KR101033948B1 - 차선 이탈 경보 시스템 - Google Patents

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이중렬
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것으로, 영상 입력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 차량과 차선이 정상적인 정열상태에서 산출되어 기 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점 이탈 여부를 판단하고 소실점 이탈시 소실점 이탈 신호를 출력하여 경보 발생부로 하여금 경보를 발생하도록 하는 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것이다.
LDWS, 영상처리, 경보, 소실점

Description

차선 이탈 경보 시스템{Lane departure warning system}
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템의 블럭도,
도 2는, 본 발명의 차선 이탈 경보 시스템에 따른 초기 정상 상태에서의 CCD 카메라의 소실점을 나타내는 도면,
도 3은, 본 발명의 차선 이탈 경보 시스템의 CCD 카메라 장착 위치를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10: 키 입력부, 20: 영상 입력부,
30: 신호 발생부, 40: 소실점 데이터 추출부,
50: 원소실점 데이터 저장부, 55: 경보 메세지 저장부,
60: 소실점 이탈 판정부, 70: 소실점 보정부,
80: 경보 발생부, 85: 디스플레이부,
90: 제어부.
본 발명은 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상 입 력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 차량과 차선이 정상적인 정열상태에서 산출되어 기 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점 이탈 여부를 판단하고 소실점 이탈시 소실점 이탈 신호를 출력하여 경보 발생부로 하여금 경보를 발생하도록 하는 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것이다.
ASV(Advanced Safety Vehicle)는 차량의 안전도 향상을 위해서 첨단 전자기술과 제어 기술을 적용하는 첨단 차량으로, 교통사고를 감소시켜 교통량을 증가시키고 에너지를 절약하며 운전자의 편의를 도모하게 된다.
ASV의 하나로써 차선 이탈 경보 시스템(LDWS : Lane Departure Warning System)은 차량에 부착된 카메라로부터 전방도로 영상을 감지하여 현재 달리고 있는 차선을 파악한 후, 만약 운전자가 부주의나 졸음운전 등으로 차선을 이탈하려고 하면 경보음이 울리도록 하여 주는 안전장치이다.
차선 이탈 경보 시스템은 자동차 전방의 영상신호를 분석하여 차량이 차선을 벗어났는지를 판단하는 차선 검출 장치와 이 차선 검출 장치의 분석 결과 차량이 차선을 벗어나면 그 사실을 운전자에게 경고하는 경고 장치를 포함한다.
이와 같은 차선 이탈 경보 시스템은 도로 운송망이 잘 갖춰지고 자동차 산업이 발달한 나라에서는 운전자들, 특히 트럭 운전사와 장거리 출퇴근자들이 장시간 운전에 따른 피로, 부주의, 졸음 운전으로 인한 차선이탈사고의 위험에 노출되고 있다.
그러나 종래에는 차량의 과도한 진동이나 운전자의 부주의로 인해 룸미러 후 면에 장착된 카메라의 소실점이 틀어지는 경우 차선 이탈 경보 시스템의 오동작을 초래하는 문제점이 있다. 이와같은, 차선 이탈 경보 시스템의 오동작에 의하여 차선 이탈시에도 운전자에게 차선 이탈을 경보 할 수 없어 차선 이탈을 미연에 방지하고자하는 기능이 줄어들며, 나아가 운전자가 정상상태로 운전하고 있는 경우에 차선이탈의 경보를 할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 영상 입력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 차량과 차선이 정상적인 정열상태에서 산출되어 기 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점 이탈 여부를 판단하고 소실점 이탈시 소실점 이탈 신호를 출력하여 경보 발생부로 하여금 경보를 발생하도록 하는 차선 이탈 경보 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 사용자의 키 조작에 의해 키 조작 신호를 출력하는 키 입력부; 카메라로 도로의 전방을 촬영하여 영상신호를 출력하는 영상 입력부; 상기 영상 입력부에서 출력된 영상신호로부터 소실점 데이터를 추출하는 소실점 데이터 추출부; 상기 영상 입력부로부터 차량과 차선간의 정상적인 정열상태에서의 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 소실점 데이터를 저장하는 원소실점 데이터 저장부; 상기 영상 입력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 상기 원소실점 데이터 저장부에 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점이탈 여부를 판단하고 소실점 이탈시 소실점 이탈 신호를 출력하는 소실점 이탈 판정부; 경보를 발생하는 경보 발생부; 및 상기 각 부를 제어하고, 상기 소실점 이탈 저장부로부터 소실점 이탈 신호의 출력을 받아 상기 경보 발생부로 하여금 경보를 발생하도록 제어하는 제어부로 이루어진 차선 이탈 경보 시스템을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템의 블럭도, 도 3은 본 발명의 차선 이탈 경보 시스템의 CCD 카메라 장착 위치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예인 차선이탈경보시스템은 차선 이탈 경보 시스템의 작동여부를 단속하고 사용자 인터페이스를 제공하는 키 입력부(10); CCD 카메라(22)와 상기 CCD 카메라로부터 신호를 받아 신호처리를 하는 영상 처리부(24)로 구성되어 영상 입력부(20); 차속센서(32), 브레이크 센서(34) 및 방향지시 센서(36)를 구비되어 있는 신호 발생부(30); 영상 입력부(20)에서 출력된 영상 신호로부터 좌우 차선을 추출하고 이와 같이 얻어진 좌우 차선을 기초로 하여 소실점 데이터를 추출하는 소실점 데이터 추출부(40); 초기의 차량과 차선간의 정상적인 정열상태에서의 영상신호를 영상 입력부(20)로부터 입력받아 소실점 데이터 추출부(40)에 의해 소실점 데이터를 산출하여 이를 저장하는 원소실점 데이터 저장부(50); 상기 소실점 데이터 추출부(40)에 의해 산출된 현소실점 데이터와 상기 원소실점 데이터 저장부(50)에 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점 이탈 여부를 판단하는 소실점 이탈 판정부(60); CCD 카메라(22)를 조정하여 소실점을 보정하는 소실점 보정부(70); 소실점 이탈시 운전자가 이를 인식하도록 하기 위한 메시지가 저장되어 있는 경보 메시지 저장부(55), 소실점 이탈 신호시 경보를 발생하는 경보 발생부(80), 소실점 이탈 신호시 모니터에 경보 메시지를 디스플레이 하는 디스플레이부(85), 상기 각 부를 제어하고 내부에는 영상처리 알고리즘, 소실점 추출 알고리즘, 소실점 이탈 알고리즘 및 경보 발생 알고리즘이 프로그램화되어 저장되어 있는 제어부(90)로 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 차선 이탈 경보 시스템에 따른 초기 정상 상태에서의 CCD 카메라로 촬상한 화면이다.
도 2에서는 화면 중앙 세로축을 중심으로 좌측차선(110)과 우측차선(120)이 위치하고 있다. 여기에서 좌측차선(110)과 우측차선(120)을 연장하는 경우 화면의 중앙부에서 만나는 점이 생기는 데 이 점이 CCD 카메라(22)의 소실점(vanishing point)(130)이 된다. 소실점은 화면에서 보이는 바와 같이 지평선(140)상에 위치하게 된다.
차량내에 설치된 CCD 카메라(22)의 광축이 차량중앙과 일치하고 편평한 도로면과 평행하다고 가정(즉, 좌우각(pan angle), 상하각(tilt angle), 경사각(swing angle)이 모두 0°)하면 영상에 보이는 차선의 소실점은 영상의 중심점에 오게 되고, 실제로 차선은 영상의 중심아래 부분에 위치하게 된다.
구체적인 소실점 계산과 관련하여서는 대한민국 등록특허공보 등록번호 10- 0232467(자동차용 차선검출장치)에 공개되어 있다.
영상에 존재하는 차선의 위치를 계산하기 위해서는 먼저 좌표변환, 보다 자세하게 설명하면 월드좌표계의 점(ay+b,y,0)을 카메라좌표계의 점(xc,yc,zc)으로 변환하는 작업이 필요하다.
이를 위해 상기 월드좌표계와 카메라좌표계의 관계가 회전변환 R과 이동변환 T로 표현된다면 아래의 수학식 1을 이용하여 좌표변환을 실행한다.
Figure 112004006744728-pat00001
이어서 카메라좌표계의 점(xc,yc,zc)을 영상평면에 원근투영하면 점(xi ,yi)으로 변환되며 이때 상기 수학식 1을 이용하여 아래의 수학식 2와 같이 계산한다.
Figure 112004006744728-pat00002
여기서 f는 촛점거리이다.
상기 수학식 2에서 소실점의 경우에는 y값이 무한대에 존재함으로 소실점(x ∞,y∞)을 아래의 수학식 3을 이용하여 계산한다.
Figure 112004006744728-pat00003

상기와 같이 구성된 본 발명 차선 이탈 경보 시스템의 작용 및 동작을 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여 차선 이탈 경보 시스템의 제어부(90)가 전반적인 과정을 제어하게 된다.
키 입력부(10)는 차량의 내부 운전석 전면 패널에 위치하여 차선 이탈 경보 시스템의 작동여부를 단속하고 각종 사용자 인터페이스를 하는 역할을 한다. 운전자는 차선 이탈 경보 시스템을 이용하지 않기 위하여 키 입력부(10)의 전원키를 오프(OFF)하여 이의 작동을 중단할 수 있고, 다시 이용을 하고 싶을 경우에는 키입력부(10)의 전원키를 온(ON)하여 이의 작동을 개시할 수 있다. 키 입력부(10)의 전원키는 온(ON)/오프(OFF) 스위치에 의할 수도 있으며, 나아가 비교적 동작시키기 용이한 택트(TACT) 스위치에 의할 수도 있다.
키 입력부(10)에는 차선 이탈 경보 시스템의 소실점을 보정하기 위한 소실점 보정키가 별도로 설치될 수 있으며, 다른 키를 이용하여 소실점을 보정하기 위한 소실점 보정 신호로 이를 활용할 수 도 있다.
영상 입력부(20)는 차량의 일측에 설치되어 차량의 전방을 촬상하는 CCD 카 메라(22), 상기 CCD 카메라로부터 신호를 받아 신호처리를 하여 디지털 영상신호로 변환후 제어부(90)로 출력하는 영상 처리부(24)로 구성되어 있다.
일반적인 차량용 CCD 카메라(22)는 UV필터, 집광부, 광분산부, CCD셀부 및 합산부로 이루어져, 차량의 전방 도로의 차선 영상에 해당하는 광을 받아 CCD 셀에 촬상한다.
CCD 카메라(22)는 도 3에서 보는 바와 같이 차량의 전방 도로 영상을 감지하는 부분으로 바람직하게는 차량내부의 중앙부인 룸미러 후면에 설치하는 것이 바람직 할 것이다.
영상 처리부(24)는 CCD 카메라(22)에 의해 포착된 차량 전방의 도로 영상을 신호처리한 후 이를 미도시된 A/D(아날로그/디지털)컨버터에 의하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(90)로 출력한다.
영상 입력부(20)에서는 초기에 차량과 차선의 정상상태에서 CCD 카메라(22)를 통하여 차량의 전방을 촬상하게 되고, 상기 CCD 카메라(22)로부터 신호를 받아 신호처리를 한 후 이를 A/D컨버터를 통하여 디지털 영상신호로 변환하여 제어부(90)로 출력하게 된다.
제어부(90)는 영상 입력부(20)로부터 받은 디지털 영상신호를 소실점 데이터 추출부(40)에 전달하게 된다. 소실점 데이터 추출부(40)에서는 상기에서 살펴본 바와 같이 미리 프로그램화된 소실점 데이터 추출 알고리즘을 통하여 입력된 디지털 영상신호에서의 소실점 데이터를 추출하고 이를 제어부(90)에 전달하게 된다.
소실점 데이터는 CCD 데이터(22)로 촬상하여 얻어지는 화면의 특정 지점을 나타나게 된다.
제어부(90)는 전달되어진 소실점 데이터를 원소실점 데이터로 원소실점 데이터 저장부(50)에 저장하도록 제어한다. 이와 같은 원소실점 데이터는 차량의 주행도중에 입력되는 현소실점 데이터들과의 비교 대상이 된다.
원소실점 데이터 저장부(50)에서의 메모리부분은 전원이 차단됐을 경우에도 데이터를 계속 저장할 수 있을 뿐만 아니라 임의의 데이터를 읽거나 다시 쓸 수 있는 플래쉬 메모리(Flashy Memory)로 구현됨이 바람직하다. 즉, 플래쉬 메모리는 플래쉬 롬(Flashy ROM) 또는 전기 소거식 롬 즉, 이이피롬(EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)으로 이루어질 수 있다.
한편, 이와같은 기준점으로서의 원소실점 데이터가 원소실점 데이터 저장부(50)에 저장되어 있는 상태에서, 차량의 주행 중에 영상 입력부(20)의 CCD 카메라(22)를 통하여 차량의 전방을 촬상하게 되고, 상기 CCD 카메라(22)로부터 신호를 받아 영상 처리부(24)에서는 신호처리를 한 후 이를 A/D컨버터를 통하여 디지털 영상신호로 변환하여 제어부(90)로 출력하게 된다.
제어부(90)는 영상 입력부(20)로부터 받은 디지털 영상신호를 소실점 데이터 추출부(40)에 전달하게 된다. 소실점 데이터 추출부(40)에서는 상기에서 본 바와 같이 미리 프로그램화된 소실점 데이터 추출 알고리즘을 통하여 입력된 디지털 영상신호에서의 소실점 데이터를 추출하고 추출된 현소실점 데이터를 제어부(90)에 전달하게 된다.
제어부(90)는 전달되어진 현소실점 데이터를 소실점 이탈 판정부(60)로 보내 게 된다. 또한 제어부(90)는 원소실점 데이터 저장부(50)에 기 저장되어 있던 원소실점 데이터를 소실점 이탈 판정부(60)로 보내게 된다.
소실점 이탈 판정부(60)에서는 영상 입력부(20)로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부(40)에 의해 산출된 현소실점 데이터와 상기 원소실점 데이터 저장부(50)에 기 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점 이탈 여부를 판단하게 된다. 이와같은 판단에 의하여, 소실점 이탈시 소실점 이탈 판정부(60)에서는 소실점 이탈 신호를 출력하게 된다.
소실점 이탈 판정부(60)로부터 소실점 이탈 신호를 받은 제어부(90)는 경보 발생부(80)를 구동시키게 된다.
경보 발생부(80)는 소실점 이탈 판단부(60)로부터 소실점 이탈 신호가 제어부(90)로 출력시 제어부(90)의 제어를 받아 부저, 스피커 또는 발광다이오드를 통하여 운전자에게 이를 인식하도록 하여 주는 부분이다.
경보 발생부(80)에는 소정의 부저음을 출력하거나 스피커를 통하여 경보 메시지를 출력하여 운전자에게 소실점 이탈을 인식하도록 할 수 있고, 나아가 별도의 발광다이오드(LED)를 달아 발광되는 발광다이오드를 통하여 소실점 이탈을 인식하도록 할 수 있다. 경보 발생부(80)에서는 경보 메시지 저장부(55)에 기저장되어 있는 경보 메시지(예를 들어, "시스템 점검을 요하오니 A/S 센터를 방문하여 주시기 바랍니다")를 스피커를 통하여 출력할 수 있다.
디스플레이부(85)는 상기 소실점 이탈 판정부(60)로부터 소실점 이탈 신호가 제어부(90)로 출력시 제어부(90)의 제어를 받아 도 3에서의 모니터(85a)에 경보 메 시지(예를 들어, "시스템 점검을 요하오니 A/S 센터를 방문하여 주시기 바랍니다")를 디스플레이 하여 운전자에게 소실점 이탈의 경보를 인식하도록 할 수 있다.
나아가, 제어부(90)는 소실점 이탈 판정부(60)로부터 소실점 이탈 신호 출력시 경보 발생부(80)로 하여금 경보를 발생하도록 한 후, 차선 이탈 경보 시스템의 작동을 중단시키도록 제어하는 것을 포함 할 수 있다.
한편, 사용자의 키 조작에 의하여 키 입력부(10)에서 소실점 보정 키 조작 신호가 제어부(90)에 입력된 경우 소실점 보정이 이루어지게 된다.
소실점 보정 키 조작 신호가 제어부(90)에 입력되면 제어부(90)는 전달되어진 현소실점 데이터를 소실점 보정부(70)로 보내게 된다. 또한 제어부(90)는 원소실점 데이터 저장부(50)에 기 저장되어 있던 원소실점 데이터를 소실점 이탈 판정부(70)로 보내게 된다.
소실점 보정부(70)에서는 이와 같은 원소실점 데이터와 현소실점 데이터를 비교하여 원소실점 데이터에 상응한 위치로 소실점이 위치하도록 CCD 카메라(22)의 위치를 조정한다. CCD 카메라(22)의 위치 조정은 CCD 카메라(22)의 좌우각(pan angle), 상하각(tilt angle), 경사각(swing angle)을 조정하여 소실점을 보정할 수 있게 된다.
신호 발생부(30)는 제어부(90)와 연결되어 있고, 차속센서(32), 브레이크 센서(34) 및 방향지시 센서(36)를 구비하여 이루어지게 된다. 이와 같은 신호 발생부(30)는 차속센서(32)로부터 획득한 차속 데이터, 브레이크 센서(34)로부터 획득한 브레이크 데이터 및 방향지시 센서(36)로부터 획득한 방향지시 데이터를 제 어부(90)로 출력하게 된다.
신호 발생부(30)는 운전자가 차선을 변경하려는 의지가 있는지 여부를 파악하여 차선이탈 가능성이 예측되어도 경보를 발생하지 않도록 하는 역할을 한다.
예를 들어, 차속센서(32)로부터 제어부(90)로 입력되는 차속 데이터가 일정 차속(예를 들어, 25km/h)이하인 경우, 브레이크 센서(34)로부터 브레이크 작동이 감지된 경우 또는 방향지시 센서(36)로부터 방향 지시 스위치 작동이 감지된 경우에 제어부(90)는 본 발명의 일실시예 따른 차선 이탈 경보 시스템의 작동을 중단하도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 본 발명은 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.
운전중에 운전자의 졸음, 부주의 등에 의하여 차선을 이탈하는 경우 안전사고의 사전 예방을 위한 차선 이탈 경보 시스템에서 차량 진동등으로 카메라의 소실점이 틀어진 경우 발생할 수 있는 차선 이탈 경보 시스템의 오작동을 방지 할 수 있다.
그럼으로써 운전자는 차선 이탈 경보 시스템을 더욱 신뢰할 수 있음으로 하 여 첨단 전자기술과 제어 기술을 적용하는 첨단 차량의 보급이 보편화 될 것이며 운전자의 편의를 도모할 수 있다.
나아가 차선이탈을 하고자 하는 운전자의 의지가 확인되면 이와 같은 차선이탈경보시스템의 경보를 발생하지 않도록 함으로써 이용상의 편의를 제공 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 사용자의 키 조작에 의해 키 조작 신호를 출력하는 키 입력부;
    카메라로 도로의 전방을 촬영하여 영상신호를 출력하는 영상 입력부;
    상기 영상 입력부에서 출력된 영상신호로부터 소실점 데이터를 추출하는 소실점 데이터 추출부;
    상기 영상 입력부로부터 차량과 차선간의 정상적인 정열상태에서의 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 소실점 데이터를 저장하는 원소실점 데이터 저장부;
    상기 영상 입력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 상기 원소실점 데이터 저장부에 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 소실점이탈 여부를 판단하고 소실점 이탈시 소실점 이탈 신호를 출력하는 소실점 이탈 판정부;
    경보를 발생하는 경보 발생부; 및
    상기 각 부를 제어하고, 상기 소실점 이탈 저장부로부터 소실점 이탈 신호의 출력을 받아 상기 경보 발생부로 하여금 경보를 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하는 차선 이탈 경보 시스템에 있어서,
    상기 차량의 주행속도를 측정하여 차속신호를 출력하는 차속센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 차속센서로부터 입력되는 차속 데이터가 소정의 차속 이하인 경우 상기 차선 이탈 경보 시스템의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 차선 이탈 경보 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 입력부로부터 소실점 보정 키 조작 신호 입력시 출력되는 상기 제어부의 소실점 보정 신호에 의해,
    상기 영상 입력부로부터 주행중인 도로의 전방 영상신호를 입력받아 상기 소실점 데이터 추출부에 의해 산출된 현소실점 데이터와 상기 원소실점 데이터 저장부에 저장된 원소실점 데이터를 비교하여 상기 원소실점 데이터에 상응하게 상기 카메라의 위치를 조정하는 소실점 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 이탈 경보 시스템.
  5. 삭제
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