KR20200141834A - 영상기반 교통신호제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교차로 진입차량, 신호대기 차량, 횡단보도 신호대기 보행자 등의 교통객체를 카메라로 영상 검지하고, 이 영상을 분석하여 교통신호기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 영상기반 교통신호제어 장치는, 엣지카메라(10), 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 감응신호 판단부(12), 데이터저장부(13), 그리고 통신부(14)로 구성되어, 교통객체를 영상 검지 및 분석하여, RS232 시리얼 통신을 이용해 교통신호제어기(20)에서 주도로 및 부도로 신호등(31, 32)의 교통신호기를 제어하도록 한다. 본 발명은 엣지카메라에 교통신호제어기능을 추가함으로써 로컬 교차로에서 개별적으로 최적의 교통체계의 도출이 가능하다.

Description

영상기반 교통신호제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for image based traffic signal control}

본 발명은 교차로 진입차량, 신호대기 차량, 횡단보도 신호대기 보행자 등의 교통객체 영상을 카메라로 취득하고 이 영상을 분석하여 교통신호기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 교통신호제어 방식에는 미리 결정되어 있는 주기 범위 내에서 교통상황 변동에 따라 신호제어변수를 미세하게 조정하여 교통흐름을 개선하는 교통감응 제어 방식이 있다. 이 방식은 반감응제어와 완전감응제어로 구분된다.

종래의 교통감응 제어는 일반적으로 반감응제어를 의미한다. 반감응제어는 주도로에 녹색신호를 표시하다가 부도로에 설치된 차량 검지기가 차량을 검지하면, 부도로에 녹색신호등을 표시하여 부도로 교통수요를 처리한다. 이 때, 차량 검지기로는 주로 루프센서 혹은 카메라센서가 사용되고, 이들에 의해 검지된 차량 검지 신호를 교통신호제어기가 받아서 주도로와 부도로의 신호등을 제어한다.

좌회전 감응차선 혹은 직진 감응차선의 차량 검지기는 도로에 표시된 영역에 있는 감응 박스에 차량이 진입하면, 차량을 검지하여 교통신호제어기에 차량 검지 신호를 전송한다. 그러나 종래의 반감응제어 방법은 차량 진입 여부만 확인할 수 있고, 차량의 대기열과 진입차량의 수를 파악할 수 없다. 따라서 동적으로 신호 길이를 조절할 수 없다.

완전감응제어의 경우, 모든 접근로에 하나 이상의 검지기를 설치하여 사전에 정의된 한계치 내에서 녹색신호 점등시간을 할당하는 방식으로, 교통량이 적고 교통량의 변동이 심한 독립교차로에 적절한 방법이다. 그러나 실제 현장에서는 적용되는 경우가 거의 없다.

교통량이 적은 독립교차로의 교통신호기(신호등 포함)에 완전감응제어를 적용하면 불필요한 신호대기로 인한 에너지 소비나 교통사고를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 교통사고 발생률을 줄일 수 있을 것이다.

또한, 연동교차로의 완전감응제어의 경우는 교통의 흐름을 개선할 수 있다는 장점을 가지며 그것에 대한 연구도 지속적으로 이루어지고 있으나, 현장에 거의 적용되고 있지 않다.

그 밖의 교통신호제어 방식인 보행자 감응 횡단보도의 경우에는 보행자가 작동신호기를 누르면 보행자 대기 신호가 교통신호제어기로 전송된다. 이는, 보행자가 직접 눌러야 하는 불편함이 있고, 어떤 경우에는 보행자가 모르고 작동신호기 버튼을 누르지 않을 수 있다는 데 한계가 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 엣지카메라 기반의 감응형 신호제어 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명은 엣지카메라에서 감응신호 차로의 차량 등 교통객체를 검지하고 추적함으로써 감응신호를 판단하고 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 측면에 따르면, 대상 차로의 교통객체를 촬영하여 촬영된 영상을 출력하는 이미지센싱부, 상기 촬영된 영상으로부터 교통객체(차량, 보행자, 이륜차 등)를 검지 및 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도 등)를 생성하고 상기 생성된 데이터를 이용하여 대상 차로의 감응신호제어를 위한 감응신호를 판단하여 감응신호요청 메시지를 생성하는 영상인식및감응신호판단부, 상기 감응신호요청메시지를 교통신호제어기로 전송하는 통신부를 포함하는, 영상기반 교통신호제어 장치가 제공된다.

상기 이미지센싱부, 영상인식및감응신호판단부, 및 통신부는 엣지카메라 내에 구현될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 촬영된 영상으로부터 교통객체(차량, 보행자, 이륜차 등)를 검지 및 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도 등)를 생성하고 상기 생성된 데이터를 이용하여 대상 차로의 감응신호제어를 위한 감응신호를 판단하여 교통신호기를 제어하기 위한 교통신호제어 메시지를 생성하고 이 메시지를 이용하여 대상 차로의 교통신호기를 제어하는 영상인식및신호제어부를 포함하는 영상기반 교통신호제어 장치가 제공된다.

상기 영상인식및신호제어부에서 생성된 교통신호제어 메시지는 교통신호기에 무선으로 전송되어 교통신호기를 제어할 수 있다. 또한, 상기 이미지센싱부와 영상인식및신호제어부는 엣지카메라 내에 구현되는 것이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따르면, 대상 차로의 교통객체(차량, 보행자, 이륜차 등)를 촬영하는 이미지센싱 단계, 상기 촬영된 영상으로부터 교통객체를 검지 및 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도 등)를 생성하고 상기 생성된 데이터를 이용하여 대상 차로의 감응신호제어를 위한 감응신호를 판단하여 감응신호요청 메시지를 생성하는 영상인식및감응신호판단 단계, 상기 감응신호요청 메시지를 교통신호제어기로 전송하는 단계를 포함하는 영상기반 교통신호제어 방법이 제공된다.

여기서 상기 이미지센싱, 영상인식, 감응신호판단, 및 전송 단계는 엣지카메라 내에서 실행되는 것이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따르면, 대상 차로의 교통객체(차량, 보행자, 이륜차 등)를 촬영하는 이미지센싱 단계, 상기 촬영된 영상으로부터 교통객체를 검지하고 검지된 교통객체를 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도 등)를 생성하는 영상인식 단계, 상기 생성된 데이터를 이용하여 대상 차로의 감응신호제어를 위한 감응신호를 판단하여 교통신호기를 제어하기 위한 교통신호제어 메시지를 생성하는 단계, 상기 교통신호제어 메시지를 이용하여 교통신호기를 제어하는 단계를 포함하는 영상기반 교통신호제어 방법이 제공된다.

여기서, 상기 이미지센싱, 영상인식, 교통신호제어 메시지 생성, 및 교통신호기 제어 단계는 엣지카메라 내에서 실행되는 것이 바람직하다.

이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면, 엣지카메라에 교통신호제어기능을 내장하여 교통신호제어기 없이 신호등을 제어할 수 있다. 이에, 교통량이 적은 독립교차로에서 1대의 카메라로 완전감응형 신호제어를 할 수 있어 경제성이 높고, 완전감응 신호제어를 통해 차량대기 시간을 줄이며, 연비소모와 CO₂ 배출량을 줄일 수 있다.

특히, 점멸 신호를 사용하는 교통사고가 잦은 독립교차로에서 이를 적용하면 교통효율을 높이면서 교통사고 발생을 줄일 수 있다.

또한, 연동교차로 감응제어의 경우 기존에는 관제서버에서 전체 교통망을 분석해야 했지만, 본 발명을 통해 로컬 교차로에서 개별적으로 최적의 교통체계가 도출 가능하다.

아울러, 5G 통신이 가능해지고 무선으로 엣지카메라 간의 통신 및 엣지카메라와 신호등의 통신이 안정적으로 이루어지면, 간편한 감응형 신호체계가 구축될 수 있다.

도 1은 좌회전 감응 교차로의 개념도
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 검지 및 반감응신호제어 장치의 구성도
도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 검지 및 반감응신호제어 방법의 흐름도
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 검지 및 반감응신호제어 장치의 구성도
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 검지 및 반감응신호제어 방법의 흐름도
도 4는 독립교차로의 개념도
도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따른 독립교차로 완전감응 신호제어 장치의 구성도
도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 독립교차로 완전감응 신호제어 방법의 흐름도
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립교차로 완전감응 신호제어 장치의 구성도
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립교차로 완전감응 신호제어 방법의 흐름도
도 7은 연동교차로의 개념도
도 8a는 본 발명의 한 실시예에 따른 연동교차로 완전감응 신호제어 방법의 흐름도
도 8b는 본 발명의 한 실시예에 따른 연동교차로 완전감응 신호제어 장치의 구성도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 엣지카메라를 이용한 영상 기반의 감응형 신호제어 장치 및 방법으로서 반감응 교통신호제어, 독립교차로 완전감응 교통신호제어, 그리고 연동교차로 완전감응 교통신호제어를 수행한다. 각 제어를 위한 장치와 방법의 실시예를 설명한다.

(1) 엣지카메라 기반 반감응 교통신호제어

엣지카메라를 기반으로 하는 반감응교통신호제어 장치는 좌회전 감응신호, 직진 감응신호, 보행자 감응신호에 사용될 수 있다.

도 1은 일반적인 좌회전 감응 교차로를 보여준다. 좌회전 감응 차선에서 차량을 검지하면 좌회전 신호를 부여하여 교통수요를 처리한다.

이와 같이 종래의 반감응 신호제어는 도 1에 도시된 바와 같은 주도로/부도로가 교차하는 교차로에서 차량검지기(예컨대, 루프센서, 일반 카메라)가 차량을 검지하면 그 결과를 교통신호제어기에서 받아 신호제어를 수행하지만, 본 발명에서는 엣지카메라에서 차량을 검지하여 교통신호제어기에 전달하는 방법과 교통신호제어기 없이 엣지카메라에서 직접 신호를 제어하는 방법을 제시한다.

도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 엣지카메라(10) 기반 반감응신호 제어 장치의 구성을 보여준다.

엣지카메라(10)는 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 감응신호 판단부(12), 데이터저장부(13), 그리고 통신부(14)로 구성된다. 엣지카메라(또는 엣지 AI 카메라)는 기존의 단순한 촬영기능을 하는 카메라에서 진화하여 엣지 컴퓨팅이 적용된 카메라를 의미한다.

이미지 센싱부(11)는 카메라 모듈로써, 진입차량을 촬영하고 촬영한 영상을 영상인식/감응신호판단부(12)로 전달한다. 영상인식/감응신호 판단부(12)는 차량과 보행자 등의 교통객체를 검지하고 추적하면서 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도)를 생성하고, 생성된 데이터를 이용하여 감응신호 요청을 판단한다. 데이터 저장부(13)는 교통객체 검지리스트 및/또는 를 교통객체분석데이터를 저장관리한다. 통신부(14)는 교통신호제어기(20) 및 관제센터서버(40)와 통신을 수행한다. 즉, 통신부(14)는 유/무선 통신을 통해 교통신호제어기(20)에는 감응신호 요청 메시지(또는 교통객체검지결과 및 감응신호 요청 메시지)를 전송하고, 교통관제센터서버(40)에는 카메라로 수집한 영상과 교통객체검지결과 등을 전송한다.

교통신호제어기(20)는 엣지카메라(10)로부터 교통객체검지리스트 및 감응요청 메시지를 받고, 주도로 및 부도로의 교통신호등(31, 32)을 제어한다. 이 때, 교통신호제어기(20)는 RS232 시리얼 통신을 이용해 교통신호기(신호등)와 통신을 한다.

도 2b는 도 2a에 나타낸 교통신호제어장치의 엣지카메라(10)에서 차량과 보행자 등 교통객체의 검지, 분석 및 감응신호 판단을 수행하는 과정을 보여준다.

먼저 이미지센싱부(11)로부터 수집된 영상을 받아 전처리(S100)를 수행한다. 전처리(S100) 과정은 이미지를 리사이즈하고 노이즈를 제거하는 등의 처리를 한다. 전처리(S100) 과정을 거친 이미지는 영상처리기술을 이용하여 부도로 감응차로의 차량을 검지하고(S110), 보행자 감응일 경우에는 횡단보도에서 대기하고 있는 보행자를 검지한다.

차량 및 보행자 검지 방법은 기존의 머신러닝 기법(SVM, Decision Tree, Random Forest 등)을 이용하거나, 심층신경망 객체 검지 알고리즘(Faster RCNN, YOLO, SSD 등)을 사용할 수 있다. 엣지 컴퓨팅 HW기술과 심층신경망 경량/고속화 알고리즘 기술로 인해 정확도가 매우 높고 다양한 객체를 검지할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 기본적으로 심층신경망 객체 검지 알고리즘을 이용하여 차량이나 보행자와 같은 교통객체를 검지한다.

S110 단계를 거치고 난 후에는, 검지된 부도로 감응 차선의 차량을 추적하여 부도로에 대기중인 차량을 식별한다(S120). 마지막으로 S120을 통해 얻은 부도로 감응차로 차량리스트를 바탕으로 부도로 감응신호를 판단하고(S130) 교통신호제어기(20)로 감응신호 요청메시지를 전송한다(S140).

도 3의 a, b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엣지카메라(10) 기반의 반감응신호제어 장치와 방법으로, 엣지카메라(10)에서 차량을 검지하고 자체적으로 제어하는 방법을 보여준다.

도 3a에서 엣지카메라(10)는 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 신호제어부(15), 데이터저장부(13), 그리고 통신부(14)로 구성되며, 각각의 구성부들은 다음과 같은 역할을 수행한다.

이미지센싱부(11)는 카메라 모듈로써 진입차량을 촬영하고 촬영한 영상을 영상인식/신호제어부(15)로 전달한다. 진입차량의 영상을 전달받은 영상인식/신호제어부(15)는 차량과 보행자 등의 교통객체를 검지하고 추적하면서 주도로 및 부도로의 신호등(31, 32)을 제어한다. 이 때 신호등을 제어하기 위한 통신(즉, 제어 메시지의 전송)은 무선통신(50)을 이용할 수 있다. 즉, 이 실시예에서는 도 2a의 교통신호제어기(20) 역할을 엣지카메라(10)에서 수행한다.

또한, 데이터저장부(13)는 교통객체 검지리스트를 저장하고 관리한다. 통신부(14)는 관제센터서버(40)를 관리하고 통신을 수행한다. 즉, 통신부(14)는 유/무선 통신을 통해 카메라로 수집한 영상과 교통객체 검지결과 등을 교통관제센터서버(40)로 전송한다.

도 3b는 도 3a의 장치의 엣지카메라(10)에서 차량과 보행자 검지 및 자체적 신호제어를 수행하는 방법을 보여준다.

먼저 이미지센싱부(11)로부터 수집된 영상을 받아 전처리(S200) 과정을 수행한다. 전처리(S200) 과정은 이미지를 리사이즈하고 노이즈를 제거하는 등의 처리를 한다. 전처리(S200) 과정을 거친 이미지에서 심층신경망 객체 검지 알고리즘을 이용하여 부도로의 차량을 검지하며(S210), 검지된 부도로 감응 차선의 차량을 추적하고 부도로 대기중인 차량을 식별한다(S220). S220을 통해 얻은 부도로 감응차로 차량리스트를 바탕으로 감응신호를 판단하여(S230), 그 결과를 이용하여 주도로 및 부도로의 신호등(31, 32)을 제어한다(S240). 주도로와 부도로에 녹색신호를 부여하는 방법은 다음과 같다.

주도로와 부도로의 신호주기는 정해져 있으며, 만약 부도로에 차량이 없다면 원활한 교통을 위해 부도로의 신호주기를 주도로에서 사용한다(31). 차량이 없던 부도로에 교통수요가 있다면, 부도로의 신호주기 때 녹색신호를 부여하여 부도로의 교통을 원활하게 한다(32). 부도로의 신호주기가 끝나면 다시 주도로에 녹색신호를 부여한다.

(2) 엣지카메라 기반 독립교차로 완전감응 교통신호제어

본 발명의 다른 실시예에 따른 엣지카메라(10)를 기반으로 한 독립교차로에서의 완전감응 교통신호제어 장치는 다음과 같다.

도 4는 독립교차로를 나타낸다. 도 4와 같은 독립교차로는 주도로와 부도로가 교차하는 독립된 교차지점을 말한다.

엣지카메라(10)를 기반으로 한 독립교차로 완전감응 신호제어 장치는 카메라 4대 혹은 카메라 1대로 모든 접근로의 차량 및 횡단보도 보행자를 검지하여 신호를 제어한다. 교차로의 진입 차도가 2차선 이하일 경우에는 카메라 1대로 모든 접근로의 차량을 검지하는 것이 가능하다. 신호를 제어하는 방법은 다음과 같다.

교차로 신호등에 신호를 부여하는 순서는 정해져 있으며 대기 차량의 유무 및 대기차량의 수에 따라 녹색신호를 부여하는 시간의 길이를 동적으로 조절한다. 이 때, 횡단보도가 있는 경우에는 보행자 신호도 고려해야 하는데, 보행자가 있는 경우에는 보행자 횡단시간을 보장해야 한다.

본 발명에서는 앞서 설명한 엣지카메라(10) 기반의 반감응 교통신호제어 방식과 동일하게, 엣지카메라(10)가 차량을 검지하고 감응 신호를 판단하여 교통신호제어기(20)로 전달하는 방식과, 교통신호제어기(20) 없이 엣지카메라(10)가 독립교차로에서 완전감응신호를 제어하는 방식을 제시한다.

도 5a, b는 독립교차로에서 엣지카메라(10)가 차량을 검지하고 교통신호제어기(20)로 하여금 신호를 제어하도록 하는 장치 및 방법을 보여준다.

도 5a는 장치의 구성을 보여준다.

도 5a의 엣지카메라(10)는 도 2a와 동일하게 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 감응신호 판단부(12), 데이터저장부(13), 통신부(14)로 구성된다. 4차선 교차로의 경우 교통신호제어기(20)는 RS232 시리얼 통신으로 4개의 신호등(33, 34, 35, 36)을 각각 제어한다. 이 때 표준 교통신호제어기의 경우 기본 6개의 RS232 시리얼 통신 인터페이스가 구비되어 있다.

도 5b는 엣지카메라(10)에서 독립교차로 완전감응 신호제어를 위한 차량과 보행자 검지 및 감응신호 판단 과정을 보여준다. 먼저, 이미지센싱부(11)로부터 수집된 영상을 받아 전처리(S300) 과정을 수행한다. 전처리(S300) 과정은 이미지를 리사이즈하고 노이즈를 제거하는 작업 등을 수행한다. 전처리(S300) 과정을 거친 이미지에서 심층신경망 객체 검지 알고리즘을 이용하여 모든 진입도로의 차량과 횡단보도의 보행자를 검지한다(S310).

S310에서 얻은 진입도로별 차량리스트와 횡단보도별 보행자리스트를 이용하여 교차로 진입도로와 횡단보도의 교통객체를 추적하고 식별한 후에(S320), S320에서 얻은 진입도로와 횡단보도의 교통객체 리스트를 통해 교차로 교통정보를 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도)를 생성하고, 생성된 데이터를 이용하여 감응신호를 판단한다(S330). S330단계를 거치고 난 후에 최종적으로, 교통신호제어기(20)는 감응신호 요청 메시지를 받는다(S340). 교통신호제어기(20)에서 신호를 통제하는 방법은 다음과 같다.

교통신호제어기(20)에서 교차로 신호등으로 신호를 부여하는 순서와 신호를 할당하는 시간은 정해져 있지만, 녹색신호에 해당하는 진입도로에 차량이 없거나 횡단보도에 보행자가 없으면 다음 신호를 요청한다. 보행자가 있는 경우 횡단시간을 보장하고, 보행자 없이 대기 차량만 있는 경우 대기 차량이 모두 통과하면 신호 부여 시간이 만료되지 않더라도 다음 신호를 요청한다. 엣지카메라(10)의 감응신호 판단부(12)는 교통신호제어기(20)와 신호 동기를 맞춰서 동작한다. 교통신호제어기(20)는 신호등의 신호 시작과 종료 정보를 엣지카메라(10)로 전송한다.

다음의 도 6a, b는 독립교차로에서 엣지카메라(10)가 차량을 검지하고 완전감응방식으로 신호등을 제어하는 방법을 보여준다.

장치의 구성을 보여주는 도 6a의 엣지카메라(10)는 도 3a와 동일하게 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 감응신호 제어부(15), 데이터저장부(13), 통신부(14)로 구성되며, 엣지카메라(10)가 교통신호제어기(20) 없이 무선통신(50)을 통해 교차로의 모든 카메라를 제어한다.

도 6b는 독립교차로에서의 완전감응 신호제어를 위해 엣지카메라(10)에서 차량과 보행자를 검지하고 감응신호를 제어하는 과정을 보여준다. 먼저, 이미지센싱부(11)로부터 수집된 영상을 받아 전처리(S400) 과정을 수행한다. 전처리(S400) 과정은 이미지를 리사이즈하고 노이즈를 제거하는 등의 처리를 수행한다.

이렇게 전처리(S400) 과정을 거친 이미지는 심층신경망 객체 검지 알고리즘을 이용하여 모든 진입도로의 차량과 횡단보도의 보행자를 검지한다(S410). S410에서 검지된 교통객체 리스트를 토대로 교차로 진입도로 및 횡단보도의 교통객체를 추적하고 식별한다(S420). S420을 통해 얻은 진입도로와 횡단보도의 교통객체 리스트를 바탕으로, 교차로 교통정보를 분석하여 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도)를 생성하고, 생성된 데이터를 이용하여 감응신호를 판단(S430) 후, 신호등(30)으로 신호 조절 및 제어하는 메시지를 전송한다(S440).

이 때, 교차로 신호등의 신호부여순서 및 할당시간은 정해져 있고, 녹색신호에 해당하는 진입도로에 차량이 없거나 횡단보도의 보행자가 없으면 다음 신호로 넘어간다. 보행자가 있는 경우 횡단시간을 보장하고, 보행자 없이 대기 차량만 있는 경우 대기 차량이 모두 통과하면 신호 부여 시간이 만료되지 않더라도 다음 신호로 넘어간다. 다음은 엣지카메라(10)에 기반한 연동교차로에서의 완전감응 교통신호제어를 설명한다.

(3) 엣지카메라 기반 연동교차로 완전감응 교통신호제어

본 발명에 따른 엣지카메라(10) 기반의 연동교차로 완전감응 교통신호제어의 이해를 돕기 위하여, 도 7에 연동교차로를 도시하였다. 연동교차로는 독립교차로가 2개 이상 잇따라 구현된 도로를 의미한다.

연동교차로 완전감응 신호제어를 하기 위해서는 현재 교차로의 진입도로별 대기차량의 수와 추가로 진입예상 차량의 수, 차량의 속도 정보, 그리고 인접 교차로 간의 신호 연동 등을 고려해야하는 복잡한 문제가 있다.

구체적으로, 교차로 신호등의 신호 부여 순서는 정해져 있고 대기 차량의 유무 및 대기차량의 수에 따라 녹색신호를 부여하는 시간의 길이를 동적으로 조절해야 하며, 인접교차로와 신호연동을 해야 하기 때문에 신호주기를 유지하면서 신호 마진(margin) 범위 내에서 신호의 길이를 조절해야 한다. 또한, 횡단보도가 있는 경우에는 보행자 신호도 고려해야 하는데, 보행자가 있는 경우에는 보행자 횡단시간을 보장해야 한다.

도 8a, b는 도 7과 같은 연동교차로에서 엣지카메라(10)가 차량을 검지하고 교통신호제어기(20)로 하여금 신호를 제어하도록 하는 장치 및 방법을 보여준다. 도 8a는 장치의 구성을 보여준다.

엣지카메라(10)는 도 5a와 동일하게 이미지센싱부(11), 영상인식(차량/보행자 등의 교통객체 인식) 및 감응신호 판단부(12), 데이터저장부(13), 통신부(14)로 구성된다. 엣지카메라(10)는 유/무선통신을 통해 인접교차로의 엣지카메라(10)와 교통정보를 주고받는다. 인접 교차로의 엣지카메라(10)와 주고받는 교통정보는 다음과 같다.

예를 들어, 현재 교차로의 ID, 목적지 교차로의 ID 및 차량 통행량, 통행차량의 정보를 포함할 뿐만 아니라, 통행차량의 심층신경망 특징맵 정보, 자동차번호판정보, 차 종류, 차 색상 등의 정보를 포함한다.

목적지 교차로가 앞에 명시한 교통정보를 받으면, 이 정보는 교차로 사이를 지나가는 차량을 재식별(re-identification)하는 데 사용되며 차량 재식별을 통해 교차로 사이의 구간속도를 구할 수 있다.

도 8a의 장치는 교통신호제어기(20)를 통해 신호를 제어하지만, 도 6a의 장치처럼 교통신호제어기(20) 없이도 엣지카메라(10)에서 무선통신으로 신호를 제어할 수 있다. 즉, 도 8a는 유/무선으로 신호를 제어할 수 있다는 의미이다. 이 때, 교차로와 인접교차로에 설치된 엣지카메라(10)들 사이를 잇는 이더넷(혹은, 무선통신)이, 도 6a와 같은 무선통신(50) 기능을 한다.

도 8b는 엣지카메라(10)에서 도 7과 같은 연동교차로의 완전감응 신호제어를 위한 차량과 보행자 검지 및 감응신호 제어하는 과정을 보여준다. 먼저, 이미지센싱부(11)로부터 수집된 영상을 받아 전처리(S500)를 수행한다(S500). 전처리(S500) 과정은 이미지를 리사이즈하고 노이즈를 제거하는 등의 처리를 한다. 그 후, 전처리(S500) 과정을 거친 이미지에서 심층신경망 객체 검지 알고리즘을 이용하여 모든 진입도로의 차량과 횡단보도의 보행자를 검지한다(S510).

후에, 진입도로별 차량리스트와 횡단보도별 보행자리스트를 추적하고 식별한다(S520). S520에서 얻은 교차로 진입도로와 횡단보도의 교통객체 리스트를 이용하거나, 이웃교차로 교통신호제어기(25)로부터 교통량, 속도, 객체정보와 같은 진출도로의 교통정보를 이용하여 교통신호제어기(20)에서 교차로의 교통정보를 분석하고 교통객체분석데이터(교통량, 대기열, 지점속도, 구간속도)를 생성하고, 생성된 데이터를 이용하여 감응신호를 제어하면 신호등(30)으로 신호제어 메시지를 전송한다.

이 때, 교차로 신호등(30)의 신호주기, 연동(오프셋)값, 신호 부여순서 및 신호 할당시간은 정해져 있으며, 신호주기를 유지하면서 적/녹색 신호부여 기간을 일정범위(margin)내에서 조절한다. 녹색신호를 부여하는 시간은 해당 진입도로에 대한 다음교차로의 대기열정보, 이전 교차로의 진입 교통량 및 평균 구간속도를 바탕으로 연동효율을 계산하여 녹색신호를 부여하는 시간을 조절한다.

또한, 연동교차로에서 엣지카메라(10)가 차량을 검지하고 감응 신호를 제어하는 방법은 앞 막힘(spillback) 제어를 할 때도 활용할 수 있다. 교차로의 신호대기차량이 다음 교차로까지 가득 찼는데 차량이 계속 진입하는 상황에서 앞 막힘 현상은 교차로 내의 통행을 방해하는 요소가 되는데 이 때, 엣지카메라(10)의 객체 검지 기술과 엣지카메라(10) 간의 통신을 이용하면, 이러한 문제를 다음과 같이 해결할 수 있다.

차량대기열이 다음 교차로 진입부까지 가득 차 있고, 신호를 받아서 대기열이 줄어드는 시간을 고려하여 앞 막힘이 발생할 것으로 예상되면, 교차로의 신호를 모두 빨간색으로 변경하여 차량의 진입을 막아 교차로의 통행이 막히는 현상을 방지한다.

이상에서 설명한 본 발명은 장치 측면 또는 방법적 측면으로 실시가능한데, 특히 본 발명의 각 구성요소의 기능(function) 또는 과정(process)은 DSP(digital signal processor), 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application-specific IC), 프로그래머블 로직소자(FPGA 등), 기타 전자소자 중의 적어도 하나 그리고 이들의 조합이 포함되는 하드웨어 요소로써 구현 가능하다. 또한 하드웨어 요소와 결합되어 또는 독립적으로 소프트웨어로써도 구현 가능한데, 이 소프트웨어는 기록매체에 저장 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 대상 차로의 교통객체를 촬영하여 촬영된 영상을 출력하는 이미지센싱부,
   상기 촬영된 영상으로부터 교통객체를 검지하여 교통객체분석데이터를 생성하고 상기 생성된 데이터를 이용하여 대상 차로의 감응신호제어를 위한 감응신호를 판단하여 감응신호요청 메시지를 생성하는 영상인식및감응신호판단부,
   상기 감응신호요청 메시지를 교통신호제어기로 전송하는 통신부를 포함하는 영상기반 교통신호제어 장치.

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