KR101470737B1 - 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법 및 장치 - Google Patents

차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 있어서, 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 저장하고, 이를 푸리에 변환하여 상기 차량의 주행정보를 표시하는 디스플레이 일측에 공간 주파수 이미지로 표시하는 과정과, 상기 푸리에 변환을 통해 공간 주파수 영역으로 변환되어 디스플레이에 출사된 공간 주파수 이미지를 렌즈를 통해 기설정된 위치에 굴절시키는 과정과, 굴절된 상기 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성하는 과정과, 생성된 공간 주파수 영상과 기저장된 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하여 표시하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

Description

차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMPENSATING IMAGE DISTORTION IN HUD SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 허드 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 주행 정보를 푸리에 변환하여 공간 주파수 영상으로 구현하고 이를 렌즈를 통해 원하는 위치에 표시하기 위한 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 자동차 문화가 발전함에 따라 자동차 수효가 급격히 증가하고 있고, 이에 따라 자동차에 의한 인명 사고도 증가하고 있다. 이러한 사고 중 많은 부분이 시야를 확보하지 못해 일어나는 경우가 많다. 시야를 확보하지 못하는 경우 중 주행 정보를 확인하기 위해 시야를 자동차 주행 정보를 확인하기 위해 시야를 바꾸는 경우가 매우 많다. 즉 운전을 하면서 동시에 운전 중 일어나는 다양한 일들을 운전자는 감지해야만 한다. 운전자의 시야에 있는 사물들을 확인해야 하며 차량의 주행상태(속도, RPM, 방향등)도 확인하면서 운전해야한다.
이런 여러 가지 상황을 감지하면서 운전자에게 운전 중 뜻하지 않은 사고가 일어날 수 있다. 운전 중 운전자의 안전을 제공하고 차량 주행정보와 주변상황 정보를 효과적으로 운전자에게 전달해주는 매체로 개발중인 여러 시스템이 있는데 그 중 HUD(Head up Display)가 주요 관심사가 되고 있다.
HUD(Head up Display)란 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면 즉 운전자의 주 시야 선을 벗어나지 않는 범위에서 차량주행정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다.
만약 우리가 고속도로에서 최고속도로 주행하고 있다고 하자. 우리가 속도나 기름 혹은 다른 주행 정보를 보기 위해 계기판으로 눈을 돌린 사이라도 운전 중이므로 앞차의 상황이나 도로 위의 상황을 재빨리 파악하기 힘들다. 또한 시야를 계기판에 두었다가 도로로 시야를 고정시키는 시간에도 위험은 존재한다. 이러한 위험을 줄이는 방법의 하나로 차량용 HUD를 개발 중인 것이다. 차량용 HUD는 앞 유리창의 운전자의 주시야선에 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파악할 수 있도록 한다. 이로써 운전자는 도로로부터 눈을 떼지 않고도 중요한 주행정보를 인지함으로써 안전운행을 할 수 있는 것이다.
도 5는 전체적인 HUD(Head up Display)의 개요도이고, 도 6은 대표적인 HUD 시스템의 구성도이다.
우선 차량의 내부 시스템에서 전달되는 정보를 디스플레이가 가능한 정보로 변환하는 과정이다. 즉 운전자에게 제공할 정보들의 영상을 볼 수 있는 디스플레이 컨트롤러를 만드는 것이다. 이 부분은 차량 내부의 ECU(Engine Control Unit)에서 측정된 정보를 LCD가 표시할 수 있는 데이터로 변환하는 프로세서와 그 정보를 표시하는 모듈이다. 예전에는 HUD의 디스플레이 소자로 CRT가 주로 사용되었으나 디스플레이 소자의 발달로 소형 LCD가 사용되고 있으며 앞으로는 LCoS Microdisplay, DMD (Dynamic Mirror Display)도 사용될 것으로 보인다. 디스플레이 소자를 선택할 때에는 차량의 특성에 따른 디스플레이의 사이즈와 휘도, 내구성 등이 고려되어 선택되어진다. 그리고 광학계는 디스플레이소자에서 나온 영상을 렌즈와 거울을 통해 허상을 만들고 윈드쉴드를 통해(See-through)하여 운전자가 볼 수 있도록 하는 역할을 한다. 특히 요즘에 개발 중 인 홀로그램을 이용한 HUD는 기존의 HUD의 문제점을 해결할 수 있을 뿐 아니라 광학소자의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 6의 도시된 Folding Optics는 광학계를 통해 나온 영상을 반사하는 역할을 하며 홀로그램 컴바이너는 이 영상을 허공에 떠있는 것처럼 보이게 한다. 이 경우 운전자에게 제공하는 정보와 운전자의 시각으로 볼 수 있는 주변 환경에 영향을 주거나 받지 않으며 자연스럽게 운전자의 시야를 방해하지 않고도 주행 정보를 제공할 수 있는 것이다.
이러한 HUD의 구조는 매우 크기가 크고 무겁다는 단점이 있고, 윈드실드에 의한 왜곡 보정이 어렵다는 단점이 있다. 즉 차종별로 윈드실드의 곡률이 다르므로 왜곡정도가 다르고, 이를 보정하기 위해서는 차종별로 광학계를 변환 시켜야 하는 어려움이 있다.
따라서 본 발명은 이를 해결하기 위해 푸리에 변환를 이용하여 그 크기가 작으며, 왜곡 보정이 수월하며 가벼운 HUD를 구현하고자 한다.
본 발명의 일 견지에 따르면, 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 있어서, 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 저장하고, 이를 푸리에 변환하여 상기 차량의 주행정보를 표시하는 디스플레이 일측에 공간 주파수 이미지로 표시하는 과정과, 상기 푸리에 변환을 통해 공간 주파수 영역으로 변환되어 디스플레이에 출사된 공간 주파수 이미지를 렌즈를 통해 기설정된 위치에 굴절시키는 과정과, 굴절된 상기 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성하는 과정과, 생성된 공간 주파수 영상과 기저장된 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하여 표시하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치에 있어서, 차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상이 표시되는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부에서 출사된 영상을 기설정된 각도로 굴절시키는 렌즈부와, 상기 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 푸리에 변환하여 상기 디스플레이부에 공간 주파수 이미지로 표시하고, 표시된 상기 공간 주파수 이미지를 상기 렌즈부를 통해 기설정된 위치에 굴절시키는 제어부와, 상기 제어부로부터 굴절된 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성하는 공간 주파수 영상 생성부와, 상기 공간 주파수 영상 생성부로부터 생성된 공간 주파수 영상과 차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하는 왜곡 보정부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 차량 내 디스플레이에 표현되는 공간주파수 정보에 의해 차량 주행정보의 영상의 크기와 위치를 조절할 수 있으므로, 주파수 공간에서 광하계의 의한 왜곡을 보상하여 광학계를 조절하지 않고 입력 영상의 공간주파수 영상을 변화시킴으로써 광학계 통과에 의한 왜곡을 보정하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 관한 전체 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 있어서, 왜곡 보정의 결과를 보인 화면 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치에 관한 블록도.
도 5는 종래 전체적인 HUD(Head up Display)의 개요도.
도 6은 대표적인 HUD 시스템의 구성도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명은 차량 운전자의 안전을 위하여 운전자의 시선을 움직이지 않고 운전 정보를 제공하는 차량용 허드(Head Up Display, HUD) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 푸리에 변환하여 차량의 주행정보를 표시하는 디스플레이 일측에 공간 주파수 이미지로 구현하고 이를 렌즈를 통해 굴절된 이미지를 반사시켜 반사된 이미지의 왜곡을 보상하여 원하는 위치에 영상을 형상함으로써 차량 내 디스플레이에 표현되는 주파수 정보에 의해 차량 주행정보의 영상의 크기와 위치를 조절할 수 있으므로, 주파수 공간에서 광하계의 의한 왜곡을 보상하여 광학계를 조절하지 않고 입력 영상의 주파수 공간을 변화시킴으로써 광학계 통과에 의한 왜곡을 보정하는 기술을 제공하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 관해 도 1을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 관한 전체 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 110 과정에서 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 저장하고, 112 과정에서는 저장된 상기 영상에 대한 푸리에 변환을 실시한다.
이어서, 114 과정에서는 차량 내 데쉬보드에 위치하여 차량의 주행정보뿐만 아니라, 네비게이션, 비디오파일, DMB, PC, 인터넷, 게임 등의 다양한 정보를 포함하여 제공하는 디스플레이 일측에 상기 푸리에 변환된 영상을 공간 주파수(spatial frequency) 이미지로 표시한다.
상기 디스플레이의 후면에는 발광다이오드(LED) 또는 백라이트 유닛(BLU)과 같은 광원이 구비되어 있어서 디스플레이 정보 이미지가 사용자의 시야에 진입할 수 있도록 한다.
또한, 상기 공간 주파수는 공간상에서 명암의 변화율(이미지의 섬세도)을 의미하는 것으로, 단위 길이 당 세밀한 부분(detail) 또는 선(line)의 수, 영상 화면상에서 가로 또는 세로 방향으로 화소값이 변화하는 율, 가로 또는 세로로 줄무늬(흰줄+검은줄)가 분포하는 변화율을 포함한다.
116 과정에서는 상기 푸리에 변환을 통해 공간 주파수 영역으로 변환되어 디스플레이에 출사된 공간 주파수 이미지를 렌즈를 이용하여 기설정된 위치에 굴절시킨다.
이때, 상기 렌즈는 다수 개의 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이에서 출사된 이미지를 소정의 각도만큼 굴절시킨다.
118 과정에서는 굴절된 상기 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성한다.
여기서, 상기 생성된 공간 주파수 영상은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013046054197-pat00001
R은 출력 영상, I는 입력영상, h는 광학계 함수이다.
일반적으로 h에 의해서 왜곡이 발생한다. 이러한 왜곡을 본 발명에서는 광학계를 조절하지 않고 주파수 공간 영상을 변화시킴으로써 왜곡을 보정 할 수 있다. 주파수 공간 영상을 조절하기 위하여 먼저 왜곡된 영상을 얻고, 원래 입사 영상과 비교하여 공간 주파수 영상을 변화시키는 것이다.
즉, 120 과정에서 생성된 상기 공간 주파수 영상과 기저장된 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 비교한다.
122 과정에서는 상기 비교 결과에 왜곡 존재 여부를 체크하고, 왜곡이 존재하는 경우 124 과정으로 이동하여 왜곡에 대한 보정을 실시한다.
상기 왜곡 정보는, 차량의 주행정보를 포함하는 푸리에 변환 전의 저장된 영상의 소정 화소의 위치와 상기 화소가 푸리에 변환 후 렌즈를 통해 기설정된 위치에 굴절되어 생성된 공간 주파수 영상의 위치 사이의 변위를 의미한다.
그리고 상기 기저장된 영상과 생성된 공간 주파수 영상 비교 결과 왜곡이 있으면 해당 왜곡을 보정하기 위한 왜곡보정 정보를 생성하여 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하는 것으로, 이때, 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡 보정은, 하기의 수학식을 적용하여 주파수 공간 영상을 제어함으로써 수행된다.
Figure 112013046054197-pat00002
FT[R(x,y)]는 출력영상을 푸리에 변환한 것으로 왜곡 정보를 담고 있다. 이를 광학계 함수 h(x,y)를 이용하면 왜곡 정보를 알 수 있고, 이를 이용하여 역 프리에 변환 (IFT : Inverse Fourier Transform) 변환하면 왜곡이 보정된 영상을 얻을 수 있다.
즉, 상기 수학식의 광학계 함수를 이용하여 왜곡을 보정하기 위한 왜곡 정보를 생성하고, 생성된 상기 왜곡 정보를 이용하여 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform : IFT)을 수행하여 왜곡이 보정된 영상을 획득한다.
이때, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 있어서, 왜곡 보정의 결과를 보인 화면 예시도이다.
도 2의 (a)는 입사 영상이고, 도 2의 (b)는 광학계에 의해 왜곡되어 출력된 영상이다. 이러한 결과를 공간주파수에서 보정한 공간 주파수 영상이 도 2의 (c)이고, 이를 이용하여 얻은 출력 영상이 도 2의 (d)이다.
이러한 도 2의 결과로부터 공간 주파수 영상 변조에 의해 왜곡 영상을 보정 할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 대해서 살펴보았다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치에 대해 도 4를 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
우선, 본 발명이 적용된 시스템은 도 3과 같으며, 이를 운용하는 영상왜곡 보정 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(410), 렌즈부(412), 영상 생성부(414), 제어부(416), 왜곡 보정부(418) 및 컨바이너부(420)를 포함한다.
상기 디스플레이부(410)는 차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상이 표시된다.
상기 렌즈부(412)는 디스플레이부(410)에서 출사된 영상을 기설정된 각도로 굴절시킨다.
상기 제어부(416)는 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 푸리에 변환하여 상기 디스플레이부(410)에 공간 주파수 이미지로 표시하고, 표시된 상기 공간 주파수 이미지를 렌즈부(412)를 통해 기설정된 위치에 굴절시킨다.
상기 공간 주파수 영상 생성부(414)는 제어부(416)로부터 굴절된 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성한다.
상기 왜곡 보정부(418)은 공간 주파수 영상 생성부(414)로부터 생성된 공간 주파수 영상과 차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정한다.
이때, 상기 왜곡 보정부(418)는, 하기의 수학식을 적용하여 주파수 공간 영상을 제어함으로써 왜곡 보정을 수행한다.
Figure 112013046054197-pat00003
(여기서, FT[R(x, y)]는 왜곡 정보를 포함하는 푸리에 변환된 출력영상이고, h(x, y)는 광학계 함수)
그리고 상기 왜곡 보정부(418)는, 상기 수학식의 광학계 함수를 이용하여 왜곡을 보정하기 위한 왜곡 정보를 생성하고, 생성된 상기 왜곡 정보를 이용하여 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform : IFT)을 수행하여 왜곡이 보정된 영상을 획득한다.
상기 컴바이너부(420)는 왜곡 보정부(418)를 통해 보정된 공간 주파수 영상을 반사시켜 운전자가 상기 영상을 볼 수 있도록 한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법 및 장치에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
410: 디스플레이부 412: 렌즈부
414: 영상 생성부 416: 제어부
418: 왜곡 보정부 420: 컨바이너부

Claims (8)

  1. 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법에 있어서,
    차량의 주행정보를 포함하는 영상을 저장하고, 이를 푸리에 변환하여 상기 차량의 주행정보를 표시하는 디스플레이 일측에 공간 주파수 이미지로 표시하는 과정과,
    상기 푸리에 변환을 통해 공간 주파수 영역으로 변환되어 디스플레이에 출사된 공간 주파수 이미지를 렌즈를 통해 기설정된 위치에 굴절시키는 과정과,
    굴절된 상기 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성하는 과정과,
    생성된 공간 주파수 영상과 기저장된 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하여 표시하는 과정을 포함하고,
    상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡 보정은,
    하기의 수학식을 적용하여 주파수 공간 영상을 제어함으로써 수행됨을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법.
    Figure 112014062281301-pat00012

    (여기서, FT[R(x, y)]는 왜곡 정보를 포함하는 푸리에 변환된 출력영상이고, h(x, y)는 광학계 함수)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수학식의 광학계 함수를 이용하여 왜곡을 보정하기 위한 왜곡 정보를 생성하고, 생성된 상기 왜곡 정보를 이용하여 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform : IFT)을 수행하여 왜곡이 보정된 영상을 획득함을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 왜곡 정보는,
    차량의 주행정보를 포함하는 푸리에 변환 전의 저장된 영상의 소정 화소의 위치와 상기 화소가 푸리에 변환 후 렌즈를 통해 기설정된 위치에 굴절되어 생성된 공간 주파수 영상의 위치 사이의 변위임을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 방법.
  5. 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치에 있어서,
    차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상이 표시되는 디스플레이부와,
    상기 디스플레이부에서 출사된 영상을 기설정된 각도로 굴절시키는 렌즈부와,
    상기 차량의 주행정보를 포함하는 영상을 푸리에 변환하여 상기 디스플레이부에 공간 주파수 이미지로 표시하고, 표시된 상기 공간 주파수 이미지를 상기 렌즈부를 통해 기설정된 위치에 굴절시키는 제어부와,
    상기 제어부로부터 굴절된 공간 주파수 이미지에 대응하는 공간 주파수 영상을 생성하는 공간 주파수 영상 생성부와,
    상기 공간 주파수 영상 생성부로부터 생성된 공간 주파수 영상과 차량의 주행정보를 포함하는 입력 영상을 비교하여 왜곡 존재 시 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 왜곡을 보정하는 왜곡 보정부를 포함하고,
    상기 왜곡 보정부는,
    하기의 수학식을 적용하여 주파수 공간 영상을 제어함으로써 수행됨을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치.
    Figure 112014062281301-pat00013

    (여기서, FT[R(x, y)]는 왜곡 정보를 포함하는 푸리에 변환된 출력영상이고, h(x, y)는 광학계 함수)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 왜곡 보정부를 통해 보정된 공간 주파수 영상을 반사시켜 운전자가 상기 영상을 볼 수 있도록 하는 컴바이너부를 더 포함함을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 왜곡 보정부는,
    상기 수학식의 광학계 함수를 이용하여 왜곡을 보정하기 위한 왜곡 정보를 생성하고, 생성된 상기 왜곡 정보를 이용하여 상기 생성된 공간 주파수 영상에 대한 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform : IFT)을 수행하여 왜곡이 보정된 영상을 획득함을 특징으로 하는 차량용 허드 시스템의 영상왜곡 보정 장치.
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