KR20130061443A - 노면의 성질 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노면의 성질 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량의 전방에 장착된 단일 레이저 센서를 기반으로 레이저 빔이 되돌아오는 비율(반사율)을 측정하여 노면의 성질(빗길, 눈길)을 감지하는, 노면의 성질 감지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 노면의 성질 감지 장치에 있어서, 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블; 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 반사량 측정수단; 상기 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 반사율 산출수단; 및 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 노면성질 판단수단을 포함한다.

Description

노면의 성질 감지 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING PROPERTY OF ROAD SURFACE}
본 발명은 노면의 성질 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전방에 장착된 단일 레이저 센서를 이용하여 노면의 상태(기하학적 불규칙 정도)는 물론 그 성질(빗길, 눈길)까지 감지할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 차량에 각종 편의장치들이 장착되고 있는 추세지만, 고객은 물론 개발자가 가장 중요하게 생각하는 부분은 차량의 안전성이다.
차량의 안전성과 관련된 연구분야 중 노면상태를 감지하여 차량의 주행 제어에 이용하는 기술이 개발되고 있다.
종래의 노면상태 감지 기술은, 단일 레이저 센서를 기반으로 레이저 빔이 되돌아 오는 시간을 측정하여 노면에 방지턱이 있는지, 움푹 패인 부분이 있는지 판단함으로써, 자동차 제어에 이용할 수 있도록 한다.
이러한 종래의 노면상태 감지 기술은, 단일 레이저 센서를 기반으로 노면의 상태는 감지할 수 있으나, 노면의 성질 즉 노면이 빗길인지 눈길인지를 판단할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 차량의 전방에 장착된 단일 레이저 센서를 기반으로 레이저 빔이 되돌아오는 비율(반사율)을 측정하여 노면의 성질(빗길, 눈길)을 감지하는, 노면의 성질 감지 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 노면의 성질 감지 장치에 있어서, 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블; 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 반사량 측정수단; 상기 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 반사율 산출수단; 및 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 노면성질 판단수단을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 노면의 성질 감지 장치에 있어서, 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블; 카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상을 검출하는 영상 처리수단; 상기 영상 처리수단에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시키는 구동 제어수단; 상기 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 반사량 측정수단; 상기 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 반사율 산출수단; 및 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 노면성질 판단수단을 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 노면의 성질 감지 방법에 있어서, 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 구비하는 단계; 반사량 측정수단이 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 단계; 반사율 산출수단이 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 단계; 및 노면성질 판단수단이 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 구비하는 단계; 영상 처리수단이 카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상을 검출하는 단계; 구동 제어수단이 상기 영상 처리수단에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시키는 단계; 반사량 측정수단이 상기 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 단계; 반사율 산출수단이 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 단계; 및 노면성질 판단수단이 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 차량의 전방에 장착된 단일 레이저 센서를 기반으로 레이저 빔이 되돌아오는 비율(반사율)을 측정하여 노면의 성질(빗길, 눈길)을 감지함으로써, 센서를 추가할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 센서 추가 없이 획득한 노면의 성질을 차량주행시스템 등에 적용되어 주행 안전을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 눈길 및 빗길의 반사량에 대한 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4 는 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치에 대한 다른 실시예 구성도,
도 5 는 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치에 대한 일실시예 구성도로서, 레이저 센서를 예로 들어 설명하지만 적외선 센서 등과 같이 광(光)을 이용한 다양한 센서를 이용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치는, 반사율 저장부(10), 반사량 측정부(20), 반사율 산출부(30), 및 노면성질 판단부(40)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 반사율 저장부(10)는 일반길(Dry way)의 반사율(기준 반사율)을 기준으로 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율(albedo) 테이블을 저장하고 있다. 즉, 반사율 저장부(10)는 일반길의 반사량을 1로 설정한 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율(albedo) 테이블을 저장하고 있다.
예를 들어, 일반길의 반사량이 100, 빗길의 반사량이 50, 눈길의 반사량이 200이라 할 때, 일반길의 반사율을 1로 설정하면, 빗길의 반사율은 0.5이고, 눈길의 반사율은 2이다.
일반적으로, 레이저 센서의 발광부에서 발광된 레이저 빔은 발산(Divergence) 특성에 의해 반사되어 되돌아오는 레이저 빔의 강도가 낮아진다. 이때, 발광부는 차량의 진행방향 노면을 향해 레이저 빔을 발광한다. 아울러, 노면의 성질에 따라 반사되어 되돌아오는 레이저 빔의 강도가 낮아지는 비율이 달라진다.
실험을 통해 구축한 반사율 테이블은 하기의 [표 1]과 같다.
[표 1]
Figure pat00001
상기 [표 1]은 일반길의 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 나타낸다. 즉, 일반길의 반사량을 1로 봤을 때 빗길의 반사량 및 눈길의 반사량의 비율을 나타낸다. 이때, 반사량은 반사되어 되돌아오는 빔의 강도를 의미한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 눈길(snowy way)의 경우 일반길에 비해 반사량(강도)이 매우 높고, 빗길의 경우 거울 효과(mirror effect)로 인하여 일반길에 비해 반사량이 적다.
다음으로, 반사량 측정부(20)는 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정한다.
다음으로, 반사율 산출부(30)는 기준 반사율을 기반으로 반사량 측정부(20)가 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출한다.
다음으로, 노면성질 판단부(40)는 반사율 저장부(10)에 저장되어 있는 반사율 테이블을 기반으로, 반사율 산출부(30)가 산출한 반사율을 이용하여 노면의 성질을 판단한다. 즉, 노면성질 판단부(40)는 노면이 눈길인지 빗길인지를 판단한다.
부가적으로, 본 발명은 노면성질 제공부(도면에는 도시되어 있지 않음)를 더 포함하여, 차량의 주행을 전자적으로 제어하는 시스템 등에 노면성질 판단부(40)가 판단한 노면의 성질정보를 제공할 수도 있다.
아울러, 레이저 센서를 이용하여 거리를 산출하는 기술은 주지 관용의 기술이므로 본 발명에서 그 상세 설명을 하지 않기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 반사율 저장부(10)는 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 저장한다(301).
이후, 반사량 측정부(20)는 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정한다(302).
이후, 반사율 산출부(30)는 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정부(20)가 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출한다(303).
이후, 노면성질 판단부(40)는 반사율 테이블을 기반으로 반사율 산출부(30)가 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단한다(304).
이러한 과정을 통해, 본 발명은 단일 레이저 센서를 기반으로 노면이 눈길인지 빗길인지를 신속 정확하게 판단할 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치에 대한 다른 실시예 구성도로서, 도 1에서 언급한 기능을 그대로 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 식별번호를 부여한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 장치는, 반사율 저장부(10), 반사량 측정부(20), 반사율 산출부(30), 노면성질 판단부(40), 영상 처리부(50), 구동 제어부(60)를 포함한다.
여기서, 반사율 저장부(10), 반사량 측정부(20), 반사율 산출부(30), 노면성질 판단부(40)는 도 1에서 언급한 기능을 동일하게 수행하므로 그 설명을 생략한다.
먼저, 영상 처리부(50)는 카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상(abnormal)을 검출한다. 즉, 영상 처리부(50)는 레이저 센서를 연속적으로 구동하는 방식에서 벗어나, 특별한 상황이 발생한 경우에만 레이저 센서를 구동시켜 효율성을 높이기 위한 목적으로 사용된다.
다음으로, 구동 제어부(60)는 영상 처리부(50)에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시켜 상기 각 구성요소가 노면의 성질을 판단하도록 한다. 즉, 구동 제어부(60)는 노면의 성질 감지 장치의 구동 시점을 결정하는 역할을 수행한다.
한편, 영상 처리부(50)는 복수의 편광 영상으로부터 편광비 영상을 산출하는 편광비 연산기와, 상기 복수의 편광 영상 중 어느 하나의 편광 영상을 이용하여 색감 특징 정보를 추출하는 색감 특징 추출기와, 상기 복수의 편광 영상 중 어느 하나의 편광 영상을 이용하여 질감 특징 정보를 추출하는 질감 특징 추출기와, 상기 편광비 연산기로부터 입력된 편광비 영상과 상기 질감 특징 추출기로부터 입력된 질감 특징 정보와 상기 색감 특징 추출기로부터 입력된 색감 특징 정보를 이용하여 노면의 이상 여부를 검출하는 이상 검출기를 포함한다.
여기서, 편광비 연산기는 편광비를 산출하기 위하여 제 1 카메라로부터 입력된 제 1 편광 영상과 제 2 카메라로부터 입력된 제 2 편광 영상을 연산한다. 이때 연산의 결과 편광비는 제 1 편광 영상과 제 2 편광 영상의 밝기의 비로 주어진다.
또한, 제 1 카메라 및 제 2 카메라는 편광 렌즈가 다른 각도로 장착되어 있다. 따라서 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬상된 영상은 소장의 각도로 편광된 영상들이다.
일반적으로, 동결이나 수막에 의해 반사된 빛은 반사된 각도에 따라서 특정한 방향으로 편광되기 때문에, 동결이나 수막인 도로를 촬영하게 되면 수직 편광 및 수평 편광의 영상의 휘도 차이가 크게 발생한다.
색감 특징 추출기는 제 2 카메라로부터 입력된 편광 영상을 이용하여 색감특징정보를 추출한다. 이때, 색감특징정보는 R(Red) 영상, G(Green) 영상, B(Blue) 영상 및 밀도(intensity)이다.
질감 특징 추출기는 제 2 카메라로부터 입력된 편광영상을 이용하여 질감특징정보를 추출한다.
여기서, 질감은 색감과 다르게 하나의 픽셀에 의하여 생기는 성질이 아니라 그 부근 분포에 의하여 생기는 현상이다. 질감에 관한 연구는 질감에 따른 영역 분할, 질감에 따른 영상 분류, 질감이 비슷한 영상 합성 등의 분야에서 연구되었다.
특히, 비슷한 스케일과 선명한 영상이 입력으로 가능할 때에는 질감에 따른 영상분류를 수행하는 방법들이 많이 제안되었다. 영상분류를 수행하는 방법은 필터 뱅크(filter bank)를 이용하는 방법으로부터 구조 텐서(structure tenser)를 이용하는 방법까지 다양하다.
이상 검출기는 입력되는 다양한 영상정보들을 종합하여 도로의 상태를 판단한다. 즉, 이상 검출기는 편광비 연산기로부터 입력된 편광비 영상과, 질감 특징 추출기로부터 입력된 질감 특징 정보들과, 색감 특징 추출기로부터 입력된 색감 특징정보를 이용하여 노면상태가 일반적이지 않은 경우 이를 검출한다.
도 5 는 본 발명에 따른 노면의 성질 감지 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.
먼저, 반사율 저장부(10)는 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 저장한다(501).
이후, 영상 처리부(50)는 카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상(abnormal)을 검출한다(502).
이후, 구동 제어부(60)는 영상 처리부(50)에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시킨다(503).
이후, 반사량 측정부(20)는 상기 구동 제어부(60)에 의해 구동된 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정한다(504).
이후, 반사율 산출부(30)는 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출한다(505).
이후, 노면성질 판단부(40)는 반사율 테이블을 기반으로 반사율 산출부(30)가 산출한 반사율이 눈길에 해당되는지 빗길에 해당되는지를 판단한다(506).
이러한 과정을 통해, 본 발명은 특별한 상황이 발생한 경우에 한해서 단일 레이저 센서를 기반으로 노면이 눈길인지 빗길인지를 신속 정확하게 판단할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 반사율 저장부 20 : 반사량 측정부
30 : 반사율 산출부 40 : 노면성질 판단부
50 : 영상 처리부 60 : 구동 제어부

Claims (8)

  1. 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블;
    레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 반사량 측정수단;
    상기 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 반사율 산출수단; 및
    상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 노면성질 판단수단
    을 포함하는 노면의 성질 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노면성질 판단수단이 판단한 노면의 성질정보를 제공하는 노면성질 제공수단
    을 더 포함하는 노면의 성질 감지 장치.
  3. 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 구비하는 단계;
    반사량 측정수단이 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 단계;
    반사율 산출수단이 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 단계; 및
    노면성질 판단수단이 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 단계
    를 포함하는 노면의 성질 감지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    노면성질 제공수단이 상기 노면성질 판단수단이 판단한 노면의 성질정보를 외부로 제공하는 단계
    를 더 포함하는 노면의 성질 감지 방법.
  5. 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블;
    카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상을 검출하는 영상 처리수단;
    상기 영상 처리수단에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시키는 구동 제어수단;
    상기 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 반사량 측정수단;
    상기 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 반사율 산출수단; 및
    상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 노면성질 판단수단
    을 포함하는 노면의 성질 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 노면성질 판단수단이 판단한 노면의 성질정보를 제공하는 노면성질 제공수단
    을 더 포함하는 노면의 성질 감지 장치.
  7. 기준 반사율 대비 빗길의 반사율 및 눈길의 반사율을 기록한 반사율 테이블을 구비하는 단계;
    영상 처리수단이 카메라를 통해 촬영한 차량의 전방노면 영상을 기반으로 노면의 이상을 검출하는 단계;
    구동 제어수단이 상기 영상 처리수단에서 노면의 이상을 검출함에 따라 레이저 센서를 구동시키는 단계
    반사량 측정수단이 상기 레이저 센서의 발광부를 통해 발광된 레이저 빔이 노면으로부터 반사되어 수광부에 수광되는 레이저 빔의 양(이하, 반사량)을 측정하는 단계;
    반사율 산출수단이 기준 반사율을 기반으로 상기 반사량 측정수단이 측정한 반사량의 비율(이하, 반사율)을 산출하는 단계; 및
    노면성질 판단수단이 상기 반사율 테이블을 기반으로 상기 반사율 산출수단이 산출한 반사율에 해당하는 노면의 성질을 판단하는 단계
    를 포함하는 노면의 성질 감지 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    노면성질 제공수단이 상기 노면성질 판단수단이 판단한 노면의 성질정보를 외부로 제공하는 단계
    를 더 포함하는 노면의 성질 감지 방법.
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