KR20220115176A - System for improving GPS accuracy using HD map and camera information - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정밀지도와 카메라 정보를 활용한 측위 정확도 개선 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 저가형 GPS의 측위 오차를 보정해줄 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a system for improving positioning accuracy using a precision map and camera information, and more particularly, to a technology capable of correcting a positioning error of a low-cost GPS.
스마트 자동차나 자율주행 자동차 분야에서는 자기 차량의 위치를 정확히 파악(측위)하는 기술이 필수적으로 요구된다.In the field of smart cars or autonomous vehicles, a technology that accurately identifies (location) the location of one's own vehicle is essential.
가장 널리 사용되는 측위 시스템으로 GNSS가 활용된다. GNSS(Global Navigation Satelite System, 위성측위시스템)란 위성을 이용하여 지상에 있는 물체의 위치, 고도, 속도에 관한 정보를 제공하는 시스템을 통칭하는 것으로, 미국의 GPS(Global Positioning System)가 대표적이다.GNSS is the most widely used positioning system. GNSS (Global Navigation Satellite System) is a generic term for a system that provides information on the position, altitude, and speed of an object on the ground using satellites, and the US Global Positioning System (GPS) is a representative example.
널리 보급된 저가형 GPS의 경우 차량의 방향이나 위치, 그리고 현재 어느 도로에 위치하고 있는지 등을 판단하기에는 충분하다. 하지만 저가형 GPS의 경우 1.5미터 내외의 오차가 발생하고, 고층 건물이 많은 도심지나 산악지역 등 신호 수신 환경이 좋지 않을 때에는 7미터 이상의 큰 오차가 발생하기도 한다. 즉 도1에 도시된 바와 같이 차량(10)이 양쪽 차선(LL,RL) 내의 중심을 따라 주행 중일 경우, 실제 차량의 위치(11R)는 차선(LL,RL)의 중심선 중 어느 한 점이지만, GPS모듈을 통해 획득한 GPS 좌표(11G)는 차선의 중심선 위치가 아닌 경우가 많다.In the case of a widely distributed low-cost GPS, it is sufficient to determine the direction or location of a vehicle, and on which road it is currently located. However, in the case of low-cost GPS, an error of about 1.5 meters occurs, and when the signal reception environment is not good, such as in a downtown area or a mountainous area with many high-rise buildings, a large error of more than 7 meters may occur. That is, as shown in FIG. 1 , when the
따라서 저가형 GPS는 자율 주행 환경에서 사용하기에는 무리가 있다. 이를 위해 위치 정확도가 높은 고가의 GPS모듈을 탑재한 후 자율주행 자동차의 기술 시연을 하는 경우도 있으나, 고가 GPS의 가격이 3천만원 내지 1억원으로 상당하기 때문에 상용화가 어렵다는 문제가 있다.Therefore, it is difficult to use low-cost GPS in an autonomous driving environment. To this end, there are cases where autonomous vehicle technology is demonstrated after an expensive GPS module with high location accuracy is mounted.
한편 차량의 위치 측위와 관련된 종래 기술로는 대한민국등록특허 제10-1752342호(2017.06.23. '차량 위치 측위 방법') 등이 있다.Meanwhile, as a prior art related to positioning of a vehicle, there is Republic of Korea Patent No. 10-1752342 (June 23, 2017, 'vehicle positioning method') and the like.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 차량 주변을 촬영하는 카메라와 정밀지도를 이용하여 저가형 GPS에서 획득하는 좌표 정보를 보정함으로써, 자율주행 차량 환경에서 위치 정확도를 높일 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and by correcting coordinate information obtained from a low-cost GPS using a camera and a precision map that photograph the surroundings of the vehicle, the location accuracy in an autonomous vehicle environment is improved. Its purpose is to provide technology that can improve it.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 측위 정확도 개선 시스템은, 차량 주변의 영상 정보를 획득하는 카메라; GPS 좌표 정보를 획득하는 GPS모듈; 및 정밀지도 데이터와 상기 카메라에서 획득한 영상 정보를 이용하여 상기 GPS 모듈에서 획득한 GPS 좌표 정보를 보정하는 위치보정수단;을 포함하되, 상기 위치보정수단은, 상기 영상 정보를 통해 차량의 주행 경로를 표현하는 주행경로방정식을 산출하는 주행경로산출부; 정밀지도DB에 저장된 정밀지도 데이터의 중심선 좌표 중 상기 GPS모듈에서 획득한 GPS 좌표와 가장 가까운 중심선 좌표가 포함된 중심선방정식을 산출하는 중심선산출부; 상기 주행경로방정식과 상기 중심선방정식을 동일한 상대좌표계 상에서 근접하게 이동시켜 보정 정보를 생성하는 보정정보생성부; 및 상기 보정정보생성부에서 생성된 보정 정보를 상기 GPS 좌표에 반영하여 갱신된 GPS 좌표를 생성하는 위치갱신부;를 포함한다.Positioning accuracy improvement system according to the present invention for achieving the above object, a camera for acquiring image information around the vehicle; GPS module for acquiring GPS coordinate information; and a position correcting means for correcting the GPS coordinate information obtained from the GPS module using the precise map data and the image information obtained from the camera. a driving route calculation unit for calculating a driving route equation expressing a centerline calculator for calculating a centerline equation including centerline coordinates closest to the GPS coordinates obtained from the GPS module among the centerline coordinates of the precision map data stored in the precision map DB; a correction information generating unit for generating correction information by moving the driving path equation and the center line equation to be close to each other on the same relative coordinate system; and a location updater configured to generate updated GPS coordinates by reflecting the correction information generated by the correction information generator to the GPS coordinates.
여기서, 상기 보정정보생성부는 상기 주행경로방정식과 상기 중심선방정식을 하나의 상대좌표계로 통합하고, 상기 중심선방정식 상의 임의의 좌표를 기준으로 상기 중심선방정식을 상대좌표계의 원점으로 평행 이동한 후, 평행 이동된 중심선방정식과 상기 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출하는 과정을 일정 회수 반복하여, 정적분 차이값이 최소인 중심선 상 좌표를 추출하고, 추출된 중심선 상 좌표를 상대좌표계의 원점으로 평행 이동시키는 값을 보정 정보로 결정할 수 있다.Here, the correction information generating unit integrates the driving route equation and the center line equation into one relative coordinate system, moves the center line equation in parallel to the origin of the relative coordinate system based on arbitrary coordinates on the center line equation, and then moves in parallel By repeating the process of calculating the difference between the center line equation and the driving route equation a certain number of times, extracting the coordinates on the center line with the minimum difference in the integral difference, and moving the extracted coordinates on the center line in parallel to the origin of the relative coordinate system. can be determined as the correction information.
본 발명에 따르면 저가형 GPS모듈을 탑재하더라도, 카메라와 정밀지도 데이터를 활용하여 GPS 좌표의 오차를 보정하여 위치 정확도를 높여줄 수 있다. 따라서 자율주행 자동차 분야에서 낮은 가격으로 위치 정확도를 향상시켜 자율주행 자동차의 상용화를 앞당길 수 있다.According to the present invention, even if a low-cost GPS module is mounted, it is possible to improve location accuracy by correcting errors in GPS coordinates using a camera and precision map data. Therefore, it is possible to accelerate the commercialization of autonomous vehicles by improving location accuracy at a low price in the field of autonomous vehicles.
도1은 주행중인 차량의 GPS모듈에서 획득한 GPS 좌표의 오류가 발생한 예시를 설명하기 위한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도4 및 도5는 카메라를 통해 촬영한 영상 정보를 분석하여 주행경로방정식을 산출하는 예시를 설명하기 위한 도면.
도6 및 도7은 정밀지도를 통해 중심선방정식을 산출하는 예시를 설명하기 위한 도면.
도8은 주행경로방정식과 중심선방정식을 동일한 상대좌표계 상에 도시한 도면.
도9 및 도10은 서로 다른 중심선 상의 좌표를 상대좌표계의 원점으로 평행 이동시켰을 경우 평행이동된 중심선방정식과 주행경로방정식의 정적분 차이값을 비교하여 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining an example in which an error in GPS coordinates obtained from a GPS module of a vehicle while driving occurs;
2 is a block diagram illustrating a system for improving positioning accuracy according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart for explaining a method for improving positioning accuracy according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are diagrams for explaining an example of calculating a driving route equation by analyzing image information captured by a camera.
6 and 7 are diagrams for explaining an example of calculating a centerline equation through a precision map.
Fig. 8 is a view showing a travel route equation and a center line equation on the same relative coordinate system;
9 and 10 are diagrams for explaining and comparing the difference value of the integral difference between the parallel-moved center line equation and the driving path equation when the coordinates on different center lines are moved in parallel to the origin of the relative coordinate system.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, some components irrelevant to the gist of the present invention will be omitted or compressed, but the omitted configuration is not necessarily a configuration that is not necessary in the present invention, and it will be used in combination by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. can
도2는 본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 시스템(100)은 카메라(110), GPS모듈(120) 및 위치보정수단(130)을 포함한다. 본 발명에서 다루어지는 측위 정확도 개선 시스템(100)은 자기 차량(10)의 정확한 위치를 파악하거나, 주행 경로를 예측하거나, 주변 차량의 움직임을 추적하는 등 자율주행을 위해 필요한 다양한 기능을 수행할 수 있다. 그러나 도2에서는 저가형 GPS모듈(120)의 측위 정확도를 개선하기 위해 필요한 구성들만을 도시한 것이다. 또한 측위 정확도 개선 시스템(100)의 각 구성들은 차량(10)에 탑재되어 있으며, 각각의 구성들이 하드웨어 구성으로 통합되어 있을 수도 있고, 개별 하드웨어로 구성되어 서로 연동될 수도 있다. 또한 측위 정확도 개선 시스템(100)의 일부 구성들은 소프트웨어적으로 설계될 수도 있다.2 is a block diagram illustrating a system for improving positioning accuracy according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2 , the positioning
카메라(110)는 차량(10) 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득하기 위해 마련된다. 예컨대 카메라(110)는 차량(10)의 전방, 후방, 측방 영상을 촬영하는 복수개의 카메라(110)를 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 전방 영상을 촬영하는 카메라(110)에 대해서만 설명토록 한다.The
GPS모듈(120)은 위성을 통해 GPS 신호를 수신하여 데이터 처리함으로써 GPS 좌표 정보를 획득하기 위해 마련된다. GPS모듈(120)을 통해 획득한 좌표 정보는 경도값, 위도값을 포함하며, 실시하기에 따라 고도 정보를 더 포함할 수도 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 시스템(100)에서 사용되는 GPS모듈(120)은 저가형 제품이며, 이에 따라 획득된 좌표 정보(11G)는 오차를 가지고 있을 수 있다. 물론 일부 오차가 있다 하더라도 어느 도로의 어느 차로를 주행 중인지는 파악할 수 있으며, 다만 1m 내지 1.5m 정도의 오차로 인해 차로 내에서 정확한 차량의 위치를 표시해주지는 못한다고 가정한다.The
위치보정수단(130)은 카메라(110)에서 획득한 영상 정보와 정밀지도 데이터를 이용하여, GPS모듈(120)에서 획득한 좌표 정보(11G)의 오차를 보정하여 GPS 신호의 좌표 정보를 갱신하기 위해 마련된다. 이러한 위치보정수단(130)은 주행경로산출부(131), 중심선산출부(132), 보정정보생성부(133), 위치갱신부(134) 및 정밀지도DB(135)를 포함한다.The position correction means 130 uses the image information and the precision map data acquired from the
주행경로산출부(131)는 카메라(110)에서 획득한 영상 정보를 분석하여 차량의 진행 경로를 곡선으로 표현한 식, 즉 주행경로방정식을 산출하기 위해 마련된다. 주행경로산출부(131)에서 주행경로방정식을 산출하는 구체적인 설명은 이하에서 다시 다루도록 한다.The driving
중심선산출부(132)는 정밀지도DB(135)에 저장되어 있는 정밀지도 데이터를 통해 특정 데이터를 추출하고, 추출된 데이터를 이용하여 중심선방정식을 산출하기 위해 마련된다. 중심선산출부(132)에서 중심선방정식을 산출하는 자세한 과정에 대해서는 이하에서 다시 다루도록 한다.The
보정정보생성부(133)는 주행경로산출부(131)에서 산출한 주행경로방정식과 중심선산출부(132)에서 산출한 중심선방정식을 이용하여, 오차가 발생한 GPS모듈(120)의 좌표 정보(11G)를 보정해야 하는 보정값, 즉 보정 정보(Δx, Δy)를 생성하기 위해 마련된다. 보정정보생성부(133)에서 보정 정보를 생성하는 자세한 과정에 대해서는 이하에서 다시 다루도록 한다.The correction
위치갱신부(134)는 보정정보생성부(133)에서 생성된 보정 정보를 이용하여 GPS모듈(120)에서 획득한 GPS 신호의 좌표 정보를 갱신한다. 즉 잘못된 좌표 정보에 보정 정보를 반영함으로써 올바른 좌표 정보가 출력되도록 하는 것이다.The
정밀지도DB(135)는 정밀 지도 데이터를 저장하고 있는 데이터베이스이다. 정밀지도는 차선 단위까지 상세하게 표현이 가능하며, 더 나아가 차선의 중심선, 신호등, 표지판, 노면 마크, 도로 시설, 건축물 등의 상세 정보까지 포함한다. 정밀지도DB(135)에 저장되는 정밀 영상 이미지는 수많은 포인트가 모여 있는 형태이며, 각각의 포인트는 위도와 경도 등의 절대 좌표를 가지고 있다.The precision map DB 135 is a database storing precision map data. The precise map can be expressed in detail down to the lane level, and further includes detailed information such as the center line of the lane, traffic lights, signs, road markings, road facilities, and buildings. The precision video image stored in the precision map DB 135 is a form in which numerous points are gathered, and each point has absolute coordinates such as latitude and longitude.
이상 설명한 측위 정확도 개선 시스템(100)은 이하 도3을 통해 설명하게 되는 측위 정확도 개선 방법의 설명으로부터 더욱 구체화 될 것이다.The positioning
도3은 본 발명의 실시예에 따른 측위 정확도 개선 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉 도2에 도시된 측위 정확도 개선 시스템(100)에서 위치보정수단(130)이 카메라(110)에서 획득한 영상 정보와 정밀지도 데이터를 이용하여 GPS모듈(120)에서 획득한 오차가 포함된 좌표 정보를 올바른 좌표 정보를 갱신하는 과정에 대한 것이다.3 is a flowchart for explaining a method for improving positioning accuracy according to an embodiment of the present invention. That is, in the positioning
먼저 카메라(110)는 차량(10) 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득<S305>한다. 카메라(110)는 한 대가 구비되어 차량(10)의 전방, 측방, 후방을 순차적으로 촬영할 수도 있고, 여러 방향을 촬영하는 복수의 카메라(110)가 구비될 수도 있으나, 본 발명에서는 카메라(110)가 전방의 영상을 고정적으로 획득하고 있다고 가정한다.First, the
이후 주행경로산출부(131)는 카메라(110)에서 촬영된 영상 정보를 분석하여 차량(10)이 진행해야 할 전방의 차로 형태를 식으로 표현한 주행경로방정식을 산출<S310>한다. 주행경로방정식을 산출하는 과정을 도4 및 도5를 통해 설명하면 다음과 같다.Thereafter, the driving
먼저 주행경로산출부(131)는 도4에 도시된 바와 같이 카메라(110)에서 촬영된 영상을 분석하여 좌측 차선(LL)과 우측 차선(RL)에 대한 곡선 정보를 자기 차량(10)을 원점으로 하는 상대좌표계상에서 3차 방정식으로 표현한다. 예컨대 좌측 차선(LL)에 대한 3차 방정식(yL)은 다음과 같이 표현될 수 있다.First, as shown in FIG. 4 , the driving
[수학식 1][Equation 1]
yL=fL(x)=C0L+C1Lx+C2Lx2+C3Lx3 y L =f L (x)=C 0L +C 1L x+C 2L x 2 +C 3L x 3
그리고 우측 차선(RL)에 대한 3차 방정식(yR)은 다음과 같이 표현될 수 있다.And the cubic equation y R for the right lane RL may be expressed as follows.
[수학식 2][Equation 2]
yR=fR(x)=C0R+C1Rx+C2Rx2+C3Rx3 y R =f R (x)=C 0R +C 1R x+C 2R x 2 +C 3R x 3
이후 주행경로산출부(131)는 좌측 차선(LL)에 대한 방정식(yL)과 우측 차선(RL)에 대한 방정식(yR)을 이용하여 두 곡선 사이의 중심을 지나는 주행경로(DL)에 대한 3차 방정식, 즉 주행경로방정식을 산출한다. 예컨대 주행경로방정식(yC)은 다음과 같이 표현될 수 있다.Thereafter, the driving
[수학식 3][Equation 3]
yC=fC(x)=C0C+C1Cx+C2Cx2+C3Cx3 y C =f C (x)=C 0C +C 1C x+C 2C x 2 +C 3C x 3
카메라(110)에서 촬영된 영상을 분석하여 좌측 차선(LL)에 대한 3차 방정식과, 우측 차선(RL)에 대한 3차 방정식을 산출한 후, 자기 차량(10)을 원점으로 하는 상대좌표계에 표시되는 주행경로방정식(yC)을 산출하는 알고리즘은 이미 공지된 기술이기 때문에 구체적인 알고리즘 설명은 생략하도록 한다.After analyzing the image captured by the
도5를 참조하면 주행경로산출부(131)에서 산출한 주행경로방정식(yC)은 자기 차량(10)을 원점으로 하는 상대좌표계 상에서 원점을 지나가게 된다. 즉 자율주행차량이 양쪽 차선 중심을 따라 주행하도록 설계되어 있고, 이를 토대로 정상적으로 주행이 이루어지고 있다면, 주행경로방정식(yC)이 상대좌표계 상에서 원점을 지나게 되는 것은 당연한 것이다.Referring to FIG. 5 , the driving path equation y C calculated by the driving
이렇게 주행경로산출부(131)에서 카메라(110)의 영상 정보를 분석하여 주행경로방정식(yC)을 산출하면<S310>, GPS모듈(120)에서 GPS 좌표를 획득<S315>한다.When the driving
자율 주행을 실현하기 위해서는 현재 차량(10)의 위치를 확인하기 위해 정확한 GPS 좌표를 실시간으로 확인해야 할 필요가 있다. 그러나 본 발명에서 적용되는 GPS모듈(120)은 저가형이기 때문에 획득한 GPS 좌표 정보는 오차를 가지고 있을 수 있다. 즉 도1을 참조하면 GPS 좌표 정보에 따른 위치를 도면부호 11G로 표시하였는데, 이는 실제 차량(10)의 위치(11R)와 인접하지만 오차로 인해 다른 위치에 표시된 것을 확인할 수 있다. 이를 바로 잡기 위해 본 발명에서 측위 정확도 개선 과정을 수행하는 것이다.In order to realize autonomous driving, it is necessary to check accurate GPS coordinates in real time in order to confirm the current location of the
즉 도6을 참고하면, 중심선산출부(132)는 정밀지도DB(135)에 저장된 정밀지도 데이터의 중심선(CL) 좌표 중 GPS 좌표(11G)와 가장 가까운 중심선 좌표가 포함되는 중심선방정식을 산출한다. 앞서 설명한 바 있지만 정밀지도DB(135)에는 차선, 신호등, 표지판, 노면 마크, 도로 시설, 건축물 등의 상세한 좌표 정보가 저장되어 있고, 또한 차선과 차선 사이의 중심선(CL)에 대한 정보도 포함되어 있다.That is, referring to FIG. 6 , the center
따라서 중심선산출부(132)에서 GPS 좌표(11G)와 가장 가까운 중심선 좌표를 추출하면, 추출된 중심선 좌표가 포함된 중심선(CL) 상의 전후방 일정 개수의 좌표들을 확인할 수 있고, 이들 일정 개수의 좌표들을 이어주는 곡선에 대한 식을 산출하면 중심선방정식(yM)이 된다.Therefore, when the
이때 중심선산출부(132)에서 산출된 중심선방정식(yM)은 GPS모듈(120)에서 획득한 GPS 좌표(11G)를 원점으로 하고 있고, 중심선(CL)에 포함된 좌표들은 위도와 경도를 갖는 절대 좌표들로 이루어져 있기 때문에, 중심선(CL)상 좌표들을 이어주는 곡선을 표현한 식은 GPS 좌표(11G)를 원점으로 하는 절대좌표계 상에서 표시된다. 따라서 중심선산출부(132)는 절대좌표계 상의 중심선방정식(yM)을 상대좌표계로 변환해 준다. 위도와 경도를 기반으로 하는 절대좌표계상의 곡선식을 상대좌표계로 변환하는 알고리즘은 이미 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략토록 한다. 상대좌표계로 변환된 중심선방정식(yM)은 도7을 통해 확인할 수 있고, 중심선방정식(yM)은 아래와 같이 표현될 수 있다.At this time, the center line equation (y M ) calculated by the
[수학식 4][Equation 4]
yM=fM(x)=C0M+C1Mx+C2Mx2+C3Mx3 y M =f M (x)=C 0M +C 1M x+C 2M x 2 +C 3M x 3
한편 도6과 도7에 도시된 바와 같이 GPS모듈(120)에서 획득한 좌표 정보(11G)에 오차가 있다 하더라도, 실제 차량(10)이 양쪽 차선의 중심을 따라 정상적으로 주행중인 상황이라고 한다면, 중심선 곡선(CL)과 이를 식으로 표현한 중심선방정식(yM)은 GPS 좌표(11G)를 원점으로하는 좌표계 상에서 원점을 지나지 않게 된다. 만약 도7의 좌표계에서 중심선방정식(yM)에 대한 곡선(CL)이 원점을 지나게 된다면, 이는 GPS모듈(120)에서 획득한 GPS좌표(11G)에 오차가 없다는 것을 의미하는 것이다. 그러나 실제 상황에서는 GPS 좌표의 오차로 인해 도7에 도시된 바와 같이 중심선방정식(yM)이 원점을 지나지 않게 된다.On the other hand, even if there is an error in the coordinate
주행경로산출부(131)에서 주행경로방정식(yC=fC(x))이 산출<S310>되고, 중심선산출부(132)에서 중심선방정식(yM=fM(x))이 산출<S320>되면, 보정정보생성부(133)에서 주행경로방정식과 중심선방정식을 이용하여 보정 정보를 생성한다.The driving path equation (y C =f C (x)) is calculated in the driving
구체적으로 보정정보생성부(133)는 주행경로방정식(fc(x))과 중심선방정식(fM(x))을 도8에 도시된 바와 같이 하나의 상대좌표계에 합쳐서 표시<S325>한다. 즉 도5에 도시된 주행경로방정식과 도7에 도시된 중심선방정식을 하나의 상대좌표계에 합치면, 도8에 도시된 바와 같이 서로 다른 두 개의 곡선이 하나의 상대좌표계 상에 표시된다.Specifically, the correction
도8을 통해 확인할 수 있듯이 주행경로방정식(fc(x))은 원점을 지나는 곡선이고, 중심선방정식(fM(x))은 원점을 지나지 않게 된다. 이때 주행경로방정식(fc(x))은 카메라(110)를 통해 촬영된 영상을 기반으로 차량(10)이 주행해야 할 경로를 나타낸 것이고, 중심선방정식(fM(x)) 비록 오차가 있다 하더라도 GPS 좌표(11G) 인근에서 추출된 중심선(CL)에 대한 곡선이며, 이 중심선(CL) 곡선 역시 차량(10)이 주행하게 되는 경로를 나타낸 것이다.As can be seen from FIG. 8 , the driving path equation fc(x) is a curve passing through the origin, and the centerline equation f M (x) does not pass through the origin. At this time, the driving path equation fc(x) represents the path the
즉 도8에서는 두 개의 곡선이 차이가 있는 것처럼 보이지만, 두 곡선의 형태는 거의 일치하게 될 것이다. 따라서 중심선방정식(fM(x)) 상에 위치한 어느 한 점을 상대좌표계 상의 원점으로 평행 이동시키면 주행경로방정식(fc(x))이 나타내는 곡선과 중심선방정식(fM(x))이 나타내는 곡선은 거의 일치하여 겹쳐질 것이다. 하지만 중심선방정식(fM(x)) 상에서 어느 점을 원점으로 평행 이동시켜야 할 것인지는 확실하게 알 수 없다. 이를 위해 보정정보생성부(133)는 다음과 같은 과정을 수행한다.That is, although the two curves appear to be different in FIG. 8, the shapes of the two curves will be almost identical. Therefore, if any one point located on the centerline equation (f M (x)) is moved in parallel to the origin on the relative coordinate system, the curve represented by the driving path equation (fc(x)) and the curve represented by the centerline equation (f M (x)) will overlap almost coincidentally. However, it is not clear which point should be translated to the origin in the centerline equation (f M (x)). To this end, the correction
먼저 보정정보생성부(133)는 중심선방정식(fM(x))이 표현하고 있는 중심선(CL) 상의 임의 좌표를 추출하고, 추출된 임의 좌표를 기준으로 중심선방정식(fM(x))을 상대좌표계의 원점으로 평행 이동시킨다. 이후 평행 이동된 중심선방정식과 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출<S330>한다. 보정정보생성부(133)는 중심선방정식(fM(x)) 상의 여러 좌표에 대한 원점으로의 평행 이동과 정적분 차이값 산출 과정을 수회 반복하고, 정적분 차이값이 최소인 중심선 상 좌표가 무엇인지 추출<S335>한다.First, the
중심선방정식(fM(x)) 상의 특정 좌표를 원점으로 평행 이동 시킨 후 중심선방정식과 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출하는 과정과 그 의미를 도9와 도10을 통해 설명하면 다음과 같다. 먼저 도8에서 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표로 서 A와 B가 추출되었다고 가정하자.The process of calculating the integral difference value between the centerline equation and the driving route equation after moving specific coordinates in the centerline equation (f M (x)) in parallel to the origin is described with reference to FIGS. 9 and 10 as follows. First, suppose that A and B are extracted as arbitrary coordinates on the centerline equation (f M (x)) in FIG. 8 .
도9는 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 B를 원점으로 평행이동 시켰을 시, 상대좌표계상에 표시되는 주행경로방정식(fC(x))과 평행 이동된 중심선방정식(fMB(x))을 도시한 것이다.9 shows the driving path equation (f C (x)) displayed on the relative coordinate system when an arbitrary coordinate B in the center line equation (f M (x)) is moved in parallel to the origin, and the center line equation (f MB (x)) is shown.
주행경로방정식(fC(x))의 부정적분을 FC(x)라고 하면 아래끝을 b로 하고, 위끝을 b로 하는 정적분은 아래와 같이 표시된다.If the indefinite integral of the driving path equation (f C (x)) is F C (x), the definite integral with the lower end as b and the upper end as b is expressed as follows.
[수학식 5][Equation 5]
또한 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 B를 원점으로 평행이동 시켰을 시, 평행 이동된 중심선방정식 fMB(x)의 부정적분을 FMB(x)라고 하면 아래끝을 b로 하고, 위끝을 b로 하는 정적분은 아래와 같이 표시된다.Also, when an arbitrary coordinate B in the centerline equation (f M (x)) is translated to the origin, if the indefinite integral of the translated center line equation f MB (x) is F MB (x), the lower end is b, The definite integral with the upper end of b is expressed as follows.
[수학식 6][Equation 6]
위의 수학식5의 결과는 도9의 상대좌표계 상에서 x축과 주행경로방정식 fC(x)가 이루는 a, b 구간의 면적을 나타내는 것이고, 수학식6의 결과는 도9의 상대좌표계 상에서 x축과 평행 이동된 중심선방정식 fMB(x)가 이루는 a, b 구간의 면적을 나타내는 것이다.The result of Equation 5 above represents the area of sections a and b formed by the x-axis and the driving path equation f C (x) in the relative coordinate system of FIG. 9, and the result of Equation 6 is x in the relative coordinate system of FIG. It represents the area of sections a and b formed by the centerline equation f MB (x) moved parallel to the axis.
보정정보생성부(133)가 정적분 차이값을 산출하기 위해서는 수학식5에서 수학식6을 빼주면 되며, 면적을 표시하는 양의값을 얻기 위해 절대값을 취해준다.In order for the correction
즉 도9에서 fC(x)와 fMB(x) 사이의 a, b 구간 면적은 아래와 같은 식으로 표현될 수 있다.That is, in FIG. 9 , the area of sections a and b between f C (x) and f MB (x) may be expressed by the following equation.
[수학식 7][Equation 7]
같은 방식으로 도8에서 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 A를 원점으로 평행이동 시켰을 시, 상대좌표계상에 표시되는 주행경로방정식(fC(x))과 평행 이동된 중심선방정식(fMA(x))이 도10에 도시되어 있다. In the same way, when an arbitrary coordinate A in the center line equation (f M (x)) in FIG. 8 is moved in parallel to the origin, the driving path equation (f C (x)) displayed on the relative coordinate system and the parallel shifted center line equation (f MA (x)) is shown in FIG.
중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 A를 원점으로 평행이동 시켰을 시, 평행 이동된 중심선방정식 fMA(x)의 부정적분을 FMA(x)라고 하면 아래끝을 b로 하고, 위끝을 b로 하는 정적분은 아래와 같이 표시된다.When an arbitrary coordinate A in the center line equation (f M (x)) is translated to the origin, if the indefinite integral of the translated center line equation f MA (x) is F MA (x), the lower end is b, and the upper end is The definite integral with b is expressed as follows.
[수학식 8][Equation 8]
위의 수학식8의 결과는 도10의 상대좌표계 상에서 x축과 평행 이동된 중심선방정식 fMA(x)가 이루는 a, b 구간의 면적을 나타내는 것이다.The result of Equation 8 above represents the area of sections a and b formed by the center line equation f MA (x) moved parallel to the x-axis on the relative coordinate system of FIG. 10 .
따라서 도10에서 fC(x)와 fMA(x) 사이의 a, b 구간 면적은 아래와 같은 식으로 표현될 수 있다.Accordingly, in FIG. 10 , the area of sections a and b between f C (x) and f MA (x) may be expressed as follows.
[수학식 9][Equation 9]
fC(x)와 fMB(x) 사이의 a, b 구간 면적을 나타낸 수학식7의 결과와, fC(x)와 fMA(x) 사이의 a, b 구간 면적을 나타낸 수학식9의 결과는 도9와 도10을 통해 비교할 수 있듯이, 수학식9의 결과(도10의 결과)가 더 작다. 즉 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 A를 원점으로 평행이동 시켰을 시 평행 이동된 방정식 fMA(x)가, B를 원점으로 평행이동 시켰을 시 평행 이동된 방정식 fMB(x)보다 주행경로방정식 fC(x)에 더 가깝게 겹쳐지게 된다는 의미이다.The result of Equation 7 showing the area of sections a and b between f C (x) and f MB (x), and Equation 9 representing the areas of sections a and b between f C (x) and f MA (x) As can be compared through FIGS. 9 and 10, the result of Equation 9 (the result of FIG. 10) is smaller. That is, in the centerline equation (f M (x)), when an arbitrary coordinate A is translated to the origin, the equation f MA (x) is translated, and when B is translated to the origin, the equation f MB (x) This means that it overlaps more closely with the driving path equation f C (x).
만약 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표 A를 평행이동 시킨 후 중심선방정식과 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출한 결과가 최소값이라면, 보정정보생성부는 정적분 차이값이 최소인 중심선 상 좌표, 즉 A의 좌표를 추출<S335>하고, 이렇게 추출된 중심선 상 좌표(A)를 상대좌표계의 원점으로 평행 이동시키는 값을 보정 정보(Δx, Δy)로 결정<S340>한다.If the result of calculating the differential difference between the centerline equation and the driving route equation after moving an arbitrary coordinate A in the centerline equation (f M (x)) in parallel is the minimum value, the correction information generating unit is located on the center line where the difference value of the integral difference is the minimum. Coordinates, that is, the coordinates of A are extracted <S335>, and a value for moving the extracted coordinates A on the center line in parallel to the origin of the relative coordinate system is determined as the correction information (Δx, Δy) <S340>.
보정정보생성부(133)에서 보정 정보를 생성하면 위치갱신부(134)는 생성된 보정 정보를 GPS 좌표 정보에 반영하여 위치 정보를 갱신<S345>한다. 즉 GPS 좌표(11G)에 보정 정보(Δx, Δy)를 반영하여 갱신된 GPS 좌표 정보를 산출하고, 이렇게 갱신된 GPS 좌표 정보가 자율 주행을 위해 필요한 구성에서 사용될 수 있도록 출력하는 것이다. 물론 오차가 있는 GPS 좌표(11G)에 보정 정보(Δx, Δy)를 더할 것인지, 빼줄 것인지는 설계하기에 따라 적절하게 변형 가능하다.When the correction
도6의 예시를 기준으로 한다면 갱신된 GPS 좌표는 11R의 좌표가 되거나, 11R의 좌표와 거의 근접한 좌표가 될 것이다.Based on the example of FIG. 6 , the updated GPS coordinates will be the coordinates of 11R, or coordinates that are close to the coordinates of 11R.
한편, 이상의 설명에서 중심선방정식(fM(x)) 상 임의의 좌표를 추출하여 상대좌표계의 원점으로 평행이동 시킨 후, 평행 이동된 중심선방정식과 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출한 결과가 최소값이 되는 좌표를 찾아내야 한다고 설명한 바 있다. 이때 GPS 좌표(11G)의 오차는 1.5m 내외로 크지 않을 것이다. 따라서 중심선방정식(fM(x))에서 임의의 좌표를 추출할 시 (0, y)를 기준으로 x의 값을 전방(양의 값) 1.5m 구간과 후방(음의 값) 1.5m 구간에서 1cm 또는 5cm 간격으로 증감시키면서 좌표를 추출하는 방식이 적용될 수 있다. 이 경우 전체 3m 구간에서 1cm 간격으로 임의의 좌표를 취할 경우 300회의 샘플링이 필요하고, 5cm 간격으로 임의의 좌표를 취할 경우 60회의 샘플링이 필요하다. 따라서 중심선방정식에서 임의의 좌표를 샘플링 할 시에는 시스템의 성능에 따라 적절한 구간과 간격을 설정할 수 있으며, 설정되는 샘플링 구간과 간격에 따라 측위 개선 정확도 역시 달라질 수 있다.On the other hand, in the above description, after extracting arbitrary coordinates from the center line equation (f M (x)) and moving them in parallel to the origin of the relative coordinate system, the result of calculating the difference between the central line equation and the travel path equation that was moved in parallel is the minimum value. It has been explained that we need to find the coordinates that become this. At this time, the error of the GPS coordinates 11G will not be as large as 1.5m. Therefore, when extracting arbitrary coordinates from the centerline equation (f M (x)), the value of x is determined based on (0, y) in the 1.5 m front (positive) section and the rear (negative) 1.5 m section. A method of extracting coordinates while increasing or decreasing at intervals of 1 cm or 5 cm may be applied. In this case, if arbitrary coordinates are taken at 1cm intervals in the entire 3m section, 300 sampling times are required, and if arbitrary coordinates are taken at 5cm intervals, 60 samplings are required. Therefore, when sampling arbitrary coordinates in the centerline equation, an appropriate section and interval can be set according to the performance of the system, and the accuracy of positioning improvement can also vary according to the set sampling section and interval.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 저가형 GPS모듈(120)을 탑재하더라도, 카메라(110)와 정밀지도 데이터를 활용하여 GPS 좌표의 오차를 보정하여 위치 정확도를 높여줄 수 있다. 따라서 자율주행 자동차 분야에서 낮은 가격으로 위치 정확도를 향상시켜 자율주행 자동차의 상용화를 앞당길 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, even if the low-
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described preferred embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art with common knowledge about the present invention will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes and additions are to be considered as falling within the scope of the claims of the present invention.
10 : 차량
100 : 측위 정확도 개선 시스템
110 : 카메라
120 : GPS모듈
130 : 위치보정수단
131 : 주행경로산출부
132 : 중심선산출부
133 : 보정정보생성부
134 : 위치갱신부
135 : 정밀지도DB10: vehicle
100: positioning accuracy improvement system
110: camera
120: GPS module
130: position correction means
131: driving route calculation unit
132: center line calculation unit
133: correction information generation unit
134: location update unit
135: precision map DB
Claims (2)
GPS 좌표 정보를 획득하는 GPS모듈; 및
정밀지도 데이터와 상기 카메라에서 획득한 영상 정보를 이용하여 상기 GPS 모듈에서 획득한 GPS 좌표 정보를 보정하는 위치보정수단;을 포함하되,
상기 위치보정수단은,
상기 영상 정보를 통해 차량의 주행 경로를 표현하는 주행경로방정식을 산출하는 주행경로산출부;
정밀지도DB에 저장된 정밀지도 데이터의 중심선 좌표 중 상기 GPS모듈에서 획득한 GPS 좌표와 가장 가까운 중심선 좌표가 포함된 중심선방정식을 산출하는 중심선산출부;
상기 주행경로방정식과 상기 중심선방정식을 동일한 상대좌표계 상에서 근접하게 이동시켜 보정 정보를 생성하는 보정정보생성부; 및
상기 보정정보생성부에서 생성된 보정 정보를 상기 GPS 좌표에 반영하여 갱신된 GPS 좌표를 생성하는 위치갱신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 정확도 개선 시스템.
a camera for acquiring image information around the vehicle;
GPS module for acquiring GPS coordinate information; and
Position correction means for correcting the GPS coordinate information obtained from the GPS module using the precision map data and the image information obtained from the camera; including;
The position correction means,
a driving path calculator for calculating a driving path equation representing the driving path of the vehicle through the image information;
a centerline calculator for calculating a centerline equation including centerline coordinates closest to the GPS coordinates obtained from the GPS module among the centerline coordinates of the precision map data stored in the precision map DB;
a correction information generating unit for generating correction information by moving the driving path equation and the center line equation to be close to each other on the same relative coordinate system; and
and a position update unit generating updated GPS coordinates by reflecting the correction information generated by the correction information generating unit to the GPS coordinates.
상기 보정정보생성부는 상기 주행경로방정식과 상기 중심선방정식을 하나의 상대좌표계로 통합하고, 상기 중심선방정식 상의 임의의 좌표를 기준으로 상기 중심선방정식을 상대좌표계의 원점으로 평행 이동한 후, 평행 이동된 중심선방정식과 상기 주행경로방정식의 정적분 차이값을 산출하는 과정을 일정 회수 반복하여, 정적분 차이값이 최소인 중심선 상 좌표를 추출하고, 추출된 중심선 상 좌표를 상대좌표계의 원점으로 평행 이동시키는 값을 보정 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 측위 정확도 개선 시스템.According to claim 1,
The correction information generating unit integrates the driving route equation and the center line equation into one relative coordinate system, moves the center line equation in parallel to the origin of the relative coordinate system based on arbitrary coordinates on the center line equation, and then moves the center line in parallel The process of calculating the difference between the equation and the driving route equation is repeated a certain number of times to extract the coordinates on the center line with the minimum difference in the integral difference, and to correct the value of moving the extracted coordinates on the center line to the origin of the relative coordinate system in parallel Positioning accuracy improvement system, characterized in that determined by information.
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