KR101738425B1 - 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법 - Google Patents

다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다차선 인식에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 것이 가능한 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치는 주행 차량의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부와, 주행 차량의 관심 영역 설정 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 프로세서는 주행 차량의 주행 상황을 판별하고 그 결과를 고려하여 프로그램을 실행하여, 획득된 영상 내에서의 초기 관심영역에 대한 역투영 변환을 적용하여 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하고, 주행 차선의 옆 차선 검출을 위한 제2 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SETTING REGION OF INTEREST FOR DETECTING TRAFFIC LANES}
본 발명은 다차선 인식에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 것이 가능한 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법에 관한 것이다.
운전자 지원 시스템(ADAS, Advanced Driver Assist System)은 운전자의 안전 운전 또는 주행 편의를 보조해주는 시스템을 의미하는 것으로, 세이프티 이슈에 따라 운전자 지원 시스템의 적용이 활발히 이루어지고 있다.
이 중 차선 유지 보조 시스템(LKAS, Lane Keeping Assist System) 등에 적용하기 위해서는 차량의 주행 차선을 정확히 인식하여야 할 필요가 있어, 차량에 장착된 차선 검출 카메라로부터 차선 정보 및 차량 위치 정보를 제공 받아, 차량이 차선을 이탈하지 않도록 조향 토크를 발생하는 기술이 제안되었다.
주행 차량에 대하여는 그 주행 속도에 대응하여 안전 운전을 지원할 수 있도록 빠른 속도로 다차선을 검출함이 필요하나, 종래 기술에 따르면 주행 차선을 인식함에 그치거나, 다차선을 인식하는 경우에도 그 인식 시간이 길어져 운전자에게 안전 운전에 대한 지원을 기능함에 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 헤딩(heading) 정보와 지도 정보를 이용하여 주행 차선 인식을 위한 관심 영역을 최적화하여 설정하고, 옆 차선에 대한 추출을 위하여 관심 영역을 설정하고 패턴 인식을 수행함으로써, 빠른 속도의 인식 성능을 확보하는 것이 가능한 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치는 주행 차량의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부와, 주행 차량의 관심 영역 설정 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 프로세서는 주행 차량의 주행 상황을 판별하고 그 결과를 고려하여 프로그램을 실행하여, 획득된 영상 내에서의 초기 관심영역에 대한 역투영 변환을 적용하여 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하고, 주행 차선의 옆 차선 추출을 위한 제2 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법은 주행 차량의 전방 영상을 획득하는 단계와, 전방 영상 내 초기 관심 영역에 대하여 역투영 변환을 적용하여, 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하는 단계 및 주행 차선의 옆 차선 추출을 위한 제2 관심 영역을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치 및 방법은 OBD 정보와 맵 데이터에 저장된 지도 정보를 이용하여 헤딩 정보의 일치 여부를 확인하고, 주행 차선을 검출하기 위한 관심 영역 및 가상의 옆 차선을 추출하기 위한 관심 영역을 설정함으로써, 주행 중인 차량에서 촬영된 영상으로부터 다차선 검출을 고속으로 수행하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차선 검출 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관심 영역 설정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치(100)는 영상 획득부(110), 주행 차량의 관심 영역 설정 프로그램이 저장된 메모리(130) 및 프로그램을 실행시키는 프로세서(120)를 포함하여 구성된다.
영상 획득부(110)는 주행 차량의 전방 영상을 촬영하며, 외부 환경에 영향을 받지 않도록 내부에 설치됨이 바람직하다.
메모리(130)는 주행 차량에서 관심 영역을 설정하기 위한 프로그램이 저장되며, 이 때 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치와 휘발성 저장장치를 통칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 프로세서(120)는 주행 차량의 주행 상황을 판별하고 그 결과를 고려하여 프로그램을 실행한다.
프로세서(120)는 OBD(On Board Diagnostics, 200)로부터 차량 OBD 정보를 수신하는 데, 이 때 OBD 정보는 차량 헤딩 방향, 속도, 방향 지시등 정보, 핸들 각도, 브레이크 상태, 엑셀레이터 상태, G 센서, GPS 정보 등이다.
프로세서(120)는 맵 데이터 저장부(300)로부터 지도 및 지리 정보를 수신하는데, 이 때 지도 및 지리 정보는 도로 유형, 도로 자오선, 차선, 신호등, 도로 노면 정보, 회전 구간, 카메라 정보 등이다.
프로세서(120)는 차량의 헤딩(heading) 방향과 도로의 자오선이 일치하는 경우, 주행 차량이 도로 상에서 정상 주행인 것으로 인식하여, 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정을 수행하게 된다.
프로세서(120)는 차선 검출을 위한 초기 관심 영역을 설정하는데, 이러한 초기 관심 영역 설정은 영상 획득부의 각도에 따라 획득 영상 내에서 기설정된 영역으로 세팅된다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 초기 관심 영역(400)은 전체 영상 이미지 중에서 기설정된 영역으로 정하여진다.
도 2 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 역투영 변환을 이용한 차선 검출 과정을 나타내는 도면으로서, 프로세서(120)는 설정된 초기 관심 영역(400)에 대하여 역투영 변환(IPM, Inverse Perspective Mapping)을 적용하여 이를 조감도 이미지로 변환한다.
초기 관심 영역은 역투영 변환이 적용되어 탑 뷰(top view) 시점으로 변환되어, 차선(410)에 대한 검출이 수행된다.
실제 차선의 파라미터 값은 실세계 좌표계에 대한 값이기 때문에, 차선 특징들이 포함된 2차원 입력 영상은 3차원 실세계 좌표계로 표현된 영상으로 변환한 뒤 그 파라미터 값들을 차선 검출 과정에서 사용하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 따른 역투영 변환은 원근 효과가 제거된 조감도 영상을 생성하는 것으로, 이러한 조감도 영상을 획득하기 위하여 입력 영상의 각 픽셀들은 조감도 영상이라는 새로운 2차원 평면으로 리샘플링(Resampling)된다.
역투영 변환이 정상적으로 수행되기 위하여는, 해당 영상이 촬영될 시의 영상 획득부의 위치, 3D 자세 정보 및 영상 획득부(110)의 내부 파라미터 정보가 필요하다.
영상 획득부(110)의 내부 파라미터로서 초점 거리(focal length), 주점(principal point)의 정보가 포함되고, 영상 획득부(110)의 위치 및 3D 자세 정보는 영상 획득부(110)가 설치된 높이, 상하로 기울어진 각도(피치), 좌/우로 틀어진 각도(요)가 포함되며, 전술한 정보를 포함하는 경우 역투영 변환의 결과에 대한 정확도를 확보할 수 있으나, 영상 획득부(110)의 내부 파라미터만으로도 3D 자세 정보를 산출하는 것이 가능하다.
프로세서(120)는 획득된 영상으로부터 2차원 영상 좌표계를 3차원 실세계 좌표계로 매핑하고, 그 결과 도 2의 (b) 도시한 바와 같은 조감도 영상을 획득할 수 있다.
이러한 탑뷰 시점에서는 차선뿐 아니라 차선과 유사한 경계 특징을 지니는 노이즈가 포함될 수 있어, 차선 후보들을 필터링한 후 수직선분인 차선 후보를 검출하고, 란삭(RANSAC) 알고리즘을 이용하여 최종 차선을 검출하고, 적응성 관심 영역(adaptive ROI) 내에서 차선이 검출되는지 여부를 확인한다.
란삭 알고리즘은 여러 번의 작업이 반복 수행될수록 증가되는 일정한 확률을 이용하여, 수학적 모델의 파라미터를 도출하는 비결정적 알고리즘으로서, 영상에서 추출된 특징으로 차선을 검출하는 성능이 확보된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 관심 영역 및 제2 관심 영역을 이용한 주행 차선 및 옆 차선 검출을 나타내는 예시도이다.
프로세서(120)는 차선 후보 중 수직성분을 검출하고, 차선 검출에 적합한 제1 관심 영역(420)을 생성한다.
본 발명의 실시예에 따르면 블록의 형태로 기설정 개수가 생성되는데, 제1 관심 영역(420)은 다차선 인식의 처리 속도를 높이기 위하여 최대한 작은 영역으로 생성된다.
전술한 차선 검출 과정 후에는 추적(tracking)이 수행되는데, 프로세서(120)는 주행 차량의 핸들 각도 변경을 고려하여 주행 차선의 이동을 추적하여, 제1 관심 영역(420) 내에서 주행 차선을 검출한다.
제1 관심 영역(420)을 주행 차선의 움직임에 따라 실시간으로 대응되어 움직이게 하기 위하여, 추적 임계치가 결정된다.
검출된 주행 차선 정보와 적응적 관심 영역인 제1 관심 영역(420)의 비교값이 추적 임계치 이상인 경우, 추적 실패가 발생하게 되므로, 차선 검출 및 추적 성능을 확보하는 넓이의 제1 관심 영역(420)이 설정된다.
주행 차량 주변, 즉 주행 차선 기준 좌/우 차선에서 주행 차선으로 끼어드는 차량을 감지 하기 위하여, 옆 차선(주행 차선 기준 좌/우 차선, 440)을 추출하기 위한 제2 관심 영역(430a, 430b)이 설정된다.
도로는 법규상 그 차선이 일정한 간격으로 이격 되어 표시되므로, 전술한 역투영 변환 적용 후, 기설정된 차선 이격 간격을 고려하여 제2 관심 영역(430a, 430b)을 추정하여 설정한다.
이 때, 제2 관심 영역(430)은 차선의 패턴 판단을 위한 학습 데이터를 수집하기 위하여, 제1 관심 영역(420)보다 큰 넓이를 가진다.
차선은 실선, 점선, 파란 선(전용 차로), 노란 선(중앙선) 등 다양한 패턴을 포함하는데, 이러한 차선 패턴을 인식하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 CNN 기법이 사용된다.
차선 패턴 인식을 위한 학습 데이터는 전술한 바와 같이 제2 관심 영역(430)을 통한 옆 차선 검출 결과를 이용하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 최적의 관심 영역을 설정하여 주행 차선(410) 및 가상의 옆 차선(440)에 대한 빠른 인식 성능을 확보하고, 패턴 및 유형을 추출하는 것이 가능한 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법은 주행 차량의 전방 영상을 획득하는 단계(S510)와, 전방 영상 내 초기 관심 영역에 대하여 역투영 변환을 적용하여, 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하는 단계(S520) 및 주행 차선의 옆 차선 검출을 위한 제2 관심 영역을 설정하는 단계(S530)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 S200 단계는 OBD로부터 수신한 차량의 헤딩 정보와 맵 데이터 내 차선의 자오선 정보가 일치하는 것으로 판별된 경우, 관심 영역 설정을 수행한다.
이 때, S200 단계는 초기 관심 영역에 대하여 역투영 변환을 적용하여 조감도 영상을 획득하고, 최종적으로 직선을 검출하고, 적응적 관심 영역인 제1 관심 영역을 설정한다.
S200 단계는 설정된 제1 관심 영역 내에서 주행 차선을 검출하고, 주행 차량의 핸들 각도 변경을 고려하여 주행 차선의 이동을 추적하는 적응적 관심 영역인 제1 관심 영역을 설정한다.
S300 단계는 역투영 변환 적용 후 기설정된 차선 이격 간격을 고려하여 제1 관심 영역보다 상대적으로 큰 넓이에 해당하는 제2 관심 영역을 추정하여 설정한다.
제2 관심 영역에서 검출된 차선 정보는 학습 데이터로 저장되고, 이를 이용하여 제1 관심 영역 내 주행 차선의 패턴 인식이 수행된다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 관심 영역 설정 장치 110: 영상 획득부
120: 프로세서 130: 메모리
200: OBD 300: 맵데이터 저장부
400: 초기 관심 영역 410: 주행차선
420: 제1 관심 영역 430: 제2 관심영역
440: 옆 차선

Claims (9)

  1. 주행 차량의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 주행 차량의 관심 영역 설정 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 주행 차량의 주행 상황을 판별하고 그 결과를 고려하여 상기 프로그램을 실행하여, 상기 획득된 영상 내에서의 초기 관심영역에 대한 역투영 변환을 적용하여 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하고, 상기 주행 차선의 옆 차선 검출을 위한 제2 관심 영역을 설정하고,
    상기 프로세서는 OBD 정보 및 주행 상황에 대응되는 기저장된 맵 데이터를 이용하여 상기 주행 차량의 헤딩 방향과 도로의 자오선이 일치하는지 확인하여, 상기 주행 차량의 차선 검출을 위한 관심 영역 설정을 수행하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 초기 관심 영역을 조감도 영상으로 변환하고, 차선 후보를 검출한 후, 블록 형태의 적응적 관심 영역인 상기 제1 관심 영역을 생성하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 주행 차량의 핸들 각도 변경을 고려하여 상기 주행 차선의 이동을 추적하여, 상기 제1 관심 영역 내에서 주행 차선을 검출하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 초기 관심 영역에 대한 상기 역투영 변환 적용 후, 기설정된 차선 이격 간격을 고려하여 상기 제2 관심 영역을 추정하여 설정하되, 그 넓이를 상기 제1 관심 영역보다 상대적으로 큰 넓이로 설정하여 차선 패턴을 인식하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 장치.
  6. (a) 주행 차량의 전방 영상을 획득하는 단계;
    (b) 상기 전방 영상 내 초기 관심 영역에 대하여 역투영 변환을 적용하여, 주행 차선 검출을 위한 제1 관심 영역을 설정하는 단계; 및
    (c) 상기 주행 차선의 옆 차선 검출을 위한 제2 관심 영역을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는 차량의 헤딩 정보와 맵 데이터 내 차선의 자오선 정보가 일치하는 것으로 판별된 경우, 상기 역투영 변환을 적용하여 상기 초기 관심 영역에 대한 조감도 영상을 획득하고, 차선 후보를 검출하여 적응적 관심 영역인 제1 관심 영역을 설정하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 설정된 제1 관심 영역 내에서 주행 차선을 검출하고, 상기 주행 차량의 핸들 각도 변경을 고려하여 상기 주행 차선의 이동을 추적하는 상기 적응적 관심 영역인 제1 관심 영역을 설정하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 역투영 변환 적용 후 기설정된 차선 이격 간격을 고려하여 상기 제1 관심 영역보다 상대적으로 큰 넓이에 해당하는 상기 제2 관심 영역을 추정하여 설정하는 것
    인 다차선 검출을 위한 관심 영역 설정 방법.
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