본 논문은 차량 안전시스템을 위한 지능형 HUD 시스템의 특성을 고찰하였다. HUD 시스템은 차량에서 향상된 운전자 정보전달과 새로운 지능형 교통시스템을 제공한다. 자동차의 속도, 거리표시, 엔진 RPM, 내비게이션, 엔진 온도, 연료 게이지, 방향지시등, 경고 표시등에 대한 기본적인 정보를 운전자에게 전달한다. 본 논문에서 설계한 지능형 HUD 시스템은 TFTLCD, LCD 백라이트 LED, 평면 미러, 특수 제작된 렌즈 및 구동회로로 구성되었다. 본 논문은 운전자 안전성을 고려한 차량용 지능형 HUD 시스템을 제작, 분석하였다.
본 논문은 차량 안전시스템을 위한 지능형 HUD 시스템의 특성을 고찰하였다. HUD 시스템은 차량에서 향상된 운전자 정보전달과 새로운 지능형 교통시스템을 제공한다. 자동차의 속도, 거리표시, 엔진 RPM, 내비게이션, 엔진 온도, 연료 게이지, 방향지시등, 경고 표시등에 대한 기본적인 정보를 운전자에게 전달한다. 본 논문에서 설계한 지능형 HUD 시스템은 TFT LCD, LCD 백라이트 LED, 평면 미러, 특수 제작된 렌즈 및 구동회로로 구성되었다. 본 논문은 운전자 안전성을 고려한 차량용 지능형 HUD 시스템을 제작, 분석하였다.
This paper deals with implementation of intelligent head up display for vehicle safety system. The Implanted new intelligent transport system offer the potential for improved vehicle to driver communication. The most commonly viewed information in a vehicle is from the Head up display, where speed, ...
This paper deals with implementation of intelligent head up display for vehicle safety system. The Implanted new intelligent transport system offer the potential for improved vehicle to driver communication. The most commonly viewed information in a vehicle is from the Head up display, where speed, tachometer, engine RPM, navigation, engine temperature, fuel gauge, turn indicators and warning lights provide the driver with an array of fundamental information. TFT LCD, LCD Back light led, plane mirror, lens and controllers parts were designed to head up display system. Finally, In this paper, we analyze intelligent head up display system for vehicle of driver safety.
This paper deals with implementation of intelligent head up display for vehicle safety system. The Implanted new intelligent transport system offer the potential for improved vehicle to driver communication. The most commonly viewed information in a vehicle is from the Head up display, where speed, tachometer, engine RPM, navigation, engine temperature, fuel gauge, turn indicators and warning lights provide the driver with an array of fundamental information. TFT LCD, LCD Back light led, plane mirror, lens and controllers parts were designed to head up display system. Finally, In this paper, we analyze intelligent head up display system for vehicle of driver safety.
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문제 정의
또한 나이트비전(Night Vision : 야간 운전 시 운전자의 시야를 확보하도록 도와주는 카메라 영상) 영상을 보여 줌으로써 야간 운전 시 보행자나 방해물의 시야를 확보하여 충돌 사고 등을 미연에 예방한다[15-18]. 따라서 본 논문에서는 운전자 통합 스마트 모니터를 위한 지능형 Head-Up Display장치를 개발하여 분석 및 적용함으로써 자동차 운전자의 편의성 및 안전성을 확보할 수 있도록 구현하였다. 향후, HUD를 적용이 가능한 운송 교통수단인 기차의 야간운행에 안전한 철길 상황이나 선로의 방향 지시의 기능적용이 가능하며 위성 항법장치기능을 추가한 선박용 통합 스마트 모니터는 육안으로 식별하기 어려운 선박의 야간 충돌 및 항해 때 생기는 각종 위험 요소들을 해결 하는 등에 응용이 가능하다.
본 논문에서는 차량 안전시스템을 위한 운전자 보조 통합 스마트 모니터 지능형 HUD 시스템을 제작 및 분석하였다. 운전자의 눈의 초점을 이동하게 되는 결상 영상의 경우 HUD의 본연의 목적에서 벗어나므로, 눈의 초점이동 없이 차량 전방 감시와 차량 정보를 습득할 수 있도록 결상 영상과 눈의 거리를 논의하며, 시험 및 검증하여 시인 성을 광학 시뮬레이션을 통해 개선하였다.
제안 방법
통합 스마트 HUD 시스템의 하드웨어 구성은 중앙 처리 신호, 그래픽 처리 회로, 전원회로, 통신 등으로 구성되어져 있다. 고성능 32Bit 마이크로프로세서는 TFT LCD 그래픽 처리 및 LCD 백라이트 LED를 구동할 수 있게 설계되었고 Night vision 및 후방 카메라 입력신호와 그래픽 컨트롤러 IC를 사용하여 영상신호를 아날로그 또는 디지털로 그래픽 처리를 하였다. 자동차의 ECU와 HUD의 인터페이스는 자동차의 핵심통신방인 CAN 통신을 채택하였고, 전원회로에서 EMI, EMC 문제로 마이크로프로세서와 그래픽 처리 부분의 회로를 분리, 고성능의 DC-DC 컨버터의 노이즈를 고려한 설계, 그래픽 컨트롤러의 고주파 노이즈 억제에 필요한 회로를 추가하여 설계 및 분석하였다.
그림 6과 같이 광학계 시스템에서 TFT LCD로부터 생성되는 이미지는 다중초점 곡면미러 및 평면경을 통하여 윈드실드에 상이 맺어지며 실재 보이는 효과는 윈드실드 앞에서 이미지의 상이 맺히도록 그 특성을 시뮬레이션 하였다.
운전 중에 카메라에서 입력되는 영상신호는 비디오처리 회로에서 신호처리되어 TFT LCD에 화면이 출력되며, 윈드실드에서 보이는 화면밝기를 LCD 백라이트에서 효율적으로 밝기를 제어해주는 LED 구동회로로 구현 하였다. 또한, 여러 운전자의 다양한 시야조건을 만족할 수 있도록 다중초점 곡면미러와 평면경에 높이 조절용 모터를 구동할 수 있는 미러 구동 모터 회로로 H/W를 구성하였다.
복잡한 통신 및 영상 알고리즘 처리를 위해 최대한 간결한 소스코드 설계 및 임베디드 분야에 널리 사용되고 있는 C 언어를 사용하여 설계하였으며, 모듈단위로 소프트웨어를 작성하여 소프트웨어의 품질 강화 및 재사용성을 확보하였다. 그림 11은 통합 스마트 모니터 시스템의 소프트웨어 블록도를 나타내었으며, 입력부는 HUD 전원, CAN통신, 하이빔, 시트밸트, 미러모터, 나이트비전 전원, 조광등으로 구성되며, 출력부에서는 TFT LCD, 미러 높이조절부, 후방 카메라, 나이트비전, 속도, 시트밸트등 각종 경고등으로 구성되어있다.
본 논문에서 적용한 통합 스마트 모니터 HUD 시스템은 표시기 TFT LCD와 LCD 백라이트 LED를 광원으로 이미지를 생성하고 TFT LCD로부터 생성된 디스플레이 이미지는 평면 미러와 다중초점 곡면미러를 통해 이미지왜곡을 보정하며, 특수 제작한 렌즈를 사용하여 윈드실드로 전송된 이미지를 투사 및 이중상이 제거되어 운전자의 시선에 수많은 자동차 정보가 표시된다. 통합 스마트 모니터 시스템의 패키지는 밝고, 또렷한 이미지 확보를 위한 효율적인 광학 경로 확보를 최우선으로 하여 설계되었으며, TFT LCD로부터 발생되는 열은 효과적인 방출과 회로기판의 최적화된 배치를 모두 고려하여 설계되었다.
본 시스템의 광학계 특성은 차량에 장착이 용이 하도록 최대한 작은 사이즈의 패키지로 제작하여 윈드실드 아래쪽에 표시할 수 있도록 광학적인 시뮬레이션을 통하여 더 적절한 위치를 선정하였다. 그림 3은 운전자가 주변 환경에 대한 반응 시간을 Cluster 와 HUD를 비교하였으며, 그림 4는 무한대에 맞춰져 있는 운전자의 눈동자의 초점 변화 없이 영상 인식이 가능한 최소 표시 거리는 2m ∼ 2.
자동차의 ECU와 HUD의 인터페이스는 자동차의 핵심통신방인 CAN 통신을 채택하였고, 전원회로에서 EMI, EMC 문제로 마이크로프로세서와 그래픽 처리 부분의 회로를 분리, 고성능의 DC-DC 컨버터의 노이즈를 고려한 설계, 그래픽 컨트롤러의 고주파 노이즈 억제에 필요한 회로를 추가하여 설계 및 분석하였다. 운전 중에 카메라에서 입력되는 영상신호는 비디오처리 회로에서 신호처리되어 TFT LCD에 화면이 출력되며, 윈드실드에서 보이는 화면밝기를 LCD 백라이트에서 효율적으로 밝기를 제어해주는 LED 구동회로로 구현 하였다. 또한, 여러 운전자의 다양한 시야조건을 만족할 수 있도록 다중초점 곡면미러와 평면경에 높이 조절용 모터를 구동할 수 있는 미러 구동 모터 회로로 H/W를 구성하였다.
본 논문에서는 차량 안전시스템을 위한 운전자 보조 통합 스마트 모니터 지능형 HUD 시스템을 제작 및 분석하였다. 운전자의 눈의 초점을 이동하게 되는 결상 영상의 경우 HUD의 본연의 목적에서 벗어나므로, 눈의 초점이동 없이 차량 전방 감시와 차량 정보를 습득할 수 있도록 결상 영상과 눈의 거리를 논의하며, 시험 및 검증하여 시인 성을 광학 시뮬레이션을 통해 개선하였다. 제작된 지능형 HUD 시스템은 TFT LCD와 LCD 를 광원으로 하여 이미지를 생성하고 TFT LCD로 부터 생성된 디스플레이 이미지는 평면경 미러와 다중초점 곡면미러를 통해 이미지왜곡을 보정하며, 특수 제작한 렌즈를 사용하여 윈드실드로 전송된 이미지를 투사하여 운전자의 시선에 자동차 안전 및 편의 정보가 표시된다.
고성능 32Bit 마이크로프로세서는 TFT LCD 그래픽 처리 및 LCD 백라이트 LED를 구동할 수 있게 설계되었고 Night vision 및 후방 카메라 입력신호와 그래픽 컨트롤러 IC를 사용하여 영상신호를 아날로그 또는 디지털로 그래픽 처리를 하였다. 자동차의 ECU와 HUD의 인터페이스는 자동차의 핵심통신방인 CAN 통신을 채택하였고, 전원회로에서 EMI, EMC 문제로 마이크로프로세서와 그래픽 처리 부분의 회로를 분리, 고성능의 DC-DC 컨버터의 노이즈를 고려한 설계, 그래픽 컨트롤러의 고주파 노이즈 억제에 필요한 회로를 추가하여 설계 및 분석하였다. 운전 중에 카메라에서 입력되는 영상신호는 비디오처리 회로에서 신호처리되어 TFT LCD에 화면이 출력되며, 윈드실드에서 보이는 화면밝기를 LCD 백라이트에서 효율적으로 밝기를 제어해주는 LED 구동회로로 구현 하였다.
그림 10은 실제 제작된 통합 스마트 모니터 시스템이다. 통합 스마트 모니터 시스템은 고속의 통신 신호로 각종 영상신호를 처리하기 때문에 전자파에 민감하게 반응할 가능성이 존재하므로 전자파를 고려한 부품선정 및 회로구성, PCB 설계로 H/W를 구현하였으며, HUD 시스템의 S/W 구성으로는 마이크로 컨트롤러의 디스플레이 알고리즘, 그래픽 컨트롤러의 TFT LCD 및 LCD 백라이트 LED 제어, 나이트비전의 입력신호 제어, CAN 통신을 통한 속도, RPM, 방향지시등, 각종 경고등의 신호를 처리 할 수 있도록 모듈 단위로 S/W를 구현하였다.
본 논문에서 적용한 통합 스마트 모니터 HUD 시스템은 표시기 TFT LCD와 LCD 백라이트 LED를 광원으로 이미지를 생성하고 TFT LCD로부터 생성된 디스플레이 이미지는 평면 미러와 다중초점 곡면미러를 통해 이미지왜곡을 보정하며, 특수 제작한 렌즈를 사용하여 윈드실드로 전송된 이미지를 투사 및 이중상이 제거되어 운전자의 시선에 수많은 자동차 정보가 표시된다. 통합 스마트 모니터 시스템의 패키지는 밝고, 또렷한 이미지 확보를 위한 효율적인 광학 경로 확보를 최우선으로 하여 설계되었으며, TFT LCD로부터 발생되는 열은 효과적인 방출과 회로기판의 최적화된 배치를 모두 고려하여 설계되었다. 그림 1은 구현한 통합 스마트 모니터 지능형 HUD 시스템의 전체 구성도를 보여주고 있다.
대상 데이터
운전자의 눈의 초점을 이동하게 되는 결상 영상의 경우 HUD의 본연의 목적에서 벗어나므로, 눈의 초점이동 없이 차량 전방 감시와 차량 정보를 습득할 수 있도록 결상 영상과 눈의 거리를 논의하며, 시험 및 검증하여 시인 성을 광학 시뮬레이션을 통해 개선하였다. 제작된 지능형 HUD 시스템은 TFT LCD와 LCD 를 광원으로 하여 이미지를 생성하고 TFT LCD로 부터 생성된 디스플레이 이미지는 평면경 미러와 다중초점 곡면미러를 통해 이미지왜곡을 보정하며, 특수 제작한 렌즈를 사용하여 윈드실드로 전송된 이미지를 투사하여 운전자의 시선에 자동차 안전 및 편의 정보가 표시된다. 주위 배경 및 밤과 낮의 밝기에 따라 이미지가 두 개로 보이는 이중상의 표시 문제와 이미지가 기울어지는 현상을 볼 수 있었다.
후속연구
이러한 문제는 고확대 광학기술 및 왜곡 보정 시뮬레이션으로 밝고 선명한 디스플레이를 위한 빛의 반사 구조, 이미지의 확대/축소를 위해 미러의 광학계 설계 및 윈드실드 문제를 해결 할 수 있다. 향후 이러한 문제점을 보완 할 수 있도록 TFT LCD의 광원 소스를 대체하는 레이저 다이오드를 사용하여 레이저 다이오드의 장점인 빛의 직진성을 이용한 레이저 프로젝터 HUD 시스템의 적용 및 연구분석이 필요하다.
따라서 본 논문에서는 운전자 통합 스마트 모니터를 위한 지능형 Head-Up Display장치를 개발하여 분석 및 적용함으로써 자동차 운전자의 편의성 및 안전성을 확보할 수 있도록 구현하였다. 향후, HUD를 적용이 가능한 운송 교통수단인 기차의 야간운행에 안전한 철길 상황이나 선로의 방향 지시의 기능적용이 가능하며 위성 항법장치기능을 추가한 선박용 통합 스마트 모니터는 육안으로 식별하기 어려운 선박의 야간 충돌 및 항해 때 생기는 각종 위험 요소들을 해결 하는 등에 응용이 가능하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
통합 스마트 HUD 시스템을 설치하여 얻는 이점은 무엇인가?
차량시스템의 전면에 윈드실드 디스플레이를 통하여 편의 장치 증대에 대한 요구를 만족 시키고, 안전 주행을 도와주는 자동차 통합 스마트 모니터 시스템은 운전자 시야 확보를 통한 안전성 및 편의성을 강화한 나이트 비젼, 방향지시등, 내비게이션과 연동하여 Turn by Turn 신호 표시등은 운행 중 내비게이션을 보기위해 시선을 옮기는 불편함을 덜어주며, 시야 이동 없이 운전에만 집중함으로 인한 안전성이 증대된다. 야간에 보행자가 영상으로 보이게 하는 첨단장치인 나이트 뷰는 이미지를 운전자 앞 윈드실드에 선명하게 표시하여 야간 주행 시 인명사고 예방가능하다. 이런 한 나이트비전은 야간 및 터널구간에 넓은 시야를 확보함에 따라 운전이 용이해질 뿐 아니라 안전 운행에도 큰 도움이 된다.
HUD란 무엇인가?
HUD란 운전자 또는 조종사의 시선과 눈의 초점 수렴거리를 크게 변화시키지 않고 주행에 필요한 요소 즉, 속도, 안전표지, 방향안내 등의 운전자가 볼 수 있는 현재 상태를 볼 수 있도록 하여 눈의 피로를 줄이고 시선 이동에 의한 돌발 사고의 위험을 감소시켜 주는 장치이다. 근래에는 항공기뿐만 아니라 자동차에도 응용하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다[3,7].
통합 스마트 HUD 시스템의 하드웨어는 무엇으로 구성되어 있는가?
통합 스마트 HUD 시스템의 하드웨어 구성은 중앙 처리 신호, 그래픽 처리 회로, 전원회로, 통신 등으로 구성되어져 있다. 고성능 32Bit 마이크로프로세서는 TFT LCD 그래픽 처리 및 LCD 백라이트 LED를 구동할 수 있게 설계되었고 Night vision 및 후방 카메라 입력신호와 그래픽 컨트롤러 IC를 사용하여 영상신호를 아날로그 또는 디지털로 그래픽 처리를 하였다.
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