가상 무인 차량 시뮬레이터를 이용한 영상 기반 무인 차량의 원격 조종성 연구 Study on the Remote Controllability of Vision Based Unmanned Vehicle Using Virtual Unmanned Vehicle Driving Simulator원문보기
본 논문에서는 영상기반의 무인 차량에 대한 원격 조종 가능성을 평가할 수 있는 객관적 지표를 제안하고자 한다. 제안된 영상 흔들림 지표의 효용성을 검증하기 위하여, 가상 환경의 무인 차량 시뮬레이터 실험 환경을 통한 주관적인 평가를 수행하였다. 가상 환경 시뮬레이터는 다물체 동역학 기반의 실시간 무인 차량 동역학 프로그램, 모션시뮬레이터, 드라이버 콘솔 등으로 이루어져 있다. 동역학 해석에 의해 차량의 운동이 정의되고, 차체의 움직임이 모션시뮬레이터를 통해 반영된다. 모션시뮬레이터 위의 카메라는 흔들리는 영상정보를 피실험자에게 제공한다. 다양한 노면에 대한 흔들리는 영상에 대하여 객관적인 지표와 피실험자들이 느끼는 주관적인 평가를 비교하여 그 효용성을 분석하였다.
본 논문에서는 영상기반의 무인 차량에 대한 원격 조종 가능성을 평가할 수 있는 객관적 지표를 제안하고자 한다. 제안된 영상 흔들림 지표의 효용성을 검증하기 위하여, 가상 환경의 무인 차량 시뮬레이터 실험 환경을 통한 주관적인 평가를 수행하였다. 가상 환경 시뮬레이터는 다물체 동역학 기반의 실시간 무인 차량 동역학 프로그램, 모션시뮬레이터, 드라이버 콘솔 등으로 이루어져 있다. 동역학 해석에 의해 차량의 운동이 정의되고, 차체의 움직임이 모션시뮬레이터를 통해 반영된다. 모션시뮬레이터 위의 카메라는 흔들리는 영상정보를 피실험자에게 제공한다. 다양한 노면에 대한 흔들리는 영상에 대하여 객관적인 지표와 피실험자들이 느끼는 주관적인 평가를 비교하여 그 효용성을 분석하였다.
In this paper, we proposed an image shaking index to evaluate the remote controllability of vision based unmanned vehicles. To analyze the usefulness of the proposed image-shaking index, we perform subjective tests using a virtual unmanned vehicle driving simulator. The developed driving simulator c...
In this paper, we proposed an image shaking index to evaluate the remote controllability of vision based unmanned vehicles. To analyze the usefulness of the proposed image-shaking index, we perform subjective tests using a virtual unmanned vehicle driving simulator. The developed driving simulator consists of a real-time multibody dynamic software of the unmanned vehicle, a motion simulator, and a driver console. We perform dynamic simulations to obtain the motion of the unmanned vehicle running on the various road surfaces such as ISO roughness level A~E roads. The motion of the vehicle body is reflected in the motion simulator. Then, to enable remote control operation, we offer to operators the image data that was measured using the camera sensor on the simulator. We verify the usefulness of the proposed image-shaking index compared with subjective index provided by operators.
In this paper, we proposed an image shaking index to evaluate the remote controllability of vision based unmanned vehicles. To analyze the usefulness of the proposed image-shaking index, we perform subjective tests using a virtual unmanned vehicle driving simulator. The developed driving simulator consists of a real-time multibody dynamic software of the unmanned vehicle, a motion simulator, and a driver console. We perform dynamic simulations to obtain the motion of the unmanned vehicle running on the various road surfaces such as ISO roughness level A~E roads. The motion of the vehicle body is reflected in the motion simulator. Then, to enable remote control operation, we offer to operators the image data that was measured using the camera sensor on the simulator. We verify the usefulness of the proposed image-shaking index compared with subjective index provided by operators.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 무인 차량의 카메라 센서로부터 전달된 영상 정보에 대해서 원격 조종이 가능한지를 평가할 수 있는 객관적인 영상 흔들림 지표를 제시하고, 주관적 평가를 통해서 제안된 지표의 효용성을 검증하였다.
본 논문에서는 무인 로봇의 원격 조종의 가능성 여부를 객관화하기 위하여 영상기반의 흔들림 지표를 제안하였다. 이를 위하여, 실제 환경과 유사하도록 실시간 무인 차량 동역학 해석 프로그램, 모션시뮬레이터, 운전자 환경 등을 구성하였다 영상 흔들림 지표의 검증을 위하여 다양한 노면에서의 분석을 수행하였다.
제안 방법
본 논문에서는 영상정보의 흔들림 정도에 대하여 객관적 지표를 생성하기 위하여 Fig. 5와 같이 가상 주행환경에 고정된 임의의 두 점을 설정하고, 카메라를 통하여 매 영상프레임 마다 이 두 점의 움직임을 분석하였다.
구축된 시험환경은 사용자로부터 차량의 주행속도와 노면의 정보 등의 주행 환경 조건을 입력 받아 실시간 동역학 해석 프로그램에 전달된다. 여기서, 무인 차량의 거동을 정확하게 묘사하기 위하여 무인 차량의 실시간 다물체 동역학 기반의 해석 프로그램을 활용하였다. (5) 해석의 결과로 차체의 6자유도 운동이 모션시뮬레이터에 인가되고, 모션시뮬레이터의 상판에 부착된 카메라는 조종자에게 차량의 거동에 의해 흔들리는 차량 전방의 가상환경 영상을 제공한다.
영상처리 기법을 활용하여 두 가지 색의 고정된 원형 이미지의 색상 데이터를 획득하고, 원형 마커 영역과 영역의 중점을 출력한다. 계산된 두 점의 위치를 이용하여, 두 점을 잇는 벡터의 가운데 점 위치를 계산한다.
본 논문에서는 무인 로봇의 원격 조종의 가능성 여부를 객관화하기 위하여 영상기반의 흔들림 지표를 제안하였다. 이를 위하여, 실제 환경과 유사하도록 실시간 무인 차량 동역학 해석 프로그램, 모션시뮬레이터, 운전자 환경 등을 구성하였다 영상 흔들림 지표의 검증을 위하여 다양한 노면에서의 분석을 수행하였다. ISO 규격의 A에서 E등급에 대해서 차량의 속도를 증가시켜 가며 실험한 결과 제안한 영상 흔들림 지표와 원격조종자 설문조사에 의한 주관적 지표는 전체적으로 유사한 경향성을 갖는 것을 확인하였다.
제안된 영상 흔들림 지표를 검증하기 위하여 험지 주행 조건에서 주행시험을 수행하였다. 험지는 ISO 규격의 A 등급에서 E 등급까지 분류하였고, 차량의 속도는 3km/h에서 15km/h까지 3km/h씩 증가시켜 가며 시험하였다.
대상 데이터
개발된 무인 차량 대상체는 Fig. 1과 같은 차륜형 국방 로봇으로 6개의 바퀴와 현수장치, 카메라, 등으로 구성되어있다. 실시간 동역학 해석을 위한 부분시스템 합성방법은 동일한 구조를 갖는 시스템을 해석할 때, 큰 운동방정식을 계산하지 않고, 작은 크기의 같은 운동방정식을 여러 번 계산하여 효율성을 높인다.
데이터처리
또한 제공된 영상은 제안된 흔들림 지표에 의해 객관적으로 평가되고, 원격조종 운전자를 통한 주관적 평가가 수행된다. 결과적으로 제안된 영상 흔들림 지표는 이와 같은 가상 무인 차량 시뮬레이터에 의해서 주관적 지표와 비교 검증된다.
3과 같은 원격조종 운전자 환경에서 영상장치로부터 전송된 가상 환경 영상을 보며 가상의 무인 차량을 조종하는 실내 시험 시스템에서는 운전자의 입력 신호에 따라 실시간으로 생성된 가상 차량의 모션이 모션 시뮬레이터에 인가되어야 한다. 이러한 실시간 차량 모션 생성을 위해서 본 논문에서는 부분 시스템 합성방법 기반의 무인 차량의 실시간 다물체 동역학 해석프로그램을 이용하였다.(5)
성능/효과
여기서, 무인 차량의 거동을 정확하게 묘사하기 위하여 무인 차량의 실시간 다물체 동역학 기반의 해석 프로그램을 활용하였다. (5) 해석의 결과로 차체의 6자유도 운동이 모션시뮬레이터에 인가되고, 모션시뮬레이터의 상판에 부착된 카메라는 조종자에게 차량의 거동에 의해 흔들리는 차량 전방의 가상환경 영상을 제공한다. 또한 제공된 영상은 제안된 흔들림 지표에 의해 객관적으로 평가되고, 원격조종 운전자를 통한 주관적 평가가 수행된다.
이를 위하여, 실제 환경과 유사하도록 실시간 무인 차량 동역학 해석 프로그램, 모션시뮬레이터, 운전자 환경 등을 구성하였다 영상 흔들림 지표의 검증을 위하여 다양한 노면에서의 분석을 수행하였다. ISO 규격의 A에서 E등급에 대해서 차량의 속도를 증가시켜 가며 실험한 결과 제안한 영상 흔들림 지표와 원격조종자 설문조사에 의한 주관적 지표는 전체적으로 유사한 경향성을 갖는 것을 확인하였다.
후속연구
추후 연구로는 지표의 보다 신뢰성 있는 평가를 위해서는 원격조종자의 주관적 설문 평가에 있어서 불편함 정도의 세분화가 필요하다. 또한 본 연구가 가상현실을 바탕으로 이루어져 있기 때문에 실제 가상 현실과의 차이에 대한 분석이 필요하며, 곡선주행에 대한 추가적인 실험이 수행되어야 할 필요가 있다.
본 논문의 결과를 이용하여, 영상정보를 이용한 원격 조종성에 대한 가능 여부를 객관적인 지표를 통한 평가가 가능 하고, 나아가 시스템의 설계 단계에서 원격조종성 향상을 위한 기계적 영상 안정화 시스템의 안정화 성능 요구도 설정에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
추후 연구로는 지표의 보다 신뢰성 있는 평가를 위해서는 원격조종자의 주관적 설문 평가에 있어서 불편함 정도의 세분화가 필요하다. 또한 본 연구가 가상현실을 바탕으로 이루어져 있기 때문에 실제 가상 현실과의 차이에 대한 분석이 필요하며, 곡선주행에 대한 추가적인 실험이 수행되어야 할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원격 조종 기술에서 영상 정보의 평가가 중요한 이유는?
이러한 원격 조종 기술은 전달받은 영상 정보에 지배적으로 영향을 받기 때문에, 영상 정보의 평가가 매우 중요하다. 영상 기반의 원격 조종을 위한 기존 연구를 살펴보면, Jang(2)은 탈것을 탑승했을 때 발생하는 멀미증상을 저주파수로 이동하는 대상에 대한 시각적 멀미에 대해 연구하였다.
국방 무인차량이 수동적으로 플랫폼을 제어하는 원격조종 기술을 필요하는 이유는 무엇인가?
특히 Fig. 1과 같은 국방 무인 차량은 일반적으로 야지 또는 비포장 도로에서 구동 되어야 하므로 노면, 장애물 등의 불확실성에 대해서 차량의 안정성을 확보하기 어렵다. 그러므로 차량의 영상센서로부터 제공된 정보를 조종자가 직접 판단하여 수동적으로 플랫폼을 제어하는 원격조종 기술이 필요하다.
본 연구에서 원격 조종성의 가상 실험환경은 어떻게 분류되는가?
- 무인 차량 실시간 동역학 해석 프로그램
- 모션시뮬레이터
- 운전자 환경
참고문헌 (9)
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