KR102549258B1 - 이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안 3d 대상체 검출 - Google Patents

이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안 3d 대상체 검출 Download PDF

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오스카 올로프 베이봄
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모셔널 에이디 엘엘씨
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Abstract

이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안(monocular) 3D 대상체 검출을 위한 기술이 제공된다. 이미지 시맨틱스 네트워크(image semantics network; ISN)는 단일 샷 검출(single shot detection; SSD)을 기반으로 하는 단일 스테이지, 단일 이미지 대상체 검출 네트워크이다. 일 실시예에서, ISN은 2D 경계 박스 및 분류 점수와 함께 대상체의 인코딩된 3D 속성을 제공하기 위해 SSD 출력을 증강시킨다. 각각의 사전 박스에 대해, 사전 박스의 치수 및 위치, 인코딩된 3D 속성 및 카메라 고유 파라미터를 사용하여 대상체에 대한 3D 경계 박스가 생성된다.

Description

이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안 3D 대상체 검출{MONOCULAR 3D OBJECT DETECTION FROM IMAGE SEMANTICS NETWORK}
이하의 설명은 일반적으로 자율 주행 차량(autonomous vehicle)을 위한 인지 시스템에 관한 것이다.
자율 주행 차량이 그의 환경을 식별하는 데 이용 가능한 다수의 센서, 예컨대, 카메라, LiDAR(light detection and ranging) 센서 및 RADAR(radio detection and ranging) 센서가 있다. 카메라로부터의 2차원(2D) 이미지와 LiDAR 센서로부터의 3차원(3D) 포인트 클라우드는 전형적으로 3D 대상체 검출을 제공하기 위해 이미지와 포인트 클라우드에서 대상체를 검출하고 분류하거나 레이블링하도록 구성된 인지 프로세싱 "파이프라인"에 입력된다. 기존의 인지 파이프라인은 종종 2차원(2D) 경계 박스를 회귀시키는 컨볼루션 신경 네트워크(CNN) 및 3D 경계 박스를 회귀시키는 별개의 CNN을 포함한다. 연구에 의하면 이러한 2개의 모달리티를 융합시키는 것이 개별적으로보다 더 정확한 인지를 제공할 수 있음을 보여주었다. 그렇지만, 이러한 2개의 모달리티를 융합시키는 것은 상이한 차원으로 인해 복잡하다. 또한, 고가의 LiDAR 센서로부터 벗어나 인지 파이프라인에 대한 입력을 생성하는 데 더 저렴한 카메라, RADAR 및 소나에만 의존하고 싶은 바램이 있다.
이미지 시맨틱스 네트워크(image semantics network)로부터의 단안 3D 대상체 검출을 위한 기술이 제공된다. 일 실시예에서, 방법은: 차량의 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 차량의 카메라로부터 이미지를 수신하는 단계; 이미지를 입력으로서 이용하여 대상체 검출 네트워크를 사용하여, 이미지에서 검출된 대상체를 포함하는 2차원(2D) 경계 박스 및 각각의 2D 경계 박스에 대한 대응하는 분류 점수를 생성하는 단계; 각각의 2D 경계 박스와 연관된 각각의 사전 박스(priorbox)에 대해: 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 대상체의 인코딩된 3D 속성을 생성하는 단계; 사전 박스의 치수 및 위치, 인코딩된 3D 속성 및 카메라 고유 파라미터를 사용하여 대상체에 대한 3D 경계 박스를 생성하는 단계; 생성된 3D 경계 박스를 적어도 부분적으로 사용하여 차량에 대한 루트 또는 궤적을 계산하는 단계; 및 차량의 제어기를 사용하여, 차량으로 하여금 루트 또는 궤적을 따라 주행하게 하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 대상체 검출 네트워크는 단일 스테이지, 단일 이미지 대상체 검출 네트워크이다.
일 실시예에서, 대상체 검출 네트워크는 단일 샷 검출기를 갖는 이미지 시맨틱스 네트워크이다.
일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 인코딩된 3D 속성을 추정하는 단계는: 각각의 사전 박스에 대해, 2D 경계 박스의 중심으로부터의 제1 오프셋 세트, 2D 경계 박스와 연관된 대상체의 중심으로부터의 제2 오프셋 세트, 대상체의 폭, 길이 및 높이, 카메라의 중심으로부터 대상체 중심까지의 반경 거리(radial distance) 및 시야각을 포함하는 파라미터 벡터를 추정하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 파라미터 벡터는 각각의 검출된 대상체에 대한 분류 점수를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 대상체 검출 네트워크는 분류, 2D 로컬화, 치수, 배향, 반경 거리 및 중심 투영을 포함하는 6개의 파라미터 그룹을 출력하고, 본 방법은: 각각의 파라미터 그룹에 대한 손실 함수를 개별적으로 계산하는 단계; 및 손실 함수를 사용하여 대상체 검출 네트워크를 트레이닝시키는 단계를 추가로 포함한다.
개시된 실시예들 중 하나 이상은 다음과 같은 장점들 중 하나 이상을 제공한다. 단일 스테이지, 단일 이미지 네트워크는, AV의 인지 파이프라인 또는 3D 대상체 검출을 사용하는 임의의 다른 애플리케이션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 빠르고 정확한 대상체 검출을 필요로 하는 다양한 애플리케이션에 의해 사용될 수 있는 대상체의 3D 경계 박스 및 인코딩된 3D 속성을 생성한다. ISN의 증강 검출 헤드에 의해 출력되는 대상체의 3D 경계 박스와 인코딩된 3D 속성은, LiDAR 포인트 클라우드와 같은, 3D 대상체 검출기로부터의 출력과의 융합을 단순화한다.
이들 및 다른 양태, 특징, 및 구현예는 기능을 수행하기 위한 방법, 장치, 시스템, 컴포넌트, 프로그램 제품, 수단 또는 단계로서, 및 다른 방식으로 표현될 수 있다.
이들 및 다른 양태, 특징, 및 구현은 청구항을 포함하여, 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 자율 주행 능력(autonomous capability)을 갖는 자율 주행 차량(AV)의 예를 도시한다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 "클라우드" 컴퓨팅 환경을 예시한다.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 컴퓨터 시스템을 예시한다.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, AV에 대한 예시적인 아키텍처를 도시한다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 인지 모듈에 의해 사용될 수 있는 입력 및 출력의 일 예를 도시한다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, LiDAR 시스템의 일 예를 도시한다.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 동작 중인 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 8은 하나 이상의 실시예에 따른, LiDAR 시스템의 동작을 추가적으로 상세하게 도시한다.
도 9는 하나 이상의 실시예에 따른, 계획 모듈의 입력과 출력 사이의 관계의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른, 경로 계획에서 사용되는 방향 그래프(directed graph)를 도시한다.
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 제어 모듈의 입력 및 출력의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 12는 하나 이상의 실시예에 따른, 제어기의 입력, 출력, 및 컴포넌트의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 13은 하나 이상의 실시예에 따른, 단안 3D 대상체 검출을 갖는 이미지 시맨틱스 네트워크의 블록 다이어그램이다.
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 13의 네트워크의 출력을 예시한다.
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른, 3D 박스 추정 지오메트리의 정면도이다.
도 16은 하나 이상의 실시예에 따른, 도 15의 3D 박스 추정 지오메트리의 조감도이다.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따른, 단안 3D 대상체 검출 프로세스의 흐름 다이어그램이다.
이하의 기술에서는, 설명 목적으로, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 기재되어 있다. 그렇지만, 본 발명이 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지된 구조 및 디바이스는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 블록 다이어그램 형태로 도시된다.
도면에서, 설명의 용이성을 위해, 디바이스, 모듈, 명령어 블록 및 데이터 요소를 나타내는 것과 같은 개략적 요소의 특정 배열 또는 순서가 도시되어 있다. 그렇지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면, 도면에서의 개략적 요소의 특정 순서 또는 배열이 프로세싱의 특정 순서 또는 시퀀스, 또는 프로세스의 분리가 요구됨을 암시하는 것으로 의미되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 게다가, 도면에 개략적 요소를 포함시키는 것은, 그러한 요소가 모든 실시예에서 요구됨을 암시하는 것으로 의미되지 않거나, 또는 그러한 요소에 의해 표현된 특징이 일부 실시예에서 포함되지 않을 수 있거나 다른 요소와 조합되지 않을 수 있음을 암시하는 것으로 의미되지 않는다.
게다가, 도면에서, 2개 이상의 다른 개략적 요소 사이의 연결, 관계 또는 연관을 예시하기 위해 실선 또는 파선 또는 화살표와 같은 연결 요소가 사용되는 경우에, 임의의 그러한 연결 요소의 부재는 연결, 관계 또는 연관이 존재할 수 없음을 암시하는 것으로 의미되지 않는다. 환언하면, 요소들 사이의 일부 연결, 관계 또는 연관은 본 개시를 모호하게 하지 않기 위해 도면에 도시되어 있지 않다. 추가적으로, 예시의 용이성을 위해, 요소들 사이의 다수의 연결, 관계 또는 연관을 나타내기 위해 단일의 연결 요소가 사용된다. 예를 들어, 연결 요소가 신호, 데이터 또는 명령어의 통신을 나타내는 경우에, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 그러한 요소가, 통신을 수행하기 위해 필요할 수 있는, 하나 또는 다수의 신호 경로(예를 들면, 버스)를 나타낸다는 것을 이해할 것이다.
그 예가 첨부 도면에 예시된 실시예가 이제 상세하게 언급될 것이다. 이하의 상세한 설명에서, 다양한 기술된 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부 사항이 기재된다. 그렇지만, 다양한 기술된 실시예가 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 공지된 방법, 절차, 컴포넌트, 회로, 및 네트워크는 상세히 기술되지 않았다.
각각이 서로 독립적으로 또는 다른 특징들의 임의의 조합과 함께 사용될 수 있는 여러 특징이 이하에서 기술된다. 그렇지만, 임의의 개별 특징은 위에서 논의된 문제들 중 어떤 것도 해결할 수 없거나 또는 위에서 논의된 문제들 중 하나만을 해결할 수 있다. 위에서 논의된 문제들 중 일부가 본원에 기술된 특징들 중 임의의 것에 의해 완전히 해결되지는 않을 수 있다. 비록 여러 표제가 제공되어 있더라도, 특정 표제에 관련되지만 해당 표제를 갖는 섹션에서 발견되지는 않는 정보가 본 설명의 다른 곳에서 발견될 수도 있다. 실시예는 이하의 개요에 따라 본원에 기술된다:
1. 일반적 개관
2. 시스템 개관
3. 자율 주행 차량 아키텍처
4. 자율 주행 차량 입력
5. 자율 주행 차량 계획
6. 자율 주행 차량 제어
7. 이미지 시맨틱스 네트워크(image semantics network; ISN)로부터의 단안 3D 대상체 검출
일반적 개관
이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안 3D 대상체 검출을 위한 기술이 제공된다. 이미지 시맨틱스 네트워크(ISN)는 단일 샷 검출기(single shot detection; SSD)를 기반으로 하는 단일 스테이지, 단일 이미지 대상체 검출 네트워크이다. 일 실시예에서, ISN은 2D 경계 박스 및 분류 점수와 함께 대상체의 인코딩된 3D 속성을 제공하기 위해 SSD 출력을 증강시킨다. 2D 경계 박스를 생성하는 데 사용되는 각각의 사전 박스에 대해, 사전 박스의 치수 및 위치, 인코딩된 3D 속성 및 카메라 고유 파라미터를 사용하여 대상체에 대한 3D 경계 박스가 생성된다.
시스템 개관
도 1은 자율 주행 능력을 갖는 자율 주행 차량(100)의 예를 도시한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "자율 주행 능력"이라는 용어는, 완전한 자율 주행 차량, 고도의 자율 주행 차량, 및 조건부 자율 주행 차량을 제한 없이 포함하는, 실시간 인간 개입 없이 차량이 부분적으로 또는 완전하게 동작할 수 있게 하는 기능, 특징, 또는 설비를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 자율 주행 차량(AV)은 자율 주행 능력을 갖는 차량이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "차량"은 상품 또는 사람의 운송 수단을 포함한다. 예를 들어, 자동차, 버스, 기차, 비행기, 드론, 트럭, 보트, 선박, 잠수함, 비행선 등. 무인 자동차는 차량의 예이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "궤적"은 제1 시공간적 위치로부터 제2 시공간적 위치로 AV를 동작시키는 경로 또는 루트를 지칭한다. 일 실시예에서, 제1 시공간적 위치는 초기 또는 시작 위치라고 지칭되고 제2 시공간적 위치는 목적지, 최종 위치, 목표, 목표 위치, 또는 목표 장소라고 지칭된다. 일부 예에서, 궤적은 하나 이상의 세그먼트(예를 들면, 도로의 섹션)로 구성되고, 각각의 세그먼트는 하나 이상의 블록(예를 들면, 차선 또는 교차로의 부분)으로 구성된다. 일 실시예에서, 시공간적 위치는 현실 세계 위치에 대응한다. 예를 들어, 시공간적 위치는 사람을 태우거나 내려주고 또는 상품을 싣거나 내리는 픽업(pick up) 위치 또는 드롭 오프(drop-off) 위치이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "센서(들)"는 센서를 둘러싸는 환경에 관한 정보를 검출하는 하나 이상의 하드웨어 컴포넌트를 포함한다. 하드웨어 컴포넌트들 중 일부는 감지 컴포넌트(예를 들면, 이미지 센서, 생체 측정 센서), 송신 및/또는 수신 컴포넌트(예를 들면, 레이저 또는 라디오 주파수 파 송신기 및 수신기), 아날로그 대 디지털 변환기와 같은 전자 컴포넌트, 데이터 저장 디바이스(예컨대, RAM 및/또는 비휘발성 스토리지), 소프트웨어 또는 펌웨어 컴포넌트, 및 ASIC(application-specific integrated circuit), 마이크로프로세서 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 데이터 프로세싱 컴포넌트를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "장면 묘사(scene description)"는 AV 차량 상의 하나 이상의 센서에 의해 검출되거나 AV 외부의 소스에 의해 제공되는 하나 이상의 분류된 또는 레이블링된 대상체를 포함하는 데이터 구조(예를 들면, 리스트) 또는 데이터 스트림이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "도로"는 차량에 의해 횡단될 수 있는 물리적 영역이고, 명명된 주요 도로(예를 들면, 도시 거리, 주간 프리웨이(interstate freeway) 등)에 대응할 수 있거나, 또는 명명되지 않은 주요 도로(예를 들면, 주택 또는 사무실 건물 내의 사유 도로, 주차장 섹션, 공터 섹션, 시골 지역의 비포장 경로 등)에 대응할 수 있다. 일부 차량(예를 들면, 4륜 구동 픽업 트럭, 스포츠 유틸리티 차량 등)은 차량 주행에 특히 적합하지 않은 다양한 물리적 영역을 횡단할 수 있기 때문에, "도로"는 임의의 지자체 또는 다른 정부 또는 행정처에 의해 주요 도로로서 공식적으로 규정되지 않은 물리적 영역일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "차선"은 차량에 의해 횡단될 수 있는 도로의 한 부분이고, 차선 마킹들 사이의 공간의 대부분 또는 전부에 대응할 수 있거나, 또는 차선 마킹들 사이의 공간의 단지 일부(예를 들면, 50% 미만)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 멀리 이격된 차선 마킹을 갖는 도로는 차선 마킹들 사이에 둘 이상의 차량을 수용할 수 있어서, 하나의 차량이 차선 마킹을 횡단하지 않으면서 다른 차량을 추월할 수 있고, 따라서 차선 마킹들 사이의 공간보다 더 좁은 차선을 갖거나 차선 마킹들 사이에 2개의 차선을 갖는 것으로 해석될 수 있다. 차선은 차선 마킹의 부재 시에도 해석될 수 있다. 예를 들어, 차선은 환경의 물리적 특징, 예를 들어, 시골 지역에서의 주요 도로를 따라 있는 바위 및 나무에 기초하여 규정될 수 있다.
"하나 이상"은 하나의 요소에 의해 수행되는 기능, 둘 이상의 요소에 의해, 예를 들어, 분산 방식으로, 수행되는 기능, 하나의 요소에 의해 수행되는 여러 기능, 여러 요소에 의해 수행되는 여러 기능, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어가, 일부 예에서, 다양한 요소를 기술하기 위해 본원에서 사용되고 있지만, 이러한 요소가 이러한 용어에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 기술된 다양한 실시예의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 접촉은 제2 접촉이라고 지칭될 수 있고, 유사하게 제2 접촉은 제1 접촉이라고 지칭될 수 있다. 제1 접촉과 제2 접촉 둘 모두가 접촉이지만, 동일한 접촉은 아니다.
본원에 기술된 다양한 실시예에 대한 설명에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 기술하기 위한 것이며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 기술된 다양한 실시예 및 첨부된 청구항에 대한 설명에서 사용되는 바와 같이, 단수형은, 문맥이 달리 명확히 나타내지 않는 한, 복수형을 포함하는 것으로 의도된다. "및/또는"이라는 용어가, 본원에서 사용되는 바와 같이, 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 일부 및 모든 가능한 조합을 지칭하고 포함한다는 것이 또한 이해될 것이다. 게다가, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 본 설명에서 사용될 때, 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 컴포넌트의 존재를 명기하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 그의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것도 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "~ 경우"라는 용어는, 선택적으로, 문맥에 따라 "~할 때", 또는 "~시에" 또는 "~라고 결정하는 것에 응답하여" 또는 "~을 검출하는 것에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다. 마찬가지로, 문구 "~라고 결정되는 경우" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출되는 경우"는, 선택적으로, 문맥에 따라, "~라고 결정할 시에" 또는 "~라고 결정하는 것에 응답하여" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출할 시에" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출하는 것에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, AV 시스템은 AV의 동작을 지원하는 하드웨어, 소프트웨어, 저장된 데이터 및 실시간으로 생성되는 데이터의 어레이와 함께 AV를 지칭한다. 일 실시예에서, AV 시스템은 AV 내에 포함된다. 일 실시예에서, AV 시스템은 여러 위치에 걸쳐 확산되어 있다. 예를 들어, AV 시스템의 소프트웨어 중 일부는 도 3과 관련하여 아래에서 기술되는 클라우드 컴퓨팅 환경(300)과 유사한 클라우드 컴퓨팅 환경 상에 구현된다.
일반적으로, 본원은 완전한 자율 주행 차량, 고도의 자율 주행 차량, 및 조건부 자율 주행 차량, 예를 들어, 각각 소위 레벨 5 차량, 레벨 4 차량 및 레벨 3 차량을 포함하는 하나 이상의 자율 주행 능력을 갖는 임의의 차량에 적용 가능한 기술을 개시한다(차량의 자율성의 레벨 분류에 대한 세부 사항은 본원에 그 전체가 참조로 포함된, SAE 국제 표준 J3016: 온로드 자동차 자동 운전 시스템에 관한 용어의 분류 및 정의(Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-128-172020-02-28 Road Motor Vehicle Automated Driving Systems) 참조). 또한, 본원에서 개시된 기술은 부분적 자율 주행 차량 및 운전자 보조 차량, 예컨대, 소위 레벨 2 및 레벨 1 차량에도 적용 가능하다(SAE 국제 표준 J3016: 온로드 자동차 자동 운전 시스템에 관한 용어의 분류 및 정의 참조). 일 실시예에서, 레벨 1, 레벨 2, 레벨 3, 레벨 4 및 레벨 5 차량 시스템 중 하나 이상은 센서 입력의 프로세싱에 기초하여 특정의 동작 조건 하에서 특정의 차량 동작(예를 들면, 조향, 제동, 및 맵 사용)을 자동화할 수 있다. 본 문서에서 설명된 기술은, 완전한 자율 주행 차량으로부터 인간 운전 차량에 이르는, 임의의 레벨에 있는 차량에 혜택을 줄 수 있다.
도 1을 참조하면, AV 시스템(120)은, 대상체(예를 들면, 자연 장애물(191), 차량(193), 보행자(192), 자전거 타는 사람, 및 다른 장애물)을 피하고 도로 법규(예를 들면, 동작 규칙 또는 운전 선호사항)를 준수하면서, AV(100)를 궤적(198)을 따라 환경(190)을 통과하여 목적지(199)(때때로 최종 위치라고 지칭됨)로 동작시킨다.
일 실시예에서, AV 시스템(120)은 컴퓨터 프로세서(146)로부터 동작 커맨드를 수신하고 이에 따라 동작하도록 설비된 디바이스(101)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 프로세서(146)는 도 3을 참조하여 아래에서 기술되는 프로세서(304)와 유사하다. 디바이스(101)의 예는 조향 컨트롤(102), 브레이크(103), 기어, 가속기 페달 또는 다른 가속 제어 메커니즘, 윈드실드 와이퍼, 사이드 도어 락, 윈도 컨트롤, 및 방향 지시등을 포함한다.
일 실시예에서, AV 시스템(120)은, AV의 위치, 선속도 및 선가속도, 각속도 및 각가속도, 및 헤딩(예를 들면, AV(100)의 선단의 배향)과 같은, AV(100)의 상태 또는 조건의 속성을 측정 또는 추론하기 위한 센서(121)를 포함한다. 센서(121)의 예는 GNSS, 차량 선가속도 및 각도 변화율(angular rate) 둘 모두를 측정하는 IMU(inertial measurement unit), 휠 슬립률(wheel slip ratio)을 측정 또는 추정하기 위한 휠 속력 센서, 휠 브레이크 압력 또는 제동 토크 센서, 엔진 토크 또는 휠 토크 센서, 그리고 조향각 및 각도 변화율 센서이다.
일 실시예에서, 센서(121)는 AV의 환경의 속성을 감지 또는 측정하기 위한 센서를 또한 포함한다. 예를 들어, 가시광, 적외선 또는 열(또는 둘 모두) 스펙트럼의 단안 또는 스테레오 비디오 카메라(122), LiDAR(123), RADAR, 초음파 센서, 비행 시간(time-of-flight, TOF) 깊이 센서, 속력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및 강수 센서.
일 실시예에서, AV 시스템(120)은 컴퓨터 프로세서(146)와 연관된 머신 명령어 또는 센서(121)에 의해 수집된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(142) 및 메모리(144)를 포함한다. 일 실시예에서, 데이터 저장 유닛(142)은 도 3과 관련하여 아래에서 기술되는 ROM(308) 또는 저장 디바이스(310)와 유사하다. 일 실시예에서, 메모리(144)는 아래에서 기술되는 메인 메모리(306)와 유사하다. 일 실시예에서, 데이터 저장 유닛(142) 및 메모리(144)는 환경(190)에 관한 과거 정보, 실시간 정보, 및/또는 예측 정보를 저장한다. 일 실시예에서, 저장된 정보는 맵, 운전 성능, 교통 혼잡 업데이트 또는 기상 조건을 포함한다. 일 실시예에서, 환경(190)에 관한 데이터는 원격에 위치된 데이터베이스(134)로부터 통신 채널을 통해 AV(100)에 송신된다.
일 실시예에서, AV 시스템(120)은 다른 차량의 상태 및 조건, 예컨대, 위치, 선속도와 각속도, 선가속도와 각가속도, 및 AV(100)를 향한 선형 헤딩(linear heading)과 각도 헤딩(angular heading)의 측정된 또는 추론된 속성을 통신하기 위한 통신 디바이스(140)를 포함한다. 이러한 디바이스는 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 및 V2I(Vehicle-to-Infrastructure) 통신 디바이스 및 포인트-투-포인트(point-to-point) 또는 애드혹(ad hoc) 네트워크 또는 둘 모두를 통한 무선 통신을 위한 디바이스를 포함한다. 일 실시예에서, 통신 디바이스(140)는 (라디오 및 광학 통신을 포함하는) 전자기 스펙트럼 또는 다른 매체(예를 들면, 공기 및 음향 매체)를 통해 통신한다. V2V(Vehicle-to-Vehicle), V2I(Vehicle-to-Infrastructure) 통신(및 일부 실시예에서, 하나 이상의 다른 유형의 통신)의 조합이 때때로 V2X(Vehicle-to-Everything) 통신이라고 지칭된다. V2X 통신은 전형적으로, 자율 주행 차량과의 통신 및 자율 주행 차량들 간의 통신을 위한 하나 이상의 통신 표준을 준수한다.
일 실시예에서, 통신 디바이스(140)는 통신 인터페이스를 포함한다. 예를 들어, 유선, 무선, WiMAX, Wi-Fi, 블루투스, 위성, 셀룰러, 광학, 근거리, 적외선, 또는 라디오 인터페이스. 통신 인터페이스는 원격에 위치된 데이터베이스(134)로부터 AV 시스템(120)으로 데이터를 송신한다. 일 실시예에서, 원격에 위치된 데이터베이스(134)는 도 2에 기술된 바와 같은 클라우드 컴퓨팅 환경(200)에 내장된다. 통신 인터페이스(140)는 센서(121)로부터 수집된 데이터 또는 AV(100)의 동작에 관련된 다른 데이터를 원격에 위치된 데이터베이스(134)에 송신한다. 일 실시예에서, 통신 인터페이스(140)는 원격 운용(teleoperation)에 관련되는 정보를 AV(100)에 송신한다. 일부 실시예에서, AV(100)는 다른 원격(예를 들면, "클라우드") 서버(136)와 통신한다.
일 실시예에서, 원격에 위치된 데이터베이스(134)는 또한 디지털 데이터를 저장 및 송신한다(예를 들면, 도로 및 거리 위치와 같은 데이터를 저장함). 그러한 데이터는 AV(100) 상의 메모리(144)에 저장되거나, 원격에 위치된 데이터베이스(134)로부터 통신 채널을 통해 AV(100)에 송신된다.
일 실시예에서, 원격에 위치된 데이터베이스(134)는 유사한 하루 중 시간(time of day)에 궤적(198)을 따라 이전에 주행한 차량의 운전 속성(예를 들면, 속력 프로파일 및 가속도 프로파일)에 관한 과거 정보를 저장 및 송신한다. 일 구현예에서, 그러한 데이터는 AV(100) 상의 메모리(144)에 저장될 수 있거나, 원격에 위치된 데이터베이스(134)로부터 통신 채널을 통해 AV(100)에 송신될 수 있다.
AV(100) 상에 위치된 컴퓨팅 디바이스(146)는 실시간 센서 데이터 및 사전 정보(prior information) 둘 모두에 기초한 제어 액션을 알고리즘적으로 생성하여, AV 시스템(120)이 자율 주행 운전 능력을 실행할 수 있게 한다.
일 실시예에서, AV 시스템(120)은 AV(100)의 사용자(예를 들면, 탑승자 또는 원격 사용자)에게 정보 및 경고를 제공하고 그로부터 입력을 수신하기 위해 컴퓨팅 디바이스(146)에 결합된 컴퓨터 주변기기(132)를 포함한다. 일 실시예에서, 주변기기(132)는 도 3을 참조하여 아래에서 논의되는 디스플레이(312), 입력 디바이스(314), 및 커서 컨트롤러(316)와 유사하다. 결합은 무선 또는 유선이다. 인터페이스 디바이스들 중 임의의 둘 이상이 단일 디바이스에 통합될 수 있다.
예시적인 클라우드 컴퓨팅 환경
도 2는 예시적인 "클라우드" 컴퓨팅 환경을 예시한다. 클라우드 컴퓨팅은 구성 가능한 컴퓨팅 리소스(예를 들면, 네트워크, 네트워크 대역폭, 서버, 프로세싱, 메모리, 스토리지, 애플리케이션, 가상 머신, 및 서비스)의 공유 풀에 대한 편리한 온-디맨드 네트워크 액세스를 가능하게 하기 위한 서비스 전달(service delivery)의 일 모델이다. 전형적인 클라우드 컴퓨팅 시스템에서는, 하나 이상의 대규모 클라우드 데이터 센터가 클라우드에 의해 제공되는 서비스를 전달하는 데 사용되는 머신을 수용한다. 이제 도 2를 참조하면, 클라우드 컴퓨팅 환경(200)은 클라우드(202)를 통해 상호연결되는 클라우드 데이터 센터(204a, 204b, 및 204c)를 포함한다. 데이터 센터(204a, 204b, 및 204c)는 클라우드 컴퓨팅 서비스를 클라우드(202)에 연결된 컴퓨터 시스템(206a, 206b, 206c, 206d, 206e, 및 206f)에 제공한다.
클라우드 컴퓨팅 환경(200)은 하나 이상의 클라우드 데이터 센터를 포함한다. 일반적으로, 클라우드 데이터 센터, 예를 들어, 도 2에 도시된 클라우드 데이터 센터(204a)는 클라우드, 예를 들어, 도 2에 도시된 클라우드(202) 또는 클라우드의 특정 부분을 구성하는 서버들의 물리적 배열체를 지칭한다. 예를 들어, 서버는 클라우드 데이터 센터에서 룸(room), 그룹, 로우(row), 및 랙(rack)으로 물리적으로 배열된다. 클라우드 데이터 센터는 하나 이상의 서버 룸을 포함하는 하나 이상의 구역(zone)을 갖는다. 각각의 룸은 하나 이상의 서버 로우를 가지며, 각각의 로우는 하나 이상의 랙을 포함한다. 각각의 랙은 하나 이상의 개별 서버 노드를 포함한다. 일부 구현예에서, 구역, 룸, 랙, 및/또는 로우 내의 서버는, 전력 요구사항, 에너지 요구사항, 열적 요구사항, 발열 요구사항, 및/또는 다른 요구사항을 포함하는, 데이터 센터 설비의 물리적 인프라스트럭처 요구사항에 기초하여 그룹으로 배열된다. 일 실시예에서, 서버 노드는 도 3에서 기술된 컴퓨터 시스템과 유사하다. 데이터 센터(204a)는 다수의 랙을 통해 분산된 다수의 컴퓨팅 시스템을 갖는다.
클라우드(202)는 클라우드 데이터 센터(204a, 204b, 및 204c)를 상호연결시키고 클라우드 컴퓨팅 서비스에 대한 컴퓨팅 시스템(206a 내지 206f)의 액세스를 용이하게 하는 것을 돕는 네트워크 및 네트워킹 리소스(예를 들어, 네트워킹 장비, 노드, 라우터, 스위치, 및 네트워킹 케이블)와 함께 클라우드 데이터 센터(204a, 204b, 및 204c)를 포함한다. 일 실시예에서, 네트워크는 지상 또는 위성 연결을 사용하여 배포된 유선 또는 무선 링크를 사용하여 결합된 하나 이상의 로컬 네트워크, 광역 네트워크, 또는 인터네트워크의 임의의 조합을 나타낸다. 네트워크를 통해 교환되는 데이터는, IP(Internet Protocol), MPLS(Multiprotocol Label Switching), ATM(Asynchronous Transfer Mode), 및 프레임 릴레이 등과 같은, 임의의 개수의 네트워크 계층 프로토콜을 사용하여 전송된다. 게다가, 네트워크가 다수의 서브 네트워크의 조합을 나타내는 실시예에서는, 기저 서브 네트워크(underlying sub-network) 각각에서 상이한 네트워크 계층 프로토콜이 사용된다. 일부 실시예에서, 네트워크는, 공중 인터넷과 같은, 하나 이상의 상호연결된 인터네트워크를 나타낸다.
컴퓨팅 시스템(206a 내지 206f) 또는 클라우드 컴퓨팅 서비스 소비자는 네트워크 링크 및 네트워크 어댑터를 통해 클라우드(202)에 연결된다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(206a 내지 206f)은 다양한 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어, 서버, 데스크톱, 랩톱, 태블릿, 스마트폰, IoT(Internet of Things) 디바이스, 자율 주행 차량(자동차, 드론, 셔틀, 기차, 버스 등을 포함함) 및 소비자 전자기기로서 구현된다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(206a 내지 206f)은 다른 시스템 내에 또는 그 일부로서 구현된다.
컴퓨터 시스템
도 3은 컴퓨터 시스템(300)을 예시한다. 일 구현예에서, 컴퓨터 시스템(300)은 특수 목적 컴퓨팅 디바이스이다. 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 기술을 수행하도록 고정-배선(hard-wired)되거나, 기술을 수행하도록 지속적으로 프로그래밍되는 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 FPGA(field programmable gate array)와 같은 디지털 전자 디바이스를 포함하거나, 펌웨어, 메모리, 다른 스토리지 또는 조합 내의 프로그램 명령어에 따라 기술을 수행하도록 프로그래밍되는 하나 이상의 범용 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있다. 그러한 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 또한 커스텀 고정 배선 로직, ASIC, 또는 FPGA를 커스텀 프로그래밍과 조합하여 기술을 실현할 수 있다. 다양한 실시예에서, 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 기술을 구현하기 위한 고정 배선 및/또는 프로그램 로직을 포함하는 데스크톱 컴퓨터 시스템, 휴대용 컴퓨터 시스템, 핸드헬드 디바이스, 네트워크 디바이스, 또는 임의의 다른 디바이스이다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(300)은 정보를 통신하기 위한 버스(302) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 프로세싱하기 위해 버스(302)와 결합된 하드웨어 프로세서(304)를 포함한다. 하드웨어 프로세서(304)는, 예를 들어, 범용 마이크로프로세서이다. 컴퓨터 시스템(300)은 프로세서(304)에 의해 실행될 명령어 및 정보를 저장하기 위해 버스(302)에 결합된, RAM(random access memory) 또는 다른 동적 저장 디바이스와 같은, 메인 메모리(306)를 또한 포함한다. 일 구현예에서, 메인 메모리(306)는 프로세서(304)에 의해 실행될 명령어의 실행 동안 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하는 데 사용된다. 그러한 명령어는, 프로세서(304)에 의해 액세스 가능한 비-일시적 저장 매체에 저장되어 있을 때, 컴퓨터 시스템(300)을 명령어에 명시된 동작을 수행하도록 커스터마이징된 특수 목적 머신으로 만든다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(300)은, 프로세서(304)를 위한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위한, 버스(302)에 결합된 ROM(read only memory)(308) 또는 다른 정적 저장 디바이스를 추가로 포함한다. 정보 및 명령어를 저장하기 위한, 자기 디스크, 광학 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 또는 3차원 크로스 포인트 메모리와 같은, 저장 디바이스(310)가 제공되고 버스(302)에 결합된다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(300)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위한 CRT(cathode ray tube), LCD(liquid crystal display), 플라스마 디스플레이, LED(light emitting diode) 디스플레이, 또는 OLED(organic light emitting diode) 디스플레이와 같은 디스플레이(312)에 버스(302)를 통해 결합된다. 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(304)에 통신하기 위한 문자 숫자식 키 및 다른 키를 포함하는 입력 디바이스(314)가 버스(302)에 결합된다. 다른 유형의 사용자 입력 디바이스는 방향 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(304)에 통신하고 디스플레이(312) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 터치식 디스플레이, 또는 커서 방향 키와 같은, 커서 컨트롤러(316)이다. 이러한 입력 디바이스는 전형적으로, 디바이스가 평면에서의 위치를 명시할 수 있게 하는 2개의 축, 즉 제1 축(예를 들면, x 축) 및 제2 축(예를 들면, y 축)에서의 2 자유도를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 본원에서의 기술은 프로세서(304)가 메인 메모리(306)에 포함된 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여 컴퓨터 시스템(300)에 의해 수행된다. 그러한 명령어는, 저장 디바이스(310)와 같은, 다른 저장 매체로부터 메인 메모리(306) 내로 판독된다. 메인 메모리(306)에 포함된 명령어 시퀀스의 실행은 프로세서(304)로 하여금 본원에서 기술된 프로세스 단계를 수행하게 한다. 대안적인 실시예에서, 소프트웨어 명령어 대신에 또는 소프트웨어 명령어와 조합하여 고정 배선 회로가 사용된다.
"저장 매체"라는 용어는, 본원에서 사용되는 바와 같이, 머신으로 하여금 특정 방식으로 동작하게 하는 데이터 및/또는 명령을 저장하는 임의의 비-일시적 매체를 지칭한다. 그러한 저장 매체는 비휘발성 매체 및/또는 휘발성 매체를 포함한다. 비휘발성 매체는, 예를 들어, 광학 디스크, 자기 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 또는 3차원 크로스 포인트 메모리, 예컨대, 저장 디바이스(310)를 포함한다. 휘발성 매체는 동적 메모리, 예컨대, 메인 메모리(306)를 포함한다. 저장 매체의 일반적인 형태는, 예를 들어, 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프, 또는 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 홀 패턴을 갖는 임의의 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH-EPROM, NV-RAM, 또는 임의의 다른 메모리 칩, 또는 카트리지를 포함한다.
저장 매체는 송신 매체와 별개이지만 송신 매체와 함께 사용될 수 있다. 송신 매체는 저장 매체들 사이에서 정보를 전달하는 데 참여한다. 예를 들어, 송신 매체는 버스(302)를 포함하는 와이어를 포함하여, 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유를 포함한다. 송신 매체는 또한, 라디오 파 및 적외선 데이터 통신 동안 생성되는 것과 같은, 음향파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다.
일 실시예에서, 실행을 위해 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(304)에 반송하는 데 다양한 형태의 매체가 관여된다. 예를 들어, 명령어는 초기에 원격 컴퓨터의 자기 디스크 또는 솔리드 스테이트 드라이브에 보유된다. 원격 컴퓨터는 자신의 동적 메모리에 명령어를 로딩하고 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 명령어를 전송한다. 컴퓨터 시스템(300)에 로컬인 모뎀은 전화선을 통해 데이터를 수신하고 적외선 송신기를 사용하여 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 적외선 검출기는 적외선 신호로 반송되는 데이터를 수신하고 적절한 회로는 데이터를 버스(302)에 배치한다. 버스(302)는 데이터를 메인 메모리(306)로 반송하고, 프로세서(304)는 메인 메모리로부터 명령어를 검색 및 실행한다. 메인 메모리(306)에 의해 수신된 명령어는 프로세서(304)에 의해 실행되기 전이나 실행된 후에 선택적으로 저장 디바이스(310)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(300)은 버스(302)에 결합된 통신 인터페이스(318)를 또한 포함한다. 통신 인터페이스(318)는 로컬 네트워크(322)에 연결된 네트워크 링크(320)에 대한 양방향 데이터 통신(two-way data communication) 결합을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(318)는 ISDN(integrated service digital network) 카드, 케이블 모뎀, 위성 모뎀, 또는 대응하는 유형의 전화선에 대한 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 모뎀이다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(318)는 호환 가능한 LAN(local area network)에 대한 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 LAN 카드이다. 일부 구현예에서는, 무선 링크도 구현된다. 임의의 그러한 구현예에서, 통신 인터페이스(318)는 다양한 유형의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 반송하는 전기 신호, 전자기 신호, 또는 광학 신호를 전송 및 수신한다.
네트워크 링크(320)는 전형적으로 하나 이상의 네트워크를 통한 다른 데이터 디바이스로의 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(320)는 로컬 네트워크(322)를 통해 호스트 컴퓨터(324)에 대한 연결 또는 ISP(Internet Service Provider)(326)에 의해 운영되는 클라우드 데이터 센터 또는 장비에 대한 연결을 제공한다. ISP(326)는 차례로 지금은 "인터넷(328)"이라고 통상적으로 지칭되는 월드-와이드 패킷 데이터 통신 네트워크(world-wide packet data communication network)를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(322) 및 인터넷(328) 둘 모두는 디지털 데이터 스트림을 반송하는 전기 신호, 전자기 신호, 또는 광학 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(300)으로 및 컴퓨터 시스템(300)으로부터 디지털 데이터를 반송하는, 다양한 네트워크를 통한 신호 및 통신 인터페이스(318)를 통한 네트워크 링크(320) 상의 신호는 송신 매체의 예시적인 형태이다. 일 실시예에서, 네트워크(320)는 위에서 기술된 클라우드(202) 또는 클라우드(202)의 일부를 포함한다.
컴퓨터 시스템(300)은 네트워크(들), 네트워크 링크(320), 및 통신 인터페이스(318)를 통해, 프로그램 코드를 포함하여, 메시지를 전송하고 데이터를 수신한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(300)은 프로세싱하기 위한 코드를 수신한다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(304)에 의해 실행되고/되거나 추후의 실행을 위해 저장 디바이스(310) 또는 다른 비휘발성 스토리지에 저장된다.
자율 주행 차량 아키텍처
도 4는 자율 주행 차량(예를 들면, 도 1에 도시된 AV(100))에 대한 예시적인 아키텍처(400)를 도시한다. 아키텍처(400)는 인지 모듈(402)(때때로 인지 회로라고 지칭됨), 계획 모듈(404)(때때로 계획 회로라고 지칭됨), 제어 모듈(406)(때때로 제어 회로라고 지칭됨), 로컬화 모듈(408)(때때로 로컬화 회로라고 지칭됨), 및 데이터베이스 모듈(410)(때때로 데이터베이스 회로라고 지칭됨)을 포함한다. 각각의 모듈은 AV(100)의 동작에서 소정의 역할을 한다. 다함께, 모듈(402, 404, 406, 408, 및 410)은 도 1에 도시된 AV 시스템(120)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈(402, 404, 406, 408, 및 410) 중 임의의 모듈은 컴퓨터 소프트웨어(예를 들면, 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 실행 가능 코드) 및 컴퓨터 하드웨어(예를 들면, 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC(application-specific integrated circuit), 하드웨어 메모리 디바이스, 다른 유형의 집적 회로, 다른 유형의 컴퓨터 하드웨어, 또는 이들 중 일부 또는 전부의 조합)의 조합이다.
사용 중에, 계획 모듈(404)은 목적지(412)를 나타내는 데이터를 수신하고 목적지(412)에 도달하기 위해(예를 들면, 도착하기 위해) AV(100)에 의해 주행될 수 있는 궤적(414)(때때로 루트라고 지칭됨)을 나타내는 데이터를 결정한다. 계획 모듈(404)이 궤적(414)을 나타내는 데이터를 결정하기 위해, 계획 모듈(404)은 인지 모듈(402), 로컬화 모듈(408), 및 데이터베이스 모듈(410)로부터 데이터를 수신한다.
인지 모듈(402)은, 예를 들면, 도 1에도 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서(121)를 사용하여 인근의 물리적 대상체를 식별한다. 대상체는 분류되고(예를 들면, 보행자, 자전거, 자동차, 교통 표지판 등과 같은 유형으로 그룹화되고), 분류된 대상체(416)를 포함하는 장면 묘사는 계획 모듈(404)에 제공된다.
계획 모듈(404)은 또한 로컬화 모듈(408)로부터 AV 위치(418)를 나타내는 데이터를 수신한다. 로컬화 모듈(408)은 위치를 계산하기 위해 센서(121)로부터의 데이터 및 데이터베이스 모듈(410)로부터의 데이터(예를 들면, 지리적 데이터)를 사용하여 AV 위치를 결정한다. 예를 들어, 로컬화 모듈(408)은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 센서로부터의 데이터 및 지리적 데이터를 사용하여 AV의 경도 및 위도를 계산한다. 일 실시예에서, 로컬화 모듈(408)에 의해 사용되는 데이터는 도로 기하학적 속성의 고정밀 맵, 도로망 연결 속성을 기술하는 맵, 도로 물리적 속성(예컨대, 교통 속력, 교통량, 차량 교통 차선과 자전거 타는 사람 교통 차선의 개수, 차선 폭, 차선 교통 방향, 또는 차선 마커 유형 및 위치, 또는 그 조합)을 기술하는 맵, 및 도로 특징부, 예컨대, 횡단보도, 교통 표지판 또는 다양한 유형의 다른 주행 신호(travel signal)의 공간적 위치를 기술하는 맵을 포함한다.
제어 모듈(406)은 궤적(414)을 나타내는 데이터 및 AV 위치(418)를 나타내는 데이터를 수신하고, AV(100)로 하여금 목적지(412)를 향해 궤적(414)을 주행하게 할 방식으로 AV의 제어 기능(420a 내지 420c)(예를 들면, 조향, 스로틀링, 제동, 점화)을 동작시킨다. 예를 들어, 궤적(414)이 좌회전을 포함하는 경우, 제어 모듈(406)은, 조향 기능의 조향각이 AV(100)로 하여금 왼쪽으로 회전하게 하고 스로틀링 및 제동이 AV(100)로 하여금 이러한 회전이 이루어지기 전에 지나가는 보행자 또는 차량을 위해 일시정지 및 대기하게 하는 방식으로, 제어 기능(420a 내지 420c)을 동작시킬 것이다.
자율 주행 차량 입력
도 5는 인지 모듈(402)(도 4)에 의해 사용되는 입력(502a 내지 502d)(예를 들면, 도 1에 도시된 센서(121)) 및 출력(504a 내지 504d)(예를 들면, 센서 데이터)의 예를 도시한다. 하나의 입력(502a)은 LiDAR(Light Detection and Ranging) 시스템(예를 들면, 도 1에 도시된 LiDAR(123))이다. LiDAR는 그의 가시선에 있는 물리적 대상체에 관한 데이터를 획득하기 위해 광(예를 들면, 적외선 광과 같은 광의 버스트)을 사용하는 기술이다. LiDAR 시스템은 출력(504a)으로서 LiDAR 데이터를 생성한다. 예를 들어, LiDAR 데이터는 환경(190)의 표현을 구성하는 데 사용되는 3D 또는 2D 포인트(포인트 클라우드라고도 알려져 있음)의 집합체이다.
다른 입력(502b)은 RADAR 시스템이다. RADAR는 인근의 물리적 대상체에 관한 데이터를 획득하기 위해 라디오 파를 사용하는 기술이다. RADAR는 LiDAR 시스템의 가시선 내에 있지 않은 대상체에 관한 데이터를 획득할 수 있다. RADAR 시스템(502b)은 출력(504b)으로서 RADAR 데이터를 생성한다. 예를 들어, RADAR 데이터는 환경(190)의 표현을 구성하는 데 사용되는 하나 이상의 라디오 주파수 전자기 신호이다.
다른 입력(502c)은 카메라 시스템이다. 카메라 시스템은 인근의 물리적 대상체에 관한 정보를 획득하기 위해 하나 이상의 카메라(예를 들면, CCD(charge-coupled device)와 같은 광 센서를 사용하는 디지털 카메라)를 사용한다. 카메라 시스템은 출력(504c)으로서 카메라 데이터를 생성한다. 카메라 데이터는 종종 이미지 데이터(예를 들면, RAW, JPEG, PNG 등과 같은 이미지 데이터 포맷의 데이터)의 형태를 취한다. 일부 예에서, 카메라 시스템은, 카메라 시스템이 깊이를 인지할 수 있게 하는, 예를 들면, 입체시(stereopsis)(스테레오 비전)를 위한, 다수의 독립적인 카메라를 갖는다. 비록 카메라 시스템에 의해 인지되는 대상체가 여기서 "인근"으로 기술되지만, 이것은 AV를 기준으로 한 것이다. 사용 중에, 카메라 시스템은 멀리 있는, 예를 들어, AV 전방으로 최대 1 킬로미터 이상에 있는 대상체를 "보도록" 구성될 수 있다. 따라서, 카메라 시스템은 멀리 떨어져 있는 대상체를 인지하도록 최적화되어 있는 센서 및 렌즈와 같은 특징부를 가질 수 있다.
다른 입력(502d)은 TLD(traffic light detection) 시스템이다. TLD 시스템은 하나 이상의 카메라를 사용하여, 시각적 운행 정보를 제공하는 교통 신호등, 거리 표지판, 및 다른 물리적 대상체에 관한 정보를 획득한다. TLD 시스템은 출력(504d)으로서 TLD 데이터를 생성한다. TLD 데이터는 종종 이미지 데이터(예를 들면, RAW, JPEG, PNG 등과 같은 이미지 데이터 포맷의 데이터)의 형태를 취한다. TLD 시스템은, 시각적 운행 정보를 제공하는 가능한 한 많은 물리적 대상체에 관한 정보를 획득하기 위해 TLD 시스템이 넓은 시야를 갖는 카메라(예를 들면, 광각 렌즈 또는 어안 렌즈를 사용함)를 사용하여, AV(100)가 이러한 대상체에 의해 제공되는 모든 관련 운행 정보에 액세스한다는 점에서, 카메라를 포함하는 시스템과 상이하다. 예를 들어, TLD 시스템의 시야각은 약 120도 이상일 수 있다.
일부 실시예에서, 출력(504a 내지 504d)은 센서 융합 기술을 사용하여 결합된다. 따라서, 개별 출력(504a 내지 504d) 중 어느 하나가 AV(100)의 다른 시스템에 제공되거나(예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은 계획 모듈(404)에 제공되거나), 또는 결합된 출력이 동일한 유형(동일한 결합 기술을 사용하는 것 또는 동일한 출력을 결합하는 것 또는 둘 모두)의 단일 결합 출력 또는 다중 결합 출력의 형태 또는 상이한 유형(예를 들면, 상이한 각자의 결합 기술을 사용하는 것 또는 상이한 각자의 출력을 결합하는 것 또는 둘 모두)의 단일 결합 출력 또는 다중 결합 출력의 형태 중 어느 하나로 다른 시스템에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 조기 융합(early fusion) 기술이 사용된다. 조기 융합 기술은 하나 이상의 데이터 프로세싱 단계가 결합된 출력에 적용되기 전에 출력들을 결합하는 것을 특징으로 한다. 일부 실시예에서, 늦은 융합(late fusion) 기술이 사용된다. 늦은 융합 기술은 하나 이상의 데이터 프로세싱 단계가 개별 출력들에 적용된 후에 출력들을 결합하는 것을 특징으로 한다.
도 6은 LiDAR 시스템(602)(예를 들면, 도 5에 도시된 입력(502a))의 예를 도시한다. LiDAR 시스템(602)은 광 방출기(606)(예를 들면, 레이저 송신기)로부터 광(604a 내지 604c)을 방출한다. LiDAR 시스템에 의해 방출되는 광은 전형적으로 가시 스펙트럼에 있지 않으며; 예를 들어, 적외선 광이 종종 사용된다. 방출되는 광(604b)의 일부는 물리적 대상체(608)(예를 들면, 차량)와 조우하고, LiDAR 시스템(602)으로 다시 반사된다. (LiDAR 시스템으로부터 방출되는 광은 전형적으로 물리적 대상체, 예를 들면, 고체 형태의 물리적 대상체를 관통하지 않는다). LiDAR 시스템(602)은 또한 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 광 검출기(610)를 갖는다. 일 실시예에서, LiDAR 시스템과 연관된 하나 이상의 데이터 프로세싱 시스템은 LiDAR 시스템의 시야(614)를 나타내는 이미지(612)를 생성한다. 이미지(612)는 물리적 대상체(608)의 경계(616)를 나타내는 정보를 포함한다. 이러한 방식으로, 이미지(612)는 AV 인근의 하나 이상의 물리적 대상체의 경계(616)를 결정하는 데 사용된다.
도 7은 동작 중인 LiDAR 시스템(602)을 도시한다. 이 도면에 도시된 시나리오에서, AV(100)는 이미지(702) 형태의 카메라 시스템 출력(504c) 및 LiDAR 데이터 포인트(704) 형태의 LiDAR 시스템 출력(504a) 둘 모두를 수신한다. 사용 중에, AV(100)의 데이터 프로세싱 시스템은 이미지(702)를 데이터 포인트(704)와 비교한다. 특히, 이미지(702)에서 식별된 물리적 대상체(706)가 데이터 포인트(704) 중에서도 식별된다. 이러한 방식으로, AV(100)는 데이터 포인트(704)의 윤곽 및 밀도에 기초하여 물리적 대상체의 경계를 인지한다.
도 8은 LiDAR 시스템(602)의 동작을 추가적으로 상세하게 도시한다. 위에서 기술된 바와 같이, AV(100)는 LiDAR 시스템(602)에 의해 검출되는 데이터 포인트의 특성에 기초하여 물리적 대상체의 경계를 검출한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 지면(802)과 같은 평평한 대상체는 LiDAR 시스템(602)으로부터 방출되는 광(804a 내지 804d)을 일관된 방식으로 반사할 것이다. 달리 말하면, LiDAR 시스템(602)이 일관된 간격을 사용하여 광을 방출하기 때문에, 지면(802)은 광을 동일한 일관된 간격으로 LiDAR 시스템(602)으로 다시 반사할 것이다. AV(100)가 지면(802) 위를 주행함에 따라, LiDAR 시스템(602)은 도로를 방해하는 것이 아무 것도 없는 경우 다음 유효 지면 포인트(806)에 의해 반사되는 광을 계속 검출할 것이다. 그렇지만, 대상체(808)가 도로를 방해하는 경우, LiDAR 시스템(602)에 의해 방출되는 광(804e 및 804f)은 예상되는 일관된 방식과 부합하지 않는 방식으로 포인트(810a 및 810b)로부터 반사될 것이다. 이 정보로부터, AV(100)는 대상체(808)가 존재한다고 결정할 수 있다.
경로 계획
도 9는 (예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은) 계획 모듈(404)의 입력과 출력 사이의 관계의 블록 다이어그램(900)을 도시한다. 일반적으로, 계획 모듈(404)의 출력은 시작 포인트(904)(예를 들면, 소스 위치 또는 초기 위치)로부터 종료 포인트(906)(예를 들면, 목적지 또는 최종 위치)까지의 루트(902)이다. 루트(902)는 전형적으로 하나 이상의 세그먼트에 의해 정의된다. 예를 들어, 세그먼트는 거리, 도로, 간선도로, 사유 도로, 또는 자동차 주행에 적절한 다른 물리적 영역의 적어도 일 부분에 걸쳐 주행되는 거리이다. 일부 예에서, 예를 들어, AV(100)가 4륜 구동(4WD) 또는 상시 4륜구동(AWD) 자동차, SUV, 픽업 트럭 등과 같은 오프-로드 주행 가능 차량인 경우, 루트(902)는 비포장 경로 또는 탁트인 들판과 같은 "오프-로드" 세그먼트를 포함한다.
루트(902)에 추가하여, 계획 모듈은 차선 레벨 루트 계획 데이터(908)도 출력한다. 차선 레벨 루트 계획 데이터(908)는 특정 시간에서의 세그먼트의 조건에 기초하여 루트(902)의 세그먼트를 횡단하는 데 사용된다. 예를 들어, 루트(902)가 다중 차선 간선도로를 포함하는 경우, 차선 레벨 루트 계획 데이터(908)는, 예를 들어, 출구가 다가오고 있는지, 차선들 중 하나 이상이 다른 차량을 갖는지, 또는 수 분 이하 동안에 걸쳐 변화되는 다른 인자에 기초하여, AV(100)가 다중 차선 중 한 차선을 선택하는 데 사용할 수 있는 궤적 계획 데이터(910)를 포함한다. 유사하게, 일부 구현예에서, 차선 레벨 루트 계획 데이터(908)는 루트(902)의 세그먼트에 특정적인 속력 제약(912)을 포함한다. 예를 들어, 세그먼트가 보행자 또는 예상치 못한 교통상황(traffic)을 포함하는 경우, 속력 제약(912)은 AV(100)를 예상된 속력보다 더 느린 주행 속력, 예를 들면, 세그먼트에 대한 속력 제한 데이터에 기초한 속력으로 제한할 수 있다.
일 실시예에서, 계획 모듈(404)에 대한 입력은 (예를 들면, 도 4에 도시된 데이터베이스 모듈(410)로부터의) 데이터베이스 데이터(914), 현재 위치 데이터(916)(예를 들면, 도 4에 도시된 AV 위치(418)), (예를 들면, 도 4에 도시된 목적지(412)에 대한) 목적지 데이터(918), 및 대상체 데이터(920)(예를 들면, 도 4에 도시된 인지 모듈(402)에 의해 인지되는 바와 같은 분류된 대상체(416))를 포함한다. 일 실시예에서, 데이터베이스 데이터(914)는 계획 시에 사용되는 규칙을 포함한다. 규칙은 형식 언어를 사용하여, 예를 들면, 불리언 논리를 사용하여 명시된다. AV(100)가 조우하는 임의의 주어진 상황에서, 규칙들 중 적어도 일부는 해당 상황에 적용될 것이다. 규칙이 AV(100)에 이용 가능한 정보, 예를 들면, 주위 환경에 관한 정보에 기초하여 충족되는 조건을 갖는 경우, 규칙이 주어진 상황에 적용된다. 규칙은 우선순위를 가질 수 있다. 예를 들어, "도로가 프리웨이인 경우, 최좌측 차선으로 이동하라"로 되어 있는 규칙은, 출구가 1마일 내로 다가오고 있는 경우, 최우측 차선으로 이동하라"는 것보다 낮은 우선순위를 가질 수 있다.
도 10은, 예를 들면, 계획 모듈(404)(도 4)에 의해 경로 계획에서 사용되는 방향 그래프(1000)를 도시한다. 일반적으로, 도 10에 도시된 것과 같은 방향 그래프(1000)는 임의의 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004) 사이의 경로를 결정하는 데 사용된다. 현실 세계에서는, 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004)를 분리시키는 거리는 상대적으로 클 수 있거나(예를 들면, 2개의 상이한 대도시 지역에 있음) 또는 상대적으로 작을 수 있다(예를 들면, 도시 블록과 맞닿아 있는 2개의 교차로 또는 다중 차선 도로의 2개의 차선).
일 실시예에서, 방향 그래프(1000)는 AV(100)에 의해 점유될 수 있는 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004) 사이의 상이한 위치를 나타내는 노드(1006a 내지 1006d)를 갖는다. 일부 예에서, 예를 들면, 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004)가 상이한 대도시 지역을 나타낼 때, 노드(1006a 내지 1006d)는 도로의 세그먼트를 나타낸다. 일부 예에서, 예를 들면, 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004)가 동일한 도로 상의 상이한 위치를 나타낼 때, 노드(1006a 내지 1006d)는 해당 도로 상의 상이한 위치를 나타낸다. 이러한 방식으로, 방향 그래프(1000)는 다양한 입도(granularity) 레벨로 정보를 포함한다. 일 실시예에서, 높은 입도를 갖는 방향 그래프는 또한 더 큰 스케일을 갖는 다른 방향 그래프의 서브그래프(subgraph)이다. 예를 들어, 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004)가 멀리 떨어져 있는(예를 들면, 수 마일 떨어져 있는) 방향 그래프는 그의 정보 대부분이 낮은 입도이고 저장된 데이터에 기초하지만, AV(100)의 시야 내의 물리적 위치를 나타내는 그래프의 부분에 대한 일부 높은 입도 정보도 포함한다.
노드(1006a 내지 1006d)는 노드와 중첩될 수 없는 대상체(1008a 및 1008b)와 별개이다. 일 실시예에서, 입도가 낮을 때, 대상체(1008a 및 1008b)는 자동차에 의해 횡단될 수 없는 영역, 예를 들면, 거리 또는 도로가 없는 구역을 나타낸다. 입도가 높을 때, 대상체(1008a 및 1008b)는 AV(100)의 시야 내의 물리적 대상체, 예를 들면, 다른 자동차, 보행자, 또는 AV(100)와 물리적 공간을 공유할 수 없는 다른 엔티티를 나타낸다. 일 실시예에서, 대상체(1008a 및 1008b)의 일부 또는 전부는 정적 대상체(예를 들면, 가로등 또는 전신주와 같은 위치를 변경하지 않는 대상체) 또는 동적 대상체(예를 들면, 보행자 또는 다른 자동차와 같은 위치를 변경할 수 있는 대상체)이다.
노드(1006a 내지 1006d)는 에지(1010a 내지 1010c)에 의해 연결된다. 2개의 노드(1006a 및 1006b)가 에지(1010a)에 의해 연결되는 경우, AV(100)가, 예를 들면, 다른 노드(1006b)에 도착하기 전에 중간 노드로 주행할 필요 없이, 하나의 노드(1006a)와 다른 노드(1006b) 사이에서 주행하는 것이 가능하다. (노드들 사이에서 주행하는 AV(100)를 언급할 때, AV(100)가 각자의 노드에 의해 표현되는 2개의 물리적 위치 사이에서 주행한다는 것을 의미한다.) 에지(1010a 내지 1010c)는, AV(100)가 제1 노드로부터 제2 노드로, 또는 제2 노드로부터 제1 노드로 주행한다는 의미에서 종종 양방향성이다. 일 실시예에서, 에지(1010a 내지 1010c)는, AV(100)가 제1 노드로부터 제2 노드로 주행할 수 있지만, AV(100)가 제2 노드로부터 제1 노드로 주행할 수 없다는 의미에서 단방향성이다. 에지(1010a 내지 1010c)는, 예를 들어, 일방통행로, 거리, 도로, 또는 간선도로의 개별 차선, 또는 법적 또는 물리적 제약으로 인해 일 방향으로만 횡단될 수 있는 다른 특징부를 나타낼 때, 단방향성이다.
일 실시예에서, 계획 모듈(404)은 방향 그래프(1000)를 사용하여 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004) 사이의 노드 및 에지로 구성된 경로(1012)를 식별한다.
에지(1010a 내지 1010c)는 연관된 비용(1014a 및 1014b)을 갖는다. 비용(1014a 및 1014b)은 AV(100)가 해당 에지를 선택하는 경우 소비될 리소스를 나타내는 값이다. 전형적인 리소스는 시간이다. 예를 들어, 하나의 에지(1010a)가 다른 에지(1010b)의 물리적 거리의 2배인 물리적 거리를 나타내는 경우, 제1 에지(1010a)의 연관된 비용(1014a)은 제2 에지(1010b)의 연관된 비용(1014b)의 2배일 수 있다. 시간에 영향을 미치는 다른 인자는 예상된 교통, 교차로들의 개수, 속력 제한 등을 포함한다. 다른 전형적인 리소스는 연비이다. 2개의 에지(1010a 및 1010b)는 동일한 물리적 거리를 나타낼 수 있지만, 예를 들면, 도로 조건, 예상된 날씨 등으로 인해, 하나의 에지(1010a)는 다른 에지(1010b)보다 많은 연료를 필요로 할 수 있다.
계획 모듈(404)이 시작 포인트(1002)와 종료 포인트(1004) 사이의 경로(1012)를 식별할 때, 계획 모듈(404)은 전형적으로, 비용에 최적화된 경로, 예를 들면, 에지의 개별 비용이 함께 가산될 때 가장 적은 총 비용을 갖는 경로를 선택한다.
자율 주행 차량 제어
도 11은 (예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은) 제어 모듈(406)의 입력 및 출력의 블록 다이어그램(1100)을 도시한다. 제어 모듈은, 예를 들어, 프로세서(304)와 유사한 하나 이상의 프로세서(예를 들면, 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 또는 둘 모두와 같은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서), 메인 메모리(306)와 유사한 단기 및/또는 장기 데이터 스토리지(예를 들면, 메모리 랜덤 액세스 메모리 또는 플래시 메모리 또는 둘 모두), ROM(1308), 및 저장 디바이스(210)를 포함하는 제어기(1102), 및 메모리 내에 저장된 명령어에 따라 동작하는데, 상기 명령은 명령어가 (예를 들면, 하나 이상의 프로세서에 의해) 실행될 때 제어기(1102)의 동작을 수행한다.
일 실시예에서, 제어기(1102)는 원하는 출력(1104)을 나타내는 데이터를 수신한다. 원하는 출력(1104)은 전형적으로 속도, 예를 들면, 속력 및 헤딩을 포함한다. 원하는 출력(1104)은, 예를 들어, (예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은) 계획 모듈(404)로부터 수신되는 데이터에 기초할 수 있다. 원하는 출력(1104)에 따라, 제어기(1102)는 스로틀 입력(1106) 및 조향 입력(1108)으로서 사용 가능한 데이터를 생성한다. 스로틀 입력(1106)은 원하는 출력(1104)을 달성하기 위해, 예를 들면, 조향 페달에 관여하거나 또는 다른 스로틀 제어에 관여함으로써, AV(100)의 스로틀(예를 들면, 가속 제어)에 관여하는 정도를 나타낸다. 일부 예에서, 스로틀 입력(1106)은 AV(100)의 브레이크(예를 들면, 감속 제어)에 관여하는 데 사용 가능한 데이터를 또한 포함한다. 조향 입력(1108)은 조향각, 예를 들면, AV의 조향 컨트롤(예를 들면, 조향 휠, 조향각 액추에이터, 또는 조향각을 제어하기 위한 다른 기능성)이 원하는 출력(1104)을 달성하도록 위치설정되어야 하는 각도를 나타낸다.
일 실시예에서, 제어기(1102)는 스로틀 및 조향에 제공되는 입력을 조정하는 데 사용되는 피드백을 수신한다. 예를 들어, AV(100)가 언덕과 같은 방해물(1110)과 조우하면, AV(100)의 측정된 속력(1112)은 원하는 출력 속력 아래로 낮아진다. 일 실시예에서, 임의의 측정된 출력(1114)은, 예를 들어, 측정된 속력과 원하는 출력 사이의 차분(1113)에 기초하여, 필요한 조정이 수행되도록 제어기(1102)에 제공된다. 측정된 출력(1114)은 측정된 위치(1116), 측정된 속도(1118)(속력 및 헤딩을 포함함), 측정된 가속도(1120), 및 AV(100)의 센서에 의해 측정 가능한 다른 출력을 포함한다.
일 실시예에서, 방해물(1110)에 관한 정보는, 예를 들면, 카메라 또는 LiDAR 센서와 같은 센서에 의해 미리 검출되고, 예측 피드백 모듈(1122)에 제공된다. 이어서, 예측 피드백 모듈(1122)은 정보를 제어기(1102)에 제공하며, 제어기(1102)는 이 정보를 사용하여 그에 따라 조정할 수 있다. 예를 들어, AV(100)의 센서가 언덕을 검출한("본") 경우, 이 정보는 상당한 감속을 방지하도록 적절한 시간에 스로틀에 관여할 준비를 하기 위해 제어기(1102)에 의해 사용될 수 있다.
도 12는 제어기(1102)의 입력, 출력, 및 컴포넌트의 블록 다이어그램(1200)을 도시한다. 제어기(1102)는 스로틀/브레이크 제어기(1204)의 동작에 영향을 미치는 속력 프로파일러(1202)를 갖는다. 예를 들어, 속력 프로파일러(1202)는, 예를 들면, 제어기(1102)에 의해 수신되고 속력 프로파일러(1202)에 의해 프로세싱되는 피드백에 따라 스로틀/브레이크(1206)를 사용하여 가속에 관여하거나 감속에 관여하도록 스로틀/브레이크 제어기(1204)에 명령한다.
제어기(1102)는 또한 조향 제어기(1210)의 동작에 영향을 미치는 횡방향 추적 제어기(1208)를 갖는다. 예를 들어, 횡방향 추적 제어기(1208)는, 예를 들면, 제어기(1102)에 의해 수신되고 횡방향 추적 제어기(1208)에 의해 프로세싱되는 피드백에 따라 조향각 액추에이터(1212)의 위치를 조정하도록 조향 제어기(1204)에 명령한다.
제어기(1102)는 스로틀/브레이크(1206) 및 조향각 액추에이터(1212)를 제어하는 방법을 결정하는 데 사용되는 여러 입력을 수신한다. 계획 모듈(404)은, 예를 들어, AV(100)가 동작을 시작할 때 헤딩을 선택하기 위해 그리고 AV(100)가 교차로에 도달할 때 어느 도로 세그먼트를 횡단할지를 결정하기 위해, 제어기(1102)에 의해 사용되는 정보를 제공한다. 로컬화 모듈(408)은, 예를 들어, 스로틀/브레이크(1206) 및 조향각 액추에이터(1212)가 제어되고 있는 방식에 기초하여 예상되는 위치에 AV(100)가 있는지를 제어기(1102)가 결정할 수 있도록, AV(100)의 현재 위치를 기술하는 정보를 제어기(1102)에 제공한다. 일 실시예에서, 제어기(1102)는 다른 입력(1214)으로부터의 정보, 예를 들어, 데이터베이스, 컴퓨터 네트워크 등으로부터 수신된 정보를 수신한다.
ISN으로부터의 단안 3D 대상체 검출
도 13은 하나 이상의 실시예에 따른, 이미지 시맨틱스 네트워크(ISN)(1300)의 블록 다이어그램이다. 이전에 기술된 바와 같이, ISN(1300)은 SSD를 기반으로 하는 단일 스테이지, 단일 이미지 대상체 검출 네트워크이다. ISN(1300)은 입력 이미지(1301)를 받고, 이미지(1301)에서의 각각의 픽셀의 클래스를 예측하며, 이미지(1301)에서의 각각의 픽셀에 대한 시맨틱 세그먼트화 데이터(예를 들어, 분류 점수)를 출력한다. ISN(1300)은 이미지를 포함하는 이미지 데이터 세트를 사용하여 트레이닝되며 여기서 각각의 이미지는 이미지 데이터 세트에서의 클래스에 대한 세그먼트화 레이블 및 2D 경계 박스로 주석이 달려 있다. 예시적인 분류 점수는 픽셀의 클래스가 올바르게 예측되었을 확률을 나타내는 확률 값이다. 일 실시예에서, ISN(1300)은 백본 및 검출 헤드를 포함한다. 일 실시예에서, 백본은, “PointPillars: Fast Encoders for Object Detection from Point Clouds, arXiv:1812.05784v2 [cs.LG] 7 May 2019에 기술된 것과 같은, 완전 컨볼루션 신경 네트워크(FCNN)이고, 검출 헤드는, W. Liu, D. Anguelov, D. Erhan, C. Szegedy, S. Reed, C.-Y. Fu, and A. C. Berg. SSD: Single shot multibox detector. In ECCV, 2016에 기술된 것과 같은, SSD이다. 분류 손실(classification loss), 로컬화 손실(localization loss) 및 어트리뷰트 손실(attribute loss)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 손실 함수가 ISN(1300)에 의해 이용될 수 있다.
일 실시예에서, ISN(1300)은 2개의 서브 네트워크, 즉 점점 더 작은 공간 분해능으로 특징을 생성하는 하나의 하향식 네트워크(top-down network) 및 하향식 특징(top-down feature)의 업샘플링(upsampling) 및 연결(concatenation)을 수행하는 제2 네트워크를 포함한다. 하향식 네트워크는 일련의 블록에 의해 특성화될 수 있다. 각각의 블록은 스트라이드(stride) S(원래 입력 이미지(1301)를 기준으로 하여 측정됨)로 동작한다. 블록은 F개의 출력 채널을 갖는 L개의 3x3 2D 컨볼루션 계층을 가지며, 각각에 후속하여 BatchNorm 및 ReLU가 뒤따른다. 스트라이드
Figure 112021053855418-pat00001
의 입력 블롭(input blob)을 수신한 후에 블록이 스트라이드 S에 대해 동작하도록 보장하기 위해 계층 내부의 첫 번째 컨볼루션은 스트라이드
Figure 112021053855418-pat00002
를 갖는다. 블록에서의 모든 후속 컨볼루션은 스트라이드 1을 갖는다.
각각의 하향식 블록으로부터의 최종 특징은 다음과 같이 업샘플링과 연결을 통해 조합된다. 첫째, F개의 최종 특징을 갖는 전치 2D 컨볼루션(transposed 2D convolution)을 사용하여 초기 스트라이드
Figure 112021053855418-pat00003
으로부터 최종 스트라이드
Figure 112021053855418-pat00004
(둘 모두 다시 말하지만 원래 이미지(1301)를 기준으로 하여 측정됨)까지 특징이 업샘플링된다. 다음으로, 업샘플링된 특징에 BatchNorm 및 ReLU가 적용된다. 최종 출력 특징은 상이한 스트라이드들로부터 유래된 모든 특징들의 연결이다.
일 실시예에서, 2D 경계 박스 및 분류 점수와 함께 대상체의 인코딩된 3D 속성을 제공하기 위해 SSD 출력이 증강된다. 인코딩된 3D 속성은, 사전 박스 및 카메라 고유 파라미터와 함께, 차량 좌표계로 된 3D 경계 박스로 디코딩될 수 있는 포맷으로 된 대상체에 대한 3D 경계 박스의 치수, 배향 및 위치에 관한 정보를 포함한다.
각각의 사전 박스에 대해, 사전 박스의 치수 및 위치, 인코딩된 3D 속성 및 카메라 고유 파라미터가 대상체에 대한 3D 경계 박스를 생성하는 3D 경계 박스 생성기(1302)에 입력된다. 예시적인 ISN(1300)은 개시된 실시예에 대해 사용될 수 있는 이미지 시맨틱스 네트워크의 일 예에 불과하다. 세그먼트화, 이미지 분류 그리고 2D 및 3D 검출을 추정하기 위해 단일 이미지에 대해 동작하는 임의의 네트워크 또는 네트워크 세트가 개시된 실시예에 대해 사용될 수 있다.
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 13의 ISN(1300)의 출력을 예시한다. 이 예에서, 경계 박스(1401(SUV), 1402(보행자/조깅하는 사람), 1403(모터사이클) 및 1404(모터사이클))를 포함한 다수의 3D 경계 박스가 보여지고 있다. 경계 박스(1404)는, 폭(W), 길이(L) 및 높이(H)와 거리(모두가 미터 단위임)를 포함하는 대상체에 대한 추정된 지오메트리 데이터로 증강되어 보여지고 있다. 도 14에서, 추정된 지오메트리 데이터가 그라운드 트루스(Ground Truth, GT) 데이터와 비교된다는 점에 유의한다. 관찰될 수 있는 바와 같이, 추정된 지오메트리 데이터가 GT 데이터에 가까우며, 이는 지오메트리 데이터 추정의 정확도를 나타낸다. 이미지 데이터로부터 대상체의 인코딩된 3D 속성을 계산하는 것은 도 15 및 도 16을 참조하여 아래에서 기술된다.
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른, 3D 박스 추정 지오메트리의 정면도이다. 도 16은 하나 이상의 실시예에 따른, 도 15의 3D 박스 추정 지오메트리의 조감도이다.
Figure 112021053855418-pat00005
로서 지정된 각각의 사전 박스(1500)에 대해, ISN(1300)의 검출 헤드는 12+ K 크기의 파라미터 벡터 V를 출력하고:
Figure 112021053855418-pat00006
, 여기서
Figure 112021053855418-pat00007
2D 경계 박스(1501)를 얻기 위해
Figure 112021053855418-pat00008
가
Figure 112021053855418-pat00009
와 결합된다
Figure 112021053855418-pat00010
Figure 112021053855418-pat00011
는 대상체 폭, 길이 및 높이(단위: 미터)에 대응한다
Figure 112021053855418-pat00012
Figure 112021053855418-pat00013
은 카메라 중심으로부터 대상체 중심까지의 반경 거리이다.
Figure 112021053855418-pat00014
시야각
Figure 112021053855418-pat00015
를 얻기 위해
Figure 112021053855418-pat00016
가 결합된다
Figure 112021053855418-pat00017
이미지 상에서의 대상체 3D 중심 투영을 얻기 위해
Figure 112021053855418-pat00018
가 P와 결합된다
Figure 112021053855418-pat00019
Figure 112021053855418-pat00020
는 K개의 클래스에 대한 분류(신뢰) 점수이다
사전 박스(1500) 및 중심에 대한 오프셋
Figure 112021053855418-pat00021
와 크기에 대한 오프셋
Figure 112021053855418-pat00022
가 주어지면, 2D 경계 박스(1501)는 다음과 같이 주어진다:
Figure 112021053855418-pat00023
- 중심
Figure 112021053855418-pat00024
는 2D 경계 박스(1501)의 중심을 나타낸다.
Figure 112021053855418-pat00025
크기
Figure 112021053855418-pat00026
)는 2D 경계 박스(1501)를 나타낸다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 사전 박스(1501), 대상체의 인코딩된 3D 속성
Figure 112021053855418-pat00027
및 카메라 고유 특성(camera intrinsic) Q가 주어지면, 대상체에 대한 3D 경계 박스(1502)는 다음과 같이 결정된다:
Figure 112021053855418-pat00028
,
Figure 112021053855418-pat00029
크기
Figure 112021053855418-pat00030
, 3D 경계 박스(1502)의 치수
Figure 112021053855418-pat00031
중심
Figure 112021053855418-pat00032
, 여기서
Figure 112021053855418-pat00033
광선 요각
Figure 112021053855418-pat00034
[1]
Figure 112021053855418-pat00035
광선 피치각
Figure 112021053855418-pat00036
[2]
Figure 112021053855418-pat00037
중심 투영
Figure 112021053855418-pat00038
[3]
Figure 112021053855418-pat00039
요각
Figure 112021053855418-pat00040
[4]
일 실시예에서, SSD 출력은 6개의 그룹, 즉 분류, 2D 로컬화, 치수, 배향, 반경 거리 및 중심 투영으로 그룹화된다. 각각의 출력 그룹에 대해 개별적으로 손실이 계산된다. 2D 로컬화, 치수, 배향, 반경 거리 및 중심 투영에 대해서는, FasterRCNN: Shaoqing Ren, Kaiming He, Ross Girshick, and Jian Sun. Faster R-CNN: Towards real-time object detection with region proposal networks. In NIPS, 2015에 기술된 바와 같은, “SmoothL1Loss” 방법이 사용되고:
Figure 112021053855418-pat00041
Figure 112021053855418-pat00042
여기서 x는 그라운드 트루스 값이고 y는 위에서 언급된 속성의 추정 값이다.
분류 손실에 대해서는, MultiLabelSoftMarginLoss 함수가 사용된다. 예측된 손실 점수 벡터 x와 원-핫 인코딩된(one-hot encoded) 타깃 클래스 벡터 y가 주어지면, MultiLabelSoftMarginLoss는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112021053855418-pat00043
도 17은 하나 이상의 실시예에 따른, 단안 3D 대상체 검출 프로세스(1700)의 흐름 다이어그램이다. 프로세스(1700)는, 예를 들어, 도 3을 참조하여 기술된 컴퓨터 시스템(300)을 사용하여 구현될 수 있다.
프로세스(1700)는 AV 카메라로부터 이미지를 수신하는 단계(1701)로 시작된다. 프로세스(1700)는, 이미지에서 검출된 각각의 대상체에 대해, 인코딩된 3D 속성, 2D 경계 박스 및 분류 점수를 생성하는 단계(1702)로 계속된다. 프로세스(1700)는 사전 박스의 치수 및 위치, 인코딩된 3D 속성 및 카메라 고유 파라미터를 사용하여 각각의 대상체에 대한 3D 경계 박스를 생성하는 단계(1703)로 계속된다. 프로세스(1700)는 생성된 3D 경계 박스를 적어도 부분적으로 사용하여 차량에 대한 루트 또는 궤적을 계산하는 단계(1704); 및 차량의 제어기를 사용하여, 차량으로 하여금 루트 또는 궤적을 따라 주행하게 하는 단계(1705)로 계속된다.
전술한 설명에서, 본 발명의 실시예는 구현마다 달라질 수 있는 다수의 특정 세부 사항을 참조하여 기술되었다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 관점보다는 예시적인 관점에서 보아야 한다. 본 발명의 범위의 유일한 독점적인 지표, 및 출원인이 본 발명의 범위이도록 의도한 것은, 본 출원에서 특정 형태로 나오는 일련의 청구항의 문언적 등가 범위이며, 임의의 후속 보정을 포함한다. 그러한 청구항에 포함된 용어에 대한 본원에서 명시적으로 기재된 임의의 정의는 청구항에서 사용되는 그러한 용어의 의미를 결정한다. 그에 부가하여, 전술한 설명 및 이하의 청구항에서 "추가로 포함하는"이라는 용어가 사용될 때, 이 문구에 뒤따르는 것은 추가적인 단계 또는 엔티티, 또는 이전에 언급된 단계 또는 엔티티의 서브-단계/서브-엔티티일 수 있다.

Claims (12)

  1. 방법으로서,
    차량의 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 상기 차량의 카메라로부터 이미지들을 수신하는 단계;
    상기 이미지들을 입력으로서 이용하여 대상체 검출 네트워크를 사용하여, 상기 이미지들에서 검출된 대상체들을 포함하는 2차원(2D) 경계 박스들, 대응하는 사전 박스(priorbox)들, 및 각각의 대상체 검출에 대한 대응하는 분류 점수들을 생성하는 단계;
    각각의 2D 경계 박스와 연관된 각각의 대상체에 대해:
    상기 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 상기 카메라에 대한 상기 대상체의 인코딩된 3차원(3D) 속성들을 생성하는 단계;
    상기 대상체에 대응하는 사전 박스의 치수 및 위치, 상기 대상체에 대응하는 상기 인코딩된 3D 속성들, 및 카메라 고유 파라미터들을 사용하여 상기 대상체에 대한 3D 경계 박스를 생성하는 단계;
    상기 생성된 3D 경계 박스들을 적어도 부분적으로 사용하여 상기 차량에 대한 루트 또는 궤적을 계산하는 단계; 및
    상기 차량의 제어기를 사용하여, 상기 차량으로 하여금 상기 루트 또는 궤적을 따라 주행하게 하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 단일 스테이지의 단일 이미지 대상체 검출 네트워크인 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 단일 샷 검출기를 갖는 이미지 시맨틱스 네트워크(single semantics network)인 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인코딩된 3D 속성은 치수들, 반경 거리(radial distance), 시야각, 및 중심 투영 오프셋(center projection offset)들을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 상기 대상체의 인코딩된 3차원(3D) 속성들을 생성하는 단계는,
    각각의 사전 박스에 대해, 상기 사전 박스의 하단 중심으로부터의 오프셋 세트, 상기 대상체의 폭, 길이 및 높이, 상기 카메라의 중심으로부터 상기 대상체의 중심까지의 반경 거리, 및 시야각을 포함하는 파라미터들의 벡터를 추정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 분류, 2D 로컬화, 치수, 배향, 반경 거리, 및 중심 투영을 포함하는 6개의 파라미터 그룹들을 출력하는 것이고,
    상기 방법은,
    각각의 파라미터 그룹에 대한 손실 함수들을 개별적으로 계산하는 단계; 및
    상기 손실 함수들을 사용하여 상기 대상체 검출 네트워크를 트레이닝시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 시스템으로서,
    하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어들을 저장하는 메모리
    를 포함하며, 상기 동작들은:
    차량의 카메라로부터 이미지들을 수신하는 동작;
    상기 이미지들을 입력으로서 이용하여 대상체 검출 네트워크를 사용하여, 상기 이미지들에서 검출된 대상체들을 포함하는 2차원(2D) 경계 박스들, 대응하는 사전 박스들, 및 각각의 대상체 검출에 대한 대응하는 분류 점수들을 생성하는 동작;
    각각의 2D 경계 박스와 연관된 각각의 대상체에 대해:
    상기 카메라에 대한 상기 대상체의 인코딩된 3차원(3D) 속성들을 생성하는 동작;
    상기 대상체에 대응하는 사전 박스의 치수 및 위치, 상기 대상체에 대응하는 상기 인코딩된 3D 속성들, 및 카메라 고유 파라미터들을 사용하여 상기 대상체에 대한 3D 경계 박스를 생성하는 동작;
    상기 생성된 3D 경계 박스들을 적어도 부분적으로 사용하여 상기 차량에 대한 루트 또는 궤적을 계산하는 동작; 및
    상기 차량의 제어기를 사용하여, 상기 차량으로 하여금 상기 루트 또는 궤적을 따라 주행하게 하는 동작을 포함하는 것인, 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 단일 스테이지의 단일 이미지 대상체 검출 네트워크인 것인, 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 단일 샷 검출기를 갖는 이미지 시맨틱스 네트워크인 것인, 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 인코딩된 3D 속성들은 치수들, 반경 거리, 시야각, 및 중심 투영 오프셋들을 포함하는 것인, 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 대상체의 인코딩된 3차원(3D) 속성들을 생성하는 동작은,
    각각의 사전 박스에 대해, 상기 사전 박스의 하단 중심으로부터의 오프셋 세트, 상기 대상체의 폭, 길이 및 높이, 상기 카메라의 중심으로부터 상기 대상체의 중심까지의 반경 거리, 및 시야각을 포함하는 파라미터들의 벡터를 추정하는 동작을 더 포함하는 것인, 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 대상체 검출 네트워크는 분류, 2D 로컬화, 치수, 배향, 반경 거리, 및 중심 투영을 포함하는 6개의 파라미터 그룹들을 출력하고,
    상기 동작들은,
    각각의 파라미터 그룹에 대한 손실 함수들을 개별적으로 계산하는 동작; 및
    상기 손실 함수들을 사용하여 상기 대상체 검출 네트워크를 트레이닝시키는 동작을 더 포함하는 것인, 시스템.
KR1020210060143A 2020-07-22 2021-05-10 이미지 시맨틱스 네트워크로부터의 단안 3d 대상체 검출 KR102549258B1 (ko)

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