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자율주행 차량의 학습 데이터 자동 생성 시스템 개발
Development of Autonomous Vehicle Learning Data Generation System 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.19 no.5, 2020년, pp.162 - 177  

윤승제 (모라이 기업부설연구소) ,  정지원 (모라이) ,  홍준 (모라이) ,  임경일 (차세대융합기술연구원 경기도자율주행센터) ,  김재환 (차세대융합기술연구원 경기도자율주행센터) ,  김형주 (차세대융합기술연구원 경기도자율주행센터)

초록
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자율주행시스템에서 다양한 센서를 기반으로 한 외부환경 인지는 주행안전성과 직접적인 관계가 있다. 최근 머신러닝/심층 신경망 기술의 발전으로 심층 신경망 기반의 인지 모델이 사용됨에 따라, 인지 알고리즘의 올바른 학습과 이를 위한 양질의 학습데이터가 필수적으로 요구된다. 그러나 자율주행에 발생할 수 있는 모든 상황을 데이터를 수집하는 것은 현실적인 어려움이 많다. 해외와 국내의 교통 환경의 차이로 인지 모델의 성능이 저하되기도 하며, 센서가 정상동작을 못하는 악천우에 대한 데이터는 수집이 어려우며 질적인 부분을 보장하지 못한다. 때문에, 실제 도로가 아닌 시뮬레이터 내 가상 도로 환경을 구축하여 합성 데이터를 수집하는 접근법이 필요하다. 본 논문에서는 국내 실정에 맞게 국내 도로 상황을 모사한 시뮬레이터 환경 안에 날씨와 조도, 차량의 종류와 대수, 센서의 위치를 다양화하여 학습데이터를 수집하였고, 보다 더 좋은 성능을 위해 적대적 생성 모델을 활용하여 이미지의 도메인을 보다 실사에 가깝게 바꾸고 다양화 하였다. 그리고 위 데이터로 학습한 인지 모델을 실제 도로 환경에서 수집한 시험 데이터에 성능 평가를 진행하여, 실제 환경 데이터만으로 학습한 모델과 비슷한 성능을 내는 것을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The perception of traffic environment based on various sensors in autonomous driving system has a direct relationship with driving safety. Recently, as the perception model based on deep neural network is used due to the development of machine learning/in-depth neural network technology, a the perce...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 자율주행이 필요한 객체 인지 모델을 학습하는데 국내 교통 환경을 잘 반영한 데이터의 필요성과 실제 데이터를 대량으로 수집하기 어려운 점을 설명하였고, 이를 간단한 절차로 대량 생성이 가능한 가상 환경 데이터셋으로 해결해보자 하는 방법을 제안하였다.
  • 이에 본 연구에서는 실제 환경에 준하는 환경 구축, 나아가 센서 모델링 기술을 통해 구축된 가상환경에서의 데이터셋을 생성하는 시스템을 제시하고자 한다. 실제 환경에서의 안전한 자율주행을 이끄는 인지 성능 향상을 위해서 실제와 준하는 가상의 주행환경 생성 및 센서 모델링 기술의 적용으로 양질의 학습데이터 생성을 목표로 한다.
  • BDD100K는 주,야간 및 다양한 날씨를 포함하지만, 미국에서 수집되었기 때문에 이를 기반으로 한 모델이 국내의 도로 환경에도 동등한 성능을 낼 수 있을지 보장하지 못한다. 이를 보완하기 위해 MORAI SIM은 가상으로나마 악천후를 재현해서 객체 인지 모델 학습을 위한 데이터셋의 정보들을 보강하고자 한다.
  • 특히 시뮬레이션 플랫폼에서는 국내 도로환경(실제 국내에 존재하는 도로, 국내 표지판, 구급차 등 특수차량) 및 악천우 등 제약없이 구현이 가능하며, 대량의 데이터셋 구축이 가능한 장점을 가진다. 이에 본 연구에서는 실제 환경에 준하는 환경 구축, 나아가 센서 모델링 기술을 통해 구축된 가상환경에서의 데이터셋을 생성하는 시스템을 제시하고자 한다. 실제 환경에서의 안전한 자율주행을 이끄는 인지 성능 향상을 위해서 실제와 준하는 가상의 주행환경 생성 및 센서 모델링 기술의 적용으로 양질의 학습데이터 생성을 목표로 한다.

가설 설정

  • 가상 환경으로 만들어진 데이터셋을 검증하는 방법으론 객체인식 모델을 가상 환경 이미지로 트레이닝 시킨 후, 실제 카메라 이미지로 트레이닝 시킨 것과 비교해보는 것으로 시도했다. 가상 환경의 이미지가 의미가 있다면, 객체 인식 모델의 학습 결과에 의미 있는 성능 변화를 줄 거라는 가정 하에 진행한 것이다.
  • 우선 평가해보고자 하는 요소는 두 가지로, 첫 번째는 논문에서 제시하는 가상환경의 데이터와 Virtual KITTI 둘 중 하나를 학습시키면, 두 YOLO-v3 모델 중 어디가 실제 KITTI에 더 잘 동작하는지의 여부다. 만일 논문에서 제시한 가상 주행 환경의 데이터가 KITTI에 잘 맞는 도메인이라면, Virtual KITTI보다 더 좋은 성능을 내놓을 것이라는 가정이다. 실제로 학습 데이터와 검증 테스트 용 데이터 간의 도메인 차이가 커지면 커질수록 학습된 모델은 테스트 데이터에 대해 인식 결과가 부정확해진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Unity란 무엇인가? 본 논문에서 선정한 개발 엔진은 Unity다. Unity는 UnrealEngine과 함께 게임 개발에 쓰이는 개발 엔진이며, 객체의 색상과 질감 표현 뿐만 아니라, 중력과 충돌, 투과 같은 물리 조건 등도 구현이 가능하다. 이 때문에 자율주행 연구에도 Unreal Engine과 Unity가 사용되고 있다.
자율주행시스템에 장착되는 센서는? 자율주행시스템(Autonomous Driving System)은 인지 판단 제어 등이 포함되는 일련의 자율주행 과정에서 외부환경을 인지하는 것이 주행안전성과 직접적인 관계가 있다, 이를 위해서 LiDAR, Radar, Camera 등의 다양한 센서를 차량에 추가로 장착하여 주행안전성을 최대화 시킨다. 이렇듯 외부환경을 인지하기 위해서 다양한 종류의 센서가 사용되고, 검출 영역과 목적에 맞춰 활용되는 센서의 개수와 위치가 다양하게 정의되어질 수 있다.
인지 알고리즘의 ‘학습(Learning)’ 과정을 위해 필수적으로 요구되는것은? 이렇듯 외부환경을 인지하기 위해서 다양한 종류의 센서가 사용되고, 검출 영역과 목적에 맞춰 활용되는 센서의 개수와 위치가 다양하게 정의되어질 수 있다. 최근 머신러닝 기술의 발전으로 인지율(Recognition rate)이 크게 향상되었지만 이를 위해 반드시 선행돼야 하는 부분은 인지 알고리즘의 ‘학습(Learning)’ 과정이며, 이를 위해서는 ‘학습데이터(Learning Dataset)’가 필수적으로 요구된다. 인지 성능의 향상이란 머신러닝 또는 딥러닝(Deep learning) 알고리즘의 적용만을 통해서 이뤄낼 수 없으며, 양질의 데이터와 이를 기반으로 한 학습, 그리고 테스트와 피드백의 종합적인 과정을 반복함으로써 얻을 수 있다.
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참고문헌 (16)

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  15. Yu F., Chen H., Wang X., Xian W., Chen Y., Liu F., Madhavan V. and Darrell T.(2020), "BDD100K: A Diverse Driving Dataset for Heterogeneous Multitask Learning," Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR), pp.2636-2645. 

  16. Zhu J. Y., Park T., Isola P. and Efros A.(2017), "Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks," Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV), pp.2223-2232. 

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