무인자동차의 자율주행에 관한 연구 = A Study on Autonomous Driving for Unmanned Vehicles

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to develop an environmental recognition and navigation system for autonomous vehicles using sensors such as a camera, a laser scanner and a GPS. Autonomous vehicles are capable of sensing their environment and navigating without human input. Camera and laser scanner algorithms were developed to recognize lanes, obstacles and traffic signals surrounding the autonomous vehicles. Sensor fusion methods ware utilized to recognize these lanes, obstacles and traffic signals by combining images from cameras and laser scanners. In addition, a navigation system was developed to drive the autonomous vehicle to desired locations. Stationary environment information gathered by a DGPS sensor such as the position of stop lanes, traffic signs and obstacles was utilized to estimate the exact vehicle position. The environmental recognition and navigation systems were successfully applied to the autonomous vehicle, proving that the developed system can be used for real-time autonomous driving.

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 무인자동차의 자율주행을 위한 센서 데이터 처리 및 센서 융합에 관하여 다룬다. 무인자율 주행 자동차는 운전자 없이 카메라와 같은 장애물 인식장치와 GPS 모듈과 같은 자동 항법 장치를 기반으로 조향, 변속, 가속, 브레이크를 도로환경에 맞춰 스스로 제어해 목적지까지 스스로 주행하는 자동차를 말한다. 무인 자동차의 자율주행을 위해서는 통합 시스템, 항법 시스템, 장애물 인지 시스템, 차량 제어시스템이 필요하다. 본 연구에서는 주변 환경과 장애물 인식을 위한 장애물 인지 시스템 및 항법 시스템을 개발하였다. 레이저 스캐너와 영상센서 융합을 이용해 주변 환경 및 장애물에 대한 인지 및 판단 알고리즘을 제안한다. 무인 자동차의 항법에 사용되는 GPS데이터의 오차를 보정하기 위해 차량내부의 센서 데이터를 이용하는 추측항법과 카메라를 이용한 차선보정 방법을 제안하였다. 또한 3D 레이저 스캐너 정보와 고정 장애물의 DGPS 정보를 이용한 지형대조 항법을 적용하여 무인자동차용 항법시스템을 구성하였다. 본 연구에서 개발된 장애물 인식 및 항법시스템은 계명대학교에서 개발된 무인 자동차에 실제 적용하여 그 성능을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 내용 3
• 1.3 논문 구성 4
• 제 2 장 무인자율주행 시스템 5
• 2.1 차량 구성 및 사양 5
• 2.2 무인자율주행 차량 아키텍처 및 알고리즘 7
• 2.2.1 시스템 아키텍처 7
• 2.2.2 소프트웨어 아키텍처 8
• 제 3 장 센서 인지 및 판단 10
• 3.1 장애물 인식 시스템 10
• 3.2 레이져스캐너 인지 및 판단 10
• 3.2.1 레이져스캐너 인지 및 판단 10
• 3.2.2 2D 레이져스캐너 12
• 3.2.3 3D 레이져스캐너 15
• 3.3 비전 인지 및 판단 16
• 3.3.1 카메라 캘리브레이션 16
• 3.3.2 카메라를 이용한 주변 환경인지 19
• 제 4 장 항법 및 차량제어 알고리즘 25
• 4.1 GPS기반 차량 자세추정 25
• 4.1.1 칼만필터를 이용한 차량 자세 추정 25
• 4.1.2 위성항법 28
• 4.1.3 추측항법 31
• 4.1.4 지형대조항법 32
• 4.2 모션 제어기 33
• 4.2.1 횡방향 제어 33
• 4.2.1 종방향 제어 34
• 제 5 장 결론 및 고찰 36
• 참고문헌 37
• 영문초록 38
• 국문초록 40