KR20170031282A - 차량용 카메라 보정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 카메라 보정 장치에 관한 것으로서, 전방 카메라에서 촬영된 전방 영상을 처리하는 영상처리부; 전방 영상에서 광원을 검출하고, 전방 영상의 각 프레임에서 광원의 위치 정보를 수집하는 광원추적부; 광원추적부에서 수집한 위치 정보에 기초하여 광원의 이동 패턴을 파악하고, 이동 패턴에 따라 소실점을 추정하는 소실점 추정부;를 포함한다. 이에 의해, 전방 카메라의 물리적 위치가 변경되거나, 탑승자나 화물에 의해 차량의 전방이 들리거나 내려가서 소실점이 변경되더라도 전방 영상에 촬영된 물체와의 거리를 정확히 산출할 수 있다.

Description

차량용 카메라 보정 장치{CALIBRATION APPARATUS FOR VEHICLE CAMERA}
본 발명은 차량용 카메라 보정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광원 검출을 이용하여 변경된 소실점을 추정하고, 추정된 소실점을 이용하여 전방 영상을 보정할 수 있도록 하는 차량용 카메라 보정장치에 관한 것이다.
최근 차량에는 이미지 센서 기반 카메라들이 장착되어 사용되고 있으며, 이러한 카메라들은 차량의 전후방 등에 장착되어 차량의 주위를 촬영하고, 촬영된 영상은 모니터를 통해 디스플레이된다. 이렇게 촬영된 영상은 운전자에게 이미지 정보를 제공하는 단순 기능으로 사용되거나, 감지된 결과를 이용하여 차량의 운행을 자동 제어하거나 운전자에게 위험을 경고하는 다양한 시스템과 연계되어 사용되고 있다.
이러한 시스템으로는 적응 순항 제어(ACC: Active Cruise Control) 기술, 차선변경보조 (LKA: Lane Keeping Assistance) 기술, 차선이탈경보 (LDW: Lane Departure Warning) 기술, 전방충돌경고 (FCW: Forward Collision Warning) 기술, 및 주차보조 (Parking Assistance) 기술 등이 있다.
이들 시스템에서는 카메라로부터의 영상에서 차량, 보행자, 차선 등을 감지한 결과를 사용하여 미리 설정된 제어를 수행한다. 이를 위해, 카메라에서 인식하려는 목표물의 영상을 획득한 후, 디지털 영상 처리 기술로 목표물의 특징을 추출하고, 이 특징을 이용하여 목표물을 확인하는 과정으로 이루어진다. 따라서 이러한 장치가 본래의 기능을 수행하기 위해서는 목표물과의 거리를 정확하게 추출하는 기술이 필수적이며, 이 때 차량 양측의 두 차선이 만나는 소실점은 매우 중요한 정보가 된다.
통상적으로 카메라를 차량에 탑재하기 전에 많은 테스트를 거쳐 기준 소실점 정보가 입력된다. 이에 따라, 기준 소실점을 바탕으로 목표물과의 거리나 차선 인식을 수행하며, 인식 결과에 따라 LDWS에서 차선 이탈을 경보하거나 LKAS에서 차선 유지 제어를 실시하거나 FCW에서 전방 충돌을 경고한다. 여기서, 완성차 업체에서 LDWS, LKAS, 및 FCW 등의 기술에 적용하는 소실점값은 차량의 전후방 하중이 일정하다는 가정하에 설정하는 값이며, 고정된 값이다.
그런데, 차량의 주행 중 도로면의 각도나 외부 충격 등에 의해 카메라의 위치가 변경되면, 소실점이 변경되고, 카메라에서 촬영된 영상에서 측정된 목표물까지의 거리가 실제 거리와 상이하게 된다. 따라서, 카메라에서 촬영된 영상을 캘리브레이션함으로써, 정확한 거리 측정이 이루어지도록 할 필요가 있다.
본 발명은, 광원 검출을 이용하여 변경된 소실점을 추정하고, 추정된 소실점을 이용하여 전방 영상을 보정할 수 있도록 하는 차량용 카메라 보정장치를 제안한다.
상기 목적은, 전방 카메라에서 촬영된 전방 영상을 처리하는 영상처리부; 상기 전방 영상에서 광원을 검출하고, 상기 전방 영상의 각 프레임에서 상기 광원의 위치 정보를 수집하는 광원추적부; 및 상기 광원추적부에서 수집한 위치 정보에 기초하여 상기 광원의 이동 패턴을 파악하고, 상기 이동 패턴에 따라 소실점을 추정하는 소실점 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 차량용 카메라 보정 장치에 따르면, 전방 카메라의 물리적 위치가 변경되거나, 탑승자나 화물에 의해 차량의 전방이 들리거나 내려가서 소실점이 변경되더라도 전방 영상에 촬영된 물체와의 거리를 정확히 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 카메라 보정 장치의 구성블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 카메라 보정 장치에서 소실점을 추정하는 과정을 보인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 카메라 보정 장치에서 촬영된 전방 영상을 보정하는 과정을 보인 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 카메라 보정 장치의 구성블럭도이다.
본 발명의 차량용 카메라 보정 장치는, 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상에서 광원의 이동을 추적하여 소실점을 추정하고, 소실점의 변동에 따라 전방 영상을 보정할 수 있도록 함으로써, 전방 영상에서 인식된 물체와의 정확한 거리 측정이 가능하도록 한다.
본 차량용 카메라 보정 장치는, 전방 카메라(5), 영상처리부(10), 광원추적부(15), 메모리(20), 소실점 추정부(25), 파라미터 연산부(30), 거리산출부(35), 제어판단부(40)를 포함할 수 있다.
전방 카메라(5)는 단안 카메라로서, 차량의 전방에 설치되어 차량의 전방을 촬영하며, 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상은 영상처리부(10)로 전달된다. 전방 카메라(5)는 미리 설정된 촬영속도에 따라 1초에 다수의 프레임을 촬영할 수 있다.
영상처리부(10)는, 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상을 디지털 및 흑백영상 처리함으로써, 전방 영상내에서 광원을 감지할 수 있도록 한다. 영상처리부(10)에서 처리된 전방 영상은 광원추적부(15)로 제공될 수 있다.
광원추적부(15)는, 영상처리부(10)에서 처리된 영상에서 밝기 정도를 이용하여 광원을 검출하고, 각 프레임에서 검출된 광원의 특징에 따라 각 광원의 이동을 추적할 수 있다. 광원추적부(15)는, 각 프레임에서 광원이 검출되면, 각 광원의 위치, 크기, 밝기 등 광원의 특징 정보를 수집할 수 있다.
광원들 중 가로등과 같이 고정 광원은 차량이 주행하면, 즉 전방 카메라(5)에서 촬영된 프레임 수가 증가할수록 광원이 점점 크고 밝아지고, 광원의 위치는 전방 영상의 양측 하부로 진행하게 된다. 반면, 선행차량들의 후미등과 같이 움직이는 광원은 자차 또는 선행차량의 가감속에 따라 소실점을 향해 전후진을 반복할 수 있다. 이에 따라, 고정된 광원은 일정한 경로를 갖기 때문에 소실점을 찾기에 적합하지만, 움직이는 광원은 일정한 경로를 형성하지 못하므로 소실점을 찾기에 적합하지 않다.
광원추적부(15)는 각 광원에 대해 특징 정보를 추출한 다음, 검출된 각 광원에 대해 프레임 간 오버랩 비율, 밝기 차이, 크기 차이를 이용하여 광원의 유사성을 판단할 수 있다. 즉, 각 프레임에서 검출된 각 광원에 대한 특징 정보를 상호 비교하여, 각 광원에 대해 다음 프레임과의 유사성을 판단함으로써, 동일한 광원인지 여부를 판단할 수 있다. 동일한 광원이라고 판단되면, 동일한 광원에 대해 각 프레임에서의 위치 정보를 수집하여 메모리(20)에 저장하고, 소실점 추정부(25)로 제공할 수 있다.
메모리(20)에는 광원추적부(15)에서 검출한 각 광원에 대한 위치 정보가 저장되며, 각 광원에 대한 위치 정보는 각 프레임에 대응되도록 순차적으로 저장되어 있다.
소실점 추정부(25)는, 광원추적부(15)에서 수집한 각 광원의 위치정보를 이용하여 각 광원의 이동경로를 생성하고, 각 광원의 이동경로를 이용하여 각 광원의 경향성을 분석 및 계산하여 영상에서의 소실점 위치를 연산할 수 있다.
소실점 추정부(25)에서 광원추적부(15)에서 수집한 정보를 이용하여 각 광원의 이동경로를 생성하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 정도의 패턴을 가진 선들이 각 광원의 이동경로(100)로 표시된다.
소실점 추정부(25)는 각 광원에 대해 생성된 이동경로(100) 중, 이동경로가 일정하지 않은 경우, 즉, 움직이는 광원에 의해 생성된 이동경로는 배제하고, 이동경로(100)가 일정한 경우, 즉, 고정 광원에 의해 생성된 이동경로(100)는 소실점을 추정하기 위해 사용할 수 있다.
고정 광원에 의해 생성된 이동경로(100)가 선택되면, 소실점 추정부(25)는 광원의 이동경로(100)의 경향성을 분석 및 계산하여 각 이동경로(100)에 대한 패턴을 생성할 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 노란색 선으로 표시된 다수의 패턴라인(150)이 형성되고, 각 패턴라인(150)이 만나는 점을 소실점으로 추정할 수 있다.
이렇게 연산된 소실점의 위치는 미리 설정된 기준 소실점의 위치와 상이할 경우, 파라미터 연산부(30)로 전달되어 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상을 캘리브레이션하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 기준 소실점은, 차량의 출고전에 생산라인에서 측정된 소실점을 나타낸다.
파라미터 연산부(30)는, 소실점의 위치에 따라 전방 카메라(5)에서 촬영된 영상의 캘리브레이션을 위한 새로운 파라미터들을 연산할 수 있다. 전방 영상의 월드 좌표와 이미지 좌표와의 관계식은 다음의 수학식1과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, K는 인트린직(Intrinsic) 파라미터, R은 로테이션(Rotation) 매트릭스, T는 트랜지션(Transition) 매트릭스, X, Y, Z은 월드 좌표 위치, x,y는 이미지 위치를 나타낸다.
이 중, 로테이션 매트릭스 R은 요우(Yaw), 피치(Pitch), 롤(Roll)의 각도 연산을 나타내며, 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
R = R(α)R(β)R(γ)
여기서, α는 요우, β는 피치, γ는 롤을 나타낸다.
소실점의 위치가 변경되면, 소실점 추정부(25)에서 연산된 소실점의 위치와, 기준 소실점의 위치 간의 차이가 발생하게 되고, 이에 따라, 요우값과 피치값도 변화하게 된다. 즉, 연산된 소실점의 좌표와 기준 소실점의 좌표 차이를 이용하면 요우값의 변화량과 피치값의 변화량을 산출할 수 있다.
다음의 수학식 3과 4는 각각 요우값의 변화량과 피치값의 변화량을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00002
여기서, Δα는 요우값의 변화량이고,
Figure pat00003
는 연산된 소실점과 기준 소실점 간의 좌우 좌표 차이를 나타내며, f는 초점 거리이다.
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서, Δβ는 피치값의 변화량이고,
Figure pat00005
는 연산된 소실점과 기준 소실점 간의 상하 좌표 차이를 나타내며, f는 초점 거리이다.
수학식 3과 4를 수학식 2에 대입하면 새로운 로테이션 매트릭스 R 값이 산출되고, 로테이션 매트릭스 R 값을 수학식 1에 대입하면, 보정된 월드 좌표와 이미지 좌표의 관계식을 얻을 수 있다.
거리산출부(35)는, 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상에서 물체와의 거리를 산출하며, 이때, 보정된 로테이션 매트릭스 R값이 대입된 수학식1의 보정된 월드 좌표와 이미지 좌표의 관계식을 이용하여 물체와의 거리를 산출하게 된다.
제어판단부(40)는, 거리산출부(35)에서 산출된 거리 정보를 이용하여 FCW, LDW, LKA 등에 사용될 제어신호를 생성할 수 있다.
이러한 구성에 의한 차량용 카메라 보정 장치에서 촬영된 전방 영상을 보정하는 과정을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
전방 카메라(5)에서 전방 영상을 촬영하면(S400), 촬영된 전방 영상은 영상처리부(10)로 전달되어 디지털 및 흑백처리되고, 광원추적부(15)에서는 영상처리부(10)에서 처리된 전방 영상에서 광원을 검출한다. 광원추적부(15)에서는 전방 영상의 각 프레임에서 광원을 검출하고, 광원의 위치, 오버랩, 크기, 밝기에 따라 각 프레임 간 광원의 유사성을 파악한다(S410). 그런 다음, 광원추적부(15)는 동일한 광원에 대해 각 프레임에서의 위치 정보를 수집하여 메모리(20)에 저장하고, 소실점 추정부(25)로 제공한다.
소실점 추정부(25)에서는 광원추적부(15)에서 검출된 각 광원의 위치 정보를 이용하여 각 광원에 대해 이동경로(100)를 생성한다(S420). 이동경로(100)의 생성 후, 움직이는 광원들에 의해 생성된 이동경로(100)를 배재한 후, 고정 광원들에 의해 생성된 이동경로(100)를 선택한다(S430). 그런 다음, 선택된 각 이동경로(100)들의 패턴을 파악하여 복수의 패턴라인(150)을 형성하고(S440), 복수의 패턴라인(150)이 만나는 한 점을 소실점으로 설정할 수 있다(S450).
소실점이 설정되면, 파라미터 연산부(30)에서는 기준 소실점과 변경된 소실점과의 위치 차이를 이용하여 피치값과 요우값을 변경하고, 이를 로테이션 매트릭스 R에 대입한다. 그런 다음, 변환된 로테이션 매트릭스 R을 월드 좌표와 이미지 좌표의 관계식에 대입한다(S460).
거리산출부(35)는, 보정된 월드 좌표와 이미지 좌표의 관계식을 적용하여 전방 영상을 통해 검출되는 물체와의 거리를 산출함으로써, 물체와의 거리를 정확히 산출할 수 있다(S470).
제어판단부(40)에서는 거리산출부(35)에서 산출된 물체와의 거리를 이용하여 FCW, LDW, LKA 등에 적용되는 제어신호를 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 차량용 카메라 보정 장치에 따르면, 전방 카메라(5)에서 촬영된 전방 영상에서 소실점을 측정하고, 측정된 소실점과 기준 소실점 간의 차이를 이용하여 전방 영상을 보정할 수 있는 보정 파라미터를 산출할 수 있다. 이에 따라, 소실점이 변경된 경우, 예를 들어, 전방 카메라(5)의 물리적 위치가 변경되거나, 탑승자나 화물에 의해 차량의 전방이 들리거나 내려가더라도 전방 영상에 촬영된 물체와의 거리를 정확히 산출할 수 있으므로, 전방 영상에서 측정된 거리를 이용하는 FCW, LDW, LKA 등의 기술을 보다 정확하게 수행할 수 있다.
전술한 실시예에서 언급한 표준내용 또는 표준문서들은 명세서의 설명을 간략하게 하기 위해 생략한 것으로 본 명세서의 일부를 구성한다. 따라서, 위 표준내용 및 표준문서들의 일부의 내용을 본 명세서에 추가하거나 청구범위에 기재하는 것은 본 발명의 범위에 해당하는 것으로 해석되어야 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
5 : 전방 카메라 10 : 영상처리부
15 : 광원추적부 20 : 메모리
25 : 소실점 추정부 30 : 파라미터 연산부
35 : 거리산출부 40 : 제어판단부

Claims (7)

  1. 전방 카메라에서 촬영된 전방 영상을 처리하는 영상처리부;
    상기 전방 영상에서 광원을 검출하고, 상기 전방 영상의 각 프레임에서 상기 광원의 위치 정보를 수집하는 광원추적부; 및
    상기 광원추적부에서 수집한 위치 정보에 기초하여 상기 광원의 이동 패턴을 파악하고, 상기 이동 패턴에 따라 소실점을 추정하는 소실점 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원추적부는, 상기 각 프레임에 대해 상기 광원의 오버랩, 위치, 밝기, 크기 중 적어도 하나를 비교하여 상기 각 프레임 간 상기 광원의 유사성을 판단하고, 상기 유사성이 인정된 광원에 대해 상기 각 프레임에서의 위치 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소실점 추정부는, 상기 광원추적부에서 유사성이 인정된 광원에 대한 상기 각 프레임의 위치 정보를 이용하여 상기 광원의 이동경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소실점 추정부는, 상기 이동경로 중 일정한 방향성을 갖는 이동경로를 선택하고, 선택된 상기 이동경로에 대한 방향성을 나타내는 패턴라인을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소실점 추정부는, 복수개의 패턴라인이 만나는 점을 소실점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소실점 추정부에서 추정된 소실점의 위치와, 미리 설정된 기준 소실점의 위치와의 차이를 이용하여 상기 전방 영상의 보정을 위한 파라미터를 생성하는 파라미터 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파라미터 연산부에서 생성된 파라미터를 적용하여 상기 전방 영상에 촬영된 물체와의 거리를 연산하는 거리산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라 보정 장치.
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