KR20120021445A - 선행 차량 차간 거리 산출 방법 - Google Patents

선행 차량 차간 거리 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선행 차량 차간 거리 산출 방법은 영상 프레임에서 두 개의 차선을 인식하고, 상기 영상 프레임의 하부에서 상기 두 개의 차선의 하단부 사이의 수평 이격 거리를 산출하여 제 1 차선 폭(W1)을 결정하는 제 1 차선 폭 결정단계와, 상기 영상 프레임에서 선행 차량 영역을 검출하고 상기 선행 차량 영역의 위치에서의 상기 두 개의 차선 사이의 거리인 제 2 차선 폭(W2)을 결정하는 제 2 차선 폭 결정단계 및 상기 제 1 차선 폭(W1)과 상기 제 2 차선 폭(W2)와 실제 차선 폭(Wrl) 및 영상을 촬영하는 카메라의 초점 거리(f)로부터 하기 차간 거리 산출식 (1)에 의하여 선행 차량과의 차간 거리(Dc)를 결정하는 차간 거리 결정단계를 포함하여 이루어진다.
차간 거리 산출식 (1)
Dc = (f X Wrl)/W2 X (1-W2/W1) ------------(1)

Description

선행 차량 차간 거리 산출 방법{METHOD OF CALCULATING DISTANCE BETWEEN CARS}
본 발명은 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 관한 것이다.
운전자는 자동차의 운전 도중에 선행 차량과 충돌하는 사고를 일으키는 경우가 있다. 선행 차량과의 충돌은 대개가 선행 차량과의 안전 거리 미확보, 운전자의 전방 주시 소홀로 발생하게 된다.
따라서, 자동차가 선행 차량과의 차간 거리가 일정 거리 이하로 되는 경우에 운전자에게 경고의 메시지를 주는 경고 기능을 가지게 된다면, 운전자는 선행 차량과의 충돌에 따른 사고를 피할 수 있게 된다. 자동차가 경고 기능을 가지기 위해서는 먼저 선행 차량과의 차간 거리를 측정할 수 있는 수단을 구비하여야 한다.
본 발명은 선행 차량과의 차간 거리를 일안 카메라를 이용하여 측정할 수 있는 선행 차량 차간 거리 산출 방법을 제공하는 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선행 차량 차간 거리 산출 방법은 영상 프레임에서 두 개의 차선을 인식하고, 상기 영상 프레임의 하부에서 상기 두 개의 차선의 하단부 사이의 수평 이격 거리를 산출하여 제 1 차선 폭(W1)을 결정하는 제 1 차선 폭 결정단계와, 상기 영상 프레임에서 선행 차량 영역을 검출하고 상기 선행 차량 영역의 위치에서의 상기 두 개의 차선 사이의 거리인 제 2 차선 폭(W2)을 결정하는 제 2 차선 폭 결정단계 및 상기 제 1 차선 폭(W1)과 상기 제 2 차선 폭(W2)와 실제 차선 폭(Wrl) 및 영상을 촬영하는 카메라의 초점 거리(f)로부터 하기 차간 거리 산출식에 의하여 선행 차량과의 차간 거리(Dc)를 결정하는 차간 거리 결정단계를 포함하여 이루어진다.
Dc = (f X Wrl)/W2 X (1-W2/W1)
본 발명의 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 따르면 자동차에 장착되는 일안 카메라를 이용함으로써 추가적인 장치의 장착하지 않고도 효과적으로 차간 거리를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 일안 카메라로 촬영하는 영상에서의 차선 폭을 기준으로 사용함으로써 보다 정확하게 차간 거리를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 선행 차량과의 차간 거리를 산출하여 운전자에게 경고 메시지를 줄 수 있어 차량 충돌을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 차량 차간 거리 산출 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 선행 차량 차간 거리 산출 방법에서 사용되는 영상 프레임의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 3은 도 2의 영상 프레임에서 제 1 차선 폭과 제 2 차선 폭 및 영상 프레임의 하변의 하변 폭에 대한 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 2의 영상 프레임에서 차선 폭과 소실점으로부터의 높이에 대한 관계를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 2의 영상 프레임을 촬영한 카메라의 초점 거리와 차간 거리의 관계를 나타내는 모식도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선행 차량 차간 거리 산출 방법은, 도 1을 참조하면, 제 1 차선 폭 결정단계(S10), 제 2 차선 폭 결정단계(S20) 및 차간 거리 결정단계(S30)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 선행 차량 차간 거리 산출 방법은 상대 속도 산출단계 및 충돌 소요 시간 산출단계를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 선행 차량 차간 거리 산출 방법은 차량의 전방에 장착된 일안 카메라를 이용하여 차량의 전방 영상을 촬영하여 차량의 전방에서 주행중인 다른 선행 차량과의 거리를 측정하게 된다. 특히, 상기 선행 차량 차간 거리 산출 방법은 일반적으로 차량에 장착되고 있는 일안 카메라를 이용하여 촬영되는 영상으로부터 선행 차량과의 차간 거리를 측정하게 됨으로써, 레이저 송수신 장치와 같은 별도의 장치를 추가할 필요가 없게 된다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 사용되는 상기 일안 카메라에 의하여 촬영된 영상 프레임에 대하여 설명한다.
상기 영상 프레임은, 도 2를 참조하면, 하단부로부터 상부의 중심 방향을 향하는 두 개의 차선(10)과 두 개의 차선이 만나는 소실점(20) 및 두 개의 차선 사이의 차로를 주행하는 선행 차량(30)을 포함하게 된다. 또한, 상기 영상 프레임은 선행 차량(30)과 다른 차로를 주행하는 다른 선행 차량(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 영상 프레임은 차량의 전방에 설치되는 카메라에 의하여 촬영된다.
상기 영상 프레임은 일안 카메라에 의하여 연속적으로 촬영되는 영상에서 특정 시간에 촬영된 영상 사진을 의미한다. 상기 영상 프레임은 일안 카메라의 성능에 따라 초당 일정 수로 생성될 수 있다. 상기 일안 카메라는 자체의 초점 거리(f)를 가지게 되며, 설정된 해상도로 영상 프레임을 생성하게 된다.
상기 영상 프레임은 하변의 길이로 하변 폭(Wt)이 정의된다. 상기 하변 폭(Wt)은 영상 프레임에서의 픽셀 수에 의하여 결정되는 상대적인 길이를 가지게 된다. 상기 일안 카메라의 해상도가 일정하게 설정되는 경우에, 상기 하변 폭(Wt)는 영상이 아닌 실제 도로에서의 거리 또는 폭과 일정한 관계를 가지게 된다. 따라서, 상기 영상 프레임에서의 하변 폭(Wt)과 도로에서의 실제 거리와의 관계가 미리 설정되는 경우에, 영상 프레임에서의 차선 폭과 하변 폭(Wt)의 상대적인 관계로부터 도로의 실제 차선 폭을 구하고, 이로부터 차간 거리를 구할 수 있게 된다.
상기 두 개의 차선(10)은 영상 프레임의 하부에서 시작되어 중심의 상부 영역으로 향하게 된다. 상기 두 개의 차선의 하단부는 카메라가 차량에 장착되는 위치에 따라 영상 프레임의 하변에서 시작할 수 있으며, 영상 프레임의 양측변의 하부에서 시작할 수 있다. 상기 두 개의 차선(10)은 영상 프레임에서 윤곽선 분석 등을 통하여 인식되며, 일반적인 방법이므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 한편, 상기 두 개의 차선(10)은 직선인 차선을 기본으로 하였으며, 약간 곡선인 차선일 수 있다.
상기 소실점(20)은 두 개의 차선(10)이 영상 프레임의 중심 상부 방향으로 향하면서, 두 개의 차선(10)의 상단부가 서로 만나는 영역이다. 또한, 상기 소실점(30)은 두 개의 차선(10)이 사라지는 지점을 의미한다. 상기 소실점(20)은 두 개의 차선이 인식된 후에 두 개의 차선이 만나는 지점을 산출하여 결정된다. 상기 소실점(20)은 영상 프레임에서 가로 방향의 수평 좌표와 수직 좌표를 가지게 된다.
상기 선행 차량(30)은 카메라가 장착된 차량과 동일한 차로를 달리며, 본 발명에서 차간 거리를 산출하는 대상이 되는 차량이다. 또한, 상기 영상 프레임에서 선행 차량이 위치하는 영역이 선행 차량 영역이다. 상기 선행 차량 영역은 두 개의 차선을 인식하는 방법과 같이 윤곽선 인식 방법과 같은 방법을 사용하여 인식하게 된다. 상기 선행 차량 영역은 바람직하게는 대략 사각인 형상으로 설정되며, 선행 차량의 윤곽선을 포함하는 사각 형상으로 형성된다, 또한, 상기 선행 차량 영역은 바람직하게는 하단부가 영상 프레임의 하단부와 평행하게 되도록 설정된다. 상기 선행 차량 영역은 선행 차량의 거리를 측정하는 기준이 된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 선행 차량 차간 거리 산출 방법에 대하여 설명한다.
상기 제 1 차선 폭 결정단계(S10)는 영상 프레임에서 두 개의 차선의 단부 사이의 수평 이격 거리를 산출하여 제 1 차선 폭(W1)을 결정하는 단계이다. 상기 제 1 차선 폭 결정단계(S10)는, 도 2와 3을 참조하면, 먼저 영상 프레임에서 두 개의 차선을 인식하고, 영상 프레임의 하부에서 두 개의 차선의 하단부 사이의 거리를 산출하여 제 1 차선 폭(W1)을 결정하게 된다. 여기서, 상기 제 1 차선 폭(W1)은 이상적으로는 영상 프레임의 하변과 교차하며 좌우 대칭인 두 개의 차선 사이의 거리를 의미하게 되며, 영상 프레임의 하변과 평행한 거리를 의미한다. 상기 제 1 차선 폭(Wt)은 상기에서 설명한 바와 같이 두 개의 차선의 위치에 따라 영상 프레임의 하변 폭(Wt)과 동일하거나, 하변 폭(wt)보다 작을 수 있다. 상기 제 1 차선 폭(W1)은 영상 프레임에서의 차선 폭을 의미하며, 두 개의 차선 사이의 픽셀수에 따른 상대적인 값으로 결정될 수 있다.
한편, 상기 두 개의 차선은, 도 2에서 보는 바와 같이, 차선 사이에서의 차량의 위치에 따라 좌우 비대칭으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 제 1 차선 폭(W1)은, 영상 프레임의 하변과 평행하면서 두 개의 차선과 교차하는 가상 선의 거리로 결정될 수 있다.
상기 제 2 차선 폭 결정단계(S20)는 영상 프레임에서 선행 차량 영역을 검출하고 선행 차량 영역의 위치에서의 두 개의 차선 사이의 거리인 제 2 차선 폭(W2)을 결정하는 단계이다. 여기서, 상기 제 2 차선 폭은, 도 3을 참조하면, 영상 프레임에서의 차선 폭을 의미하며, 두 개의 차선 사이의 픽셀 수에 따른 상대적인 값으로 결정될 수 있다.
상기 제 2 차선 폭은, 선행 차량 영역의 하변으로부터 수평하게 연장되는 위치에서 차선이 검출되는 경우에, 선행 차량 영역의 하변으로부터 수평하게 연장되는 수평 연장선과 두 개의 차선이 교차되는 위치에서 측정되는 두 개의 차선 사이의 거리로 결정될 수 있다. 즉, 상기 선행 차량 영역의 하변이 두 개의 차선 사이에 위치하게 되면, 선행 차량 영역의 하변의 양측에서 두 개의 차선이 각각 인식된다. 따라서, 상기 제 2 차선 폭은 두 개의 차선 사이의 거리로 결정된다.
또한, 상기 제 2 차선 폭은, 도 4를 참조하면, 선행 차량 영역의 하단부로부터 수평하게 연장되는 위치에서 두 개의 차선이 모두 검출되지 않는 경우에, 영상 프레임의 하변으로부터 두 개의 차선이 만나는 소실점까지의 거리인 제 1 높이(H1)와 상기 선행 차량 영역의 하변으로부터 소실점까지의 거리인 제 2 높이(H2)를 산출하여 제 2 차선 폭(W2)을 결정하게 된다.
상기 제 2 차선 폭(W2)은 보다 구체적으로는 하기 제 2 차선 폭 산출식에 의하여 결정된다.
제 2 차선 폭(W2) = (H2 X W1)/H1;
상기 차간 거리 결정단계(S30)는, 도 5를 참조하면, 상기 제 1 차선 폭(W1)과 상기 제 2 차선 폭(W2)와 실제 차선 폭(Wrl) 및 영상을 촬영하는 카메라의 초점 거리(f)로부터 하기 차간 거리 산출식에 의하여 선행 차량과의 차간 거리(Dc)를 결정하는 단계이다.
차간 거리(Dc) = (f X Wrl)/W2 X (1-W2/W1);
여기서, 상기 초점 거리(f)는 영상을 촬영하는 카메라의 초점 거리를 의미한다.
또한, 상기 실제 차선 폭(Wrl)은 실제 도로에서의 두 개의 차선 사이의 거리를 의미한다. 여기서, 상기 실제 차선 폭(Wrl)은 미리 결정되어 있는 상기 영상 프레임 하단의 하변 폭(Wt)과 하변 폭(Wt)에 대응되어 실측된 실제 폭(Wrt) 및 제 1 차선 폭(W1)으로부터 하기 실제 차선 폭 산출식에 의하여 결정될 수 있다.
실제 차선 폭(Wrl) = (Wrt X W1)/Wt;
여기서, 상기 실제 폭(Wrt)는 영상 프레임의 하변 폭(wt)에 대응되는 실제 거리를 의미하며, 사전에 미리 실측되어 설정된다.
또한, 상기 실제 차선 폭(Wrl)은 미리 설정된 실제 도로의 차선 폭 또는 차선 폭의 평균치로 설정될 수 있다. 즉, 상기 실제 차선 폭(Wrl)은 도로 법규 등에서 규정하고 있는 차선 폭, 또는 차선 폭의 평균값으로 설정될 수 있다.
상기 차간 거리가 설정된 거리 이하인 경우에, 운전자에게 경고 메시지를 발송하여 운전자로 하여금 사고를 피할 수 있도록 할 수 있다.
상기 상대 속도 산출단계(S40)는 제 1 시간(T1)에 촬영된 제 1 영상 프레임에서의 차간 거리(Dc1)와, 제 1 시간(T1)보다 t시간 뒤인 제 2 시간(T2)에 촬영된 제 2 영상 프레임에서의 차간 거리(Dc2)로부터 하기 상대 속도 산출식 (4)에 의하여 상기 선행 차량의 상대 속도(Vre)를 산출하는 단계이다. 상기 제 1 시간(T1)과 제 2 시간(T2)은 임의로 설정될 수 있으며, 카메라의 성능에 따라서도 달리 설정될 수 있다.
상대 속도(Vre) = abs(Dc1-Dc2)/t;
여기서, 상기 상대 속도(Vre)는 차량과 선행 차량과의 속도 차이에 따라 양의 값 또는 음의 값을 가지게 된다. 따라서, 상기 상대 속도(Vre)는 양의 값을 갖도록 설정된다.
상기 충돌 소요 시간 산출단계(S50)는 상기 상대 속도(Vre)와 상기 제 2 영상에서의 차간 거리(Dc2)로부터 하기 충돌 소요 시간 산출식에 의하여 충돌 소요 시간(TTC)을 산출하는 단계이다.
충돌 소요 시간(TTC) = Dc2/Vre;
따라서, 상기 충돌 소요 시간을 산출하고 설정된 소요 시간 이하인 경우에, 운전자에게 경고 메시지를 발송하여 운전자가 사고를 피할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정?변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10: 두 개의 차선
20: 소실점
30: 선행 차량

Claims (6)

  1. 영상 프레임에서 두 개의 차선을 인식하고, 상기 영상 프레임의 하부에서 상기 두 개의 차선의 하단부 사이의 수평 이격 거리를 산출하여 제 1 차선 폭(W1)을 결정하는 제 1 차선 폭 결정단계;
    상기 영상 프레임에서 선행 차량 영역을 검출하고 상기 선행 차량 영역의 위치에서의 상기 두 개의 차선 사이의 거리인 제 2 차선 폭(W2)을 결정하는 제 2 차선 폭 결정단계; 및
    상기 제 1 차선 폭(W1)과 상기 제 2 차선 폭(W2)와 실제 차선 폭(Wrl) 및 영상을 촬영하는 카메라의 초점 거리(f)로부터 하기 차간 거리 산출식 (1)에 의하여 선행 차량과의 차간 거리(Dc)를 결정하는 차간 거리 결정단계를 포함하는 것을 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
    차간 거리 산출식 (1)
    Dc = (f X Wrl)/W2 X (1-W2/W1) ------------(1)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실제 차선 폭(Wrl)은 미리 결정되어 있는 상기 영상 프레임의 하변 폭(Wt)과 상기 하변 폭(Wt)에 대응되어 실측된 실제 폭(Wrt) 및 제 1 차선 폭(W1)으로부터 하기 실제 차선 폭 산출식(2)에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
    실제 차선 폭 산출식(2)
    Wrl = (Wrt X W1)/Wt ------------------- (2)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실제 차선 폭(Wrl)은 미리 설정된 실제 도로의 차선 폭 또는 차선 폭의 평균치로 설정되는 것을 특징으로 하는 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선행 차량 영역의 하변으로부터 수평하게 연장되는 위치에서 상기 차선이 검출되는 경우에,
    상기 제 2 차선 폭은 상기 선행 차량 영역의 하변으로부터 수평하게 연장되는 수평 연장선과 상기 차선이 교차되는 위치에서 측정되는 상기 두 개의 차선 사이의 거리로 결정되는 것을 특징으로 하는 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선행 차량 영역의 하변으로부터 수평하게 연장되는 위치에서 상기 두 개의 차선이 모두 검출되지 않는 경우에
    상기 제 2 차선 폭 결정단계는
    상기 영상 프레임의 하변으로부터 상기 두 개의 차선이 만나는 소실점까지의 거리인 제 1 높이(H1)와 상기 선행 차량 영역의 하변으로부터 상기 소실점까지의 거리인 제 2 높이(H2)를 산출하는 과정을 더 포함하며,
    상기 제 2 차선 폭(W2)은 하기 제 2 차선 폭 산출식 (3)에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
    제 2 차선 폭 산출식 (3)
    W2 = (H2 X W1)/H1 ----------------------- (3)
  6. 제 1항에 있어서,
    제 1 시간(T1)에 촬영된 제 1 영상 프레임에서의 상기 차간 거리(Dc1)와 상기 제 1 시간(T1)보다 t시간 뒤인 제 2 시간(T2)에 촬영된 제 2 영상 프레임에서의 상기 차간 거리(Dc2)로부터 하기 상대 속도 산출식 (4)에 의하여 상기 선행 차량의 상대 속도(Vre)를 산출하는 상대 속도 산출단계와
    상기 상대 속도(Vre)와 상기 제 2 영상에서의 차간 거리(Dc2)로부터 하기 충돌 소요 시간 산출식 (5)에 의하여 충돌 소요 시간(TTC)을 산출하는 충돌 소요 시간 산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선행 차량 차간 거리 산출 방법.
    상대 속도 산출식(4)
    Vre = Abs(Dc1-Dc2)/t ------------------- (4)

    충돌 소요 시간 산출식 (5)
    TTC = Dc2/Vre ----------------------- (5)
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