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KR102246418B1 - Lane keeping method and apparatus thereof - Google Patents

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KR102246418B1
KR102246418B1 KR1020190102233A KR20190102233A KR102246418B1 KR 102246418 B1 KR102246418 B1 KR 102246418B1 KR 1020190102233 A KR1020190102233 A KR 1020190102233A KR 20190102233 A KR20190102233 A KR 20190102233A KR 102246418 B1 KR102246418 B1 KR 102246418B1
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coefficients
model
road curve
road
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정정주
이승희
최우영
양진호
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

차선 유지 제어 방법 및 그 장치가 개시된다. 차선 유지 제어 장치는, 전방 영상을 실시간으로 획득하는 카메라; 상기 전방 영상을 기학습된 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출하는 횡방향 제어기를 포함한다. Disclosed are a lane keeping control method and apparatus therefor. The lane keeping control device includes: a camera that acquires a front image in real time; A prediction unit for predicting road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to a pre-learned road curve coefficient regression model unit; And a lateral controller for deriving a control input of the vehicle by applying it to a behavior model that simulates the behavior of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ).

Description

차선 유지 제어 방법 및 그 장치{Lane keeping method and apparatus thereof}Lane keeping control method and apparatus thereof TECHNICAL FIELD

본 발명은 전방 영상을 이용한 차선 유지 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a lane keeping control method and apparatus using a forward image.

최근 운전자의 편의성과 능동적 안전을 위해 advanced driver assistant system (ADAS)에 대한 연구가 활발히 연구되고 있다. 특히 차량의 조향장치를 제어하여 자율적으로 차선을 유지하는 lane keeping system (LKS)은 vision sensor로부터 계산되어 얻어지는 계수들에 의해 성능이 좌우된다. 현재 LKS는 고속도로를 제외한 도심같이 복잡한 주행상황에서 신뢰할 수 있는 도로계수를 제공하지 못하며 이를 해결하기 위한 인공지능 기반의 연구가 진행되고 있다.Recently, research on the advanced driver assistant system (ADAS) is being actively researched for driver convenience and active safety. In particular, the lane keeping system (LKS), which autonomously maintains the lane by controlling the vehicle's steering system, depends on the coefficients calculated and obtained from the vision sensor. Currently, LKS cannot provide reliable road coefficients in complex driving situations such as urban areas excluding highways, and artificial intelligence-based research is being conducted to solve this problem.

(01) 대한민국등록특허공보 제 10-1848198호(2018.04.05.)(01) Korean Registered Patent Publication No. 10-1848198 (2018.04.05.)

본 발명은 전방 영상에 대한 신경망 학습을 이용하여 복잡하며 고전적인 영상전후처리 과정 없이 신뢰성 높은 도로 계수를 제공함으로써 차선 유지 제어가 가능하도록 할 수 있는 차선 유지 제어 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a lane maintenance control method and apparatus capable of enabling lane maintenance control by providing a highly reliable road coefficient without a complex and classical image pre-processing process using neural network learning for a forward image.

또한, 본 발명은 기존 카메라 센서를 기반으로 차선 유지가 불가능한 경우에도 가상의 도로 곡선계수 추정을 통해 강인하고 복잡한 상황에서 신뢰성 높은 차선 유지 제어가 가능한 차선 유지 제어 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a lane maintenance control method and apparatus capable of reliable lane maintenance control in a robust and complex situation through virtual road curve coefficient estimation even when lane maintenance is impossible based on an existing camera sensor.

또한, 본 발명은 차선 정보가 존재하지 않는 도로에서도 도로 모델의 곡선 계수 추정을 통해 차선 유지 제어가 가능한 차선 유지 제어 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a lane maintenance control method and apparatus for controlling lane maintenance by estimating a curve coefficient of a road model even on a road in which lane information does not exist.

본 발명의 일 측면에 따르면, 영상을 이용한 차선 유지 제어 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, an apparatus for controlling lane maintenance using an image is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전방 영상을 실시간으로 획득하는 카메라; 상기 전방 영상을 기학습된 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 횡방향 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출하는 횡방향 제어기를 포함하는 차선 유지 제어 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a camera for acquiring a front image in real time; A prediction unit for predicting road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to a pre-learned road curve coefficient regression model unit; And a lateral controller for deriving a control input of the vehicle by applying it to a behavior model that simulates the lateral behavior of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ). A maintenance control device may be provided.

상기 도로 곡선 계수 회귀 모델부는, 상기 도로 곡선 계수를 속성에 따라 분류하여 예측하되, 상기 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3) 중 제1 그룹은 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)이며, 제2 그룹은 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)일 수 있다. The road curve coefficient regression model unit classifies and predicts the road curve coefficient according to an attribute, but a first group of the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) is a coefficient related to a control error (c 0 , c 1 ), and the second group may be coefficients (c 2 , c 3 ) related to the shape of the road lane model.

상기 차량의 거동 모델은 횡방향 모델이며, 상기 차량의 모션 상태 정보는, 전방 거리에서의 횡방향 위치 오프셋, 차량 무게 중심에서의 횡방향 속도 오프셋, 차량 무게 중심에서의 요(yaw)각 오프셋 및 차량 무게 중심에서의 요(yaw) 각속도를 포함할 수 있다. The vehicle behavior model is a lateral model, and the vehicle motion state information includes a lateral position offset at a front distance, a lateral velocity offset at the vehicle center of gravity, a yaw angle offset at the vehicle center of gravity, and It may include the yaw angular velocity at the vehicle's center of gravity.

상기 제어 입력은 조향각일 수 있다. The control input may be a steering angle.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 영상을 이용한 차선 유지 제어 방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a method for controlling lane maintenance using an image is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 전방 영상을 실시간으로 획득하는 단계; (b) 상기 전방 영상을 기학습된 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측하는 단계; 및 (c) 상기 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 횡방향 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출하는 단계를 포함하는 차선 유지 제어 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, (a) obtaining a front image in real time; (b) predicting road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to a previously learned road curve coefficient regression model unit; And (c) applying the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) to a behavior model that simulates the lateral behavior of the vehicle to derive a control input of the vehicle. A lane keeping control method may be provided.

상기 (b) 단계는, 하나의 전방 영상을 이용하여 상기 도로 곡선 계수를 속성에 따라 분류하여 예측하되, 상기 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3) 중 제1 그룹은 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)이며, 제2 그룹은 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)일 수 있다. In the step (b), the road curve coefficient is classified and predicted according to attributes using one front image, but the first group of the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3) is controlled. These are coefficients related to the error (c 0 , c 1 ), and the second group may be coefficients (c 2 , c 3 ) related to the shape of the road lane model.

본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 전방 영상에 대한 신경망 학습을 이용하여 복잡하며 고전적인 영상전후처리 과정 없이 신뢰성 높은 도로 계수를 제공함으로써 차선 유지 제어가 가능하도록 할 수 있는 이점이 있다. By providing a lane maintenance control method and an apparatus therefor according to an embodiment of the present invention, it is possible to control lane maintenance by providing reliable road coefficients without a complex and classical image pre-processing process using neural network learning for a front image. There is an advantage to be able to do.

또한, 본 발명은 기존 카메라 센서를 기반으로 차선 유지가 불가능한 경우에도 가상의 도로 곡선계수 추정을 통해 강인하고 복잡한 상황에서 신뢰성 높은 차선 유지 제어가 가능한 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of enabling reliable lane maintenance control in a robust and complex situation through virtual road curve coefficient estimation even when lane maintenance is impossible based on an existing camera sensor.

또한, 본 발명은 차선 정보가 존재하지 않는 도로에서도 도로 모델의 곡선 계수 추정을 통해 차선 유지 제어가 가능한 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of enabling lane maintenance control through estimation of a curve coefficient of a road model even on a road in which lane information does not exist.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 회귀 모델부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ROI를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡방향 모델을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 종래와 본 발명의 제어 결과를 비교하기 위해 도시한 그래프.
1 is a block diagram schematically showing the configuration of a lane keeping control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing the configuration of a road curve coefficient regression model unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an ROI according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a transverse model according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart showing a lane maintenance control method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing to compare the control results of the present invention and the prior art.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Singular expressions used in the present specification include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various elements or various steps described in the specification, and some of the elements or some steps It may not be included, or it should be interpreted that it may further include additional components or steps. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 회귀 모델부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ROI를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡방향 모델을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a lane keeping control apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a road curve coefficient regression model unit according to an embodiment of the present invention 3 is a diagram illustrating an ROI according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a transverse model according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 장치(100)는 카메라(110), 예측부(120), 메모리(130), 상태 추정기(140) 및 횡방향 제어기(150)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a lane maintenance control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a camera 110, a prediction unit 120, a memory 130, a state estimator 140, and a lateral controller 150. Consists of including.

카메라(110)는 차량에 장착되며, 차량의 전방 영상을 촬영하기 위한 수단이다. The camera 110 is mounted on a vehicle and is a means for photographing a front image of the vehicle.

예측부(120)는 전방 영상을 도로 곡선 계수 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수 (c0, c1, c2, c3)를 예측하기 위한 수단이다. The prediction unit 120 is a means for predicting the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the forward image to the road curve coefficient model unit.

도로 곡선 계수 모델부는 CNN과 같은 인공지능 모델로, 트레이닝 세트에 의해 사전 학습 과정이 선행될 수 있다. The road curve coefficient model unit is an artificial intelligence model such as a CNN, and a pre-learning process may be preceded by a training set.

도 2에는 도로 곡선 계수 모델부의 구성이 예시되어 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 모델부가 CNN 모델인 것을 가정하여 이를 중심으로 설명하므로, 입력 레이어, 복수의 콘볼루션 레이어, 복수의 FC 레이어 및 출력 레이어로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 다른 인공지능 모델로 구현되는 경우 그 구성이 달라질 수 있음은 당연하다. 2 illustrates the configuration of the road curve coefficient model unit. 2 is a description based on the assumption that the road curve coefficient model unit according to an embodiment of the present invention is a CNN model, and thus, it is shown that it is composed of an input layer, a plurality of convolutional layers, a plurality of FC layers, and an output layer. However, it is natural that the composition may be different when implemented with other artificial intelligence models.

본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 제1 모델부와 제2 모델부를 각각 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 복수의 모델부(제1 및 제2 모델부)를 통해 각 속성에 따라 분류된 도로 곡선 계수들을 각각 학습한 후 예측할 수 있다. The road curve coefficient regression model unit according to an embodiment of the present invention includes a first model unit and a second model unit, respectively. That is, the road curve coefficient regression model unit according to an embodiment of the present invention may predict the road curve coefficients classified according to each attribute through a plurality of model units (first and second model units), respectively.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 4개의 도로 곡선 계수들(c0, c1, c2, c3)을 속성(또는 분류 기준)에 따라 두 그룹으로 분류할 수 있다. 예를 들어, 속성(또는 분류 기준)은 제어 오차에 관한 계수 및 도로 차선 모델의 모양에 관한 계수일 수 있다. For example, the road curve coefficient regression model unit according to an embodiment of the present invention classifies four road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) into two groups according to attributes (or classification criteria). can do. For example, the attribute (or classification criterion) may be a coefficient for a control error and a coefficient for a shape of a road lane model.

4개의 도로 곡선 계수들을 하나의 모델부를 통해 학습 및 예측하는 경우 상대적으로 예측이 부정확한 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 도로 곡선 계수들을 속성(또는 분류 기준)에 따라 분류한 후 분류된 그룹 단위로 각각 별도의 모델부를 통해 학습 및 예측함으로써 예측 정확도를 높일 수 있다. When learning and predicting four road curve coefficients through one model unit, there is a problem that the prediction is relatively inaccurate. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, it is possible to improve prediction accuracy by classifying road curve coefficients according to attributes (or classification criteria) and then learning and predicting each classified group unit through a separate model unit.

4개의 도로 곡선 계수들은 c0, c1, c2, c3는 각각 횡방향 중심 거리 오차, 방향각 오차, 곡률 및 곡률 변화량을 나타낸다. 즉, c0, c1, c2, c3 중 c0, c1는 횡방향 거동 제어에 대한 오차에 관련된 계수들인 것을 알 수 있다. 또한, c2, c3는 도로 차선 모델의 모양에 관한 계수들인 것을 알 수 있다. The four road curve coefficients c 0 , c 1 , c 2 , and c 3 represent the transverse center distance error, direction angle error, curvature, and curvature change, respectively. That is, it can be seen that among c 0 , c 1 , c 2 , and c 3 , c 0 and c 1 are coefficients related to the error of the lateral behavior control. In addition, it can be seen that c 2 and c 3 are coefficients related to the shape of the road lane model.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 곡선 회귀 모델부는 제1 모델부 및 제2 모델부를 각각 포함하되, 제1 모델부 및 제2 모델부 중 어느 하나는 제어 오차에 관련된 계수들(c0, c1)을 학습 및 예측하도록 하며, 제1 모델부 및 제2 모델부 중 다른 하나는 도로 차선 모델의 모양에 관련된 계수들(c2, c3)을 학습 및 예측하도록 할 수 있다. Accordingly, the road curve regression model unit according to an embodiment of the present invention includes a first model unit and a second model unit, respectively, and any one of the first model unit and the second model unit includes coefficients related to the control error (c 0 , c 1 ) is learned and predicted, and the other one of the first model unit and the second model unit may learn and predict coefficients (c 2 , c 3) related to the shape of the road lane model.

제1 모델부 및 제2 모델부는 각각 트레이닝 세트를 이용하여 트레이닝 과정을 선행할 수 있다. 여기서, 트레이닝 세트는 전방 영상과 도로 곡선 계수일 수 있다. 다시 정리하면, 제1 모델부는 전방 영상과 제어 오차와 관련된 도로 곡선 계수(c0, c1)를 포함하는 트레이닝 세트를 이용하여 학습 과정을 수행하며, 제2 모델부는 전방 영상과 도로 차선 모델의 모양 관련된 도로 곡선 계수(c2, c3)를 포함하는 트레이닝 세트를 이용하여 학습 과정을 수행할 수 있다. Each of the first model unit and the second model unit may precede the training process using a training set. Here, the training set may be a front image and a road curve coefficient. In other words, the first model unit performs a learning process using a training set including the front image and road curve coefficients (c 0 , c 1) related to the control error, and the second model unit The learning process may be performed using a training set including shape-related road curve coefficients (c 2 , c 3 ).

제1 모델부와 제2 모델부의 에러 함수는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The error functions of the first model part and the second model part can be expressed as in Equation 1.

Figure 112019085777435-pat00001
Figure 112019085777435-pat00001

여기서,

Figure 112019085777435-pat00002
이며, j는 영상 인덱스를 나타내며,
Figure 112019085777435-pat00003
는 전체 영상 개수를 나타내고, T는 전치 행렬(matrix transpose)을 나타낸다. here,
Figure 112019085777435-pat00002
And j represents the image index,
Figure 112019085777435-pat00003
Denotes the total number of images, and T denotes a matrix transpose.

또한, 제1 모델부와 제2 모델부의 각각의 정규화 함수는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. In addition, each normalization function of the first model part and the second model part can be expressed as Equation 2 below.

Figure 112019085777435-pat00004
Figure 112019085777435-pat00004

여기서,

Figure 112019085777435-pat00005
이며,
Figure 112019085777435-pat00006
는 전체 훈련 가능한 엔트리 개수를 나타내고, k는 훈련 가능한 엔트리 인덱스를 나타내며,
Figure 112019085777435-pat00007
는 가중치를 나타내며,
Figure 112019085777435-pat00008
는 정규화 파라미터를 나타낸다. here,
Figure 112019085777435-pat00005
Is,
Figure 112019085777435-pat00006
Denotes the total number of trainable entries, k denotes the trainable entry index,
Figure 112019085777435-pat00007
Represents the weight,
Figure 112019085777435-pat00008
Denotes the normalization parameter.

또한, 제1 모델부와 제2 모벨부의 적응적 예측을 위한 최적화 함수는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. In addition, the optimization function for adaptive prediction of the first model unit and the second mobile unit may be expressed as Equation 3.

Figure 112019085777435-pat00009
Figure 112019085777435-pat00009

여기서,

Figure 112019085777435-pat00010
이며,
Figure 112019085777435-pat00011
이고,
Figure 112019085777435-pat00012
이며,
Figure 112019085777435-pat00013
Figure 112019085777435-pat00014
는 각각 모멘트를 나타내고,
Figure 112019085777435-pat00015
Figure 112019085777435-pat00016
는 각각 0 ~ 1 사이의 수를 나타내며, 위첨자 't'는 시간 t에서의 값을 나타내며,
Figure 112019085777435-pat00017
는 초기 학습률(0.001)을 나타내며,
Figure 112019085777435-pat00018
는 매우 작은 양의 정수를 나타낸다. here,
Figure 112019085777435-pat00010
Is,
Figure 112019085777435-pat00011
ego,
Figure 112019085777435-pat00012
Is,
Figure 112019085777435-pat00013
and
Figure 112019085777435-pat00014
Each represents a moment,
Figure 112019085777435-pat00015
and
Figure 112019085777435-pat00016
Represents a number between 0 and 1, respectively, the superscript't' represents the value at time t,
Figure 112019085777435-pat00017
Represents the initial learning rate (0.001),
Figure 112019085777435-pat00018
Represents a very small positive integer.

즉, 각각의 모델부(즉, 제1 모델부 및 제2 모델부)는 입력 레이어, 각각 복수의 콘볼루션 레이어, 복수의 FC 레이어 및 출력 레이어를 각각 포함할 수 있다. 제1 모델부는 입력 레이어의 입력으로 전방 영상을 입력받고, 출력 레이어로 해당 전방 영상에서 학습될 도로 곡선 계수(즉, c0, c1)를 매칭 설정함으로써, 내부의 각각 복수의 콘볼루션 레이어와 복수의 FC 레이어를 최적화하는 트레이닝 과정을 반복할 수 있다. That is, each model unit (ie, a first model unit and a second model unit) may include an input layer, a plurality of convolution layers, a plurality of FC layers, and an output layer, respectively. The first model unit receives the front image as an input of the input layer, and matches and sets the road curve coefficients (i.e., c 0 , c 1) to be learned from the corresponding front image as the output layer. A training process for optimizing a plurality of FC layers can be repeated.

제2 모델부는 입력 레이어의 입력으로 전방 영상을 입력받고, 출력 레이어로 해당 전방 영상에서 학습될 도로 곡선 계수(즉, c2, c3)를 매칭함으로써, 내부의 각각 복수의 콘볼루션 레이어와 복수의 FC 레이어를 최적화하는 트레이닝 과정을 반복할 수 있다. The second model unit receives the front image as an input of the input layer, and matches the road curve coefficients (i.e., c 2 , c 3) to be learned from the corresponding front image as the output layer. It is possible to repeat the training process to optimize the FC layer of.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 전방 영상을 그대로 모두 이용하지 않으며, 관심 영역(ROI)을 설정하여 관심 영역을 입력 영상을 이용할 수 있다(도 3 참조). In addition, in an embodiment of the present invention, all of the front images are not used as they are, and an ROI may be set to use an input image as an ROI (see FIG. 3).

예측부(120)는 전술한 바와 같이 학습이 완료된 도로 곡선 회귀 모델부에 전방 영상을 적용하여 도로 곡선 계수들을 예측할 수 있다. As described above, the predictor 120 may predict road curve coefficients by applying the front image to the road curve regression model unit on which the training has been completed.

메모리(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전방 영상을 이용하여 예측된 도로 곡선 계수를 이용하여 차선 유지를 제어하는 방법을 수행하기 위해 필요한 다양한 명령어들(프로그램 코드들), 이 과정에서 파생된 다양한 데이터 등을 저장하기 위한 수단이다. The memory 130 includes various instructions (program codes) necessary to perform a method of controlling lane maintenance using a road curve coefficient predicted using a forward image according to an embodiment of the present invention, and derived from this process. It is a means for storing various data, etc.

상태 추정기(140)는 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 모션 상태 정보를 추정하기 위한 수단이다. 즉, 상태 추정기(140)는 서로 상이한 주기를 가지는 데이터들을 이용하여 차량 모션 상태 정보를 추정할 수 있다. 카메라(110)와 차량 내부의 센서들은 업데이트 주기가 서로 상이하다. 따라서, 상태 추정기(140)는 이와 같이 서로 상이한 주기의 데이터를 이용하여 차량의 모션 상태 정보를 추정할 수 있다. The state estimator 140 is a means for estimating the motion state information of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ). That is, the state estimator 140 may estimate vehicle motion state information using data having different periods. The camera 110 and the sensors inside the vehicle have different update cycles. Accordingly, the state estimator 140 may estimate the motion state information of the vehicle using data of different periods as described above.

도 1에는 상세히 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 추정기(140)는 차량내에 장착된 다양한 센서로부터 데이터를 획득하거나 차량의 ECU로부터 각 센서의 데이터를 획득할 수 있다. Although not shown in detail in FIG. 1, the state estimator 140 according to an embodiment of the present invention may acquire data from various sensors mounted in a vehicle or acquire data of each sensor from an ECU of a vehicle.

횡방향 제어기(150)는 예측된 도로 곡선 계수를 이용하여 제어 입력(예를 들어, 조향각)을 도출하기 위한 수단이다. 즉, 횡방향 제어기(150)는 상태 추정기(140)에서 추정된 상태 정보와 레퍼런스 정보를 이용하여 차량의 횡방향 제어 입력을 도출할 수 있다. The transverse controller 150 is a means for deriving a control input (eg, steering angle) using the predicted road curve coefficient. That is, the lateral controller 150 may derive a lateral control input of the vehicle by using the state information and reference information estimated by the state estimator 140.

클로소이드 도로 곡선 모델은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 도로 곡선 모델은 차선(lane marker)에 대한 이미지 처리 후 획득되는 3차 다항식(polynomial) 형태로 나타낼 수 있다. 아크 길이(arc length)를 s라 할대 클로소이드 곡선 모델은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. The clothoid road curve model can be expressed as Equation 1. That is, the road curve model can be expressed in the form of a third-order polynomial obtained after image processing for a lane marker. Assuming that the arc length is s, the clothoid curve model can be expressed as in Equation 4.

Figure 112019085777435-pat00019
Figure 112019085777435-pat00019

여기서, c0, c1, c2, c3는 각각 횡방향 중심 거리 오차, 방향각 오차, 곡률 및 곡률 변화량을 각각 나타낸다. Here, c 0 , c 1 , c 2 , and c 3 denote a transverse center distance error, a direction angle error, a curvature, and a change in curvature, respectively.

본 발명의 일 실시예에서는 상술한 도로 곡선 계수들을 도로 곡선 모델을 이용하는 것이 아니라, 상술한 도로 곡선 회귀 모델부에 전방 영상을 적용하여 예측할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the above-described road curve coefficients may be predicted by applying a forward image to the above-described road curve regression model unit instead of using the road curve model.

한장의 전방 영상을 이용하여 예측된 도로 곡선 계수들(c0, c1, c2, c3)을 이용하여 상태 추정기(140)는 횡방향 모델에 적용하여 차량의 횡방향 모션 상태 정보를 도출하여 차선 유지를 제어할 수 있다. 여기서, 차량의 횡방향 모션 상태 정보를 도출함에 있어 횡방향 제어기(150)로부터 입력되는 제어 입력(예를 들어, 조향각)을 더 이용할 수도 있다. Using the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) predicted by using a single front image, the state estimator 140 derives the lateral motion state information of the vehicle by applying it to the lateral model. By doing so, you can control lane keeping. Here, in deriving the lateral motion state information of the vehicle, a control input (eg, steering angle) input from the lateral controller 150 may be further used.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡방향 모델을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 4에서 L은 전방 거리(look-ahead)로, 차량의 무게 중심으로부터 종방향으로 내다본 거리를 나타낸다. 병진 및 회전 운동을 뉴턴의 제2 법칙을 통해 정리하면 L이 고려된 횡방향 모델을 모사하는 동역학 모델의 상태 공간 표현은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 4 is a diagram illustrating a transverse model according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, L is a look-ahead, and represents a distance viewed from the center of gravity of the vehicle in the longitudinal direction. When the translational and rotational motions are summarized through Newton's second law, the state space expression of a dynamic model that simulates the transverse model in which L is considered can be expressed as Equation 2.

Figure 112019085777435-pat00020
Figure 112019085777435-pat00020

여기서,

Figure 112019085777435-pat00021
Figure 112019085777435-pat00022
이며,
Figure 112019085777435-pat00023
,
Figure 112019085777435-pat00024
,
Figure 112019085777435-pat00025
,
Figure 112019085777435-pat00026
,
Figure 112019085777435-pat00027
이다. here,
Figure 112019085777435-pat00021
Figure 112019085777435-pat00022
Is,
Figure 112019085777435-pat00023
,
Figure 112019085777435-pat00024
,
Figure 112019085777435-pat00025
,
Figure 112019085777435-pat00026
,
Figure 112019085777435-pat00027
to be.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 5 is a flow chart showing a lane maintenance control method according to an embodiment of the present invention.

단계 510에서 차선 유지 제어 장치(100)는 카메라(110)를 통해 전방 영상을 입력받는다. In step 510, the lane keeping control device 100 receives a front image through the camera 110.

단계 515에서 차선 유지 제어 장치(100)는 상기 전방 영상을 기학습된 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측한다. 이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In step 515, the lane keeping control apparatus 100 predicts road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to the previously learned road curve coefficient regression model unit. Since this is the same as already described above, a redundant description will be omitted.

단계 520에서 차선 유지 제어 장치(100)는 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 횡방향 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출한다. 이는 이미 전술한 바와 같으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In step 520, the lane keeping control device 100 applies the vehicle control input to a behavior model that simulates the lateral behavior of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ). To derive. Since this has already been described above, a redundant description will be omitted.

도 6은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 결과를 비교한 그래프이다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 결과가 사람이 조향한 것과 더 유사하게 정확하게 제어되는 것을 알 수 있다. 6 is a graph comparing a control result according to an embodiment of the present invention and the related art. As shown in FIG. 6, it can be seen that the control result according to an embodiment of the present invention is accurately controlled more similar to that steered by a person.

본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded in the computer-readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known to and usable by a person skilled in the computer software field. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes magneto-optical media and hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The above-described hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the present invention, and vice versa.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around the embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100: 차선 유지 제어 장치
110: 카메라
120: 예측부
130: 메모리
140: 프로세서
100: lane keeping control device
110: camera
120: prediction unit
130: memory
140: processor

Claims (7)

전방 영상을 실시간으로 획득하는 카메라;
상기 전방 영상을 기학습된 딥러닝 기반 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측함에 있어, 상기 도로 곡선 계수를 속성에 따라 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)와 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)로 분류하여 예측하는 예측부-상기 딥러닝 기반 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 도로 곡선 계수를 속성에 따라 분류하여 학습됨; 및
상기 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출하는 횡방향 제어기를 포함하되,
상기 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 제1 모델부와 제2 모델부를 구비하되,
상기 제1 모델부는 상기 전방 영상과 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)를 트레이닝 세트로 이용하여 학습하며, 제2 모델부는 상기 전방 영상과 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)를 트레이닝 세트로 이용하여 학습되는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
A camera that acquires a front image in real time;
In predicting the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to a pre-learned deep learning-based road curve coefficient regression model unit, control error of the road curve coefficient according to the attribute A prediction unit that classifies and predicts the coefficients (c 0 , c 1 ) related to the road lane model and the coefficients related to the shape of the road lane model (c 2 , c 3 ). Classified and learned according to; And
Including a lateral controller for deriving a control input of the vehicle by applying it to a behavior model that simulates the behavior of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ),
The road curve coefficient regression model unit includes a first model unit and a second model unit,
The first model unit learns coefficients (c 0 , c 1 ) related to the front image and control error as a training set, and the second model unit learns coefficients (c2, c3) related to the shape of the front image and the road lane model. ), the lane keeping control device, characterized in that the learning is performed using the training set.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 차량의 거동을 모사하는 거동 모델은 횡방향 거동을 모사하는 모델이며, 상기 거동 모델은 상기 예측된 도로 곡선 계수를 이용하여 차량의 횡방향 모션 상태 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
The method of claim 1,
The behavior model that simulates the behavior of the vehicle is a model that simulates the lateral behavior, and the behavior model derives information on the lateral motion state of the vehicle using the predicted road curve coefficient. .
제1 항에 있어서,
상기 제어 입력은 조향각인 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
The method of claim 1,
The lane keeping control device, wherein the control input is a steering angle.
(a) 전방 영상을 실시간으로 획득하는 단계;
(b) 상기 전방 영상을 기학습된 딥러닝 기반 도로 곡선 계수 회귀 모델부에 적용하여 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 예측함에 있어, 상기 도로 곡선 계수를 속성에 따라 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)와 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)로 분류하여 예측하는 단계-상기 딥러닝 기반 도로 곡선 계수 회귀 모델부는 도로 곡선 계수를 속성에 따라 분류하여 학습됨; 및
(c) 상기 예측된 도로 곡선 계수(c0, c1, c2, c3)를 기반으로 차량의 거동을 모사하는 거동 모델에 적용하여 차량의 제어 입력을 도출하는 단계를 포함하되,
상기(a) 단계 이전에,
상기 전방 영상과 제어 오차와 관련된 계수(c0, c1)를 트레이닝 세트로 이용하여 상기 딥러닝 기반 도로 곡선 회귀 모델부의 제1 모델부를 학습하며, 상기 전방 영상과 도로 차선 모델의 모양과 관련된 계수(c2, c3)를 트레이닝 세트로 이용하여 상기 딥러닝 기반 도로 곡선 회귀 모델부의 제2 모델부를 학습하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 방법.
(a) obtaining a front image in real time;
(b) In predicting the road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ) by applying the front image to the previously learned deep learning-based road curve coefficient regression model unit, the road curve coefficient is applied to the property. Accordingly, classifying and predicting coefficients related to control errors (c 0 , c 1 ) and coefficients related to the shape of the road lane model (c 2 , c 3 )-The deep learning-based road curve coefficient regression model unit calculates the road curve coefficients. Classified and learned according to attributes; And
(c) applying to a behavior model that simulates the behavior of the vehicle based on the predicted road curve coefficients (c 0 , c 1 , c 2 , c 3) to derive a control input of the vehicle,
Before step (a),
The first model unit of the deep learning-based road curve regression model unit is trained using coefficients (c 0 , c 1 ) related to the front image and the control error as a training set, and coefficients related to the shape of the front image and the road lane model Using (c 2 , c 3 ) as a training set, the second model unit of the deep learning-based road curve regression model unit is trained.
삭제delete 제5 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 제품.


A computer-readable recording medium product on which a program code for performing the method according to claim 5 is recorded.


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