KR20030056284A - 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템 및 그 방법 - Google Patents

차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템 및 그 방법은, 도로 시설물에 대한 영상 정보를 다수의 카메라를 이용하여 획득하고, 영상의 획득 순간과 동기화되어 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 GPS로부터 수신하며, 외부 동기화 장치로부터 제공되는 동기화 신호에 따라 상기 GPS로부터의 렌즈 중심 좌표 정보와 영상 획득 순간과 동기화 되어 영상 획득 순간의 카메라의 자세를 결정한다. 그리고, 상기 결정된 카메라의 자세에 따라 상기 획득된 영상 정보와 상기 수신된 카메라 렌즈 중심 좌표 정보를 합성한 후, 합성된 도로 시설물에 대한 영상 정보를 동일 좌표계에 디스플레이하는 것으로, 한번의 차량 이동으로 많은 도로 시설물의 위치 정보 및 영상 정보를 추출하도록 함으로써, 도로시설물 정보 수집을 위해 소요되었던 막대한 인력과 시간 낭비를 최소화 할 수 있는 것이다.

Description

차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템 및 그 방법{Method and system for extraction a road institution body information using a vehicles}
본 발명은 도로시설물 정보추출 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, CCD 카메라 및 GPS/IMU가 설치된 차량을 이용하여 한번의 차량이동을 통해 많은 도로시설물의 위치정보 및 영상정보를 추출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 도로시설물 정보추출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
이와 같이 도로시설물들에 대한 정보를 추출하기 위해 종래에는 GPS만을 독립적으로 사용하는 방법과, 사진측량방법과, GPS 및 CCD 카메라를 이용하는 방법 등이 있다.
이중 GPS만을 독립적으로 사용하는 방법은 대량의 도로시설물정보를 알아내고자 할 경우 많은 인력과 시간이 소요되며, 동시에 4개 이상의 위성으로부터 위성신호를 수신하여야만 측량이 가능하다는 단점을 가지고 있다.
한편, 사진측량방법은 지상 기준점 측량을 통해 영상을 해석하고 이로부터 지도제작과 각종 지형정보를 추출하는 방법으로서, 이의 목적은 영상획득순간의 카메라 위치와 자세를 재현하기 위한 것인데, 이를 위해서는 막대한 시간과 비용이 소요된다는 단점이 있다.
마지막으로, 단순히 CCD카메라와 GPS를 사용하는 최근의 방법은 신호를 획득하지 못하였을 경우의 위치오차가 큰 단점을 가지고 있으며 입체적인 영상획득이 어렵다는 특징이 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의목적은 CCD 카메라 및 GPS/IMU가 설치된 차량을 용하여 한번의 차량이동으로 많은 도로시설물의 위치정보 및 영상정보를 추출하도록 함으로써, 보다 효율적으로 도로시설물 정보를 추출하도록 하는 도로시설물 정보추출 시스템 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따름 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 시스템의 일 측면에 따르면, 차량에 설치되어 도로 시설물에 대한 영상 정보를 촬영하는 카메라부와; 상기 카메라부에서 영상의 촬영 순간에 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 GPS로부터 수신하고, 동기화를 위한 1PPS신호를 출력하는 GPS 수신부와; 상기 GPS수신부로부터 제공되는 1PPS신호에 따라 GPS 수신부와 동기화되어 상기 카메라부의 영상 촬영 순간의 카메라의 자세를 결정하는 IMU부와; 제공되는 동기화 신호에 따라 상기 영상 정보의 촬영 시점과 상기 GPS 수신부에서 수신된 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 동기화시키고, 상기 IMU에서 결정된 카메라의 자세에 따라 상기 촬영된 영상 정보와 상기 수신된 카메라 렌즈 중심 좌표 정보를 합성하는 데이터 합성 처리부와; 상기 영상 정보의 촬영 시점과 GPS 수신부에서 수신된 카메라 중심 좌표 정보를 동기화 시키기 위한 동기화 신호를 제공하는 동기화부와; 상기 데이터 합성 처리부에서 처리된 좌표상의 도로 시설물 위치 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
상기 카메라부에서 수집된 영상을 보정하기 위한 이동형 카메라보정도구 및 토탈 스테이션을 더 포함할 수 있으며, 상기 이동형 카메라 보정도구는 스테인레스와, 검정색 정사각형 패널과, 상기 스테인레스 및 검정색 정사각형 패널의 중앙에접착된 흰색구와, 상기 구조물을 지면으로부터 소정 위치에 고정시키는 삼각대를 포함할 수 있는 것이다.
상기 카메라부는 6개의 CCD 카메라를 포함하며, 입체영상을 획득하기 위한 각 CCD 카메라간 기선 거리를 소정간격으로 유지하도록 하고, 상기 IMU부는 복수개의 IMU를 포함하며, 상기 카메라부를 구성하는 CCD 카메라와 IMU가 동일 패널상에서 항상 3차원 좌표축에 대한 동일한 자세를 갖도록 하기 위해, 상기 CCD 카메라부를 구성하는 CCD 카메라들 중 복수개의 CCD 카메라의 뒤쪽에 고정하는 것이다. 또한, 상기 GPS 수신부는 복수개의 GPS 수신기를 포함하며, 하나의 GPS 수신기는 차량의 앞쪽에 설치하고, 나머지 하나의 GPS 수신기는 차량의 뒤쪽에 설치하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 방법의 일 측면에 따르면, 도로 시설물에 대한 영상 정보를 다수의 카메라를 이용하여 획득하고, 영상의 획득 순간과 동기화되어 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 GPS로부터 수신하는 단계; 외부 동기화 장치로부터 제공되는 동기화 신호에 따라 상기 GPS로부터의 렌즈 중심 좌표 정보와 영상 획득 순간과 동기화 되어 영상 획득 순간의 카메라의 자세를 결정하는 단계; 상기 결정된 카메라의 자세에 따라 상기 획득된 영상 정보와 상기 수신된 카메라 렌즈 중심 좌표 정보를 합성하는 단계; 상기 합성된 도로 시설물에 대한 영상 정보를 동일 좌표계에 디스플레이하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 GPS로부터 수신하는 단계에서 동기화는, 상기 카메라가 오픈되는 순간과동시에 상기 외부 동기화 장치에서 이벤트 마크신호를 GPS에 인식시켜 영상 획득 순간과 GPS를 이용하여 획득된 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 동기화시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도로시설물 정보추출 시스템에 대한 개략적인 기능 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도로시설물 정보추출 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면.
♣도면의 주요 부분에 대한 설명 ♣
10 : CCD 카메라부 20 : GPS 수신부
30 : IMU 40 : 영상 데이터 수신부
50 : ESD 60 : 데이터 통합 처리부
70 : 디스플레이부 80 : 도로시설물 정보 출력부
이하, 본 발명에 따른 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 하자.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도로시설물 정보추출 시스템에 대한 개략적인 기능 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 도로시설물 정보추출 시스템은 CCD 카메라부(10), GPS 수신부(20), IMU부(30), 영상데이터 수신부(40), ESD(50), 데이터 통합 처리부(60), 디스플레이부(70) 및 도로시설물정보 출력부(80)를 포함한다.
CCD 카메라부(10)는 차량이 이동하면서 도로시설물에 대한 영상정보를 수집한 후, CCD 로우데이터(CCD Raw Data)를 영상데이터 수신부(40)로 전달한다. 이 때, CCD 카메라부(10)는 6개의 CCD 카메라를 포함하며, 입체영상을 획득하기 위해 각 CCD 카메라들간 기선 거리를 소정간격(예컨대, 약 2m 정도)으로 유지하도록 한다. 이러한 CCD 카메라들은 차량의 지붕에 설치하는 것이 일반적인데, 이를 위해, 카메라고정용 하우징이 부착된 마운트(Mount)를 차량의 지붕에 설치한다. 한편, 본 발명의 실시예에서 사용된 CCD 카메라는 그 Shutter Speed(sec)가 1/31,000sec ~2sec 까지이고, 해당 CCD 카메라의 Cell Size는 4.65 x 4.65 와 1392 x 1040의 해상력을 사용하며, 본 발명의 실시예에서는 차량의 앞부분에 2개의 CCD 카메라를 설치하고, 차량의 양측면에 각각 1개의 CCD 카메라를 설치하고, 차량의 뒷부분에 2개의 CCD 카메라를 설치하도록 하였다.
영상데이터 수신부(40)는 CD 카메라부(10)에서 수집된 CCD 로우데이터를 수신하는 장치로서, 프레임 그래버(Frame Grabber)를 설치하여 활용한다.
GPS 수신부(20)는 군사적 목적으로 개발된 GPS로부터 관측지점에 대한 3차원 좌표를 수신하는 장치를 말하는 것으로서, 전세계 어느 곳에서나 인공위성을 이용하여 관측 점의 정확한 위치를 구할 수 있다는 특성이 있다. 한편, 이러한 GPS는 정적 또는 동적인 측량에 활용되며, 단순히 3차원 좌표를 획득하는 측량분야에만 활용되는데, 본 발명에서는 CCD 카메라부(10)의 CCD 영상 획득 순간에 CCD 카메라의 렌즈 중심 좌표를 획득하기 위해 사용되었다.
GPS 수신부(20)는 복수개의 GPS 수신기로 구성되며, 차량에 부착된 하우징 위에 고정하였는데, 하나의 GPS 수신기는 차량의 앞쪽에 설치하고, 나머지 하나는 차량의 뒤쪽에 설치한다. 이는 GPS를 활용하여 CCD 카메라의 촬영방향에 대한 방위각과 3차원 좌표축에 대한 회전력을 산출하기 위해서이다. 한편, GPS 수신부(20)는 IMU부(30)와의 동기를 맞추기 위해 1 PPS 신호를 IMU부(30)로 출력한다.
IMU부(30)는 복수개의 IMU로 구성되는데, IMU란 관성측정장비(Inertial Measurement Unit)를 말한다. 즉, IMU는 운반체에 장착된 관성센서 즉 가속도를 측정하는 가속도 계와 회전각속도를 감시하는 자이로스코우프를 내장하고 있으며, 외부의 어떠한 정보 없이도 관성센서를 이용하여 끊임없이 변화하는 탑재운반체의 현재의 위치, 속도 및 자세 등을 자율적으로 계산해내는 고 정밀 계측장치이다. 따라서, 이러한 IMU를 활용하면 가속도와 위치 및 자세를 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 IMU부(30)를 이용하여 CCD 카메라부(10)의 CCD 영상 획득 순간에 CCD 카메라의 자세를 결정하도록 한다. 즉, IMU부(30)는 CCD 카메라부(10)를 구성하는 CCD 카메라와 IMU가 동일 패널상에서 항상 3차원 좌표축에 대한 동일한 자세를 갖도록 하기 위해, CCD 카메라부(10)를 구성하는 CCD 카메라들 중 복수개의 CCD 카메라의 뒤쪽에 복수개의 IMU를 각각 고정한다.
ESD(외부동기화장치, External Sync Device)(50)는 영상데이터 수신부(40)와, GPS 수신부(20)의 동기를 맞추어준다. 즉, ESD(50)는 CCD 카메라부(10)의 영상획득 순간에 대한 GPS 정보를 동기화시키기 위해, 기 설정된 소정시간 간격(예컨대, 0.001 sec ~ 24sec)으로 상기 영상데이터 수신부로 트리거(trigger)를 전송함과 동시에 GPS 수신부(20)로 이벤트마크(Event mark)를 전송한다. 이와 같이 하여 ESD(50)는 CCD 영상 획득 순간에 대한 GPS 정보를 취득할 수가 있는 것이다.
데이터 통합 처리부(60)는 영상데이터 수신부(40), GPS 수신부(20) 및 IMU부(30) 각각의 처리결과를 하나의 데이터로 통합한다. 즉, CCD 영상의 획득순간에 대한 카메라 렌즈 중심의 위치와 자세를 동일 좌표계상으로 나타낸다.
디스플레이부(70)는 이러한 처리 결과를 화면상에 디스플레이하고, 도로시설물 정보 출력부(80)는 이러한 처리 결과에 의해 파악된 도로시설물 정보를 외부로 출력한다.
한편, CCD 카메라부에서 수집된 CCD 영상을 보정하기 위해, 이동형 카메라보정도구 및 토탈 스테이션(미도시)을 더 포함하는 것도 가능하다.
이 때, 이동형 카메라 보정도구는 스테인레스와, 검정색 정사각형 패널과, 상기 스테인레스 및 검정색 정사각형 패널의 중앙에 접착된 흰색구와, 상기 구조물을 지면으로부터 소정 위치에 고정시키는 삼각대를 포함하며, 토탈 스테이션은 상기 구의 정확한 위치를 알아내기 위한 것으로서, 소프트웨어 패키지의 한 종류이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 도로시설물 정보추출 시스템의 처리 과정은 우선, CCD 카메라를 통해 CCD 영상을 획득한 경우(s100), GPS를 이용하여 해당 CCD 영상을 획득한 순간의 렌즈중심좌표(X, Y, Z)를 GPS를 이용하여 획득한다(s200). 그리고, GPS 수신기에서 출력되는 1PPS 신호에 의거하여 GPS와 IMU간 동기화를 수행한 후(s300), IMU를 이용하여 해당 CCD 영상을 획득한 순간의 카메라 자세를 결정한다(s400). 이후로, ESD에서 출력되는 트리거(trigger) 및 이벤트마크(Event mark) 정보에 의거하여, GPS와 CCD 영상 획득 순간의 동기화를 수행한다(s500).
이와 같이 각 처리 결과들에 대한 동기화를 모두 마쳤으면, 그들 각각을 동일 좌표계 상에 표시한 후(s600), 해당 도로시설물 정보를 추출하는 과정(s700)을 수행한다.
이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
상기와 같은 본 발명은 CCD 카메라와 GPS/IMU신호의 동기화를 위하여 고안된 ESD(External Sync Device ; 외부 동기화 장치) 및 6대의 CCD 카메라를 이용하여 도로시설물에 대한 입체적인 영상정보를 획득할 수 있다는 특징이 있다.
또한, IMU를 이용하여 GPS 신호 미수신시의 오차를 보정하여 정밀한 영상정보를 획득할 수 있으며, 그 정밀한 영상정보로부터 도로시설물 및 다양한 어플리케이션이 정보를 추출할 수 있다는 특징이 있다.
한편, CCD 영상 획득시 필수적으로 이루어지는 카메라 보정을 위한 이동형 카메라 보정 타켓을 사용함으로써, 데이터 획득에 따른 공간적인 제약을 극복할 수 있도록 한다.
따라서, 기존에 막대한 인력과 오랜 시간을 할애하여 이루어졌던 도로시설물 정보추출을 단기간에 수행할 수 있으며, 보다 많고 정확한 도로시설물 정보를 추출할 수 있도록 함으로써, 도로시설물 정보추출을 효율적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 시스템에 있어서,
    차량에 설치되어 도로 시설물에 대한 영상 정보를 촬영하는 카메라부와;
    상기 카메라부에서 영상의 촬영 순간에 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 GPS로부터 수신하고, 동기화를 위한 1PPS신호를 출력하는 GPS 수신부와;
    상기 GPS수신부로부터 제공되는 1PPS신호에 따라 GPS 수신부와 동기화되어 상기 카메라부의 영상 촬영 순간의 카메라의 자세를 결정하는 IMU부와,
    제공되는 동기화 신호에 따라 상기 영상 정보의 촬영 시점과 상기 GPS 수신부에서 수신된 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 동기화시키고, 상기 IMU에서 결정된 카메라의 자세에 따라 상기 촬영된 영상 정보와 상기 수신된 카메라 렌즈 중심 좌표 정보를 합성하는 데이터 합성 처리부와;
    상기 영상 정보의 촬영 시점과 GPS 수신부에서 수신된 카메라 중심 좌표 정보를 동기화 시키기 위한 동기화 신호를 제공하는 동기화부와;
    상기 데이터 합성 처리부에서 처리된 좌표상의 도로 시설물 위치 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라부에서 수집된 영상을 보정하기 위한 이동형 카메라보정도구 및토탈 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동형 카메라 보정도구는
    스테인레스와,
    검정색 정사각형 패널과,
    상기 스테인레스 및 검정색 정사각형 패널의 중앙에 접착된 흰색구와,
    상기 구조물을 지면으로부터 소정 위치에 고정시키는 삼각대를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 카메라부는
    6개의 CCD 카메라를 포함하며,
    입체영상을 획득하기 위한 각 CCD 카메라간 기선 거리를 소정간격으로 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 IMU부는
    복수개의 IMU를 포함하며,
    상기 카메라부를 구성하는 CCD 카메라와 IMU가 동일 패널상에서 항상 3차원 좌표축에 대한 동일한 자세를 갖도록 하기 위해, 상기 CCD 카메라부를 구성하는 CCD 카메라들 중 복수개의 CCD 카메라의 뒤쪽에 고정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 GPS 수신부는
    복수개의 GPS 수신기를 포함하며,
    하나의 GPS 수신기는 차량의 앞쪽에 설치하고, 나머지 하나의 GPS 수신기는 차량의 뒤쪽에 설치하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 도로시설물 정보 추출 시스템.
  7. 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 방법에 있어서,
    도로 시설물에 대한 영상 정보를 다수의 카메라를 이용하여 획득하고, 영상의 획득 순간과 동기화되어 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 GPS로부터 수신하는 단계;
    외부 동기화 장치로부터 제공되는 동기화 신호에 따라 상기 GPS로부터의 렌즈 중심 좌표 정보와 영상 획득 순간과 동기화 되어 영상 획득 순간의 카메라의 자세를 결정하는 단계;
    상기 결정된 카메라의 자세에 따라 상기 획득된 영상 정보와 상기 수신된 카메라 렌즈 중심 좌표 정보를 합성하는 단계;
    상기 합성된 도로 시설물에 대한 영상 정보를 동일 좌표계에 디스플레이하는 단계를 포함하는 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 GPS로부터 수신하는 단계에서 동기화는,
    상기 카메라가 오픈되는 순간과 동시에 상기 외부 동기화 장치에서 이벤트 마크신호를 GPS에 인식시켜 영상 획득 순간과 GPS를 이용하여 획득된 카메라의 렌즈 중심 좌표 정보를 동기화시키는 차량을 이용한 도로 시설물 정보 추출 방법.
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