KR101573610B1 - 카메라 영상정보와 차량정보를 융합하여 전후방 차선을 인지하는 차선 감지 방법 및 장치 - Google Patents

카메라 영상정보와 차량정보를 융합하여 전후방 차선을 인지하는 차선 감지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 영상정보와 자차 속도/헤딩 정보 등 차량정보 융합 방식에 따라 합류점이나 분기점과 같이 도로가 특성이 갑자기 변하는 경우 등에 있어서 종래 보다 차선을 더 정확하게 추정할 수 있으며, 전방/후방 차선을 더 정확하게 인지할 수 있기 때문에 차후 차선 기반 자율 주행 시스템에서 차선 유지 자율주행, 차선 변경 자율 주행 등을 위하여 위험도 판단 등에서 좀 더 정확한 처리가 가능하게 하는 차선 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

카메라 영상정보와 차량정보를 융합하여 전후방 차선을 인지하는 차선 감지 방법 및 장치{Lane Detecting Method and Apparatus for Estimating Front and Rear Lane Based on Camera Image and Vehicle Information}
본 발명은 차선 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 카메라 영상정보와 자차 속도/헤딩 정보 등 차량정보를 융합하여 차량 주행 도로의 전후방 차선을 인지할 수 있는 차선 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.
기존 차선 인지 방법은 차량 전방 영상만을 이용하여 주행 도로 차선의 직선 성분을 추출하여 차선을 추정해 나가는 방법으로서, 도로 환경의 특성상 급변하는 구간에서 차선 검출 성능이 저하될 수 있다.
예를 들어, 직선/곡선에서 곡선/직선으로 주행 도로가 변경되는 경우나 분기점, 합류점 등에서는 도로의 곡률이나 기울기가 갑자기 변동될 수 있기 때문에 일부분의 영상을 가지고 차선을 추정하면 나머지 부분에서 왜곡이 발생할 수 있는 문제가 있다.
국내등록특허 제10-1339255호 (2013년12월09일 공고)
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 카메라 영상정보와 자차 속도/헤딩 정보 등 차량정보를 이용하여 차선 인지 성능을 향상시키고 구간별로 차선을 추정하여 도로 특성을 반영한 정확한 차선 정보를 제공할 수 있는 차선 감지 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 차량 운행 중 주행 도로의 차선을 감지하기 위한 차선 감지 장치는, 자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 검출하고 소정의 주기 마다 업데이트하는 전방차선 검출부; 자차 속도 및 헤딩 정보를 수신하여 소정의 주기 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리를 추정하는 이동거리 추정부; 상기 전방 차선 정보 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 상기 자차의 이동 거리 마다 추정하는 후방 차선 추정부; 및 상기 자차의 이동 거리 마다 현재 자차 위치에 대하여, 상기 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 상기 후방 차선 정보를 이용한 후방 도로 모델링을 수행하는 차선 정보 제공부를 포함한다.
상기 후방 차선 추정부는, 상기 전방 차선 정보 중 후방위치에 대응되는 정보를 현재 자차 위치에서의 후방으로의 상대적인 위치별 차선 정보로 보정하여 상기 후방 차선 정보를 추정할 수 있다.
상기 이동거리 추정부는, 상기 자차 속도 및 헤딩 정보 이외에, 상기 카메라 영상 정보로부터 추정한 차선 곡률이나 기울기에 따라, 상기 이동 거리의 추정 주기를 변동시킬 수도 있다.
상기 차선 정보 제공부는, 상기 차선 곡률이나 기울기가 동일한 구간별로 상기 모델링을 수행할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 일면에 따른 차량에서 주행 도로의 차선을 감지하기 위한 차선 감지 방법은, 자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 검출하고 소정의 주기 마다 업데이트하는 단계; 자차 속도 및 헤딩 정보를 수신하여 소정의 주기 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리를 추정하는 단계; 상기 전방 차선 정보 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 상기 자차의 이동 거리 마다 추정하는 단계; 및 상기 자차의 이동 거리 마다 현재 자차 위치에 대하여, 상기 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 상기 후방 차선 정보를 이용한 후방 도로 모델링을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 차선 감지 방법 및 장치에 따르면, 카메라 영상정보와 자차 속도/헤딩 정보 등 차량정보 융합 방식에 따라 합류점이나 분기점과 같이 도로가 특성이 갑자기 변하는 경우 등에 있어서 종래 보다 차선을 더 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 차선 감지 방법 및 장치에 따르면, 전방/후방 차선을 더 정확하게 인지할 수 있기 때문에 차후 차선 기반 자율 주행 시스템에서 차선 유지 자율주행, 차선 변경 자율 주행 등을 위하여 위험도 판단 등에서 좀 더 정확한 처리가 가능하게 한다.
또한, 이외에도 차선 이탈 경고 시스템, 차선 유지 시스템 등 차선 정보가 필요한 다양한 시스템에 활용되어 정확한 차선 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전후방 차선을 인지하는 차선 감지 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 차선 감지 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 도 2에서 전방 차선 정보 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에서 후방 차선 정보 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에서 도로 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 기술과 본 발명의 차선 추출의 정확성을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분이 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다.
또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전후방 차선을 인지하는 차선 감지 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 감지 장치(100)는, 차선 기반 자율 주행 시스템, 차선 이탈 경고 시스템, 차선 유지 시스템 등에 적용되어 차량 운행 중 주행 도로의 차선을 감지하기 위하여, 전방차선 검출부(110), 이동거리 추정부(120), 후방 차선 추정부(130), 및 차선정보 제공부(140)를 포함할 수 있다. 이외에도, 전방차선 검출부(110)에 자차 전방에 대한 영상 정보를 제공하기 위한 카메라가 더 포함될 수도 있다. 다만, 자차 전방을 향하도록 차량 지붕 위나 앞면 유리 내외 등 적절한 위치에 설치될 수 있는 카메라는 차선 감지 장치(100)와 별도로 제작되고 설치되어 외부 기기로서 동작하여 차선 감지 장치(100)의 전방차선 검출부(110)에 자차 전방에 대한 영상 정보를 제공할 수도 있다.
위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 감지 장치(100)의 각부 구성요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 이루질 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 형태의 소정의 응용 프로그램이 소정의 메모리에 저장되고 실행되어, 위와 같은 차선 감지 장치(100)의 각부 구성요소들과 연동하여 해당 기능을 수행하거나 보조할 수 있다.
전방차선 검출부(110)는 자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선(예, 자차 주행 차선) 정보를 검출하고(하기의 도 3 설명 참조) 소정의 주기 마다 업데이트하여 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 제공할 수 있다.
이동거리 추정부(120)는 자차 속도 및 헤딩 정보를 포함하는 차량정보를 수신하여 소정의 주기 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리를 추정한다. 운행 중인 자차의 속도에 대한 정보는 차량의 CAN(Controller Area Network) 신호로부터 추출되어 이용될 수 있으며, 경우에 따라서는 CAN 신호 대신에 차량에 장착된 차량 속도 또는 RPM 센서로부터 해당 정보를 직접 수신하는 것도 가능하다. 또한, 자차 헤딩(heading) 정보는 북쪽을 기준으로 하는 시계방향으로의 자차의 주행 방향을 나타내는 각도 등의 정보로서, 자차 운행 중 자이로 센서, 관성센서, 지자기 센서, 또는 GPS(Global Positioning System) 등 측위 시스템을 어느 하나 이상 조합하여 작동시켜 획득될 수 있으며, 또는 이와 같은 센서의 2 이상 조합으로 획득될 수도 있다. 경우에 따라 자차 헤딩(heading) 정보 역시 CAN 신호에 포함되어 이로부터 추출되어 이용될 수도 있다.
후방 차선 추정부(130)는 전방차선 검출부(110)가 검출하는 상기 전방 차선 정보 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 자차의 이동 거리 마다 추정한다(하기의 도 4 설명 참조).
차선정보 제공부(140)는 자차의 이동 거리 마다 현재 자차 위치에 대하여, 전방차선 검출부(110)가 검출하는 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 후방 차선 추정부(130)가 추정하는 후방 차선 정보를 이용하여 소정의 후방 도로 모델링을 수행한다. 차선정보 제공부(140)는 도로 모델링을 통하여 전방 도로와 후방 도로 각각에 대하여 소정의 함수 형태로 차선정보를 제공할 수 있다(하기의 도 5 설명 참조).
이하 이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 감지 장치(100)의 동작에 대하여 도 2의 흐름도를 참조하여 좀 더 자세히 설명한다.
전방차선 검출부(110)는 자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 검출하고 소정의 주기 마다 업데이트하여 상대적인 위치별 전방 차선 정보(L0,.. LN,.. LN +M)를 검출하여 메모리(도시되지 않음)에 저장하고 제공할 수 있다(S110).
예를 들어, 전방차선 검출부(110)는 카메라 영상 정보의 휘도, 각도 등을 분석하여 차선을 검출할 수 있으며, 자차 전방의 차선에 대하여 소정의 상대적인 거리(예, 도 3에서 각 시간 인덱스의 d0~d1,.. dN~dN +1,.. dN +M~dN +M+1)로 구분된 위치별로 전방 차선 정보를 검출한다. 도 3과 같이, 업데이트하는 주기(예, 수~수십msec) 간격의 각 시간 인덱스(time index)(t=0,1,2,..)에서 상대적인 위치별 전방 차선 정보 Lt ,0(또는 L0),.. Lt ,N(또는 LN),.. Lt ,N+M(또는 LN +M)를 검출하여 제공할 수 있다.
이동거리 추정부(120)는 자차 속도 및 헤딩 정보를 포함하는 차량정보를 수신하여 소정의 업데이트 주기(예, 수~수십msec) 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리 Δdt - 1를 추정하여 메모리(도시되지 않음)에 저장하고 제공할 수 있다(S120). 자차의 이동 거리 Δdt - 1는 자차 속도에 해당 시간 간격을 곱하여 헤딩 정보에 따른 해당 방향 경로 상으로의 거리값으로 산출될 수 있다. 여기서, 자차의 이동 거리 Δdt- 1를 추정하는 주기는 전방차선 검출부(110)가 위치별 전방 차선 정보를 업데이트하는 주기와 같은 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 해당 주기가 반드시 동일할 필요는 없고 서로 다르게 설정될 수도 있다. 또한, 이동거리 추정부(120)는 위와 같은 자차 속도 및 헤딩 정보 이외에, 카메라 영상 정보로부터 추정한 차선 곡률이나 기울기에 따라, 이동 거리 Δdt -1의 추정 주기를 변동시킬 수도 있다. 예를 들어, 차선 곡률이나 기울기의 변화가 큰 경우에 좀 더 정확한(또는 세밀한) 추정을 위하여 추정 주기를 작게 할 수 있고, 그렇지 않은 경우에는 추정 주기를 크게 하는 것도 가능하다.
후방 차선 추정부(130)는 이전 위치와 현재 위치를 비교해 전방차선 검출부(110)가 검출하는 전방 차선 정보(L0,.. LN,.. LN +M) 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 자차의 이동 거리 Δdt-1마다 추정한다(S130).
먼저, 각 시간 인덱스(t=0,1,2,..)의 상대 거리들 dt ,i에 대하여 주기적 이동 거리 Δdt - 1를 이용하여 차량의 위치를 구하기 위한 소정의 함수 f(dt ,i, Δdt -1)를 적용하여, 기준 시점에 상대적인 어느 시점에서의 차량의 위치를 산출할 수 있다. 예를 들어, 기준 시점 t=0으로부터 각 시간 인덱스(t=0,1,2,..)에서, 도 5와 같이 자차 속도 및 헤딩 정보 등 차량 정보(Vt)와 차량의 위치 Dt ,0 ~ Dt ,1가 변하는 변한다고 가정한다. 이때, 예를 들어, 차량의 위치 Dt ,0 ~ Dt ,1의 변화를 살펴보면, 각 시간 인덱스(t=0,1,2,..)에서, [수학식1]과 같이, 각각에서 Δdt -1가 누적되어 합산된 값으로 각각의 현재 차량의 위치 Dt ,0 ~ Dt ,1가 추정될 수 있다.
[수학식1]
Figure 112014034540128-pat00001
이와 같이 각 시간 인덱스(t=0,1,2,..)에서, 현재 차량의 위치 Dt ,0 ~ Dt ,1가 추정되는 경우, 메모리에 저장된 전방차선 검출부(110)가 검출하는 전방 차선 정보(L0,.. LN,.. LN +M) 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치가 된 해당 소정의 위치들(예, 도 4에서, 시간 인덱스 t=2에서 L0 ,2)에 각각 대응되는 정보(예, L0 ,2..)를 후방 차선 정보로 대체하되, 이는 전방에 대한 정보였으므로 현재 자차 위치에서의 후방으로의 상대적인 위치별 차선 정보로 보정한다. 이와 같은 방식은 이동 거리 Δdt-1마다 전방 차선 정보 Lt ,i가 후방 차선 정보로 대체하여 후방으로의 상대적인 위치별 차선 정보로 보정하기 위한 함수 f(Δdt -1,Lt ,i)를 이용하여 후방위치가 된 해당 소정의 복수의 위치들에 대하여 이루어질 수 있다.
차선정보 제공부(140)는 자차의 이동 거리 Δdt -1 마다 현재 자차 위치에 대하여, 전방차선 검출부(110)가 검출하는 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 후방 차선 추정부(130)가 추정하는 후방 차선 정보를 이용하여 소정의 후방 도로 모델링을 수행한다(S140). 도 5와 같이, 차선정보 제공부(140)는 도로 모델링을 통하여 전방 도로와 후방 도로 각각에 대하여 소정의 함수 형태로 차선정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 위에서 기술한 방식에 따라 전방 또는 후방 차선 정보는, [수학식2]와 같이, 상대적 위치별(i) 시간 인덱스(t)에 대한 함수 f(dt ,i, Δdt -1,Lt ,i)에 의해 결정되는 위치 정보가 해당 차선 정보 It ,i가 되며, 이와 같이 산출된 차선 정보 It,i에 대한 소정의 다항식 함수 f(It ,i)를 이용하여 상대적 위치별(i) 시간 인덱스(t)에 대하여 복수의 위치들에 대하여 합산하면 커브 피팅 방식 등으로 일정 거리에 대하여 전방 또는 후방 차선 정보 I를 산출할 수 있다.
[수학식2]
Figure 112014034540128-pat00002
이와 같은 도로 모델링 방식에 따라 차선정보 제공부(140)는 전방에 대한 자차 속도 및 헤딩 정보 등 차량정보(예, V0, V1,.. VN)에 대응되는 전방 차선 정보(예, L0, L1,.. LN)를 이용하여 전방 도로에 대하여 도 5와 같이 자차로부터의 전방으로 상대적 위치(또는 거리)(xF)에 따른 차선 위치값을 나타내는 소정의 다항식 함수 형태로 전방차선정보 yF를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 차선정보 제공부(140)는 후방에 대한 자차 속도 및 헤딩 정보 등 차량정보(예, VN, VN +1,.. VN +M)에 대응되는 후방 차선 정보(예, LN, LN +1,.. LN +M)를 이용하여 후방 도로에 대하여 도 5와 같이 자차로부터의 후방으로 상대적 거리나 위치(xR)에 따른 차선 위치값을 나타내는 소정의 다항식 함수 형태로 후방차선정보 yR를 제공할 수 있다. 이때, 차선정보 제공부(140)는 자차 속도 및 헤딩 정보 등 차량정보(V0, V1,..) 이외에, 카메라 영상 정보로부터 추정한 차선 곡률이나 기울기에 따라, 차선 곡률이나 기울기가 동일한 구간별로 도로 모델링을 수행하여 구간별 함수의 커브피팅 방식으로 위와 같은 소정의 다항식 함수 형태의 전방차선정보 yF 와 후방차선정보 yR를 제공할 수 있다.
도 6과 같이, 특히 후방 차선에 대하여 추정된 후방차선 정보의 종래의 기술과 본 발명의 비교 결과에서, 직선형의 도로에 대하여는 어느 정도 유사한 결과가 나올 수도 있지만, 곡률이 있는 도로에 있어서는 본 발명의 결과가 종래 기술에 따른 결과 보다도 더 정확한 결과가 제공될 수 있음을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 차선 감지 장치(100)에서는, 위와 같이 카메라 영상정보와 자차 속도/헤딩 정보 등 차량정보 융합 방식에 따라 합류점이나 분기점과 같이 도로가 특성이 갑자기 변하는 경우 등에 있어서 종래 보다 차선을 더 정확하게 추정할 수 있으며, 전방/후방 차선을 더 정확하게 인지할 수 있기 때문에 차후 차선 기반 자율 주행 시스템에서 차선 유지 자율주행, 차선 변경 자율 주행 등을 위하여 위험도 판단 등에서 좀 더 정확한 처리가 가능하게 한다. 이외에도 차선 이탈 경고 시스템, 차선 유지 시스템 등 차선 정보가 필요한 다양한 시스템에 활용되어 정확한 차선 정보를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
전방차선 검출부(110)
이동거리 추정부(120)
후방 차선 추정부(130)
차선정보 제공부(140)

Claims (5)

  1. 차량 운행 중 주행 도로의 차선을 감지하기 위한 차선 감지 장치에 있어서,
    자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 검출하고 소정의 주기 마다 업데이트하는 전방차선 검출부;
    자차 속도 및 헤딩 정보를 수신하여 소정의 주기 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리를 추정하고, 상기 카메라 영상 정보로부터 추정한 차선 곡률이나 기울기에 따라, 상기 이동 거리의 추정 주기를 변동시키는 이동거리 추정부;
    상기 전방 차선 정보 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 상기 자차의 이동 거리 마다 추정하는 후방 차선 추정부; 및
    상기 자차의 이동 거리 마다 현재 자차 위치에 대하여, 상기 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 상기 후방 차선 정보를 이용한 후방 도로 모델링을 수행하는 차선 정보 제공부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후방 차선 추정부는,
    상기 전방 차선 정보 중 후방위치에 대응되는 정보를 현재 자차 위치에서의 후방으로의 상대적인 위치별 차선 정보로 보정하여 상기 후방 차선 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 차선 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차선 정보 제공부는,
    상기 차선 곡률이나 기울기가 동일한 구간별로 상기 모델링을 수행하는 것을 특징으로 하는 차선 감지 장치.
  5. 차량에서 주행 도로의 차선을 감지하기 위한 차선 감지 방법에 있어서,
    자차 전방에 대한 카메라 영상 정보로부터 자차에 대한 상대적인 위치별 전방 차선 정보를 검출하고 소정의 주기 마다 업데이트하는 단계;
    자차 속도 및 헤딩 정보를 수신하여 소정의 주기 마다 해당 경로에서의 자차의 이동 거리를 추정하고, 상기 카메라 영상 정보로부터 추정한 차선 곡률이나 기울기에 따라, 상기 이동 거리의 추정 주기를 변동시키는 단계;
    상기 전방 차선 정보 중 자차의 이동 위치에 따라 후방위치에 대응되는 정보를 이용하여 해당 후방 차선 정보를 상기 자차의 이동 거리 마다 추정하는 단계; 및
    상기 자차의 이동 거리 마다 현재 자차 위치에 대하여, 상기 전방 차선 정보를 이용한 전방 도로 모델링과 상기 후방 차선 정보를 이용한 후방 도로 모델링을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 감지 방법.
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