KR102280846B1 - Mms를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템 - Google Patents

Mms를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템 Download PDF

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KR102280846B1 KR1020200113652A KR20200113652A KR102280846B1 KR 102280846 B1 KR102280846 B1 KR 102280846B1 KR 1020200113652 A KR1020200113652 A KR 1020200113652A KR 20200113652 A KR20200113652 A KR 20200113652A KR 102280846 B1 KR102280846 B1 KR 102280846B1
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Abstract

본 발명은 MMS(Mobile Mapping System)를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MMS 차량으로부터 얻어지는 고정밀 주행궤적을 사용하여 유망 차선 후보로 필터링함으로써 차선 검출의 정확도를 높이고 불필요한 연산을 줄여 차선 레벨의 정밀지도를 구축할 수 있도록 개선된 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 관한 것이다.

Description

MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템{Self-driving precision map production system based on MMS}
본 발명은 MMS(Mobile Mapping System)를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MMS 차량으로부터 얻어지는 고정밀 주행궤적을 사용하여 유망 차선 후보로 필터링함으로써 차선 검출의 정확도를 높이고 불필요한 연산을 줄여 차선 레벨의 정밀지도를 구축할 수 있도록 개선된 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 관한 것이다.
최근 자율주행을 통하여 목적지까지 보다 편리하고 안정적이며 효율적으로 도착하도록 지원하기 위하여 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계, 차선 수 등을 고려하여 차선 변경이 필요한지를 자동으로 결정하고 차선 변경이 필요한 경우 차선 변경의 타이밍을 효과적으로 결정할 수 있도록 하기 위해서는 정밀지도의 필요성이 높아지고 있으며, 이를 위하여 정밀지도의 차선 지도를 효율적으로 구축하기 위한 방안들이 요구되고 있는 실정이다.
이러한 요구에 맞추어 종래에는 도 1의 예시와 같이, 전처리 모듈(100)은 차선 후보 선택부(110), 에지 추출부(130) 및 세선화부(150)를 포함하고; 관심영역 설정 모듈(200)은 동적 이미지 관심영역 설정부(210), 고정이미지 관심영역 설정부(230) 및 카메라 관심영역 설정부(250)를 포함하며; V-ROI(Video Region of Interest) 설정부를 더 포함하고; 오류 검출 모듈(400)은 탑뷰 변환부(410)및 허프 변환부(430)을 포함함으로써 네비게이션으로부터 획득한 차량의 위치정보와 차량에서 획득한 이미지정보를 연동하여 차선 인식을 위한 관심영역을 필터링하여 차선 인식 수행에 필요한 연산량을 감소시킨 차선인식 시스템이 개시되고 있다.
그런데, 이 기술은 내비게이션으로부터 획득한 차량의 위치정보와 차량에서 획득한 이미지 정보를 연동하여 차선 인식을 위한 관심 영역을 필터링함으로써 차선 인식 수행에 필요한 연산량을 감소시켜 전체 시스템의 응답 성능을 향상시킨 장점은 있으나 정밀지도에 포함되는 차선 정보를 구축하는 것과의 관련성은 낮다.
또한, 일반적인 차선인식 기술은 영상 기반의 차선 인식 및 차선 객체 추출을 영상으로부터 주변과 색상 차이가 큰 화소들의 연결성을 찾아내어 차선으로 추정하는 것이어서, 영상의 품질에 따라 차선의 검출 품질이 달라진다는 단점이 존재한다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0131154호(2018.12.10.) 'MMS 차량의 고정밀 주행궤적을 이용한 차선 필터링 및 차선 지도 구축 방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, MMS 차량으로부터 얻어지는 고정밀 주행궤적을 사용하여 유망 차선 후보로 필터링함으로써 차선 검출의 정확도를 높이고 불필요한 연산을 줄여 차선 레벨의 정밀지도를 구축할 수 있도록 개선된 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, MMS 차량(100)에 탑재되고, MMS 차량(100)의 주행궤적을 검출하는 고정밀 주행궤적 검출장치(10); MMS 차량(100)의 주행궤적에 따른 RGB 영상을 획득하는 후방카메라 장치(20); MMS 차량(100)의 주행시 지상라이다 정보를 통해 지도 좌표 3차원 점군을 획득하는 레이저 스캔장치(30); 상기 고정밀 주행궤적 검출장치(10), 후방카메라 장치(20), 레이저 스캔장치(30)의 구동을 제어하는 컨트롤러(40); 상기 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 상기 고정밀 주행궤적 검출장치(10)에 의해 획득된 MMS 차량의 고정밀 주행궤적의 선형을 RGB 영상에 투영하여 맵핑 이미지를 생성하는 맵핑기(50); 상기 컨트롤러(40)의 제어하에 상기 맵핑 이미지를 역투영 변환(Inverse Perspective Mapping) 방식을 통해 정사영상으로 변환하는 정사영상변환기(60);를 포함하고, 정사영상에 포함된 상기 고정밀 주행궤적을 컨트롤러(40)가 선형 방정식으로 근사하여 대표 선형을 도출한 다음 정사영상에서 관심 영역에 대하여 차선 후보를 검출하여 선형을 도출하며, 고정밀 주행궤적의 대표 선형과 차선 후보의 선형의 유사성 비교에 의하여 유망 차선 후보를 도출하고, 도출된 유망 차선 후보에서 차선 객체를 추출하며, 레이저 스캔장치(30)에 의하여 취득된 지도 좌표 3차원 점군으로부터 획득되는 지도 좌표를 추출된 차선 객체에 부여하여 지도 좌표 차선을 생성하고 차선지도를 구축하는 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 있어서;
상기 컨트롤러(40)에는 전방카메라(80)가 전기적으로 연결되며; 상기 전방카메라(80)는 MMS 차량(100)의 전면 번호판에 설치되어 도로의 포트홀을 촬영하고; 상기 컨트롤러(40)에는 영상분석기(90)가 더 연결되어 상기 전방카메라(80)가 촬영한 영상을 머신러닝 기법으로 판독하도록 구성되며;
상기 MMS 차량(100)의 일측면에는 승강형 지상기준점유닛(200)을 더 설치하되, 상기 승강형 지상기준점유닛(200)은 MMS 차량(100)의 일측프레임 상에 돌출되게 고정되는 활주안내판(220)과, 상기 활주안내판(220)의 일측에 고정되고 상기 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 회전되는 승강구동원(230)과, 상기 활주안내판(220)의 길이방향으로 배열되고 양단에는 제자리회전될 수 있게 베어링이 구비된 채 상기 승강구동원(230)의 회전축에 연결된 나사봉(240)과, 상기 나사봉(240)의 길이 중앙에 마련된 센터포지션(242)과, 상기 센터포지션(242)을 중심으로 좌우 양측이 서로 대향되게 형성된 나사산에 결합되어 움직이는 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)과, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)의 각 일측면 중심에서 돌출되어 상기 나사봉(240)과 나사결합하도록 안내하는 결합돌부(DD)와, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)의 표면에 서로 대칭되게 고정되는 베어링가이드(270)와, 상기 베어링가이드(270)에 접촉되면서 승강되는 'V' 형상의 움직부재(280)와, 상기 움직부재(280)의 상단에 고정되고 상기 컨트롤러(40)에 의해 제어되는 지상기준통신기(210)와, 상기 움직부재(280)의 벌어진 양단을 상호 고정하는 고정부재(282)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템을 제공한다.
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본 발명에 따르면, MMS 차량으로부터 얻어지는 고정밀 주행궤적을 사용하여 유망 차선 후보로 필터링함으로써 차선 검출의 정확도를 높이고 불필요한 연산을 줄여 차선 레벨의 정밀지도를 구축할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 주변 환경 정보를 이용한 차선 인식 시스템의 구성도블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제작 시스템의 기본 구성을 보인 구성 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제작 시스템을 이용한 차선 필터링 및 차선 지도 구축 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제작 시스템을 이용한 RGB 영상 맵핑 및 정사영상 변환 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제작 시스템에 지상기준점이 구현된 예를 보인 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제작 시스템은 MMS(Mobile Mapping System) 차량에 구비되는 고정밀 주행궤적 검출장치(10), 후방카메라 장치(20) 및 레이저 스캔장치(30)와, 이들 장치를 제어하기 위한 컨트롤러(40)를 구비하며, 이들로부터 MMS 차량의 고정밀 주행궤적, RGB 영상 및 지도 좌표 3차원 점군을 획득하도록 구성된다.
즉, 후방카메라 장치(20)는 RGB 영상을 획득하고, 레이저 스캔장치(30)는 지상라이다 정보로부터 지도 좌표 3차원 점군을 획득하며, 이는 지도 좌표의 차선을 생성하는데 활용된다. 이러한 3차원 점군 데이터는 3차원 데이터 클러스터링 기술에 의해 획득되는 것으로 이는 공지된 이론이므로 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 동일한 GPS 시간에 고정밀 주행궤적 및 RGB 영상을 대응되게 취득하며, RGB 영상은 MMS 차량의 후방카메라 장치(20)에 의해 획득된다.
그리고, 상기 고정밀 주행궤적 검출장치(10)에 의해 획득된 MMS 차량의 고정밀 주행궤적은 상기 컨트롤러(40)의 제어하에 후방카메라 장치(30)의 투영 행렬을 이용하여 고정밀 주행궤적의 선형을 RGB 영상에 투영하여 맵핑기(50)를 통해 맵핑 이미지를 생성하며, 이는 도 4(a)에 차선과 다른 실선으로 표현되어 있다.
아울러, 이러한 맵핑 이미지는 정사영상변환기(60)를 통해 역투영 변환(Inverse Perspective Mapping)에 의하여 정사영상으로 변환되며, 이는 도 4(b)에 정사영상으로 변환된 이미지를 예시하였다.
뿐만 아니라, 맵핑된 영상과 변환된 정사영상 등은 메모리(70)에 저장된다.
이와 같은 정사영상으로의 변환은 정사영상 공간에서의 주행궤적이 주변 주행 차선과 평행하다는 특징 및 주행궤적은 정지선과는 직교한다는 특징을 이용하기 위한 것이다.
이후, 정사영상에 포함된 상기 고정밀 주행궤적을 컨트롤러(40)가 선형 방정식으로 근사하여 대표 선형을 도출하고, 정사영상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)에 대하여 차선 후보를 검출하여 선형을 도출한다.
여기서, 관심 영역은 원근 변환의 오차 때문에 MMS 차량이 주행한 5 내지 20미터의 과거 주행궤적으로서 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 관심 영역에서 검출되는 차선 후보는 직선뿐만 아니라 곡선에 대해서도 선형 검출이 가능한 GHT(Generalized Hough Transform) 또는 B-Snake법을 이용하여 검출된다.
이후, 컨트롤러(40)는 고정밀 주행궤적의 대표 선형과 차선 후보의 선형의 유사성 비교에 의하여 유망 차선 후보를 도출하며, 유사성 비교는 선형 길이, 방향, 곡률 및 교차 여부중 어느 하나 이상의 유사성을 비교한다.
그런 다음, 유사성 비교에 의하여 도출된 유망 차선 후보에서 차선 객체를 추출하고, 레이저 스캔장치(30)에 의하여 취득된 지도 좌표 3차원 점군으로부터 획득되는 지도 좌표를 추출된 차선 객체에 부여하여 지도 좌표 차선을 생성하고 차선지도를 구축한다.
이 경우, MMS는 기본적으로 GPS수신기를 포함하므로 지도 좌표를 확인하고 추출하는데는 무리가 없다.
참고로, 상기 컨트롤러(40)에는 통상적인 입,출력수단이 연결됨은 당연하다 하겠다.
아울러, 본 발명에서는 도로에 포트홀 등 파인 곳이 확인될 경우 이를 검출하여 지도에 반영할 수 있도록 컨트롤러(40)에는 전방카메라(80)가 더 연결된다.
그리고, 전방카메라(80)는 MMS 차량의 전면 번호판 상에 설치된다.
또한, 상기 컨트롤러(40)에는 영상분석기(90)가 더 연결되는데, 상기 영상분석기(90)는 상기 전방카메라(80)가 촬영한 아날로그 영상을 판독하는 기능을 담당한다.
즉, 상기 영상분석기(90)는 머신러닝(Machine Learning) 기법으로 데이터를 학습하여 정상적인 도로가 아닌 포트홀이 생긴 도로 혹은 노면의 평활도가 심한 경우 등을 학습한 후 해당 영상이 포착되면 그 영상을 스크랩하여 저장하고, GPS 정보를 반영하여 차선 지도를 구축할 때 노면 정보로 함께 기록하도록 한다.
이렇게 하면, 보다 안전한 자율주행에 필요한 지도 제작이 가능하게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 도 5의 예시와 같이, MMS 차량(100)의 일측면에는 승강형 지상기준점유닛(200)이 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 승강형 지상기준점유닛(200)은 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 상승 또는 하강하는 구조를 갖추어 항공촬영시 지상기준점을 제공할 수 있도록 구성된다.
즉, 지상에서 움직이는 항공촬영 기준점이 있다. 이를 위해, 상기 승강형 지상기준점유닛(200)은 GPS 정보를 항공기와 교신할 수 있도록 구성된다.
이러한 승강형 지상기준점유닛(200)은 MMS 차량(100)의 일측프레임 상에 돌출되게 고정되는 활주안내판(220)을 포함한다.
그리고, 상기 활주안내판(220)의 일측에는 승강구동원(230)이 고정되고, 상기 승강구동원(230)은 상기 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 회전방향이 결정된다.
아울러, 상기 승강구동원(230)의 회전축에는 상기 활주안내판(220)의 길이방향으로 배열된 나사봉(240)이 연결된다.
이때, 상기 나사봉(240)은 그 단부가 베어링 고정되어 제자리 회전될 수 있도록 설치되며, 길이 중앙에는 센터포지션(242)이 마련되고, 상기 센터포지션(242)을 중심으로 좌우 양측은 서로 대향되게 나사산이 형성된다.
뿐만 아니라, 상기 나사봉(240)에는 이를 따라 활주되는 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)이 끼워져 나사 결합된다.
이 경우, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)은 상기 활주안내판(220)에 걸림되게 조립되어 이 활주안내판(220)을 가이드 삼아 활주되게 구성된다.
여기에서, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)이 상기 나사봉(240)과 나사결합할 수 있도록 각 일측면 중심에는 결합돌부(DD)가 돌출 형성된다.
아울러, 상기 제1이동판(250)과 제2이동판(260)은 상기 센터포지션(242)을 중심으로 좌우 대칭되는 지점에 조립설치된다.
따라서, 상기 승강구동원(230)의 회전방향에 따라 상기 제1이동판(250)과 제2이동판(260)은 서로 가까워지기도 하고 서로 멀어지기도 하는데, 센터포지션(242)을 중심으로 대칭되게 설치되어 있으므로 항상 동일 거리로 가까워지거나 멀어지게 된다.
한편, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)의 표면에는 서로 대칭되게 베어링가이드(270)가 각각 고정된다.
상기 베어링가이드(270)는 'V' 형상의 움직부재(280)와 접촉되면서 상기 움직부재(280)의 상승과 하강을 안내하게 된다.
이때, 상기 움직부재(280)의 벌어진 양단은 고정부재(282)에 의해 상호 결속되어 'V' 형상의 간격을 항상 일정하게 유지하도록 구성된다.
그리고, 상기 움직부재(280)의 상단에는 지상기준통신기(210)가 고정되며, 상기 지상기준통신기(210)는 컨트롤러(40)에 의해 제어된다.
이에 따라, 지상기준점으로 사용될 때에는 움직부재(280)를 최대한 상승시켜 지상기준통신기(210)가 항공촬영중인 항공기와 통신할 수 있는 상태로 유지시킨 후 통신시 지상기준통신기(210)가 위치하고 있는 지상좌표(GPS 좌표)를 송신하도록 한다.
그런 후, 임무수행이 종료되면 움직부재(280)를 최대한 하강시켜 MMS 차량(100)의 지붕과 지상기준통신기(210)의 상단이 동일 평면이 되게 유지하면 MMS 차량(100)이 이동하면서 움직일 때 간섭없이 원활하게 이동할 수 있게 된다.
10: 고정밀 주행궤적 검출장치
20: 후방카메라 장치
30: 레이저 스캔장치
40: 컨트롤러

Claims (1)

  1. MMS 차량(100)에 탑재되고, MMS 차량(100)의 주행궤적을 검출하는 고정밀 주행궤적 검출장치(10); MMS 차량(100)의 주행궤적에 따른 RGB 영상을 획득하는 후방카메라 장치(20); MMS 차량(100)의 주행시 지상라이다 정보를 통해 지도 좌표 3차원 점군을 획득하는 레이저 스캔장치(30); 상기 고정밀 주행궤적 검출장치(10), 후방카메라 장치(20), 레이저 스캔장치(30)의 구동을 제어하는 컨트롤러(40); 상기 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 상기 고정밀 주행궤적 검출장치(10)에 의해 획득된 MMS 차량의 고정밀 주행궤적의 선형을 RGB 영상에 투영하여 맵핑 이미지를 생성하는 맵핑기(50); 상기 컨트롤러(40)의 제어하에 상기 맵핑 이미지를 역투영 변환(Inverse Perspective Mapping) 방식을 통해 정사영상으로 변환하는 정사영상변환기(60);를 포함하고, 정사영상에 포함된 상기 고정밀 주행궤적을 컨트롤러(40)가 선형 방정식으로 근사하여 대표 선형을 도출한 다음 정사영상에서 관심 영역에 대하여 차선 후보를 검출하여 선형을 도출하며, 고정밀 주행궤적의 대표 선형과 차선 후보의 선형의 유사성 비교에 의하여 유망 차선 후보를 도출하고, 도출된 유망 차선 후보에서 차선 객체를 추출하며, 레이저 스캔장치(30)에 의하여 취득된 지도 좌표 3차원 점군으로부터 획득되는 지도 좌표를 추출된 차선 객체에 부여하여 지도 좌표 차선을 생성하고 차선지도를 구축하는 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템에 있어서;
    상기 컨트롤러(40)에는 전방카메라(80)가 전기적으로 연결되며; 상기 전방카메라(80)는 MMS 차량(100)의 전면 번호판에 설치되어 도로의 포트홀을 촬영하고; 상기 컨트롤러(40)에는 영상분석기(90)가 더 연결되어 상기 전방카메라(80)가 촬영한 영상을 머신러닝 기법으로 판독하도록 구성되며;
    상기 MMS 차량(100)의 일측면에는 승강형 지상기준점유닛(200)을 더 설치하되, 상기 승강형 지상기준점유닛(200)은 MMS 차량(100)의 일측프레임 상에 돌출되게 고정되는 활주안내판(220)과, 상기 활주안내판(220)의 일측에 고정되고 상기 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 회전되는 승강구동원(230)과, 상기 활주안내판(220)의 길이방향으로 배열되고 양단에는 제자리회전될 수 있게 베어링이 구비된 채 상기 승강구동원(230)의 회전축에 연결된 나사봉(240)과, 상기 나사봉(240)의 길이 중앙에 마련된 센터포지션(242)과, 상기 센터포지션(242)을 중심으로 좌우 양측이 서로 대향되게 형성된 나사산에 결합되어 움직이는 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)과, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)의 각 일측면 중심에서 돌출되어 상기 나사봉(240)과 나사결합하도록 안내하는 결합돌부(DD)와, 상기 제1이동판(250) 및 제2이동판(260)의 표면에 서로 대칭되게 고정되는 베어링가이드(270)와, 상기 베어링가이드(270)에 접촉되면서 승강되는 'V' 형상의 움직부재(280)와, 상기 움직부재(280)의 상단에 고정되고 상기 컨트롤러(40)에 의해 제어되는 지상기준통신기(210)와, 상기 움직부재(280)의 벌어진 양단을 상호 고정하는 고정부재(282)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMS를 기반으로 한 자율주행 정밀지도 제작 시스템.
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