KR20190085718A - 차선 이탈 경보 시스템 - Google Patents

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Abstract

차선 이탈 경보 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템은 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 분석하여 차선을 인식하여 차선 이탈을 판단하고, 차선 이탈시 경보하는 차선 이탈 경보 시스템에 있어서, 자차량의 후측방에 위치한 물체와의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도를 포함하는 물체 정보를 검출하는 후측방 레이더와, 자차량의 속도, 요레이트 및 조향각을 포함하는 차량 상태를 감지하는 차량상태 감지부 및 후측방 레이더를 통해 검출된 물체 정보를 근거로 자차량 측후방의 가드레일을 인식하고, 인식된 가드레일의 궤적을 산출하고, 차량상태 감지부를 통해 감지된 차량 상태를 근거로 자차량의 주행궤적을 산출하고, 산출된 가드레일 궤적과 상기 산출된 자차량 주행궤적 간의 평균 거리 차이값을 산출하고, 산출된 평균 거리 차이값을 이용하여 자차량의 주행차로와 그 주행차로에서의 현재위치를 추정하고, 추정된 주행차로 및 현재위치를 근거로 하여 현재위치가 주행차로의 차선폭을 벗어날 경우 차선 이탈로 판단하는 전자제어유닛을 포함한다.

Description

차선 이탈 경보 시스템{LANE DEPARTURE WARNING SYSTEM}
본 발명은 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량이 차선을 이탈할 경우 운전자에게 경보할 수 있는 차선 이탈 경보 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차선 이탈 경보 시스템은 차량 전면에 장착된 카메라를 이용해 도로의 차선을 실시간으로 인식하고, 운전자가 졸음 운전하거나 미숙한 핸들 조작으로 인해 차량이 차선을 이탈할 경우 이 상황을 감지하여 사고의 위험을 사전에 경고하는 시스템이다.
기존의 차선 이탈 경보 시스템은 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 영상 프로세싱을 활용하여 차선을 인식하지만, 그 특성상 특정 환경에서는 차선 인식률이 떨어질 수 있다. 즉, 어두운 밤, 터널 등 차선 인식률이 떨어지는 주행환경에서 영상 프로세싱이 차선을 인식할 수 없어 차선 이탈을 경보하지 못할 우려가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0046954호(2012.05.11)
본 발명의 실시예는 후측방 레이더를 이용하여 차선 이탈을 추정하고 경보하는 차선 이탈 경보 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 분석하여 차선을 인식하여 차선 이탈을 판단하고, 차선 이탈시 경보하는 차선 이탈 경보 시스템에 있어서, 자차량의 후측방에 위치한 물체와의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도를 포함하는 물체 정보를 검출하는 후측방 레이더; 자차량의 속도, 요레이트 및 조향각을 포함하는 차량 상태를 감지하는 차량상태 감지부; 및 상기 후측방 레이더를 통해 검출된 물체 정보를 근거로 자차량 측후방의 가드레일을 인식하고, 상기 인식된 가드레일의 궤적을 산출하고, 상기 차량상태 감지부를 통해 감지된 차량 상태를 근거로 자차량의 주행궤적을 산출하고, 상기 산출된 가드레일 궤적과 상기 산출된 자차량 주행궤적 간의 평균 거리 차이값을 산출하고, 산출된 평균 거리 차이값을 이용하여 자차량의 주행차로와 그 주행차로에서의 현재위치를 추정하고, 상기 추정된 주행차로 및 현재위치를 근거로 하여 현재위치가 주행차로의 차선폭을 벗어날 경우 차선 이탈로 판단하는 전자제어유닛을 포함하는 차선 이탈 경보 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 전자제어유닛은 상기 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 분석한 결과 차선 인식에 실패할 경우, 상기 차선 이탈을 판단할 수 있다.
또한, 상기 전자제어유닛은 상기 후측방 레이더로부터 송신된 레이더 신호를 반사시키는 상기 자차량의 후측방에 위치한 물체 상의 반사포인트들의 위치를 검출하고, 특정 영역 내에 미리 설정된 개수의 반사포인트가 미리 설정된 시간 이상 지속적으로 존재할 경우 상기 후측방에 위치한 물체를 가드레일로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예는 후측방 레이더를 이용하여 차선 이탈을 추정함으로써 차선 인식률이 떨어지는 주행환경에서도 차선 이탈을 경보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템의 제어 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 후측방 레이더를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 가드레일을 인식하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 가드레일 궤적과 자차량 주행궤적을 비교하여 자차량 주행차로 및 주행차로 현재위치를 인식하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템의 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차선 이탈 경보 시스템은 전방 카메라(10), 후측방 레이더(20), 차량상태 감지부(30), 전자제어유닛(40), 경보장치(50) 및 전동조향장치(60)를 포함할 수 있다.
전방 카메라(10)는 차량의 전방 영상을 촬영한다.
전방 카메라(10)에 의해 촬영된 전방 영상은 전자제어유닛(40)에 제공된다.
전자제어유닛(40)은 전방 카메라(10)로부터 수신된 전방 영상을 분석하여 주행차선의 차선폭과 주행차선 내의 자차위치를 인식하고, 자차위치가 차선폭을 벗어나면 차선 이탈로 판단하여 경보장치(50)를 통해 차선 이탈을 경보한다. 이와 함께 전동조향장치(60)를 통해 핸들을 조향시켜 차선 이탈을 방지할 수 있다.
이와 같이, 차선 이탈 경보 시스템은 전방 카메라(10)에 의해 촬영된 전방 영상을 기반으로 주행차선의 차선폭과 자차위치를 인식하여 차선 이탈을 판단하기 때문에 전방 카메라(10)가 차선 이탈 경보 기능을 수행하기 위하여 중요한 역할을 한다.
하지만, 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 영상 프로세싱을 활용하여 차선을 인식하지만, 어두운 밤, 터널 등 차선 인식률이 떨어지는 주행환경에서는 영상 프로세싱으로 차선을 인식할 수 없어 차선 이탈을 경보하지 못할 우려가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서는 후측방 레이더를 이용하여 차선 이탈을 추정하고 경보함으로써 차선 인식률이 떨어지는 주행환경에서도 차선을 추정할 수 있어 차선 이탈을 경보할 수 있다.
후측방 레이더는 차선 이탈 경보 시스템에 설치하거나, 후측방 레이더가 장착된 후측방 경보장치가 차량에 설치된 경우에는 후측방 경보장치로부터 후측방 레이더가 검출한 레이더 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 후측방 레이더(20)는 레이더 신호를 송수신하여 차량의 후측방에 있는 장애물과의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도를 검출한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 후측방 레이더를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 후측방 레이더(20)는 차량의 후측방 범퍼 레일에 장착된다.
후측방 레이더(20)는 화살표 방향과 같이 차량의 후측방으로 레이더 신호를 송신하고, 차량의 후측방에 위치한 물체에서 반사되는 신호를 수신하여 후측방 물체와의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도를 검출한다.
다시 도 1을 참조하면, 후측방 레이더(20)에 의해 검출된 후측방 물체와의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도는 전자제어유닛(40)에 제공된다.
차량상태 감지부(30)는 차량의 속도, 요레이트, 조향각 등의 차량의 각종 상태를 감지한다. 차량상태 감지부(20)에 의해 감지된 차량의 상태는 전자제어유닛(40)에 제공된다.
차량상태 감지부(30)는 휠 속도센서, 요레이트센서, 조향각센서를 포함할 수 있다.
휠 속도센서는 각 바퀴측에 마련되어 바퀴의 휠 속도를 검출한다. 휠 속도 센서는 바퀴와 함께 회전하는 로터와 폴피스(pole piece) 사이의 자계 변화를 대응하는 펄스신호를 출력한다. 전자제어유닛(40)은 휠 속도 센서로부터 제공된 각 펄스신호를 이용하여 펄스의 개수에 따라 자차의 차속을 계산할 수 있다.
요레이트센서는 차량의 요레이트를 검출하여 전자제어유닛(40)에 전달한다. 요레이트 센서는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때, 즉 Z축 방향을 기준으로 회전할 때 내부의 프레이트 포크(plate fork)가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요 모멘트를 검출한다. 여기서 요 모멘트는 차체의 앞뒤가 좌우측 또는 선회할 때 안쪽 바깥쪽 차륜 쪽으로 이동하려는 힘이다. 예를 들면, 요레이트 센서(21)는 내부에 셀슘 크리스탈 소자가 있어 이 소자가 차량이 움직이면서 회전을 하게 되면 소자 자체가 회전을 하면서 전압을 발생하는 구조일 수 있다.
조향각센서는 핸들의 조향각을 검출한다.
전자제어유닛(40)은 차선 이탈 경보 시스템의 전반적인 제어를 수행한다.
전자제어유닛(40)은 전방 카메라(10)를 이용하여 차선 인식과 차선 이탈 판단을 수행한다.
전자제어유닛(40)은 전방 카메라(10)에 의해 촬영된 전방 영상을 영상 처리하여 차선을 인식한다. 전자제어유닛(40)은 전방 카메라(10)에 의해 촬영된 전방 영상을 필터링 알고리즘을 이용하여 도로상에서 밝은 부분을 형성하는 차선을 검출 및 인식한다. 차선을 검출 및 인식하기 위하여 에지 필터나 차선 강조 필터 등을 사용할 수 있다. 에지 필터는 영상 좌표에서 X 방향과 Y 방향의 각각의 픽셀마다 명도 차이를 이용하여 영상에서 경계를 이루는 부분을 찾아낸다. 차선 강조 필터는 명암의 평균값을 이용하여 주변 명암에 대비하여 밝은 차선이 더욱 두드러지도록 나타내어 차선을 강조한다. 전자제어유닛(40)은 자차량의 현재위치가 인식된 차선의 차선폭을 벗어날 경우 차선 이탈로 판단한다.
전자제어유닛(40)은 전방 카메라(10)를 통해 촬영된 전방 영상을 분석한 결과 차선 인식에 실패할 경우, 후측방 레이더(20)를 이용하여 차선 인식 및 차선 이탈 판단을 수행한다.
전자제어유닛(40)은 후측방 레이더(20)를 통해 자차량 측후방의 도로 옆의 가드레일을 인식하고, 인식된 가드레일의 궤적을 산출하고, 차량상태 감지부(30)를 통해 자차량의 주행궤적을 산출하고, 산출된 가드레일 궤적과 산출된 자차량 주행궤적 간의 평균 거리 차이값을 산출하고, 산출된 평균 거리 차이값을 이용하여 자차량의 주행차로와 그 주행차로에서의 현재위치를 추정하고, 추정된 주행차로 및 현재위치를 근거로 하여 현재위치가 주행차로의 차선폭을 벗어날 경우 차선 이탈로 판단하고, 운전자에게 차선 이탈을 경고하기 위한 차선 이탈 경보 제어신호를 생성하여 경보장치(50)로 전송하고, 자차량을 주행차로의 차선폭 내로 유지시키기 위한 조향 토크 제어신호를 생성하여 전동조향장치(60)로 전송한다.
경보장치(50)는 전자제어유닛(40)에 의해 제공된 차선 이탈 경고 제어신호에 따라 운전자에게 현재 자차량이 차선을 이탈하고 있거나 이탈이 예상된다는 사실을 경보한다.
전동조향장치(60)는 전자제어유닛(40)에 의해 제공된 조향 토크 제어신호에 따라 자차량이 현재의 차로(차선)를 유지할 수 있도록 조향 토크를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 가드레일을 인식하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 후측방 레이더(20)의 장착각도는 차량에 설치시 지정된 각도에 장착되므로 알려져 있다.
후측방 레이더(20)에서 후측방 물체에 반사된 레이더 신호가 수신되면 반사포인트들의 거리와 각도를 측정할 수 있다.
거리는 주파수변조연속파(Frequency Modulation Continuous Wave ; FMCW) 변조방식을 통해 송수신 주파수 차이를 통해 측정 가능하다. 펄스 변조의 경우 송수신 시간차를 이용하여 거리와 상대 속도가 측정된다. 각도는 2개 이상의 수신 안테나를 이용하여 진폭 모노 펄스(Amplitude Mono pulse) 방식이나 위상 모노 펄스(Phase Mono Pulse) 방식을 이용하여 측정 가능하다.
반사포인트들에 반사된 레이더 신호에는 여러 개의 반사신호가 중첩되므로 이를 신호 처리하면 각각의 반사된 반사포인트들의 거리와 각도를 측정할 수 있다.
측정된 반사포인트는 극좌표계에서 직각좌표계로 변환하여 반사포인트들의 xy 위치를 알 수 있다.
차량의 속도성분과 반대되는 속도를 가지는 반사포인트만 별도로 구분하여 고정물체의 반사포인트로 구분한다.
타차량에 의한 반사포인트나 특정개수이상 군집하지 않은 반사포인트는 제거한다. 즉, 속도 성분과 반사포인트의 개수 등을 사용하여 반사포인트를 제거한다.
특정 영역을 설정하여 특정 영역 내에 미리 설정된 개수의 반사포인트가 미리 설정된 시간 이상 지속적으로 존재할 경우 이를 가드레일로 판단한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차선 이탈 경보 시스템에서 가드레일 궤적과 자차량 주행궤적을 비교하여 자차량 주행차로 및 주행차로 현재위치를 인식하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 특정 영역 내의 반사포인트들의 평균값 또는 가중 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 갖는 포인트를 특정 영역의 중심으로 설정하고, 이 위치를 가드레일의 위치로 판단한다.
각 특정 영역의 중심들을 이으면, 가드레일 궤적을 알 수 있다.
도로의 차선폭은 고속도로 3.7m, 국도 3.5m로 알려져 있다.
자차량이 차선을 변경하지 않고 주행한 시간 동안의 가드레일 궤적과 자차량 주행궤적의 평균 거리 차이값을 알면, 자차량이 가드레일과 얼마나 떨어져 주행하고 있는지를 알 수 있다. 즉, 가드레일로부터 각 차선이 이격된 거리가 도로규격으로 정해져 있으므로 가드레일로부터 이격된 거리를 역산하면, 자차량이 주행중인 차로와 차로 내의 현재위치를 추정할 수 있다.
따라서, 차선이 잘 보이지 않는 상황(우천시, 눈쌓인 도로, 터널, 야간, 시골길 등, 카메라 차선인식이 불완전한 지역)에서 전방 카메라로 인식된 차선정보에 후측방 레이더로 인식된 가드레일과 자차량 간의 거리를 가중치를 사용하여 차선인식 성능을 향상시킬 수 있다.
전방 카메라(10)에 의해 인식된 차선 정확성 지수를 Kq라 할 경우, Kq는 다음의 식 [1]에 의해 산출될 수 있다.
Kq= (N-n)/N --- 식 [1]
여기서, N는 차선 인식 성공 횟수, n는 차선 인식 실패 횟수
후측방 레이더(20)에 의해 인식된 가드레일 정확성 지수를 Rq라 할 경우, Rq는 다음의 식 [2]에 의해 산출될 수 있다.
Rq= (N-n)/N --- 식 [2]
여기서, N은 가드레일 인식 성공 횟수, n은 가드레일 인식 실패 횟수
자차량에서 최종 인식된 주행 차선 위치 M은 다음의 식 [3]에 의해 산출될 수 있다.
M = α × Kq × L + β × Rq × X --- 식 [3]
여기서, L은 전방 카메라(10)에 의해 인식된 주행 차선 번호, X는 후측방 레이더(20)에 의해 인식된 주행 차선 번호(X = G/W), W는 차선폭, G는 가드레일과의 횡방향거리, α 및 β는 가중치 상수이다.
전방 카메라(10)에 의한 차선 인식률이 낮아 Kq가 미리 설정된 제1 값 이하로 낮아질 경우, 전방 카메라(10)에 의한 차선인식 실패로 판단한다.
전방 카메라(10)에 의한 차선 인식률 Kq이 미리 설정된 제1 값 이하로 낮고이와 동시에 후측방 레이더(20)에 의한 가드레일 인식률 Rq가 미리 설정된 제2 값 이하로 낮아질 경우, 차선유지 불가로 판단할 수 있다.
10 : 전방 카메라 20 : 후측방 레이더
30 : 차량상태 감지부 40 : 전자제어유닛
50 : 경보장치 60 : 전동조향장치

Claims (3)

  1. 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 분석하여 차선을 인식하여 차선 이탈을 판단하고, 차선 이탈시 경보하는 차선 이탈 경보 시스템에 있어서,
    자차량의 후측방에 위치한 물체와의 상대 거리, 상대 각도 및 상대 속도를 포함하는 물체 정보를 검출하는 후측방 레이더;
    자차량의 속도, 요레이트 및 조향각을 포함하는 차량 상태를 감지하는 차량상태 감지부; 및
    상기 후측방 레이더를 통해 검출된 물체 정보를 근거로 자차량 측후방의 가드레일을 인식하고, 상기 인식된 가드레일의 궤적을 산출하고, 상기 차량상태 감지부를 통해 감지된 차량 상태를 근거로 자차량의 주행궤적을 산출하고, 상기 산출된 가드레일 궤적과 상기 산출된 자차량 주행궤적 간의 평균 거리 차이값을 산출하고, 산출된 평균 거리 차이값을 이용하여 자차량의 주행차로와 그 주행차로에서의 현재위치를 추정하고, 상기 추정된 주행차로 및 현재위치를 근거로 하여 현재위치가 주행차로의 차선폭을 벗어날 경우 차선 이탈로 판단하는 전자제어유닛을 포함하는 차선 이탈 경보 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어유닛은 상기 전방 카메라를 통해 촬영된 전방 영상을 분석한 결과 차선 인식에 실패할 경우, 상기 차선 이탈을 판단하는 차선 이탈 경보 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어유닛은 상기 후측방 레이더로부터 송신된 레이더 신호를 반사시키는 상기 자차량의 후측방에 위치한 물체 상의 반사포인트들의 위치를 검출하고, 특정 영역 내에 미리 설정된 개수의 반사포인트가 미리 설정된 시간 이상 지속적으로 존재할 경우 상기 후측방에 위치한 물체를 가드레일로 판단하는 차선 이탈 경보 시스템.
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