KR20160000495A - 전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법 - Google Patents

전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 차량의 전방에 위치하고, 전방 차량의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하는 전방 카메라; 및 상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리와 상기 전방 차량의 후륜 타이어 접지점에서부터 상기 전방 카메라의 촬영 위치까지의 이미지 높이를 측정하고, 기 저장된 상기 전방 카메라의 실제 설치 높이 및 상기 전방 카메라의 초점 거리와 측정한 상기 후미등 광원 간 이격 거리 및 상기 이미지 높이를 이용하여 상기 전방 차량의 실제 차폭을 추정하고, 상기 추정한 실제 차폭을 이용하여 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리인 차량 간 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정부를 포함하는 전방 차량 거리 추정 시스템을 제공한다.

Description

전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING DISTANCE OF FRONT VEHICLE}
본 발명은 전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 근래의 차량는 운전자의 조작에 의해 피동적으로 주행하는 것으로부터, 도로의 상황을 미리 파악하여 능동적으로 주행할 수 있는 방향으로 제작되고 있다.
일예로, 전방 차량과의 이격 거리와 주행 속도를 자동으로 제어하면서 주행하는 적응식 정속 주행 시스템(ACC: Adaptive Cruise Control) 및 전방 카메라가 차선이나 앞에 가는 차량을 감지해 추돌이 예상될 경우 운전자에게 경보해 긴급상황에서 차량과 운전자의 피해를 최소화해 주는 전방 추돌 경보 시스템(FCWS: Forward Collision Warning System) 등이 있다.
위와 같은 시스템들은 차량에 설치된 전방 카메라 및 전방 레이더 등을 이용하여 전방 차량과의 거리를 추정한다.
차량(10)의 전방 카메라(11)를 이용하여 전방 차량(20)과의 거리를 추정하는 경우, 조명 조건이 열악한 야간에는 아래 수학식 1과 같이 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정하여 전방 차량(20)과의 거리인 차량 간 거리(Z)를 추정하였다. 여기서, f는 전방 카메라(11)의 초점 거리, Hc는 도 1과 같이 기준 지점(Ps)에서부터 전방 카메라(11)의 촬영 위치, 즉 차량(10)에 전방 카메라(11)가 설치된 위치까지의 카메라 설치 높이, w는 전방 영상에서 전방 차량(20)의 양측 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 거리, h'은 전방 영상에서 기준 지점(Ps)에서부터 전방 카메라 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이이며, 후미등 광원 사이의 거리(w) 및 이미지 높이(h')는 전방 영상 정보의 이미지 좌표를 통해 측정할 수 있다.
Figure pat00001
한편, 차량은 후륜 타이어의 중심과 뒷범퍼 끝단 사이의 거리인 리어 오버행이 존재하고, 전방 카메라(11)를 이용하여 전방 차량(20)과의 거리를 추정할 때에 전방 영상에서 뒷범퍼 끝단과 수직한 기준 지점(Ps)를 검출하는 것이 아니라 후륜 타이어와 지면의 접지점(Pe)을 검출하기 때문에, 도 1의 1B와 같이 접지점(Pe)에서부터 전방 카메라 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이(h)를 측정하게 되고, 이로 인해 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)의 추정 정확도가 저하됨과 아울러 전방 차량(20)과의 거리(Z)에 대한 추정 정확도가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 전방 카메라를 이용하여 전방 차량과의 거리를 추정할 때에 전방 차량의 리어 오버행을 고려하여 전방 차량의 실제 차폭 및 전방 차량과의 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 차량의 전방에 위치하고, 전방 차량의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하는 전방 카메라; 및 상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리와 상기 전방 차량의 후륜 타이어 접지점에서부터 상기 전방 카메라의 촬영 위치까지의 이미지 높이를 측정하고, 기 저장된 상기 전방 카메라의 실제 설치 높이 및 상기 전방 카메라의 초점 거리와 측정한 상기 후미등 광원 간 이격 거리 및 상기 이미지 높이를 이용하여 상기 전방 차량의 실제 차폭을 추정하고, 상기 추정한 실제 차폭을 이용하여 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리인 차량 간 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정부를 포함하는 전방 차량 거리 추정 시스템을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 차량의 전방 차량 거리 추정 시스템에서 전방 차량과 상기 차량 간의 거리를 추정하는 방법에 있어서, 상기 전방 차량의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하는 전방 영상 정보 생성 단계; 상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리를 측정하는 광원 간 거리 측정 단계; 상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 후륜 타이어 접지점에서부터 상기 전방 카메라의 촬영 위치까지의 이미지 높이를 측정하는 이미지 높이 측정 단계; 기 저장된 상기 전방 카메라의 실제 설치 높이 및 상기 전방 카메라의 초점 거리와 상기 광원 간 이격 거리 및 상기 이미지 높이를 이용하여 상기 전방 차량의 실제 차폭을 추정하는 실제 차폭 추정 단계; 상기 실제 차폭을 이용하여 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리인 차량 간 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정 단계를 포함하는 전방 차량 거리 추정 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전방 차량 거리 시스템에서 전방 차량의 실제 차폭을 추정할 때에 전방 차량의 리어 오버행을 고려하여 전방 차량의 실제 차폭을 추정하기 때문에 종래에 비해 전방 차량의 실제 차폭의 추정 정확도가 향상됨과 아울러 차량과 전방 차량 간의 차량 간 거리의 추정 정확도도 향상되는 효과가 있다.
도 1은 차량과 전방 차량 간의 차량 간 거리에 대한 종래의 추정 방식을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템의 차량 간 거리 추정 방식을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템에서 차량 간 거리를 추정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템(200)은 전방 카메라(210) 및 전방 차량 거리 추정부(220)를 포함한다.
전방 카메라(210)는 차량(10)의 내부에 구비된 촬상 수단으로서, 차량(10)의 전방에 위치하고 차량(10)이 주행하는 동안 차량(10)에 대해 선행하는 전방 차량(20)의 후면을 촬영하고, 전방 차량(20)의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성한다. 여기서, 전방 카메라(210)의 설치 위치는 차량(10)의 룸미러(미도시) 부근, 즉 차량(10)의 전방 상단인 것이 바람직하다.
전방 차량 거리 추정부(220)는 도 3과 같이 전방 카메라(210)에서 생성한 전방 영상 정보에서 전방 차량(20)의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리(w)와 전방 차량(20)의 후륜 타이어 접지점(Pe)에서부터 전방 카메라(210)의 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이(h)를 측정하고, 기 저장된 전방 카메라(210)의 실제 설치 높이(Hc) 및 전방 카메라(210)의 초점 거리(f)와 후미등 광원 간 거리(w) 및 이미지 높이(h)를 이용하여 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정하고, 추정한 실제 차폭(W)을 이용하여 차량(10)과 전방 차량(20) 간의 거리(Z)인 차량 간 거리를 추정한다. 여기서, 실제 설치 높이(Hc), 실제 차폭(W) 및 초점 거리의 단위는 미터(m), 센티미터(cm) 및 밀리미터(mm) 중 하나 이상일 수 있고, 광원 간 거리(w) 및 이미지 높이(h)의 단위는 픽셀(Pixel)일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 전방 차량 거리 추정부(220)는 아래 수학식 2를 기초로 실제 차폭(W)을 추정한다.
Figure pat00002
여기서, 광원 간 거리(w)와 이미지 높이(h)는 전방 카메라(210)에서 생성한 전방 영상 정보의 이미지 좌표를 통해 측정할 수 있고, 전방 카메라(210)의 실제 설치 높이(Hc) 및 전방 카메라(210)의 초점 거리(f)는 차량의 출고시에 전방 차량 거리 추정부(220)에 포함된 메모리(미도시)에 기 저장될 수 있다. 다시 말해서, 광원 간 거리(w), 이미지 높이(h), 실제 설치 높이(Hc) 및 초점 거리(f)는 그 값을 알 수 있는 변수 또는 상수이고, 실제 차폭(W)와 리어 오버행(R)은 그 값을 알 수 없는 미지수이다.
한편, 본 발명의 실시예에서 수학식 2와 같은 행렬식을 도출하기 위해서는 우선 아래 수학식 3과 같이 전방 차량(20)의 후륜 타이어 접지점(Pe)에서부터 전방 카메라(210)의 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이(h)를 계산하기 위한 방정식을 수립할 때에 전방 차량(20)의 리어 오버행을 차량 간 거리(Z)에 합산한다.
Figure pat00003
위와 같은 수학식 3을 차량 간 거리(Z)에 대해서 이항하면, 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
위와 같은 수학식 4의 차량 간 거리는 수학식 1의 (2)항에서의 차량 간 거리와 같기 때문에 아래 수학식 5와 같은 등식이 성립된다.
Figure pat00005
수학식 5에 광원 간 거리(w)와 이미지 높이(h)를 곱해서 정리하면 아래 수학식 6과 같고, 수학식 6에서 미지수인 실제 차폭(W)와 리어 오버행(R)을 벡터로 묶으면 수학식 2가 도출되는 것이다.
Figure pat00006
본 발명의 실시예에서 전방 차량 거리 추정부(220)는 전방 영상 정보에 포함된 복수의 프레임에 대해 수학식 2를 이용하여 실제 차폭(W)을 추정할 때에 측정값을 기초로 해서 적당한 제곱합을 만들고 그것을 최소로 하는 값을 구하여 측정결과를 처리하는 방법인 최소 제곱법(Least Spuare)으로 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정할 수 있다. 다시 말해서, 전방 차량 거리 추정부(220)는 전방 영상 정보에 포함된 복수의 프레임에 대해 수학식 2를 이용한 최소 제곱법으로 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정할 수 있다.
전방 차량 거리 추정부(220)는 위와 같은 방법으로 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정한 후에 아래 수학식 7을 통해 차량 간 거리(Z)를 추정한다.
Figure pat00007
이상에서 설명한 전방 차량 거리 추정부(220)는 전방 카메라(210)의 제어 및 전방 카메라(210)에서 촬영 및 생성한 전방 영상 정보의 영상 처리 등을 수행하는 전방 카메라 제어부(미도시)에 포함될 수 있다. 다시 말해서, 전방 카메라 제어부(미도시)에서 전방 차량 거리 추정부(220)의 구성을 실시할 수도 있다.
위와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 시스템(200)은 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정할 때에 전방 차량(20)의 리어 오버행(R)으로 인해, 기준 지점(Ps)에서부터 전방 카메라 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이(도 1의 h')가 아닌 전방 차량(20)의 후륜 타이어 접지점(Pe)에서부터 전방 카메라(210)의 촬영 위치(Pf)까지의 이미지 높이(h)가 전방 영상 정보에서 측정되는 것을 감안하여 이미지 높이(h)를 계산하기 위한 방정식인 수학식 3을 수립할 때에 리어 오버행(R)을 미지수로 도입하였기 때문에 종래에 비해 전방 차량의 실제 차폭(W)의 추정 정확도가 향상함과 아울러 차량 간 거리(Z)의 추정 정확도도 향상하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템(200)이 차량 간 거리(Z)를 추정하는 과정을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전방 차량 거리 추정 시스템에서 차량 간 거리를 추정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
차량(10)이 주행 중인 상태에서 차량(10)의 전방에서 전방 차량(20)이 선행하여 주행 중이면, 전방 차랑 거리 추정 시스템(200)은 전방 차량(20)의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하고, 전방 영상 정보에서 전방 차량(20)의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리(w)를 측정한다(S410, S420).
또한, 전방 차량 거리 추정 시스템(200)은 전방 영상 정보에서 전방 차량(20)의 후륜 타이어 접지점(Pe)에서부터 전방 카메라(210)의 촬영 위치까지의 이미지 높이(h)를 측정한다(S430).
전방 차량 거리 추정 시스템(200)은 메모리(미도시)에 기저장된 전방 카메라(210)의 실제 설치 높이(Hc) 및 전방 카메라(210)의 초점 거리(f)와 상기 단계 S420 및 S430에서 측정한 광원 간 거리(w) 및 이미지 높이(h)를 이용하여 정방 차량의 실제 차폭(W)을 추정한다(S440). 여기서, 전방 차량 거리 추정 시스템(200)은 전방 영상 정보에 포함된 복수의 프레임에 대해 수학식 2를 이용한 최소 제곱법으로 전방 차량(20)의 실제 차폭(W)을 추정할 수 있다.
이후, 전방 차량 거리 추정 시스템(200)은 추정한 실제 차폭(W)을 이용하여 차량(10)과 전방 차량(20) 간의 거리인 차량 간 거리(Z)를 추정한다(S450).
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 차량의 전방에 위치하고, 전방 차량의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하는 전방 카메라; 및
    상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리와 상기 전방 차량의 후륜 타이어 접지점에서부터 상기 전방 카메라의 촬영 위치까지의 이미지 높이를 측정하고, 기 저장된 상기 전방 카메라의 실제 설치 높이 및 상기 전방 카메라의 초점 거리와 측정한 상기 후미등 광원 간 이격 거리 및 상기 이미지 높이를 이용하여 상기 전방 차량의 실제 차폭을 추정하고, 상기 추정한 실제 차폭을 이용하여 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리인 차량 간 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정부
    를 포함하는 전방 차량 거리 추정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 차량 거리 추정부는 아래의 수식을 기초로 상기 실제 차폭을 추정하며,
    Figure pat00008

    여기서, f: 상기 초점 거리,
    h: 상기 이미지 높이,
    w: 상기 광원 간 거리,
    W: 상기 실제 차폭,
    R: 전방 차량의 리어 오버행
    Hc: 실제 설치 높이인 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전방 차량 거리 추정부는 상기 전방 영상 정보에 포함된 복수의 프레임에 대해 상기 수식을 이용한 최소 제곱법으로 상기 실제 차폭을 추정하는 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 차량 거리 추정부는 아래 수식을 기초로 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리를 추정하며,
    Figure pat00009

    여기서, Z: 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리
    f: 상기 초점 거리,
    W: 상기 실제 차폭,
    w: 상기 광원 간 거리인 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제 설치 높이, 상기 실제 차폭 및 상기 초점 거리의 단위는 미터(m), 센티미터(cm) 및 밀리미터(mm) 중 하나 이상이고, 상기 광원 간 거리 및 상기 이미지 높이의 단위는 픽셀(Pixel)인 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 시스템.
  6. 차량의 전방 차량 거리 추정 시스템에서 전방 차량과 상기 차량 간의 거리를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 전방 차량의 후면을 촬영한 전방 영상 정보를 생성하는 전방 영상 정보 생성 단계;
    상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 양측에 위치한 후미등에서 각각 발생한 후미등 광원 사이의 이격 거리인 광원 간 거리를 측정하는 광원 간 거리 측정 단계;
    상기 전방 영상 정보에서 상기 전방 차량의 후륜 타이어 접지점에서부터 상기 전방 카메라의 촬영 위치까지의 이미지 높이를 측정하는 이미지 높이 측정 단계;
    기 저장된 상기 전방 카메라의 실제 설치 높이 및 상기 전방 카메라의 초점 거리와 상기 광원 간 이격 거리 및 상기 이미지 높이를 이용하여 상기 전방 차량의 실제 차폭을 추정하는 실제 차폭 추정 단계;
    상기 실제 차폭을 이용하여 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리인 차량 간 거리를 추정하는 전방 차량 거리 추정 단계
    를 포함하는 전방 차량 거리 추정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실제 차폭 추정 단계에서
    상기 전방 차량 거리 추정 시스템은 아래의 수식을 기초로 상기 실제 차폭을 추정하며,
    Figure pat00010

    여기서, f: 전방 카메라의 초점 거리,
    h: 이미지 높이,
    w: 광원 간 거리,
    W: 실제 차폭,
    R: 전방 차량의 리어 오버행
    Hc: 실제 설치 높이이고, 상기 전방 영상 정보에 포함된 복수의 프레임에 대해 상기 수식을 이용한 최소 제곱법으로 상기 실제 차폭을 추정하는 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전방 차량 거리 추정 단계에서
    상기 전방 차량 거리 추정 시스템은 아래 수식을 기초로 상기 차량과 상기 전방 차량 간의 거리를 추정하며,
    Figure pat00011

    여기서, Z: 상기 차량 간 거리
    f: 상기 초점 거리,
    W: 상기 실제 차폭,
    w: 상기 광원 간 거리인 것을 특징으로 하는 전방 차량 거리 추정 방법.
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