KR101255461B1 - Position Measuring Method for street facility - Google Patents

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성정곤
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 도로시설물 자동 위치측정 방법에 관한 것으로서, GPS(Global Positioning System;인공위성 자동 위치측정 시스템), IMU(inertial measurement unit;관성측정장치), 카메라를 이용하여 도로시설물을 영상강화전처리, 컬러탬플릿을 이용하여 실시간으로 자동 인식하고, 사진상의 좌표를 GPS, IMU와 IPM(Inverse Perspective Method)에 의하여 실제 공간상의 좌표로 자동으로 변환처리하고 GIS(Geographic Information System;지리정보 시스템) Data 형식으로 변경하여 도로시설물을 자동으로 위치측정하는 도로시설물 자동 위치측정 방법에 관한 것으로, 기존의 수동으로 하던 도로시설물 위치 정보 갱신을 자동으로 실시간으로 할 수 있으며, GPS와 차량의 자세값을 알 수 있는 IMU를 이용하여 도로시설물의 위치를 더욱 정밀하게 파악할 수 있으며, 높이가 보정된 IPM 방식을 이용하여 카메라 1대로도 도로시설물의 위치를 자동으로 파악할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
또한, 도로시설물의 컬러패턴을 인식하거나, 규격화되어 있는 높이를 인식하여 영상을 저장하고 절대좌표로 변환할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for automatically measuring road facilities. The present invention relates to preprocessing and color templates for road facilities using a global positioning system (GPS), an inertial measurement unit (IMU), and a camera. Automatic recognition in real time by using, automatically converts the coordinates in the picture to the coordinates of the real space by GPS, IMU and Inverse Perspective Method (IPM), and changes to Geographic Information System (GIS) Data format. It is a method for automatic location measurement of road facilities that automatically measures the location of road facilities. It can automatically update the location information of existing road facilities in real time, and uses GPS and IMU that can know the attitude of the vehicle. The location of road facilities can be identified more precisely. La 1 also has a very useful effect of automatically detecting the location of road facilities.
In addition, there is a very useful effect that can recognize the color pattern of the road facilities, or recognize the standardized height to store the image and convert it to absolute coordinates.

Description

도로시설물 자동 위치측정 방법{Position Measuring Method for street facility}Position Measuring Method for street facility

본 발명은 도로시설물 자동 위치측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS(Global Positioning System;인공위성 자동 위치측정 시스템), IMU(inertial measurement unit;관성측정장치), 카메라를 이용하여 도로시설물을 영상강화전처리, 컬러탬플릿을 이용하여 실시간으로 자동 인식하고, 사진상의 좌표를 GPS, IMU와 IPM(Inverse Perspective Method)에 의하여 실제 공간상의 좌표로 자동으로 변환처리하고 GIS(Geographic Information System;지리정보 시스템) Data 형식으로 변경하여 도로시설물을 자동으로 위치 측정하는 도로시설물 자동 위치측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for automatic location measurement of road facilities, and more particularly, to reinforce image of road facilities using a global positioning system (GPS), an inertial measurement unit (IMU), and a camera. Automatic recognition in real time using preprocessing and color templates, automatically converting coordinates in photographs into coordinates in real space by GPS, IMU and Inverse Perspective Method (IPM), and Geographic Information System (GIS) Data The present invention relates to a method for automatically measuring road facilities by changing the format to automatically position road facilities.

도로 시설물은 도로의 안전분석, 도로관리를 위하여 중요한 자료이며, 이것을 수정, 갱신, 등록하는 일을 자동으로 하는 것은 힘든 일이다. Road facilities are important data for road safety analysis and road management, and it is difficult to automatically modify, update, and register them.

종래에는 차량으로 도로시설물의 좌표를 획득하는 시스템은 스테레오카메라에 의한 수동측점방식이거나 GPS만을 이용하여 수동방식으로 좌표를 취득하여 대략적인 위치를 측정하는 방식을 사용하였다.Conventionally, a system for acquiring coordinates of road facilities by a vehicle uses a manual point method using a stereo camera or a method of measuring an approximate position by acquiring coordinates manually using only GPS.

또한, 기존에는 IMU가 없이 GPS만을 이용하여 위치를 측정할 때에는 차량에서 측정된 위치가 멀어지면 오차가 발산적으로 커지며 이를 보정하는 것이 어려운 문제점이 있었다.In addition, conventionally, when measuring the position using only the GPS without the IMU, the error is divergently increased when the measured position is far from the vehicle, and it is difficult to correct it.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 0446195호 3차원 위치 측정 장치 및 그 방법(특허문헌 1)이 있다. As a background technology of the present invention, there is a patent registration No. 0446195 three-dimensional position measuring device and its method (Patent Document 1).

상기 배경기술에서는 도 5에서와 같이 운반 수단에 부착된 복수의 디지털 카메라들 각각으로부터 대상물들 각각에 대한 광학 영상 정보들을 획득하고; 수집된 상기 영상들 각각을 전기적인 신호로 처리하고 처리된 상기 신호들 각각을 저장하고; 상기 저장된 상기 신호들 각각으로부터 정지영상을 절취하고; 상기 정지영상을 각 프레임별로 좌측과 우측의 정지영상으로 세분하고; 수치사진측량기법을 이용하여 상기 각 프레임별 좌/우측 정지영상의 특징을 추출하여 정합하고; 상기 정합된 영상을 이용하여 상기 대상물들의 외부표정요소를 각각 결정하고; 상기 결정된 외부표정요소를 이용하여 상기 대상물들의 3 차원 지상좌표를 각각 결정하고; 그리고 좌표변환 알고리즘을 이용하여 상기 지상좌표를 국지좌표로 변환하되, 상기 변환시에는 관성항법 시스템과 인공위성-이용 자동 위치 측정 시스템을 매개변수로 도입하여 상기 대상물들에 대응하는 각각의 상기 국지좌표 및 상기 영상 정보를 데이터베이스화하는 것을 특징으로 하는 3 차원 위치 측정 방법을 제안한다. In the background art, optical image information for each of the objects is obtained from each of the plurality of digital cameras attached to the transport means as in FIG. 5; Process each of the collected images into an electrical signal and store each of the processed signals; Cutting still images from each of the stored signals; Subdividing the still image into left and right still images for each frame; Extracting and matching the features of the left and right still images for each frame using a digital photogrammetry; Determine external expression elements of the objects using the matched image; Determine three-dimensional ground coordinates of the objects by using the determined external expression elements; And converting the ground coordinates into local coordinates using a coordinate transformation algorithm, wherein the local coordinates corresponding to the objects and the respective local coordinates corresponding to the objects are introduced by introducing an inertial navigation system and a satellite-enabled automatic positioning system as parameters. We propose a three-dimensional position measurement method characterized in that the database of the image information.

그러나 상기 배경기술 역시 카메라를 이용하여 시설물의 위치를 파악하는 방법은 카메라 2대를 사용하여 스테레오카메라 방식을 이용하면 되지만 이것은 아직 기술적으로 자동화가 안 되어 있고 사람의 손으로 표정 점과 교차점을 찍어주어야 하는 문제점이 있었다. However, the background art also uses a camera to determine the location of a facility using a camera, but using a stereo camera method using two cameras, but this is not technically automated yet, and a human hand must take an expression point and an intersection point. There was a problem.

특허등록 0446195호 3차원 위치 측정 장치 및 그 방법Patent Registration 0446195 3D position measuring device and method

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 도로 시설물의 인식한 결과의 위치 정보 등을 수동으로 처리했던 문제점을 해결하기 위하여, GPS, IMU, IPM 등의 방법을 이용하여 자동으로 시설물의 종류, 위치정보 등을 저장할 수 있으며, 도로시설물의 위치를 자동으로 측정하며, 자동으로 수정, 갱신, 입력할 수 있는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems as described above, in order to solve the problem of manually processing the location information of the result of the recognition of the conventional road facilities, facilities automatically using a method such as GPS, IMU, IPM The purpose of the present invention is to provide an automatic location measurement method for road facilities that can store the type of location, location information, etc., and to automatically measure the location of road facilities, and to automatically correct, update, and enter the location.

본 발명은 차량에 탑재된 GPS 및 DMI와 카메라를 이용한 위치측정장치를 이용하여 시설물의 위치를 측정하는 위치측정 방법에 있어서, 실시간으로 GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화하여, 차량의 방향각, 자세 및 위치정보를 산출하고, 상기 산출된 차량의 정보를 토대로 상기 GPS와 DMI를 통합하여 실시간으로 차량의 위치 및 자세정보를 추출하고; 상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장하며; 저장된 영상좌표를 사진좌표로 전환하고; 인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값을 구하여 실시간 IPM변환한 후; 도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.The present invention is a position measurement method for measuring the position of a facility using a GPS and DMI mounted on a vehicle and a position measuring device using a camera, in real time by synchronizing with GPSTime and Distance Measurement Instrument (DMI), Calculating a direction angle, attitude and position information, and extracting the position and attitude information of the vehicle in real time by integrating the GPS and the DMI based on the calculated vehicle information; Using the camera to automatically store road facilities in real time by capturing an image in an area defined by a field of view (FOV) at a desired distance; Convert the stored video coordinates into photo coordinates; After the real-time IPM conversion of the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU and the attitude value of the vehicle using roll, pitch and heading values for the recognized road facilities; An object of the present invention is to provide an automatic location measurement method for road facilities, which automatically stores real-world coordinates of road facilities in real time.

본 발명의 다른 실시예로는, 상기 카메라를 이용하여 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장할 때, 영상의 컬러 패턴을 인식하여 저장하는 소프트웨어를 사용하여 정해진 패턴을 갖는 시설물을 인식하여 저장하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.According to another embodiment of the present invention, when capturing an image using the camera and automatically storing road facilities in real time, recognizing and storing facilities having a predetermined pattern using software for recognizing and storing color patterns of the images. An object of the present invention is to provide an automatic location measurement method for road facilities.

또한, IPM변환한 후, 도로시설물의 높이 보정을 하여 도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.In addition, after the IPM conversion, to correct the height of the road facility to provide an automatic location measurement method for road facilities, characterized in that to automatically store the real world coordinates of the road facility in real time.

또한, 상기 도로시설물의 높이 보정은 사진좌표로 저장된 이미지와 IPM변환된 이미지를 비교하여 IPM변환된 이미지의 x축변위와 y축변위를 취득된 좌표값에서 빼도록 하여 보정 하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.In addition, the height correction of the road facility is characterized by comparing the image stored in the image coordinates and the IPM converted image by subtracting the x-axis displacement and y-axis displacement of the IPM converted image from the acquired coordinate value To provide a method for automatic location measurement of facilities.

또한, 영상좌표를 사진좌표로 변환할 때에는 row와 column으로 표현되는 영상좌표는 영상의 좌상부가 원점이므로 영상의 중심부가 원점인 사진좌표로 이를 변환하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.In addition, when converting image coordinates into photo coordinates, the image coordinates represented by the rows and columns are the origin of the upper left portion of the image, so that the center of the image is converted to the photo coordinates of the origin of the road facility. I would like to.

또한, IPM변환시에 차량의 자세값은 IMU의 Roll, Pitch, Heading 값을 이용하여 차량 기준점을 원점으로 한 좌표계에서 카메라의 위치와 자세를 상대적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법을 제공하고자 한다.In addition, the posture value of the vehicle during IPM conversion is determined by the position of the camera relative to the position of the camera relative to the vehicle reference point using the Roll, Pitch, Heading value of the IMU relative to the vehicle facility automatic position measurement method To provide.

본 발명의 도로시설물 자동 위치측정방법은 GPS, IMU, 카메라를 이용하여 자동으로 도로시설물의 위치를 인식하도록 하였으며 사진좌표의 상대좌표를 절대좌표로 바꾸기 위하여 IPM 방식에 의한 절대위치 방식으로 좌표를 변환하는 시스템을 사용하여, 기존의 수동으로 하던 도로시설물 위치 정보 갱신을 자동으로 실시간으로 할 수 있으며, GPS와 차량의 자세값을 알 수 있는 IMU를 이용하여 도로시설물의 위치를 더욱 정밀하게 파악할 수 있으며, 높이가 보정된 IPM 방식을 이용하여 카메라 1대로도 도로시설물의 위치를 자동으로 파악할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.The automatic location measurement method of the road facility of the present invention is to automatically recognize the location of the road facility using GPS, IMU, camera and convert the coordinates to the absolute position method by IPM method in order to change the relative coordinates of the photo coordinates to the absolute coordinates. The system can automatically update the location information of the existing road facilities in real time, and can more accurately determine the location of the road facilities by using the GPS and the IMU which can know the attitude of the vehicle. In addition, using a height-adjusted IPM method, a single camera can automatically detect the location of road facilities.

또한, 도로시설물의 컬러패턴을 인식하거나, 규격화되어 있는 높이를 인식하여 영상을 저장하고 절대좌표로 변환할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.In addition, there is a very useful effect that can recognize the color pattern of the road facilities, or recognize the standardized height to store the image and convert it to absolute coordinates.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 도로시설물 자동 위치측정 방법에서 적용되는 도로영상물 자동 좌표취득 시스템을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 도로시설물 자동 위치측정 방법에서 적용되는 컬러패턴 도로시설물의 예를 도시한 도.
도 3은 본 발명의 Bore-Sight Calibration의 개념도.
도 4는 표지판의 높이를 고려한 IPM 변환의 일례를 도시한 도.
도 5는 종래의 영상정보의 3 차원 지상좌표를 결정하는 순서도.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
1 is a flowchart illustrating a system for automatically obtaining coordinates of a road image applied in the method for automatically measuring a road facility according to the present invention.
2 is a view showing an example of a color pattern road facility applied in the method for automatically positioning road facilities of the present invention.
3 is a conceptual diagram of Bore-Sight Calibration of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of IPM conversion considering the height of a sign.
5 is a flowchart for determining three-dimensional terrestrial coordinates of conventional image information.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments.

본 발명의 도로시설물 자동 위치측정 방법은 차량에 탑재된 GPS 및 DMI와 카메라를 이용한 위치측정장치를 이용하여 시설물의 위치를 측정하는 위치측정 방법에 있어서, 실시간으로 GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화하여, 차량의 방향각, 자세 및 위치정보를 산출하고, 상기 산출된 차량의 정보를 토대로 상기 GPS와 DMI를 통합하여 실시간으로 차량의 위치 및 자세정보를 추출하고; 상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장하며; 저장된 영상좌표를 사진좌표로 전환하고; 인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값을 구하여 실시간 IPM변환한 후; 도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method for automatically measuring a road facility in a location measuring method using a GPS and DMI mounted on a vehicle and a location measuring device using a camera. Calculating a direction angle, attitude and position information of the vehicle, and integrating the GPS and DMI based on the calculated vehicle information to extract the position and attitude information of the vehicle in real time; Using the camera to automatically store road facilities in real time by capturing an image in an area defined by a field of view (FOV) at a desired distance; Convert the stored video coordinates into photo coordinates; After the real-time IPM conversion of the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU and the attitude value of the vehicle using roll, pitch and heading values for the recognized road facilities; It is characterized by automatically storing the real world coordinates of the road facility in real time.

도 1은 본 발명의 도로시설물 자동 위치측정 방법에서 적용되는 도로영상물 자동 좌표취득 시스템을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a system for automatically obtaining coordinates of a road image applied in the method for automatically measuring a road facility according to the present invention.

표정(標定)은 표정자료파일을 파일읽기 한 후, 영상좌표를 사진좌표로 변환하고, 투영변환한 후 Boresight 역변환하여 도로시설물 자동 위치측정장치가 장착된 차량의 기준점좌표계에서 카메라의 위치 및 자세를 지정한다.The facial expression is obtained by reading a file of facial expression data, converting image coordinates into photographic coordinates, converting projections, and inversely converting them to adjust the position and posture of the camera in the reference point coordinate system of a vehicle equipped with an automatic positioning system for road facilities. Specify.

상기와 같이 지정된 값은 실제 도로시설물 영상을 실세계좌표로 변환할 때 Boresight 역변환시에 적용된다.The value specified above is applied to the inverse Boresight transformation when converting the actual road facility image into real world coordinates.

도로시설물 자동 위치측정장치가 장착된 차량의 카메라로 촬영된 도로시설물의 영상을 읽어와 영상좌표를 사진좌표로 전환하고, 인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값과 실시간 IPM변환한 후, 도로시설물의 높이 보정을 하여 도로시설물의 실세계 좌표를 저장한다.Read the image of the road facilities taken by the camera of the vehicle equipped with the automatic location measuring device and convert the image coordinates into the picture coordinates, and the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU and roll, pitch, and heading for the recognized road facilities. After real-time IPM conversion of the vehicle using the values, the height of the road facility is corrected to store the real world coordinates of the road facility.

사진을 이용하여 절대위치를 얻는 사진측량 방법에는 카메라 내부의 초점거리, 주점 및 렌즈의 왜곡 매개변수 등에 대한 내부 표정과 GPS와 INS(Inertial Nnavigation System ; 관성항법장치) 정보를 통합하여 이미지 센서의 위치와 자세를 보정하는 외부표정에 대한 보정이 필요하다. 본 시스템을 이용할 때 이러한 표정요소에 대한 파라미터를 파일로 읽어 들여 보정에 사용하며 도로 시설물로 인식된 상대좌표를 절대좌표로 변환하는 과정은 다음과 같다.Photogrammetry, which uses absolute photographs to obtain absolute position, integrates the internal expressions of the focal length, pub and lens distortion parameters within the camera, and GPS and INS (Inertial Navigation System) information. Correction is required for external expressions to correct the body and posture. When using this system, the parameters for these facial expressions are read into a file and used for correction. The process of converting relative coordinates recognized as road facilities into absolute coordinates is as follows.

일반적으로 도로시설물의 자동 위치측정방법은 차량에 탑재된 GPS 및 DMI와 카메라를 이용한 위치측정장치를 이용하여 시설물의 위치를 측정을 한다.In general, the automatic location measurement method of the road facility measures the location of the facility using a GPS, DMI and a location measurement device using a camera mounted on the vehicle.

상기 카메라는 이동시설 즉 차량등에 고정 구성되어 전방 또는 일정한 각도를 갖도록 구성하여 차량의 진행에 따라 영상을 촬영하도록 한다.The camera is fixed to a moving facility, ie, a vehicle, so as to have a forward or constant angle so as to capture an image as the vehicle progresses.

실시간으로 GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화하여, 차량의 방향각, 자세 및 위치정보를 산출하고, 상기 산출된 차량의 정보를 토대로 상기 GPS와 DMI를 통합하여 실시간으로 차량의 위치 및 자세정보를 추출한다.Synchronize with GPSTime and Distance Measument Instrument (DMI) in real time to calculate the direction angle, attitude and position information of the vehicle, and integrate the GPS and DMI based on the calculated information of the vehicle in real time Extract posture information.

GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화한 하여 정확한 시간과 거리를 차량과 같은 이동 수단에 구성된 도로시설물의 자동 위치측정장치에 저장한다.Synchronize with GPSTime and Distance Measurement Instrument (DMI) to store accurate time and distance in the automatic positioning device of road facilities configured in vehicles such as vehicles.

상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장한다.By using the camera, the image is taken in a region determined by a field of view (FOV) at a desired distance at each distance, and automatically stores road facilities in real time.

FOV(Field of View)는 카메라를 통해 보이는 영역의 크기를 말한다. 전체 영상의 픽셀 개수와 카메라에서 보이는 거리를 계산하여 실제 영상의 거리와 매칭 시키면 calibration이 가능하다. 해당 FOV를 구하는 식은 수학식 1과 같다.Field of View (FOV) refers to the size of the area visible through the camera. Calibration is possible by calculating the pixel count of the whole image and the distance seen by the camera and matching it with the distance of the actual image. The equation for obtaining the FOV is shown in Equation 1.

Figure 112011075959269-pat00001
Figure 112011075959269-pat00001

저장된 영상좌표을 사진좌표로 변환하는데, 이는 아래와 수학식 2로 변환한다.The stored image coordinates are converted into photo coordinates, which are converted into Equation 2 below.

row와 column으로 표현되는 영상좌표는 영상의 좌상부가 원점이므로 아래식을 이용하여 영상의 중심부가 원점인 사진좌표로 이를 변환한다.Since the image coordinates represented by the rows and columns are the origin of the upper left corner of the image, the image coordinates are converted into the photo coordinates of the origin of the image using the following equation.

Figure 112011075959269-pat00002
Figure 112011075959269-pat00002

Figure 112011075959269-pat00003
Figure 112011075959269-pat00003

s x , s y : CCD cell의 크기(mm 단위) s x , s y : CCD cell size (in mm)

r, c : 영상의 가로방향, 세로방향 화소 수 r, c : Number of horizontal and vertical pixels

r i , c i : 영상좌표계에서 측점 위치(화소단위) r i , c i : Station position (pixel unit) in the image coordinate system

x i , y i : 사진좌표계에서 측점 위치(mm 단위) x i , y i : Station position (in mm) in photo coordinate system

영상좌표를 사진좌표로 변환한 후, 인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값과 실시간 IPM변환한다.After converting the image coordinates into photo coordinates, the vehicle's posture value and real-time IPM conversion using the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU, roll, pitch, and heading values for the recognized road facilities.

본 방식은 IMU의 Roll, Pitch, Heading 값을 이용하여 Boresight방식에 의하여 차량의 위치와 자세를 구하고 인식된 시설물의 위치를 높이를 보정하여 정확히 파악하는 방식이다. 시설물의 인식, 좌표자동 측정, GIS 데이터 저장 등의 일련의 과정이 자동으로 이루어진다. This method uses the Roll, Pitch, and Heading values of the IMU to obtain the position and attitude of the vehicle by the Boresight method and to accurately identify the location of the recognized facility by correcting the height. A series of processes such as recognition of facilities, automatic coordinate measurement, and GIS data storage are performed automatically.

IPM은 Inverse Perspective Method로써, 본 기술에 사용된 IPM의 해당 수식은 다음 수학식 3과 같다.IPM is an Inverse Perspective Method, and the corresponding equation of IPM used in the present technology is shown in Equation 3 below.

Figure 112011075959269-pat00004
Figure 112011075959269-pat00004

IPM변수는 아래와 같다.IPM variables are as follows.

Figure 112011075959269-pat00005
Figure 112011075959269-pat00005

위와 같은 정보를 이용 하여 현재 장비의 데이터를 바탕으로 계산하면 카메라의 FOV 및 calibration의 값을 구할 수 있다.Using the above information, you can calculate the camera's FOV and calibration values based on the current instrument data.

IPM을 이용한 차량 실측 거리의 예는 다음과 같다.An example of a vehicle measurement distance using an IPM is as follows.

Figure 112011075959269-pat00006
Figure 112011075959269-pat00006

Boresight 역변환은 도 3에 도시된 바와 같이, 차량 기준점을 원점으로 한 좌표계에서 카메라의 위치와 자세를 상대적으로 결정하는 일련의 작업으로서, 절대좌표계에서 카메라의 위치와 자세를 구하고 차량좌표계(차량 기준점이 원점)의 절대좌표계에 대한 공간적 원점 이동량과 회전량을 구하는 작업을 통해 이루어진다. As shown in FIG. 3, the Boresight inverse transform is a series of tasks that relatively determine the position and attitude of the camera in a coordinate system with the vehicle reference point as the origin. The position and attitude of the camera are calculated in the absolute coordinate system and the vehicle coordinate system (vehicle reference point Through the task of calculating the spatial origin movement amount and rotation amount with respect to the absolute coordinate system.

이 변환은 먼저 카메라의 좌표계와 INS(Inertial Nnavigation System ; 관성항법장치) 간의 좌표계 변환, INS 좌표계와 GPS 좌표계 간의 결합, GPS 안테나와 차량 중심점간의 이동 등의 순서로 이루어진다.This conversion is performed in the order of the coordinate system conversion between the camera coordinate system and the INS (Inertial Navigation System), the coupling between the INS coordinate system and the GPS coordinate system, and the movement between the GPS antenna and the vehicle center point.

아래 수학식 4은 상기 변환방법을 수식으로 나타낸 것이다.Equation 4 below shows the conversion method as an equation.

Figure 112011075959269-pat00007
Figure 112011075959269-pat00007

Figure 112011075959269-pat00008
: 차량좌표계에서 카메라의 회전량
Figure 112011075959269-pat00008
: Rotation of camera in vehicle coordinate system

Figure 112011075959269-pat00009
: 절대좌표계에서 차량 기준점의 회전량
Figure 112011075959269-pat00009
: Rotational amount of vehicle reference point in world coordinate system

Figure 112011075959269-pat00010
: 절대좌표계에서 카메라의 회전량
Figure 112011075959269-pat00010
: Rotation of camera in world coordinate system

상기 수학식 4을 행렬식으로 나타내면 아래의 수학식 5와 같다.Equation 4 is expressed as a determinant as shown in Equation 5 below.

여기서 r 은 (roll , pitch , heading)으로 표현되는 차량의 자세행렬 요소이고 m은 (ω,φ,κ)으로 표현되는 카메라의 자세행렬로서 2차원 투영변환을 통해 구한 변수를 이용하여 계산된다. S 의 각 요소들도 (ω,φ,κ)로 표현된다.Where r is the pose matrix element of the vehicle represented by ( roll , pitch , heading ) and m is the pose matrix of the camera represented by ( ω, φ, κ ) and is calculated using variables obtained through 2D projection transformation. Each element of S is also represented by ( ω, φ, κ ).

Figure 112011075959269-pat00011
Figure 112011075959269-pat00011

특히 차량의 이동에 따라 변화하는 절대좌표계에서 차량 기준점의 회전행렬은 수학식 6와 같은 수식을 통해 계산된다. 여기서, R, P, H 는 각각 roll, pitch, heading을 의미한다.In particular, the rotation matrix of the reference point of the vehicle in the absolute coordinate system that changes according to the movement of the vehicle is calculated through the equation (6). Here, R, P, and H mean roll, pitch, and heading, respectively.

Figure 112011075959269-pat00012
Figure 112011075959269-pat00012

Figure 112011075959269-pat00013
Figure 112011075959269-pat00013

Figure 112011075959269-pat00014
Figure 112011075959269-pat00014

Figure 112011075959269-pat00015
Figure 112011075959269-pat00015

Figure 112011075959269-pat00016
Figure 112011075959269-pat00016

Figure 112011075959269-pat00017
Figure 112011075959269-pat00017

Figure 112011075959269-pat00018
Figure 112011075959269-pat00018

Figure 112011075959269-pat00019
Figure 112011075959269-pat00019

Figure 112011075959269-pat00020
Figure 112011075959269-pat00020

절대좌표계에서 카메라의 자세는 수학식 5와 같이 2D 투영변환을 통해 구하며 그 회전행렬은 아래 수학식 7과 같이 조성된다.The pose of the camera in the world coordinate system is obtained through 2D projection transformation as shown in Equation 5, and its rotation matrix is formed as shown in Equation 7 below.

Figure 112011075959269-pat00021
Figure 112011075959269-pat00021

Figure 112011075959269-pat00022
Figure 112011075959269-pat00022

Figure 112011075959269-pat00023
Figure 112011075959269-pat00023

Figure 112011075959269-pat00024
Figure 112011075959269-pat00024

Figure 112011075959269-pat00025
Figure 112011075959269-pat00025

Figure 112011075959269-pat00026
Figure 112011075959269-pat00026

Figure 112011075959269-pat00027
Figure 112011075959269-pat00027

Figure 112011075959269-pat00028
Figure 112011075959269-pat00028

Figure 112011075959269-pat00029
Figure 112011075959269-pat00029

차량좌표계에서 카메라의 자세 (ω,φ,κ)는 수학식 7에서 구한 요소들을 이용하여 아래의 수학식 8과 같은 방법으로 산출한다.The attitude ( ω, φ, κ ) of the camera in the vehicle coordinate system is calculated by using the factors obtained in Equation 7 as shown in Equation 8 below.

Figure 112011075959269-pat00030
Figure 112011075959269-pat00030

Figure 112011075959269-pat00031
Figure 112011075959269-pat00031

Figure 112011075959269-pat00032

Figure 112011075959269-pat00032

또한, 차량 기준점 좌표계에서, 차량 기준점으로부터 각 카메라까지 x,y,z축 방향 이격거리는 아래의 수학식 9과 같은 방법으로 계산된다.In addition, in the vehicle reference point coordinate system, the distance in the x, y, z axis direction from the vehicle reference point to each camera is calculated by the following equation (9).

Figure 112011075959269-pat00033
Figure 112011075959269-pat00033

Figure 112011075959269-pat00034
: 차량좌표계에서 차량기준점으로부터 카메라까지 3차원 이격거리
Figure 112011075959269-pat00034
: 3D separation distance from the vehicle reference point to the camera in the vehicle coordinate system

Figure 112011075959269-pat00035
: 절대좌표계에서 차량기준점의 3차원좌표
Figure 112011075959269-pat00035
: 3D coordinate of vehicle reference point in absolute coordinate system

Figure 112011075959269-pat00036
: 절대좌표계에서 카메라의 3차원 좌표
Figure 112011075959269-pat00036
: 3D coordinates of the camera in world coordinate system

상기 수학식 9을 행렬식으로 나타내면 아래 수학식 10와 같다. Equation 9 is expressed as a determinant as shown in Equation 10 below.

(X cam , Y cam , Z cam )은 카메라의 절대좌표이고 (X r , Y r , Z r )은 차량 기준점의 절대좌표이다.( X cam , Y cam , Z cam ) is the camera's world coordinate and ( X r , Y r , Z r ) is the world coordinate of the vehicle reference point.

Figure 112011075959269-pat00037
Figure 112011075959269-pat00037

상기와 같이, 인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값과 실시간 IPM변환한 후 도로시설물의 높이 보정을 하여 도로시설물의 실세계 좌표를 저장한다.As described above, the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU, the attitude value of the vehicle using the roll, pitch, and heading values and the real-time IPM conversion are performed, and the height of the road facilities is corrected to store the real world coordinates of the road facilities. do.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 상기 카메라를 이용하여 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장할 때, 영상의 컬러 패턴을 인식하여 저장하는 소프트웨어를 사용하여 정해진 패턴을 갖는 시설물을 인식하여 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, another embodiment of the present invention is to recognize and store the facility having a predetermined pattern using the software for recognizing and storing the color pattern of the image when the road facility is automatically stored in real time by taking an image using the camera It is characterized by.

상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상의 컬러 패턴인식을 처리하여 도로의 시설물을 실시간으로 자동 저장한다.By using the camera to process the color pattern recognition of the image in the area determined by the field of view (FOV) at the desired distance at each distance automatically stores the facilities of the road in real time.

도로시설물은 방향 지시등을 하기 위하여 일정한 패턴과 규격으로 구성되어 있기 때문에, 상기와 같은 일정한 패턴을 갖는 도로시설물을 인식하기 위하여 컬러패턴을 인식할 수 있는 소프트웨어를 사용하여 도로시설물의 컬러패턴을 인식하여 실시간으로 저장하도록 한다.Since the road facility is composed of a certain pattern and standard for the direction indicator, the color pattern of the road facility is recognized by using the software that can recognize the color pattern in order to recognize the road facility having the same pattern. Save it in real time.

영상의 컬러패턴은 컬러 패턴 인식 소프트웨어에 미리 값을 입력해 놓은 후 해당 컬러패턴을 인식하도록 한다.The color pattern of the image is input to the color pattern recognition software in advance, and then the color pattern is recognized.

상기와 같이 인식된 컬러패턴의 도로시설물은 실시간으로 자동으로 저장되게 되는 것이다.The road facility of the color pattern recognized as described above is to be automatically stored in real time.

컬러패턴의 도로시설물은 도 2에 예를 들어 도시된 바와 같이, 방향표시를 지시하는 노란색바탕으로 검정색의 갈매기 형상의 방향표시가 구성된 시설물 등이 동일한 규격으로 일정한 간격으로 구성되어 있으며, 이 외에도 다양한 형식의 도로시설물이 있으며, 다양한 도로시설물의 컬러 패턴에 따라 실시간으로 저장되도록 할 수 있다.As shown in Figure 2, for example, the road facility of the color pattern is a yellow background indicating a direction indication, and the facilities including a black chevron direction indication are configured at regular intervals in the same standard. There is a road facility of the type, it can be stored in real time according to the color pattern of the various road facilities.

또한, 본 발명의 또다른 실시예는 IPM변환한 후, 도로시설물의 높이 보정을 하여 도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하는 것을 특징으로 하며, 상기 도로시설물의 높이 보정은 사진좌표로 저장된 이미지와 IPM변환된 이미지를 비교하여 IPM변환된 이미지의 x축변위와 y축변위를 취득된 좌표값에서 빼도록 하여 보정 하는 것을 특징으로 한다.In addition, another embodiment of the present invention is characterized in that after the IPM conversion, the height correction of the road facility automatically stores the real world coordinates of the road facility in real time, the height correction of the road facility image stored in the photo coordinates And the IPM-converted image to compare and correct the x-axis displacement and the y-axis displacement of the IPM converted image by subtracting from the acquired coordinate value.

표지판 등의 도로시설물의 높이를 고려한 IPM 변환을 설명하면 다음과 같다.The IPM transformation considering the height of road facilities such as signs is explained as follows.

도면화를 위하여 도로시설물의 위치는 도로면상의 위치로 수정할 필요가 있다. 도로안전시설 설치 및 관리 지침과 같이 그 높이가 법으로 일정하게 규명된 도로시설물은 IPM을 사용하여 자동으로 다음과 같이 도로시설물의 도로면상의 좌표를 구할 수 있다.For the purpose of drawing, the location of the road facilities needs to be modified to the location on the road surface. Road facilities whose heights are consistently identified by law, such as road safety facility installation and management guidelines, can automatically obtain the coordinates of the road surface of the road facility using IPM as follows.

도 4는 표지판의 높이를 고려한 IPM 변환의 일례를 도시한 도로써, 좌측은 촬영 사진이고, 오른쪽은 IPM이미지를 도시한 것이다.4 is a diagram illustrating an example of IPM conversion in consideration of the height of a sign, and a left side shows a photograph and a right side shows an IPM image.

일정한 높이의 표지판을 측정한다고 하면 보정벡터와 dx, dy에는 다음과 같은 관계가 성립한다.If you measure a sign of a certain height, the following relationship holds for the correction vector and dx, dy.

Figure 112011075959269-pat00038
Figure 112011075959269-pat00038

여기서 보정벡터의 길이는 갈매기 표지판과 같은 값은 1.2m로 기지값이다. 그리고, dy 값은 x 값에 비례하는 값으로 그 값을 카메라 초기 세팅을 통하여 알 수 있다. 그러므로, dx는 다음과 같이 구할 수 있다.Here, the length of the correction vector is 1.2m, which is the same as the gull sign. In addition, the dy value is a value proportional to the x value and can be known through the initial setting of the camera. Therefore, dx can be found as follows.

Figure 112011075959269-pat00039
Figure 112011075959269-pat00039

바닥의 정확한 좌표값은 dx, dy를 취득된 좌표값에 빼주면 얻을 수 있다.The exact coordinates of the floor can be obtained by subtracting dx, dy from the acquired coordinates.

또한, 영상좌표를 사진좌표로 변환할 때에는 row와 column으로 표현되는 영상좌표는 영상의 좌상부가 원점이므로 영상의 중심부가 원점인 사진좌표로 이를 변환하는 것을 특징으로 하는데, 이는 상기의 설명에서 수학식 2를 중심으로 명시되어 있다.In addition, when the image coordinates are converted into photo coordinates, the image coordinates represented by rows and columns are converted into photo coordinates in which the center of the image is the origin because the upper left portion of the image is the origin. It is specified around 2.

또한, IPM변환시에 차량의 자세값은 IMU의 Roll, Pitch, Heading 값을 이용하여 차량 기준점을 원점으로 한 좌표계에서 카메라의 위치와 자세를 상대적으로 결정하는 것을 특징으로 하는데, 이는 상기의 설명에서 수학식 4를 중심으로 명시되어 있다.In addition, the attitude value of the vehicle during IPM conversion is characterized by relatively determining the position and attitude of the camera in the coordinate system with the reference point of the vehicle as the origin using the Roll, Pitch, and Heading values of the IMU. It is specified around Equation 4.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art in light of the above teachings. will be. The invention is not limited by these variations and modifications, but is limited only by the claims appended hereto.

Claims (6)

차량에 탑재된 GPS 및 DMI와 카메라를 이용한 위치측정장치를 이용하여 시설물의 위치를 측정하는 위치측정 방법에 있어서,
실시간으로 GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화하여, 차량의 방향각, 자세 및 위치정보를 산출하고, 상기 산출된 차량의 정보를 토대로 상기 GPS와 DMI를 통합하여 실시간으로 차량의 위치 및 자세정보를 추출하고;
상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장하며;
저장된 영상좌표를 사진좌표로 전환하고;
인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값을 구하여 실시간 IPM변환한 후;
도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하며,
상기 카메라를 이용하여 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장할 때, 영상의 컬러 패턴을 인식하여 저장하는 소프트웨어를 사용하여 정해진 패턴을 갖는 시설물을 인식하여 저장하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법.In the position measurement method for measuring the location of the facility using a GPS, DMI and a position measurement device using a camera mounted on the vehicle,
Synchronize with GPSTime and Distance Measument Instrument (DMI) in real time to calculate the direction angle, attitude and position information of the vehicle, and integrate the GPS and DMI based on the calculated information of the vehicle in real time Extracting posture information;
Using the camera to automatically store road facilities in real time by capturing an image in an area defined by a field of view (FOV) at a desired distance;
Convert the stored video coordinates into photo coordinates;
After the real-time IPM conversion of the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU and the attitude value of the vehicle using roll, pitch and heading values for the recognized road facilities;
It automatically saves the real world coordinates of road facilities in real time.
When taking images using the camera and automatically storing road facilities in real time, automatic location measurement of road facilities, using the software for recognizing and storing color patterns of images to recognize and store facilities having a predetermined pattern. Way. 삭제delete 차량에 탑재된 GPS 및 DMI와 카메라를 이용한 위치측정장치를 이용하여 시설물의 위치를 측정하는 위치측정 방법에 있어서,
실시간으로 GPSTime 및 DMI(Distance Measument Instrument;거리계)와 동기화하여, 차량의 방향각, 자세 및 위치정보를 산출하고, 상기 산출된 차량의 정보를 토대로 상기 GPS와 DMI를 통합하여 실시간으로 차량의 위치 및 자세정보를 추출하고;
상기 카메라를 이용하여 원하는 거리마다 FOV(field of view;시야각)로 정한 영역내에서 영상을 촬영하여 도로 시설물을 실시간으로 자동 저장하며;
저장된 영상좌표를 사진좌표로 전환하고;
인식된 도로시설물에 대하여 GPS, IMU를 이용한 경위도 좌표와 roll, pitch, heading 값을 이용한 차량의 자세값을 구하여 실시간 IPM변환한 후;
도로시설물의 높이 보정을 하여 도로시설물의 실세계 좌표를 실시간으로 자동 저장하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법.In the position measurement method for measuring the location of the facility using a GPS, DMI and a position measurement device using a camera mounted on the vehicle,
Synchronize with GPSTime and Distance Measument Instrument (DMI) in real time to calculate the direction angle, attitude and position information of the vehicle, and integrate the GPS and DMI based on the calculated information of the vehicle in real time Extracting posture information;
Using the camera to automatically store road facilities in real time by capturing an image in an area defined by a field of view (FOV) at a desired distance;
Convert the stored video coordinates into photo coordinates;
After the real-time IPM conversion of the latitude and longitude coordinates using GPS and IMU and the attitude value of the vehicle using roll, pitch and heading values for the recognized road facilities;
The road facility automatic position measurement method, characterized in that for automatically correcting the height of the road facility real-time coordinates of the road facility in real time. 제 3항에 있어서,
상기 도로시설물의 높이 보정은 사진좌표로 저장된 이미지와 IPM변환된 이미지를 비교하여 IPM변환된 이미지의 x축변위와 y축변위를 취득된 좌표값에서 빼도록 하여 보정 하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법.The method of claim 3, wherein
The height correction of the road facility is characterized by comparing the image stored in the image coordinates and the IPM transformed image by subtracting the x-axis displacement and the y-axis displacement of the IPM converted image from the acquired coordinate value Position measuring method. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
영상좌표를 사진좌표로 변환 할 때에는 row와 column으로 표현되는 영상좌표는 영상의 좌상부가 원점이므로 영상의 중심부가 원점인 사진좌표로 이를 변환하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법.The method according to claim 1 or 3,
When converting image coordinates to photo coordinates, the image coordinates represented by rows and columns are the origin of the upper left corner of the image, so the center of the image is converted to the photo coordinates of the origin of the road facility. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
IPM변환시에 차량의 자세값은 IMU의 Roll, Pitch, Heading 값을 이용하여 차량 기준점을 원점으로 한 좌표계에서 카메라의 위치와 자세를 상대적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 자동 위치측정 방법.The method according to claim 1 or 3,
An automatic position measurement method for a road facility, wherein the position value of the vehicle is determined relatively using the Roll, Pitch, and Heading values of the IMU during the IPM conversion.
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