KR101654522B1 - 차선감지를 이용한 안전항법장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차선감지를 이용한 안전항법장치에 관한 것으로, 도로를 주행하는 자동차의 운전자가 졸음운전을 하게 되어 의도하지 않게 차선을 변경하려할 경우, 의도치 않게 차선이 변경되는 것을 방지시키며, 진동 또는 경고음으로 차선변경을 운전자에게 경고하거나, 특히, 자동차의 조향각, 주행방향을 계산하여 황색차선을 침범하지 못하도록 조향각 엑츄에이터를 제어하여 황색차선으로의 주행 또는 침범을 방지하여 안전운행이 이루어질 수 있도록 하는 차선감지를 이용한 안전항법장치를 제공한다.

Description

차선감지를 이용한 안전항법장치{Auto driving device with lane sensing}
본 발명은 차선감지를 이용한 안전항법장치에 관한 것으로, 특히, 도로를 주행하는 자동차의 운전자가 졸음운전을 하게 되어 의도하지 않게 차선을 변경하려할 경우, 의도치 않게 차선이 변경되는 것을 방지시키며, 진동 또는 경고음으로 차선변경을 운전자에게 경고하거나, 특히, 자동차의 조향각, 주행방향을 계산하여 황색차선을 침범하지 못하도록 조향각 엑츄에이터를 제어하여 황색차선으로의 주행 또는 침범을 방지하여 안전운행이 이루어질 수 있도록 하는 차선감지를 이용한 안전항법장치에 관한 것이다.
최근 자동차 산업의 발달로 인하여 자동차의 보급은 보편화되었으며, 고속도로 및 도로 운송망의 확충으로 장거리를 운전하는 운전자가 크게 증가하였다.
이에 따라 장거리 운송이 많은 트럭 운전자와 장거리 출퇴근자 등은 장시간 운전에 따른 피로, 부주의, 졸음운전으로 인한 차선이탈사고의 위험에 노출되고 있다.
일반적으로 첨단안전차량(Advanced Safety Vehicle, 이하 "ASV"라 함)은 차량의 안전도 향상을 위하여 첨단 전자 기술과 제어 기술을 적용하는 첨단 차량으로서, 교통사고를 감소시켜 교통량을 증가시키고 에너지를 절약하며 운전자의 편의를 도모하게 된다.
ASV는 차간거리를 자동으로 제어해 주는 정속주행장치(Adaptive Cruise Control, 이하 "ACC"라 함), 차선 이탈을 모니터링하여 경고해 주는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, 이하 "LDWS"라 함) 등을 포함한다.
상기한 종래의 자동차에서는 차선 이탈을 모니터링하여 경고해 주는 차선이탈경보시스템이 도입되어 있다 하더라도, 자동차가 주행하는 도중에 차선을 이탈하고, 중앙선(황색차선)을 침범하여 마주보고 주행하는 다른 차들과 충돌하는 것은, 순간적으로 발생하는 사고이므로, 경고가 발생하면, 부주의하게 운전하는 운전자 또는 졸음운전하는 운전자가 이 경고에 따라 적절한 대처를 즉각적으로 행하기 어려우며, 자칫, 잘못된 대처로 인하여 다른 상황에서의 또 다른 사고가 유발될 수 있는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 주행중인 자동차 전방의 차선을 식별하고, 주행속도, 현재 자동차의 조향각 차선과의 거리를 산출하여 스티어링휠의 조향각을 제한 또는 제어하여 주행 중 옆 차선을 침범하지 못하게 하고, 방향지시등이 켜질 때는 운전자의 제어에 의해 해당 방향으로 스티어링휠이 조작될 수 있도록 하는 차선감지를 이용한 안전항법장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적은, 자동차(100)에 설치된 적어도 하나 이상의 카메라(C1, C2, C3, C4)로 촬영된 영상정보를 각각의 채널로 입력받는 영상입력부(210)와; 상기 영상입력부(210)에 각각의 채널로 입력된 다수의 영상을 평면형태로 보정처리하여 영상을 생성한 후 이 보정된 평면형태의 영상들을 합성하여 자동차(100) 주변의 차선을 추출하는 차선추출부(220)와; 상기 차선추출부(220)에서 추출된 차선을 색상별로 식별하는 차선식별부(230)와; 상기 자동차(100)의 조향각을 검출하는 조향각센서(240)와; 상기 자동차(100)와 추출된 차선과의 거리 정보 또는 조향각센서(240)에 의한 자동차(100)의 진행 방향과 추출된 차선이 이루는 각도 정보를 산출하며, 추출된 거리 정보, 조향각 정보, 현재 자동차(100)의 주행속도에 의해 추출된 차선과의 접촉시간을 유추하여 차선의 이탈을 판단하는 이탈감지부(150)와; 상기 자동차(100)의 중앙으로부터 설정된 좌우방향의 일정거리 내측으로 차선이 진입되지 않는 조향각 범위에서만 스티어링휠(260)이 조작되도록 이탈감지부(150)의 차선이탈정보와 연동하여 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하며, 자동차(100)의 좌우측 방향 중 어느 한 방향을 가르키는 방향지시등이 온(ON)되면, 해당 방향으로 제한된 조향각 조절범위를 해제시켜 스티어링휠(260)의 조작을 가능케 하되, 해당 방향의 차선이 차선식별부(230)에서 식별된 황색차선이면, 황색차선으로 진입되지 않도록 이탈감지부(150)의 차선이탈정보와 연동하여 제한된 조향각 범위내에서만 스티어링휠(260)이 조작되도록 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하는 콘트롤러(280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선감지를 이용한 안전항법장치에 의해 달성된다.
본 발명은 운전자가 자동차로 도로를 주행할 때, 운전자의 부주의 또는 졸음운전을 하더라도, 자동차 전방의 차선을 식별하고, 주행속도, 현재 자동차의 조향각, 차선과의 거리를 산출하여 운전자가 의도하지 않은 상태에서 주행중인 자동차가 차선을 침범하지 못하도록 스티어링휠의 조향각을 제한 또는 제어하여 주행 중 의도하지 않은 상태에서 차선을 침범하지 못하게 하고, 방향지시등이 켜질 때만 운전자의 제어에 의해 스티어링휠이 조작될 수 있도록 함으로써, 자동과 수동항법이 전환될 수 있게 하여 보다 안전한 자동차 주행이 이루어지게 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라의 위치를 평면에서 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 카메라의 위치를 정면에서 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 구성을 도시한 블럭도.
본 발명의 구성을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
자동차(100)에 설치된 3차원 공간상의 적어도 4대의 카메라(C1, C2, C3, C4)를 통해 촬상된 영상을 보정처리함으로써, 차량의 360°주변을 운전자가 확인할 수 있으며, 통상적으로는 어라운드 뷰라고도 칭하곤 한다.
도 1에서 보는 바와 같이 차량의 전방, 후방, 좌측, 우측에는 각각 카메라(C1, C2, C3, C4)가 설치되어 있으며, 차량의 사각지대를 최소화하기 위해 카메라는 최소한 180°이상의 광각이 필요하고, 차량 주변 영상의 품질을 향상하기 위해서는 두 카메라의 중복되는 시야각의 영역(overlap area)이 최소한 1㎡×1㎡ 을 유지되도록 카메라의 설치 높이를 설정하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기한 카메라(C1, C2, C3, C4)는 각각 하나일 수도 있으며, 다수 개의 카메라로 이루어진 카메라군일 수도 있다.
한편, 상기 카메라(C1, C2, C3, C4)의 설치 높이가 높을수록 양호한 영상 품질을 확보할 수 있으며, 이와 같이 각 카메라가 차량의 사각지대를 해소할 수 있는 위치의 선정과 합성된 주변 영상의 화질 저하를 최소화할 수 있는 설치 위치와 시야각 설정이 중요하며, 이는, 차종 및 차의 크기에 따라 각각 다르게 설정할 수 있는 것이므로, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
그리고, 전방 카메라(C1)와 후방 카메라(C4)는 설치될 높이를 동일하게 하며, 좌, 우측 카메라(C2, C3)도 도 2에 도시된 바와 같이 설치될 높이를 동일하게 하는 것이 후술하게 될 평면형태로 영상들을 합성하여 주변의 차선을 추출하기 유리하다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기한 각각의 카메라로부터 촬영된 영상정보는 각각의 채널을 통해 영상입력부(210)로 전달되며, 영상입력부(210)로 전달된 다수의 영상들은 차선추출부(220)에서 평면형태로 보정처리하여 영상을 생성한 후 이렇게 보정된 평면형태의 영상들을 합성하여 자동차(100) 주변의 차선을 추출하게 되는 것이다.
아울러, 상기 차선추출부(220)에서 추출된 차선은 차선식별부(230)에서 색상별로 식별하여 황색선(중앙선)과 흰색선(차선)을 구분하며, 조향각센서(240)에서는 현재 주행중인 자동차(100)의 조향각을 검출한다.
그리고, 상기 이탈감지부(150)는, 상기한 바와 같이 다수 개의 카메라로 촬영된 영상정보로부터 차선을 추출하고, 차선의 종류를 식별하며, 이 차선들과 자동차(100)와의 거리정보를 산출하고, 추출된 차선이 주행하는 자동차(100)의 조향각 및 자동차(100)의 현재 주행속도에 의해 추출된 차선과 언제 접촉될 것인지에 대한 접촉시간을 유추하여 미래의 차선이탈 시간을 판단할 수 있게 되는 것이다.
즉, 추출된 상기 차선과 자동차(100)의 거리를 산출하고, 현재 주행중인 자동차(100)의 속도와 조향각에 의한 자동차(100)의 주행방향을 산출하면 얼마 후 좌측 또는 우측에 인접한 차선과 접촉될 것임을 유추할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 콘트롤러(280)에서는, 상기한 바와 같이 미래의 시간에 차선과 자동차(100)가 접촉될 시점에 따라 자동차(100)의 중앙으로부터 좌우방향의 일정거리 내측으로 차선이 진입되지 않을 수 있는 상기 이탈감지부(150)로부터 전달받은 차선과 자동차(100)와의 거리정보, 조향각센서(240)에서 전달된 자동차(100)의 주행방향과 자동차(100)의 주행속도에 따라 자동차(100)의 조향각 범위에서만 스티어링휠(260)이 조작되도록 조향각 엑츄에이터(270)를 제어함으로써, 스티어링휠(260)의 조작범위를 제한하는 것이다.
예를 들어, 100Km의 속도로 주행하는 차량이 직선구간을 주행하면, 좌우측 차선이 직선으로 뻗어 있기 때문에 조향각 엑츄에이터(270)의 조향각 범위는 좌우측으로 약 1°의 범위로 제한되므로, 운전자는 약 1°의 범위내에서만 스티어링휠(260)을 조작할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 직선구간을 주행하던 차량이 완만하게 좌측으로 돌아가는 코너를 주행하게 될 경우 이탈감지부(150)에서 전달되는 정보와 조향각센서(240)에 의한 현재 자동차(100)의 조향각도 정보에 의하여 콘트롤러(280)는 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하여 스티어링휠(260)의 우측에 대한 조향각을 제한하면서, 좌측으로의 스티어링휠(260)의 조향각 제한각도를 재설정하게 된다.
이때, 상기 스티어링휠(260)에 대하여 제한된 조향각도가 -3°~ -2°(좌측으로 3°~ 좌측으로 2°)라고 산출된다면, 현재 자동차(100)의 조향각이 0°일 경우 콘트롤러(280)는 자동차(100)의 주행속도와 차선과의 접촉거리를 산출하여 현재 조향각 0°가 점차 -2°에 수렴되도록 조향각 엑츄에이터(270)를 제어한다.
여기서, 상기 스티어링휠(260)은 조향각에 대하여 제한이 설정되기 때문에 우측으로는 운전자 임의에 의하여 조작이 되지 않으나, 좌측으로는 제한각도의 범위내에서 조작이 가능하므로 자연스러운 주행을 유지할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 스티어링휠(260)이 조향각에 대한 제한범위를 초과하여 조작되려할 경우에는 조향각 엑츄에이터(270)에 의하여 제한되어 스티어링휠(260)의 조작이 불가능하므로 차선을 침범하는 일은 발생하지 않게 된다.
상기한 바와 같이 직선 차로에서나 회전 차로에서도 추출된 차선과의 거리, 자동차(100)의 조향각, 자동차(100)의 속도에 의하여 콘트롤러(280)는 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하여 조향각을 제한하여 운전자로부터 의도되었건 의도되지 않았건 차선을 이탈하지 않는 범위내에서만 스티어링휠(260)의 조작을 가능하게 하여 차선이탈을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 콘트롤러(280)가 조향각의 제한하는 것은 주행중인 조향각이 최소한 조향각도 범위까지는 수렴될 수 있도록 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하여 자동차(100)의 속도와 차선과 접촉할 수 있는 미래의 시점에 대비할 수 있게 하는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 바와 같이 콘트롤러(280)와 조향각 엑츄에이터(270)에 의하여 스티어링휠(260)의 조작을 제한하기 때문에 스티어링휠(260)의 조작만으로는 운전자가 차선을 변경할 수 없으나, 운전자가 차선을 변경하고자 하는 의도에 따라 방향지시등을 온(ON) 상태로 전환시킨다면, 해당 방향으로 스티어링휠(260)의 조향 조작을 제한하였던 것을 콘트롤러(280)가 해제함으로써, 차선과 접촉하거나 침범하더라도 조향각이 스티어링휠(260)에 의하여 제어될 수 있는 것이다.
그러나, 상기한 바와 같이 차선을 변경하고자 하는 방향으로 방향지시등을 온(ON) 시킬 경우 이탈감지부(150)에서 전달된 차선의 정보와 차선식별부(230)에서 식별된 차선의 종류에 따라 콘트롤러(280)는 스티어링휠(260)의 조향각 조절범위를 해제시켜 운전자의 스티어링휠(260) 조작에 의해 차선을 변경하게 할 수도 있으며, 조절범위를 해제시키지 않고 조작을 하지 못하도록 제한시킬 수도 있다.
즉, 상기한 바와 같이 차선을 변경하기 위하여 방향지시등을 온(ON) 시킬 경우, 해당 방향의 차선이 황색차선일 경우에는 이 황색차선이 중앙선으로서, 주행중에는 절대 넘어서는 안되는 선이므로, 아무리 운전자의 의도에 의해 중앙선을 침범하려한다고 하더라도 콘트콜러(280)는 해당 방향으로의 조향각 조절범위를 해제시키지 않음으로써, 중앙선을 침범하는 경우가 발생하지 않도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명은 운전자가 졸음운전을 하여 자동차의 주행방향이 차선을 침범하는 방향으로 향하게 되면, 콘트롤러(280)에 의하여 차선의 변경을 방지하게 함은 물론, 운전자가 차선을 변경하고자 할 경우, 방향지시등을 온(ON) 시킴에 따라 운전자의 의도대로 스티어링휠이 조작되어 차선을 변경할 수 있게 하며, 특히, 주행 중 졸음운전에 의하여 운전자의 의도가 아닌 상태에서나 또는 운전자의 의도가 있다고 하더라도 황색차선을 침범하려할 경우라면 콘트롤러(280)가 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하여 황색차선(중앙선)의 침범을 근본적으로 차단하게 함으로써, 안전운전이 유지되게 한다.
100 : 자동차
210 : 영상입력부 220 : 차선추출부
230 : 차선식별부 240 : 조향각센서
250 : 이탈감지부 260 : 스티어링휠
270 : 조향각 엑츄에이터
280 : 콘트롤러

Claims (1)

  1. 자동차(100)에 설치된 적어도 하나 이상의 카메라로 촬영된 영상정보를 각각의 채널로 입력받는 영상입력부(210)와;
    상기 영상입력부(210)에 각각의 채널로 입력된 다수의 영상을 평면형태로 보정처리하여 영상을 생성한 후 이 보정된 평면형태의 영상들을 합성하여 자동차(100) 주변의 차선을 추출하는 차선추출부(220)와;
    상기 차선추출부(220)에서 추출된 차선을 색상별로 식별하는 차선식별부(230)와;
    상기 자동차(100)의 조향각을 검출하는 조향각센서(240)와;
    상기 자동차(100)와 추출된 차선과의 거리 정보 또는 조향각센서(240)에 의한 자동차(100)의 진행 방향과 추출된 차선이 이루는 각도 정보를 산출하며, 산출된 거리 정보, 조향각 정보, 현재 자동차(100)의 주행속도에 의해 추출된 차선과의 접촉시간을 유추하여 차선의 이탈을 판단하는 이탈감지부(150)와;
    상기 자동차(100)의 중앙으로부터 설정된 좌우방향의 일정거리 내측으로 차선이 진입되지 않는 조향각 범위에서만 스티어링휠(260)이 조작되도록 이탈감지부(150)의 차선이탈정보와 연동하여 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하며, 자동차(100)의 좌우측 방향 중 어느 한 방향을 가르키는 방향지시등이 온(ON)되면, 해당 방향으로 제한된 조향각 조절범위를 해제시켜 스티어링휠(260)의 조작을 가능케 하되, 해당 방향의 차선이 차선식별부(230)에서 식별된 황색차선이면, 황색차선으로 진입되지 않도록 이탈감지부(150)의 차선이탈정보와 연동하여 제한된 조향각 범위내에서만 스티어링휠(260)이 조작되도록 조향각 엑츄에이터(270)를 제어하는 콘트롤러(280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선감지를 이용한 안전항법장치.
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