

자이로(Gyro) 센서는 자이로스코프(Gyroscope) 센서로도 불리우며 기존의 가속센서에 각각 회전을 넣어 총 6축을 인식할 수 있게 해서 좀 더 정밀한 동작을 인식할 수 있도록 도와주는 센서다. 가속도 센서는 단순히 3축 방향의 가속과 감속을 감지하는 반면, 자이로스코프는 높이와 회전, 기울기를 직접 감지할 수 있기 때문이다.

특히 아이폰4는 기존에 탑재된 3축 방향의 가속도센서와 새롭게 추가된 자이로스코프 센서를 연계해 6축 방향으로 정교한 모센 센싱이 가능하도록 설계됐다. 이를 통해 화면을 드래깅 할 필요없이 스마트폰의 움직임만으로 세밀하고 정확한 조정이 가능해져 게임뿐만 아니라 모바일 증강현실을 포함한 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대되고 있다.

자이로스코프 기능을 활용한 게임

자이로센서를 통해 증강현실에 필요한 위치정보를 제공받을 수 있다.

물론 기존에도 가속도센서와 지자기센서, GPS와 위치정보를 활용한 여러 증강현실 기능이 스마트폰에서 구현돼 있었다. 그러나 기존 기술로는 사용자가 바라보는 방향에 정확한 위치정보를 표시해주는 데에 한계가 있었다.

예를 들어 사용자가 증강현실 애플리케이션을 실행하고 카메라 화면으로 식당을 비추면, 그 위에 그 식당의 메뉴와 사용자들의 평가를 보여줘야 하는데 실제로는 정확도가 떨어져서 그 옆에 위치한 옷가게 위에 메뉴판이 뜨는 경우가 다반사다. 게다가 화면을 이리저리 움직여보면 화면에 표시된 정보가 움직임에 맞춰 따라가지 못하고 화면 위에 둥둥 떠다니기 일수다.

GPS의 정확도를 보정하는 A-GPS 기능이 최신 스마트폰에 속속 탑재되는 가운데, 여기에 자이로스코프 센서까지 추가가 되면 훨씬 정확하게 보여지는 화면 위에 필요한 정보를 띄울 수 있게 된다. 위에서 설명한 위치정보 위주의 증강현실 외에도 마커 인식나 영상처리에 기반을 둔 증강현실도 보다 높은 완성도를 선보일 수 있을 것으로 기대된다.

참고로 최근에는 동작 인식 센서(Motion Recognition Sensor)가 주목을 받고 있다. 모션 인식 센서(Motion Recognition Sensor)라고도 불리우며 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서로서, 지자기 센서(Geo-magnetic Sensor), 가속도 센서(Accelerometer Sensor) 등의 각종 센서와 고도계(Altimeter), 자이로(Gyro) 등의 기능이 하나의 칩에 들어가 있는 복합 센서다.

이를 통해 나침반, 만보기, 내비게이션 기능은 물론 화재나 노약자 등 인명 사고 시 위치 추적이나, 휴대폰의 움직임대로 게임을 즐길 수 있는 3차원 입체 게임 기능 등에 활용되고 있다.

 

 

인간의 오감을 대신하고 있는 스마트폰 센서들, 위험성에 대한 대비가 우선되어야..

지금까지 주요 스마트폰 센서의 종류와 역할, 그리고 활용 방법등을 간단하게 살펴보았다. 이를 통해 점점 다양하고 우리 생활에 밀접한 모바일 컨텐츠가 창조되고 발전해 나가는 것을 확인할 수 있다.

참고로 위에서 살펴본 센서들외에도 다양한 센서들이 개발되고 스마트폰에 적용되고 있다.

예를 들면 현재 위치의 기압을 파악하는 기압센서(Barometer)를 이용해 기압차 측정 후 경사도를 계산해 산을 오르거나 계단을 오르내릴 때 칼로리 소모량을 정확하게 측정해줄 수 있으며, 광원 세기를 측정해 화면 밝기를 조정해주는 RGB 센서 (RGB Sensor)을 통해 e북이나 다양한 애플리케이션을 즐길 때 눈의 부담을 줄여줄 수 도있다. 또한 주변 환경의 온도와 습도를 측정할 수 있는 온도/습도 센서를 통해 생활하기에 가장 쾌적한 환경을 시각적으로 보여줄 수도 있다.

물론 앞으로의 스마트폰은 신체 정보, 사용자 행동, 감정 등을 인식하는 센서로 기능이 확대될 것이다. 한 예로 얼마전 마이크로소프트사가 긴장, 스트레스, 행복, 흥분, 분노, 지루함 등 스마트폰 소유자의 기분을 탐지해내는 무드스코프(MoodScope) 센서를 개발중에 있는 것으로 알려졌다.

우리가 현재 눈,코,입등을 통해  상황판단을 하고 있는 것처럼 차후에는 스마트폰의 각종 센서들이 이 상황을 대체할 수 있을 것이며 결국 앞으로 센서의 의존도가 더욱 증가할 수밖에 없을 것이다.

센서의 정밀도가 올라가고 적용 범위가 늘어날수록 수집된 데이터의 양은 기하급수적으로 커질 수밖에 없기 때문에 이를 어떻게 DB화해서 분석해 동작을 이끌어 내기 위한 정확한 데이터를 뽑아내는 것도 중요하지만 관련 정보가 잘못 이용될 경우의 위험성도 그만큼 커지는 것이기 때문에 이런 센서에 대한 철저한 사용자 선택 옵션과 보안성이 우선되어야 할 것이다.