KR101405664B1 - 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 도로상에서 레이더를 통해 측정한 정지 물체의 좌표를 이용하여 도로의 파라미터를 추정함으로써, 자율주행 시스템에서 곡선로 진입시 도로추종 제어를 더욱더 신속히 수행할 수 있도록 하는, 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치에 있어서, 도로상에서 물체의 좌표를 수집하는 좌표 수집수단; 상기 좌표 수집수단이 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 좌표 유효성 판단수단; 상기 좌표 유효성 판단수단이 검증한 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정하는 파라미터 추정수단; 및 상기 파라미터 추정수단이 추정한 도로 파라미터의 유효성을 검증하는 파라미터 유효성 판단수단을 포함한다.

Description

레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING ROAD PARAMETER USING RADAR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로상에서 레이더를 통해 측정한 정지 물체의 좌표를 이용하여 도로의 파라미터(형태)를 추정하는 기술에 관한 것이다.
자율주행차량시스템에서는 주변차량의 위치, 도로의 곡률, 차선의 위치 등의 정보들이 이용된다. 이때, 주변차량의 위치 검출은 주로 전/후방 레이더에서 측정되는 이동 물체의 위치정보를 이용하며, 도로의 곡률 및 차선의 위치 검출은 영상센서에서 측정되는 차선정보를 이용한다.
일반적으로, 레이더는 이동하는 물체의 정보만 이용하여 주변차량의 위치 및 속도 등을 측정한다. 즉, 레이더에서는 정지한 물체정보는 사용하지 않고 속도 정보를 이용하여 필터링한다. 이렇게 필터링되는 정지물체의 정보를 이용하여, 자율주행 시스템에서 필요한 추가적인 정보를 추출할 수 있다. 즉, 구조물의 정보를 이용하여 차량 좌/우 차로의 존재 유무와 차량이 몇 번째 주행차로로 주행하고 있는지 등의 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상센서에서 측정되는 정보는 레이더에 비해 기후 및 도로상태에 따라 영향을 많이 받으며 불안정하다. 역광이 비치거나 우천 등의 악천후 상황 혹은 도로가 오염되거나 훼손된 구간에서는 영상센서의 차선정보가 불분명하며, 차선정보를 사용하는 시스템은 정상적으로 동작할 수 없다.
따라서, 레이더를 이용하여 불안정한 영상센서의 측정정보를 보완해 줄 수 있는 방안이 요구된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 도로상에서 레이더를 통해 측정한 정지 물체의 좌표를 이용하여 도로의 파라미터를 추정함으로써, 자율주행 시스템에서 곡선로 진입시 도로추종 제어를 더욱더 신속히 수행할 수 있도록 하는, 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치에 있어서, 도로상에서 물체의 좌표를 수집하는 좌표 수집수단; 상기 좌표 수집수단이 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 좌표 유효성 판단수단; 상기 좌표 유효성 판단수단이 검증한 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정하는 파라미터 추정수단; 및 상기 파라미터 추정수단이 추정한 도로 파라미터의 유효성을 검증하는 파라미터 유효성 판단수단을 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법에 있어서, 좌표 수집수단이 도로상에서 물체의 좌표를 수집하는 단계; 좌표 유효성 판단수단이 상기 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 단계; 파라미터 추정수단이 상기 검증된 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정하는 단계; 및 파라미터 유효성 판단수단이 상기 추정된 도로 파라미터의 유효성을 검증하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 도로상에서 레이더를 통해 측정한 정지 물체의 좌표를 이용하여 도로의 파라미터를 추정함으로써, 자율주행 시스템에서 곡선로 진입시 도로추종 제어를 더욱더 신속히 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 좌표 유효성 판단부가 정지물 좌표의 좌/우측 여부를 구분하는 과정에 대한 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 좌표 유효성 판단부가 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 과정에 대한 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 파라미터 추정부가 도로 파라미터를 추정하는 과정에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법에 대한 일실시예 전체 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치는, 좌표 수집부(10), 좌표 유효성 판단부(20), 파라미터 추정부(30), 및 파라미터 유효성 판단부(40)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 좌표 수집부(10)는 레이더(Radar)를 통해 측정한 물체의 좌표를 수집한다. 이때, 레이더는 차량의 좌측에 위치하여 차량의 좌측 물체를 검출하는 제 1 레이더와 차량의 우측에 위치하여 차량의 우측 물체를 검출하는 제 2 레이더를 포함한다.
다음으로, 좌표 유효성 판단부(20)는 좌표 수집부(10)가 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분한다.
즉, 좌표 유효성 판단부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 정지물 좌표(Xn,Yn)가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분한다. 이때, 좌/우측의 구분은 일예로 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하되, [수학식 1]을 만족하면 좌측 정지물의 좌표로 판단하고, [수학식 2]를 만족하면 우측 정지물의 좌표로 판단한다.
[수학식 1]
Figure 112012098142449-pat00001
[수학식 2]
Figure 112012098142449-pat00002
여기서, Xn은 정지물의 X좌표, Yn은 정지물의 Y좌표, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
또한, 좌표 유효성 판단부(20)는 차량의 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단한다.
이하, 도 3을 참조하여 좌측 정지물 좌표의 유효성 판단과정에 대해 살펴보면, 좌표 유효성 판단부(20)는 좌측 곡선상에서 좌측 정지물 좌표까지의 거리가 임계치 내에 존재하면 유효성이 있는 것으로 판단한다. 마찬가지로, 우측 정지물 좌표의 유효성 판단 과정은 우측 곡선상에서 우측 정지물 좌표까지의 거리가 일정 영역 내에 존재하면 유효성이 있는 것으로 판단한다.
이때, 좌표 유효성 판단부(20)는 하기의 [수학식 3]을 통해 좌표의 유효성을 판단한다. 물론, [수학식 3]은 우측 정지물 및 좌측 정지물에 공통으로 적용된다.
[수학식 3]
Figure 112012098142449-pat00003
여기서, rk는 정지물의 좌표와 곡선상에서 예측된 정지물의 좌표 간의 차이, rk T는 rk의 매트릭스 형태, Sk는 정지물의 좌표에 대한 공분산, 'Valid Region'은 임계치를 각각 의미한다.
다음으로, 파라미터 추정부(30)는 좌표 유효성 판단부(20)에서 유효성이 검증된 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정한다. 즉, 파라미터 추정부(30)는 하기의 [수학식 4]를 통해 도로 파라미터를 추정한다.
[수학식 4]
Figure 112012098142449-pat00004
이때,
Figure 112012098142449-pat00005
(정지물의 횡위치),
Figure 112012098142449-pat00006
(도로곡률에 따른 횡위치),
Figure 112012098142449-pat00007
(차량 방향각에 따른 횡위치)를 각각 만족한다.
도 4에 도시된 바와 같이, Ds는 차량과 정지물까지의 거리, θ는 차량과 정지물 간의 상대적인 각도, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
다음으로, 파라미터 유효성 판단부(40)는 파라미터 추정부(30)가 추정한 도로 파라미터의 유효성을 검증한다.
즉, 파라미터 유효성 판단부(40)는 하기의 조건을 모두 만족하는 경우에 유효성이 있는 것으로 판단한다.
- 도로 파라미터를 추정하는데 사용된 측정좌표의 개수가 일정 개수 이상
- 추정된 곡선의 횡위치가 좌/우 방향에 부합
- 곡률 변화율이 일정속도 이하
- 양쪽 곡선의 곡률 방향이 동일
- 양쪽 곡선의 방향각 부호가 동일
도 5 는 본 발명에 따른 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법에 대한 일실시예 전체 흐름도이다.
먼저, 좌표 수집부(10)가 도로상에서 물체의 좌표를 수집한다(501).
이후, 좌표 유효성 판단부(20)가 상기 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단한다(502).
이후, 파라미터 추정부(30)가 상기 검증된 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정한다(503).
이후, 파라미터 유효성 판단부(40)가 상기 추정된 도로 파라미터의 유효성을 검증한다(504).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 좌표 수집부 20 : 좌표 유효성 판단부
30 : 파라미터 추정부 40 : 파라미터 유효성 판단부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 도로상에서 물체의 좌표를 수집하는 좌표 수집수단;
    상기 좌표 수집수단이 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 좌표 유효성 판단수단;
    상기 좌표 유효성 판단수단이 검증한 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정하는 파라미터 추정수단; 및
    상기 파라미터 추정수단이 추정한 도로 파라미터의 유효성을 검증하는 파라미터 유효성 판단수단을 포함하되,
    상기 파라미터 유효성 판단수단은,
    도로 파라미터를 추정하는데 사용된 측정좌표의 개수가 임계치를 초과하는 경우, 추정된 곡선의 횡위치가 좌/우 방향에 부합하는 경우, 곡률 변화율이 일정속도 이하인 경우, 양쪽 곡선의 곡률 방향이 동일한 경우, 양쪽 곡선의 방향각 부호가 동일한 경우에 유효성이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터 추정수단은,
    하기의 [수학식 A]를 통해 도로 파라미터를 추정하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치.
    [수학식 A]
    Figure 112014013439920-pat00008

    이때,
    Figure 112014013439920-pat00009
    ,
    Figure 112014013439920-pat00010
    ,
    Figure 112014013439920-pat00011
    를 각각 만족한다. Ds는 차량과 정지물까지의 거리, θ는 차량과 정지물 간의 상대적인 각도, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 좌표 유효성 판단수단은,
    하기의 [수학식 B]을 만족하면 좌측 정지물의 좌표로 판단하고, 하기의 [수학식 C]를 만족하면 우측 정지물의 좌표로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치.
    [수학식 B]
    Figure 112012098142449-pat00012

    [수학식 C]
    Figure 112012098142449-pat00013

    여기서, Xn은 정지물의 X좌표, Yn은 정지물의 Y좌표, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 좌표 유효성 판단수단은,
    하기의 [수학식 D]를 통해 좌표의 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치.
    [수학식 D]
    Figure 112012098142449-pat00014

    여기서, rk는 정지물의 좌표와 곡선상에서 예측된 정지물의 좌표 간의 차이, rk T는 rk의 매트릭스 형태, Sk는 정지물의 좌표에 대한 공분산, 'Valid Region'은 임계치를 각각 의미한다.
  6. 삭제
  7. 좌표 수집수단이 도로상에서 물체의 좌표를 수집하는 단계;
    좌표 유효성 판단수단이 상기 수집한 물체의 좌표 중에서 정지 물체의 좌표(이하, 정지물 좌표)를 추출하고, 상기 추출된 정지물 좌표가 차량의 좌측 정지물 좌표인지 우측 정지물 좌표인지 구분하며, 상기 구분한 좌측 정지물 좌표와 우측 정지물 좌표의 유효성을 판단하는 단계;
    파라미터 추정수단이 상기 좌표 유효성 판단수단에 의해 검증된 좌표를 이용하여 도로 파라미터를 추정하는 단계; 및
    파라미터 유효성 판단수단이 상기 추정된 도로 파라미터의 유효성을 검증하는 단계를 포함하되,
    상기 파라미터 유효성 검증단계는,
    도로 파라미터를 추정하는데 사용된 측정좌표의 개수가 임계치를 초과하는 경우, 추정된 곡선의 횡위치가 좌/우 방향에 부합하는 경우, 곡률 변화율이 일정속도 이하인 경우, 양쪽 곡선의 곡률 방향이 동일한 경우, 양쪽 곡선의 방향각 부호가 동일한 경우에 유효성이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파라미터 추정단계는,
    하기의 [수학식 A]를 통해 도로 파라미터를 추정하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법.
    [수학식 A]
    Figure 112014013439920-pat00015

    이때,
    Figure 112014013439920-pat00016
    ,
    Figure 112014013439920-pat00017
    ,
    Figure 112014013439920-pat00018
    를 각각 만족한다. Ds는 차량과 정지물까지의 거리, θ는 차량과 정지물 간의 상대적인 각도, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 좌표 유효성 판단단계는,
    하기의 [수학식 B]을 만족하면 좌측 정지물의 좌표로 판단하고, 하기의 [수학식 C]를 만족하면 우측 정지물의 좌표로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법.
    [수학식 B]
    Figure 112012098142449-pat00019

    [수학식 C]
    Figure 112012098142449-pat00020

    여기서, Xn은 정지물의 X좌표, Yn은 정지물의 Y좌표, ρ는 곡률을 각각 의미한다.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 좌표 유효성 판단단계는,
    하기의 [수학식 D]를 통해 좌표의 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 방법.
    [수학식 D]
    Figure 112012098142449-pat00021

    여기서, rk는 정지물의 좌표와 곡선상에서 예측된 정지물의 좌표 간의 차이, rk T는 rk의 매트릭스 형태, Sk는 정지물의 좌표에 대한 공분산, 'Valid Region'은 임계치를 각각 의미한다.
KR1020120135332A 2012-11-27 2012-11-27 레이더를 이용한 도로 파라미터 추정 장치 및 그 방법 KR101405664B1 (ko)

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