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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 렌즈의 적용으로 발생하는 센서 발신부의 적외선의 산란도와 수신부에 입력되는 반사적외선의 집중도의 변화에 의한 센서의 감지 성능 변화를 실험하여 비교하였.다.
- 본 논문에서 개발한 차량 사각지대 감지 시스템은 적외선 센서를 이용하여 사각지대 내의 물체를 감지하기 위하여 소형화된 저가의 시스템이다. 이시스템은 적외선 센서의 발신부(emitter)에서 적외선을 사각지대에 발사하고 물체에 반사되어 돌아온 적외선을 수신부(detector)가 감지하여 사각지대에 물체가 존재함을 인식하는 원리이다.
- 본 논문에서 연구한 사각지대 감지 장치 의 성 능 검증을 위한 실험은 센서의 특성을 파악하기 위하여 정지된 물체를 감지할 수 있는 센서의 최대 성능을 알아보는 실험과 전체 3채널 센서를 차량에 장착하여 주행 중 차선 변경 시 사각지대에서 주행하는 주변의 차량에 대한 감지성능을 알아보는 실차실험을실시하여 성능을 검증하였다.
제안 방법
- 3채널 센서에 대한 주행 중 성능 실험을 위하여 Photo 2와 같이 개발한 시스템을 실제 차량에 장착하였으며, 차량감지여부는 경보용LED와 스피커를 통하여 운전자가 인식 할 수 있도록 하였다
- Table 2는 렌즈적 용의 유, 무와 그 크기에 따른 센서 의 감지 성능을 나타낸 것이 다N 실험 은 센서 와 수직 하게 위치한 차량표면에 대해 수행되었으며 렌즈를 적 용하지 않은 센서와 렌즈를 적용한 센서 의 감지 성능을 비교하였다. 그리고 센서 감지 성능 비교실험은 지름이 25mm인 렌즈와 지름이 35mm인 렌즈들을 사용하여 실행하였다.
- 8과 같이 주행하는 차선에서 옆 차선에 주행하는 차량을 감지할 수 있는 영역으로 설정하였다. 그리고 각 채널의 적외선의 광량은 주행상황에서 발신부 회로의 가변 저 항을 통하여 조절할 수 있도록 설 계하였다. 일반도로의 폭이 3.
- 그리고 수직 각도는 Fig. 6(b)에서 보이는 바와 같이 적외선 센서의 측정 범위와 장착 높이 그리고 대상 차량 중 센서감지 목표지점의 높이를 고려하여 센서의 수직 각도를 설정하였다. 측정결과 대상 차량 앞 범퍼의 높이는0.
- 각각의 센서 사이의 수평각도 는 10°, 상하각도는 6°로 설정하여 실험을 실시하였다. 또한 각각의 채널의 적외선 발신부에서 LED 연결 가변저항을 통한 적외선 감도조절을 통해 주행하는 차선의 옆 차선만을 감지 할 수 있도록 하였다. 시스템의 내구성의 강건함을 확보하기 위해 발 신부 적외선LED에 통전되는 전류를 LED의 순방향 순간 최대 허용전류(surge current)의 70%인 1.
- 적용하는 방법이 있다. 본 연구에서 개발한 시스템에서는 적외선 LED의 한계용량인 약 1A 의 전류를 연속적으로 사용하지 않고, 혼합펄스에 의해 LED를 구동시 켰다.
- 3에서 같이 펄스 발생 부, 스위칭 부 그리고 적외선 LED로 되어 있으며 PIC16F676을 이용하여 혼합 펄스를 생성하였다. 생성된 펄스를 이용하여 NPN 트랜지스터에 의하여 스위칭 된 전원을 적외선 LED 공급함으로써 LED가 혼합 펄스 신호에 따라 구동되게 하였다. 전원공급은 12V-2A 배터리와 8V-Voltage regulator를 이용하여 8V전압을 공급하였다.
- 센서에 대한 성능 검증 실험은 센서가 정지하고 있는 검출대상 차량의 표면과 수직으로 배치된 상태에서 센서의 최대성능을 파악하기 위한 실험을 수행하였다.
- 이시스템은 적외선 센서의 발신부(emitter)에서 적외선을 사각지대에 발사하고 물체에 반사되어 돌아온 적외선을 수신부(detector)가 감지하여 사각지대에 물체가 존재함을 인식하는 원리이다. 센서의 감도를 높이기 위하여 적외선 신호를 반송 주파수(CRF: Carrier Frequency)와 적외선 센서의 중심 주파수 (CTF: Center Frequency)를 혼합한 혼합 주파수로 구성하여 신호의 감도와 특성을 향상시켰다 또한 수신부는 발신부에서 발사된 적외선의 주파수 대역에 해당하는 주파수 파장영역(入)의 적외선만을 감지할 수 있도록 설계하여 기타 광원에 의한 잡음에 강건하도록 설계 하였다.
- 또한 각각의 채널의 적외선 발신부에서 LED 연결 가변저항을 통한 적외선 감도조절을 통해 주행하는 차선의 옆 차선만을 감지 할 수 있도록 하였다. 시스템의 내구성의 강건함을 확보하기 위해 발 신부 적외선LED에 통전되는 전류를 LED의 순방향 순간 최대 허용전류(surge current)의 70%인 1.0A로 설정하였다. 따라서 LED 연결가변저항의 최소 저항값은 4.
- 추가적으로 터널, 우천 시의 상황에서 운전자 측 사이드 미러를 기준으로 실험을 수행하였다. 실약 450km를 주행하며 수행하였다. 기술된 실험결과들은 각 상황에서 대상차종과 색상에 대한 센서의 감지여부를 평균적으로 나타낸 것이다.
- 실차 실험에서 3채널 IR 센서를 이용한 사각지대 감지실험에서는 유효지름(De)이 25mm, 초첨거리 (F.L.)가 35mm인 렌즈를 장착한 센서를 사용하여 시스템을 구성하였다. 각각의 센서 사이의 수평각도 는 10°, 상하각도는 6°로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 실시하였다. 실험대상 차량의 색상도 흰색과 검정색으로 나누어 실험하여 차량의 색상에 따른 센서의 성능 차이를 실험하였다. 실험 결과에 따르면 빛에 의한 산란의 영향이 큰 주간보다는 야간에 검출거리가 증가하였으며 또한 검정색보다는 반사율이 높은 흰색에서 최대 15m 이상까지 검출거 리가 증가함을 알 수 있다.
- 실험은 Table 1 과 같이 태양광의 영향을 알아보기 위하여 태양광이 많은 맑은 날의 주간과 야간으로 나누어 실시하였다. 실험대상 차량의 색상도 흰색과 검정색으로 나누어 실험하여 차량의 색상에 따른 센서의 성능 차이를 실험하였다.
- 실험은 주간, 야간, 터널, 우천 시의 상황에서 수행하였으며, 운전자 측 사이드 미러에 개발한 시스템을 부착하여 실험하였다
- 여기서 혼합된 시스템 고유의 펄스신호를 스위 칭하여 940nm 적외선 파장을 가지는 적외선 LED를 구동하도록 설계하였다. 두 개의 펄스신호의 변조에 의하여 구동된 신호는 적외선 LED의 전력 소모량을 최소화시킬 수 있으며 햇빛 또는 야간의 전조등에 의한 오작동과 잡음의 영향을 줄일 수 있다.
- 운전자의 차선변경 지시등의 점멸에 따라 차량의 선회와 차선변경의 여부를 판단한다. 그리고 차선변경 시에는 적외선 센서 신호에 따라 운전자에게 시각적, 청각적인 경보신호를 통하여 사각지대의 위 험상황과 장애물의 존재유무를 전달한다.
- 적외선 센서를 이용한 차량 사각지대 감지 시스템의 전체 구성은 크게 적외선을 발사하는 발신부, 사각지대 내의 물체에 의하여 반사된 적외선을 감지하는 수신부, 센서의 성능 향상을 위한 광학설계, 그리고 전체 시스템을 제어하고 운전자에게 사각지대 정보를 제공하는 통합제어기로 구성하였다. 또한 적외선 센서는 3개의 발신부 LED와 3개의 수신부로 이루어진 3채널의 시스템으로 구성하였다.
- 제작한 발신부는 적외선을 발신하는 제어 부가 가장 중요한 기능을 수행하며 이를 기초로 제어회로를 구성하였다9) 적외선 발신부는 PIC16F676과 20MHz 발진기를 이용하여 56KHz의 반송 주파수와 2KHz의 중심 주파수를 혼합한 혼합 펄스 신호를 Fig. 2와 같이 생성하였다 즉, 56KHz의 반송 주파수를 2KHz의 중심 주파수로써 On/Off 시켜줌으로써 56KHz의 반송 주파수를 2KHz의 주기로 변조된 벌스를 발신하는 시스템을 구성 하였다.
- 실험을 위주로 진행하였다. 추가적으로 터널, 우천 시의 상황에서 운전자 측 사이드 미러를 기준으로 실험을 수행하였다. 실약 450km를 주행하며 수행하였다.
대상 데이터
- 성능을 비교하였다. 그리고 센서 감지 성능 비교실험은 지름이 25mm인 렌즈와 지름이 35mm인 렌즈들을 사용하여 실행하였다. 실험결과에 따르면 렌즈를 사용하지 않은 센서에 비해 렌즈를 사용 한 센서 의 감지 거리 가 3 배 이상 증가함을 알 수 있다.
- 현재 자동차에 장착되고 있는 차량 사각지대 감지 기술은 카메라를 사용하여 사각지 대의 움직이는 물체를 감지하는 시스템2과 초음파와 레이더를 이용하여 차량주위 전체에서 물체를 감지하는 기술, 6,7) 그리고 본. 논문에서 연구한 적외선 센서를 사용하여 사각지대를 감지하는 시스템 등이 있다.8)최근에는 영상처리를 통하여 위험요소를 검출하는 시스템을 도입하는 경우도 있으나 아직까지는 고급차종에만 적용이 되고있는 것이 실정이다.
- )를결정하였다. 따라서 시스템의 렌즈는 940nm 적외선에 대하여 2.5% 반사율을 가지는 초첨 거리가35mm 이고 유효지름이 25mm인 PCX 렌즈를 사용하였으며 확대율은 약 8배 이다.
- 또한 적외선 센서는 3개의 발신부 LED와 3개의 수신부로 이루어진 3채널의 시스템으로 구성하였다.
- 렌즈의 지름(diameter)은 적외선 LED의 하프앵글 (halfangle,H.A)이 10°인 것을 고려하여 식 (1)의 유효 지름(De)을 바탕으로 선정하였다. 그리고 사이드미러의 크기와 식 (2)의 확대율(magnification ratio, M) 고려하여 렌즈의 초첨 거리(focus length, F.
- 두 개의 펄스신호의 변조에 의하여 구동된 신호는 적외선 LED의 전력 소모량을 최소화시킬 수 있으며 햇빛 또는 야간의 전조등에 의한 오작동과 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 발신부 회로의 구성은 Fig. 3에서 같이 펄스 발생 부, 스위칭 부 그리고 적외선 LED로 되어 있으며 PIC16F676을 이용하여 혼합 펄스를 생성하였다. 생성된 펄스를 이용하여 NPN 트랜지스터에 의하여 스위칭 된 전원을 적외선 LED 공급함으로써 LED가 혼합 펄스 신호에 따라 구동되게 하였다.
- 설계한 사각지대 감지 시스템의 수신부는 다른 광원의 주파수에 대하여 반응하지 않고, 두 개의 펄스에 의하여 변조된 940nm의 적외선에 만 반응하여야 하므로 전치 증폭기와 자동이득 제어기를 내장하고 제어용 중심주파수가 56KHz이며 대역폭이 ±10%인 수신모듈을 사용하였다. 시스템의 적외선 특성을 결정하는 CRF와 CTF의 혼합 펄스에 의해 구동된 적외선이 수신부에 입력되면 CRF는 전치 증폭기에 의하여 제거된다.
성능/효과
- 나타낸 것이다. 결과에서 알 수 있듯이 밝은 색상에서는 차종에 상관없이 센서의 검출성능이 매우 높게 나타났으며, 버스와 같이 평면이 많이 존재하는 차량에서도 높은 감지능력을 나타냈다. 태양광의 영향이 없는 터널 안이나 야간의 경우에는 측방과 후방 감지거리가 약 0.
- 설계하였다. 두 개의 펄스신호의 변조에 의하여 구동된 신호는 적외선 LED의 전력 소모량을 최소화시킬 수 있으며 햇빛 또는 야간의 전조등에 의한 오작동과 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 발신부 회로의 구성은 Fig.
- 실험결과에 따르면 렌즈를 사용하지 않은 센서에 비해 렌즈를 사용 한 센서 의 감지 거리 가 3 배 이상 증가함을 알 수 있다. 렌즈를 사용한 센서 의 감지 성능은 Photo 1 에서 와같이 렌즈에 의해 발신부 적외선이 목표지점에 집중되고 물체에 의한 반사적외선이 수신부에 집중되는 다량의 광량을 포함한 적외선이 발신되고 수신되는 효과에 의해 렌즈를 사용하지 않은 센서의 감지 성능에 비해 향상되었다.
- 본 연구에서 개발한 적외선 센서를 이용한 차량 사각지대 감지장치의 성능실험을 통하여 방법도 충분히 차량의 사각지대를 감지하는 시스템에 적용될 수 있음을 알 수 있었다
- 실차실험에서는 주간의 태양광에 의한 산란잡음에 강인하고 야간의 가로등과 주변 차량의 전조등에 의한 잡음에 강인한 센서의 설계로써 검출성능이 높은 시스템의 구축을 확인할 수 있었다 또한 차량의 형상에 따른 반사면의 영향을 성능검증을 수행한 결과 상용화의 가능성도 확인할 수 있었다.
- 실험대상 차량의 색상도 흰색과 검정색으로 나누어 실험하여 차량의 색상에 따른 센서의 성능 차이를 실험하였다. 실험 결과에 따르면 빛에 의한 산란의 영향이 큰 주간보다는 야간에 검출거리가 증가하였으며 또한 검정색보다는 반사율이 높은 흰색에서 최대 15m 이상까지 검출거 리가 증가함을 알 수 있다.
- 그리고 센서 감지 성능 비교실험은 지름이 25mm인 렌즈와 지름이 35mm인 렌즈들을 사용하여 실행하였다. 실험결과에 따르면 렌즈를 사용하지 않은 센서에 비해 렌즈를 사용 한 센서 의 감지 거리 가 3 배 이상 증가함을 알 수 있다. 렌즈를 사용한 센서 의 감지 성능은 Photo 1 에서 와같이 렌즈에 의해 발신부 적외선이 목표지점에 집중되고 물체에 의한 반사적외선이 수신부에 집중되는 다량의 광량을 포함한 적외선이 발신되고 수신되는 효과에 의해 렌즈를 사용하지 않은 센서의 감지 성능에 비해 향상되었다.
- 6(b)에서 보이는 바와 같이 적외선 센서의 측정 범위와 장착 높이 그리고 대상 차량 중 센서감지 목표지점의 높이를 고려하여 센서의 수직 각도를 설정하였다. 측정결과 대상 차량 앞 범퍼의 높이는0.25m이며 센서가 장착된 높이는 사이드 미러 하단부 높이인 0.93m로 나타났다. 그리고 식 (3)을 바탕으로 두 차량 사이의 측정 범위 d가 5~8m으로 설정하여 각각의 센서 수직 각도를 구성하였다.
- 결과에서 알 수 있듯이 밝은 색상에서는 차종에 상관없이 센서의 검출성능이 매우 높게 나타났으며, 버스와 같이 평면이 많이 존재하는 차량에서도 높은 감지능력을 나타냈다. 태양광의 영향이 없는 터널 안이나 야간의 경우에는 측방과 후방 감지거리가 약 0.5m 상승하는 것으로 나타났다. Table 3에서 区는 대상차량이 실험 도로에서 주행하는 상황이 발생하지 않아서 실험을 할 수 없는 경우를 나타내었다.
후속연구
- 향후에는 통합 제어기에서 조향각 센서 신호로부터의 운전자의 차선변경 판단 알고리즘에 대한 연구와 정확한 사각지대 영역을 설정하고 각 채널 간의 연속적인 감지반응을 위하여 상하 및 채널 사이의 각도 등 BDS에 적용되는 모든 각도와 센서가 최대의 성능을 발휘하는 위치, 그리고 센서 장착 차량이 2차선 주행상황을 기준으로 가드레일에 의한 잡음이 발생하지 않는 최대한의 범위에서 적외선 센서 최대한의 성능을 발휘하는 각 채널의 적외선 광에너지 설정에 대한 연구를 하고자 한다.
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