KR101448506B1 - 선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률 측정 방법 및 장치 - Google Patents

선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률반경 측정 방법 및 기구를 개시한다.
이미징 디바이스로부터 수신하는 영상 데이터에서 적어도 하나의 선행차량을 검출하는 객체추출부; 상기 객체추출부에서 검출된 상기 적어도 하나의 선행차량의 동특성 정보를 추출하는 특징추출부; 및 상기 특징추출부에서 추출된 동특성 정보에 근거하여 주행차로의 곡률반경을 계산하는 곡률반경계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치를 제공한다.

Description

선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률 측정 방법 및 장치{Measurement Method and Apparatus for Measuring Curvature of Lane Using Behavior of Preceding Vehicle}
본 실시예는 선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률반경 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 비전카메라가 장착된 차량이 수집한 선행차량의 영상을 이용하여 차로의 곡률을 계산하는 주행 차로의 곡률 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 무인 자동차는 주행환경을 인식하고 자동 주행 기능을 수행하기 위한 시스템을 구비한다. 이 중 특히 주목해야 하는 주행환경은 사고가 빈번하게 발생하는 곡선 구간이다. 이것이 차로 유지 보조 시스템(LKAS: Lane Keeping Assist System) 이나 적응형 순항 제어 장치(ACC: Adaptive Cruise Control) 등의 기술을 구현하기 위해서 자차량의 곡률반경을 곡선구간에 진입하기 전에 예측하는 것이 중요한 이유이다.
종래 기술에 따르면 자차량의 비전카메라로 주행 차선을 인식하여 차로의 곡률을 예측하였으나 차선이 없거나 차선을 인식하기 어려운 환경(선행차량에 의해 차로가 가려지는 경우 등)에서 적용할 수 없는 문제가 있다.
따라서 차선 이외의 주변 환경을 이용하여 차로의 곡률을 예측하는 기술에 대한 요구가 있다.
본 실시예는, 차선이 없거나 차선을 인식하기 어려운 환경에서 주행 차로를 인식하여 곡률을 예측하기 어려운 문제를 해결함으로써 선행차량의 거동을 이용한 주행 차로의 곡률반경 측정 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 이미징 디바이스로부터 수신하는 영상 데이터에서 적어도 하나의 선행차량을 검출하는 객체추출부; 상기 객체추출부에서 검출된 상기 적어도 하나의 선행차량의 동특성 정보를 추출하는 특징추출부; 및 상기 특징추출부에서 추출된 동특성 정보에 근거하여 주행차로의 곡률반경을 계산하는 곡률반경계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 선행차량의 영상정보를 이용하여 주행차로의 곡률반경을 산출하는 방법에 있어서, 상기 선행차량과 관련하여 상기 영상정보를 수집하는 과정; 상기 영상정보에서 상기 선행차량의 에지(Edge)를 검출하여 상기 선행차량의 에지 영상을 추출하는 과정; 상기 선행차량의 에지 영상을 기반으로 상기 선행차량의 조향각을 계산하는 과정; 및 상기 조향각을 기반으로 주행차로의 상기 반경을 계산하여 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 선행차량의 영상정보를 이용하여 주행차로의 곡률반경을 산출하는 방법에 있어서, 상기 선행차량과 관련하여 상기 영상정보를 수집하는 과정; 상기 영상정보에서 상기 선행차량의 에지(Edge)를 검출하여 상기 선행차량의 에지 영상을 추출하는 과정; 상기 선행차량의 에지 영상을 기반으로 상기 선행차량과의 직선거리 및 방위각을 계산하는 과정; 상기 직선거리 및 방위각을 기반으로 상기 선행차량의 위치를 계산하는 과정; 및 상기 선행차량의 위치를 기반으로 주로 반경을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 선행차량의 거동을 분석함으로써 차선이 없는 도로에서도 주행 차로의 곡률반경을 계산할 수 있으며 이를 통해 안전한 주행, 사고의 예방 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전카메라를 포함한 곡률반경 계산장치가 장착된 자동차의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률반경 계산장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각계산부의 선행차량의 차폭거리를 기반으로 조향각을 계산하는 방법 및 주로 반경계산부의 곡률을 계산하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각계산부의 선행차량의 뒷바퀴 입력 영상을 기반으로 조향각을 계산하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직선거리 및 방위각 추출부, 선행차량 위치계산부 및 주로 반경계산부에서 선행차량과 자차량의 직선거리 및 방위각을 기반으로 주로 반경을 계산하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 직선거리 및 방위각 추출부의 직선거리 및 방위각을 추출하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률반경 계산장치의 곡률반경 계산 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전카메라를 포함한 곡률반경 계산장치가 장착된 자동차의 측면도이다.
곡률반경 계산장치(미도시)는 자차량(120)에 부착된 비전카메라(110)를 통해 선행차량(130)의 영상을 입력받고 선행차량(130)의 거동을 기반으로 도로의 곡률반경을 산출한다.
비전카메라(110)는 전방의 영상을 전기적인 신호로 변환하는 것뿐만 아니라 초음파, 적외선, 자외선 반사신호 등 전방의 반사신호를 수신하여 전기 신호로 변환할 수 있는 영상화 장치를 포함하는 개념이다. 비전카메라(110)는 자차량(120)의 내부 또는 외부에 장착될 수 있으며 룸미러에 설치될 수도 있다. 곡률반경 계산장치는 자차량(120)에 설치되는 것이 일반적이겠으나 영상을 수신하여 곡률을 산출하는 기능을 수행하는 위치에 특별한 제한이 없으므로 원격으로 영상정보를 수신하여 곡률을 차량에 제공하는 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 곡률반경 계산장치의 실시예는 선행차량의 거동을 기반으로 도로의 곡률을 산출하는 점이 공통되나 영상에서 선행차량의 거동을 계량화하는 수치에 따라 곡률반경 계산장치의 동작이 상이하다. 본 명세서에서 설명하는 거동과 관련한 변수는 영상에 나타나는 선행차량의 폭 방향의 길이 변화, 타이어 모양의 변화, 선행차량과의 직선거리 및 방위각이다. 각각의 변수를 이용하여 산출된 회전 반경은 독립적으로 산출된다. 본 실시예에서는 변수별로 산출된 회전 반경의 평균치로 회전 반경을 산출하는 방법 및 장치를 설명할 것이나 각각의 변수별로 독립된 실시예로서 구현될 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 "선행차량의 조향"이란 자차량의 진행방향을 기준으로 선행차량의 진행방향이 선회를 이루는 상태를 의미하며 "조향각"은 자차량의 진행방향과 선행차량의 진행방향이 이루는 각을 의미한다. "방위각"이란 자차량의 진행방향을 기준으로 선행차량이 입력영상에 나타난 각을 의미한다. "직선거리"란 자차량과 선행차량 간의 직선거리를 의미한다.
곡률반경 계산장치는 비전카메라(110)로부터 수신한 영상의 포락선을 검출하여 에지 영상을 추출한다. 곡률반경 계산장치는 에지 영상으로부터 객체를 구분하고 차량인 경우 방위각의 횡방향 가속도 존재 유무 또는 에지영상의 수직 성분의 양의 변화를 근거로 조향 여부를 판단한다. 또한 곡률반경 계산장치는 횡방향 가속도의 부호가 변하는지 여부를 근거로 동일한 차로에 존재하는지 판단한다.
직진 차량의 경우 선행차량의 뒷면만 보이기 때문에 에지 영상의 수직 성분이 차량의 후미 좌우에 대하여 2개가 검출되나, 선회 주행시 차량의 옆면이 검출되기 때문에 에지 영상에 옆면에 해당하는 수직 성분이 추가로 검출된다. 따라서 정확한 에지 검출을 위하여 곡률반경 계산장치는 선행차량의 수직 성분의 에지 히스토그램을 이용하여 추적한다.
곡률반경 계산장치는 선행차량의 영상 중 바퀴의 모양, 선행차량의 폭을 기준으로 선행차량의 조향각을 산출한다. 곡률반경 계산장치는 조향각의 변화와 선행차량의 이동거리를 기반으로 곡률반경을 계산한다.
곡률반경 계산장치는 각기 다른 셋 이상의 선행차량의 방위각과 직선거리를 기준으로 선행차량의 위치를 특정하고 원의 방정식의 일반해에 대입하여 곡률반경을 계산한다.
곡률반경 계산장치는 바퀴의 모양, 선행차량의 폭 및 선행차량의 방위각과 직선거리를 기반으로 각각 계산된 곡률반경의 평균치를 곡률반경으로 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률반경 계산장치의 구성도이다.
객체추출부(210)는 비전카메라(110) 등 이미징 디바이스로부터 수신한 영상의 포락선을 검출하여 에지 영상을 추출한다. 객체추출부(210)는 에지 영상으로부터 객체를 구분하고 객체가 차량으로 판단된 경우 각 선행차량마다 ID를 부여하여 독립적으로 관리할 수 있다. 직진하는 선행차량의 경우 뒷면만 보이므로 에지 영상의 수직 성분이 차폭에 대응하여 2개가 검출되지만 좌 또는 우로 선회를 하는 경우 차량의 옆면이 검출되기 때문에 에지 영상에 옆면에 해당하는 수직 성분을 포함하여 다수의 수직 성분이 검출된다. 따라서 차폭의 에지 검출을 위하여 객체추출부(210)는 선행차량의 수직 성분의 에지 히스토그램을 저장하여 추적한다.
특징추출부(220)는 추출된 선행차량의 객체 영상을 기반으로 선행차량의 동특성 정보를 추출한다. 이때 동특성은 선행차량의 움직임에 관한 특성을 말하는 것으로서 선행차량의 차폭, 바퀴의 높이와 폭의 비, 방위각, 직선거리에 관한 정보가 될 수 있다. 바퀴의 높이와 폭의 비는 영상에 나타난 바퀴의 에지를 추출하여 길이를 비교하는 방법으로 계산할 수 있다. 특징추출부(220)는 영상을 직교좌표계로 나타냈을 때 선행차량이 영상에 나타난 y좌표를 통해 직선거리를 계산할 수 있다. 특징추출부(220)는 영상을 직교좌표계로 나타냈을 때 선행차량이 영상에 나타난 x좌표를 통해 방위각을 계산할 수 있다. 특징추출부(220)는 영상에 나타난 에지의 폭과 직선거리를 통해 동일한 거리에서 입력되는 차폭을 계산할 수 있다.
곡률반경계산부(230)는 선행차량의 동특성 정보를 이용하여 주행 차로의 곡률반경을 계산한다. 곡률반경계산부(230)는 조향각계산부(240), 제1곡률계산부(250), 선행차량 위치계산부(260), 제2곡률계산부(270), 최종곡률계산부(280)를 포함할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만 필터링부를 더 포함할 수 있다.
곡률반경계산부(230)는 제1 시점과 제2 시점에 각각 입력된 바퀴의 폭과 높이의 비를 이용하여 제1 시점의 조향각과 제2 시점의 조향각을 각각 계산하고, 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간과 선행차량의 속도를 이용하여 선행차량의 이동거리를 계산하여 곡률을 계산할 수 있다. 여기서 제1 시점 및 제2 시점란 조향각을 계산하는 서로 다른 두 시점을 의미한다. 또한 곡률반경계산부(230)는 직선주로에서 측정된 선행차량의 폭과 제1 시점과 제2 시점에 각각 입력된, 직선주로에서 측정된 거리와 동일한 거리에서의 선행차량의 폭을 이용하여 선행차량의 조향각을 계산하고, 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간과 선행차량의 속도를 이용하여 선행차량의 이동거리를 계산하여 곡률을 계산할 수 있다. 또한 곡률반경계산부(230)는 한편 곡률반경계산부(230)는 선행차량의 방위각 및 직선거리를 이용하여 선행차량의 좌표를 계산하고 이를 이용하여 곡률을 계산할 수 있다. 한편 곡률반경계산부(230)는 한 가지 이상의 방법으로 계산된 곡률의 평균치를 최종 곡률로서 출력할 수 있다.
필터링부(미도시)는 특징추출부(220)와 곡률반경계산부(230) 사이에 위치하여 곡률반경계산부(230)가 동특성을 입력받기에 앞서 객체의 횡방향 가속도의 존재 유무 또는 에지 영상의 수직 성분이 증가하는지 여부를 근거로 조향여부를 판단하여 곡률반경 계산의 시작 신호를 곡률반경계산부(230)에 전달할 수 있다. 또한 횡방향 가속도의 부호가 변하는지 여부를 근거로 해당 ID의 객체의 연산을 중지 또는 객체의 데이터를 제거할지 여부를 결정할 수 있다. 횡방향 가속도의 부호가 변한다면 차량의 회전 방향이 바뀌었다고 판단할 수 있으므로 동일 차로의 곡률 계산에서 제거하는 것이다. 또한 동특성이 기설정된 임계치보다 큰 값을 갖는 경우 곡선 주행이 아닌 방향전환으로 판단하고 해당 ID의 객체의 연산을 중지 또는 객체의 데이터를 제거하도록 신호를 곡률반경계산부(230)에 전달할 수 있다.
조향각계산부(240)는 특징추출부(220)에서 추출된 선행차량의 선형주로에서의 차폭과 직선거리 또는 바퀴의 높이와 폭의 비 중 적어도 어느 하나를 사용하여 조향각을 계산한다. 조향각의 구체적인 계산 방법은 도 3, 4를 참조하여 후술한다.
제1곡률계산부(250)는 시간에 따른 선행차량의 조향각의 변화를 이용하여 차로 반경을 계산하거나 선행차량의 직선거리 및 방위각을 이용하여 차로 반경을 계산할 수 있다. 이 중 선행차량의 조향각의 변화를 이용하여 차로 반경을 계산하는 방법을 먼저 설명하면 제1 시점에 선행차량의 조향각과 제2 시점의 선행차량의 조향각의 차이 및 제1 시점과 제2 시점 사이에 선행차량의 이동거리 l을 이용하여 곡률을 계산한다.
선행차량 위치계산부(260)는 특징추출부(220)로부터 선행차량의 직선거리 및 방위각을 입력받아 자차량(120)을 원점으로 하고 자차량(120)의 진행 방향을 y축으로 하는 직교좌표계 상에서 선행차량의 위치를 좌표값으로 계산한다. 선행차량이 셋 이상일 경우에 한하여 계산하고 계산한 정보를 제2곡률계산부(260)로 전달할 수 있다. 선행차량의 위치를 이용하여 곡률을 계산하는 구체적인 방법은 도 5를 참조하여 후술한다.
좌표 평면상 세 점이 존재하면 원이 결정된다. 제2곡률계산부(270)는 원의 방정식의 일반해에 선행차량 위치계산부(260)로부터 세 점의 좌표를 대입하여 차로 반경을 계산한다. 따라서 곡률도 결정된다. 구체적인 방법은 도 5를 참조하여 후술한다.
최종곡률계산부(280)는 제1곡률계산부(250)가 계산한 곡률값과 제2곡률계산부(270)가 계산한 곡률값 중 어느 하나 이상의 평균치를 곡률로 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각계산부 및 제1곡률계산부의 선행차량의 차폭거리를 기반으로 조향각 및 곡률을 계산하는 방법을 나타낸 예시도이다.
V1으로 표시된 선행차량은 제1 시점에서 선행차량의 위치 및 조향각을 나타낸 그림이고 V2로 표시된 선행차량은 제2 시점에서 선행차량의 위치 및 조향각을 나타낸 그림이다.
조향각계산부(240)는 직선거리 이동시 선행차량의 폭, 조향에 따라 작게 계측된 선행차량의 폭 및 선행차량과의 직선거리를 이용하여 조향각을 계산한다. 이때 선행차량의 실제 폭과 조향시 계측되는 폭의 비를 이용한다. 그러나 시점에 따라 자차량과 선행차량의 거리가 다를 수 있고, 거리가 다를 경우 관측되는 폭의 크기도 달라지므로, 동일한 거리에서 관측되는 폭의 크기로 변환하여 계산하여야 한다. 관측되는 선행차량의 폭을 계산하기 위하여, 에지가 둘만 관측될 때(직진 시기)의 선행차량과의 직선거리와 조향할 때의 직선거리와의 비를 축적으로 삼아 조향할 때 선행차량의 영상 상의 크기를 직진 시기의 선행차량의 영상 상의 크기에 대응되게 변환하여 계산할 수 있다.
이렇게 직진시의 선행차량의 폭 W와 조향시 선행차량의 폭 W'를 구한 경우 조향각계산부(240)는 제1 시점의 조향각 θ1을 [수학식 1]과 같이 계산한다.
Figure 112012103798487-pat00001
여기서 W'는 조향시 선행차량의 폭, W는 직진시 선행차량의 폭, θ1은 제1 시점의 조향각을 의미한다.
같은 방법으로 조향각계산부(240)는 제2 시점의 조향각 θ2를 구할 수 있다.
조향각 계산부(240)는 제1 시점과 제2 시점에 계산된 각각의 조향각을 제1곡률계산부(250)로 전달한다.
제1곡률계산부(250)는 제1 시점의 조향각 θ1과 제2 시점의 조향각 θ2, 제1 시점에서 제2 시점까지 이동거리 l을 이용하여 차로 반경을 계산한다. 이때 주행차로의 반지름 R은 [수학식 2]와 같이 유도된다.
Figure 112012103798487-pat00002
여기서 dθ는 곡률에 해당하는 원에 대하여 제1 시점에서 제2 시점까지 이동한 중심각, l은 제1 시점에서 제2 시점까지 선행차량의 이동거리, R은 곡률에 해당하는 원의 반지름, θ1은 제1 시점의 조향각, θ2는 제2 시점의 조향각을 의미한다.
선행차량의 이동거리는 제1 시점과 제2 시점 간의 시간과 선행차량의 속도를 이용하여 계산될 수 있으며 선행차량의 속도는 자차량의 속도로 근사적으로 대체될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각계산부의 선행차량의 뒷바퀴 입력 영상을 기반으로 조향각을 계산하는 방법을 나타낸 예시도이다.
운전자는 원하는 조향각을 앞바퀴를 이용하여 조작하지만, 차체의 조향각은 조향에 관여하지 않는 뒷바퀴의 각도로 결정된다. 따라서 본 실시예에서는 뒷바퀴의 조향각을 기반으로 곡률을 계산하는 방법을 설명한다. 그러나 뒷바퀴와 앞바퀴의 각도 차이를 이용하여 직접 곡률을 계산하는 방법 등 다양한 변형이 가능할 것이다.
조향각이 바뀜에 따라 바퀴 모양의 높이와 폭 사이의 비가 변한다. 이를 이용하여 조향각계산부(240)는 조향각을 계산할 수 있다. 자동차의 바퀴는 모두 원형이므로 높이와 실제 너비의 길이가 같다. 따라서 조향시 바퀴의 폭을 W'에 대응했을 때 바퀴의 높이(=바퀴의 실제 너비)는 도 3에서 W에 해당한다고 볼 수 있다. 차이가 있다면 차체의 뒷면과 바퀴는 서로 수직이므로 위상이 90도 차이가 난다는 점과 직선거리와 관계없이 높이와 너비의 비가 일정하므로(동일한 위치의 바퀴의 높이와 너비를 비교하므로) 직선거리에 따른 보정이 필요 없다는 점이다. 따라서 바퀴의 모양을 이용하여 조향각을 계산하는 경우 직선거리에 대한 정보는 불필요하다. 도 3에서 W와 W'의 비로 조향각을 계산했듯이 바퀴의 모양을 기반으로 조향각을 계산하는 경우에 조향각계산부(240)는 바퀴의 폭 W와 높이 h의 비로 조향각을 계산한다.
조향각계산부(240)는 제1 시점, 제2 시점, 제3 시점의 바퀴의 폭이 각각 W1, W2, W3이고 각 시점에 측정된 바퀴의 높이가 h일 때, 조향각 θ3, θ4, θ5는 [수학식 3]을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112012103798487-pat00003
여기서 W1은 제1 시점에 관측된 바퀴의 폭, W2는 제2 시점에 관측된 바퀴의 폭, W3은 제3 시점에 관측된 바퀴의 폭, θ3은 제1 시점의 조향각, θ4는 제2 시점의 조향각, θ5는 제3 시점의 조향각, h는 각 시기에 관측된 바퀴의 높이를 나타낸다.
[수학식 1]과 비교했을 때의 차이는 90도 차이가 나는데, 이는 한 차량에서 차폭의 방향과 바퀴의 방향이 수직으로 배치되기 때문이다. 이렇게 산출된 둘 이상의 시점의 조향각을 제1곡률계산부(250)로 전달한다. 한 프레임에 나타난 선행차량의 ID에 따라 둘 이상의 선행차량의 조향각을 동시에 제1곡률계산부(250)로 전달할 수 있다.
제1곡률계산부(250)는 [수학식 2]를 사용하여 곡률을 계산한다. 이때 θ1은 제1 시점의 조향각, θ2는 제2 시점의 조향각을 의미한다. 이를 기반으로 곡률을 계산하는 방법은 이미 설명하였다. 그러나 θ1과 θ2가 반드시 제1 시점과 제2 시점의 조향각일 필요는 없다. 조향각계산부(240)로부터 한 프레임에서 둘 이상의 선행차량의 조향각을 입력받는 경우 선행차량 위치계산부(260)로부터 수신한 좌표를 바탕으로 선행차량 간의 거리를 계산하여 직접 계산할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선행차량 위치계산부 및 제2곡률계산부에서 선행차량과 자차량의 직선거리 및 방위각을 기반으로 차로 반경을 계산하는 방법을 나타내는 예시도이다.
원점과 점 세 개의 좌표가 특정되면 세 점을 지나는 원을 정의할 수 있다. 선행차량 위치계산부(260)는 ID를 부여받은 셋 이상의 선행차량까지의 직선거리 및 방위각을 특징추출부(220)로부터 전달받는다. 추출된 직선거리 및 방위각을 기반으로 선행차량 위치계산부(260)는 자차량의 주행 방향을 y축으로 하고 자차량의 위치를 원점으로 한 직교좌표계에서 선행차량 각각의 좌표를 특정한다. 이때 선행차량 A, B, C까지의 거리를 l1, l2, l3이라 하고 선행차량 A, B, C의 방위각을 θ6 ,θ7 ,θ8이라 할 때 선행차량 A, B, C의 좌표는 [수학식 4]와 같으며 선행차량 위치계산부(260)는 [수학식 4]를 사용하여 선행차량 위치의 좌표를 계산한다.
Figure 112012103798487-pat00004
여기서 A는 선행차량 A의 좌표, B는 선행차량 B의 좌표, C는 선행차량 C의 좌표, r3는 선행차량 A까지의 거리, r2는 선행차량 B까지의 거리, r1은 선행차량 C까지의 거리, θ8은 선행차량 A의 방위각, θ7은 선행차량 B의 방위각, θ6은 선행차량 C의 방위각을 의미한다.
직교좌표계에서 (a,b)를 중심으로 하고 반경이 R인 원의 방정식은 [수학식 5]와 같다.
Figure 112012103798487-pat00005
여기서 a는 원의 중심의 x좌표, b는 원의 중심의 y좌표, R은 원의 반경을 의미한다.
미지수가 셋이므로 주로 반경계산부(240)는 선행차량 위치계산부(260)가 [수학식 4]를 이용하여 계산한 선행차량들의 좌표를 [수학식 5]의 공식에 대입하여 원의 방정식을 계산한다. 이를 이용하여 반경 R 및 곡률을 계산한다.
여기서는 직교좌표계를 이용하여 계산하는 방법을 나타내었지만 극좌표계를 적용하여 선행차량 위치계산부(260)를 생략하고 극좌표계의 원의 방정식에서 직접 계산하는 방법도 용이하게 생각해 낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 입력 영상에서 동특성을 확인하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 (a)는 자차량(610)의 비전카메라가 선행차량이 포함된 영상을 입력받을 때 선행차량이 지면과 맞닿는 지점이 비전카메라의 등높이 선(660)과 이루는 각을 나타낸 예시도이다. 제1 선행차량(620)이 지면과 맞닿는 점과 비전카메라와 직선거리로 등거리에 있는 지점(640)은 동일한 각 θ10으로 수신되고 동일한 높이로 영상에 표시된다. 제2 선행차량(630) 역시 지면과 맞닿는 점과 비전카메라와 직선거리로 등거리에 있는 지점(650)은 동일한 각 θ11로 수신되고 영상에 동일한 높이로 표시된다. 등높이 선(660)을 나타내기 위하여 선행차량을 같은 높이의 차량으로 예시하였다.
도 (b)는 도 (a)의 수신 영상이 실제로 나타나는 화면이다. 차량 높이가 동일하므로 선행차량은 등높이 선(660)의 높이로 나타나지만 선행차량이 지면과 맞닿는 점은 거리가 멀어짐에 따라 등높이 선(660)에 근접한다. 따라서 특징추출부(220)는 영상에 나타난 등높이선과 선행차량의 지면과 맞닿는 점 사이의 거리를 측정하는 방법으로 선행차량과 자차량 사이의 직선거리를 측정할 수 있다. 같은 방법으로 영상을 세로로 나눈 중심 선에서 선행차량이 벗어난 정도를 이용하여 방위각을 계산할 수 있다. 또한 에지 영상을 기준으로 각 차량의 폭과 바퀴의 높이와 폭의 비를 계산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률반경 계산장치의 곡률반경 계산 방법을 나타낸 순서도이다.
비전카메라를 이용하여 선행차량을 인지한다. 이때 영상의 포락선을 기준으로 에지 영상을 추출하여 객체를 확인하고 확인된 객체에 ID를 부여하여 관리할 수 있다(S710).
인지된 선행차량이 방향을 바꾸는 것을 영상에서 가로방향 가속도의 유무를 통해 확인한다. 이때 세로방향 에지의 히스토그램을 저장할 수 있다(S710).
방향이 바뀌었다면 선행차량의 폭의 변화를 사용하여 선행차량의 조향각을 계산한다. 에지 히스토그램에서 산출된 차폭을 기준으로 영상을 이용하여 측정된 차폭의 비율을 활용하여 조향각을 계산할 수 있다. 이 조향각을 시차를 두어 2개 이상 측정한다(S730).
조향각을 토대로 곡률 차로의 반경을 계산한다. 조향각의 차이는 이동한 중심각이며 이동 거리는 호의 이동 거리이므로 시간의 차이 동안 이동거리와 조향각의 차이를 이용하여 곡률 차로의 반경을 계산한다(S740).
선행차량의 타이어 모양을 사용하여 조향각을 계산한다. 영상에 나타난 타이어의 높이와 너비의 비율을 삼각함수로 계산하여 조향각을 계산한다(S750).
조향각을 토대로 곡률 차로의 반경을 계산한다. 타이어로 계산된 조향각과 이동거리를 통하여 차로의 곡률을 계산할 수 있으며 방법은 S740과 같다.
자차선에서 이동하는 방향이 바뀐 선행차량의 객체 인식 수가 3 이상인지 확인한다(S770).
3 이상인 경우 선행차량의 직선거리와 방위각을 토대로 선행차량의 위치를 계산한다. 직선거리와 방위각은 영상에 나타난 등 높이 선 또는 중심 축을 기준으로 선행차량의 위치를 기준으로 판단한다. 자차량을 원점으로, 자차량의 진행 방향을 y축으로 한 직교좌표계에 선행차량의 위치를 좌표로 나타낸다(S780).
선행차량의 위치를 토대로 곡률 차로의 반경을 계산한다. 직교좌표계에서 원의 방정식에 선행차량의 좌표를 대입하여 원의 중심과 반경을 계산한다(S790).
산출된 곡률반경의 평균값을 계산하여 출력한다(S800).
도 7에서는 단계 S710 내지 단계 S800을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 7에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S710 내지 단계 S800 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다. 또한 S710 및 S720은 공통되나, S730 및 S740 단계와 S750 및 S760 단계로 차로의 반경이 계산되며, S770내지 S790만으로도 차로의 반경이 계산되므로 대안적 관계가 될 수 있다. 따라서 각각 독립하여 수행될 수 있다. 그러나 이 중 2 또는 3까지 방법을 동시에 써도 무방하다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 비전카메라 120: 자차량
130: 선행차량 210: 비전카메라
220: 선행차량 영상추출부 230: 조향각계산부
240: 주로반경계산부 250: 직선거리 및 방위각 추출부
260: 선행차량 위치계산부 610: 자차량
620: 제1 선행차량 630: 제2 선행차량
640: 제1 선행차량까지의 등거리선 650: 제2 선행차량까지의 등거리선
660: 등높이선

Claims (16)

  1. 이미징 디바이스로부터 수신하는 영상 데이터에서 적어도 하나의 선행차량을 검출하는 객체추출부;
    상기 객체추출부에서 검출된 상기 적어도 하나의 선행차량의 동특성 정보를 추출하는 특징추출부; 및
    상기 특징추출부에서 추출된 동특성 정보에 근거하여 주행차로의 곡률반경을 계산하는 곡률반경계산부
    를 포함하되,
    상기 곡률반경계산부는 복수의 시점의 상기 선행차량의 차폭 변화, 복수 시점의 상기 선행차량의 바퀴의 높이와 폭의 비율 및 상기 선행차량과의 방위각과 직선거리에 관한 정보를 기초로 계산한 복수의 시점의 상기 선행차량의 직교좌표계 상의 위치 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 곡률반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동특성 정보는 상기 적어도 하나의 선행차량의 차폭, 상기 선행차량의 높이, 상기 선행차량의 바퀴 영상 변화, 상기 선행차량과의 방위각 및 상기 선행차량과의 직선거리 중 어느 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특징추출부는,
    상기 선행차량의 횡방향 가속도의 부호가 바뀌는 경우, 상기 선행차량의 차폭과 상기 선행차량의 높이가 기설정된 정도 이상 급격히 바뀌는 경우 및 상기 선행차량의 바퀴 영상 변화가 기설정된 정도 이상 급격히 바뀌는 경우 중 적어도 어느 하나 이상에 해당될 때 상기 선행차량을 계산 대상에서 제외하는 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 곡률반경계산부는,
    상기 선행차량의 차폭 변화율 및 상기 선행차량의 바퀴의 높이와 폭의 비율 중 적어도 어느 하나를 기초로 조향각을 계산하는 조향각계산부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조향각계산부는,
    상기 선행차량이 직선주로에 있을 때 관측된 상기 선행차량의 참조차폭과 상기 선행차량과의 직선거리를 기준으로 이후에 측정되는 상기 차폭을 동일한 직선거리에서 측정되는 차폭으로 환산하여 계산하고 이를 기반으로 조향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 곡률반경계산부는,
    제1 시점의 조향각과 제2 시점의 조향각을 수신하여 상기 제1 시점의 조향각과 상기 제2 시점의 조향각 사이의 차이를 산출하고, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 시간 변화하는데에 걸린 시간과 상기 선행차량의 속도를 기반으로 산출된 상기 선행차량의 이동거리를 산출하여 곡률반경을 계산하는 제1곡률계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 곡률반경계산부는,
    상기 선행차량의 좌표가 셋 이상 산출된 경우 상기 좌표를 기초로 곡률반경을 계산하는 제2곡률계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선행차량과의 직선거리는,
    영상에 나타난 선행차량과의 등높이선과 선행차량의 지면과 맞닿는 점 사이의 거리로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 곡률반경계산장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 곡률반경계산부는 상기 복수의 시점의 상기 선행차량의 차폭 변화를 이용하여 산출한 곡률반경, 상기 복수의 시점의 상기 선행차량의 바퀴의 높이와 폭의 비율을 이용하여 산출한 곡률반경 및 상기 복수의 시점의 상기 선행차량의 위치를 이용하여 산출한 곡률반경 중 어느 둘 이상의 곡률반경을 평균한 평균치를 최종곡률반경의 산출치로 계산하는 최종곡률계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 계산장치.
  11. 선행차량의 영상정보를 이용하여 주행차로의 곡률반경을 산출하는 방법에 있어서,
    상기 선행차량과 관련하여 상기 영상정보를 수집하는 과정;
    상기 영상정보에서 상기 선행차량의 에지(Edge)를 검출하여 상기 선행차량의 에지 영상을 추출하는 과정;
    상기 선행차량의 에지 영상을 기반으로 상기 선행차량의 조향각을 계산하는 과정; 및
    시간에 따른 상기 선행차량의 조향각 변화를 기반으로 주행차로의 상기 반경을 계산하여 출력하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 조향각을 계산하는 방법은,
    상기 에지 영상의 폭의 변화를 기반으로 조향각을 계산하는 방법인 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 조향각을 계산하는 방법은,
    상기 에지 영상의 바퀴 부분을 추출하고 상기 바퀴 부분의 폭과 높이의 비를 기반으로 조향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
  14. 선행차량의 영상정보를 이용하여 주행차로의 곡률반경을 산출하는 방법에 있어서,
    상기 선행차량과 관련하여 상기 영상정보를 수집하는 과정;
    상기 영상정보에서 상기 선행차량의 에지(Edge)를 검출하여 상기 선행차량의 에지 영상을 추출하는 과정;
    상기 선행차량의 에지 영상을 기반으로 상기 선행차량과의 직선거리 및 방위각을 계산하는 과정;
    상기 직선거리 및 방위각을 기반으로 상기 선행차량의 위치를 계산하는 과정; 및
    상기 선행차량의 시간에 따른 적어도 3개의 위치를 기반으로 주행차로의 곡률 반경을 계산하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 선행차량과의 직선거리 및 방위각을 계산하는 과정은,
    상기 선행차량의 에지 영상의 화면상의 위치를 기반으로 상기 직선거리 및 방위각을 계산하는 과정인 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 선행차량의 위치를 계산하는 과정은,
    자차량의 진행방향을 y축으로 하고 상기 자차량의 위치를 원점으로 한 직교좌표계에서 상기 선행차량의 좌표값을 계산하는 과정인 것을 특징으로 하는 곡률반경 산출 방법.
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