KR101444685B1 - 영상기반 멀티센서 데이터를 이용한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치 - Google Patents

영상기반 멀티센서 데이터를 이용한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 각종 센서와 GPS 모듈 기반의 위치 및 자세 정보를 미리 구축된 지오레퍼런싱된 기준 영상 DB와 차량에 탑재된 카메라로부터 취득된 실시간 영상을 이용하여 보다 정밀하게 조정하여 줌으로써 차량의 내비게이션 단말 등에서의 위치기반 서비스에 효과적으로 활용될 수 있도록 하기 위한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

영상기반 멀티센서 데이터를 이용한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Determining Position and Attitude of Vehicle by Image based Multi-sensor Data}
본 발명은 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 차량의 각종 센서와 GPS 모듈 기반의 위치 및 자세 정보를 미리 구축된 지오레퍼런싱된 기준 영상 DB와 차량에 탑재된 카메라로부터 취득된 실시간 영상을 이용하여 보다 정밀하게 조정하여 줌으로써 차량의 내비게이션 단말 등에서의 위치기반 서비스에 효과적으로 활용될 수 있도록 하기 위한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 차량에 탑재되는 내비게이션 단말은 GPS(Global Positioning System) 데이터와 맵매칭 결과만을 이용하여 2차원 지도 위에 차량의 위치를 표현하고 이를 기반으로 길 안내 등을 수행하고 있다. 때문에 GPS 데이터 수신이 불가능한 터널 구간이나 고층빌딩으로 둘러싸여 GPS 데이터의 수신율이 낮은 지역에서는 정확한 차량의 위치 파악이 어렵다. 또한 도로의 중앙선을 중심으로 상하행선만 구분하여 지도 위에 차량의 위치를 표현하며 이때의 위치 정확도는 약 10 m정도이다. 이와 같이 기존 시스템에서는 맵매칭을 통하여 어느 정도 차량 위치를 개선할 수 있으나 차량 위치를 실세계 지도 상에 정확하게 표시하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 이동 중인 차량 등의 GPS 모듈 기반의 위치 정보 이외에 각종 센서로부터의 차량의 속도, 핸들방향와 관련된 자세 정보와 차량 전후방이나 측면에 탑재된 다수의 카메라로부터 획득된 영상 정보를, 미리 구축된 지오레퍼런싱된 기준 영상 DB과 비교를 통하여, 차량의 위치자세를 보다 정밀하게 조정하여 줌으로써 차량의 내비게이션 단말 등에서의 위치기반 서비스에 효과적으로 활용될 수 있도록 하기 위한 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일면에 따른 차량의 위치자세 결정 방법은, GPS 위치 정보와 차량의 속도나 차량의 진행방향을 감지하는 하나 이상의 차량 센서로부터의 자세 정보를 기초로 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계; 및 하나 이상의 카메라가 획득한 영상들의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세, 및 상기 카메라가 획득한 영상들에 대한 기준 지오레퍼런싱 영상들과의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상들의 위치자세를 이용하여, 번들조정 기반의 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조)에 의해 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 차량의 위치자세를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는, 지도 데이터베이스의 지도 정보를 참조하여 상기 칼만필터에 의해 추정된 상기 차량의 위치자세를 도로 상의 위치자세로 보정하는 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는, 차량에 탑재된 상기 하나 이상의 카메라가 획득한 연속된 영상들의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계에서 추정된 상기 차량의 위치자세 정보를 이용하여 상기 공액점을 산출한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는, 기 구축한 지오레펀싱된 영상 데이터베이스로부터, 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계에서 추정된 위치자세 정보를 이용하여 상기 차량에 탑재된 카메라가 영상을 획득할 당시의 위치자세와 유사한 위치자세가 태그된 하나 이상의 기준 지오레퍼런싱된 영상을 검색하는 단계를 포함한다.
상기 영상 데이터베이스는, 촬영 수단이 영상을 획득하는 시점에 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세 또는 촬영 수단이 획득한 영상 상에 나타난 지상 객체의 절대 좌표를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 생성된 지오레퍼런싱된 영상으로서 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 위치자세가 태깅된 영상들의 데이터베이스이다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는, 상기 차량에 탑재된 하나 이상의 카메라가 획득한 영상과 상기 검색 단계에서 검색된 기준 지오레퍼런싱된 영상 간의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는, 상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 복수 영상의 동일 지상점에서 투영된 각각의 공액점에 대하여 해당 지상점, 해당 영상들을 취득한 상기 카메라의 렌즈의 중심, 해당 공액점을 연결한 직선들이 동일한 지상점에서 교차하도록 하는 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세의 조정된 값을 실시간으로 산출하는 단계를 포함한다.
상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는, 상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 산출된 보정된 차량의 위치자세, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 다음 차량의 위치자세가 정밀하게 추정되도록 상기 GPS 기반의 위치자세를 추정하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 차량의 위치자세 결정 장치는, GPS 위치 정보와 차량의 속도나 차량의 진행방향을 감지하는 하나 이상의 차량 센서로부터의 자세 정보를 기초로 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 GPS 기반 위치자세 결정부; 및 하나 이상의 카메라가 획득한 영상들의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세, 및 상기 카메라가 획득한 영상들에 대한 기준 지오레퍼런싱 영상들과의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세를 이용하여, 번들조정 기반의 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조) 수행으로 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 영상 기반 위치자세 결정부를 포함한다.
상기 GPS 기반 위치자세 결정부는, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 차량의 위치자세를 추정할 수 있다.
상기 GPS 기반 위치자세 결정부는, 지도 데이터베이스의 지도 정보를 참조하여 상기 칼만필터에 의해 추정된 상기 차량의 위치자세를 도로 상의 위치자세로 보정할 수 있다.
상기 영상 기반 위치자세 결정부는, 차량에 탑재된 상기 하나 이상의 카메라가 획득한 연속된 영상들의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭을 수행할 수 있다.
상기 영상 기반 위치자세 결정부는, 상기 GPS 기반 위치자세 결정부에서 추정된 상기 차량의 위치자세 정보를 이용하여 상기 공액점을 산출할 수 있다.
상기 영상 기반 위치자세 결정부는, 기 구축한 지오레펀싱된 영상 데이터베이스로부터, 상기 GPS 기반 위치자세 결정부에서 추정된 위치자세 정보를 이용하여 상기 차량에 탑재된 카메라가 영상을 획득할 당시의 위치자세와 유사한 위치자세가 태그된 하나 이상의 기준 지오레퍼런싱된 영상을 검색할 수 있다.
상기 영상 데이터베이스는, 촬영 수단이 영상을 획득하는 시점에 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세 또는 촬영 수단이 획득한 영상 상에 나타난 지상 객체의 절대 좌표를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 생성된 지오레퍼런싱된 영상으로서 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 위치자세가 태깅된 영상들의 데이터베이스일 수 있다.
상기 영상 기반 위치자세 결정부는, 상기 차량에 탑재된 하나 이상의 카메라가 획득한 영상과 상기 검색으로 검색된 기준 지오레퍼런싱된 영상 간의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭을 수행할 수 있다.
상기 영상 기반 위치자세 결정부는, 상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 복수 영상의 동일 지상점에서 투영된 각각의 공액점에 대하여 해당 지상점, 해당 영상들을 취득한 상기 카메라의 렌즈의 중심, 해당 공액점을 연결한 직선들이 동일한 지상점에서 교차하도록 하는 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세의 조정된 값을 실시간으로 산출할 수 있다.
상기 GPS 기반 위치자세 결정부는, 상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 산출된 보정된 차량의 위치자세, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 다음 차량의 위치자세가 정밀하게 추정되도록 상기 GPS 기반의 위치자세를 추정할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 위치자세 결정 방법 및 장치에 따르면, 기존에 단순히 GPS 위치 정보와 맵매칭을 이용하는 위치 결정 방식보다 정확하게 차량의 위치를 결정할 수 있으며, 터널구간, 고층빌딩 숲, 지하 주차장 등의 GPS 신호가 미약하거나 단절되는 구간에서 발생하는 위치/자세 정보의 오차를 줄일 수 있다. 기존에는 차량의 고정밀 항법을 위하여 고가의 GPS/INS를 채택하는 경우도 있었으나, 본 발명에서 제안하는 장치로 대체한다면 저가의 GPS만으로도 정확한 위치/자세 결정이 가능할 것이다. 이로 인해 차량의 내비게이션 시스템 구축 비용을 절감할 수 있고, 정확한 위치/자세 결정이 요구되는 다양한 응용 분야에 확대 적용이 가능할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 위치자세 결정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 차량의 위치자세 결정 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공액점을 설명을 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지상점을 설명을 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 번들 조정의 개념을 설명을 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 영상과 번들 조정 간의 관계를 설명을 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치자세 결정 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위치자세 결정 장치(100)는 차량에 탑재되어 차량의 위치와 자세(이하, 위치자세)를 결정하기 위한 장치로서, GPS 기반 위치자세 결정부(110)와 영상 기반 위치자세 결정부(120)를 포함한다. GPS 기반 위치자세 결정부(110)는 GPS 모듈(111), 차량 센서(112), 지도 데이터베이스(113), 및 위치/자세 추정부(114)를 포함한다. 영상 기반 위치자세 결정부(120)는 카메라(121), 영상 데이터베이스(122), 영상 매칭부(123), 영상 검색/매칭부(124), 및 고속 번들 조정부(125)를 포함한다.
이하 도 2의 흐름도를 참조하여 위와 같은 위치자세 결정 장치(100)의 동작을 자세히 설명한다.
GPS 기반 위치자세 결정부(110)는 GPS(Global Position System) 모듈(111)의 GPS 위치 정보와 차량 센서(112)의 차량의 속도나 차량의 진행방향 등을 감지하는 각종 센서로부터의 자세 정보를 기초로 차량의 위치자세를 추정한다(S10).
예를 들어, GPS 모듈(111)은 위성 신호에 기초하여 차량의 현재 위치를 측위하여 차량의 위도, 경도, 고도 등과 관련된 GPS 위치 정보를 산출할 수 있고, 차량 센서(112)는 구비된 가속도 센서, 자이로 센서 등 관성 측정 수단을 포함하는 IMU(inertial measurement unit), 차량 속도 감지 센서, 거리계, 디지털컴파스, 차륜 감지 센서 등 다양한 센서를 이용해 차량의 속도나 차량의 진행방향 등과 관련된 차량의 속도, 가속도, 각속도, 각가속도 등 자세 정보를 출력할 수 있다.
위치/자세 추정부(114)는 칼만 필터 기반의 알고리즘을 이용해 위와 같은 GPS 위치 정보와 자세 정보를 기초로 차량의 위치자세(위도, 경도, 고도와 관련된 위치 정보와 차량 진행 방향과 관련된 자세정보)를 추정한다(S11). 칼만 필터를 이용하여 이와 같이 위치나 자세와 관련된 항법 정보를 추정하는 기술은 잘 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
이외에도 지도 데이터베이스(113)에는 전국(또는 전세계)의 건물, 도로, 산, 하천, 강, 바다 등에 대한 2차원 그래픽 지도 정보가 저장되어 있으며, 위치/자세 추정부(114)는 위와 같이 칼만 필터를 이용해 추정한 위치자세에 대하여 지도 데이터베이스(113)를 참조로 맵매칭(map matching) 과정을 수행하여 보정할 수 있다(S12). 예를 들어, 칼만 필터를 이용해 추정한 위치자세에 대하여 지도 데이터베이스(113)의 해당 위치와 대비하여 오류가 있다고 판단되면, 지도 데이터베이스(113)의 지도 상에서 해당 위치의 가까운 도로와 그 방향에 맞게 칼만 필터를 이용해 추정한 위치자세를 보정할 수 있다. 이와 같은 위치자세의 보정으로 내비게이션 단말이 지도 데이터베이스(113)의 빌딩이나 강 등 차량이 진행할 수 없는 곳에 차량을 표시하지 않고 주변 근사 위치의 도로를 주행하는 것으로 표시되도록 할 수 있다.
한편, 내비게이션 단말이 이와 같이 위치/자세 추정부(114)에서 칼만 필터와 맵매칭 과정의 수행으로 획득한 위치자세를 가지고 지도 데이터베이스(113)의 지도 상에서 해당 위치의 도로를 주행하는 것으로 디스플레이 장치에 표시할 수도 있지만, 본 발명에서는 이와 같은 GPS 모듈(111)과 맵매칭 기반의 위치자세 이외에, 영상 기반 위치자세 결정부(120)에서 차량 전후방이나 측면에 탑재된 하나 이상의 카메라(121)로부터 획득된 영상 정보를, 미리 구축된 영상 데이터베이스(122)의 지오레퍼런싱된 기준 영상과 비교를 통하여, 차량의 위치자세를 보다 정밀하게 조정하여 줌으로써 차량의 내비게이션 단말 등에서의 위치기반 서비스에 효과적으로 활용될 수 있도록 하였다.
영상 기반 위치자세 결정부(120)는 하나 이상의 카메라(121)가 획득한 영상의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 GPS 기반 위치자세 결정부(110)가 출력하는 차량의 위치자세, 및 카메라(121)가 획득한 영상에 대해 영상 데이터베이스(122)에서 검색한 기준 지오레퍼런싱 영상과의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세를 이용하여, 각각의 공액점에 대하여 해당 위치자세에서 투영되는 직선들이 하나의 지상점에서 가장 작은 오차로 만나도록 하는 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조) 기반의 번들조정으로 상기 차량의 위치자세를 조정한다(S20).
영상 데이터베이스(122)에는 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조)을 통해 멀티센서를 이용해 해당 영상 정보와 영상 취득 시의 각 위치자세가 명시된 영상(지상 기준 객체의 좌표 정보가 더 포함될 수 있음), 즉, 지오레퍼런싱된 영상이 미리 구축되어 저장되어 있다. 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조)은 멀티센서(GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit), 디지털 카메라, 레이져 스캐너 등)을 이용해 획득된 카메라의 위치자세 정보와 영상 정보 등을 이용하여, 영상에 포함된 지상물이나 촬영 위치 등의 3차원 지상 좌표 정보를 획득하기 위한 과정이다. 카메라와 위와 같은 GPS, IMU 등 위치 및 자세 센서로부터 획득된 영상과 위치자세 정보를 이용하여 고속으로 번들조정 기반의 지오레퍼런싱을 수행함으로써 촬영 시점의 카메라의 위치자세, 즉 외부표정요소와 영상에 포함된 지상 기준 객체의 좌표를 추정할 수 있고 해당 촬영 시점의 위치자세가 결정된, 즉 지오레퍼런싱된 영상을 획득할 수 있다. 이와 같이 영상 데이터베이스(122)는 촬영 수단이 영상을 획득하는 시점에 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 생성된 지오레퍼런싱된 영상,으로서 즉 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 정확한 위치자세가 태깅된 영상들의 데이터베이스이며, 경우에 따라서는 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세를 이용하는 것이 아니라 촬영 수단이 획득한 영상 상에 나타난 지상 객체의 절대 좌표를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 지오레퍼런싱된 영상, 즉, 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 정확한 정확한 위치자세가 태깅된 영상들이 영상 데이터베이스(122)에 저장 관리될 수 있다.
영상 매칭부(123)는 하나 이상의 카메라(121)가 획득한 영상들의 매칭 수행으로 공액점들(TP1)을 산출한다(S21). 도 3과 같이 서로 다른 시간에 획득한 연속된 영상들을 서로 비교하여 동일 지상 객체점이 투영되어 서로 매칭된 부분(A, B, C등)의 대응점들에 대한 각 영상에서의 2차원 영상점 좌표(tie point)를 공액점(TP1)으로 산출할 수 있다. 예를 들어, A, B, C가 어느 지상 건물의 코너이고 각각의 영상에서 해당 건물의 코너점에 상응하는 영상점의 좌표들, 즉 A의 (x1, y1), B의 (x2, y2), C의 (x3, y3) 등이 공액점들(TP1)로 산출될 수 있다. 영상 매칭부(123)는 카메라(121)의 위치 자세를 이용하여 자체적으로 이와 같이 직접 공액점들(TP1)의 산출할 수 있지만, 위와 같은 공액점들(TP1)의 산출 시에 GPS 기반 위치자세 결정부(110)에서 추정한 차량의 위치자세를 이용할 수도 있다.
영상 검색/매칭부(124)는 위와 같이 카메라(121)가 획득한 영상(들)에 대해 영상 데이터베이스(122)에서 기준 지오레퍼런싱 영상과 해당 위치자세를 검색하고, 카메라(121)가 획득한 영상과 기준 지오레퍼런싱 영상 간의 매칭 수행으로 공액점들(TP2)을 산출한다(S22). 영상 검색/매칭부(124)는 카메라(121)가 영상(들)을 획득할 당시의 위치자세와 유사한 위치자세가 태그된(tagged) 하나 이상의 기준 지오레퍼런싱 영상을 영상 데이터베이스(122)에서 검색하고, 해당 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세를 추출할 수 있다. 또한, 영상 검색/매칭부(124)는 위에서 기술한 도 3과 같은 방법으로 카메라(121)가 획득한 영상과 기준 지오레퍼런싱 영상의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점들(TP2)로써 산출한다. 이때 영상 검색/매칭부(124)는 카메라(121)의 위치 자세를 이용하여 자체적으로 이와 같이 직접 공액점들(TP1)의 산출할 수 있지만, 위와 같은 검색 시에 GPS 기반 위치자세 결정부(110)에서 추정한 차량의 위치자세를 이용할 수도 있다.
고속 번들 조정부(125)는 위와 같이 S21 단계에서 산출된 카메라(121)가 획득한 영상들의 공액점들(TP1)과 S10 단계에서 산출한 GPS 기반 차량의 위치자세, 및 S22 단계에서 카메라(121)가 획득한 영상(들)과 영상 데이터베이스(122)의 기준 지오레퍼런싱 영상(들) 간의 공액점들(TP2)과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세를 이용하여, 번들조정 기반의 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조) 수행으로 상기 차량의 위치자세를 실시간 조정하여 조정된 차량의 위치자세를 출력한다(S23).
번들조정 기반의 지오레퍼런싱은 위와 같은 공액점들(TP1, TP2)과 위치자세 정보에 대하여, 확률제약조건을 갖는 공선조건식을 이용한 수학적 모델(Gauss -Markov with Stochastic Constraints 모델)과 최소 제곱법(method of least squares)을 적용하여, 도 4와 같이 각각의 공액점(도 4의 별표)에 대하여 해당 위치자세에서 투영되는 직선들이 하나의 지상점(GP)에서 가장 작은 오차로 만나도록 하는 카메라(121)의 위치자세를 결정하는 Indirect 방법 중의 하나이다. 이에 따라 카메라(121)가 영상을 취득하는 시점마다 GPS기반으로 추정된 차량의 위치자세를 조정할 수 있으며, 조정된 차량의 위치자세는 다음 차량의 위치자세 결정에 정밀한 관측값으로 활용될 수 있다.
번들(bundle) 조정 기반의 지오레퍼런싱 방법에 대하여는 대한민국특허등록번호 10-0973052 등 기존 문헌에 많이 기술되어 있으므로, 여기서는 간략히 개념을 설명하기로 한다.
도 4와 같이, S10 단계에서 산출한 GPS 기반 차량의 위치자세에서 카메라(121)가 획득한 영상들(210, 220)의 공액점들(TP1)(별표 대응 좌표)로 투영한 광선의 번들과, 상기 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세에서 카메라(121)가 획득한 영상(들)과 영상 데이터베이스(122)의 기준 지오레퍼런싱 영상(들)(310, 320) 간의 공액점들(TP2)(별표 대응 좌표)로 투영한 광선의 번들은 오차가 없다면 모두 하나의 지상물 상의 지상점(GP)에서 3차원적으로 만나야 하지만, 위와 같은 광선의 번들을 위와 같은 수학적 모델의 소정 공선 방정식으로 모델링하여 계산하면 지상점(GP)에서 만나지 않고 오차를 갖게 된다.
이와 같은 오차를 최소화하는 카메라(121)의 위치자세를 찾기 위하여 도 5와 같이 지상점(GP)을 보정하여 보정 GP로 이동시키고 보정 GP에서 반대로 2D 영상들(210, 220, 310, 320)로 투영하여 해당 2D 영상들 상의 공액점들이 보정된 공액점 좌표(11)와 그때의 위치자세들을 찾고, 다시 11에 대한 위치 자세를 보정한 위치자세에서 상기 2D 영상들 상의 보정된 공액점 좌표(11)를 재보정한 공액점 좌표(12)로 투영하여 공선 방정식들이 만나는 지상점(GP)를 추정하게 된다. 이와 같은 재투영에 의해 공선 방정식들(해당 지상점, 해당 영상들을 취득한 카메라의 위치에 해당하는 렌즈의 중심, 해당 공액점을 연결한 직선들)은 하나의 점(지상점)에서 만나지 않을 수 있으며, 위와 같은 방법으로 보정 GP와 보정된 좌표(11, 12) 및 그 때의 위치자세를 보정해 가는 과정을 반복 계산하여, 최소 제곱법(method of least squares)을 적용하면, 각각의 공액점(도 4의 별표)에 대하여 위와 같은 위치자세에서 투영되는 직선들이 하나의 지상점(GP)에서 가장 작은 오차로 교차하도록 하는 2D 영상들(210, 220) 중 어느 하나에 대한 GPS 기반 차량의 위치자세가 보정되어 결정될 수 있다.
이와 같은 반복 계산을 통하여 공선 방정식들이 하나의 점에서 만나지는 않지만 어떤 점(지상점)과 각 공선 방정식에 의한 전체 거리 오차가 최소로 되는 해당 지상점이 추정될 수 있고, 이때의 2D 영상들(210, 220) 중 어느 하나에 대한 GPS 기반 차량의 위치자세가 결정될 수 있다. 이와 같은 반복 계산은 어떤 오차 범위에서 오차가 최소가 될 때까지 수행되는 것이 아니며, 예를 들어, 최소 제곱법(method of least squares)을 적용한 소정의 함수에 위와 같은 공액점들과 위치자세를 대입할 때 하나의 최소 오차(minimum error)가 산출될 수 있으며, 해당 최소 오차(minimum error)에서 위와 같이 추정되고 조정된 지상점과 GPS 기반 차량의 위치자세가 산출될 수 있다.
고속 번들 조정부(125)에서의 이와 같은 번들 조정은 도 6과 같이 차량 주행 중에 S10 단계에서 산출한 GPS 기반 차량의 위치자세가 수회 입력된 후, 주기적으로 차량의 카메라(121)에 의해 획득한 영상들이 입력될 때마다 수행되어 실시간 차량의 위치자세를 보정해 줄 수 있으며, 위치/자세 추정부(114)는 S11 단계에서와 같이 칼만 필터 기반의 알고리즘을 이용해 위와 같은 GPS 위치 정보와 차량 센서(112)로부터의 자세 정보를 기초로 차량의 위치자세(위도, 경도, 고도와 관련된 위치 정보와 차량 진행 방향과 관련된 자세정보)를 추정할 때 고속 번들 조정부(125)에서 보정된 차량의 위치자세를 추가적으로 이용하여 다음의 차량의 위치자세를 추정할 수 있다. 즉, 위치/자세 추정부(114)는 위와 같은 GPS 위치 정보와 차량 센서(122)로부터의 자세 정보를 기초로 차량의 위치자세를 추정하되, 고속 번들 조정부(125)에서 보정된 차량의 위치자세가 출력되면 이를 이용하여 칼만 필터 기반의 알고리즘을 이용해 추정된 차량의 위치자세를 한번 더 보정하여 좀 더 정밀한 위치자세를 획득할 수 있다.
이와 같이 내비게이션 단말 등 항법 장치에 장착될 수 있는 위치자세 결정 장치(100)(카메라(121)와 차량 센서(112)는 별도로 차량 내부 또는 외부의 적절한 곳에 장착될 수 있음)가 고속 번들 조정부(125)를 통해 보다 정밀하게 조정된 차량의 위치자세를 출력하면(S30), 내비게이션 단말 등 항법 장치에서는 지도 데이터베이스(113)의 지도 상에 정확한 해당 위치의 도로를 주행하는 상태 등을 디스플레이 장치에 디스플레이할 수 있게 되며, 기타 내비게이션 단말 등 항법 장치에서 좀 더 정확해진 차량의 위치자세를 가지고 다른 위치기반 서비스에 효과적으로 활용할 수 있다(S40).
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
GPS 기반 위치자세 결정부(110)
영상 기반 위치자세 결정부(120)
GPS 모듈(111)
차량 센서(112)
지도 데이터베이스(113)
위치/자세 추정부(114)
카메라(121)
영상 데이터베이스(122)
영상 매칭부(123)
영상 검색/매칭부(124)
고속 번들 조정부(125)

Claims (20)

  1. GPS 위치 정보와 차량의 속도나 차량의 진행방향을 감지하는 하나 이상의 차량 센서로부터의 자세 정보를 기초로 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계; 및 하나 이상의 카메라가 획득한 영상들의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세, 및 상기 카메라가 획득한 영상들에 대한 기준 지오레퍼런싱 영상들과의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상들의 위치자세를 이용하여, 번들조정 기반의 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조)에 의해 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는,
    차량에 탑재된 상기 하나 이상의 카메라가 획득한 연속된 영상들의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는,
    상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 차량의 위치자세를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는,
    지도 데이터베이스의 지도 정보를 참조하여 상기 칼만필터에 의해 추정된 상기 차량의 위치자세를 도로 상의 위치자세로 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계에서 추정된 상기 차량의 위치자세 정보를 이용하여 상기 공액점을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는,
    기 구축한 지오레펀싱된 영상 데이터베이스로부터, 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계에서 추정된 위치자세 정보를 이용하여 상기 차량에 탑재된 카메라가 영상을 획득할 당시의 위치자세와 유사한 위치자세가 태그된 하나 이상의 기준 지오레퍼런싱된 영상을 검색하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영상 데이터베이스는,
    촬영 수단이 영상을 획득하는 시점에 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세 또는 촬영 수단이 획득한 영상 상에 나타난 지상 객체의 절대 좌표를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 생성된 지오레퍼런싱된 영상으로서 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 위치자세가 태깅된 영상들의 데이터베이스인 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는,
    상기 차량에 탑재된 하나 이상의 카메라가 획득한 영상과 상기 검색 단계에서 검색된 기준 지오레퍼런싱된 영상 간의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 단계는,
    상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 복수 영상의 동일 지상점에서 투영된 각각의 공액점에 대하여 해당 지상점, 해당 영상들을 취득한 상기 카메라의 렌즈의 중심, 해당 공액점을 연결한 직선들이 동일한 지상점에서 교차하도록 하는 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세의 조정된 값을 실시간으로 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 단계는,
    상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 산출된 보정된 차량의 위치자세, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 다음 차량의 위치자세가 정밀하게 추정되도록 상기 GPS 기반의 위치자세를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 방법.
  11. GPS 위치 정보와 차량의 속도나 차량의 진행방향을 감지하는 하나 이상의 차량 센서로부터의 자세 정보를 기초로 GPS 기반의 차량의 위치자세를 추정하는 GPS 기반 위치자세 결정부; 및
    하나 이상의 카메라가 획득한 영상들의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세, 및 상기 카메라가 획득한 영상들에 대한 기준 지오레퍼런싱 영상들과의 매칭 수행으로 산출한 공액점들과 상기 기준 지오레퍼런싱 영상의 위치자세를 이용하여, 번들조정 기반의 지오레퍼런싱(georeferencing, 지리참조) 수행으로 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세를 조정하는 영상 기반 위치자세 결정부를 포함하며,
    상기 영상 기반 위치자세 결정부는,
    차량에 탑재된 상기 하나 이상의 카메라가 획득한 연속된 영상들의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 GPS 기반 위치자세 결정부는,
    상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 차량의 위치자세를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 GPS 기반 위치자세 결정부는,
    지도 데이터베이스의 지도 정보를 참조하여 상기 칼만필터에 의해 추정된 상기 차량의 위치자세를 도로 상의 위치자세로 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 영상 기반 위치자세 결정부는,
    상기 GPS 기반 위치자세 결정부에서 추정된 상기 차량의 위치자세 정보를 이용하여 상기 공액점을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 영상 기반 위치자세 결정부는,
    기 구축한 지오레펀싱된 영상 데이터베이스로부터, 상기 GPS 기반 위치자세 결정부에서 추정된 위치자세 정보를 이용하여 상기 차량에 탑재된 카메라가 영상을 획득할 당시의 위치자세와 유사한 위치자세가 태그된 하나 이상의 기준 지오레퍼런싱된 영상을 검색하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 영상 데이터베이스는,
    촬영 수단이 영상을 획득하는 시점에 위치자세정보 획득 수단으로 획득한 위치자세 또는 촬영 수단이 획득한 영상 상에 나타난 지상 객체의 절대 좌표를 이용한 지오레퍼런싱 과정을 통해 생성된 지오레퍼런싱된 영상으로서 해당 영상의 획득 시점에서 촬영 수단의 위치자세가 태깅된 영상들의 데이터베이스인 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 영상 기반 위치자세 결정부는,
    상기 차량에 탑재된 하나 이상의 카메라가 획득한 영상과 상기 검색으로 검색된 기준 지오레퍼런싱된 영상 간의 동일한 지상 객체에서 투영된 영상점을 공액점으로써 산출하는 영상매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 영상 기반 위치자세 결정부는,
    상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 복수 영상의 동일 지상점에서 투영된 각각의 공액점에 대하여 해당 지상점, 해당 영상들을 취득한 상기 카메라의 렌즈의 중심, 해당 공액점을 연결한 직선들이 동일한 지상점에서 교차하도록 하는 상기 GPS 기반의 차량의 위치자세의 조정된 값을 실시간으로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 GPS 기반 위치자세 결정부는,
    상기 번들조정 기반의 지오레퍼런싱의 수행으로 산출된 보정된 차량의 위치자세, 상기 GPS 위치 정보와 상기 차량 센서의 자세 정보를 칼만필터에 적용하여 다음 차량의 위치자세가 정밀하게 추정되도록 상기 GPS 기반의 위치자세를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 위치자세 결정 장치.
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