KR20110046727A - 실시간 차선위치정보 획득장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속으로 이동하면서 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법에 관한 것으로, 이동용 차량에 GPS수신기를 설치하여 측정기준점을 확보하고, 2대의 카메라를 이용하여 하나의 차선을 촬영하며 촬영된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 그 차선의 중심선이 일치하도록 카메라의 각도를 조절함과 동시에 그 카메라의 회전각도를 취득하는 과정 등을 통해 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법이다.
본 발명을 통하여 차량이 이동하면서 고속의 실시간 정밀 차선 정보의 획득이 가능함은 물론, 곡선 구간에서 관성에 의해 차량이 기울어지는 경우에도 측정의 정밀도를 유지할 수 있으며, 차량의 옆면으로 측정 장치가 돌출되지 않아 차선 측정 시 안전한 차선 측정이 가능하다.
고정밀 차선위치, 카메라 영상처리, 각도측정, 실시간 차선위치 획득, 정밀도 보정장치, 차선 선명도 보정, 차선 영상정보 고속처리

Description

실시간 차선위치정보 획득장치 및 방법{Apparatus and method for obtaining real time position information of car line}
본 발명은 고속으로 이동하면서 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 차량에 GPS수신기를 탑재하여 측정기준점을 확보하고, 2대의 카메라를 이용하여 하나의 차선을 촬영하며 촬영된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 그 차선의 중심선이 일치하도록 카메라의 각도를 조절함과 동시에 그 카메라의 회전각도를 취득하는 과정 등을 통해 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에는 주로 지상측량 또는 항공사진을 이용한 지도제작이 이루어졌는데, 이러한 방법을 이용한 지도 제작은 많은 인력과 시간이 필요하며 이로 인한 고비용의 문제로 위성사진을 이용한 지도의 제작이 늘고 있다.
위성사진을 이용하여 지도를 제작하는 방법은 지상측량 또는 항공사진보다 비용이 저렴하지만 높은 고도에서 촬영한 이미지를 이용하므로 촬영 기기의 정밀도의 한계 또는 정밀한 해상도를 가진 사진촬영이 어려우며 또한 이러한 방법으로 구 한 값은 직접 측량한 값이 아닌 기준점을 기준으로 상대적으로 측정한 값에 해당함으로 화면의 왜곡이 있는 경우 측정값 전반에 걸친 정밀도에 영향을 준다.
상기 위성사진의 해상도 문제를 해결하기 위해 카메라를 이동용 차량에 고정 설치하고 이동하면서 영상을 촬영하고 그 촬영된 영상을 신호처리하는 방법이 고안되기도 하지만, 이 방법은 위성사진보다 향상된 정밀도의 차선정보를 취득할 수 있다는 장점이 있지만 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 카메라는 일반적으로 구면 수차라는 것이 있어 카메라를 통해 획득한 영상은 실제와 차이를 가지고 있어 어느 정도의 오차 값을 가진다. 또한 차량에 고정된 카메라는 차량의 적재 중량의 변화 또는 도로 경사 또는 곡면으로 휘어진 도로의 이동시 차량의 기울임 등으로 인해 촬영 각도가 변하는데 이러한 요인들은 측정되는 정보의 정밀도 저하를 가져온다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 그 목적은 이동용 차량에 GPS수신기를 설치하여 측정기준점을 확보하고, 2대의 카메라를 이용하여 하나의 차선을 촬영하며 촬영된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 그 차선의 중심선이 일치하도록 카메라의 각도를 조절함과 동시에 그 카메라의 회전각도를 취득하는 과정 등을 통해 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치는서로 소정간격 이격되면서 동일한 높이에서 하나의 차선을 동시 촬영하고, 회전가능하도록 설치되는 제1,2카메라, 모터컨트롤러의 제어에 따라 제1,2카메라를 회전시키는 제1,2구동모터, 제1,2카메라의 회전시 그 회전각도를 측정하는 제1,2엔코더, 상기 제1,2카메라와 소정거리 이격된 동일 수직축상에 설치되어 GPS위성신호를 수신하는 제1,2GPS안테나, 제1,2GPS안테나로부터 GPS위성신호를 수신하여 상기 제1,2GPS안테나의 설치위치에 대한 좌표를 계산하는 제1,2GPS수신기, 모터컨트롤러를 통해 제1,2구동모터 및 제1,2엔코더를 제어하고, 제1,2GPS수신기로부터 제1,2GPS안테나 설치위치에 대한 좌표값을 전송받아 제1,2카메라의 회전기준점(제1,2측정기준점)의 좌표를 계산하며, 제1,2카메라로부터 전송된 영상을 처리하여 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 두 영상에 나타난 차선의 중심선이 일치하도록 제1,2카메라를 회전시키며, 상기 획득된 정보를 바탕으로 차선의 위치정보를 계산하는 기능을 포함하는 주제어장치 및 상기 촬영된 영상의 처리결과를 포함한 각 장치의 제어 과정 및 결과를 표출하는 표출부를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제1,2카메라의 영점조절을 위해 설치되는 정밀도 보정장치를 더 포함할 수도 있다.
상기 제1카메라와 제2카메라는 이격부재에 의해 소정간격 이격되고, 제1,2GPS안테나는 해당 카메라의 직상부에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득방법은 제1,2카메라가 서로 소정간격 이격되도록 설치하고, 상기 제1,2카메라와 소정거리만큼 이격된 수직축상에 제1,2GPS안테나를 설치하며, 상기 제1,2카메라와 연결되어 제1,2카메라의 회전각도를 측정하는 제1,2엔코더와 제1,2카메라를 구동하는 제1,2구동모터를 설치하며, 제1,2GPS안테나의 설치위치에 대한 좌표를 계산하는 제1,2GPS수신기를 설치하고, 이들 장치를 제어하는 주제어장치를 포함하여, 제1,2카메라에 대한 제1,2측정기준점의 좌표를 획득하는 제1단계, 상기 제1,2카메라를 이용하여 하나의 차선을 동시 촬영하는 제2단계, 상기 획득된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 각각 찾는 제3단계, 상기 제1,2카메라의 각도를 조절하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 일치시키는 제4단계, 제1,2엔코더를 통해 상기 제1,2카메라의 회전각도를 취득하는 제5단계, 제1카메라와 제2카메라간 이격거리와, 상기 취득한 각도를 이용하여 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리를 획득하는 제6단계, 및 제1,2GPS수신기를 이용하여 획득한 제1,2측정기준점 좌표, 상기 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리를 이용하여 차선의 중심선 좌표를 구하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 제7단계에서 구한 차선의 중심선 좌표를 이용하여 정밀 차선을 획득하는 제8단계를 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 제3단계에서 차선의 중심선을 찾기 위한 영상처리과정은 상기 영상에서 임의 영역을 사각박스 형태로 지정하는 제3A단계, 상기 지정된 영역에서 열(列) 방향으로 픽셀값을 적분하는 제3B단계 및 상기 적분하여 얻어진 그래프에서 차선의 중심선을 찾는 제3C단계를 포함하여 이루어진다.
상기 제3A단계에서 사각박스 형태의 임의 영역은 다수 개인 것을 특징으로 한다.
상기 제3C단계에서 차선의 중심선은 상기 적분하여 얻어진 그래프 중 꼭지점이 선명하게 나타난 그래프에서의 꼭지점과 일치하고, 상기 꼭지점이 나타난 영역의 사각박스 가로길이는 차선의 폭과 일치하는 것을 특징으로 한다.
상기 획득된 영상에서 차선이 선명하지 못한 경우에는 사각박스의 세로크기를 크게 설정하여 많은 데이터를 이용하도록 하고, 상기 획득된 영상에서 차선이 선명한 경우에는 사각박스의 세로크기를 작게하여 고속 구동이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 이동용 차량에 GPS수신기를 설치하여 측정기준점을 확보하고, 2대의 카메라를 이용하여 하나의 차선을 촬영하며 촬영된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 그 차선의 중심선이 일치하도록 카메라의 각도를 조절함과 동시에 그 카메라의 회전각도를 취득하는 과정 등을 통해 차선의 위치정보를 실시간으로 획득하는 차선위치정보 획득장치 및 방법을 제공함으로써 차량이 이동하면서 고속의 실시간 정밀 차선 정보의 획득이 가능함은 물론, 곡선 구간에서 관성에 의해 차량이 기울어지는 경우에도 측정의 정밀도를 유지할 수 있으며, 차량의 옆면으로 측정 장치가 돌출되지 않아 차선 측정 시 안전한 차선 측정이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치가 차량(1)에 장착된 상태도이고, 도 2는 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치의 전체도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치는 제1,2카메라(10)(20), 제1,2구동모터(16)(26), 제1,2엔코더(15)(25), 제1,2GPS안테나(11)(21), 제1,2GPS수신기(14)(24), 주제어장치(40), 표출부(41) 및 저장장치(45)를 포함하여 구성된다.
제1카메라(10)와 제2카메라(20)(간략히, '제1,2카메라'로 명명함)는 하나의 차선(2)을 동시에 촬영하는 장치로서, 이격부재(30)에 의해 서로 소정거리(b) 이격되고, 제1,2고정부재(12)(22)에 의해 차량(1)에 고정된다.
또한, 제1,2카메라(10)(20)는 동일한 높이에 위치, 즉 수평위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 제1,2카메라(10)(20)는 회전가능하도록 구성되는데, 그 회전기준점이 측정기준점이 된다. 이에, 본 명세서에서는 제1카메라(10)의 회전기준점을 제1측정기준점이라 명명하고, 제2카메라(20)의 회전기준점을 제2측정기준점이라 명명한다.
상기 제1,2카메라(10)(20)를 통해 수집된 영상정보는 디지털신호로 변환된 후 주제어장치(40)에 전달된다.
제1,2GPS안테나(11)(21)는 GPS위성신호를 수신하는 것으로, 제1,2카메라(10)(20)와 소정거리(e)만큼 이격된 수직축상에 설치되는 것이 바람직하다. 이는 제1,2측정기준점(13)(23)에 대한 좌표계산이 용이하도록 하기 위한 것이다.
이 GPS위성신호는 제1,2GPS수신기(14)(24)로 전달되는데, 이 제1,2GPS수신기(14)(24)는 제1,2GPS안테나(11)(21)의 설치위치에 대한 좌표를 계산한다.
제1,2GPS수신기(14)(24)는 제1,2GPS안테나(11)(21) 위치에 관한 정보를 주제어장치(40)에 전달되고, 주제어장치(40)는 제1,2GPS안테나(11)(21)와 제1,2측정기준점(13)(23)간 이격거리(e)를 이용하여 제1,2측정기준점(13)(23)의 좌표를 계산한다.
제1,2구동모터(16)(26)는 모터컨트롤러(31)의 제어에 따라 제1,2카메라(10)(20)를 구동한다. 즉, 모터컨트롤러(31)가 제1,2모터구동부를 제어하고, 이 제1,2모터구동부에 의해 제1,2카메라(10)(20)가 구동하게 된다.
제1,2구동모터(16)(26)의 동력은 제1,2구동모터축(17)(27)을 통해 제1,2엔코더(11)(21)와 제1,2카메라(10)(20)에 전달된다
제1,2엔코더(15)(25)는 제1,2카메라(10)(20)의 회전시 그 회전각도를 측정한다.
본 발명에서는 하나의 차선(2)에 대해 제1,2카메라(10)(20)가 동시 촬영이 이루어지는 것이 특징이며, 그 획득된 영상은 영상처리과정을 거쳐 각각의 영상에 나타난 차선의 중심선(3)을 찾게 된다. 이후, 제1,2카메라(10)(20)를 회전시켜 두 영상에 나타난 차선의 중심선(44)을 일치시키게 된다. 이때, 제1,2카메라(10)(20)의 회전각도는 제1,2엔코더(15)(25)에 의해 측정되고, 제1,2카메라(10)(20)의 구동은 제1,2구동모터(16)(26)에 의해 이루어진다.
주제어장치(40)는 제1,2카메라(10)(20)로부터 영상을 전달받고, 이 영상을 처리하여 영상에 나타난 차선의 중심선(44)을 알아내며, 상기 두 영상에 나타난 차선의 중심선(44)이 일치하도록 제1,2카메라(10)(20)를 회전한다.
이때, 제1,2카메라(10)(20)의 회전각도는 제1,2엔코더(15)(25)를 통해 주제어장치(40)에 전달되고, 아울러 제1,2GPS수신기(14)(24)를 통해 제1,2GPS안테나(11)(21) 설치위치에 대한 좌표값도 주제어장치(40)에 전달된다.
주제어장치(40)는 제1,2엔코더(15)(25)의 출력값, 제1,2GPS수신기(14)(24)의 출력값 및 제1,2카메라(10)(20)에 의해 획득된 영상 등을 이용하여 차선(2)의 위치정보를 계산한다. 상기 차선(2)의 위치정보 계산은 하기 설명부분을 참조하기로 한다.
표출부(41)에는 제1,2엔코더(15)(25)의 출력값, 제1,2GPS수신기(14)(24)의 출력값 및 제1,2카메라(10)(20)로부터 전달받은 영상뿐만 아니라 최종적으로 구해진 차선(2)의 위치정보 등이 표출된다.
일례로서, 도 2의 표출부(41)에 출력된 영상은 제1카메라(10)에 의해 획득된 영상과 제2카메라(20)에 의해 획득된 영상으로서, 제1,2카메라(10)(20)를 회전시켜 두 영상에 나타난 차선의 중심선(44)이 일치되고 있는 것을 보여준다.
저장장치(45)에는 제1,2GPS수신기(14)(24) 및 제1,2카메라(10)(20)로부터 전송된 데이터, 모터컨트롤러(31)를 포함한 각종장치를 제어하기 위한 제어명령, 차선의 중심선을 찾기 위한 영상처리알고리즘, 차선의 중심선에 대한 정밀좌표를 구하는 알고리즘 등이 저장되어 있다.
본 발명은 주제어장치(40)와 다른 장치(모터컨트롤러, 제1,2카메라 등) 사이에서 신호중계 역할을 수행하는 허브(Hub)(32)를 더 구성할 수도 있다. 이에 따라, 제1,2엔코더(15)(25)의 출력값, 제1,2GPS수신기(14)(24)의 출력값 및 제1,2카메라(10)(20)의 출력 영상은 허브(32)를 통해 주제어장치(40)에 전달되고, 주제어장치(40)에서 발생된 제어명령은 허브(32)를 통해 모터컨트롤러(31)에 전달된다.
또한, 본 발명은 상기 제1,2카메라(10)(20)의 영점조절을 위한 정밀도 보정장치(50)를 더 구성할 수도 있다.
상기 정밀도 보정장치(50)는 설치시 제1측정기준점(13)과의 거리(d)와, 제2측정기준점(23)과 이루는 각(∠γ)을 측정하여 저장해 놓고, 추후 이를 이용하여 영점('0’점)을 조절한다.
또한, 정밀도 보정장치(50)는 제1측정기준점(13)과 항상 같은 선상, 다시 말하면 제1측정기준점(13)의 직하방에 위치할 필요는 없다.
정밀도 보정장치(50)의 위치는 차량(1)의 구조 및 설치의 편리에 따라 정해질 수 있으며 설치 시 이의 정밀 위치를 측정하고 향후 이를 이용하여 영점을 조절한다.
상기와 같은 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치의 각 구성요소들은 차량(1) 이동 시 다른 차량에 안전상 영향을 주지 않는 위치, 일례로 차량의 뒷측에 설치되는 것이 바람직하다.
도 3은 차선의 중심선(44)을 획득하기 위한 영상신호 처리과정을 나타내는 도면이다.
제1,2카메라(10)(20)를 통해 촬영된 영상(42)(43)은 영상정보의 기본 단위인 픽셀(51)로 구성된다.
각 픽셀(51)은 촬영된 영상(42)(43)의 밝기 또는 색을 나타낸다.
본 발명에서는 차선의 중심선(44)을 찾음에 있어, 픽셀(51)단위의 데이터를 신호처리한다.
다음으로, 본 발명은 차선의 중심선(44)을 획득하기 위한 영상신호 처리과정이 이루어지는데, 일례로서, 픽셀의 밝기만을 이용한다.
그러나 이에 한정하지는 않고, 도로의 상태 또는 차선(2)의 색깔을 구분한 후, 그 색을 이용하여 신호처리를 할 수 있으며 이 방법은 선택되는 색만 바뀔 뿐 그 처리방법은 동일하다.
도로에서 차선(2)을 찾기 위해 픽셀(51) 데이터를 처리하는 일반적인 방법으로는 색 또는 밝기의 차가 크게 나는 부분을 찾아내는 경계선(edge)(52) 처리 방법이 있는데, 이 방법은 처리 속도가 빠른 장점이 있으나 본 발명에서와 같이 촬영대상(피사체)이 고속으로 움직이는 세밀한 초점 맞추기가 어려운 화면에는 적절하지 못하는 방법에 해당한다.
이에, 본 발명은 영상화면에서 임의 영역을 지정하여 그 지정된 영역에 대한 적분하는 방법을 사용한다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 일실시예에서는 도 3에서와 같이 획득된 영상에서 임의로 영역(61)(62)(63)을 세 개의 사각박스 형태로 지정한다.
각각의 사각박스는 픽셀로 이루어진 부분으로, 적분을 하는 경계를 나타낸다. 우선, 차선(2)의 폭과 같은 가로 크기를 가지는 제2영역(62)의 사각박스는 가로폭이 lb이고 세로폭이 mb이다. 또한, 차선(2)의 폭보다 작은 가로 크기를 가지는 제3영역(63)의 사각박스는 가로폭이 lc이고 세로폭이 mc이다. 또한, 차선(2)의 폭보다 큰 가로 크기를 가지는 제1영역(61)의 사각박스는 가로폭이 la이고 세로폭이 ma이다.
상기 제1영역(61) 내지 제3영역(63)과 같이, 사각박스의 가로의 크기 형태가 세 가지로 구분하는 것은, 획득된 영상화면에서 차선이 차지하는 가로 픽셀의 수는 제1,2카메라(10)(20)에서 차선(2)까지의 거리(s1)(s2)에 의해 변할 수 있으므로 이를 자동 추적하기 위한 것이다.
도 3에서는 마찬가지로 사각박스의 세로의 폭도 세 가지 형태로 구분하였으나 이는 각각의 사각박스를 설명하기 위한 것으로 실제에서는 하나를 이용한다. 다만 도로의 상태에 따른 차선(2)의 밝기(선명도) 차이가 발생하므로 사각박스의 세로크기를 가변할 수도 있다. 즉, 차선(2)이 선명하지 못한 경우에는 사각박스의 세로크기를 크게 설정하여 많은 데이터를 이용하도록 하고, 차선(2)이 선명한 경우에는 사각박스의 세로크기를 작게 설정하여 고속 구동이 가능하도록 한다.
상기와 같이, 선택된 사각박스를 화면의 왼쪽 끝에서 한 픽셀씩 n방향으로 이동하면서 각 픽셀의 값을 적분하면 세 개의 삼각형 형태의 그래프(65)(66)(67)가 출력된다.
즉, 차선(2)의 폭보다 큰 가로의 크기를 가지는 제1영역(61)의 사각박스 내 의 픽셀에 대해 영상처리하면 도면부호 65와 같은 형태의 그래프가 출력되는데, 이 그래프(65)를 분석하면 꼭지점이 선명하지 않다는 것을 알 수 있다.
또한, 차선(2)과 같은 가로의 크기를 가지는 제2영역(62)의 사각박스 내의 픽셀에 대해 영상처리하면 도면부호 66과 같은 형태의 그래프가 출력되는데, 이 그래프(66)를 분석하면 선명한 꼭지점(64)이 나타난다는 것을 알 수 있다. 이처럼 선명한 꼭지점(64)이 나타난다는 것은 선택한 사각박스의 가로길이가 차선(2)의 폭과 동일하다는 것을 나타내며, 상기 꼭지점(64)은 차선의 중심선(44)을 나타낸다.
또한, 차선(2)의 폭보다 작은 가로의 크기를 가지는 제3영역(63)의 사각박스 내의 픽셀에 대해 영상처리하면 도면부호 67과 같은 형태의 그래프가 출력되는데, 이 그래프(67)를 분석하면 그 출력값이 가장 작으면서도 선명한 꼭지점이 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다.
도 4는 도 3에 언급한 영상신호처리 과정을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도면에서, 세로의 픽셀은 덧셈기블록(71)을 통해 덧셈이 수행되고 그 결과가 가로 픽셀단위의 세로 메모리(72)에 저장된다. 저장 순서는 n 방향으로 진행된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 도 3에서와 같이, 일례로서 영상 화면에서 세 개의 임의 영역을 사각박스 형태로 나타낸다. 이에 따라, 본 발명에서는 3개의 가로덧셈기블록(73)이 구비된다.
즉, 가로덧셈기블록(73)은 차선(2)의 폭보다 큰 가로 크기를 가진 제1영역(61)의 사각박스 내의 픽셀을 처리하는 제1덧셈기(73a), 차선(2)의 폭과 같은 크 기를 가진 제2영역(62)의 사각박스 내의 픽셀을 처리하는 제2덧셈기(73b), 차선(2)의 폭보다 작은 크기를 가진 제3영역(63)의 사각박스 내의 픽셀을 처리하는 제3덧셈기(73c)으로 구성된다.
제1 내지 제3덧셈기(73a)(73b)(73c)의 덧셈처리결과는 저장장치(45) 내의 제1 내지 제3저장장치(45a)(45b)(45c)에 저장된다. 각 저장 장치에 저장된 데이터는 도 3에 나타난 그래프와 같은 형태의 데이터의 집합으로 출력된다.
저장장치(45)의 값을 이용하여 최종 차선의 중심선(44) 판단은 중심선판별기(75)에서 이루어지고, 이 중심선판별기(75a~75c) 또한 세 개로 구성된다.
중심선판별기(75)는 상기 세 데이터의 크기 비교 및 꼭지점 찾기 등을 통해 차선(2)의 중심선을 찾는 것이다.
다음으로, 차선의 중심선(3)에 대한 정밀좌표를 구하는 알고리즘에 대해 살펴보기로 한다.
도 5는 차선의 중심선(3)을 알아내기 위한 삼각 구도를 도시한 도면이다.
본 발명에서는 실시간으로 변하는 제1,2GPS안테나(11)(21)의 좌표와, 제1,2측정기준점(13)(23)과 제1,2GPS안테나(11)(21)간 이격거리(e)와, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)간 이격거리(b)를 이용하여 실시간으로 제1측정기준점의 좌표(x1,y1)와 제2측정기준점의 좌표(x2,y2)를 구할 수 있다.
상기 제1,2측정기준점(13)(23)과 제1,2GPS안테나(11)(21)간 이격거리(e)와, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)간 이격거리(b)는 차량(1)에 본 발명의 장치를 설치 할 때 측정할 수 있는 값이다.
또한, 제1측정기준점의 수평라인과, 제1측정기준점과 차선의 중심점을 연결한 라인 사이의 각(∠α) 및 제1측정기준점과 제2측정기준점을 연결한 라인과, 제2측정기준점과 차선의 중심점을 연결한 라인 사이의 각(∠β)은 제1,2카메라(10)(20)의 회전에 따른 제1,2엔코더(15)(25)에 의해 실시간 측정되는 값이다.
상기와 같은 ∠α 및 ∠β를 실시간 측정가능함에 따라 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s1) 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s2)를 구하는 것이 가능하다.
상기와 같은 변수값을 이용하여 차선의 중심점의 좌표(Xp,Yp)를 계산하면 다음과 같다.
도 5의 삼각형에서 사인(sin)법칙을 적용하면, b/sin(α-β)=s1/sinβ=s2/sin(180-α)가 된다.
이를 이용하여 각각의 기선인 s1과 s2을 구하면,
s1 = b·sin(β)/sin(α-β)
log(s1) = log(b) + log(sin(β)) + log(cosec(sin(α-β)))
= log(b) + colog(sin(β))+ colog(cosec(sin(α-β)))- 20 = Q
따라서, s1=10Q 가 된다.
s2 = b·sin(180-α)/sin(α-β)
log(s2) = log(b) + log(sin(180-α)) + log(cosec(sin(α-β)))
= log(b) + colog(sin(180-α)) + colog(cosec(sin(α-β)))-20 = P
따라서, s2=10P 가 된다.
<좌표 계산 방법>
A-C ; xp(1) = x1 + s1·cos(α)
yp(2) = y1 + s1·sin(α)
B-C ; xp(2) = x2 + s2·cos(β)
yp(2) = y2 + s2·sin(β)
최종적으로 두 지점을 평균하면, 차선의 중심점 좌표(Xp,Yp)를 구할 수 있다.
즉, Xp=(xp(1)+xp(2))/2, Yp=(yp(1)+yp(2))/2가 된다.
앞에서 언급된 정밀도 보정장치(50)에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에는 차선의 촬영 전 또는 중간에 카메라 각도의 영점 조정을 하기 위한 정밀도 보정장치(50)가 구비된다.
본 발명은 카메라 각도를 이용하여 위치를 측정하는 것으로 각도에 대한 정밀한 영점 조절이 요구된다. 그러나 직접적인 각도의 영점 조절용 장치는 그 구성이 복잡하여 이동중인 차량(1)에 장치에 설치하여 사용하기가 부적합하고, 이의 정밀도를 유지하기가 어려운 문제가 있다.
또한 본 발명은 고속으로 이동하는 차량(1)에 장착되는 장치로, 진동에 의해 측정 장치가 변형이 일어날 수가 있으므로 이로 인한 오류를 수정하기 위한 영점 조정을 수시로 해 주어야 하는데 이를 위한 조절 장치가 정밀도 보정장치(50)이다.
정밀도 보정장치(50)는 설치시 그 설치위치를 정밀하게 측정한다. 즉, 정밀도 보정장치(50)는 제1측정기준점(13)으로부터 d만큼의 이격된다.
본 발명에서는 정밀도 보정장치(50)의 위치값(d)과, 제1카메라(10)에서 제2카메라(20)까지의 거리(b)를 알 고 있으므로 이를 삼각측량법에 따라 계산하면 기준각도(γ)를 구할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 본 발명에서는 제1,2카메라(10)(20)의 회전지점인 제1,2측정기준점(13)(23)의 좌표를 획득하는 제1단계(S101)를 수행한다.
제1,2측정기준점(13)(23)의 좌표는 제1,2GPS수신기(14)(24)로부터 전송된 제1,2GPS안테나(11)(21)의 좌표와, 제1,2PGS안테나(11)(21)에서 제1,2측정기준점(13)(23)까지의 거리값(e)과, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 이격거리(b)를 이용하여 구할 수 있다.
제1단계(S101)를 수행한 후, 제1,2카메라(10)(20)를 이용하여 하나의 차선(2)을 동시 촬영하는 제2단계(S102)를 수행한다. 이 제1,2카메라(10)(20)에 의해 획득된 영상은 주제어장치(40)를 통해 저장장치(45)에 저장되고, 표출부(41)를 통해 출력된다.
제2단계(S102)를 수행한 후, 주제어장치(40)에서는 그 영상을 처리하여 두 영상(42)(43)에 나타난 차선의 중심선(44)을 각각 찾는 제3단계(S103)를 수행한다.
두 영상(42)(43)에 나타난 차선의 중심선(44)을 찾는 방법은 다양한 방법이있다. 일례로 색 또는 밝기의 차가 크게 나는 부분을 찾아내는 경계선(edge) 처리 방법도 있지만, 도 3 및 도 4 설명부분에서 언급한 바와 같이, 임의 영역을 지정하여 그 지정된 영역의 적분방법을 사용할 수도 있다.
제3단계(S103)를 수행한 후, 제1,2카메라(10)(20)의 각도를 조절하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선(44)을 일치시키는 제4단계(S104)와, 제1,2엔코더(15)(25)를 통해 상기 제1,2카메라(10)(20)의 회전각도를 취득하는 제5단계(S105)를 수행한다.
제5단계(S105)를 수행한 후, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)간 이격거리(b)와, 상기 취득한 각도를 이용하여 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s1) 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s2)를 획득하는 제6단계(S106)를 수행한다.
제6단계(S106)를 수행한 후, GPS를 이용하여 획득한 제1,2측정기준점(13)(23) 좌표, 상기 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s1) 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리(s2)를 이용하여 차선의 중심선(3) 좌표(Xp, Yp)를 구하는 제7단계(S107)를 수행한다.
추가로, 본 발명에서는 상기 차선의 중심선(3) 좌표를 이용하여 정밀 차선을 획득하는 제8단계(S108)를 더 포함할 수도 있다. 공지된 차선(2)의 폭을 이미 알고 있으므로 차선의 중심선(3) 좌표를 이용하여 실제 차선(2)에 가까운 차선 획득이 가능할 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치가 차량에 장착된 상태도,
도 2는 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득장치의 전체도,
도 3은 차선의 중심선을 획득하기 위한 영상신호 처리과정을 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 언급한 영상신호처리 과정을 보다 상세히 나타낸 도면,
도 5는 차선의 중심선을 알아내기 위한 삼각 구도를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시간 차선위치정보 획득방법을 나타내는 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 차량 2: 차선
3: 차선의 중심선 10: 제1카메라
11: 제1GPS안테나 12: 제1고정부재
13: 제1측정기준점 14: 제1GPS수신기
15: 제1엔코더 16: 제1구동모터
17: 제1구동모터축 18: 제1모터구동부
20: 제2카메라 21: 제2GPS안테나
22: 제2고정부재 23: 제2측정기준점
24: 제2GPS수신기 25: 제2엔코더
26: 제2구동모터 27: 제2구동모터축
28: 제2모터구동부 30: 이격부재
31: 모터컨트롤러 32: 허브
40: 주제어장치 41: 표출부
42: 제1카메라로부터 획득한 영상
43: 제2카메라로부터 획득한 영상
44: 영상에 나타난 차선의 중심선
45: 저장장치 50: 정밀도 보정장치
51: 픽셀 52: 경계선(edge)
61: 제1영역 62: 제2영역
63: 제3영역 64: 꼭지점
65: 제1영역의 픽셀들을 열(列) 방향으로 적분한 값을 나타내는 그래프
66: 제2영역의 픽셀들을 열(列) 방향으로 적분한 값을 나타내는 그래프
67: 제3영역의 픽셀들을 열(列) 방향으로 적분한 값을 나타내는 그래프
72: 가로픽셀단위의 세로메모리 73: 가로덧셈기블록
73a: 제1덧셈기 73b: 제2덧셈기
73c: 제3덧셈기 75: 중심선판별기
75a: 제1중심선판별기 75b: 제2중심선판별기
75c: 제3중심선판별기
∠α: 제1측정기준점의 수평라인과, 제1측정기준점과 차선의 중심점을 연결한 라인 사이의 각
∠β: 제1측정기준점과 제2측정기준점을 연결한 라인과, 제2측정기준점과 차선의 중심점을 연결한 라인 사이의 각
∠γ: 제1측정기준점과 제2측정기준점을 연결한 라인과, 제2측정기준점과 정밀도 보정장치를 연결한 라인 사이의 각
b: 제1카메라와 제2카메라간 이격거리
c: 제1카메라와 차선의 중심점간 수직거리
d: 제1카메라와 정밀도 보정장치간 수직거리
e: 제1카메라와 제1GPS안테나간 수직거리
s1: 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리
s2: 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리

Claims (9)

  1. 서로 소정간격 이격되면서 동일한 높이에서 하나의 차선을 동시 촬영하고, 회전가능하도록 설치되는 제1,2카메라;
    모터컨트롤러의 제어에 따라 제1,2카메라를 회전시키는 제1,2구동모터;
    제1,2카메라의 회전시 그 회전각도를 측정하는 제1,2엔코더;
    상기 제1,2카메라와 소정거리 이격된 동일 수직축상에 설치되어 GPS위성신호를 수신하는 제1,2GPS안테나;
    제1,2GPS안테나로부터 GPS위성신호를 수신하여 상기 제1,2GPS안테나의 설치위치에 대한 좌표를 계산하는 제1,2GPS수신기;
    모터컨트롤러를 통해 제1,2구동모터 및 제1,2엔코더를 제어하고, 제1,2GPS수신기로부터 제1,2GPS안테나 설치위치에 대한 좌표값을 전송받아 제1,2카메라의 회전기준점(제1,2측정기준점)의 좌표를 계산하며, 제1,2카메라로부터 전송된 영상을 처리하여 영상에 나타난 차선의 중심선을 찾고, 두 영상에 나타난 차선의 중심선이 일치하도록 제1,2카메라를 회전시키며, 상기 획득된 정보를 바탕으로 차선의 위치정보를 계산하는 기능을 포함하는 주제어장치; 및
    상기 촬영된 영상의 처리결과를 포함한 각 장치의 제어 과정 및 결과를 표출하는 표출부를 포함하는 실시간 차선위치정보 획득장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2카메라의 영점조절을 위해 설치되는 정밀도 보정장치를 더 포함함을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1카메라와 제2카메라는 이격부재에 의해 소정간격 이격되고, 제1,2GPS안테나는 해당 카메라의 직상부에 위치하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득장치.
  4. 제1,2카메라가 서로 소정간격 이격되도록 설치하고, 상기 제1,2카메라와 소정거리만큼 이격된 수직축상에 제1,2GPS안테나를 설치하며, 상기 제1,2카메라와 연결되어 제1,2카메라의 회전각도를 측정하는 제1,2엔코더와 제1,2카메라를 구동하는 제1,2구동모터를 설치하며, 제1,2GPS안테나의 설치위치에 대한 좌표를 계산하는 제1,2GPS수신기를 설치하고, 이들 장치를 제어하는 주제어장치를 포함하여,
    제1,2카메라에 대한 제1,2측정기준점의 좌표를 획득하는 제1단계;
    상기 제1,2카메라를 이용하여 하나의 차선을 동시 촬영하는 제2단계;
    상기 획득된 영상을 처리하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 각각 찾는 제3단계;
    상기 제1,2카메라의 각도를 조절하여 두 영상에 나타난 차선의 중심선을 일치시키는 제4단계;
    제1,2엔코더를 통해 상기 제1,2카메라의 회전각도를 취득하는 제5단계;
    제1카메라와 제2카메라간 이격거리와, 상기 취득한 각도를 이용하여 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리를 획득하는 제6단계; 및
    제1,2GPS수신기를 이용하여 획득한 제1,2측정기준점 좌표, 상기 제1측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리 및 제2측정기준점과 차선의 중심점간 이격거리를 이용하여 차선의 중심선 좌표를 구하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 실시간 차선위치정보 획득방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제7단계에서 구한 차선의 중심선 좌표를 이용하여 정밀 차선을 획득하는 제8단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 차선의 중심선을 찾기 위한 영상처리과정은,
    상기 영상에서 임의 영역을 사각박스 형태로 지정하는 제3A단계;
    상기 지정된 영역에서 열(列) 방향으로 픽셀값을 적분하는 제3B단계; 및
    상기 적분하여 얻어진 그래프에서 차선의 중심선을 찾는 제3C단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3A단계에서 사각박스 형태의 임의 영역은 다수 개인 것을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3C단계에서 차선의 중심선은 상기 적분하여 얻어진 그래프 중 꼭지점이 선명하게 나타난 그래프에서의 꼭지점과 일치하고,
    상기 꼭지점이 나타난 영역의 사각박스 가로길이는 차선의 폭과 일치하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득된 영상에서 차선이 선명하지 못한 경우에는 사각박스의 세로크기를 크게 설정하여 많은 데이터를 이용하도록 하고, 상기 획득된 영상에서 차선이 선명한 경우에는 사각박스의 세로크기를 작게하여 고속 구동이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 차선위치정보 획득방법.
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