4.9 자유 공간 탐지(Free Space Detection)

4.9 자유 공간 탐지(Free Space Detection)

1. 정의

자유 공간 탐지(Free Space Detection)는 주행 환경에서 차량이 안전하게 주행할 수 있는 영역(Drivable Area)과 주행이 불가능한 영역(Non-Drivable Area)을 구분하는 과업이다. 자유 공간 정보는 운동 계획(Motion Planning) 모듈이 충돌 없는 궤적을 생성하기 위한 핵심 입력이다.

2. 자유 공간의 정의

자유 공간은 물리적으로 차량이 진입 가능하고 장애물이 존재하지 않는 영역을 의미한다. 도로 표면, 빈 주차 공간 등이 자유 공간에 해당하며, 연석, 가드레일, 건물, 식생, 주차된 차량 등은 비자유 공간에 해당한다.

자유 공간의 경계(Free Space Boundary)는 의미론적 분할의 도로 범주와 유사하나, 보다 보수적인 정의를 사용한다. 예를 들어, 인도는 의미론적으로 별도 범주이지만 물리적으로 차량이 진입 가능할 수 있으며, 자유 공간 탐지에서는 이를 비자유 공간으로 분류하는 것이 일반적이다.

3. 표현 방식

3.1 D 이진 분할

카메라 영상에서 각 픽셀을 자유 공간/비자유 공간으로 분류하는 이진 분할이다. 의미론적 분할 네트워크를 활용하되, 출력을 2개 클래스(자유/비자유)로 단순화한 형태이다.

3.2 BEV 자유 공간 맵

카메라 영상으로부터 BEV 공간에서의 자유 공간 맵을 생성하는 방식이다. 판단 모듈은 BEV 공간에서 작동하므로, BEV 자유 공간 맵은 판단 모듈과의 인터페이스 효율이 높다.

3.3 점유 격자 지도 (Occupancy Grid Map)

주행 환경을 격자 셀로 분할하고 각 셀의 점유 확률을 추정하는 방식이다. 라이다 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 구성되며, 시간에 따라 관측 결과를 누적하여 점유 확률을 갱신한다. 베이즈 필터(Bayesian Filter) 또는 Dempster-Shafer 이론이 확률 갱신에 사용된다.

4. 기술적 과제

  • 동적 객체와 정적 장애물의 구분: 이동 중인 차량과 주차된 차량을 구분하여 자유 공간의 동적 변화를 정확히 추적하여야 한다.
  • 장거리 자유 공간 추정: 고속 주행 시 충분한 계획 구간을 확보하기 위해 장거리에서의 자유 공간 추정이 필요하다.
  • 비구조화 도로: 연석이나 차선 표시가 없는 비구조화 도로에서 자유 공간의 경계를 결정하는 것이 과제이다.

5. 참고 문헌

  • Elfes, A. (1989). Using occupancy grids for mobile robot perception and navigation. Computer, 22(6), 46–57.

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