KR101396886B1 - Method and apparatus for optimal-drivable path detection with multi-layer laser range sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 레이어 레이저 거리센서를 활용하여 주행가능영역(주행로)을 효과적으로 추정하기 위한 주행로 최적 인식방법 및 그장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for optimally estimating a travelable area (travel path) using a multi-layer laser distance sensor.
일반적으로 자율 이동 차량의 경우, 차선을 포함한 유/무인 차량의 주행을 보조하는 표지 및 사물 등이 존재하는 구조화된(well-structured) 도로 및 임도와 같은 비포장도로 등을 포함한 비구조화된(ill-structured) 도로를 자율주행하기 위하여, 차량 전방에 부착되어 주행 가능한 영역을 추정하고 해당 영역 안에서 경로를 생성하고 제어하는 센서가 사용된다. Generally, in the case of an autonomous moving vehicle, an ill-structured road including an unoccupied road such as a well-structured road and a forest where there are signs and objects to assist the running of a wagon / unmanned vehicle including a lane, structured) In order to autonomously drive a road, a sensor attached to the front of the vehicle is used to estimate the travelable area and to create and control the route within that area.
이러한 주행가능영역을 추정하기 위하여 영상뿐만 아니라 비교적 영상에 비해 조도, 계절 등의 외부적 영향에 강한 레이저 거리센서가 활용된다. 이러한 레이저 거리센서를 활용함에 있어 이차원의 레이저 거리센서를 사용할 경우에는 환경에 대해 비교적 강건한 장점이 있지만 추정할 수 있는 정보가 이차원의 스캔 평면상에서 주행가능영역의 폭 혹은 경계를 나타낼 수 있는 차량 좌/우측의 점 1개씩이 전부인 단점을 갖는다. In order to estimate the travelable area, a laser distance sensor that is stronger than external factors such as illumination and seasons is used in comparison with images. Although the two-dimensional laser distance sensor is advantageous in terms of environment, it can be estimated that the information of the distance and / or the width of the movable area on the two- And one point on the right side are all the same.
이러한 단점을 해결하기 위하여 두 개 이상의 이차원 레이저 거리센서 혹은 여러 개의 이차원 레이어를 갖는 레이저 거리센서를 활용하여 추정 가능한 정보의 양을 늘릴 수 있다. To overcome these drawbacks, it is possible to increase the amount of information that can be estimated by using two or more two-dimensional laser distance sensors or a laser distance sensor having a plurality of two-dimensional layers.
그런데, 단순히 레이어의 개수를 늘릴 경우에는 실제로 차량이 주행하기 위한 방향 및 지향점을 추정하는데 도움이 되지 않을 뿐만 아니라 여러개의 레이어 중 한 개라도 센서 측정 과정에서 발생된 오차에 의해 잘못된 결과를 도출할 경우에는 전체 결과에 큰 영향을 미치게 된다. However, when simply increasing the number of layers, it is not helpful to actually estimate the direction and the orientation point for the vehicle to travel, and even if one of several layers leads to an erroneous result due to an error generated in the sensor measurement process Will have a large effect on the overall result.
또한, 현재 프레임만을 활용하여 자율 이동 차량의 주행가능영역을 판단할 경우에는 현재 차량의 위치와 진행하고 있는 차량의 방향성 등이 고려되지 않기 때문에 빠른 속도로 갱신되는 영역의 폭/경계가 짧은 시간내에 변하게 될 수 있어, 자율주행의 안정성이 떨어지게 되는 문제점이 발생한다. In addition, when determining the travelable area of the autonomous mobile vehicle using only the current frame, the current vehicle position and the directionality of the traveling vehicle are not considered. Therefore, the width / And the stability of the autonomous driving is deteriorated.
따라서, 본 발명의 목적은 다중의 레이어를 갖는 레이저 거리센서를 이용하여 자율이동차량의 주행가능영역을 효과적으로 추정할 수 있는 주행로 최적 인식방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optimal travel route recognition method and apparatus that can effectively estimate a travelable area of an autonomous vehicle using a laser distance sensor having multiple layers.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 레이저 거리센서의 주행로 최적 인식방법은, 다중 레이어를 갖는 레이저 거리센서를 이용하여 각 레이어에 대해 지향 방향에 수직되게 직선으로 이루어진 각도별 거리정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 각도별 거리정보에 기반하여 각 레이어별로 주행가능영역의 경계를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 주행가능영역의 경계중에서 주행가능영역의 거리정보가 가장 직선으로 표현되는 레이어;를 선택하는 단계;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for optimally recognizing a traveling distance of a multi-layer laser distance sensor, comprising: using a laser distance sensor having a plurality of layers, Obtaining distance information for each angle formed; Calculating a boundary of the travelable region for each layer based on the obtained distance information for each angle; And selecting a layer in which the distance information of the travelable region is expressed in the straightest line among the boundaries of the calculated travelable region.
상기 레이어를 선택하는 단계는 주행가능영역 내의 거리정보가 직선에 가깝게 분포하는 적어도 2개이상의 레이어를 선택한다.The step of selecting the layer selects at least two layers in which the distance information in the travelable area is distributed close to a straight line.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 레이어 레이저 거리센서의 주행로 최적 인식방법은, 지면에 대하여 레이저 거리센서가 획득한 거리 정보를 이용하여 각 레이어별로 현재 프레임에서의 주행가능영역을 획득하는 단계; 각 레이어에 대하여 이전 프레임과 현재 프레임의 주행가능영역의 차이를 계산하는 단계; 현재 프레임의 주행가능영역 내의 거리 정보의 선형성을 확인하는 단계; 상기 계산된 이전 프레임과 현재 프레임의 차이 및 현재 프레임의 레이저 거리 정보의 선형성을 곱하여 평가 지표를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 평가지표에 근거하여 다중의 레이어 중에서 주행가능영역의 거리정보를 가장 직선으로 표현할 수 있는 레이어를 선택하는 단계;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of optimally recognizing a running distance of a multi-layer laser distance sensor, the method comprising: Obtaining a travelable area; Calculating a difference between the travelable area of the previous frame and the current frame of each layer; Confirming the linearity of the distance information in the travelable area of the current frame; Calculating an evaluation index by multiplying the calculated difference between the previous frame and the current frame by the linearity of the laser distance information of the current frame; And selecting a layer capable of expressing the distance information of the drivable area in the most straight line among the multiple layers based on the calculated evaluation index.
상기 계산된 평가지표가 작을수록 주행가능영역의 거리정보를 가장 직선으로 표현할 수 있는 레이어이다.As the calculated evaluation index becomes smaller, the distance information of the drivable area can be expressed in the straightest line.
상기 거리 정보의 선형성을 확인하는 단계는, 현재 프레임의 주행가능영역에 포함된 거리정보를 활용하여 주행가능영역의 직선을 추정하는 단계; 상기 추정된 직선과 그 직선을 추정하는데 사용된 주행가능영역 내의 거리정보(점)간의 거리 정보를 모두 계산하는 단계; 및 상기 계산된 거리정보의 집합의 표준편차를 계산하여 해당 거리정보들이 얼마나 추정된 직선 근처에 모여 있는지를 판단하는 단계;를 포함한다. The step of confirming the linearity of the distance information may include estimating a straight line of the travelable area using the distance information included in the travelable area of the current frame; Calculating both the estimated straight line and distance information between the distance information (point) in the travelable area used to estimate the straight line; And calculating a standard deviation of the set of distance information to determine how far the distance information is gathered near the estimated straight line.
상기 주행가능영역의 직선은 최소자승법(Least Square Estimation)에 의해 추정되는 것을 특징으로 한다.And the straight line of the travelable area is estimated by Least Square Estimation.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 레이어 레이저 거리센서의 주행로 최적 인식장치는, 적어도 하나 이상의 레이어를 갖는 레이저 거리센서로 구성되어 주행로의 거리정보를 감지하는 레이저 센서부; 상기 레이저 센서부에서 제공된 거리정보를 기반으로 각 레이어 별 주행가능영역을 계산하는 주행가능영역 계산부; 각 레이어별로 현재 프레임과 이전 프레임의 주행가능영역간 차이 및 현재 프레임의 주행가능영역 내의 거리 정보의 선형성을 근거로 평가 지표를 계산하여, 평가지표에 따라 최적의 주행로를 선택하는 최적 주행로 인식부; 및 상기 인식된 최적 주행로를 포함하여 무인차량의 자율주행을 위해 요구되는 각종 지형감지 정보를 종합하여 자율이동차량을 제어하는 지형 감지 종합부;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a multi-layer laser distance sensor, including a laser distance sensor having at least one layer, A sensor unit; A travelable area calculation unit for calculating a travelable area for each layer based on the distance information provided by the laser sensor unit; Calculating an evaluation index based on the difference between the current frame and the travelable region of the current frame and the linearity of the distance information within the travelable region of the current frame for each layer and selecting an optimal travel route in accordance with the evaluation index; ; And a terrain detection synthesis unit for controlling the autonomous moving vehicle by synthesizing various terrain sensing information required for autonomous navigation of the unmanned vehicle including the recognized optimal traveling path.
상기 레이저 센서부는 하나의 레이어를 갖는 레이저 거리센서가 2개 이상 사용되었거나 다중 레이어를 갖는 하나의 거리센서로 구성된다.The laser sensor unit includes two or more laser distance sensors having one layer or one distance sensor having multiple layers.
상기 최적 주행로 인식부는 이전 프레임의 주행가능영역을 저장하는 저장부;Wherein the optimum travel route recognizing unit comprises: a storage unit for storing a travelable area of a previous frame;
현재 프레임의 주행가능영역과 이전 프레임의 주행가능영역의 차이를 계산하는 영역 계산부; 현재 프레임의 거리정보와 주행가능영역의 경계를 근거로 주행가능영역 내의 레이저 거리센서의 거리정보의 선형성을 계산하는 선형성 계산부; 상기 영역 계산부와 선형성 계산부의 결과를 곱하여 최적 주행로 인식을 위한 평가 지표를 계산하는 평가지표 계산부; 및 상기 계산된 평가 지표를 기반으로 최적 주행로를 선택하는 최적 정보 선택부;를 포함한다. An area calculation unit for calculating a difference between the travelable area of the current frame and the travelable area of the previous frame; A linearity calculator for calculating a linearity of distance information of the laser distance sensor in the travelable area based on the distance information of the current frame and the boundary of the travelable area; An evaluation index calculator for calculating an evaluation index for recognizing an optimal driving route by multiplying the results of the area calculation unit and the linearity calculation unit; And an optimum information selection unit for selecting an optimal travel route based on the calculated evaluation index.
상기 최적 정보 선택부는 계산된 평가지표가 작은 레이어를 선택한다.The optimum information selection unit selects a layer having a small evaluation index.
본 발명은 자율이동차량의 주행가능영역 추정을 위하여 서로 다른 거리를 지향하는 다중 레이어를 사용함으로써 계산하는 주행가능영역의 범위와 정확도를 높일 수 있으며, 다중 레이어를 통해 추정된 여러개의 결과를 중에서 가장 신뢰도가 높고, 변화가 적은 결과를 선택함으로써 자율이동차량의 자율주행 성능 및 안정성을 높일 수 있다. The present invention can increase the range and accuracy of the travelable area calculated by using multiple layers oriented at different distances in order to estimate the travelable area of the autonomous vehicle. It is possible to improve the autonomous driving performance and stability of the autonomous moving vehicle by selecting a result with high reliability and little change.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주행로 최적 인식장치의 구성도.
도 2는 자율주행차량에 장착된 레이저 센서부의 예시도.
도 3은 지면에 대해 다중 레이어의 레이저 거리센서의 정보 획득 방법을 나타낸 예시도.
도 4는 주행가능영역을 추출할 때 서로 다른 특징을 갖는 두 레이저 거리센서의 거리정보의 예시도.
도 5는 다중 레이어의 레이저 거리센서를 활용한 주행로 최적 인식 방법을 나타낸 순서도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a travel route optimum recognition apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is an exemplary view of a laser sensor unit mounted on an autonomous vehicle;
3 is an exemplary view showing a method of acquiring information of a laser distance sensor of a multi-layer with respect to a ground;
4 is an illustration of distance information of two laser distance sensors having different characteristics when extracting a travelable area;
FIG. 5 is a flowchart showing an optimal recognition method for a driving route using a multi-layer laser distance sensor.
본 발명은 자율이동차량의 주행가능영역을 추정함에 있어 다중의 레이어를 갖는 레이저 거리센서를 활용하여, 주행가능영역의 추정을 최적화할 수 있는 방안을 제공한다. The present invention provides a method for optimizing the estimation of the travelable area by using the laser distance sensor having multiple layers in estimating the travelable area of the autonomous vehicle.
전술한 바와같이, 주행영역을 추정할 때 조도, 계절 등의 외부적인 영향에 비교적 강인한 레이저 거리센서의 거리정보를 활용하여 주행가능영역의 경계를 계산하게 되는데, 이때 이차원의 하나의 스캔 평면을 활용할 경우 추정 가능한 정보의 양이 적게된다. 즉, 계산 결과가 차량의 좌/우측의 위치(점)가 된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 2개 이상의 이차원 레이저 거리센서를 사용하거나 또는 2개 이상의 레이어 가진 레이저 거리센서를 활용함으로써 서로 다른 거리를 바라보는 2개 이상의 스캔 평면에 대한 주행가능영역 정보를 획득할 수 있다. 하지만 2개 이상의 레이어 결과를 단순히 모두 활용할 경우 주행로의 전체적인 방향성을 정확히 표현하기가 힘들 뿐만 아니라 비구조화된 도로의 특성상 하나의 레이어 대해 잘못된 결과가 들어오거나 데이터 획득상에 문제로 인해 잘못된 결과가 나올 경우 전체 결과에 큰 영향을 미친다. As described above, when estimating the travel region, the boundary of the travelable region is calculated by using the distance information of the laser distance sensor relatively strong against the external influences such as illumination, season, etc. At this time, The amount of information that can be estimated is small. That is, the calculation result becomes the position (point) of the left / right side of the vehicle. In order to overcome such drawbacks, two or more two-dimensional laser distance sensors may be used, or two or more layers of laser distance sensors may be utilized to obtain the travelable area information for two or more scan planes facing different distances . However, it is difficult to accurately represent the overall direction of a road if two or more layer results are simply utilized. In addition, due to the nature of unstructured roads, incorrect results may be obtained for one layer, This has a large effect on the overall result.
따라서 본 발명에서는 각 레이어의 결과에 대하여 각 레이어의 거리정보에 대한 정확도를 평가하고 이전 프레임의 결과값을 활용하여, 자율주행의 안정성을 높일 수 있는 최적의 정보를 선택한다. Therefore, in the present invention, the accuracy of distance information of each layer is evaluated with respect to the result of each layer, and the optimum value that can improve the stability of the autonomous driving is selected by utilizing the result value of the previous frame.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주행로 최적 인식장치의 구성도이다. FIG. 1 is a configuration diagram of a traveling road optimum recognition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 다른 주행로 최적 인식장치는 적어도 하나 이상의 레이어를 갖는 레이저 거리센서로 구성되어 주행로의 거리정보를 제공하는 레이저 센서부(100), 상기 레이저 센서부(100)에서 제공된 거리정보를 기반으로 각 레이어 별 주행가능영역을 계산하는 주행가능영역 계산부(110)와, 각 레이어에 대하여 현재 프레임과 이전 프레임의 주행가능영역간 차이와 현재 프레임의 주행가능영역 내의 거리 정보의 선형성을 근거로 평가 지표를 계산하여 상기 계산된 평가지표에 따라 최적의 주행로를 선택하는 최적 주행로 인식부(120)와, 상기 인식된 최적 주행로를 포함하여 무인차량의 자율주행을 위해 요구되는 각종 지형감지 정보를 종합하는 지형 감지 종합부(130)로 구성된다. As shown in FIG. 1, the traveling-path optimum recognition apparatus according to the present invention includes a laser sensor unit 100 composed of a laser distance sensor having at least one layer and providing distance information of the traveling path, 100) for calculating a travelable area for each layer on the basis of the distance information provided by the current frame and the current frame, An optimal travel route recognizing unit 120 for calculating an evaluation index based on the linearity of the distance information and selecting an optimum travel route in accordance with the calculated evaluation index, And a terrain detection and synthesis unit 130 for synthesizing various terrain detection information required for the terrain detection.
상기 레이저 센서부(100)는 하나의 레이어를 갖는 레이저 거리센서가 2개 이상 사용되었거나 다수의 레이어(다중 레이어)를 갖는 하나의 거리센서로 구성된다. The laser sensor unit 100 includes two or more laser distance sensors having one layer or one distance sensor having a plurality of layers (multiple layers).
상기 최적 주행로 인식부(120)는 이전 프레임의 주행가능영역을 저장하는 저장부(20), 현재 프레임의 주행가능영역과 이전 프레임의 주행가능영역의 차이를 계산하는 영역 계산부(21), 현재 프레임의 거리정보와 주행가능영역의 경계를 근거로 주행가능영역 내의 레이저 거리센서의 거리정보의 선형성을 계산하는 선형성 계산부(22)와, 상기 영역 계산부(21)와 선형성 계산부(22)의 결과를 입력받아 최적 주행로 인식을 위한 평가 지표를 계산하는 평가지표 계산부(23) 및 상기 계산된 평가 지표를 기반으로 최적 주행로를 선택하는 최적 정보 선택부(24)를 포함한다. The optimum travel route recognizing unit 120 includes a storage unit 20 for storing a travelable area of a previous frame, a region calculation unit 21 for calculating a difference between the travelable area of the current frame and the travelable area of the previous frame, A linearity calculation unit 22 for calculating the linearity of distance information of the laser distance sensor in the travelable area based on the distance information of the current frame and the boundary of the travelable area, An evaluation index calculator 23 for calculating an evaluation index for recognizing the optimal travel route on the basis of the result of the calculation of the optimal travel route, and an optimum information selector 24 for selecting an optimal travel route based on the calculated evaluation index.
도 2는 자율주행차량에 장착된 레이저 센서부(100)의 일 예이다. 2 is an example of the laser sensor unit 100 mounted on the autonomous vehicle.
도 2에 도시된 바와같이, 자율주행 차량(200)에는 전방의 주행 가능 영역을 감지하기 위하여 차량 전방을 바라볼 수 있는 레이저 센서부(100)가 장착된다. 장착된 레이저 센서부(100)는 4개의 레이어(다중 레이어)(점선으로 표시)를 갖는 하나의 레이저 거리센서로서, 그 중에서 2개 이상의 레이어가 활용될 수 있다. As shown in FIG. 2, the autonomous vehicle 200 is equipped with a laser sensor unit 100 that can look ahead of the vehicle in order to sense a front travelable area. The mounted laser sensor unit 100 is one laser distance sensor having four layers (represented by dotted lines), and two or more layers among them can be utilized.
또한, 본 발명은 하나의 레이어를 갖는 2개이상의 레이저 거리센서로 레이저 센서부(100)를 구성하여도 동일한 효과를 낼 수 있으며, 다수의 레이어로 구성되어 삼차원을 표시하는 삼차원 레이저 거리센서에서, 원하는 거리를 나타내는 특정 레이어를 선택하여 처리할 경우에도 동일한 효과를 낼 수 있다. In the three-dimensional laser distance sensor, which is composed of a plurality of layers and displays a three-dimensional image, the same effect can be obtained even if the laser sensor unit 100 is constituted by two or more laser distance sensors having one layer. The same effect can be obtained when a specific layer representing a desired distance is selected and processed.
이와 같이 2개 이상의 레이어는 차량 속도등이 고려되어 센서 배치, 특정 데이터 선택/조합을 통해, 차량(200) 전방의 원하는 거리에 대하여 각도별로 거리정보를 획득하여 주행가능영역 계산에 활용한다.As described above, the two or more layers are used to calculate the travelable area by acquiring distance information for each desired angle in front of the vehicle 200 by sensor arrangement and specific data selection / combination considering the vehicle speed and the like.
도 3은 지면에 대해 다중 레이어 레이저 거리센서의 정보 획득 방법을 나타낸 예시도이다. 이하 설명의 편의를 위하여 레이저 센서부(100)는 다중 레이어를 갖는 레이저 거리센서를 예로들어 설명한다. 3 is an exemplary view showing a method of acquiring information of a multi-layer laser distance sensor with respect to a paper surface. For convenience of explanation, the laser sensor unit 100 will be described using a laser distance sensor having multiple layers as an example.
도 3에 도시된 바와같이, 지면에 대하여 레이저 거리센서(100)가 획득한(스캐닝한) 지형 정보에서, 상단은 현재 차량(200)이 위치하는 지면의 단면의 모양이고, 하단은 지면을 위에서 내려다본 모양이다. 다시 말해, 레이저 거리센서(100)가 획득한 지형 데이터는 차량(200)이 주행할 수 있는 주행가능영역(201) 및 좌/우측에 언덕이 있는 언덕영역(202/203)으로 구성된다. 도 2에서는 4개의 레이어를 갖는 레이저 거리센서(100)가 지면에 대하여 획득한 정보(거리정보)의 예를 나타낸다. As shown in FIG. 3, in the terrain information acquired (scanned) by the laser distance sensor 100 with respect to the ground, the upper end is a shape of a cross section of the ground where the current vehicle 200 is located, I looked down. In other words, the terrain data acquired by the laser distance sensor 100 is constituted of the
상기 획득된 정보는 주행가능영역(201)과 점선으로 표시된 그 이외 영역 (202, 203)으로 표시되며, 상기 획득된 정보는 레이저 거리센서(100)의 데이터 획득 범위 안에서 각도 분해능에 따라 각도별 거리정보(점)들의 집합으로 표현된다. The obtained information is represented by a
그리고, 지면이 매우 평편하고 데이터 획득에 오류가 없는 경우, 레이저 거리센서(100)의 정보는 각각 서로 다른 거리를 가지고 센서(100)의 지향 방향에 수직되게 직선으로 이루어진 각도별 거리정보가 획득된다. When the ground is very flat and there is no error in data acquisition, the information of the laser distance sensor 100 is obtained with straight lines that are perpendicular to the direction of the sensor 100 and have different distances from each other .
따라서, 레이저 거리센서(100)를 활용한 주행로 인식기법의 경우, 해당 각도별 거리정보에 기반하여 주행가능영역의 경계를 각 레이어에서 계산한 후 계산된 결과에서 최적의 결과를 선택한다. Accordingly, in the case of the traveling route recognition technique using the laser distance sensor 100, the boundary of the travelable area is calculated in each layer based on the distance information pertaining to the angle, and then the optimal result is selected from the calculated results.
도 3와 같이 지면이 평탄하고 이상적인 경우 모든 레이어별 거리정보가 일정하여 각각의 계산된 주행가능영역의 경계가 일정하기 때문에 어느 레이어의 정보를 활용하더라도 그 차이는 적다. As shown in FIG. 3, when the ground is flat and ideal, since the distance information of all the layers is constant and the boundaries of the calculated travelable areas are constant, the difference is small even when information of any layer is utilized.
그런데, 임도, 비포장길 등 비구조화된 도로 환경에서는 주행가능영역의 경계가 애매할 뿐만 아니라 주행가능영역 내의 영역 또한 고르지 않아 획득된 정보 및 계산된 결과가 일정하지 못하고 정확도 또한 각 레이어 별로 다르다. However, in the unstructured road environment such as the road and the unpaved road, not only the boundary of the drivable area is ambiguous but also the area in the drivable area is uneven, so that the obtained information and the calculated result are not constant and the accuracy is also different for each layer.
도 4에는 주행가능영역을 추출시 서로 다른 특징을 갖는 두 개의 레이저 거리센서의 거리정보가 도시되어 있다. FIG. 4 shows distance information of two laser distance sensors having different characteristics when extracting the travelable region.
도 4를 참조하면, 좌측의 예시도의 경우 비교적 지면이 고르고 데이터 획득오차가 적어 주행가능영역의 경계(303/304)가 실제 지면의 경계와 유사하게 나올 뿐만 아니라 좌/우측의 경계 사이의 센서(100)의 정보 또한 고르게 나타난다. 반면에 오른쪽 예시도의 경우 차량(200) 전방의 거리정보 값들이 좌측 예시도에 비하여 고르지 못하여 주행가능영역의 경계가 모호하고, 그 결과 또한 좌측 결과에 비해 정확도가 떨어진다. Referring to FIG. 4, in the case of the left example, the
따라서, 다중 레이어를 활용함에 있어 각 레이어에 대해 주행가능영역 내의 획득된 정보를 분석함으로써 계산된 주행가능영역의 경계의 정확도를 판단할 수 있다. 즉, 동일 위치에서 측정된 거리 정보라고 해도 레이어는 서로 다른 거리를 지향한다. 따라서, 도 3에서 처럼 이상적인 경우 거리정보가 센서(100)의 지향 방향에 수직된 직선으로 표시되는 것처럼 다중의 레이어 중에서 주행가능영역에 대하여 거리정보를 가장 직선으로 표현할 수 있는 레이어를 선택함으로써 계산된 결과들의 정확도를 추정할 수 있다.Accordingly, in utilizing the multiple layers, the accuracy of the boundary of the calculated travelable area can be determined by analyzing the obtained information in the travelable area for each layer. That is, even if distance information is measured at the same position, the layers are directed at different distances. Therefore, as shown in FIG. 3, in a case where the distance information is represented by a straight line perpendicular to the direction of the sensor 100, it is calculated by selecting a layer capable of expressing the distance information in the most straight line with respect to the travelable region among multiple layers The accuracy of the results can be estimated.
도 5는 다중 레이어의 레이저 거리센서를 활용한 주행로 최적 인식 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5의 모든 단계는 한 프레임마다 실행되어 각 프레임에서 레이저 거리센서(100)의 시야(Field of View)의 처음부터 끝까지 각도 분해능에 따라 한 번의 정보가 획득된다. FIG. 5 is a flowchart showing an optimal recognition method for a running route using a laser distance sensor of a multi-layer. All steps of FIG. 5 are performed for each frame, and one information is obtained according to the angular resolution from the beginning to the end of the field of view of the laser distance sensor 100 in each frame.
도 5에 도시된 바와같이, 주행로 인식방법이 실행되면 자율주행차량(200)에 장착된 레이저 센서부(100)는 소정 프레임에서 지면에 대하여 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용하여 거리정보를 감지하고, 주행가능영역 계산부(110)는 상기 레이저 센서부(100)에서 거리 정보를 이용하여 각 레이어별로 현재 프레임에서의 주행가능영역을 계산한다(S10). 상기 계산된 주행가능영역은 저장부(20)에 저장된다.5, when the running road recognition method is executed, the laser sensor unit 100 mounted on the autonomous vehicle 200 senses distance information using a multi-layer laser distance sensor on the ground in a predetermined frame , The travelable area calculation unit 110 calculates the travelable area in the current frame for each layer using the distance information in the laser sensor unit 100 at step S10. The calculated travelable area is stored in the storage unit 20.
상기 현재 프레임에서의 주행가능영역이 계산되면 최적 주행로 인식부(120)의 영역 계산부(21)는 각 레이어에 대하여 현재 프레임의 주행가능영역과 저장부 (20)에 저장된 이전 프레임의 주행가능영역의 차이(D)를 계산한다(S11). 상기 주행가능영역의 결과 차이(D)를 계산하는 이유는 차량(200)의 자세, 주행로상의 지형 및 데이터 획득 상의 오차 등으로 인해 갑자기 발생 가능한 이상값을 제거하기 위함이다. 또한, 빠르게 갱신되는 주행가능영역의 경계가 급격하게 변화하는 경우에는 차량(200)에 급격한 거동이 발생하여 안정성이 떨어지게 되기 때문에 최대한 안정적인 주행을 할 수 있도록 하게 위함이다. When the travelable area in the current frame is calculated, the area calculation unit 21 of the optimal travel route recognition unit 120 determines whether or not the travelable area of the current frame and the previous frame stored in the storage unit 20 The difference D of the regions is calculated (S11). The reason for calculating the result difference D of the travelable area is to remove an abnormal value that may occur suddenly due to the posture of the vehicle 200, the terrain on the travel route, and an error in data acquisition. In addition, in the case where the boundaries of the rapidly travelable travelable area change abruptly, rapid movement occurs in the vehicle 200 and the stability is lowered, so that the vehicle can travel as stable as possible.
상기 주행가능영역의 결과 차이(D)는 각 레이어별로 좌/우측에 대하여 각 경계 위치(점)간의 거리의 차이 또는 차량(200)의 좌우 방향으로의 거리 차이를 활용할 수 있다. The result difference D of the travelable area can utilize the difference in distance between the boundary positions (points) with respect to the left and right sides of each layer or the difference in distance between the vehicle 200 in the left and right directions.
상기 영역 계산부(21)가 동작되는 동안 선형성 계산부(22)는 현재 프레임의 주행가능영역 내의 레이저 거리센서(100)의 거리 정보의 선형성을 확인한다(S12). 상기 거리정보의 선형성은 해당 영역내의 레이저 거리센서(100)의 정보들이 얼마나 직선에 가깝게 모여 있는지를 나타낸다. During operation of the area calculation unit 21, the linearity calculation unit 22 confirms the linearity of the distance information of the laser distance sensor 100 in the travelable area of the current frame (S12). The linearity of the distance information indicates how close the information of the laser distance sensor 100 in the corresponding region is.
도 3에서 설명한 바와같이, 본 발명에서는 주행가능영역 내에 포함된 거리정보들이 직선에 가깝게 모여 있는 정도를 근거로 상기 계산된 주행가능영역 경계의 정확도를 판단한다. As described in FIG. 3, in the present invention, the accuracy of the calculated travelable area boundary is determined based on the degree of distance information included in the travelable area close to a straight line.
상기 레이저 거리센서(100)의 거리 정보의 선형성을 판단하기 위하여 선형성 계산부(22)는 먼저 주행가능영역에 포함된 거리정보를 활용하여 주행가능영역의 직선을 추정한다. 상기 주행가능영역의 직선을 추정하는 방법으로는 최소자승법 (Least Square Estimation)등이 사용될 수 있다. In order to determine the linearity of the distance information of the laser distance sensor 100, the linearity calculation unit 22 first estimates the straight line of the travelable area by using the distance information included in the travelable area. As a method of estimating the straight line of the travelable region, Least Square Estimation or the like can be used.
다음으로 선형성 계산부(22)는 상기 추정된 직선과 그 직선을 추정하는데 사용된 주행가능영역 내의 거리정보(점)간의 거리 정보(값)를 모두 계산한다. 그리고 계산된 거리정보의 집합의 표준편차(S)를 계산하여 해당 거리정보들이 얼마나 추정된 직선 근처에 모여 있는지를 판단한다. Next, the linearity calculation unit 22 calculates all the distance information (values) between the estimated straight line and the distance information (point) in the travelable area used for estimating the straight line. Then, the standard deviation S of the set of calculated distance information is calculated to determine how far the distance information is gathered near the estimated straight line.
상기와 같이 프레임간 주행가능영역의 차이(D)와 현재 프레임의 레이저 거리 정보의 선형성(L)이 모두 추정되면, 평가지표 계산부(23)는 상기 계산된 프레임간 주행가능영역의 차이(D)와 현재 프레임의 레이저 거리 정보의 선형성(L)을 곱하여 평가 지표를 계산한다(S13). If both the difference D between the inter-frame drivable area and the linearity L of the laser distance information of the current frame are estimated as described above, the evaluation index calculator 23 calculates the difference D (D ) And the linearity (L) of the laser distance information of the current frame, and calculates an evaluation index (S13).
최적정보 선택부(24)는 상기 계산된 평가지표에 따라 다중 레이어중에서 원하는 개수의 레이어를 선택함으로써 최적의 주행로를 선택한다(S14). 즉, 최적정보 선택부(24)는 이전 프레임과 결과의 차이가 적을수록, 주행가능영역 내의 거리정보가 직선에 가깝게 분포할수록, 다시 말하면 상기 계산된 평가지표가 작을수록 더 정확한 결과라고 간주하고, 최적 정보 선택 즉, 상기 계산된 평가지표에 근거하여 다중 레이어들에서 원하는 개수의 레이어(최적 주행로)를 선택한다.The optimum information selection unit 24 selects an optimal road by selecting a desired number of layers from among the multiple layers according to the calculated evaluation index (S14). That is, the optimum information selection unit 24 regards the smaller the difference between the previous frame and the result is, the closer the distance information in the travelable area is to the straight line, that is, as the calculated evaluation index becomes smaller, Optimum information selection, that is, a desired number of layers (optimum travel route) is selected from the multiple layers based on the calculated evaluation index.
따라서, 지형 감지 종합부(130)는 상기 인식된 최적 주행로를 포함하여 무인차량의 자율주행을 위해 요구되는 각종 지형감지 정보를 종합하여 자율이동차량9200)를 제어한다. Therefore, the terrain detection synthesis unit 130 controls the autonomous moving vehicle 9200 by combining the various terrain sensing information required for the autonomous driving of the unmanned vehicle including the recognized optimal traveling path.
상술한 바와같이, 본 발명은 다른 거리를 지향하는 다중 레이어를 사용하여 자율이동차량의 주행가능영역 추정함으로써 주행가능영역의 범위와 정확도를 높일 수 있으며, 다중 레이어를 통해 추정된 여러개의 결과를 중에서 가장 신뢰도가 높고, 변화가 적은 결과를 선택함으로써 자율이동차량의 자율주행 성능 및 안정성을 높일 수 있다. As described above, the present invention can increase the range and accuracy of the travelable area by estimating the travelable area of the autonomous moving vehicle by using multiple layers aiming at different distances, and can estimate a plurality of results estimated through the multiple layers It is possible to improve the autonomous driving performance and stability of the autonomous moving vehicle by selecting the result with the highest reliability and less change.
상기와 같이 설명된 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법 및 그 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The method and apparatus for optimizing travel route using the multi-layer laser distance sensor described above are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, All or some of the embodiments may be selectively combined.
20 : 저장부 21 : 영역 계산부
22 : 선형성 계산부 23 : 평가지표 계산부
24 :최적정보 선택부 100 : 레이저 센서부(거리센서)
110 : 주행가능영역 계산부 120 : 최적 주행로 인식부
130 : 지형감지 종합부 200 : 자율이동차량20: storage unit 21: area calculation unit
22: linearity calculation unit 23: evaluation index calculation unit
24: Optimum information selection unit 100: Laser sensor unit (distance sensor)
110: travelable area calculation unit 120: optimal travel route recognition unit
130: terrain detection synthesis unit 200: autonomous moving vehicle
Claims (10)
상기 획득된 각도별 거리정보에 기반하여 각 레이어별로 주행가능영역의 경계를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 주행가능영역의 경계중에서 주행가능영역의 거리정보가 가장 직선으로 표현되는 레이어를 선택하는 단계;를 포함하며,
상기 레이어를 선택하는 단계는
주행가능영역 내의 거리정보가 직선에 가깝게 분포하는 적어도 2개이상의 레이어를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법. Obtaining distance information for each angle formed by a straight line perpendicular to a direction of orientation for each layer using a laser distance sensor having multiple layers;
Calculating a boundary of the travelable region for each layer based on the obtained distance information for each angle; And
And selecting a layer in which the distance information of the travelable region is expressed in the straightest line among the boundaries of the calculated travelable region,
The step of selecting the layer
Wherein at least two layers in which distance information in a travelable region is distributed close to a straight line are selected.
각 레이어에 대하여 이전 프레임과 현재 프레임의 주행가능영역의 차이를 계산하는 단계;
현재 프레임의 주행가능영역 내의 거리 정보의 선형성을 확인하는 단계;
상기 계산된 이전 프레임과 현재 프레임의 차이 및 현재 프레임의 레이저 거리 정보의 선형성을 곱하여 평가 지표를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 평가지표에 근거하여 다중의 레이어 중에서 주행가능영역의 거리정보를 가장 직선으로 표현할 수 있는 레이어를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 레이어의 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법.Obtaining a travelable area in a current frame for each layer using distance information acquired by the laser distance sensor with respect to the ground;
Calculating a difference between the travelable area of the previous frame and the current frame of each layer;
Confirming the linearity of the distance information in the travelable area of the current frame;
Calculating an evaluation index by multiplying the calculated difference between the previous frame and the current frame by the linearity of the laser distance information of the current frame; And
And selecting a layer capable of expressing the distance information of the drivable area in the most straight line among the multiple layers based on the calculated evaluation index. The multi-layer laser distance sensor according to claim 1, Way.
계산된 평가지표가 작은 레이어인 것을 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법. 4. The method of claim 3, wherein the layer capable of expressing the distance information in a straight line is
Wherein the calculated evaluation index is a small layer.
현재 프레임의 주행가능영역에 포함된 거리정보를 활용하여 주행가능영역의 직선을 추정하는 단계;
상기 추정된 직선과 상기 직선을 추정하는데 사용된 주행가능영역 내의 거리정보(점)간의 거리 정보를 모두 계산하는 단계; 및
상기 계산된 거리정보의 집합의 표준편차를 계산하여 해당 거리정보들이 얼마나 추정된 직선 근처에 모여 있는지를 판단하는 단계;를 포함하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법.4. The method of claim 3, wherein the step of verifying the linearity of the distance information comprises:
Estimating a straight line of the travelable area using distance information included in the travelable area of the current frame;
Calculating both the estimated straight line and distance information between the distance information (point) in the travelable area used to estimate the straight line; And
Calculating a standard deviation of the calculated set of distance information and determining how far the distance information is gathered in the vicinity of the estimated straight line, using the multi-layer laser distance sensor.
최소자승법(Least Square Estimation)에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식방법.2. The vehicle driving force control apparatus according to claim 1, wherein a straight line
Wherein the estimated distance is estimated by Least Square Estimation.
상기 레이저 센서부에서 제공된 거리정보를 기반으로 각 레이어 별 주행가능영역을 계산하는 주행가능영역 계산부;
각 레이어별로 현재 프레임과 이전 프레임의 주행가능영역간 차이 및 현재 프레임의 주행가능영역 내의 거리 정보의 선형성을 근거로 평가 지표를 계산하여, 평가지표에 따라 최적의 주행로를 선택하는 최적 주행로 인식부; 및
상기 인식된 최적 주행로를 포함하여 무인차량의 자율주행을 위해 요구되는 각종 지형감지 정보를 종합하여 자율이동차량을 제어하는 지형 감지 종합부;를 포함하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식장치.A laser sensor unit comprising a laser distance sensor having at least one layer and sensing distance information of the traveling path;
A travelable area calculation unit for calculating a travelable area for each layer based on the distance information provided by the laser sensor unit;
Calculating an evaluation index based on the difference between the current frame and the travelable region of the current frame and the linearity of the distance information within the travelable region of the current frame for each layer and selecting an optimal travel route in accordance with the evaluation index; ; And
And a terrain sensing synthesis unit for synthesizing various terrain sensing information required for autonomous driving of the unmanned vehicle, including the recognized optimal traveling path, to control the autonomous moving vehicle. Device.
하나의 레이어를 갖는 레이저 거리센서가 2개 이상 사용되었거나 다중 레이어를 갖는 하나의 거리센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식장치.8. The apparatus according to claim 7, wherein the laser sensor unit
Wherein a plurality of laser distance sensors having one layer are used or two or more laser sensors are used.
이전 프레임의 주행가능영역을 저장하는 저장부;
현재 프레임의 주행가능영역과 이전 프레임의 주행가능영역의 차이를 계산하는 영역 계산부;
현재 프레임의 거리정보와 주행가능영역의 경계를 근거로 주행가능영역 내의 레이저 거리센서의 거리정보의 선형성을 계산하는 선형성 계산부;
상기 영역 계산부와 선형성 계산부의 결과를 곱하여 최적 주행로 인식을 위한 평가 지표를 계산하는 평가지표 계산부; 및
상기 계산된 평가 지표를 기반으로 최적 주행로를 선택하는 최적 정보 선택부;를 포함하는 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식장치.8. The apparatus according to claim 7, wherein the optimum travel route recognizing unit
A storage unit for storing a travelable area of a previous frame;
An area calculation unit for calculating a difference between the travelable area of the current frame and the travelable area of the previous frame;
A linearity calculator for calculating a linearity of distance information of the laser distance sensor in the travelable area based on the distance information of the current frame and the boundary of the travelable area;
An evaluation index calculator for calculating an evaluation index for recognizing the optimal driving route by multiplying the results of the area calculation unit and the linearity calculation unit; And
And an optimum information selection unit for selecting an optimal travel route based on the calculated evaluation index.
계산된 평가지표가 작은 레이어를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 레이어 레이저 거리센서를 이용한 주행로 최적 인식장치.The apparatus of claim 9, wherein the optimum information selection unit
And the calculated evaluation index is selected as a small layer.
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| KR1020130005437A KR101396886B1 (en) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Method and apparatus for optimal-drivable path detection with multi-layer laser range sensor |
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