KR102385907B1 - 자율주행 차량 항법 장치 및 항법 - Google Patents

자율주행 차량 항법 장치 및 항법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 내에서의 정확한 자율주행 차량 항법을 제공하기 위하여, 차량 전방 영상을 입력받고, 전방 영상을 이진화(binarization) 영상으로 변환하고, 이진화 영상에서 밝기(brightness)가 일정 이상인 픽셀의 비율이 기 설정된 기준 이상인 영역을 터널 조명 후보군으로 추출하고, 터널 조명 후보군을 차량 중심 좌표계(vehicle center coordinate system)로 변환하고, 변환된 상기 터널 조명 후보군을 기초로 맵매칭(map matching)하여 차량의 위치를 결정하는 자율주행 차량 항법 장치 및 그 항법에 관한 것이다.

Description

자율주행 차량 항법 장치 및 항법{Method And Apparatus for Autonomous Vehicle Navigation System}
본 발명은 자율주행 차량의 항법 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 안의 터널 조명을 검출하여 이를 맵매칭의 입력 값으로 사용함으로써, 자율주행 항법 기술에 터널 내에 정확도 해결을 제공하는 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 시스템에 관한 것이다.
기존의 자율주행 항법 기술(autonomous driving navigation system)은 터널 등의 특수한 환경에서는 그 성능 및 정확도가 떨어진다는 단점이 있다. 특히 터널(turnnel) 구간에서는 GPS(Global Positioning System)의 신호를 사용할 수 없으므로 이를 보완하기 위한 정밀한 맵매칭(map matching) 기술이 필요하다. 그러나 터널 내부의 오염 및 조명에 따른 차선의 멸실 또는 차량 정체(traffic congestion)로 일어날 수 있는 차선 가림 현상으로 인해 제약이 있어 왔다.
뿐만 아니라, 차선을 이용한 기존의 맵매칭은 차선 모양의 특성상 횡방향 측위(lateral positioning)의 정확도에 비해 종방향 측위(longitudinal positioning)의 정확도가 상대적으로 떨어진다는 단점이 있어 왔다. 이 경우 터널의 길이가 길수록 맵매칭을 이용한 주행 시 종방향으로의 에러가 누적이 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 실시예카메라 센서를 이용하여 입수되는 영상으로부터 차선 뿐만 아니라 터널 조명을 검출하여 이를 맵매칭의 입력 값으로 사용함으로써, 기존 자율주행 항법 기술이 터널 내에서 그 정확도가 하락하는 문제를 해결하는 방법을 제안하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예의 일 측면에 의하면 본 발명은 터널의 내부를 주행 중인 차량의 전방 영상을 입력받는 수신부; 상기 전방 영상을 이진화(binarization) 영상으로 변환하는 변환부; 상기 이진화 영상으로부터 밝기(brightness)가 일정 레벨 이상인 픽셀의 비율이 기 설정된 기준 이상인 영역을 터널 조명 후보군으로 추출하는 추출부; 상기 터널 조명 후보군을 차량 중심 좌표계(vehicle center coordinate system)로 변환하는 좌표계변환부; 및
변환된 터널 조명 후보군을 기초로 맵매칭(map matching)하여 차량의 위치를 결정하는 위치결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다른 측면에 의하면, 본 발명은 차량 전방 영상을 입력받는 수신과정; 상기 전방 영상을 이진화(binarization) 영상으로 변환하는 이진화과정; 상기 이진화 영상에서 밝기(brightness)가 일정 이상인 픽셀의 비율이 기 설정된 기준 이상인 영역을 터널 조명 후보군으로 추출하는 추출과정; 상기 터널 조명 후보군을 차량 중심 좌표계(vehicle center coordinate system)로 변환하는 좌표변환과정; 및 변환된 상기 터널 조명 후보군을 기초로 맵매칭(map matching)하여 차량의 위치를 결정하는 위치결정과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치를 포함한다.
본 발명의 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　터널 내 측위 정확도가 우수한 장점이 있다.
둘째,　추가 원가 발생이 없고 성능이 향상됨에 따라 경쟁력 확보가 가능한 장점도 있다.
셋째, 차량의 자율주행 시 GPS가 동작하지 않는 터널 등의 자율주행 취약지역으로, 터널 조명 사용으로 취약성을 극복할 수 있다.
넷째, 기존 자율주행 방법에 비해 터널 종방향 정확도가 획기적으로 향상하는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 장치의 구성을 도시한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 시스템의 맵매칭 기술을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맵매칭을 위한 터널 조명 검출 기법을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행의 예시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 장치의 구성을 도시한 블록구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 장치는 위치정보 측정부(100), 환경인지 센서부(200), 레이더 감지부(300), 센서융합 측위부(400), 주변환경 인지부(500), 주행경로 생성부(600), 차량제어부(700)를 전부 또는 일부 포함한다.
위치정보 측정부(measuring part for positional information)(100)는 자율주행 차량의 위치정보를 실시간으로 측정한다. 위치정보 측정부(100)는 차량의 현재 위치 정보와 지도정보를 위성으로부터 받을 수 있다. 위치정보 측정부(100)는 내비게이션(navigation), GNSS(Global Navigation Satellite System)등을 포함할 수 있다.
환경인지 센서부(sensor part for environmental awareness)(200)는 자율주행 차량의 주변 영상을 실시간으로 촬영할 수 있다. 환경인지 센서부(200)는 라이더(lidar), 카메라, 스테레오 카메라 등을 포함할 수 있다.
레이더 감지부(rader sensing part)(300)는 차량 외부 환경에 존재하는 사물의 속성 및 움직임 정보를 출력한다. 레이더 정보 분석을 통하여 주행 차량의 주변 차량의 움직임 방향 및 속도, 신호등, 보행자, 장애물 등 외부 상황에 대한 정보를 출력할 수 있다. 상기 레이더 감지부(300)는 V2X(Vehicle to Everything communication) 단말기, 전방 레이더, 후측방 레이더 등을 포함할 수 있다.
센서융합 측위부(measuring part for sensor convergence)(400)는 상기 위치정보 측정부(100)로부터 위치 정보와 환경인지 센서부(200)로부터 촬영 영상을 기반으로 맵매칭 기술을 통해 차량의 정확한 위치를 추정(position estimating)할 수 있다.
주변환경 인지부(part for surrounding awareness)(500)는 상기 환경인지 센서부(200)의 촬영 영상과 상기 레이더 감지부(300)의 주요 정보를 기반으로 주변 환경 정보를 출력할 수 있다.
주행경로 생성부(part for generating driving route)(600)는 상기 센서융합 측위부(400)와 상기 주변환경 인지부(500)로부터 출력 정보를 결합하여 경로를 생성할 수 있다.
차량제어부(part for vehicle control)(700)는 상기 주행경로부가 생성한 경로를 기반으로 차량의 자율주행을 보조 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행 차량 항법 시스템의 맵매칭 기술을 도시한 개념도이다.
도 2의 (a)는 위치정보 측정부(100)를 이용한 위성측위의 예시도이다.
위치정보 측정부(100)는 네비게이션과 GNSS 등의 센서를 활용하여 위성 측위를 실행하고, 위성 측위 정보를 기반으로 현재 주행 차량의 센서융합용 정밀지도(220)를 구축할 수 있다.
도 2의 (b)는 환경인지 센서부(200)를 이용한차선 추출 예시도이다.
환경인지 센서부(200)는 라이더를 기반으로 하여 터널 내 주행 중인 차량의 전방의 기하 구조물(222)을 추출 할 수 있다.
상기 환경인지 센서부(200)는 전방 영상에서 LKAS(Lane Keeping Assist System), LDWS(Lane Departure Warning System) 등의 ADAS(Advanced Driver Assistance System)를 기반으로 촬영한 영상 내에서 차선(224)을 추출할 수 있다.
도 2의 (c)는 측위 정보 확률적 결합 기술(technology of statistical combination for positioning information)과 센서 데이터 매칭 기술(sensor data matching technology)을 사용하여 미리 구축되어 있는 지도와 상기 추측된 차선을 상호 매칭(226)함으로서 현재 주행 중인차량의 위치(228)를 사전에추정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 맵매칭을 위한 터널 조명 검출 기법을 도시한 블록도이다.
자율주행 차량에 장착된 카메라로부터 차량 전방의 영상을 수신한다(S301).
수신한전방 영상을 일정 이상의 임계값을 갖는 이진화 영상으로 변환한다. 변환된 이진화 영상 중, 라벨링(labeling) 기법을 이용하여, 일정 크기 이상이고, 특정 가로 대 세로 비를 가지며, 영역 내 차지하는 밝은 픽셀의 비율이 일정 이상인 부분을 터널 조명 후보군으로 결정한다(S302).
상기 터널 조명 후보군 이외의 지역은 노이즈로 판단하여 제거한다(S303). 상기 검출된 터널 조명 후보군을 맵매칭을 위한 차량 중심 좌표계로 변환 한다. 변환을 위해 수학식 1과 같은 변환 공식을 적용한다 (S304).
[수학식 1]
Figure 112020046813963-pat00001
[수학식 2)
Figure 112020046813963-pat00002
여기에서, u, v는 영상 좌표계 값, X, Y, Z는 차량 중심 좌표계의 값을 나타낸다. s는 Homogenous 좌표계의 일종의 scale factor를, M은 카메라의 내부 파라미터(intrinsic parameters)를, r1 r2 r3 t는 카메라의 외부 파라미터(extrinsic parameter)를 각각 의미한다. h1~h9는 영상 좌표계에서 차량 중심 좌표계로의 이동을 위한 파라미터들로, 이미지와 차량 중심 좌표계의 최소 4개의 좌표상 좌표 쌍을 통해 계산할 수 있다. 이때 계산된 터널 조명의 높이 (Z) 값은 좌표계의 변환 전에 결정되어 있어야 한다.
변환된 조명의 값은 미리 구축되어 있는 지도와 매칭을 통하여 자율주행 차량의 위치를 파악하는 맵매칭 기법에 사용된다. 상기 맵매칭 기법을 통해 차선이 오염이나 교통정체(traffic congestion)로 인해 검출 정확도가 하락하는 문제를 근원적으로 해결할 수 있으며, 처리속도가 빠르고 정확도가 높아 자율주행을 위한 측위 시스템의 성능향상에 큰 도움을 줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예예에 따른 터널 조명을 이용한 자율주행의 예시도이다.
차선(410)을 이용한 맵매칭 기법은, 상기 차선(410)의 모양이 종방향으로 연속되어 있다는 특성으로 인해, 횡방향 측위는 상대적으로 정확하나 종방향 측위는 그 정확도가 떨어진다는 한계점을 가지고 있다. 특히 터널 내에서는 절대 측위 정보(absolute positioning information)를 송출해 주는 GPS를 사용할 수 없으므로, 맵매칭의 종방향 에러는 계속해서 누적되는 경향이 있다. 따라서 차량이 터널을 통과할 때쯤에는 수십 미터에서 터널의 길이에 따라 백 미터 이상까지 종방향 측위 오차가 발생할 수 있다. 제안하는 특허에서는 터널 내에 설치되어 있는 중앙등(420)을 맵매칭에 이용하여, 위와 같은 근본적인 문제점을 해결한다. 구체적으로, 이 또한 상기 중앙등(420)의 실제 설치 위치 (X,Y,Z)를 미리 지도 상에 저장해 두고, 전방카메라를 이용하여 검출된 상기 중앙등(420)을 좌표 변환하여 맵매칭하는 기법으로 수행된다. 이를 통해, 종방향 에러의 누적을 막을 수 있으며 터널 내 자율주행 항법시스템의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100 : 위치정보 측정부
200 : 환경인지 센서부
300 : 레이더 감지부
400 : 센서융합 측위부
500 : 주변환경 인지부
600 : 주행경로 생성부
700 : 차량제어부

Claims (9)

  1. 터널의 내부를 주행 중인 차량의 전방 영상을 입력받는 수신부;
    상기 전방 영상을 이진화(binarization) 영상으로 변환하는 변환부;
    상기 이진화 영상으로부터 밝기(brightness)가 일정 레벨 이상인 픽셀의 비율이 기 설정된 기준 이상인 영역을 터널 조명 후보군으로 추출하는 추출부;
    상기 터널 조명 후보군을 차량 중심 좌표계(vehicle center coordinate system)로 변환하는 좌표계변환부; 및
    변환된 터널 조명 후보군을 기초로 맵매칭(map matching)하여 차량의 위치를 결정하는 위치결정부를 포함하되,
    상기 위치결정부는,
    상기 변환된 터널 조명 후보군을 기초로 기 저장된 터널 조명의 위치에 대하여 맵매칭을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출부는,
    상기 이진화 영상 중에서, 상기 이진화 영상을 라벨링(labeling)하여 일정 크기 이상을 가지고 일정한 가로 대 세로 비율을 갖는 이진화 영상을 대상으로 상기 터널 조명 후보군을 추출하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  3. 제 1 항에 있어서
    상기 좌표계변환부는,
    상기 터널 내 조명의 높이를 기초로 상기 터널 조명 후보군을 상기 차량 중심 좌표계로 변환하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 맵매칭은,
    상기 차량의 위치 정보 및 상기 차량의 주변 촬영 영상의 전부 또는 일부를 기초로 수행되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치결정부는,
    상기 터널 조명 후보군 및 상기 차량의 주변 환경 정보를 기초로 가상의 차선정보를 획득하고, 상기 가상의 차선정보를 기초로 상기 맵매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가상의 차선정보는,
    라이다(lidar)를 기반으로 추출한 차량 전방 기하 구조물을 이용하여 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)를 기반으로 추출하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    결정된 차량의 위치와 상기 차량의 주변 환경 정보를 기초로 상기 차량의 주행 경로를 생성하는 주행경로 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    생성된 주행경로를 기반으로 상기 차량을 제어하는 차량제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법 장치.
  9. 차량 전방 영상을 입력받는 수신과정;
    상기 전방 영상을 이진화(binarization) 영상으로 변환하는 이진화과정;
    상기 이진화 영상에서 밝기(brightness)가 일정 이상인 픽셀의 비율이 기 설정된 기준 이상인 영역을 터널 조명 후보군으로 추출하는 추출과정;
    상기 터널 조명 후보군을 차량 중심 좌표계(vehicle center coordinate system)로 변환하는 좌표변환과정; 및
    변환된 상기 터널 조명 후보군을 기초로 맵매칭(map matching)하여 차량의 위치를 결정하는 위치결정과정을 포함하되,
    상기 위치결정과정은,
    상기 변환된 터널 조명 후보군을 기초로 기 저장된 터널 조명의 위치에 대하여 맵매칭을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 자율주행 차량 항법.
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