KR20060021922A - 두 개의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치 - Google Patents

두 개의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로상을 주행하는 차량에 두 대의 카메라를 일정한 거리만큼 띄어 장착하고 하나의 카메라로부터 전방 도로영상을 촬영하여, 이 영상에 찍힌 물체를 그림자나 신문지와 같이 도로면으로부터 돌출되어있지 않는 물체로 가정하고 이 물체를 다른 카메라가 촬영한다면 촬영된 영상에 나타나야 할 위치를 계산하고, 실제로 물체가 찍힌 위치와 비교하여 만약 위치 값의 차이가 있다면 이를 장애물로 인식하고, 그렇지 않다면 도로상의 그림자나 또는 미끄럼방지패치 등과 같은 돌출되지 않은 물체로 판단하는 두 개의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치에 관한 것이다.
바람직한 실시예의 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치에 따르면, 일정 거리만큼 떨어진 두 대의 카메라로 주행 차량의 전방 도로영상을 촬영하여 첫 번째 카메라에 나타난 물체가 그림자나 신문지와 같이 도로면으로부터 돌출되어있지 않는 물체라 가정하여 이 물체의 경계 화소들의 영상 좌표를 도로 좌표로 변환시키고, 이 도로 좌표 점이 두 번째 카메라의 영상에 나타나야할 영상좌표 값(이하 예상 영상 좌표로 명명함)을 계산하여 영상 화면에 표시하고, 실제로 촬영된 상기 물체의 영상 좌표(이하 실제 영상 좌표로 명명함)값과 비교하여 좌표 값의 차이가 임계치 이상일 경우 물체가 도로 바닥으로부터 돌출되어 있는 장애물로 판단하고 그렇지 않을 경우에는 장애물이 아니라고 판단한다. 상기 물체가 장애물로 판단되었을 때에는 장애물까지의 거리를 계산하기 위하여 첫 번째 카메라에 찍힌 물체 영상의 최하단이 도로 상에 접촉되어 있는 점으로 간주하고 이 최하단점까지의 거리를 주지의 거리계산법에 의하여 계산하여 장애물 경보나 또는 자율 제동장치(Automatic Cruise Control)에 응용토록 한다.
장애물 감지, 카메라, 스테레오 비전.

Description

두 개의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치{Two Camera Based Obstacle Detection Method and Device}
도 1a 및 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치를 구현하는 장치의 블록구성도,
도 2는 본 발명에 따른 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치를 설명하기 위한 플로우차트,
도 3a와 도 3b와 도 3c와 도 3d는 본 발명에 따른 장애물 감지 기술을 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 촬상부, 12: 영상처리부,
14: 장애물감지및거리연산부, 16: 속도제어부,
16a: 악셀페달구동모터, 16b: 브레이크페달구동모터,
17: 경고발생부, 18: 표시부,
60: 휴대폰.
본 발명은 두 개의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주행 중인 차량의 전방 도로영상을 두 대의 카메라로 촬영하고 두 대의 카메라 중 첫 번째 카메라에서 추출된 물체가 도로 바닥에 납작하게 놓여있다고 가정하였을 때, 이 물체를 두 번째 카메라가 촬영한다면 영상에 나타나야 될 위치를 계산하고 실제 촬영된 물체의 위치와 비교하여 위치의 차이가 있을 경우에만 이를 장애물로 인식하여 장애물 경보를 발생시키거나 장애물과의 추돌 방지를 위한 속도 조절을 하기 위한 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술과 그 장치에 관한 것이다.
최근, 사물을 인지할 수 있는 지능형 시스템에 대한 관심이 증가하면서 이를 구현하기 위한 3차원 영상 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 대한 많은 방법론들이 제기되고 있으나 가장 일반적인 방법으로는 사람의 눈이 3차원 공간에서의 사물을 인식하는 원리로 만들어진 스테레오 비전(Stereo vision)이 있다.
스테레오 비전은 기준선만큼 떨어진 두 대의 카메라의 좌우영상으로부터 물체에 대한 대응점(corresponding point)을 찾아내어야 하며, 그리고 그 대응점에 대한 공간상의 시점차(disparity)를 이용하여 3차원 좌표값을 산출하는 방식이다.
이에비하여, 본 발명은 두 대의 카메라를 이용한다는 점에서는 스테레오 비전과 동일하나 본 발명에서는 영상의 대응점을 찾을 필요가 없고 단지 첫 번째 카메라에 나타난 물체가 노면으로부터 돌출되었는지 아닌지를 두 번째 카메라 영상에 나타난 물체와의 위치 비교만을 통하여 검정하는 방법으로 스테레오 비전에서 필요한 대응점을 구하는 어려움과 각 대응점까지의 거리를 계산할 필요가 없다는 점에서 처리속도와 장애물 판별 기능이 개선되었다.
본 기술은 상기한 종래 기술의 어려움을 개선하여 이루어진 것으로, 두 대의 카메라가 전방 도로영상을 촬영하여, 두 대 중 한 대 카메라의 영상에 찍힌 물체를 도로면으로부터 돌출되어있지 않은 물체로 가정하고 이 물체를 다른 카메라가 촬영한다면 촬영된 영상에 나타나야 될 위치를 계산하고 실제로 영상에 찍힌 위치를 비교함으로써 장애물의 유무를 판단하고 장애물까지의 거리는 모노 카메라 방식에 의하여 계산하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 두 대의 카메라(제 1카메라, 제 2카메라)로 주행 차량의 전방 도로정보영상을 촬영하여 각각의 카메라로 그 차량의 좌우측 차선정보를 추출하고 차선 내 물체의 윤곽선 추출, 그 영상 좌표를 계산하는 제 1과정과; 상기 계산된 영상 좌표를 도로 좌표로 변환시키고 그 도로 좌표 값을 다시 제 2카메라에 대한 도로 좌표 값으로 변환시킨 후 그 도로 좌표 값에 있는 물체가 제 2카메라의 영상 상에 위치되어야 할 영상 좌표 값을 계산하여 제 2카메라의 영상에 표시하는 제 2과정; 상기 변환된 제 2카메라에 대한 영상 좌표 값과 실제 제 2카메라에 찍힌 물체의 영상 좌표 값을 비교하여 장애물의 유무를 판단하는 제 3과정; 상기 물체가 장애물이라고 판단되었을 경우 제 1카메로부터 상기 물체의 최하단까지의 거리를 구하여 속도를 조절하고 경보를 울리는 제 4과정을 포함하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 제 1과정에서는 상기 차량에 장착된 두 대의 카메라 중 제 1카메라를 이용하여 영상에 찍힌 물체의 윤곽선을 구하고 그 윤곽선의 영상 좌표값을 구하게 된다.
상기 제 2과정에서는 상기 제 1과정에서 얻은 물체의 윤곽선을 이루는 픽셀들의 영상 좌표 값을 도로 좌표 값으로 변환을 시키고 이 도로좌표를 제 2카메라를 기준으로 하는 새로운 도로 좌표로 변환시켜 이 도로 좌표값이 제 2카메라의 영상에 나타나야 될 예상 영상 좌표 값을 계산하여 영상에 표시해주게 된다.
상기 제 3과정에서는 상기 제 2과정에서 구한 예상 영상 좌표 값과 실제로 두 번째 카메라에 찍힌 물체의 영상 좌표 값의 차이를 계산하여 장애물임을 판단하게 된다.
상기 제 4과정에서는 상기 제 3과정에서 장애물임이 판단되었을 경우 제 1카메라에 찍힌 물체의 영상의 최하단점이 노면에 접하였다고 간주하고 그 점까지의 거리를 계산하여 이를 장애물까지의 거리로 판단하여 이를 표시부에 출력하거나 속도제어부(ACC)에 신호를 보내 주행 차량이 장애물을 회피하도록 속도를 제어하게 된다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 1과정, 제 2과정, 제 3과정, 제 4과정은 카메라가 부착된 휴대폰과 네비게이션 중 어느 하나에 의해서도 구현될 수 있다.
본 발명에 대한 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치를 구현하는 장치의 블록구성도이다.
도면에서, 10은 차량의 전면 상단에 장착되어 차량의 주행 전방을 촬영하여 도로정보영상을 형성하는 촬상부로서, 그 촬상부(10)는 예컨대 CCD 카메라나 CMOS 카메라 또는 적정한 영상촬영장치로 구성된다.
12는 상기 촬상부(10)에서 촬상된 차량전방의 도로정보영상을 수취하여 주지의 영상처리기법을 적용하여 차량주행로의 좌측차선과 우측차선을 추출하고 차량전방에 위치된 물체을 추출해내는 영상처리부로서, 그 영상처리부(12)에 의한 주지의 영상처리기법으로는 예컨대 도로정보영상에서 명암대비에 의해 좌측차선과 우측차선 그리고 도로면에 위치된 물체의 검출이 가능하게 된다.
14는 상기 영상처리부(12)에서 검출된 차량 전방의 물체에 대한 정보에 기초하여 주지의 공식에 의하여 장애물의 유무를 판단하고 장애물이라 판단되었을 경우 장애물이 존재함을 알리고 카메라로부터 장애물까지의 거리를 구하는 장애물감지 및 거리연산부로서, 그 장애물감지 및 거리연산부에 의한 주지의 공식으로는 예컨대 두 대의 카메라에 찍힌 같은 물체에 대한 좌표값 간의 차를 이용하여 장애물을 검출하고 삼각함수 기법을 이용하여 거리를 측정할 수 있게 된다.
16은 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)에서 인가되는 장애물의 유무와 카메라로부터 장애물까지의 거리에 의하여 브레이크 페달을 구동시키는 모터(16a)와 악셀 페달을 구동시키는 모터(16b)가 제어되도록 하는 속도제어부(ACC)이다.
여기서, 상기 속도제어부(16)은 상기 거리연산부(14)로부터 전달되는 장애물까지의 거리가 일정 임계치 이상이 될 때까지 전방 장애물까지의 차량의 접근 속도 조절을 실행하게 된다.
17은 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)에서 인가되는 장애물의 유무와 카메라로부터 장애물까지의 거리에 의하여 장애물 감지 경보를 출력하여 차량과 장애물의 충돌을 막기 위하여 운전자에게 경보해주는 경보발생부이다.
18은 차량 내에 설치되어 두 대의 카메라에서 찍는 도로 전방 영상과 장애물의 유무를 시각적으로 확인가능 하도록 표시해주는 표시부이다.
여기서, 상기 영상처리부(12)와 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 차량의 전자에어를 위해 설치되는 ECU가 적용되거나 별도의 엠베디드콘트롤시스템(Embeded Control System)을 적용해도 된다.
한편, 본 발명은 상기한 바와 같이 별개의 장치로 구성되어 차량에 탑재되어도 되지만, 도 1b에 예시된 바와 같이 카메라가 부착된 휴대폰에도 적용하거나 도로 안내기능의 네비게이션에 카메라를 연계시켜 적용해도 된다.
즉, 휴대폰 또는 네비게이션(60)에 부착된 카메라가 상기 촬상부(10)의 기능을 수행하도록 하고 휴대폰 또는 네비게이션의 제어수단(CPU 또는 마이컴)이 상기 영상처리부(12) 및 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)의 기능을 수행하도록 하며 상기 표시부(18)는 해당하는 휴대폰 또는 네비게이션에 갖추어진 표시수단에 의해 그 기능을 구현하도록 하고 상기 경보발생부(18)는 휴대폰 또는 네비게이션의 음향출력장치에 의해 기능하도록 함으로써 휴대폰에 의해 그 기능이 실행되도록 구성될 수 있다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 장애물 감지 기술 및 그 장치에 대해 도2에 도시된 플로우차트를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도로상의 주행하는 차량의 전면 상단에 설치된 상기 촬상부(10)의 제 1카메라(10a)와 제 2카메라(10b)에서 촬영된 도로정보영상이 상기 영상처리부(12)에 인가되면 그 영상처리부(12)는 단계 20a와 단계 20b에서 상기 주행중인 차량의 전방 도로정보영상으로부터 해당하는 차량의 좌측차선(도 3a에서 40a, 42a 참조)과 우측차선(도 3a에서 40b, 42b 참조)을 추출하고 단계 22a와 22b에서는 상기 주행중인 차량의 전방 도로정보영상으로부터 상기 단계 20a와 20b에서 추출된 좌우측 차선 내에 있는 물체의 윤곽선을 추출하여 화면에 표시해 주고 그 윤곽선의 좌표값을 계산하여 그 값을 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)로 인가하게 된다.
단계 24에서 해당하는 차량의 현재 위치에서 전방향을 Yw-축으로 설정함과 더불어 그 Yw-축에 직각이면서 해당하는 차량의 중심을 통과하는 축을 Xw-축으로 설정하여 도로좌표로 정의하는 경우, 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 상기 영상처리부(12)로부터 인가된 상기 제 1카메라(10a)에 찍힌 좌우측 차선 내에 있는 물체의 윤곽선의 좌표값을 물체가 도로 표면에 평평하게 놓여있다는 가정 하에 도로 좌표 값으로 변환(도 3b에서 45 참조) 된다.
단계 26에서 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 단계 24에서 좌표 변환된 제 1카메라(10a)의 도로 좌표를 제 2카메라(10b)의 도로 좌표계로 변환(도 3c에서 46 참조)을 시킨다.
단계 28에서 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 단계 26에서 좌표 변환된 제 2카메라(10b) 기준 도로 좌표값을 영상 좌표 값(도 3d의 48 참조)으로 역변환을 시켜 표시부(18)에 표시되도록 한다.
단계 30에서 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 단계 28에서 역변환된 제 2카메라(10b)의 예상 영상 좌표(48)를 단계 22b에서 추출된 물체의 실제 영상 좌표값(43b)과 비교하여 두 좌표값의 차이가 정해진 임계치 값 이상이면 이를 장애물로 판단한다.
단계 32에서 상기 장애물감지 및 거리연산부(14)는 단계 30에서 주행 차량의 전방에 장애물이 있다고 판단되었을 경우, 제 1카메라(10a)와 단계 22a에서 추출된 물체의 최하단점까지의 거리는 주지의 모노 카메라 방법을 이용하여 계산하고 상기 속도제어부(16)에 거리정보를 인가하여 계산된 브레이크 페달 구동 모터(16a)나 혹은 악셀 페달 구동 모터(16b)를 가동시켜 속도를 조절할 수 있도록 하며, 경보발생부에 장애물이 있음을 알려 경보가 울릴 수 있도록 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치에 의하면, 기존의 스테레오 비전과 같이 대상 영역에 대한 대응점을 탐색할 필요가 없이 한 대의 카메라에서 나타난 물체가 노면으로부터 돌출되었는지 아닌지를 두 번째 카메라 영상에 나타난 물체와의 위치 비교만을 통하여 검정하는 방법으로 장애물로 판별되었을 경우에는 장애물의 최하단점까지의 거리를 모노 카메라 방식으로 계산함으로써 복잡한 계산을 줄여 처리속도를 높이고 장애물 판별의 정확성을 높일 수 있다.
유리하게, 본 발명에 따르면, 상기 촬상부(10)와 상기 영상처리부(12), 상기 제어연산부(14) 및 상기 표시부(18)는 카메라가 부착된 휴대폰 또는 네비게이션에 의해 구현되도록 할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 두 대의 카메라(제 1카메라, 제 2카메라)로 주행 차량의 전방 도로정보영상을 촬영하였을 때, 각각의 카메라로 그 차량의 좌측과 우측의 차선정보를 추출한 뒤 추출된 차선 내에 놓인 물체의 윤곽선 추출하였을 때 그 윤곽선의 영상 좌표를 구하고 그리고 나서 물체를 그림자나 신문지와 같이 도로면으로부터 돌출되어있지 않는 물체로 가정하는 제 1과정;
    상기의 가정하에서 윤곽선의 영상좌표를 도로 좌표로 변환시키고 그 좌표를 다시 제 2카메라를 기준으로 하는 도로 좌표로 변환시킨 후 그 좌표가 제 2카메라의 영상에 나타나야 할 영상 좌표로 변환시켜 제 2카메라의 영상에 표시하는 제 2과정;
    상기 제 2카메라의 영상에 나타나야 할 물체의 영상 좌표와 제 1과정에서 구한 제 2카메라의 영상 좌표를 비교하여 두 영상 좌표 값의 차이가 임계치 이상이면 화면상의 물체를 도로면으로부터 돌출된 장애물로 판단하는 제 3과정;
    상기 물체가 장애물이라고 판단되었을 경우 제 1카메라로부터 추출된 물체의 최하단점까지의 거리를 재어 주행 차량과 장애물이 충돌하지 않도록 속도를 제어하고 경보를 울리는 제 4과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1과정은 상기 차량에 장착된 두 대의 카메라 중 제 1카메라를 이용하여 영상에 찍힌 물체의 윤곽선과 그 윤곽선의 영상 좌표값을 구하며, 상기 제 2과정은 도로 좌표를 차량이 위치된 지점을 기준으로 주시방향을 Yw-축으로, 차량의 중심을 통과하면서 Yw-축에 직각인 선을 Xw-축으로 정의하였을 때, 상기 제 1과정에서 얻은 물체의 영상 좌표 값을 도로 좌표 값으로 변환을 시키고 이 도로좌표를 제 2카메라를 기준으로 하여 도로 좌표로 변환시키며 이 도로 좌표를 다시 그 지점이 제 2카메라의 영상 상에 나타나야 할 예상되는 좌표 값을 구하여 영상에 표시해준 다음, 상기 제 3과정에서는 상기 제 2과정에서 구한 제 2카메라에 대한 예상되는 영상 좌표 값과 실제로 두 번째 카메라에 물체가 나타나고 있는 좌표 값의 차이를 계산하여 장애물임을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 4과정은 상기 제 3과정에서 장애물임이 판단되었을 경우 제 1카메라의 렌즈를 원점으로 하여 장애물로 판단된 물체의 최하단의 도로 좌표까지의 거리를 구하여 운전자에겐 표시부를 이용하여, 속도제어부(ACC)에는 신호를 이용하여 거리를 알려주고 이 거리를 기준으로 주행 차량의 장애물로의 접근 속도를 제어하고 경보를 울리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1과정, 제 2과정, 제 3과정, 제 4과정은 카메라가 부착된 휴대폰과 네비게이션 중 어느 하나에 의해서도 구현되는 것을 특징으로 하는 두 대의 카메라를 이용한 장애물 감지 기술 및 장치.
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