KR20170031812A - 차선 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 차선 제어 시스템이 제공된다. 차량의 전방 영상을 입력 받는 전방 영상부와 차량의 후방 영상을 입력 받는 후방 영상부와 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하는 오류 감지부 및 오류 감지부가 상기 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하면, 후방 영상을 이용하여 차량의 차선을 추정하여 생성하고, 차량의 주행 또는 차선 이탈을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차선 제어 장치 및 방법{Lane control device and method thereof}
본 발명은 차선 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 전방 카메라를 이용하여 차선 인식에 있어서 오류 또는 고장을 개선하고, 후방 카메라를 차선 제어 장치로서 이용하고 한다.
차선 제어 시스템에는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)과 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS)이 흔히 이용된다.
LDWS는 차량에 내장된 카메라를 통해 전방 또는 후방의 도로 영상을 획득하고, 그 영상에서 차선을 검출한 후, 차량이 그 검출된 차선을 이탈하려고 하면 경보음이 울리도록 하여 운전자가 주의력을 되찾게 도와주는 시스템이다.
LKAS는 차량에 내장된 카메라를 통해 전방 또는 후방의 도로 영상을 획득하고, 그 영상에서 차선을 검출한 후 주행하고 있는 차로를 운전자의 의도와 무관하게 이탈하려는 것을 감지하여 운전자에게 경고를 주고 운전자의 반응이 없거나 차선을 이탈한다고 판단되는 경우, 차선 이탈 방지를 위할 목적으로 본래 주행 중이던 차로로 복귀하도록 제어하는 시스템이다.
즉, LDWS 또는 LKAS 와 같은 시스템을 이용하여 차량이 주행하여야 할 차선을 명확히 인식함으로써, 야간우천시나 정체구간에서 가다 서기를 반복하여 전방의 차량으로 인해 차선이 보이지 않는 경우는 물론 주행선이 불분명한 경우에도 안전하게 운전하여 교통사고를 최소화할 수 있다.
이와 같은 경우에도 전방 카메라가 고장이 나거나 전방차선의 인식이 불가능할 경우에는 주행 차량 전방의 차선 정보를 알 수 없어 차선 제어가 불가능하거나 차선 제어에 대한 신뢰도가 낮아지게 된다.
본 발명의 실시 예는, 전방차선 인식 실패시 후방차선에 기반하여 차선을 제어할 수가 있는 후방차선 정보 기반 차선 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 전방 영상을 입력 받는 전방 영상부;와 상기 차량의 후방 영상을 입력 받는 후방 영상부; 와 상기 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하는 오류 감지부; 및 상기 오류 감지부가 상기 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하면, 상기 후방 영상을 이용하여 상기 차량의 차선을 추정하여 생성하고, 상기 차량의 주행 또는 상기 차선 이탈을 제어하는 제어부;를 포함하는 차선 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 후방 영상으로부터 후방 차선을 감지하고, 상기 후방차선으로부터 상기 차량의 전방 차선을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 차량이 상기 생성된 전방차선을 이탈하는 경우 상기 차량에 탑재된 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 또는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)으로 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 주행 중인 차량이 상기 생성된 전방차선을 이탈하는 경우 상기 차량에 탑재된 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 또는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)으로 제어신호를 출력할 수가 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 차선 정보를 생성하는 단계는, 상기 후방 카메라의 정상 동작 여부를 감지하는 단계;와 상기 후방 카메라가 정상 동작하면 상기 후방 카메라가 획득한 영상에서 후방 차선을 검출하여 상기 후방 차선의 방정식을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 후방 차선의 방정식을 이용하여 상기 차량이 주행중인 차선을 추정하여 생성하는 단계를 포함하는 차선 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 전방 카메라의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패 상황을 운전자에게 알리는 단계; 및 상기 차량에 대하여 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LKAS 제어 단계 후 운전자가 직접 차선 유지 제어를 하는 경우에는 상기 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 중단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 후방차선 정보 기반 차선 제어 장치 및 방법은, 전방차선 인식 실패 시에도 후방차선을 이용하여 전방차선을 생성함으로써 차량의 차선 제어를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 차선 정보 기반 차선 제어 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 제어 시스템의 차선 제어 방법을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차선 제어 시스템의 차선 제어 방법을 나타낸 개략도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명자들은 무인/ 자율주행 차량 개발에 따라 fault tolerant control 의 개발이 중요해짐에 따라 전방 카메라 고장(HW/ SW 고장) 발생 시 갑작스러운 제어 해제가 불가피할 뿐만 아니라 전방 카메라의 차선 인식 실패 발생 시 갑작스러운 제어 해제가 불가피함을 인식하였다.
이와 같이 탑재된 카메라의 작동 불능이나 차선 인식 실패로 인하여, 운전자가 주행 차량이 차선제어를 할 수 없음을 인지하는 데에는 수초에서 수분 간의 시간이 필요함을 알게 되었다.
따라서, 본 발명자는 후방 카메라의 정보를 이용하여 제한적인 상황에서 전방카메라의 기능을 대신하여 주행 중인 차량의 주변차선 정보를 생성하고, 생성된 주변차선 정보를 이용하여 차량을 주행 혹은 차선이탈을 경고하는 것이 필요할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 제어 시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 제어 방법의 순서도이다.
이하 도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 후방차선 정보 기반 차선 제어 장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 후방차선 정보 기반 차선 제어 시스템(100)는 주행 중인 차량의 후방차선 정보를 포함하여 후방 영상을 촬영하는 후방 영상부(120), 및 주행 중인 차량의 전방 차선 정보를 포함하여 전방 영상을 촬영하는 전방 영상부(10)의 동작 오류 또는 전방차선 인식 실패를 감지하는 오류 감지부(110) 및 오류 감지부(110)가 전방 영상부(10)로부터 에러 신호 감지 시 상기 후방차선 정보를 이용하여 상기 주행 중인 차량의 주변차선을 추정하여 생성하고, 상기 차량의 주행 또는 차선 이탈을 제어하는 제어부(130)를 포함할 수 있다.
오류 감지부(110)가 전방 영상부(10)의 정상 동작 및 전방차선 인식 여부를 감지하면(11), 제어부(130)는 후방 영상부(120)가 정상 동작하는 지를 감지하여(12), 정상 동작하는 경우 후방 영상부(120)가 획득한 영상에서 후방차선을 검출하여 상기 후방차선 모델을 생성한다(13,14).
이때, 후방 영상부(120)는 주행 중인 차량의 후방영상을 획득하고, 촬영된 영상 데이터를 제어부(130)로 전달한다. 제어부(130)는 후방 영상부(120)로부터 전달받은 후방 영상에서 후방차선을 인식한다. 차선 인식 방식에 있어서, 제어부(130)는 상기 획득한 영상을 필터링 알고리즘을 이용하여 도로상에서 밝은 부분을 형성하는 차선을 추출해낸 것이 가능하다. 이를 위해, 제어부(130)는 에지 필터나 차선강조 필터 등을 사용할 수 있다. 에지 필터는 영상 좌표에서 수평 방향과 수직 방향의 각각의 픽셀마다 명도 차이를 이용하여 영상에서 경계를 이루는 부분을 찾아낸다. 그리고 차선 강조 필터는 명암의 평균값을 이용하여 주변 명암에 대비하여 밝은 차선이 더욱 두드러지도록 나타내어 차선을 찾는 방법이다. 이 같은 차선 인식 방식은 널리 알려진 바와 같다.
이와 아울러, 제어부(130)는 전방 영상부(10)의 비정상 동작 또는 전방차선 불인식 상황을 운전자에게 알리고(15), 주행 중인 차량에 대하여 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 수행하게 한다(16).
또한, 제어부(130)는 LKAS 제어 단계(16) 후 운전자가 일실시예로 스티어링 휠을 이용하는 등 주행중인 차선을 유지하기 위하여 직접 제어 하는 경우로 판단되는 경우(17의 예), 상기 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 중단하고(S180), 운전자가 주행중인 차선을 유지하기 위하여 직접 제어하는 것으로 판단되지 않는 경우라면(17의 아니오) 전방 영상부(10)의 비정상 상태를 운전자에게 경고할 수 있다(15).
본 발명의 일 실시예에서 제어부(130)는 상기 후방차선 정보로부터 좌우차선을 감지하고, 외삽법에 따라 상기 후방차선과 동일한 방정식으로 상기 차량의 전방차선을 생성할 수 있다.
외삽법이란, 후방 차선 정보로부터 후방 차선과 동일한 방식으로 전방 차선을 추측해 내는 것을 말한다.
제어부(130)는 상기 주행 중인 차량이 상기 생성된 전방차선을 이탈하는 경우 상기 차량에 탑재된 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) (30) 또는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)(20)으로 차선 제어신호를 출력할 수 있다.
차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS)(30)은 상기 후방차선 정보 및 상기 차량에 탑재된 전동식 조향 장치(EPS)(50)를 이용하여 상기 차량의 횡방향 제어를 수행한다.
차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)(20)은 전방 영상부(10)고장 시 상기 후방차선 정보를 이용하여 상기 차량의 차선이탈을 감지한 후 해당 감지 신호를 상기 차량에 탑재된 HMI(60)에 전달할 수가 있다.
또한, LDWS(20)는 전방 영상부(10)로부터 감지한 운전자의 얼굴 각도나 표정 등과 생성된 전방차선 정보에 따라 주행 중인 차선을 파악한 후, 만약 운전자가 부주의나 졸음운전 등으로 차선을 이탈하려고 하면 경보음이 울리는 것도 가능하다.
이 경우, 제어부(130)는, 상기 감지된 좌우차선의 정보를 CAN 통신을 이용하여 전방 영상부(10)로 전달할 수가 있다.
제어부(130)는 생성한 현재 프레임의 차선정보와 과거 프레임의 차선정보의 차이를 비교하여 차선이탈을 결정하는 것도 가능하며, 차선이탈인 경우에는 경보음등의 청각적 자극이나 램프나 문자 등의 점멸과 같은 시각적 자극을 통해 운전자에게 차량이 차선을 이탈함을 알리는 것이 바람직하다.
또한, 전방 영상부(10)가 비록 고장 상태일지라도 후방 영상부(120)에서 보내온 상기 후방차선 정보 및 EPS(250)를 이용하여 주행 중인 차량의 횡방향 제어를 수행하고(LAKS 제어). 아울러 상기 후방차선 정보를 이용하여 차량의 차선이탈 감지 후 해당 신호 HMI(270) 전달한다(LDWS 제어).
본 실시예의 차선 제어 시스템(100)은 LDWS(20) 및 LKAS(30) 뿐만 아니라 EPS(40), ESC(50)를 포함하여 제어부(130)에서 제어 될 수 있으며, 또한 HMI(60)와도 연계되는 것이 바람직하다.
ESC(50)는 자동차 안정성 제어(ESC: Electronic Stability Control) 시스템으로써, 자동차의 전반적인 주행자세를 안정적으로 제어하기 위한 시스템이다. 또한, ESC(50)은 기존의 ABS(Anti-lock Brake System)와 TCS(Traction Control System)와 연계하여 자동차의 주행 안정성을 확보하는 것이 가능하다.
제어부(130)내 ESC(50) 는 차량의 자세를 제어할 수 있으며, 도시되지는 않았으나, ESC(50)내부에 차량의 자세를 제어하기 위하여 압력센서를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 차량 내에 구성되는 회로와 장치를 가동시키는 ECU(electronic control unit)일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 후방 차선 정보에 기반하여 차선을 산출하는 차선 제어 방법을 나타낸 개략도이다. 도 3은 본 발명에 따른 차량이 직선 차선 주행 시 후방 차선 정보에 기반하여 차선을 산출하는 일 실시예를 나타낸 개략도이며, 도 4는 차량이 곡선 차선 주행 시 후방 차선 정보에 기반하여 차선을 산출하는 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 3 및 도 4의 차량의 후방에서 삼각형으로 음영된 영역(1)은 전방 영상부(10)의 고장 시 후방 영상부(120)를 통하여 획득 가능한 영상의 범위를 나타낸다. 점선(2)는 후방 영상부(120)를 통하여 획득한 영상의 범위(1) 내 인식된 차선 부분이다. 인식된 차선을 통하여 차선 방정식 산출해 낼 수 있다. 이때, 산출되는 차선 방정식은 통상적으로 전방 영상을 이용하여 차선 방정식을 설정하는 것과 동일하게 산출될 수 있다.
즉, x는 차량의 중심에서 차량의 이동방향을 나타내는 축이고, y는 차량의 중심에서 좌측 차선까지의 거리를 의미할 때, 영상에서 획득한 차선 정보를 통하여 추출한 차선 방정식에 x값을 대입함에 따른 y 값을 산출하여 현재 차량이 주행중인 차선을 추정할 수 있다.
즉, 도 3 및 도 4의 점선(3)의 영역은 후방 영상부(120)를 통하여 획득한 영상(1)에서 인식된 차선(2)에 기반하여 추정 생성된 주행 중인 차량의 주변 차선이다.
여기서, 상기 생성된 주변 차선은 인식된 후방차선과 동일한 방정식에 따라 외삽법으로 후방 영상부(120)에 의하여 감지된 차선영역 외 확장된 차선이다. 즉, 도 3의 실시예와 같이 직선 도로를 주행중인 경우 및 도 4의 실시예와 같이 곡선 도로를 주행중인 경우에 각각 다른 차선 방정식을 산출해내어 그에 따른 전방 차선을 추정할 수 있다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
100: 차선 제어 시스템

Claims (7)

  1. 차량의 전방 영상을 입력 받는 전방 영상부;
    상기 차량의 후방 영상을 입력 받는 후방 영상부;
    상기 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하는 오류 감지부; 및
    상기 오류 감지부가 상기 전방 영상부의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패를 감지하면, 상기 후방 영상을 이용하여 상기 차량의 차선을 추정하여 생성하고, 상기 차량의 주행 또는 상기 차선 이탈을 제어하는 제어부;를 포함하는 차선 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 후방 영상으로부터 후방 차선을 감지하고, 상기 후방차선으로부터 상기 차량의 전방 차선을 생성하는 차선 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량이 상기 생성된 전방차선을 이탈하는 경우 상기 차량에 탑재된 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 또는 차선이탈경보시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)으로 제어신호를 출력하는 차선 제어 시스템.
  4. 전방 카메라의 정상 동작 및 전방 차선 인식 여부를 감지하는 단계;
    상기 전방 카메라의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패 시 후방 카메라에서 획득한 영상 정보를 이용하여 차선 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 차선 정보를 이용하여 주행 중인 차량의 주행 또는 차선 이탈을 제어하는 단계;를 포함하는 차선 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차선 정보를 생성하는 단계는,
    상기 후방 카메라의 정상 동작 여부를 감지하는 단계;
    상기 후방 카메라가 정상 동작하면 상기 후방 카메라가 획득한 영상에서 후방 차선을 검출하여 상기 후방 차선의 방정식을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 후방 차선의 방정식을 이용하여 상기 차량이 주행중인 차선을 추정하여 생성하는 단계를 포함하는 차선 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전방 카메라의 동작 오류 또는 전방 차선 인식 실패 상황을 운전자에게 알리는 단계; 및
    상기 차량에 대하여 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 차선 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LKAS 제어 단계 후 운전자가 직접 차선 유지 제어를 하는 경우에는 상기 차선유지지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS) 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 후방차선 정보 기반 차선 제어 방법.
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