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KR101558353B1 - 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101558353B1
KR101558353B1 KR1020130114697A KR20130114697A KR101558353B1 KR 101558353 B1 KR101558353 B1 KR 101558353B1 KR 1020130114697 A KR1020130114697 A KR 1020130114697A KR 20130114697 A KR20130114697 A KR 20130114697A KR 101558353 B1 KR101558353 B1 KR 101558353B1
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KR
South Korea
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vehicle
distance
lane
information
road
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이종복
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본인 차량과 전방 차량 간의 거리를 감지하여 거리 정보를 출력하는 거리 감지부, 본인 차량의 위치 및 주행하는 도로의 정보를 주행 정보로 출력하는 네비게이션, 및 거리 정보 및 주행 정보에 따라 전방 차량의 횡 방향 위치를 연산하고, 횡 방향 위치를 이용하여 전방 차량에 대응하는 이미지 정보를 생성하는 영상 제어부를 포함하고, 영상 제어부는 본인 차량 및 전방 차량 중 어느 하나가 곡선 도로와 직선 도로 간의 분기점에 진입하였는지 여부에 따라 횡 방향 위치를 보정한다.

Description

증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY APPARATUS FOR VEHICLE USING AUMENTED REALITY}
본 발명은 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 기술이다.
증강 현실은 사용자가 눈으로 보는 현실 세계와 부가정보를 갖는 가상 세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주는 가상 현실의 하나이다. 즉, 증강 현실은 컴퓨터 그래픽을 통해 사용자가 보고 있는 실사 영상에 3차원 가상 영상을 겹침(overlap)으로써 현실 환경과 가상 화면과의 구분이 모호해지도록 하는 것이다. 이러한 증강 현실은 실제 환경과 가상 환경이 혼합되어 사용자가 실제 환경을 볼 수 있도록 함으로써 보다 나은 현실감을 제공한다.
최근 증강 현실을 이용하여 차량의 현재 속도, 연료 잔량, 네비게이션의 길안내 정보 등을 운전자 전방의 윈드실드(windshield) 글라스 부분에 그래픽 이미지로 투영시키는 헤드 업 디스플레이(HUD; Head-Up Display)가 개발되고 있다. 특히, 헤드 업 디스플레이를 통해 윈드실드 글라스 전방의 실제 공간 상의 사물, 예컨대 자연 풍경, 도로나 건축 구조물, 차량, 보행자 등의 위치 및 거리를 표시하는 기능이 개발되고 있다.
실제 공간 상의 사물과 차량 간의 거리는 레이더(RADAR)나 라이더(LIDAR)를 통해 전파나 초음파를 발신하여 차량으로부터 반사되어 되돌아오는 시간이나 주기를 측정하여 파악할 수 있다.
일반적으로 전방에 위치한 차량이 곡선 도로를 주행할 경우 해당 차량에 비해 횡 방향으로 일정 거리만큼 평행 이동하여 주행하는 것으로 보여진다. 그런데, 레이더의 경우 횡 방향의 거리 오차가 약 1m만큼 존재하므로, 증강 현실을 통해 전방 차량의 위치를 그래픽 이미지로 생성할 때 실제 전방 차량의 위치와 그래픽 이미지 간의 오차가 크게 발생한다.
본 발명의 실시 예는 증강 현실을 통해 곡선 도로를 주행하는 전방 차량의 그래픽 이미지를 생성할 때 전방 차량의 실제 위치와 그래픽 이미지 상의 위치 간의 횡 방향 오차를 보정할 수 있는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치는 본인 차량과 전방 차량 간의 거리를 감지하여 거리 정보를 출력하는 거리 감지부; 상기 본인 차량의 위치 및 주행하는 도로의 정보를 주행 정보로 출력하는 네비게이션; 및 상기 거리 정보 및 상기 주행 정보에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치를 연산하고, 상기 횡 방향 위치를 이용하여 상기 전방 차량에 대응하는 이미지 정보를 생성하는 영상 제어부를 포함하고, 상기 영상 제어부는 상기 본인 차량 및 상기 전방 차량 중 어느 하나가 곡선 도로와 직선 도로 간의 분기점에 진입하였는지 여부에 따라 상기 횡 방향 위치를 보정한다.
그리고, 상기 주행 정보는 상기 본인 차량이 주행하는 도로의 차선 수, 상기 도로의 폭, 상기 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 본인 차량의 주행 방향, 상기 본인 차량의 위치로부터 상기 분기점까지의 거리를 포함한다.
또한, 상기 영상 제어부는 상기 본인 차량 및 전방 차량이 상기 분기점에 진입하기 이전인 경우 상기 본인 차량과 상기 전방 차량 간의 거리 및 상기 본인 차량이 주행 중인 차선 폭의 중앙 값을 이용하여 상기 횡 방향 위치를 연산한다.
그리고, 상기 영상 제어부는 상기 전방 분기점까지의 거리가 상기 전방 차량까지의 거리보다 큰 값인 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산한다.
[수학식 1]
Figure 112013087487192-pat00001
(여기서, d는 상기 본인 차량으로부터 상기 전방 차량까지의 거리, R은 상기 곡선 도로의 곡률 반경, R'는 상기 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 차선의 중앙 선을 기준으로 상기 본인 차량의 주행 방향과 반대 방향에 위치한 차선의 전체 폭 및 상기 본인 차량의 주행 방향에 위치한 차선의 전체 폭의 중앙 값의 합)
그리고, 상기 영상 제어부는 상기 본인 차량이 상기 분기점에 진입하기 이전이고, 상기 전방 차량이 상기 분기점에 진입한 이후인 경우 상기 분기점과 상기 전방 차량 간의 거리 및 상기 본인 차량이 주행 중인 차선 폭의 중앙 값을 이용하여 상기 횡 방향 위치를 보정한다.
또한, 상기 영상 제어부는 상기 전방 분기점까지의 거리가 상기 전방 차량까지의 거리보다 작은 값인 경우 아래의 [수학식 2]에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산한다.
[수학식 2]
Figure 112013087487192-pat00002
(여기서, dp는 상기 본인 차량으로부터 상기 전방 차량까지의 거리에서 상기 본인 차량으로부터 상기 분기점까지의 거리를 뺀 값, R은 상기 곡선 도로의 곡률 반경, R'는 상기 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 차선의 중앙 선을 기준으로 상기 본인 차량의 주행 방향과 반대 방향에 위치한 차선의 전체 폭 및 상기 본인 차량의 주행 방향에 위치한 차선의 전체 폭의 중앙 값의 합)
그리고, 상기 거리 감지부는 상기 도로의 영상을 촬영하는 카메라, 레이더 및 라이더중 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 이미지 정보에 따라 가상 이미지를 생성하여 상기 본인 차량의 윈드 실드 상에 조사하는 영상 조사부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예는 증강 현실을 통해 곡선 도로를 주행하는 전방 차량의 그래픽 이미지를 생성할 때 주행 중인 차선의 곡률 반경 및 전체 차선 폭의 중앙 값을 이용하여 전방 차량의 횡 방향 위치를 보정함으로써 전방 차량의 실제 위치와 그래픽 이미지 상의 위치 간의 횡 방향 오차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 방법을 도시한 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본인 차량과 전방 차량의 도로 주행 상황을 예를 들어 도시한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량용 헤드 업 디스플레이 장치(1)는 거리 감지부(10), 네비게이션(20), 영상 제어부(30) 및 영상 조사부(40)를 포함한다. 거리 감지부(10)는 차량과 전방의 사물 간의 거리를 감지하여 거리 정보를 출력한다. 여기서, 거리 감지부(10)는 도로 영상을 촬영하는 카메라 및 전파나 초음파를 방사하는 레이더(RADAR) 또는 라이더(LIDAR) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 사물은 전방 차량, 사람, 풍경 등을 포함하며, 이하의 설명에서는 사물이 전방의 차량인 것으로 예를 들어 설명한다.
네비게이션(20)은 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 차량의 현재 위치를 미리 저장된 지도 상에 맵핑하고, 맵핑 결과에 따라 주행 정보를 생성한다. 여기서, 주행 정보는 본인 차량이 주행하는 도로의 차선 수, 도로의 폭, 곡선 도로의 곡률 반경, 주행 방향, 본인 차량의 현재 위치, 본인 차량의 현재 위치로부터 전방 분기점까지의 거리를 포함한다. 여기서, 전방 분기점은 곡선 도로와 직선 도로 간의 변경 지점에 대응한다.
영상 제어부(30)는 거리 감지부(10)로부터 거리 정보를 수신 받고, 네비게이션(20)으로부터 주행 정보를 수신 받는다. 영상 제어부(30)는 거리 정보 및 주행 정보에 따라 본인 차량과 전방 차량의 전방 분기점 진입 여부를 판단하고, 판단된 전방 분기점 진입 여부에 따라 전방 차량의 횡 방향 위치를 연산한다.
영상 제어부(30)는 횡 방향 위치 및 본인 차량과 전방 차량 간의 거리를 이용하여 전방 차량의 위치를 연산하고, 증강 현실을 통해 연산된 전방 차량의 위치와 운전자의 시선을 정합하여 이미지 정보를 생성한다. 여기서, 영상 제어부(30)는 속도, 연료, 주행 거리, 길안내 표시 등의 부가 정보를 이미지 정보에 포함시킬 수 있다.
구체적으로, 영상 제어부(30)는 본인 차량 및 전방 차량이 전방 분기점에 진입하기 이전의 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산한다.
Figure 112013087487192-pat00003
여기서, d는 본인 차량으로부터 전방 차량까지의 거리, R은 곡선 도로의 곡률 반경이다. R'는 곡선 도로의 곡률 반경 및 차선 정보에 따라 산출된 상수이다. 여기서, 차선 정보는 도로의 중앙 선을 기준으로 본인 차량이 주행하는 방향에 대응하는 차선의 전체 폭 및 차량의 주행 방향과 반대 방향에 대응하는 차선의 전체 폭을 포함한다. 여기서, 실제 주행 차선이 아닌 갓길은 차선에서 제외한다.
예컨대, 왕복 4차선 도로이고, 중앙 선을 기준으로 본인 차량이 오른쪽 방향의 차선에서 주행하는 경우를 예를 들어 설명한다. 여기서, 각 차선의 폭은 약 3.5m일 수 있다. 이 경우 R'는 '곡선 도로의 곡률 반경+ 중앙 선의 왼쪽 방향에 위치한 4차선 도로의 전체 차선 폭+ 중앙 선의 오른쪽 방향에 위치한 4차선 도로의 전체 차선 폭의 중앙 값'에 대응한다. 즉, R'는 '곡선 도로의 곡률 반경+(4*3.5)+(4*3.5/2)'의 값이다. 만약, 왕복 2차선 도로인 경우 중앙 선의 오른쪽 방향에 위치한 1차선 도로의 차선 폭의 중앙 값은 '3.5/2'로 연산될 수 있다.
즉, 영상 제어부(30)는 본인 차량과 전방 차량이 모두 곡선 도로에 진입하기 이전인 경우 본인 차량이 주행하는 방향에 대응하는 전체 차선 폭의 중앙 값을 기준으로 도로의 곡률 반경 및 본인 차량과 전방 차량 간의 거리에 따라 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산한다.
한편, 영상 제어부(20)는 전방 차량만 전방 분기점에 진입한 경우 아래의 [수학식 2]에 따라 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산한다.
Figure 112013087487192-pat00004
여기서, dp는 본인 차량으로부터 전방 차량까지의 거리(d)에서 본인 차량으로부터 전방 분기점까지의 거리(dj)를 뺀 값이다. 즉, 영상 제어부(30)는 본인 차량은 직선 도로에서 주행하고, 전방 차량만 곡선 도로로 진입한 경우 본인 차량과 전방 차량 간의 거리를 전방 차량과 전방 분기점 간의 거리로 변경한다.
다시 말해, 영상 제어부(30)는 전방 분기점을 기준으로 전방 차량의 위치를 인식함으로써 본인 차량의 운전자 시선이 곡선 도로에 진입한 전방 차량 방향으로 일정 각도 기울어진 상태를 반영하여 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 보정한다.
영상 조사부(40)는 이미지 정보에 따라 가상 이미지를 생성하여 차량의 윈드실드 상에 조사한다. 운전자는 윈드실드 상의 홀로그래픽 거울을 통해 가상 이미지를 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 방법을 도시한 순서도이고, 도 3a 및 도 3b는 본인 차량과 전방 차량의 도로 주행 상황을 예를 들어 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 거리 감지부(10)는 본인 차량(100)과 동일한 방향으로 주행하는 전방 차량(200)까지의 거리(d)를 감지하여 거리 정보를 출력한다. 그리고, 네비게이션(20)은 주행 정보를 생성한다. 이때, 네비게이션(20)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 곡선 도로의 곡률 반경(R), 본인 차량(100)의 현재 위치로부터 전방 분기점(A)까지의 거리(dj), 본인 차량(100)이 주행 중인 도로의 차선 정보를 주행 정보로 출력한다(단계 S1).
그 다음, 영상 제어부(30)는 전방 분기점(A)까지의 거리(dj)가 전방 차량까지의 거리(d) 보다 큰 값인지 여부를 판단한다(단계 S2). 판단 결과, 전방 분기점(A)까지의 거리(dj)가 전방 차량(200)까지의 거리(d) 보다 큰 값인 경우 영상 제어부(30)는 [수학식 1]에 따라 전방 차량(200)의 횡 방향 위치(x)를 연산한다(단계 S3).
반면, 판단 결과, 전방 분기점(A)까지의 거리(dj)가 전방 차량(200)까지의 거리(d) 보다 작은 값인 경우 영상 제어부(30)는 [수학식 2]에 따라 전방 차량(200)의 횡 방향 위치(x)를 보정한다(단계 S4).
그 다음, 영상 제어부(30)는 연산된 전방 차량(200)의 횡 방향 위치(x)를 이용하여 전방 차량의 위치를 연산(단계 S5)하고, 증강 현실을 통해 연산된 전방 차량의 위치와 운전자의 시선을 정합하여 이미지 정보를 생성한다(단계 S6).
즉, 본 발명의 실시 예는 도 3b에 도시된 바와 같이, 전방 차량(200)만 곡선 도로에 진입한 경우 곡선 도로의 곡률 반경 및 본인 차량(100)의 주행 방향에 대응하는 전체 차선 폭의 중앙 값에 따라 전방 차량(200)의 횡 방향 위치(x)를 보정함으로써 실제 전방 차량(200)의 위치(D1)와 가상 이미지의 출력 위치(D2) 간의 오차를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 거리 감지부
20: 네비게이션
30: 영상 제어부
40: 영상 조사부

Claims (8)

  1. 본인 차량과 전방 차량 간의 거리를 감지하여 거리 정보를 출력하는 거리 감지부;
    상기 본인 차량의 위치 및 주행하는 도로의 정보를 주행 정보로 출력하는 네비게이션; 및
    상기 거리 정보 및 상기 주행 정보에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치를 연산하고, 상기 횡 방향 위치를 이용하여 상기 전방 차량에 대응하는 이미지 정보를 생성하는 영상 제어부를 포함하고,
    상기 주행 정보는 상기 본인 차량이 주행하는 도로의 차선 수, 상기 도로의 폭, 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 본인 차량의 주행 방향, 상기 본인 차량의 위치로부터 분기점까지의 거리를 포함하며,
    상기 영상 제어부는
    상기 본인 차량 및 전방 차량이 상기 분기점에 진입하기 이전인 경우 상기 본인 차량과 상기 전방 차량 간의 거리 및 상기 본인 차량이 주행 중인 차선 폭의 중앙 값을 이용하여 상기 횡 방향 위치를 연산하고,
    상기 본인 차량이 상기 분기점에 진입하기 이전이고, 상기 전방 차량이 상기 분기점에 진입한 이후인 경우 상기 분기점과 상기 전방 차량 간의 거리 및 상기 본인 차량이 주행 중인 차선 폭의 중앙 값을 이용하여 상기 횡 방향 위치를 보정하는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 제어부는
    상기 전방 분기점까지의 거리가 상기 전방 차량까지의 거리보다 큰 값인 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산하는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112014102282037-pat00005

    (여기서, d는 상기 본인 차량으로부터 상기 전방 차량까지의 거리, R은 상기 곡선 도로의 곡률 반경, R'는 상기 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 차선의 중앙 선을 기준으로 상기 본인 차량의 주행 방향과 반대 방향에 위치한 차선의 전체 폭 및 상기 본인 차량의 주행 방향에 위치한 차선의 전체 폭의 중앙 값의 합)
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 제어부는
    상기 전방 분기점까지의 거리가 상기 전방 차량까지의 거리보다 작은 값인 경우 아래의 [수학식 2]에 따라 상기 전방 차량의 횡 방향 위치(x)를 연산하는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112014102282037-pat00006

    (여기서, dp는 상기 본인 차량으로부터 상기 전방 차량까지의 거리에서 상기 본인 차량으로부터 상기 분기점까지의 거리를 뺀 값, R은 상기 곡선 도로의 곡률 반경, R'는 상기 곡선 도로의 곡률 반경, 상기 차선의 중앙 선을 기준으로 상기 본인 차량의 주행 방향과 반대 방향에 위치한 차선의 전체 폭 및 상기 본인 차량의 주행 방향에 위치한 차선의 전체 폭의 중앙 값의 합)
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 거리 감지부는 상기 도로의 영상을 촬영하는 카메라, 레이더 및 라이더중 어느 하나를 포함하는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 정보에 따라 가상 이미지를 생성하여 상기 본인 차량의 윈드 실드 상에 조사하는 영상 조사부를 더 포함하는 증강 현실을 이용한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
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