KR20140073643A - 노면 표식 인식 장치 및 그 인식 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 노면 표식 인식 장치는 적외선 빔을 이용하여 노면 지도를 생성하고 노면에 포함된 표식 형상을 구성한 후 이를 기 저장된 표식 정보와 비교하여 표식 형상을 판단함으로써 복잡한 계산 과정 없이 정확하게 표식을 인식할 수 있다.

Description

노면 표식 인식 장치 및 그 인식 방법{Road marker recognition device and recognition method of the same}
본 발명은 노면 표식 인식 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적외선 빔을 이용하여 노면 정보를 획득하고 복잡한 계산 과정 없이 노면 정보를 이용하여 표식을 인식할 수 있는 노면 표식 인식 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 차량 운행 중에 발생하는 각종 사고로부터 운전자의 피해를 최소화하는 안전벨트나 에어백과 같은 사후 안전 수단에서 벗어나 운전 중에 잠재한 사고를 예측하여 운전자에게 경보함으로써 사고를 미연에 방지하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 차량 운전자 안전을 위한 연구로는 도로의 차선을 인식하여 차량이 차선을 이탈하는 것을 방지하거나 도로 상에 표시된 다양한 정보(횡단보도, 일방통행, 좌회전/우회전/U턴 표시 등)들을 파악하여 운전자에게 알려주는 등의 ASV(Advanced Safety Vehicle) 기술이 있다.
종래에 도로 상에 표시된 정보를 파악하는 방법으로는 영상 센서(카메라)를 이용하는 방법이 널리 사용되고 있다.
그런데 카메라를 이용하는 경우 차량 전방 가까이에 선행 차량이 있을 경우 노면에 대한 영상 획득이 불가능하기 때문에 오인식이 잦고, 야간이나 우천시에 동작하지 못하는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 표식 인식을 위한 알고리즘 및 처리 로직이 복잡하여 연산시간이 오래 걸리며 각 표식 마다 특화된 인식 알고리즘이 필요하여 범용성이 낮은 문제가 있다.
본 발명의 실시 예는 노면에 표시된 정보를 보다 정확하게 인식하여 운전자에게 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 노면 표식 인식 장치는 적외선 빔을 조사하고 그 반사된 빔을 수신하여 노면과의 거리 및 반사빔의 세기를 감지하는 적외선 송수신부, 상기 적외선 송수신부로부터 제공받는 거리 정보와 신호 강도 정보 및 차량의 속도 정보를 이용하여 상기 노면에 대한 노면 지도를 생성하고 상기 노면의 표식 형상을 구성하는 표식 구성부 및 상기 표식 구성부에 의해 구성된 표식 형상을 기 저장된 표식 정보와 비교하여 상기 표식 형상의 의미를 판단하고 그 결과를 출력하는 매칭부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 표식 구성부는 상기 거리 정보, 상기 적외선 빔이 조사된 각도와 각분해능을 이용하여 상기 적외선 송수신부를 기준으로 한 센서 좌표계 기준의 제 1 위치 정보를 획득한 후 이를 이동체 좌표계 기준의 제 2 위치 정보로 좌표 변환한다.
바람직하게는, 상기 표식 구성부는 상기 차량의 중심좌표와 상기 적외선 송수신부의 중심 좌표 사이의 이동 벡터를 이용하여 상기 제 1 위치 정보를 상기 제 2 위치 정보로 좌표 변환한다.
바람직하게는, 상기 표식 구성부는 상기 제 2 위치 정보와 상기 신호 강도 정보를 이용하여 일정 시간 간격으로 지도 정보를 획득한 후 생성된 시간 정보를 시간 순서대로 연속적으로 배열하여 상기 노면 지도를 생성하고 상기 노면 지도 상에 상기 표식 형상을 구성한다.
바람직하게는, 상기 적외선 송수신부는 스캐닝 방식을 이용하여 일정 주기로 상기 노면의 일정 폭에 적외선 빔을 조사한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 노면 표식 인식 방법은 노면에 적외선 빔을 조사하고 그 반사빔을 수신하여 노면과의 거리 정보 및 상기 반사빔의 신호 강도 정보를 획득하는 단계, 상기 거리 정보와 상기 신호 강도 정보 및 상기 차량의 속도 정보를 이용하여 상기 노면에 대한 노면 지도를 생성하고 상기 노면의 표식 형상을 구성하는 단계 및 상기 표식 형상을 기 저장된 표식 정보와 비교하여 상기 표식 형상의 의미를 판단하고 그 결과를 출력하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 노면 지도를 생성하고 상기 표식 형상을 구성하는 단계는 상기 거리 정보, 상기 적외선 빔이 조사된 각도와 각분해능을 이용하여 센서 좌표계 기준의 제 1 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 차량의 중심좌표와 상기 적외선 송수신 장치의 중심 좌표 사이의 이동 벡터를 이용하여 상기 제 1 위치 정보를 이동체 좌표계 기준의 제 2 위치 정보로 좌표 변환하는 단계, 상기 제 2 위치 정보와 상기 신호 강도 정보를 이용하여 일정 시간 간격으로 지도 정보를 획득하는 단계 및 상기 지도 정보를 시간 순서대로 연속적으로 배열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 노면에 표시된 정보를 보다 정확하게 인식하여 운전자에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 대한 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면 표식 인식 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면 인식 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 적외선 빔을 노면에 조사하여 노면을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 차량(이동체)에 센서가 장착되었을 때 차량의 중심과 센서의 중심 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 노면 지도 상에 형상화된 표식의 예시적 모습을 보여주는 도면.
도 7은 패턴 DB에 저장된 노면 상의 표식들을 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 아래의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외의 부분에 대한 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 예에서는 차량(이동체)의 전방에 적외선 빔(beam)을 조사할 수 있는 적외선 조사장치(미도시)를 장착하여 노면을 향해 적외선 빔을 조사한다. 이때 노면에 조사된 적외선 빔은 단일 빔으로 조사되지 않고 특정한 각분해능(angular resolution)을 갖도록 구성된다(평면 스캐닝 방식).
노면에서 반사되어 되돌아오는 적외선 빔은 적외선 수신장치(미도시)에 수신되며, ToF(Time of Flight) 원리 등을 이용하여 노면과의 거리가 산출된다. 또한 적외선 빔은 매질, 색상 등에 따라 반사되어 돌아오는 신호의 강도가 달라지는 특성이 있으므로, 노면 표식 인식 장치는 수신된 적외선 빔의 신호 강도를 함께 측정한다. 본 실시 예에 따른 노면 표식 인식 장치는 기 설정된 정보 및 적외선 빔을 이용하여 획득된 정보를 이용하여 노면에 있는 표식 형상을 구성하고 이를 패턴 DB에 저장된 표식 정보와 비교하여 해당 표식이 어떤 표식을 의미하는지 판단한 후 해당 정보를 운전자에게 알려준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 표식 인식 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 노면 표식 인식 장치는 적외선 송수신부(10), 속도센서(20), 표식 구성부(30), 패턴 DB(40) 및 매칭부(50)를 포함한다.
적외선 송수신부(10)는 차량의 주행 방향을 따라 도로면에 적외선 빔을 조사하고 노면에서 반사되어 되돌아오는 적외선 빔을 수신하여 노면과의 거리 및 반사빔의 강도에 대한 정보를 획득한 후 표식 구성부(30)에 전달한다. 적외선 빔을 조사시, 적외선 송수신부(10)는 도 1에서와 같이 평면 스캐닝 방식을 이용하여 일정 주기로 도로면의 일정 폭에 적외선 빔을 조사한다.
속도 센서(20)는 차량의 속도를 감지하고 감지된 속도 정보를 표식 구성부(30)에 제공한다. 본 실시 예에서는 속도 센서(20)에서 감지된 속도 정보가 직접 표식 구성부(30)로 전달되는 것으로 기재하였으나 이에 설명의 편의를 위해 것일 뿐 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 속도 정보는 다른 제어수단(예컨대, MCU 등)을 통해 전달받을 수도 있다.
표식 구성부(30)는 적외선 송수신부(10)에서 제공받은 정보(거리 정보와 신호 강도 정보) 및 속도 센서(20)로부터 제공받은 속도 정보를 이용하여 노면 지도 생성 및 표식 형상을 구성한다. 적외선 송수신부(10)는 차량의 특정 위치에 설치되므로 적외선 빔은 노면에 대해 일정한 각도로 조사되며 특정한 각분해능을 가진다. 따라서, 표식 구성부(30)는 거리 정보(r), 빔이 조사되는 각도(θ), 각분해능(α)을 이용하여 적외선 송수신부(10)를 기준으로 한 센서 좌표계 기준의 위치 정보{Pn(xn, yn), n = 1 ~ N}를 획득한 후 이동체(차량)의 중심좌표와 적외선 송수신부(10)의 중심 좌표 사이의 이동 벡터(v)를 이용하여 위치 정보(Pn)를 이동체(차량) 좌표계 기준의 위치 정보(Sn)로 좌표변환을 수행한다. 그리고, 표식 구성부(30)는 위치 정보(Sn)와 반사빔의 세기에 대한 정보(신호 강도 정보)를 조합하여 지도 정보(Mn)를 생성한다. 이러한 지도 정보(Mn)는 V의 속도로 차량이 이동하는 상황에서 노면 표식을 인식할 수 있을 만큼의 데이터가 수집될 때까지 일정 시간 간격으로 반복(Mn,t1 ~ Mn,tk)해서 생성되어야 하므로, 표식 구성부(30)는 속도 센서(20)로부터의 속도 정보를 이용하여 일정 시간 간격으로 지도 정보(Mn,t1 ~ Mn,tk)를 획득하고 이를 시간 순서대로 연속적으로 배열하여 노면에 대한 지도(노면 지도)를 작성함으로써 노면 지도 상에 표식 형상을 구성한다.
패턴 DB(40)는 도로 상에 표시된 표식들의 형상 및 그 표식이 나타내는 의미에 대한 정보를 저장한다.
매칭부(50)는 표식 구성부(20)에서 구성된 표식의 형상을 패턴 DB(50)에 기 저장된 표식 정보와 비교하여 구성된 표식 형상이 어떤 내용을 의미하는지를 판단한 후 그 결과를 운전자에게 출력해준다. 이때, 출력 형식은 스피커를 통해 음성으로 안내하거나 음성 안내와 함께 화면에 해당 표식을 나타내 줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면 인식 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
차량이 주행시, 차량의 전방에 설치된 적외선 송수신부(10)는 차량의 진행 방향을 따라 일정 주기로 노면에 적외선 빔을 조사하고 노면에서 반사된 빔을 수신한다(단계 310).
이때, 적외선 송수신부(10)는 도 1에서와 같이 평면 스캐닝 방식을 이용하여 도로면의 일정 폭에 적외선 빔을 조사한다.
반사빔이 수신되면, 적외선 송수신부(10)는 적외선 빔이 조사된 각 위치별로 반사빔의 세기 및 적외선 송수신부(10)와 노면간의 거리(r1 ~ rn)를 감지한 후 해당 정보(거리 정보, 신호 강도 정보)를 표식 구성부(30)로 전달한다.
표식 구성부(30)는 적외선 송수신부(10)로부터 수신된 거리 정보와 신호 강도 정보 및 속도 센서(20)로부터 제공받은 속도 정보를 이용하여 적외선 빔이 반사된 각 위치별 노면의 위치 정보(Pn)를 계산한다(단계 320).
위치 정보(Pn)는 도 4에서와 같이 빔이 반사된 노면 위치와 적외선 송수신부(10) 사이의 거리를 r, 빔과 노면 사이의 각도를 θ, 각분해능을 α라 했을 때 아래와 같은 수식을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00001
그러나 위의 식에 따른 위치 정보(Pn)는 고정된 특정 지점을 기준으로 한 센서 좌표계 기준의 위치 정보이므로, 적외선 송수신부(10)가 이동체인 차량에 설치되어 이동 중의 위치 정보를 계산하는 경우에는 위치 정보(Pn)를 이동체 좌표계 기준으로 변환해야 한다.
따라서, 표식 구성부(30)는 위치 정보(Pn)가 계산되면 위치 정보(Pn)에 차량의 중심좌표와 적외선 송수신부(10)의 중심 좌표 사이의 이동 벡터(v)를 반영하여 위치 정보(Pn)를 이동체 좌표계 기준의 위치 정보(Sn)로 변환한다(단계 330).
도 5는 이동체인 차량에 센서가 장착되었을 때 차량의 중심과 센서의 중심 사이의 관계를 나타내는 도면으로, 차량의 중심 좌표 Oego와 적외선 송수신부(10)의 중심 좌표 Osensor 사이의 이동 벡터를 v라 할 때 이동체 좌표계 기준의 위치 정보(Sn)는 아래의 식과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00002
이때, 이동 벡터 v는 초기 설계 조건에 의해 결정된다.
좌표 변환이 완료되면, 표식 구성부(30)는 위치 정보(Sn), 신호 강도 정보 및 차량의 속도 정보를 이용하여 노면 지도를 생성하고 표식 형상을 구성한다(단계 340).
반사빔의 신호 강도를 In이라 하면, 지도 정보(Mn)는 위치 정보(Sn)와 그 위치의 신호 강도 In를 조합하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
그런데 적외선 송수신부(10)는 차량의 속도 V와 같은 속도로 이동하면서 일정 시간 간격(??t)으로 적외선 빔을 조사하고 그 반사빔을 수신하게 되므로, 표식 구성부(30)는 초기 시간(t1)에서의 지도 정보(Mn,t1)를 획득한 후 V의 속도로 ??t(t2-t1) 시간 만큼 이동한 위치에 대한 지도 정보(Mn,t1)를 획득한다. 이러한 지도 정보는 노면 표식을 인식할 수 있을 만큼의 데이터가 수집될 때까지 일정 시간 간격으로 반복(Mn,t1 ~ Mn,tk)해서 생성되어야 한다.
이러한 지도 정보(Mn,t1 ~ Mn,tk)는 아래와 같은 수식을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure pat00004
표식 구성부(30)는 이렇게 일정 시간 간격으로 반복 획득된 지도 정보(Mn,t1 ~ Mn,tk)를 시간 순서대로 정렬시킴으로써 노면 지도를 생성하며, 해당 영역에 표식이 있는 경우에는 노면 지도에 해당 표식의 형상을 나타나게 된다.
도 6은 노면 지도 상에 형상화된 표식의 예시적 모습을 보여주는 도면으로, 마름모 패턴이 형상화되었음을 알 수 있다.
표식 구성부(30)는 이렇게 구성된 표식 형상을 매칭부(50)에 전송한다.
매칭부(50)는 표식 구성부(30)로부터 제공받은 형상을 패턴 DB(40)에 사전 등록된 표식 정보와 비교하여 표식 구성부(30)로부터 제공받은 형상이 어떤 표식을 의미하는지 판단한 후 해당 표식에 대한 정보를 운전자에게 알려준다(단계 350).
이때, 매칭부(50)는 표식 정보를 스피커를 통해 음성으로 안내하거나 음성 안내와 함께 화면에 해당 표식을 나타내 줄 수 있다. 예컨대, 도 6에서와 같이 '마름모 패턴'인 경우, 매칭부(50)는 "전방에 횡단보도가 있습니다"라고 안내할 수 있다. 또는 매칭부(50)는 표식 형상이 제한 속도 "80"을 의미하는 것으로 판단되었는데 현재 속도가 80 Km/h을 넘는 경우 "제한 속도 80입니다. 속도를 줄이세요"라는 멘트와 함께 화면에 "80"이라는 숫자가 깜빡거리도록 표시해줄 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 적외선 송수신부 20 : 속도 센서
30 : 표식 구성부 40 : 패턴 DB
50 : 매칭부

Claims (7)

  1. 적외선 빔을 조사하고 그 반사된 빔을 수신하여 노면과의 거리 및 반사빔의 세기를 감지하는 적외선 송수신부;
    상기 적외선 송수신부로부터 제공받는 거리 정보와 신호 강도 정보 및 차량의 속도 정보를 이용하여 상기 노면에 대한 노면 지도를 생성하고 상기 노면의 표식 형상을 구성하는 표식 구성부; 및
    상기 표식 구성부에 의해 구성된 표식 형상을 기 저장된 표식 정보와 비교하여 상기 표식 형상의 의미를 판단하고 그 결과를 출력하는 매칭부를 포함하는 차량의 노면 표식 인식 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 표식 구성부는
    상기 거리 정보, 상기 적외선 빔이 조사된 각도와 각분해능을 이용하여 상기 적외선 송수신부를 기준으로 한 센서 좌표계 기준의 제 1 위치 정보를 획득한 후 이를 이동체 좌표계 기준의 제 2 위치 정보로 좌표 변환하는 것을 특징으로 하는 차량의 노면 표식 인식 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 표식 구성부는
    상기 차량의 중심좌표와 상기 적외선 송수신부의 중심 좌표 사이의 이동 벡터를 이용하여 상기 제 1 위치 정보를 상기 제 2 위치 정보로 좌표 변환하는 것을 특징으로 하는 차량의 노면 표식 인식 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 표식 구성부는
    상기 제 2 위치 정보와 상기 신호 강도 정보를 이용하여 일정 시간 간격으로 지도 정보를 획득한 후 생성된 시간 정보를 시간 순서대로 연속적으로 배열하여 상기 노면 지도를 생성하고 상기 노면 지도 상에 상기 표식 형상을 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 노면 표식 인식 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 적외선 송수신부는
    스캐닝 방식을 이용하여 일정 주기로 상기 노면의 일정 폭에 적외선 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 차량의 노면 표식 인식 장치.
  6. 차량이 노면의 표식을 인식하는 방법에 있어서,
    노면에 적외선 빔을 조사하고 그 반사빔을 수신하여 노면과의 거리 정보 및 상기 반사빔의 신호 강도 정보를 획득하는 단계;
    상기 거리 정보와 상기 신호 강도 정보 및 상기 차량의 속도 정보를 이용하여 상기 노면에 대한 노면 지도를 생성하고 상기 노면의 표식 형상을 구성하는 단계; 및
    상기 표식 형상을 기 저장된 표식 정보와 비교하여 상기 표식 형상의 의미를 판단하고 그 결과를 출력하는 단계를 포함하는 차량의 노면 표식 인식 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 노면 지도를 생성하고 상기 표식 형상을 구성하는 단계는
    상기 거리 정보, 상기 적외선 빔이 조사된 각도와 각분해능을 이용하여 센서 좌표계 기준의 제 1 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 차량의 중심좌표와 상기 적외선 송수신 장치의 중심 좌표 사이의 이동 벡터를 이용하여 상기 제 1 위치 정보를 이동체 좌표계 기준의 제 2 위치 정보로 좌표 변환하는 단계;
    상기 제 2 위치 정보와 상기 신호 강도 정보를 이용하여 일정 시간 간격으로 지도 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 지도 정보를 시간 순서대로 연속적으로 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 노면 표식 인식 방법.
KR1020120139616A 2012-12-04 2012-12-04 노면 표식 인식 장치 및 그 인식 방법 KR101428239B1 (ko)

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