KR101236234B1 - 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템 - Google Patents

레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 레이저 센서와 카메라를 통해 입력되는 신호를 동시에 통합하여 도로면의 차선을 인식함으로써, 신뢰도가 향상된 차선 위치 정보를 제공할 수 있는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 인식 시스템은 도로면의 차선 위치 정보를 추출하기 위한 시스템으로서, 상기 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라; 상기 카메라로부터 입력되는 영상 정보를 바탕으로 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 추출하는 영상 처리부; 상기 도로면으로 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하는 레이저 센서부; 상기 레이저 센서부에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 반사량의 변화를 산출하여 차선 위치 정보를 추출하는 레이저 데이터 처리부; 및 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보를 비교 분석하고, 각각의 차선 위치 정보에 가중치를 부가하여 최종적인 차선 위치 정보를 산출하는 데이터 융합 처리부를 포함한다.

Description

레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템 {DETECTION SYSTEM OF ROAD LINE USING BOTH LASER SENSOR AND CAMERA}
본 발명은 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 레이저 센서와 카메라를 통해 입력되는 신호를 동시에 통합하여 도로면의 차선을 인식함으로써, 신뢰도가 향상된 차선 위치 정보를 제공할 수 있는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템에 관한 것이다.
도로 상에서 주행하는 차량의 운행 시, 차량의 안전 운행을 도모하거나, 자동화를 통한 무인 주행을 수행하기 위해 도로 상에 표시된 차선을 인식하기 위한 기술 개발이 진행 중에 있다.
이러한 노력의 일환으로 차량에 카메라를 부착하고, 카메라를 통해 입력되는 영상 신호를 분석하여 차선 정보를 추출하고, 차선 정보를 운전자에게 제공하거나 무인 주행 시스템의 입력값으로 입력하는 기술이 종래에 이용되고 있었다.
그러나 카메라를 통한 차선 정보의 추출 시, 카메라에 입력되어 시각적으로 인식할 수 있는 빛은 가시광선이므로, 도로면 주변의 조명 조건에 따라 카메라가 민감하게 반응하여, 입력되는 영상 신호로부터 차선 정보를 명확하게 추출할 수 없어서, 신뢰도가 낮아질 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 도로면 주변의 조명 조건이나 도로면의 상태에 구애받지 않고, 신뢰성 있게 도로면의 차선 정보를 추출할 수 있는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 카메라를 통해 획득한 영상 정보와 레이저 센서를 통해 인식된 도로면 표지 정보를 상호 보완적으로 융합하여 차선 인식의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 인식 시스템은 도로면의 차선 위치 정보를 추출하기 위한 시스템으로서, 상기 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라; 상기 카메라로부터 입력되는 영상 정보를 바탕으로 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 추출하는 영상 처리부; 상기 도로면으로 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하는 레이저 센서부; 상기 레이저 센서부에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 반사량의 변화를 산출하여 차선 위치 정보를 추출하는 레이저 데이터 처리부; 및 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보를 비교 분석하고, 각각의 차선 위치 정보에 가중치를 부가하여 최종적인 차선 위치 정보를 산출하는 데이터 융합 처리부를 포함한다.
상기 최종적인 차선 위치 정보는 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보에 가중치를 곱한 후, 가중 평균을 통해 산출될 수 있다.
상기 차선 인식 시스템은 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보에 부가되는 가중치를 미리 설정하는 가중치 설정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차선 인식 시스템은 도로면의 차선 위치 정보를 추출하기 위한 시스템으로서, 상기 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라; 상기 도로면으로 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하는 레이저 센서부; 및 상기 카메라로부터 입력되는 영상 정보와 상기 레이저 센서부에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 연속적으로 추출하며, 상기 연속적으로 추출되는 차선 위치 정보를 필터링하고 칼만 필터 또는 파티클 필터를 통해 확률분포에 따라 최종적인 차선 위치 정보를 산출하는 데이터 통합 처리부를 포함한다.
상기 데이터 통합 처리부는 상기 차선 위치 정보를 필터링하고 확률분포를 적용하도록 칼만 필터 또는 파티클 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템은 도로면 주변의 조명 조건이나 도로면의 상태에 구애받지 않고, 신뢰성 있게 도로면의 차선 정보를 추출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템은 카메라를 통해 획득한 영상 정보와 레이저 센서를 통해 인식된 도로면 표지 정보를 상호 보완적으로 융합하여 차선 정보를 안정적으로 추출할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템은 도로면 주변의 조건에 따라 레이저 센서와 카메라를 통해 입력되는 신호의 가중치를 다르게 설정하여, 보다 신뢰성 있는 장치에 더 가중치를 부여함으로써, 도로면 주변의 조건이 다양하게 변하더라도 정확하게 차선 정보를 추출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 블럭도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 차선 인식 시스템은 레이저 센서부(20)와 카메라(30)를 포함한다. 레이저 센서부(20)와 카메라(30)는 차량(10)에 부착되며, 도로면에 형성된 차선(40)을 연속적으로 감지 또는 촬영하여, 데이터 처리 수단(미도시)으로 전송한다.
레이저 센서부(20)는 도로면을 향하여 연속적으로 레이저 광을 발진하며, 도로면으로부터 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지한다. 물체의 색과 표면 거칠기 등에 따라 물체로부터 반사되는 레이저 광의 반사량은 상이하므로, 레이저 광의 반사량을 분석하여 물체 표면의 질감 차이 등을 구별할 수 있다. 따라서, 도로면 상에 차선이 표지되어 있는 영역과 그렇지 않은 영역은 레이저 반사량이 상이하므로, 이 정보를 바탕으로 전체 도로면에 대한 차선 위치가 추출될 수 있다.
카메라(30)는 레이저 센서부(20)와는 별개로 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성한다. 이 영상 정보를 바탕으로 필터링 등의 가공 과정을 거쳐 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보가 산출될 수 있다.
본 발명의 차선 인식 시스템의 경우, 레이저 센서부(20)와 카메라(30) 모두를 사용하여, 각각의 장치에서 추출되는 차선 위치 정보를 융합 내지 통합함으로써, 최종적인 차선 위치 정보를 산출하므로, 도로면의 주변 환경 변화에 대해 신뢰성 있는 차선 위치 정보를 제공할 수 있다.
즉, 본 발명은 도로면이 젖어 있거나, 이물질이 도로면에 떨어져 있는 환경과 같이 레이저 센서부(20) 사용이 불리한 경우에 카메라(30)를 통해 보완할 수 있고, 도로면 주변의 조명 조건에 의해 카메라(30) 사용이 불리한 경우에 레이저 센서부(20)를 통해 보완할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 차선 인식 시스템(100)은 카메라(110), 영상처리부(120), 레이저 센서부(130), 레이저 데이터 처리부(140) 및 데이터 융합 처리부(150)를 포함하며, 선택적으로 가중치 설정부(160)를 더 포함한다.
카메라(110)는 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하며, 영상 처리부(120)는 카메라(110)로부터 입력되는 영상 정보를 바탕으로 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 추출한다.
영상 처리부(120)에서 차선 위치 정보를 추출하는 방법은 특별히 제한적이지 않으나, 예를 들어, 카메라(110)에서 촬영된 컬러 RGB 이미지를 그레이 이미지로 변환하고, 상기 그레이 이미지에 대해 기준값을 기반으로 임계치(thresholding) 처리하여 전체 도로면에 대한 차선 위치를 추출한 후, 전체 프레임 상에 차선 위치를 좌표값으로 표시하고, 상기 좌표값들을 벡터데이터로 저장하여, 연속적으로 차선 위치를 좌표값으로 변환하는 방법이 사용될 수 있다.
레이저 센서부(130)는 도로면에 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하며, 레이저 데이터 처리부(140)는 레이저 센서부(130)에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 반사량의 변화를 산출하여 차선 위치 정보를 추출한다.
데이터 융합 처리부(150)는 영상 처리부(120)에서 추출된 차선 위치 정보와 레이저 데이터 처리부(140)에서 추출된 차선 위치 정보를 비교 분석하고, 각각의 차선 위치 정보에 가중치를 부가하여 최종적인 차선 위치 정보를 산출한다. 카메라(110)를 기반으로 영상 처리부(120)에서 추출한 차선 위치 정보와 레이저 센서부(130)를 기반으로 레이저 데이터 처리부(140)에서 추출한 차선 위치 정보는 각각 도로면 주변의 환경 조건에 따라 신뢰도가 변할 수 있다.
따라서, 데이터 융합 처리부(150)는, 영상 처리부(120)에서 추출된 차선 위치 정보와 레이저 데이터 처리부(140)에서 추출된 차선 위치 정보 중 도로면 주변의 환경 조건에 따라 보다 신뢰성 있는 정보에 더 큰 가중치를 부가하여 최종적인 차선 위치 정보를 산출하게 된다. 데이터 융합 처리부(150)는, 예를 들어, 영상 처리부(120)에서 추출된 차선 위치 정보를 X로 하고, 레이저 데이터 처리부(140)에서 추출된 차선 위치 정보를 Y로 하여, 각각의 차선 위치 정보에 대한 신뢰도에 따라 가중 평균, 즉, Z=(aX+bY)/(a+b)을 적용하여 최종적인 차선 위치 정보 Z를 산출할 수 있다. 여기서, a는 영상 처리부(120)의 신뢰도 계수이고, b는 레이저 데이터 처리부(140)의 신뢰도 계수이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 영상 처리부(120)에서 추출된 차선 위치 정보와 레이저 데이터 처리부(140)에서 추출된 차선 위치 정보에 부가되는 가중치를 미리 설정하는 가중치 설정부(160)가 더 포함될 수 있다.
가중치 설정부(160)에는 도로면의 바닥 상태, 기상 조건, 도로면 주변의 조도 등의 정보를 바탕으로 영상 처리부(120)와 레이저 데이터 처리부(140)에 적용되는 가중치가 통계적으로 작성되어 저장될 수 있다. 이후, 차량이 도로면을 주행하는 상태에서, 해당 도로면의 주변 환경 조건에 따라 가중치 설정부(160)에서 영상 처리부(120)와 레이저 데이터 처리부(140)에 각각 가중치를 부여하도록 자동 설정하거나 또는 운전자가 수동으로 가중치를 가중치 설정부(160)로 입력하도록 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템의 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 차선 인식 시스템(200)은 카메라(210), 레이저 센서부(230) 및 데이터 통합 처리부(250)를 포함한다.
도 3의 카메라(210)와 레이저 센서부(230)는 도 2의 카메라(110), 레이저 센서부(130)와 동일한 기능을 수행하며, 데이터 통합 처리부(250)는 카메라(210)에서 생성된 영상 신호와 레이저 센서부(230)에서 감지한 데이터 신호를 전달받아, 일괄적으로 가공 처리하여, 최종적인 차선 위치 정보를 산출한다.
구체적으로, 데이터 통합 처리부(250)는 카메라(210)로부터 입력되는 영상 정보와 레이저 센서부(230)에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 연속적으로 추출하고, 상기 연속적으로 추출되는 차선 위치 정보를 필터링하며 확률분포에 따라 최종적인 차선 위치 정보를 산출한다. 여기서, 카메라(210)로부터 입력되는 신호와 레이저 센서부(230)로부터 입력되는 신호를 하나로 융합하여 최종적인 차선 위치 정보가 산출될 수 있도록 하나의 센서 융합 필터링 알고리즘이 적용되어야 한다.
상기 알고리즘 적용을 위해 데이터 통합 처리부(250)는, 예를 들어, 칼만 필터 또는 파티클 필터를 포함할 수 있다. 상기 칼만 필터는 물체의 측정값에 확률적인 오차가 포함되고, 물체의 특정 시점에서의 상태가 이전 시점의 상태와 선형적인 관계를 가지고 있는 경우에 적용가능하다. 또한, 상기 파티클 필터는 연속적으로 입력되는 정보를 오차가 존재하는 관측값만을 가지고 정보를 예측하는 데에 사용가능하며, 시스템에 적절하게 제안된 확률분포로 임의로 생성된 입력이 적용된 결과를 종합하여 시스템의 정보를 추측할 수 있다. 따라서, 데이터 통합 처리부(250)는 칼만 필터 또는 파티클 필터를 통해 카메라(210)와 레이저 센서부(230)로부터 연속적으로 입력되는 신호를 필터링 처리함으로써, 최종적인 차선 위치 정보를 산출할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 차량
20: 레이저 센서부
30: 카메라
40: 차선
110, 210: 카메라
120: 영상 처리부
130, 230: 레이저 센서부
140: 레이저 데이터 처리부
150: 데이터 융합 처리부
160: 가중치 설정부
250: 데이터 통합 처리부

Claims (5)

  1. 도로면의 차선 위치 정보를 추출하기 위한 시스템으로서,
    상기 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라;
    상기 카메라로부터 입력되는 영상 정보를 바탕으로 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 추출하는 영상 처리부;
    상기 도로면으로 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하는 레이저 센서부;
    상기 레이저 센서부에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에대한 반사량의 변화를 산출하여 차선 위치 정보를 추출하는 레이저 데이터 처리부; 및
    상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보를 비교 분석하고, 각각의 차선 위치 정보에 가중치를 부가하여 최종적인 차선 위치 정보를 산출하는 데이터 융합 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최종적인 차선 위치 정보는 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보에 가중치를 곱한 후, 가중 평균을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 영상 처리부에서 추출된 차선 위치 정보와 상기 레이저 데이터 처리부에서 추출된 차선 위치 정보에 부가되는 가중치를 미리 설정하는 가중치 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템.
  4. 도로면의 차선 위치 정보를 추출하기 위한 시스템으로서,
    상기 도로면을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라;
    상기 도로면으로 레이저 광을 발진하고, 상기 도로면에 반사되어 수광되는 레이저 광의 반사량을 감지하는 레이저 센서부; 및
    상기 카메라로부터 입력되는 영상 정보와 상기 레이저 센서부에서 감지한 레이저 광의 반사량으로부터 전체 도로면에 대한 차선 위치 정보를 연속적으로 추출하며, 상기 연속적으로 추출되는 차선 위치 정보를 필터링하고 칼만 필터 또는 파티클 필터를 통해 확률분포에 따라 최종적인 차선 위치 정보를 산출하는 데이터 통합 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서와 카메라를 이용한 차선 인식 시스템.
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