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KR101847836B1 - 도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량 - Google Patents

도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량 Download PDF

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KR101847836B1
KR101847836B1 KR1020150186097A KR20150186097A KR101847836B1 KR 101847836 B1 KR101847836 B1 KR 101847836B1 KR 1020150186097 A KR1020150186097 A KR 1020150186097A KR 20150186097 A KR20150186097 A KR 20150186097A KR 101847836 B1 KR101847836 B1 KR 101847836B1
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road boundary
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straight lines
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이훈
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김현주
김영원
노주윤
김은태
김범성
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
연세대학교 산학협력단
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Abstract

개시된 발명은 도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량에 관한 것으로서, 물체를 향해 광을 조사하여 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 광 스캐너; 및 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하고, 추출된 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하고, 산출된 각 직선별 점수의 우선순위에 따라 도로 경계를 선택하는 프로세서;를 포함할 수 있다.

Description

도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량{ROAD BOUNDARY DETECTION SYSTEM AND METHOD, AND VEHICLE USING THE SAME}
도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량에 관한 것이다.
차량은 운전자의 편의성과 안전성을 고려하여 다양한 차량 안전장치를 개발 및 장착하고 있는 추세이다.
보다 구체적으로, 차량 안전 장치는 차량의 도로 주행 시, 운전자의 핸들조작을 보조하여 주행차선으로부터의 이탈을 방지하는 차선유지보조장치(Lane Keeping Assist System, 이하 LKAS 라고 하기로 함), 주행 중 차 간 적정거리를 유지해 주는 스마트 크루즈 컨트롤(Smart Cruise Control, 이하 SCC 라고 하기로 함), 차량 자세를 안정적으로 유지해 주는 차체 자세 제어장치(Electronic Stability Control, 이하 ESC 라고 하기로 함) 및 운전자에 의해서 선택된 목적지까지의 경로 및 경로에 따른 주변 정보를 안내하는 내비게이션 등을 포함할 수 있다.
상술한 차량 안전 장치들을 구현하기 위해서는 차량이 주행하는 도로의 경계 정보가 요구되는 경우가 종종 발생한다. 그러나, 차량이 주행하는 도로 상황은 전방에 타 차량이 존재하는 등 장애물이 다수 존재하여 명확한 도로 경계를 검출하는데 어려움이 따르는 환경이다.
개시된 발명은 광 스캐너를 통해 획득된 계측 데이터와 스코어링 허프 변환 알고리즘을 이용하여 도로 경계를 인식하기 위한 도로 경계 검출 시스템 및 방법과 이를 이용한 차량을 제공하는 것이다.
일 측면에 의한 도로 경계 검출 시스템은, 물체를 향해 광을 조사하여 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 광 스캐너; 상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 파라미터 스페이스 생성부; 상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 스코어링부; 및 상기 스코어링부를 통해 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 도로 경계 판단부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파라미터 스페이스 생성부는, 상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 상기 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
또한, 상기 스코어링부는, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 스코어링부는, 상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00001
)을 이용하여 산출하고, 상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
Figure 112015126882793-pat00002
이며, 상기 ri는 거리, 상기
Figure 112015126882793-pat00003
는 기울기를 의미할 수 있다.
또한, 상기 도로 경계 판단부는, 상기 스코어링부를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다.
또한, 상기 도로 경계 판단부는, 상기 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분할 수 있다.
또한, 상기 광 스캐너는 레이저 스캐너(Laser scanner)일 수 있다.
일 측면에 의한 차량은, 물체를 향해 광을 조사하여 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 광 스캐너; 및 상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하고, 추출된 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하고, 산출된 각 직선별 점수의 우선순위에 따라 도로 경계를 선택하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 파라미터 스페이스 생성부; 상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 스코어링부; 및 상기 스코어링부를 통해 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 도로 경계 판단부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파라미터 스페이스 생성부는, 상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 상기 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
또한, 상기 스코어링부는, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 스코어링부는, 상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00004
)을 이용하여 산출하고, 상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
Figure 112015126882793-pat00005
이며, 상기 ri는 거리, 상기
Figure 112015126882793-pat00006
는 기울기를 의미할 수 있다.
또한, 상기 도로 경계 판단부는, 상기 스코어링부를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다.
또한, 상기 도로 경계 판단부는, 상기 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분할 수 있다.
또한, 상기 광 스캐너는 레이저 스캐너(Laser scanner)일 수 있다.
일 측면에 의한 도로 경계 검출 방법은, 광 스캐너가 물체를 향해 광을 조사함에 따라 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 단계; 상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하는 단계; 상기 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 단계; 상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 단계; 및 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파라미터 스페이스를 생성하는 단계에서, 상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 이용하여 상기 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
또한, 상기 각 직선별 점수를 산출하는 단계에서, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 각 직선별 점수를 산출하는 단계에서, 상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00007
)을 이용하여 산출하고,
상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
Figure 112015126882793-pat00008
이며, 상기 ri는 거리, 상기
Figure 112015126882793-pat00009
는 기울기를 의미할 수 있다.
또한, 상기 도로 경계로 인식하는 단계에서, 상기 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다.
개시된 발명은 광 스캐너를 통해 획득된 계측 데이터를 이용하여 도로 경계를 검출할 때, 빈 영역에 패널티를 부여한 스코어링 허프 변환(Scoring Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 도로 경계를 검출하기 때문에, 차량이 주행하는 도로 전방에 장애물이 있더라도 정확한 도로 경계를 검출할 수 있고, 이로 인해 도로 경계 검출 결과의 신뢰성이 향상된다는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 차량의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 차량의 내부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도로 경계 검출 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 계측 데이터를 이용하여 생성된 점유 지도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 직선의 점수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 파라미터 스페이스에서 좌우측 도로 경계를 구분하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 차량이 주행하는 전방의 영상을 예로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 상황에서 일반적인 알고리즘을 통해 도로 경계를 검출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 상황에서 스코어링 허프 변환 알고리즘을 통해 도로 경계를 검출한 결과는 나타내는 도면이다.
도 10은 도로 경계를 검출하기 위한 차량의 구성을 나타내는 제어 블럭도이다.
도 11은 도로 경계 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 차량의 외관을 나타내는 도면이고, 도 2는 차량의 내부를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량(1)의 외관은 차량(1)의 외관을 형성하는 본체(10), 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 윈드 스크린(windscreen)(11), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(12), 차량(1) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(13) 및 차량의 전방에 위치하는 앞바퀴(21), 차량의 후방에 위치하는 뒷바퀴(22)를 포함하여 차량(1)을 이동시키기 위한 바퀴를 포함할 수 있다.
윈드 스크린(11)은 본체(10)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다. 또한, 사이드 미러(12)는 본체(10)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.
도어(13)는 본체(10)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킬 수 있다.
또한, 차량(1)은 물체를 향해 광을 조사하여 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하기 위한 광 스캐너(80)를 구비할 수 있다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 광 스캐너(80)는 차량(1)의 범퍼에 마련될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
차량(1)의 내부는 운전자가 차량(1)을 조작하기 위한 각종 기기가 설치되는 대시 보드(dashboard)(14), 차량(1)의 운전자가 착석하기 위한 운전석(15), 차량(1)의 동작 정보 등을 표시하는 클러스터 표시부(51, 52), 운전자의 조작 명령에 따라 경로 안내 정보를 제공하는 길 안내 기능뿐만 아니라 오디오 및 비디오 기능까지 제공하는 내비게이션(navigation)(70)을 포함할 수 있다.
대시 보드(14)는 윈드 스크린(11)의 하부로부터 운전자를 향하여 돌출되게 마련되며, 운전자가 전방을 주시한 상태로 대시 보드(14)에 설치된 각종 기기를 조작할 수 있도록 한다.
운전석(15)은 대시 보드(14)의 후방에 마련되어 운전자가 안정적인 자세로 차량(1)의 전방과 대시 보드(14)의 각종 기기를 주시하며 차량(1)을 운행할 수 있도록 한다.
클러스터 표시부(51, 52)는 대시 보드(14)의 운전석(15) 측에 마련되며, 차량(1)의 운행 속도를 표시하는 주행 속도 게이지(51), 동력 장치(미도시)의 회전 속도를 표시하는 rpm 게이지(52)를 포함할 수 있다.
내비게이션(70)은 차량(1)이 주행하는 도로의 정보 또는 운전자가 도달하고자 하는 목적지까지의 경로를 표시하는 디스플레이 및 운전자의 조작 명령에 따라 음향을 출력하는 스피커(41)를 포함할 수 있다. 최근에는 오디오 장치, 비디오 장치 및 내비게이션 장치가 일체화된 AVN(Audio Video Navigation) 장치가 차량에 설치되고 있는 추세이다.
상기 내비게이션(70)은 센터페시아(center fascia)에 설치될 수 있다. 이때, 센터페시아는 대시 보드(14) 중에서 운전석과 조수석 사이에 있는 컨트롤 패널 부분을 의미하는 것으로, 대시 보드(14)와 시프트레버가 수직으로 만나는 영역이며, 이곳에는 내비게이션(70)을 비롯하여 에어콘, 히터의 컨트롤러, 송풍구, 시거잭과 재떨이, 컵홀더 등을 설치할 수 있다. 또한, 센터페시아는 센터콘솔과 함께 운전석과 조수석을 구분하는 역할도 할 수 있다.
또한, 차량(1)은 운전자의 내비게이션(70)을 비롯한 각종 구동 조작을 위한 별도의 조그 다이얼(60)을 구비할 수 있다.
개시된 발명의 조그 다이얼(60)은 회전시키거나 압력을 가하여 구동 조작을 수행하는 방법뿐만 아니라, 터치 인식 기능을 구비한 터치 패드를 구비하여 사용자의 손가락 또는 별도의 터치 인식 기능을 구비한 도구를 이용하여 구동 조작을 위한 필기 인식을 수행할 수 있다.
차량(1)은 상술한 구성 이외에도 바퀴(미도시)를 회전시키는 동력 장치(미도시), 차량(1)의 이동 방향을 변경하는 조향 장치(미도시), 바퀴의 이동을 정지시키는 제동 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 동력 장치는 본체가 전방 또는 후방으로 이동하도록 앞바퀴 또는 뒷바퀴에 회전력을 제공한다. 이와 같은 동력 장치는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(engine) 또는 축전기(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(motor)를 포함할 수 있다.
조향 장치는 운전자로부터 주행 방향을 입력받는 조향 핸들(42), 조향 핸들(42)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하는 조향 기어(미도시), 조향 기어(미도시)의 왕복 운동을 앞바퀴에 전달하는 조향 링크(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 같은 조향 장치는 바퀴의 회전축의 방향을 변경함으로써 차량(1)의 주행 방향을 변경할 수 있다.
제동 장치는 운전자로부터 제동 조작을 입력받는 제동 페달(미도시), 바퀴와 결합된 브레이크 드럼(미도시), 마찰력을 이용하여 브레이크 드럼(미도시)의 회전을 제동시키는 브레이크 슈(미도시) 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 제동 장치는 바퀴의 회전을 정지시킴으로써 차량(1)의 주행을 제동할 수 있다.
도 3은 도로 경계 검출 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 계측 데이터를 이용하여 생성된 점유 지도의 일 예를 나타내는 도 4, 직선의 점수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도 5, 파라미터 스페이스에서 좌우측 도로 경계를 구분하는 방법을 설명하기 위한 도 6, 차량이 주행하는 전방의 영상을 예로 나타내는 도 7, 도 7의 상황에서 일반적인 알고리즘을 통해 도로 경계를 검출한 결과를 나타내는 도 8 및 도 7의 상황에서 스코어링 허프 변환 알고리즘을 통해 도로 경계를 검출한 결과는 나타내는 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 도로 경계 검출 시스템(100)은 광 스캐너(80), 파라미터 스페이스 생성부(110), 스코어링부(130) 및 도로 경계 판단부(150)를 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 광 스캐너(80)는 물체를 향해 광을 조사하여 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하기 위한 구성일 수 있다. 이때, 광 스캐너(80)는 레이저 빔(적외선)을 이용하여 장착된 위치로부터 물체 간의 거리를 측정하는 것이 가능한 레이저 스캐너(Laser scanner)일 수 있다.
파라미터 스페이스 생성부(110)는 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하기 위한 구성일 수 있다.
이때, 파라미터 스페이스 생성부(110)는 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 도시하는 계측 데이터는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112015126882793-pat00010
이때, Zt는 접촉점의 집합을 의미하고, 각 접촉점들의 거리와 각도의 집합을 나타내는 것이다.
상술한 계측 데이터를 각 점에서 생성된 어큐뮬레이터(accumulator) 들을 누적하는 방법으로 투표(voting)를 수행한 허프 변환 결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112015126882793-pat00011
도 4를 참조하면, 파라미터 스페이스 생성부(110)는 광 스캐너(80)로부터 물체를 향해 광이 조사됨에 따라 획득된 계측 데이터를 기초로 접촉점(LP1, LP2, LP3, LP4(AP1), RP1, RP2, AP2, AP3, AP4, AP5)이 포함된 복수의 직선(L, R, A)을 추출할 수 있다. 상기 L 직선은 4개의 접촉점을 포함하고, R 직선은 2개의 접촉점을 포함하며, A 직선은 5개의 접촉점을 포함함을 확인할 수 있다. 이때, 도로 경계는 도로의 가장 외곽에 존재하기 때문에 도로 경계에 해당하는 직선에 빈 공간(이하에서는 '비접촉점' 이라 하기로 함)을 포함하지 않음을 가정하여, 직선 내 포함된 비접촉점에 패널티를 적용함에 따라 정확한 도로 경계를 검출할 수 있으며, 이에 대한 상세 설명은 후술하기로 한다.
스코어링부(130)는 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 스코어링부(130)는 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 대략적으로 설명하면, 스코어링부(130)는 파라미터 스페이스 생성부(110)를 통해 추출된 직선 L, R 및 A 각각에 대해 접촉점(LP1, LP2, LP3, LP4, RP1, RP2, AP1, AP2, AP3, AP4, AP5)에 대해서는 플러스 점수(예를 들어, +1), 비접촉점(-AP1, -AP2, -AP3, -AP4, -AP5)에 대해서는 마이너스 점수(예를 들어, -1)을 부여하여 점수를 산출하는 것이다.
도 4를 참고하면, 접촉점 LP1은 기울기는 동일하되 타 직선인 A 직선에 위치하는 비접촉점 -AP3와 동일한 광선에 해당한다. 이때, 비접촉점 -AP3는 해당 A 직선의 점수 산출 시 패널티로 적용되는 것이다.
도 5를 참조하면, A 직선은 AP1, AP2, AP3, AP4, AP5에 각각 +1이 부여되고, -AP1, -AP2, -AP3, -AP4, -AP5에 각각 -1이 부여되어, 점수는 0점이 된다. 이러한 방식으로 L 직선은 4점, R 직선은 2점이 되는 것이다. 결국, L 직선, R 직선 및 A 직선 순으로 점수가 높다는 결과가 도출되는 것이다.
상술한 비접촉점에 패널티를 부여하는 방식을 스코어링 허프 변환(Scoring Hough Transform) 알고리즘을 기초로 보다 상세히 설명하면, 스코어링부(130)는 각 직선별 점수를 산출할 때, 수학식 1의 스코어링 허프 변환(Scoring Hough Transform) 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00012
)을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015126882793-pat00013
Figure 112015126882793-pat00014
는 스코어링 허프 변환 알고리즘을 의미하는 것으로서, 비접촉점에 대한 패널티를 부여한 파라미터 스페이스의 누적값을 나타낼 수 있다. 개시된 발명에서는 스코어링 허프 변환 알고리즘을 통해 산출된 값이 직선별 점수를 의미할 수 있다. 상술한 ri는 거리,
Figure 112015126882793-pat00015
는 기울기를 의미할 수 있다. 이때, 어큐뮬레이터(Accumulator)는 스코어링 허프 스페이스(Scoring Hough Space)를 양자화(Quantization)한 것을 의미하는 것일 수 있다.
즉, 수학식 1은 직선 점수 = 복수의 접촉점(거리, 기울기) - 복수의 비접촉점(거리, 기울기)를 의미할 수 있다. 이때, 접촉점은 광 스캐너가 물체를 향해 광을 조사함에 따라 물체에 접촉된 위치를 의미하고, 비접촉점은 접촉점과 동일한 기울기를 가지되 상기 접촉점이 포함된 직선이 아닌 타 직선에 포함된 광이 접촉되지 않은 빈 공간을 의미하는 것이다.
예를 들어, 도 4에 도시된 접촉점 및 비접촉점에 대한 스코어링 허프 변환
Figure 112015126882793-pat00016
의 식은 아래와 같을 수 있다.
Figure 112015126882793-pat00017
도로 경계 판단부(150)는 스코어링부(130)를 통해 산출된 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도로 경계 판단부(150)는 스코어링부(130)를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다.
또한, 도로 경계 판단부(150)는 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도로 경계 판단부(150)는 접촉점의 거리 R이 0 보다 크거나 같고, 기울기 θ가 0 보다 크거나 같고 π/2 보다 작으면 오른쪽 경계(Right Side)로 판단하고, 접촉점의 거리 R이 0 보다 크거나 같고, 기울기 θ가 π/2 보다 크거나 같고 π 작으면 왼쪽 경계(Left Side)로 판단할 수 있다.
개시된 발명에 의하면, 도 7과 같이 전방에 주행 중인 차량이 존재하는 상황에서 도로 경계를 검출할 때, 도 8과 같이 전방 차량을 차선으로 오 인식하여 L1과 R1을 도로 경계로 검출하는 것이 아니라 도 9와 같이 L2와 R2와 같이 정확한 도로 경계를 검출할 수 있다.
개시된 도 4와 같은 상황에서 일반적인 허프 변환 알고리즘을 이용하여 도로 경계를 검출한 경우와 스코어 허프 변환 알고리즘을 이용하여 도로 경계를 검출한 경우의 거리(DL, DR)와 기울기(αL, αR)의 오차는 표 1과 같을 수 있다.
알고리즘(Algorithm) DL αL DR αR
허프변환
(Standard Hough Transform)		 0.286903 0.024062 12.35383 0.563927
스코어링 허프 변환
(Scoring Hough Transform)		 0.137722 0.021436 0.905831 0.030203
도 10은 도로 경계를 검출하기 위한 차량의 구성을 나타내는 제어 블럭도이다.
도 10에서 도시하는 바와 같이, 차량(200)은 광 스캐너(80), 입력부(210), 디스플레이(220), 출력부(230), 프로세서(240) 및 메모리(250)를 포함할 수 있다.
광 스캐너(80)는 물체를 향해 광을 조사하여 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득할 수 있다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 광 스캐너(80)는 차량(1)의 범퍼에 마련될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 광 스캐너(80)는 레이저 스캐너(Laser scanner)일 수 있다.
입력부(210)는 차량(200)에서 구현 가능한 각종 서비스의 동작을 제어하기 위해 사용자의 조작에 따라 입력되는 제어 정보를 수신하기 위한 구성일 수 있다. 만약, 상술한 디스플레이(220)가 터치 기능을 구비하는 경우, 입력부(210)가 상기 디스플레이(220)와 함께 구현되는 것도 가능하다 할 것이다.
디스플레이(220)는 프로세서(240)의 제어에 따라 차량(200) 내 구현되는 서비스 관련 정보를 표시하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다. 디스플레이(220)가 아이콘이나 텍스트 표기가 가능한 LCD UI인 경우, 아이콘이나 텍스트로 서비스 관련 정보를 표시한다. 또한, 디스플레이(220)가 LED UI인 경우, 점등 또는 점멸을 이용하여 서비스 관련 정보를 표시한다.
또한, 디스플레이(220)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
출력부(230)는 차량(200)에서 이루어지는 서비스 관련 정보를 음성 형태로 출력하기 위한 구성일 수 있다.
이를 위해, 출력부(230)는 디지털화된 전기적 신호를 아날로그화하는 디지털-아날로그 변환기(Digital-to-Analog Convertor: DAC), 디지털-아날로그 변환기에 의하여 아날로그화된 전기적 신호를 증폭하는 증폭기 등을 더 포함할 수 있다.
프로세서(240)는 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하고, 추출된 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하고, 산출된 각 직선별 점수의 우선순위에 따라 도로 경계를 선택할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 프로세서(240)는 파라미터 스페이스 생성부(241), 스코어링부(243) 및 도로 경계 판단부(245)를 포함할 수 있다.
파라미터 스페이스 생성부(241)는 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출할 수 있다.
이때, 파라미터 스페이스 생성부(241)는 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
스코어링부(243)는 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출할 수 있다.
간략히 설명하면, 스코어링부(243)는 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
또한, 스코어링부(243)는 각 직선별 점수를 산출할 때, 수학식 1의 스코어링 허프 변환 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00018
)을 이용하여 산출할 수 있다.
도로 경계 판단부(245)는 스코어링부(243)를 통해 산출된 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도로 경계 판단부(245)는 스코어링부(243)를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다. 예를 들어, 도로는 2개의 경계로 이루어짐을 가정할 때, 도로 경계 판단부(245)는 직선의 점수가 높은 순서로 2개의 직선을 선택하여 도로 경계로 판단할 수 있는 것이다.
또한, 도로 경계 판단부(245)는 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분할 수 있다.
메모리(250)는 차량(200) 내 서비스 구현을 위해 요구되는 정보를 저장할 수 있다.
도 11은 도로 경계 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는, 상술한 도 3의 구성과 동일한 구성에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도로 경계 검출 시스템(100)은 광 스캐너(80)가 물체를 향해 광을 조사함에 따라 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득할 수 있다(S110).
다음, 도로 경계 검출 시스템(100)은 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다(S130).
이때, 도로 경계 검출 시스템(100)은 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 이용하여 파라미터 스페이스를 생성할 수 있다.
다음, 도로 경계 검출 시스템(100)은 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출할 수 있다(S150).
다음, 도로 경계 검출 시스템(100)은 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출할 수 있다(S170).
이때, 도로 경계 검출 시스템(100)은 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도로 경계 검출 시스템(100)은 각 직선별 점수를 산출할 때, 수학식 1의 스코어링 허프 변환 알고리즘(
Figure 112015126882793-pat00019
)을 이용하여 산출할 수 있다.
다음, 도로 경계 검출 시스템(100)은 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식할 수 있다(S190).
이때, 도로 경계 검출 시스템(100)은 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택할 수 있다.
도시하지 않았지만, 도로 경계 검출 시스템(100)은 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도로 경계 검출 시스템(100)은 접촉점의 거리 R이 0 보다 크거나 같고, 기울기 θ가 0 보다 크거나 같고 π/2 보다 작으면 오른쪽 경계(Right Side)로 판단하고, 접촉점의 거리 R이 0 보다 크거나 같고, 기울기 θ가 π/2 보다 크거나 같고 π 작으면 왼쪽 경계(Left Side)로 판단할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
80 : 광 스캐너 100 : 도로 경계 검출 시스템
110, 241 : 파라미터 스페이스 생성부
130, 243 : 스코어링부
150, 245 : 도로 경계 판단부
200 : 차량
210 : 입력부 220 : 디스플레이
230 : 출력부 240 : 프로세서

Claims (20)

  1. 물체를 향해 광을 조사하여 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 광 스캐너;
    상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 파라미터 스페이스 생성부;
    상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 스코어링부; 및
    상기 스코어링부를 통해 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 도로 경계 판단부;를 포함하고,
    상기 스코어링부는, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출하는 도로 경계 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터 스페이스 생성부는,
    상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 상기 파라미터 스페이스를 생성하는 도로 경계 검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스코어링부는,
    상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
    Figure 112015126882793-pat00020
    )을 이용하여 산출하고,
    상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
    Figure 112015126882793-pat00021
    이며, 상기 ri는 거리, 상기
    Figure 112015126882793-pat00022
    는 기울기를 의미하는 도로 경계 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도로 경계 판단부는,
    상기 스코어링부를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택하는 도로 경계 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도로 경계 판단부는,
    상기 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분하는 도로 경계 검출 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 스캐너는 레이저 스캐너(Laser scanner)인 도로 경계 검출 시스템.
  8. 물체를 향해 광을 조사하여 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 광 스캐너; 및
    상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하고, 추출된 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하고, 산출된 각 직선별 점수의 우선순위에 따라 도로 경계를 선택하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 스코어링부;를 포함하고,
    상기 스코어링부는, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출하는 차량.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하고, 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 파라미터 스페이스 생성부; 및
    상기 스코어링부를 통해 산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 도로 경계 판단부;
    를 더 포함하는 차량.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파라미터 스페이스 생성부는,
    상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 기초로 상기 파라미터 스페이스를 생성하는 차량.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스코어링부는,
    상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
    Figure 112015126882793-pat00023
    )을 이용하여 산출하고,
    상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
    Figure 112015126882793-pat00024
    이며, 상기 ri는 거리, 상기
    Figure 112015126882793-pat00025
    는 기울기를 의미하는 차량.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도로 경계 판단부는,
    상기 스코어링부를 통해 각각의 점수가 산출된 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택하는 차량.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 도로 경계 판단부는,
    상기 파라미터 스페이스에 포함된 복수의 접촉점의 거리 및 기울기를 기 설정된 좌우측 경계 조건과 비교하여, 상기 파라미터 스페이스를 좌측 도로 경계와 우측 도로경계로 구분하는 차량.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 광 스캐너는 레이저 스캐너(Laser scanner)인 차량.
  16. 광 스캐너가 물체를 향해 광을 조사함에 따라 상기 물체로부터 반사되는 계측 데이터를 획득하는 단계;
    상기 계측 데이터를 기초로 복수의 접촉점 각각의 거리와 각도를 추출하여 파라미터 스페이스를 생성하는 단계;
    상기 접촉점이 포함된 개수의 우선순위에 따라 복수의 직선을 추출하는 단계;
    상기 복수의 직선 각각에 포함된 접촉점 및 상기 접촉점과 동일 기울기를 가지는 타 직선에 포함된 비접촉점에 파라미터 스페이스의 누적 점수를 부여하여 각 직선별 점수를 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 각 직선별 점수 중 우선순위에 따라 직선을 선택하여 도로 경계로 인식하는 단계;를 포함하고,
    상기 각 직선별 점수를 산출하는 단계에서, 상기 복수의 직선 각각에 포함된 복수의 접촉점 각각에 플러스(+) 점수를 부여하고, 상기 복수의 접촉점 중 어느 하나와 기울기가 동일하되 타 직선에 포함된 비접촉점에 마이너스(-) 점수를 부여하여 상기 복수의 직선 각각에 대한 점수를 산출하는 도로 경계 검출 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파라미터 스페이스를 생성하는 단계에서,
    상기 계측 데이터를 기초로 직선의 방정식의 파라미터를 이용하여 상기 파라미터 스페이스를 생성하는 도로 경계 검출 방법.
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 각 직선별 점수를 산출하는 단계에서,
    상기 각 직선별 점수를 산출할 때, 스코어링 허프 변환 알고리즘(
    Figure 112015126882793-pat00026
    )을 이용하여 산출하고,
    상기 스코어링 허프 변환 알고리즘은,
    Figure 112015126882793-pat00027
    이며, 상기 ri는 거리, 상기
    Figure 112015126882793-pat00028
    는 기울기를 의미하는 도로 경계 검출 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 도로 경계로 인식하는 단계에서,
    상기 복수의 직선 중 점수가 높은 우선순위에 따라 도로 경계용 직선을 선택하는 도로 경계 검출 방법.
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