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IPM기반 곡선 차선 검출기 하드웨어 구조 설계 및 구현
Hardware Architecture Design and Implementation of IPM-based Curved Lane Detector 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.10 no.4, 2017년, pp.304 - 310  

손행선 (Korea Electronics Technology Institute) ,  이선영 (Korea Electronics Technology Institute) ,  민경원 (Korea Electronics Technology Institute) ,  서성진 (Hyundai MOBIS Technical R&D center)

초록
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본 논문은 자율주행자동차가 곡선 주행 차로를 따라 주행 경로를 인지하고 경로 제어가 가능하도록 하기 위한 IPM 기반의 차선 검출기 구조에 대해 제안하고 RTL (Register Transfer Level) 기반의 회로 구현 결과에 대해 설명한다. 제안한 회로 구조는 곡률이 심한 차선에 대해 높은 정확도를 보장하기 위해 역투영 정합 영상을 Near/Far 영역으로 구분하여 허프 변환과 차선의 후보 영역 검출 연산을 적용한다. 자율주행자동차의 경우 다양한 알고리즘을 탑재해야 하므로 임베디드 시스템에서 차선 인식기의 시스템 자원 사용량을 줄이기 위해 차선 인식에 사용하는 영상 데이터 및 각종 파라미터 데이터에 대해 메모리 접근 회수를 최소화하는 방법을 제안하였다. 제안한 회로는 Xilinx Zynq XC7Z020에서 LUT 16%, FF 5.9%, BRAM 29%의 FPGA 자원 점유율을 보였으며 100MHz 클럭에서 Full-HD ($1920{\times}1080$) 영상을 초당 42장 처리 가능한 성능을 갖고 약 96% 차선 인식률을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose the architecture of an IPM based lane detector for autonomous vehicles to detect and control the driving route along the curved lane. In the IPM image, we divide the area into two fields, Far/Near Field, and the lane candidate region is detected using the Hough transform to...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 도로 곡률 추정을 위한 역투영 정합기반 곡선 차선 검출 방법에 대해 제안하고 FPGA기반의 임베디드 시스템에서 효율적으로 하드웨어 회로를 구현하기 위한 회로 구조와 그 구현 결과에 대해 설명하였다. 도로 영상이 역투영정합 기반의 영상 데이터로 변환을 통해 원근감에 의해 근거리의 객체가 크게, 원거리의 객체가 작게나타나는 현상을 제거하여 안정적으로 차선 검출이 가능하다록 하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 단점을 극복하기 위해 역투영 정합 기법 기반 탑뷰 (Top view) 영상을 생성한 후에 2차원 가우시안 필터를 적용하여 차선을 더욱 강조하고 노이즈를 제거하는 곡선 차선탐지 방법을 제안한다. 곡선을 보다 강건하게 만들기 위해 근거리영역 (Near Field)와 원거리영역(Far Field)으로 나누어 허프 변환 (Hough Transform)을 수행하여 차선의 후보들을 검출한다.
  • 또한 자율주행자동차는 하나의 시스템에 다양한 알고리즘을 탑재하여 차선 인식 뿐만 아니라 주행 경로 설정, 도로 상의 객체 탐지 등을 통합 처리해야 하므로 차량 탑재 임베디드 시스템에서 제공하는 자원을 효율적으로 사용해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 임베디드 시스템에 차선 인식기를 탑재할 때 시스템 자원의 효율적인 사용을 위해 차선 인식에 사용하는 영상 데이터 및 각종 파라미터 데이터에 대해 메모리 접근 회수를 최소화하는 방법을 제안하였다. 제안한 차선 검출방법을 회로로 구현하여 실험한 결과, 약 96% 차선 인식률을 보였으며 Xilinx Zynq XC7Z020에서 LUT16%, FF 5.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자율 주행 차량에서 자율적인 이동을 위해 필요한 것은? 전방 차선에 대한 차량의 침법 또는 이탈 여부에 대한 판단 기능만을 요구하는 기존 ADAS(Advanced Driver Assistance System)용 차선인식 알고리즘과 달리, 자율 주행 차량에서는 자율적인 이동을 위해 주행 중에 나타나는 다양한 종류의 차선을 인식하여 스티어링 제어가 이루어져야 하므로 차선의 변경 여부를 판단 할뿐만 아니라 현재 주행하고 있는 차선의 곡률에 대한 정확한 정보를 추출 할 필요가 있다. 기존 연구에서는 B-spline이나 Snake와 같은 알고리즘을 기반으로 차선의 곡률을 정합함으로써 곡선 도로상에서 차량의 차선 이탈을 보다 정확하게 검출하기 위한 다양한 방법이 제안되었다[1,2,3].
차선의 곡률 정보를 얻기위해 B-spline이나 Snake와 같은 알고리즘을 기반으로 차선의 곡률을 정합하는 기존의 방법의 문제점은? 기존 연구에서는 B-spline이나 Snake와 같은 알고리즘을 기반으로 차선의 곡률을 정합함으로써 곡선 도로상에서 차량의 차선 이탈을 보다 정확하게 검출하기 위한 다양한 방법이 제안되었다[1,2,3]. 그러나 기존 방법은 좌/우 차선에 대해 차선 검출 결과를 개별적으로 정합시킴으로써 최종 차선의 곡률을 정밀하게 추출하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 RANSAC 알고리즘과 역투영 정합기법 (IPM, Inverse Perspective Mapping)을 적용하여 이미지를 탑뷰 (Top view)로 변환하고 좌/우차선의 곡률에 따라 차선 검출 매칭을 수행하는 알고리즘이 제안되었다[4].
RANSAC 알고리즘과 역투영 정합기법을 적용하여 이미지를 탑뷰로 변환하고 좌/우차선의 곡률에 따라 차선 검출 매칭을 수행하는 알고리즘의 장단점은? 이러한 문제를 해결하기 위해 RANSAC 알고리즘과 역투영 정합기법 (IPM, Inverse Perspective Mapping)을 적용하여 이미지를 탑뷰 (Top view)로 변환하고 좌/우차선의 곡률에 따라 차선 검출 매칭을 수행하는 알고리즘이 제안되었다[4]. 이 방법은 곡선 차선을 인식하기 위해 먼저 직선을 인식하고 직선의 끝부분에 후보점을 생성하여 색상이 있는 경우 후보 점들을 연결하여 곡선 차선을 인식할 수 있지만 잡음에 매우 민감하다는 단점이 있다.
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참고문헌 (6)

  1. H. Jang, S. Baek, and S. Park, "Curved lane detection using robust feature extraction," IEEE International Conference on Systems and Informatics. pp.109-112, Nov. 2014. 

  2. Zu Kim, "Realtime lane tracking of curved local road," IEEE Intelligent Transportation Systems Conference, pp. 1149-1155, Sep. 2006. 

  3. J. Deng and Y. Han. "A real-time system of lane detection and tracking based on optimized RANSAC B-spline fitting," Research in Adaptive and Convergent Systems, pp.157-164, Oct. 2013. 

  4. Z. Ying and G. Li, "Robust lane marking detection using boundary-based inverse perspective mapping," IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, pp.1921-1925, Mar. 2016. 

  5. M. Bertozzi and A. Broggi, "Real-time lane and obstacle detection on the GOLD system," IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp.213-218, Sep. 1996. 

  6. A. Borkar, M. Hayes, and M. T. Smith, "A novel lane detection system with effi cient ground truth generation," IEEE Trans. Intell. Transp. Syst., vol.13, no.1, pp.365-374, Mar. 2012. 

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