KR20130028610A - 실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체 - Google Patents

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KR20130028610A
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Abstract

실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체가 개시된다. 개시된 실시간 차선 검출 장치는 컬러 영상의 색 공간을 변환하고, 변환된 색 공간의 밝기 값(intensity) 중 차선의 밝기에 상응하는 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 주행도로의 다양한 조명 변화 환경에서도 차선을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING REAL-TIME LANE DETECTION, RECORDING MEDIUM THEREOF}
본 발명의 실시예들은 실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행도로의 다양한 조명 변화 환경에서도 차선을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체에 관한 것이다.
IT 기술이 융합된 지능형 자동차에 대한 관심이 높아지면서, 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 사고의 위험을 줄이기 위하여 차선 이탈경보, 전방/측면차량 충돌경보, 보행자 충돌경보 등을 운전자에게 제공하는 첨단 안전 자동차(ASV: Advanced Safety Vehicle) 기술은 지능형 자동차 기술의 기초가 되는 기술로서 많은 연구와 기술 개발이 이루어지고 있다.
도로에 대한 컬러 영상으로부터 차선의 검출은 첨단 안전 자동차(ASV) 기술의 핵심 기술로서, 영상 센서를 이용한 비전(vision) 기반의 차선 검출 방법이 가장 널리 활용되고 있다.
비전 기반의 차선 검출 방법은 크게 특징(feature) 추출, 윤곽(outlier) 제거 및 후처리, 차선 추적의 세 단계로 이루어지는데, 각 단계에서 사용하는 알고리즘에 따라 차선 검출 알고리즘의 성능 및 특성이 결정된다.
비전 기반의 차선 검출 방법에서 사용되는 특징(feature)은 크게 경계선(edge)과 컬러(color)로 나눌 수 있다. 그런데, 특징으로서 컬러를 이용하는 비전 기반의 차선 검출 방법은 조명의 변화에 매우 취약하기 때문에 조명 변화가 잦은 도로 환경에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 시간과 장소에 따라 도로 환경은 다양한 조명값을 가지며, 이러한 조명의 변화에 따라 차선의 컬러도 다양한 값을 가지게 되므로, 차선 검출의 신뢰도가 감소될 수 있다.
또한, 특징(feature)으로서 경계선을 이용하는 비전 기반의 차선 검출 방법은 거리의 증가에 따라 영상의 선명도가 저하되어 소실점 근처에서 경계선 검출이 잘 이루어지지 않는 문제점을 갖는다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 고해상도의 데이터 획득이 가능한 영상 센서를 사용하거나, 탐지 거리가 먼 이종의 센서를 결합하는 방법 등이 제안되었으나, 이러한 방법들은 구현 비용이 증가하고 실시간으로 데이터를 처리하기 어렵다는 단점을 갖는다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 주행도로의 다양한 조명 변화 환경에서도 차선을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 실시간 차선 검출 장치 및 방법과 이에 관한 기록매체를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 변환하고, 변환된 색 공간의 밝기 값(intensity) 중 차선의 밝기에 상응하는 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 포함하는 실시간 차선 검출 장치가 제공된다.
상기 변환된 색 공간의 밝기 값은 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널에 관한 밝기 값일 수 있다.
상기 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 이진화 영상 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 차선 결정부는 상기 설정된 후보 영역에 허프 변환(Hough transform)을 적용하고, 상기 허프 변환에 의해 생성된 복수의 직선을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정할 수 있다.
상기 차선 결정부는 상기 생성된 복수의 직선을 기울기에 기초하여 좌우 직선으로 구분함으로써 상기 후보 영역에서 차선을 결정할 수 있다.
상기 컬러 영상으로부터 경계선을 추출하는 경계선 추출부; 및 상기 추출된 경계선을 이용하여 상기 결정된 차선을 검증하는 차선 검증부를 더 포함할 수 있다.
상기 차선 검증부는 상기 결정된 차선을 기준으로 소정의 범위 내에서 검색 영역을 설정하고 상기 설정된 검색 영역 내 상기 추출된 경계선의 존재 여부로부터 상기 결정된 차선을 검증할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 색 공간 변환부; 상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 포함하는 실시간 차선 검출 장치가 제공된다.
상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 색 공간 변환부; 상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 포함하는 실시간 차선 검출 장치가 제공된다.
상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환하는 색 공간 변환부; 상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제1 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 제1 차선의 검출을 위한 제1 후보 영역으로 설정하는 제1 후보 영역 설정부; 상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제2 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 제2 차선의 검출을 위한 제2 후보 영역으로 설정하는 제2 후보 영역 설정부; 및 상기 설정된 제1 후보 영역과 제2 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 이진화 영상 생성부를 포함하는 실시간 차선 검출 장치가 제공된다.
상기 제1 임계값은 상기 제1 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값일 수 있다.
상기 제2 임계값은 상기 제2 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값일 수 있다.
상기 생성된 이진화 영상의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 단계; 상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 포함하는 실시간 차선 검출 방법이 제공된다.
상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값일 수 있다.
상기 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 컬러 영상으로부터 경계선을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 경계선을 이용하여 상기 결정된 차선을 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 단계; 상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 포함하는 실시간 차선 검출 방법이 제공된다.
상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환하는 단계; 상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제1 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 제1 차선의 검출을 위한 제1 후보 영역으로 설정하는 단계; 상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제2 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 제2 차선의 검출을 위한 제2 후보 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 제1 후보 영역과 제2 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계를 포함하는 실시간 차선 검출 방법이 제공된다.
상기 제1 임계값은 상기 제1 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값일 수 있다.
상기 제2 임계값은 상기 제2 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값일 수 있다.
상기 생성된 이진화 영상의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상으로부터 실시간 차선의 검출을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 단계; 상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.
상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컬러 영상으로부터 실시간 차선의 검출을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 단계; 상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.
상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값일 수 있다.
본 발명에 따르면, 주행도로의 다양한 조명 변화 환경에서도 차선을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 시간과 장소에 따라 다양한 조명값을 갖는 도로 환경을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치가 촬상 장치로부터 영상을 입력 받아 차선을 검출하는 과정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 다양한 광원과 밝기에서 흰색 차선의 color path를 도시하는 도면이다.
도 3b는 다양한 광원과 밝기에서 황색 차선의 color path를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 영상을 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 공간 변환부에 의해 변환된 Y 채널 값으로 생성된 영상을 도시하는 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 공간 변환부에 의해 변환된 Cb 채널 값으로 생성된 영상을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 5%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값 이상의 값을 갖는 영역을 도시한다.
도 7은 다른 컬러에 대비하여 황색의 Cb 채널 밝기 특성을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 3%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값 이하의 값을 갖는 영역을 도시한다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부에 의해 이진화된 흰색 차선 검출을 위한 후보 영역을 도시하는 도면이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부에 의해 이진화된 황색 차선 검출을 위한 후보 영역을 도시하는 도면이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 9a와 도 9b의 이진화 영상이 결합된 이진화 영상을 도시하는 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부에 의해 생성된 이진화 영상을 도시하는 도면이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상에 허프 변환이 적용된 결과를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부가 기울기를 이용하여 복수의 직선을 좌우 직선으로 구분하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부가 좌우 직선을 그룹화하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부에 의해 결정된 차선을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라, 결정된 차선을 기준으로 설정된 검색 영역을 도시한다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 경계선 추출부에 의해 추출된 경계선에 관한 영상을 도시하는 도면이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따라 검색 영역 내에 존재하는 경계선을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치에 의해 검출된 차선의 최종적인 영상을 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)가 촬상 장치(10)로부터 컬러 영상을 입력 받아 차선을 검출하는 과정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 비전 기반의 차선 검출 방식에 의한 것으로서, 차량에 장착된 촬상 장치(10)로부터 차량의 전방 정보에 관한 컬러 영상을 입력 받을 수 있으며(이하, '입력 영상'이라 함), 이를 분석하여 차선을 검출할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여, 촬상 장치(10)가 실시간 차선 검출 장치(100)의 외부에 존재하는 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 차선 검출을 위한 특징으로서 경계선과 컬러를 모두 이용한다.
즉, 실시간 차선 검출 장치(100)는 컬러를 이용하여 입력 영상에서 차선이 존재할 것으로 예측되는 후보 영역을 설정하고 차선을 결정할 수 있으며, 추가적으로 결정된 차선에 경계선 정보를 적용하여 차선을 검증할 수 있다.
보다 상세하게, 실시간 차선 검출 장치(100)의 후보 영역 설정부(120)와 이진화 영상 생성부(130)는 입력 영상의 컬러 정보를 분석하여 차선 정보가 강조된 이진화 영상을 생성하며, 차선 결정부(140)는 이로부터 차선을 결정한다. 그리고, 경계선 추출부(150)와 차선 검증부(160)는 경계선 정보를 이용하여 결정된 차선을 검증한다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 컬러를 이용하는 비전 기반의 차선 검출 방법은 조명의 변화 즉, 광원의 변화에 민감하므로, 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 컬러 정보로서 RGB 색 공간 대신에 YCbCr 색 공간을 이용한다.
RGB 색 공간은 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3가지 색의 합성 성분으로 임의의 색을 표현하는 것으로서, 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀은 일반적으로 RGB 색 공간으로 표현된다. 그리고, YCbCr 색 공간은 사람의 눈이 색상보다 밝기에 더 민감하다는 점을 고려한 것으로서, 휘도 Y와 푸른색의 강도 Cb, 붉은색의 강도 Cr에 기초한 색 표현 방식을 의미한다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 흰색 차선은 다양한 광원(A, Cool, Daylight, Horizon, TL84)과 밝기에서 다른 컬러에 비해 항상 높은 밝기 값을 가지므로, 흰색 차선에 대한 YCbCr 색 공간에서의 Y 채널 밝기 값, 즉 intensity는 다른 컬러와는 달리 일정하게 높게 형성될 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 황색 차선은 다양한 광원(A, Cool, Daylight, Horizon, TL84)과 밝기에서 다른 컬러에 비해 항상 낮은 푸른색의 강도를 가지므로, 황색 차선에 대한 YCbCr 색 공간에서의 Cb 채널 밝기 값, 즉 intensity는 다른 컬러와는 달리 일정하게 낮게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 컬러 영상에서 흰색 차선의 추출을 위해 Y 채널 밝기 값을 이용하며, 황색 차선의 추출을 위해 Cb 채널 밝기 값을 이용한다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 흰색 차선의 Y 채널 밝기 값이 높다는 점을 이용하여 흰색 차선을 추출하고, 황색 차선의 Cb 채널 밝기 값이 낮다는 점을 이용하여 황색 차선을 추출함으로써, 광원이 변하는 환경하에서도 차선을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 상기와 같은 흰색 차선의 Y 채널에서의 밝기 특성과 황색 차선의 Cb 채널에서의 밝기 특성을 이용함에 있어서, 임계값 이상의 Y 채널 밝기 값을 갖는 영역을 일률적으로 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하고, 임계값 이하의 Cb 채널 밝기 값을 갖는 영역을 일률적으로 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정함으로써, 차선을 보다 신속하게 검출할 수 있다.
그리고, RGB 영상으로부터 Y 채널 밝기 값과 Cb 채널 밝기 값은 단순한 변환 과정을 통해 빠르게 획득되어 차선의 검출에 이용될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 실시간 차선 검출 장치(100)가 YCbCr 색 공간을 이용하여 차선을 검출하는 것으로 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 광원이 변하는 환경에서도 흰색과 황색 차선이 일정한 값을 유지할 수 있는 다른 색 공간 채널 또한 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
이처럼 본 발명에 따르면 다양한 조명의 변화에도 차선을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 바, 이하 도 4 내지 도 15를 참조하여 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)를 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 색 공간 변환부(110), 후보 영역 설정부(120), 이진화 영상 생성부(130), 차선 결정부(140), 경계선 추출부(150) 및 차선 검증부(160)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 색 공간 변환부(110)는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀 각각에 대한 색 공간을 YCbCr 색 공간 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀은 일반적으로 RGB 색 공간으로 표현되므로, 색 공간 변환부(110)는 하기의 수학식에 따라, RGB 색 공간을 Y 채널 값 또는 Cb 채널 값으로 변환할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Y는 Y 채널 값, R, G, B는 RGB 색 공간에서의 각 채널 값, 0.29900, 0.58700, 0.11400은 R, G, B 채널에 적용되는 계수를 각각 의미한다.
Figure pat00002
여기서, Cb는 Cb 채널 값, -0.16874, -0.33126, 0.50000은 R, G, B 채널에 적용되는 계수를 각각 의미한다. 수학식 1과 수학식 2는 RGB 색 공간을 Y 채널 값과 Cb 채널 값으로 변환하기 위한 일례를 나타내며, 채널 값 추출을 위한 알고리즘은 다양하게 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Y 채널 값은 수학식 1에 따라 0에서 255까지의 값을 가지며, Y는 RGB의 평균 밝기에 관한 값이므로, Y 채널 값은 이하 설명하는 후보 영역 설정부(120)에서 Y 채널 밝기 값으로 그대로 사용될 수 있다.
그리고, Cb 채널 값은 수학식 2에 따라 -127.5에서 127.5까지의 값을 가지며, Cb는 푸른색 강도에 관한 값이므로, Cb 채널 값은 이하 설명하는 후보 영역 설정부(120)에서 Cb 채널 밝기 값으로 사용되기 위해, 127.5가 더해진 후 0에서 255까지의 값으로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 영상과 색 공간 변환부(110)에 의해 변환된 채널 값으로 생성된 영상을 각각 도시하며, 도 5a는 입력 영상, 도 5b는 Y 채널 값으로 생성된 영상, 도 5c는 Cb 채널 값으로 생성된 영상을 각각 도시하는 도면이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 색 공간 변환부(110)에 의한 색 공간 변환은 데이터 처리 과정에 해당하는 것으로서, 이하 설명하는 후보 영역 설정부(120)에서 수행될 수도 있다. 즉, 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상의 색 공간을 YCbCr 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환하고, 이하 설명하는 바와 같이, 차선 검출을 위한 후보 영역을 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 후보 영역 설정부(120)는 색 공간 변환부(110)에 의해 변환된 채널에 관한 밝기 중 차선의 밝기에 상응하는 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정한다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상에 대한 YCbCr 색 공간에서의 Y 채널 밝기 값 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정할 수 있다.
즉, 후보 영역 설정부(120)는 흰색 차선에 대한 Y 채널 밝기 값이 항상 높게 형성된다는 점에 상응하여, 입력 영상에 대한 Y 채널 밝기 값 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정하고, 설정된 후보 영역이 흰색 차선의 검출에 이용될 수 있도록 한다.
이때, 임계값은 흰색 차선이 다른 컬러와 구분될 수 있는 Y 채널 밝기 값을 의미하는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 영상의 밝기 값으로부터 상대적으로 결정될 수 있다.
흰색 차선은 밝은 입력 영상에서도 상대적으로 밝게 표현되며, 어두운 입력 영상에서도 상대적으로 밝게 표현되므로, 광원이 변하는 환경하에서 임계값은 입력 영상의 밝기 값으로부터 상대적으로 결정되어야 한다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 영역 설정부(120)는 Y 채널 밝기 값에 따라 누적되는 복수의 픽셀의 개수를 이용하여 임계값이 입력 영상에 따라 상대적으로 결정되도록 할 수 있다.
즉, 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값을 임계값으로 보고, 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정한다.
일례로, 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상에 대한 Y 채널 밝기 값 중 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 5%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값 이상의 값을 갖는 영역을 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정할 수 있다.
도 6의 가로축은 Y 채널 밝기 값을, 세로축은 Y 채널 밝기 값에 따른 복수의 픽셀의 개수를 각각 의미하며, 본 발명의 일 실시예에 따라, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 5%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값 이상의 값을 갖는 영역을 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 5%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값 이상의 값을 갖는 영역은 다른 컬러와 구분될 수 있는 Y 채널 밝기 값을 갖는 영역임과 동시에 입력 영상의 밝기 값에 따라 상대적으로 결정되는 영역이므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 후보 영역으로 설정되는 경우, 흰색 차선이 다양한 조명 변화에서도 정확하게 검출될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 임계값 이상의 Y 채널 밝기 값을 갖는 영역은 모두 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역에 해당하므로, 차선 검출을 위한 후보 영역을 설정함에 있어서 추가적인 연산을 요하지 않는 바, 본 발명에 따르면 흰색 차선은 보다 신속하게 검출될 수 있다.
한편, 차선 검출 과정의 간소화를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 임계값은 흰색 차선의 표준 색상으로부터 절대적으로 설정될 수도 있다.
즉, 광원의 변화가 일정할 것으로 예상되는 주행 환경에서는 흰색 차선의 표준 색상에 관한 Y 채널 밝기 값으로부터 임계값을 미리 설정할 수 있으며, 미리 설정된 임계값 이상의 Y 채널 밝기 값을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정함으로써, 흰색 차선을 보다 신속하게 검출할 수 있다.
일례로, 흰색 차선의 표준 색상 sRGB(255, 255, 255)에 관한 Y 채널 값 255의 80%에 해당하는 204가 임계값으로 설정되고, 204 이상의 Y 채널 밝기 값을 갖는 영역은 바로 후보 영역으로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상에 대한 YCbCr 색 공간에서의 Cb 채널 밝기 값 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정할 수 있다.
즉, 후보 영역 설정부(120)는 도 7에 도시된 바와 같이, 황색 차선에 대한 Cb 채널 밝기 값이 항상 낮게 형성된다는 점에 상응하여, 입력 영상에 대한 Cb 채널 밝기 값 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정하고, 설정된 후보 영역이 황색 차선의 검출에 이용될 수 있도록 한다.
이때, 임계값은 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 황색 차선이 다른 컬러와 구분될 수 있는 Cb 채널 밝기 값을 의미하는 것으로서, 입력 영상의 밝기 값으로부터 상대적으로 결정될 수 있으며, 이를 위해 후보 영역 설정부(120)는 Cb 채널 밝기 값에 따라 누적되는 복수의 픽셀의 개수를 이용한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값을 임계값으로 보고, 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정한다.
일례로, 후보 영역 설정부(120)는 입력 영상에 대한 Cb 채널 밝기 값 중 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 3%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값 이하의 값을 갖는 영역을 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정할 수 있다.
도 8의 가로축은 Cb 채널 밝기 값을, 세로축은 Cb 채널 밝기 값에 따른 복수의 픽셀의 개수를 각각 의미하며, 본 발명의 일 실시예에 따라, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 3%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값 이하의 값을 갖는 영역을 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 3%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값 이하의 값을 갖는 영역은 다른 컬러와 구분될 수 있는 Cb 채널 밝기 값을 갖는 영역임과 동시에 입력 영상의 밝기 값에 따라 상대적으로 결정되는 영역이므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 후보 영역으로 설정되는 경우, 황색 차선이 다양한 조명 변화에서도 정확하게 검출될 수 있다.
또한, 흰색 차선 검출의 경우와 마찬가지로, 임계값 이하의 Cb 채널 밝기 값을 갖는 영역은 모두 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역에 해당하므로, 차선 검출을 위한 후보 영역이 빠르게 설정될 수 있으며, 결과적으로 황색 차선은 보다 신속하게 검출될 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 임계값은 황색 차선의 표준 색상으로부터 절대적으로 설정될 수도 있으며, 일례로, 황색 차선의 표준 색상 sRGB(254, 193, 16)에 관한 Cb 채널 밝기 값 29의 80%에 해당하는 23이 임계값으로 설정되고, 23 이하의 Cb 채널 밝기 값을 갖는 영역은 바로 후보 영역으로 설정될 수 있다.
이상에서는 설명의 편의를 위하여 누적된 복수의 픽셀의 개수가 각각 상위 5%와 하위 3%로 설정되는 것으로 가정하여 설명하였으나, 이는 일례에 불과하며, 보다 정확한 차선 검출을 위해, 각각 상위 3%와 하위 1%로 설정될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 입력 영상이 흰색 차선과 황색 차선을 모두 포함하고 있는 것으로 가정하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입력 영상은 흰색 차선만을 포함할 수 있으며, 이 경우에도 후보 영역 설정부(120)는 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역과 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역을 모두 설정할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부(130)는 후보 영역 설정부(120)에 의해 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성할 수 있다.
보다 상세하게, 이진화 영상 생성부(130)는 후보 영역 설정부(120)에 의해 설정된 후보 영역을 구성하는 복수의 픽셀은 1로, 그 외의 영역을 구성하는 복수의 픽셀은 0으로 표현하는 이진화 영상을 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부(130)는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀 각각에 대한 Y 채널 밝기 값 중 임계값 이상의 값을 갖는 픽셀은 1로, 그 외의 픽셀은 0으로 설정하여 흰색 차선의 검출을 위한 이진화 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부(130)는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀 각각에 대한 Cb 채널 밝기 값 중 임계값 이하의 값을 갖는 픽셀은 1로, 그 외의 픽셀은 0으로 설정하여 황색 차선의 검출을 위한 이진화 영상을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부(130)는 상기와 같이 생성된 각각의 이진화 영상을 하나의 이진화 영상으로 결합함으로써, 이하 설명하는 차선 결정부(140)에 의해 차량을 기준으로 하는 좌측 차선과 우측 차선이 결정될 수 있도록 한다.
즉, 이진화 영상 생성부(130)에 의해 서로 다른 채널에서 밝기 특성을 갖는 흰색 차선에 관한 후보 영역과 황색 차선에 관한 후보 영역이 하나의 영상으로 결합될 수 있으며, 결과적으로 차량을 기준으로 좌측 차선과 우측 차선이 결정되어 차량의 주행을 위한 정보로 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상 생성부(130)에 의해 생성되는 이진화 영상을 도시한다. 도 9a는 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역이 이진화된 영상을, 도 9b는 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역이 이진화된 영상을, 도 9c는 차선의 결정을 위한 전제로서 도 9a의 이진화 영상과 도 9b의 이진화 영상이 결합된 영상을 각각 도시한다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이진화 영상 생성부(140)는 서로 다른 채널에서 밝기 특성을 갖는 흰색 차선에 관한 후보 영역과 황색 차선에 관한 후보 영역을 하나의 이진화 영상으로 생성할 수 있다.
계속하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부(140)는 후보 영역 설정부(120)에 의해 설정된 후보 영역에서 직선 성분을 추출하여 차선을 결정할 수 있다.
이때, 후보 영역은 앞서 설명한 바와 같이, 이진화 영상 생성부(130)에 의해 이진화 영상으로 생성되므로, 본 발명에 따른 차선 결정부(140)는 이진화 영상에서 직선 성분을 추출하여 차선을 결정한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부(140)는 직선 성분의 추출을 위해 허프 변환(Hough transform)을 이용할 수 있다.
이때, 허프 변환은 평면 위에 있는 임의의 점들의 집합 중에 특정 조건을 만족하는 직선을 찾는 알고리즘으로서, 특정 조건은 임의의 선 상에 일정 개수 이상의 점들이 존재하는 경우, 그 점들이 존재하는 영역을 선으로 결정하는 것일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이진화 영상에 허프 변환이 적용된 결과를 도시하는 도면이며, 도 10에 도시된 바와 같이, 허프 변환에 의해 이진화 영상의 관심 영역은 복수의 직선으로 표현될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부(140)는 허프 변환에 의해 변환된 복수의 직선을 분석함으로써, 차선으로서의 특성을 갖고 있지 않은 후보 영역이 차선의 결정 과정에서 제외되도록 함과 동시에 주행 정보로서 차량을 기준으로 하는 좌측 차선과 우측 차선을 결정할 수 있다.
보다 상세하게, 차선 결정부(140)는 변환된 복수의 직선을 좌우로 구분하고, 좌우로 구분된 복수의 직선을 영역별로 그룹화한 후, 각각의 그룹화된 영역에서 가장 많은 직선을 갖는 영역을 차선으로 결정한다.
이를 위해, 차선 결정부(140)는 먼저, 허프 변환에 의해 변환된 복수의 직선을 기울기에 기초하여 좌우 직선으로 구분한다.
예를 들어, 차선 결정부(140)는 도 11에 도시된 바와 같이, 도 10b에 도시된 영상에 좌표축 x, y를 적용하고, 좌표축의 중심점에서 복수의 직선으로 내려진 법선이 y축과 이루는 각도를 이용함으로써, 복수의 직선을 좌우 직선으로 구분할 수 있다.
일례로, 법선이 y축과 이루는 각도 θ가 10°<θ<80°인 경우 차량을 중심으로 좌측에 존재하는 직선으로, 100°<θ<170°인 경우 차량을 중심으로 우측에 존재하는 직선으로 구분할 수 있다.
다음으로, 차선 결정부(140)는 도 12a에 도시된 바와 같이, 구분된 좌우 직선을 기울기와 x축의 시작점에 기초하여 영역별로 그룹화하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 좌측 직선은 1개의 영역으로, 우측 직선은 2개의 영역으로 각각 그룹화될 수 있다.
마지막으로, 차선 결정부(140)는 각각의 그룹화된 영역에서 가장 많은 직선을 포함하는 영역을 차선으로 결정한다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 좌측 직선은 1개의 영역이므로 바로 차선으로 결정될 수 있으며, 우측 직선은 2개의 영역 중 많은 직선을 포함하는 영역이 차선으로 결정될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부(140)에 의해 차선에 관한 정보를 포함하고 있는 후보 영역 또는 이진화 영상이 주행 정보로서의 차선으로 결정될 수 있으며, 차선으로서의 특성을 갖고 있지 않은 영역이 차선의 결정 과정에서 제외될 수 있다.
일례로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 후보 영역 설정부(120)는 흰색 차선만을 포함하는 입력 영상에서도 황색 차선의 밝기 값 특성을 갖는 영역을 후보 영역으로 설정할 수 있으며, 이러한 영역은 차선 결정부(140)에 의해 차선 검출 과정에서 제외되게 된다.
한편, 상기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 결정부(140)가 직선 성분의 추출을 위한 알고리즘으로 허프 변환을 이용하는 것으로 가정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 차선 결정부(140)는 직선 성분의 추출을 위한 다양한 알고리즘을 이용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선은 임의의 입력 영상에서 차선의 검출을 위한 자료로 직접 사용될 수 있으며, 이하 설명하는 경계선 추출부(150) 및 차선 검증부(160)에 의한 차선 검출은 후보 영역으로부터의 차선 결정이 바르게 수행되었는지를 검증하는 과정에 해당한다.
경계선 추출부(150)를 설명하기에 앞서, 설명의 편의를 위해 차선 검증부(160)를 먼저 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차선 검증부(160)는 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선을 기준으로 소정의 범위 내에서 검색 영역을 설정하고, 설정된 검색 영역 내에 존재하는 경계선을 이용하여 차선을 검증할 수 있다.
보다 상세하게, 차선 검증부(160)는 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선을 기준으로 좌우 10 내지 20 픽셀 범위 내에서 검색 영역을 설정하고, 경계선이 검색 영역 내에 존재하는지를 판단하여 결정된 차선의 유효 여부를 검증한다. 이때, 차선 검증부(160)는 경계선과 결정된 차선의 기울기 및 x좌표축 값을 추가로 이용할 수 있다.
일례로, 검색 영역 내에 경계선이 존재하지 않는 경우 차선 검증부(160)는 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선을 유효하지 않은 것으로 처리하고, 검색 영역 내에 경계선이 존재하는 경우에는 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선을 유효한 것으로 처리할 수 있다.
그리고, 검색 영역 내에 경계선이 존재하는 경우라 하더라도, 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선의 기울기와 경계선의 기울기가 큰 차이를 보이는 경우에는 결정된 차선을 유효하지 않은 것으로 처리할 수 있다.
또한, 검색 영역 내에 경계선의 일부만이 존재하는 경우에는 결정된 차선의 기울기와 x좌표축 값이 경계선과 일정한 오차 범위 내에 있는 경우에 한하여 결정된 차선을 유효한 것으로 처리할 수 있다.
이때, 10 내지 20 픽셀은 일례에 불과하며, 차선 검출의 정확도 향상을 위해 검색 영역은 더 좁게 설정될 수도 있다.
한편, 경계선은 본 발명의 일 실시예에 따른 경계선 추출부(150)에 의해 추출될 수 있으며, 경계선 추출부(150)는 입력 영상으로부터 경계선을 추출하기 위한 알고리즘으로 일례로, Canny edge detection을 사용할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라, 결정된 차선을 기준으로 설정된 검색 영역을 도시한다.
그리고, 도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 경계선 추출부(150)에 의해 추출된 경계선에 관한 영상을 도시하며, 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따라 검색 영역 내에 존재하는 경계선을 도시한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 차선 검증부(160)는 검색 영역 내에 경계선이 존재하는 경우 차선 결정부(140)에 의해 결정된 차선을 유효한 것으로 처리한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차선 검증부(160)는 검색 영역 외에 존재하는 경계선을 경계선 영상에서 제거할 수 있으며, 검색 영역 내에 존재하는 경계선을 하나의 직선으로 결합함으로써, 차선의 검출을 위한 추가 정보를 제공할 수도 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차선의 검출은 검색 영역 내에 존재하는 경계선의 평균 값으로부터 이루어질 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)에 의해 검출된 차선의 최종적인 영상을 도시하는 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 실시간 차선 검출 장치(100)는 다른 비전 기반의 차선 검출 장치에 비하여 광원이 변하는 환경에서도 차선을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이, 임계값 이상의 밝기 값을 갖는 영역과 임계값 이하의 밝기 값을 갖는 영역을 바로 차선 후보 영역으로 설정함으로써, 차선을 보다 신속하게 검출할 수 있으며, 색 공간 변환 과정으로부터 밝기 값을 획득하는 과정 또한 빠르게 처리되어 차선의 검출에 이용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 순서도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 차선 검출 방법은 색 공간을 변환하는 단계(S1610), 후보 영역을 설정하는 단계(S1620), 이진화 영상을 생성하는 단계(S1630), 차선을 결정하는 단계(S1640), 경계선을 추출하는 단계(S1650) 및 차선을 검증하는 단계(S1660)를 포함할 수 있다.
먼저, 색 공간을 변환하는 단계(S1610)에서는 입력 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S1610)에서는 입력 영상의 RGB 색 공간을 Y 채널 값과 Cb 채널 값으로 변환할 수 있다. 이때, Y 채널 값은 단계(S1620)에서 Y 채널 밝기 값으로 그래도 사용될 수 있으며, Cb 채널 값은 0에서 255의 값을 갖도록 127.5가 더해진 후 사용될 수 있다.
다음으로, 후보 영역을 설정하는 단계(S1620)에서는 단계(S1610)에서 변환된 채널에 관한 밝기 중 차선의 밝기에 상응하는 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정한다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1620)에서는 입력 영상의 Y 채널 밝기 값 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 흰색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하여, 설정된 영역이 흰색 차선의 검출에 사용되도록 할 수 있다.
이때, 임계값은 흰색 차선이 다른 컬러와 구분될 수 있는 Y 채널 밝기 값을 의미하는 것으로서, 입력 영상의 밝기 값으로부터 상대적으로 결정될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1620)에서는 입력 영상의 Cb 채널 밝기 값 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 황색 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하여, 설정된 영역이 황색 차선의 검출에 사용되도록 할 수 있다.
마찬가지로, 임계값은 황색 차선이 다른 컬러와 구분될 수 있는 Cb 채널 밝기 값을 의미하는 것으로서, 입력 영상의 밝기 값으로부터 상대적으로 결정될 수 있다.
계속하여, 이진화 영상을 생성하는 단계(S1630)에서는 단계(S1620)에서 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성한다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1630)에서는 단계(S1620)에서 설정된 후보 영역을 구성하는 복수의 픽셀은 1로, 그 외의 영역을 구성하는 복수의 픽셀은 0으로 표현하는 이진화 영상을 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1630)에서는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀 각각에 대한 Y 채널 밝기 값 중 임계값 이상의 값을 갖는 픽셀은 1로, 그 외의 픽셀은 0으로 설정하여 흰색 차선의 검출을 위한 이진화 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1630)에서는 입력 영상을 구성하는 복수의 픽셀 각각에 대한 Cb 채널 밝기 값 중 임계값 이하의 값을 갖는 픽셀은 1로, 그 외의 픽셀은 0으로 설정하여 황색 차선의 검출을 위한 이진화 영상을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1630)에서는 상기와 같이 생성된 각각의 이진화 영상을 하나의 이진화 영상으로 결합함으로써, 서로 다른 채널에서 밝기 특성을 갖는 흰색 차선에 관한 후보 영역과 황색 차선에 관한 후보 영역이 하나의 영상으로 표현하며, 이하 설명하는 단계(S164)에서 차량을 기준으로 하는 좌측 차선과 우측 차선이 결정될 수 있도록 한다.
차선을 결정하는 단계(S1640)에서는 단계(S1430)에서 생성된 이진화 영상에서 직선 성분을 이용하여 차선을 결정할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(S1440)에서는 직선 성분의 추출을 위해 허프 변환(Hough transform)을 이용할 수 있다.
그리고, 단계(S1440)에서는 허프 변환에 의해 변환된 복수의 직선을 분석함으로써 차선으로서의 특성을 갖고 있지 않은 후보 영역이 차선의 결정 과정에서 제외되도록 함과 동시에 주행 정보로서 차량을 기준으로 하는 좌측 차선과 우측 차선을 결정할 수 있다.
즉, 변환된 복수의 직선을 좌우로 구분하고, 좌우로 구분된 복수의 직선을 영역별로 그룹화한 후, 각각의 그룹화된 영역에서 가장 많은 직선을 갖는 영역을 차선으로 결정한다.
마지막으로, 경계선을 추출하는 단계(S1450)에서는 입력 영상으로부터 경계선을 추출하며, 차선을 검증하는 단계(S1460)에서는 단계(S1450)에서 추출된 경계선과 단계(S1440)에서 결정된 차선을 이용하여 입력 영상에서 차선을 검증할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 실시간 차선 검출 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 1 내지 도 15에서 설명한 실시간 차선 검출 장치(100)에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 촬상 장치 100 : 실시간 차선 검출 장치
110 : 색 공간 변환부 120 : 후보 영역 설정부
130 : 이진화 영상 생성부 140 : 차선 결정부
150 : 경계선 추출부 160 : 차선 검증부

Claims (29)

  1. 컬러 영상의 색 공간을 변환하고, 변환된 색 공간의 밝기 값(intensity) 중 차선의 밝기에 상응하는 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부
    를 포함하는 실시간 차선 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환된 색 공간의 밝기 값은 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널에 관한 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 이진화 영상 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차선 결정부는 상기 설정된 후보 영역에 허프 변환(Hough transform)을 적용하고, 상기 허프 변환에 의해 생성된 복수의 직선을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차선 결정부는 상기 생성된 복수의 직선을 기울기에 기초하여 좌우 직선으로 구분함으로써 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 영상으로부터 경계선을 추출하는 경계선 추출부; 및
    상기 추출된 경계선을 이용하여 상기 결정된 차선을 검증하는 차선 검증부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차선 검증부는 상기 결정된 차선을 기준으로 소정의 범위 내에서 검색 영역을 설정하고 상기 설정된 검색 영역 내 상기 추출된 경계선의 존재 여부로부터 상기 결정된 차선을 검증하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  8. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 색 공간 변환부;
    상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부
    를 포함하는 실시간 차선 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  10. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 색 공간 변환부;
    상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 후보 영역 설정부; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부
    를 포함하는 실시간 차선 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  12. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환하는 색 공간 변환부;
    상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제1 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 제1 차선의 검출을 위한 제1 후보 영역으로 설정하는 제1 후보 영역 설정부;
    상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제2 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 제2 차선의 검출을 위한 제2 후보 영역으로 설정하는 제2 후보 영역 설정부; 및
    상기 설정된 제1 후보 영역과 제2 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 이진화 영상 생성부
    를 포함하는 실시간 차선 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 임계값은 상기 제1 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 임계값은 상기 제2 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 생성된 이진화 영상의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 차선 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 장치.
  16. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 단계;
    상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계
    를 포함하는 실시간 차선 검출 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 설정된 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 컬러 영상으로부터 경계선을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 경계선을 이용하여 상기 결정된 차선을 검증하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  20. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 단계;
    상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계
    를 포함하는 실시간 차선 검출 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  22. 컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 적어도 어느 하나의 채널로 변환하는 단계;
    상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제1 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 제1 차선의 검출을 위한 제1 후보 영역으로 설정하는 단계;
    상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 제2 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 제2 차선의 검출을 위한 제2 후보 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 제1 후보 영역과 제2 후보 영역을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 실시간 차선 검출 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 임계값은 상기 제1 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2 임계값은 상기 제2 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 생성된 이진화 영상의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선 검출 방법.
  26. 컬러 영상으로부터 실시간 차선의 검출을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서,
    컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Y 채널로 변환하는 단계;
    상기 변환된 Y 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이상의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계
    를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 임계값은 흰색 차선의 표준 색상에 대한 Y 채널 밝기 값에 n1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Y 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 상위 n2%를 초과할 때의 Y 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 기록매체.
  28. 컬러 영상으로부터 실시간 차선의 검출을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서,
    컬러 영상의 색 공간을 YCbCr 색 공간 채널 중 Cb 채널로 변환하는 단계;
    상기 변환된 Cb 채널에 관한 밝기 값(intensity) 중 임계값 이하의 값을 갖는 영역을 차선의 검출을 위한 후보 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 후보 영역의 직선 성분을 이용하여 상기 후보 영역에서 차선을 결정하는 단계
    를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 임계값은 황색 차선의 표준 색상에 대한 Cb 채널 밝기 값에 m1%가 곱해진 값 또는 상기 컬러 영상을 구성하는 복수의 픽셀이 Cb 채널 밝기 값에 따라 오름차순으로 누적되는 경우 누적된 복수의 픽셀의 개수가 하위 m2%를 초과할 때의 Cb 채널 밝기 값인 것을 특징으로 하는 기록매체.

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