KR101882683B1

KR101882683B1 - Rtk-gnss를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101882683B1
Application number: KR1020170089059A
Authority: KR
Inventors: 장진환
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-07-30

Abstract

GNSS와 영상 카메라를 활용함에 따라 실험차량이 도로를 정상적으로 주행하면서 고정밀 차선 측위가 가능해지며, 또한, 차선 이동방향과 수직으로 영상 카메라를 설치함으로써 고화질의 차선 영상 데이터를 획득할 수 있고, 또한, 영상 카메라에 편광필터를 장착함으로써 조도, 섬광 등 영향을 최소화하여 영상을 용이하게 처리할 수 있는, RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FO DETECTING POSITION INFORMATION OF ROAD LANE USING REAL TIME KINEMATIC (RTK)- GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM (GNSS), AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 도로 차선 위치정보 검출 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고정밀 RTK(Real Time Kinematic)-GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 기반의 차선이탈경고 시스템에 필수적인 고정밀 도로 차선 측위 시스템으로서 고정밀 RTK-GNSS 및 편광필터 장착 영상센서를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 도로의 차선(또는 차로)이탈 교통사고는 자칫 대형교통사고를 유발할 수 있다. 이러한 차선이탈 교통사고를 예방하기 위해 차선에 돌출형 줄무늬(Rumble Strip)를 설치하기도 하지만, 이를 통해 차선이탈 교통사고를 감소시키는 데에는 한계가 있다. 예를 들면, 차선이탈 교통사고 현황으로서, 대형교통사고(중상, 사망)의 80%는 지방부 도로에서 발생하고, 또한, 지방부 교통사고 중 50%는 차선이탈 교통사고이며, 대형교통사고의 63%는 곡선부 차선 이탈에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.

따라서 최근에는 첨단안전차량을 이용하여 운전자가 차선을 이탈할 경우 자동으로 경고해주는 시스템으로서, 차선이탈경고 시스템(Land Departure Warning System: LDWS)이 도입되고 있다.

이러한 차선이탈경보 시스템(LDWS)은 차량에 부착된 카메라로부터 전방도로 영상을 감지하여 현재 달리고 있는 차선을 파악한 후, 만약 운전자가 부주의나 졸음운전 등으로 차선을 이탈하려고 하면 경보음이 울리도록 하여 주는 안전장치이다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 차선이탈경보 시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1a는 차선이탈경보 시스템(LDWS) 카메라(20)가 장착된 차량(10)을 나타내는 도면이고, 도 1b는 차량(10) 내의 차선이탈경보 시스템의 동작버튼(30)을 나타내는 도면이다.

이러한 차선이탈경보 시스템(LDWS)은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 차량 전방의 영상신호를 분석하여 차량이 차선을 벗어났는지를 판단하는 차선 검출 장치와 이러한 차선 검출 장치의 분석 결과 차량이 차선을 벗어나면 그 사실을 운전자에게 경고하는 경보 발생부를 포함한다.

이와 같은 차선이탈경보 시스템(LDWS)은 도로 운송망이 잘 갖춰지고 자동차 산업이 발달한 나라에서는 운전자들, 특히 트럭 운전사와 장거리 출퇴근자가 장시간 운전에 따른 피로, 부주의 졸음운전으로 인한 차선이탈 사고의 위험에 노출된 상황에서 그 필요성이 부각되고 있다.

그러나 종래의 기술에 따른 영상센서 기반 LDWS는 눈, 비, 안개 등 악천후 시 영상센서의 차선 인식률이 저하될 때 한계점을 드러내고 있다. 또한, 고가의 영상센서 및 영상처리 알고리즘을 차량에 설치해야 하는 비효율성을 지니고 있으며, 이에 따라, 종래의 기술에 따른 영상센서 기반 LDWS는 악천후 및 비용 측면에서 불리하다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1295077호(출원일: 2011년 12월 28일), 발명의 명칭: "다양한 도로 상황에서의 차선 검출 및 추적 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1033948호(출원일: 2004년 2월 18일), 발명의 명칭: "차선 이탈 경보 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1723536호(출원일: 2015년 11월 19일), 발명의 명칭: "도로에서의 차선 검출 방법 및 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1240499호(출원일: 2011년 10월 28일), 발명의 명칭: "실시간 차선 인식 및 차량 검출 장치 및 방법" 대한민국 공개특허번호 제2007-75789호(공개일: 2007년 7월 24일), 발명의 명칭: "자동차의 차선 이탈 경보 시스템" 대한민국 공개특허번호 제2015-84234호(공개일: 2015년 7월 22일), 발명의 명칭: "차량 및 차선 위치 검출 시스템 및 방법" 대한민국 공개특허번호 제2013-72196호(공개일: 2013년 7월 1일 ), 발명의 명칭: "지엔에스에스 기준 국 및 감시" 대한민국 공개특허번호 제2016-135024호(공개일: 2016년 11월 24일), 발명의 명칭: "모바일 단말을 이용한 GNSS 측량 시스템 및 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1180421호(출원일: 2011년 12월 6일), 발명의 명칭: "편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, GNSS와 영상 카메라를 활용함에 따라 실험차량이 도로를 정상적으로 주행하면서 고정밀 차선 측위가 가능한, RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 영상 카메라에 편광필터를 장착함으로써 조도, 섬광 등 영향을 최소화하여 영상을 용이하게 처리할 수 있고, 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 영상 카메라를 설치함으로써 고화질의 차선 영상 데이터를 획득할 수 있는, RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은, 도로 차선을 따라 주행하는 차량에 장착되고, 고정밀 좌표 측위가 가능하도록 GNSS 좌표값을 수신하는 RTK 방식의 GNSS 수신기; 편광필터가 장착되고, 도로 차선을 촬영하는 편광필터 장착 영상 카메라; 및 도로 차선을 따라 주행하는 차량 내부에 구비되고, 상기 GNSS 수신기로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 편광필터 장착 영상 카메라로부터 촬영된 영상을 수집하며, 상기 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하고, 상기 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정하는 운전자 단말을 포함하되, 상기 운전자 단말은 상기 영상 카메라가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 운전자 단말은, 상기 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기로부터 GNSS 좌표값을 수집하는 GNSS 좌표값 수집부; 상기 편광필터가 장착된 영상 카메라로부터 촬영된 영상을 수집하는 동영상 수집부; 상기 수집된 동영상을 그레이 스케일로 변환하는 그레이 스케일 변환부; 상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류하는 이진모드 처리부; 차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출하는 최적 임계값 도출부; 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정된 기준점을 계산하는 기준점 위치 계산부; 상기 이진모드 처리부에서 분류된 차선의 중간 위치 간의 거리를 계산하는 차선 중간값 위치 계산부; 및 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하는 차선 위치좌표 산출부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 차선 위치좌표 산출부에 의해 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정하는 차선이탈 결정부를 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 동영상 수집부는 조도 또는 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화하도록 상기 편광필터의 구동을 제어하여 영상을 수집할 수 있다.

여기서, 상기 이진모드 처리부에서 분류된 차선은 백색으로 표현되고 나머지 부분은 흑색으로 표현될 수 있다.

여기서, 상기 최적 임계값 도출부에서 도출되는 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 편광필터가 장착된 영상 카메라는 차선 이동방향과 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법은, a) 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기 및 편광필터가 장착된 영상 카메라가 각각 설치된 차량이 도로 차선을 따라 주행하는 단계; b) 상기 GNSS 수신기로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 영상 카메라로부터 동영상을 수집하는 단계; c) 상기 수집된 동영상을 그레이 스케일로 변환하는 단계; d) 상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류하는 단계; e) 차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출하는 단계; f) 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점과 차선 중간값 위치를 각각 계산하는 단계; 및 g) 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계의 영상 카메라가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, GNSS와 영상 카메라를 활용함에 따라 실험차량이 도로를 정상적으로 주행하면서 고정밀 차선 측위가 가능해진다.

본 발명에 따르면, 영상 카메라에 편광필터를 장착함으로써 조도, 섬광 등 영향을 최소화하여 영상을 용이하게 처리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 영상 카메라를 설치함으로써 고화질의 차선 영상 데이터를 획득할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 차선이탈경보 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템이 적용되는 RTK-GNSS를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 RTK-GNSS에 따른 정확도가 향상되는 것을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템이 탑재된 차량을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법의 동작흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

[RTK-GNSS]

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템이 적용되는 RTK-GNSS를 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 RTK-GNSS에 따른 정확도가 향상되는 것을 예시하는 도면이다.

일반적으로, 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS)은 인공위성(200a~200d)을 이용해 위치를 결정할 수 있게 하는 체계이다. 수신자가 지구에서 인공위성(200a~200d)을 통해 GNSS-수신기의 위치(경도와 위도), 주변 지도 등의 정보를 전송받고 목적지로 가는 쉬운 경로 따위를 유추할 수 있도록 도와주는 체계이다. 위성에서 발신된 전파를 GNSS-수신기에서 수신하여 인공위성(200a~200d)으로부터의 거리를 구하여 수신기의 위치를 결정한다. 예를 들면, 이러한 GNSS 종류로는 미국 국방부에서 운영하는 GPS(Global Positioning System), 유럽연합을 위주로 하여 개발중인 Galileo 위치결정시스템, 러시아에서 운영하는 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System), 중국에서 운영하는 베이더우(북두, Compass)위성 항법 시스템 등이 있다.

일반적인 GNSS는 크게 인공위성, 지상의 제어국, 사용자로 구성되어 있다. 지상 제어국의 GNSS-수신기에서 고도 약 20,000㎞ 중궤도에 위치해 있는 인공위성(200a~200d)에서 신호를 받아 100m 이내의 위치정보를 알아낼 수 있는 것이 GNSS의 기본 원리이다. 또한, 인공위성(200a~200d)의 위치와 위성시계, 전리층모델, 위성궤도변수, 위성상태 등의 항법정보가 있다면, 현재 사용자의 GNSS-수신기 위치를 파악할 수 있다. 즉, 인공위성(200a~200d)에서 보내는 신호가 GNSS-수신기에 도달하기까지 걸리는 시간을 측정해서 인공위성(200a~200d)과 GNSS-수신기 사이의 거리를 구하고, 사용자의 GNSS-수신기의 현재 위치를 계산할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, RTK-GNSS를 활용하여 도로 차선 위치정보를 검출할 수 있고, 오차범위를 센티미터 수준으로 낮춘 것이 특징이다.

일반적으로 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기를 이용하여 계산된 위치는 2차원의 평면좌표와 높이로 구성된 3차원으로 표현된다.

GNSS 수신기를 이용하여 계산된 위치는 평면좌표와 높이로 구성된 3차원의 (x, y, z) 좌표로 표현된다. GNSS 수신기 단독으로 계산된 위치는 GNSS 관측간 발생하는 계통 오차, 우연 오차 등에 의하여 그 정확도가 최대 15m까지 오차가 발생하게 된다.

이러한 GNSS 수신기로 정확한 위치를 산출하기 위해서 실시간 상대측위(DGNSS : Differential GNSS) 또는 실시간 이동 측량(RTK: Real Time Kinematic) 기법을 사용하게 된다. 이런 결과를 통하여 GNSS 센티미터급 정확도의 위치정보를 얻을 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, GNSS 위성(200a~200d)은 다수의 위성으로 형성되어 위성신호를 송신하며, 복수의 GNSS 기준국(300)은 상기 GNSS 위성(200a~200d)으로부터 GNSS 위치 신호를 수신한다.

복수의 기준국(300)은 소정의 기준점에 설치되어 복수의 GNSS 위성(200a~200d)으로부터 GNSS 위치신호를 수신하고, 기준점의 GNSS 관측정보를 생성한다.

GNSS 수신기(120)는 복수의 GNSS 위성(200a~200d)으로부터 GNSS 위치신호를 수신하여 정밀위치정보를 계산한다.

또한, 상기 GNSS 수신기(120)는 해당 지점을 따라 이동 가능하며, 상기 GNSS 위성(200a~200d)으로부터 위치정보에 GNSS 위치신호를 수신하여 2차원의 평면좌표와 높이로 구성된 3차원으로 위치정보를 표현하며, 상기 GNSS 수신기(120)는 운전자 단말(150)에 의하여 제어된다.

[RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템(100)]

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템이 탑재된 차량을 예시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은, RTK-GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 기반의 차선이탈경고 시스템에 필수적인 고정밀 도로 차선 측위 시스템으로서, 고정밀 RTK(Real Time Kinematic)-GNSS, 영상 카메라, 컴퓨터인 운전자 단말 및 영상처리 소프트웨어로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은 GNSS 기반 LDWS 구현을 위해 필수적으로 필요한 도로 차선 고정밀 측위시스템에 관한 것으로서, RTK-GNSS와 영상 카메라를 탑재한 차량이 도로를 주행하면서 차선의 고정밀 측위(예를 들면, 오차 10cm 이내)가 가능하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은 차량 상단부에 GNSS 수신기/안테나, 편광필터 장착 영상 카메라를 설치하고, 차량 내부에는 데이터 수집을 위한 컴퓨터인 운전자 단말을 설치한다. 이때, 상기 GNSS는 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식을 사용하고, 영상 카메라에 편광필터를 부착하여 조도, 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화할 수 있다. 또한, 카메라 영상 내에는 GNSS로부터 이격거리를 정확히 알 수 있는 물체를 설치하여 차선의 위치 측위에 활용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템은, 조사차량에 장착된 영상 카메라를 이용하여 수집한 영상 데이터는 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환된 후 흑색과 백색만 존재하는 이진 모드(Binary Mode)로 처리된다. 여기서, 차선은 백색으로 표현되고, 나머지 부분은 흑색으로 표현될 수 있다. 또한, 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정할 수 있다.

또한, 수집된 영상 내에서 차선을 분류한 후 영상 내 기설정 기준점과 이진 모드에서 분류된 차선의 중간 위치 간의 거리를 계산하고, 이후, 상기 계산된 거리 값과 GNSS 좌표값을 이용하여 차선의 가운데 위치의 좌표값을 도출한다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템을 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템의 구체적인 구성도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템(100)은, GNSS 안테나(110), GNSS 수신기(120), 영상 카메라(130), 편광필터(140) 및 운전자 단말(150)을 포함하며, 상기 운전자 단말(150)은, 도 6에 도시된 바와 같이, GNSS 좌표값 수집부(151), 동영상 수집부(152), 그레이 스케일 변환부(153), 이진모드 처리부(154), 최적 임계값 도출부(155), 기준점 위치 계산부(156), 차선 중간값 위치 계산부(157), 차선 위치좌표 산출부(158) 및 차선이탈 결정부(159)를 포함한다.

GNSS 수신기(120)는 RTK(Real Time Kinematic) 방식의 GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 수신기로서, 도로 차선을 따라 주행하는 차량에 장착되고, 고정밀 좌표 측위가 가능하도록 GNSS 안테나(110)를 통해 GNSS 좌표값을 수신한다. 즉, GNSS 안테나(110)를 통해 인공위성(200)으로부터 GNSS 위치정보를 수신하여 GNSS 좌표값을 산출한다. 또한, 상기 GNSS 수신기(120)는 소정의 기준점에 설치된 복수의 기준국(300)으로부터 소정의 기준점의 GNSS 관측정보를 생성한다. 이에 따라 전술한 바와 같이 RTK-GNSS에 의해 도로 차선의 고정밀 측위가 가능하게 된다.

편광필터 장착 영상 카메라(130)는 편광필터(140)가 장착되고, 도로 차선을 촬영한다. 이때, 상기 편광필터(140)가 장착된 영상 카메라(130)는 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 설치되는 것이 바람직하다.

운전자 단말(150)은 도로 차선을 따라 주행하는 차량 내부에 구비되고, 상기 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 편광필터 장착 영상 카메라(130)로부터 촬영된 영상을 수집하며, 상기 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하고, 상기 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정한다. 특히, 상기 운전자 단말(150)은 상기 영상 카메라(130)가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기(120)로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하게 된다. 여기서, 상기 운전자 단말(150)은, 예를 들면, 노트북으로 구현될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

구체적으로, 상기 운전자 단말(150)의 GNSS 좌표값 수집부(151)는 상기 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집한다.

동영상 수집부(152)는 상기 편광필터(140)가 장착된 영상 카메라(130)로부터 촬영된 영상을 수집한다. 이때, 상기 동영상 수집부(152)는 조도 또는 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화하도록 상기 편광필터(140)의 구동을 제어하여 영상을 수집하는 것이 바람직하다.

그레이 스케일 변환부(153)는 상기 수집된 동영상을 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환한다.

이진모드 처리부(154)는 상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드(Binary Mode) 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류한다. 이때, 상기 이진모드 처리부(154)에서 분류된 차선은 백색으로 표현되고 나머지 부분은 흑색으로 표현된다.

최적 임계값 도출부(155)는 차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출한다. 이때. 상기 최적 임계값 도출부(155)에서 도출되는 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정하는 것이 바람직하다.

기준점 위치 계산부(156)는 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정된 기준점을 계산하고, 차선 중간값 위치 계산부(157)는 상기 이진모드 처리부(154)에서 분류된 차선의 중간 위치 간의 거리를 계산한다.

차선 위치좌표 산출부(158)는 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출한다.

이에 따라, 차선이탈 결정부(159)는 상기 차선 위치좌표 산출부(158)에 의해 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템(100)에서, 주행차량에 장착된 영상 카메라를 이용하여 영상 데이터를 수집하고, 이후, 수집된 영상 데이터는 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환된 후 흑색과 백색만 존재하는 이진 모드(Binary Mode)로 처리된다. 여기서, 차선은 백색으로 표현되고, 나머지 부분은 흑색으로 표현될 수 있다. 또한, 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정할 수 있다.

또한, 수집된 영상 내에서 차선을 분류한 후 영상 내 기설정 기준점과 이진 모드에서 분류된 차선의 중간 위치 간의 거리를 계산하고, 이후, 상기 계산된 거리 값과 GNSS 좌표값을 이용하여 차선의 가운데 위치의 좌표값을 도출할 수 있다.

이에 따라 상기 영상 카메라(130)가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치함으로써 차선의 위치를 용이하게 측위할 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, GNSS와 영상 카메라를 활용함에 따라 실험차량이 도로를 정상적으로 주행하면서 고정밀 차선 측위가 가능해지고, 영상 카메라에 편광필터를 장착함으로써 조도, 섬광 등 영향을 최소화하여 영상을 용이하게 처리할 수 있고, 차선 이동방향과 수직으로 영상 카메라를 설치함으로써 고화질의 차선 영상 데이터를 획득할 수 있다.

[RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법]

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법의 동작흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법은, 먼저, 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기(120) 및 편광필터가 장착된 영상 카메라(130)가 각각 설치된 차량이 도로 차선을 따라 주행한다(S110). 여기서, 상기 영상 카메라(130)가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기(120)로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 편광필터가 장착된 영상 카메라(130)는 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 설치되며, 조도 또는 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화하도록 상기 편광필터(140)의 구동이 제어되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 영상 카메라(130)로부터 동영상을 수집한다(S120).

다음으로, 상기 수집된 동영상을 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환한다(S130).

다음으로, 상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드(Binary Mode) 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류한다(S140). 이때, 상기 차선은 백색으로 표현되고 나머지 부분은 흑색으로 표현될 수 있다.

다음으로, 차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출한다(S150). 이때, 상기 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점과 차선 중간값 위치를 각각 계산한다(S160).

다음으로, 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출한다(S170). 즉, 상기 GNSS 좌표값과 기준점간의 거리정보에 따라 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출할 수 있다.

다음으로, 상기 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정한다(S180).

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, GNSS 기반 LDWS 도입에 따른 교통사고를 감소시킬 수 있고, 종래의 영상 카메라 기반 LDWS에 비해 비용을 절감시킬 수 있으며, 악천후에 따른 신뢰도 저감을 방지할 수 있고, 특히, 차선(차로) 단위 디지털 맵 작성을 위한 현장조사 수집시스템으로 활용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템
200, 200a~200d: 인공위성
300: 기준국
110: GNSS 안테나
120: GNSS 수신기
130: 영상 카메라
140: 편광필터
150: 운전자 단말
151: GNSS 좌표값 수집부
152: 동영상 수집부
153: 그레이 스케일 변환부
154: 이진모드 처리부
155: 최적 임계값 도출부
156: 기준점 위치 계산부
157: 차선 중간값 위치 계산부
158: 차선 위치좌표 산출부
159: 차선이탈 결정부

Claims

도로 차선을 따라 주행하는 차량에 장착되고, 고정밀 좌표 측위가 가능하도록 GNSS 좌표값을 수신하는 RTK(Real Time Kinematic) 방식의 GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 수신기(120);
편광필터(140)가 장착되고, 도로 차선을 촬영하는 편광필터 장착 영상 카메라(130); 및
도로 차선을 따라 주행하는 차량 내부에 구비되고, 상기 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 편광필터 장착 영상 카메라(130)로부터 촬영된 영상을 수집하며, 상기 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하고, 상기 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정하는 운전자 단말(150)을 포함하되,
상기 운전자 단말(150)은 상기 영상 카메라(130)가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기(120)로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제1항에 있어서, 상기 운전자 단말(150)은,
상기 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집하는 GNSS 좌표값 수집부(151);
상기 편광필터가 장착된 영상 카메라(130)로부터 촬영된 영상을 수집하는 동영상 수집부(152);
상기 수집된 동영상을 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환하는 그레이 스케일 변환부(153);
상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드(Binary Mode) 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류하는 이진모드 처리부(154);
차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출하는 최적 임계값 도출부(155);
상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정된 기준점을 계산하는 기준점 위치 계산부(156);
상기 이진모드 처리부(154)에서 분류된 차선의 중간 위치 간의 거리를 계산하는 차선 중간값 위치 계산부(157); 및
상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하는 차선 위치좌표 산출부(158)를 포함하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제2항에 있어서,
상기 차선 위치좌표 산출부(158)에 의해 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정하는 차선이탈 결정부(159)를 추가로 포함하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제2항에 있어서,
상기 동영상 수집부(152)는 조도 또는 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화하도록 상기 편광필터(140)의 구동을 제어하여 영상을 수집하는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제2항에 있어서,
상기 이진모드 처리부(154)에서 분류된 차선은 백색으로 표현되고 나머지 부분은 흑색으로 표현되는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제2항에 있어서,
상기 최적 임계값 도출부(155)에서 도출되는 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
제1항에 있어서,
상기 편광필터가 장착된 영상 카메라(130)는 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 설치되는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 시스템.
a) 고정밀 좌표 측위가 가능한 RTK 방식의 GNSS 수신기(120) 및 편광필터(140)가 장착된 영상 카메라(130)가 각각 설치된 차량이 도로 차선을 따라 주행하는 단계;
b) 상기 GNSS 수신기(120)로부터 GNSS 좌표값을 수집하고, 상기 영상 카메라(130)로부터 동영상을 수집하는 단계;
c) 상기 수집된 동영상을 그레이 스케일(Gray Scale)로 변환하는 단계;
d) 상기 그레이 스케일로 변환된 동영상을 이진 모드(Binary Mode) 처리하여 도로를 흑색 또는 백색으로 구분하여 차선을 분류하는 단계;
e) 차선 넓이 균일도가 최고인 값을 흑백 분류 최적 임계값으로 도출하는 단계;
f) 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점과 차선 중간값 위치를 각각 계산하는 단계; 및
g) 상기 흑색 또는 백색으로 구분된 영상 내 기설정 기준점을 활용하여 GNSS 좌표값 대비 차선위치 좌표를 산출하는 단계를 포함하되,
상기 a) 단계의 영상 카메라(130)가 촬영한 영상 내에 상기 GNSS 수신기(120)로부터 이격거리를 정확히 알 수 있도록 기준점이 설정된 물체를 설치하여 차선의 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법.
제8항에 있어서,
h) 상기 산출된 차선위치 좌표에 따라 주행차량의 차선이탈 여부를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법.
제8항에 있어서,
상기 a) 단계에서 편광필터가 장착된 영상 카메라(130)는 차선 이동방향과 수직으로(Side-Facing) 설치되며, 조도 또는 섬광 등에 따른 화질 저하 현상을 최소화하도록 상기 편광필터(140)의 구동이 제어되며, 상기 d) 단계에서 차선은 백색으로 표현되고 나머지 부분은 흑색으로 표현되며, 상기 e) 단계의 흑백 분류 임계값은 다수의 임계값을 적용하여 산출된 차선의 넓이가 가장 균일한 상태의 임계값을 최적 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 RTK-GNSS를 이용한 도로 차선 위치정보 검출 방법.