KR101116156B1

KR101116156B1 - 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법

Info

Publication number: KR101116156B1
Application number: KR1020110105047A
Authority: KR
Inventors: 남경모; 이재율
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-03-06

Abstract

본 발명은, 탄착 흔적이 남지 않는 바다나 험지로 유도탄이나 포탄의 발사시험을 할 때, 가상 현실 기술로부터 파생된 증강 현실 기법을 이용하여, 탄착 위치를 정확히 계측하고 평가할 수 있는 탄착 위치 평가 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법은, 유도탄이나 포탄이 탄착하는 발사시험 지역 내에 실제표적을 배치하는 표적 설정 단계; 위성항법보정시스템을 이용하여, 실제표적으로부터 수평방향으로 일정 거리만큼 그리고 수직방향으로 일정 고도만큼 떨어진 설정위치에 카메라를 설치하는 단계; 컴퓨터에 의해 생성된 가상표적을 카메라 영상 내의 수면(水面)이나 지면(地面)에 오버랩이 되도록 삽입하여 합성하는 영상 합성 단계: 실측을 통해 얻어진 카메라와 실제표적 사이의 거리 정보 및 고도 정보를 이용하여, 영상 합성 단계에서 만들어진 합성 영상을 보정함으로써 증강 현실을 구현하는 단계; 실제표적을 향해 발사한 유도탄이나 포탄의 탄착 위치가 합성 영상에 나타나도록 촬영하는 탄착 영상 획득 단계; 탄착 영상 획득 단계에서 얻어진 탄착 영상에 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 표시한 후, 카메라 보정과 좌표변환을 통해 탄착 위치에 대한 보정을 행함으로써 탄착 좌표를 획득하는 단계; 및 탄착 좌표를 이용하여, 탄착 정확도, 분산 반경, 탄착 수를 계산하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법{Method for evaluating gunshot position by use of augmented reality technique}

본 발명은, 유도탄이나 포탄의 탄착 정확도를 평가하기 위한 시험 평가 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 탄착 흔적이 남지 않는 바다나 험지로 유도탄이나 포탄의 발사시험을 할 때, 가상 현실 기술로부터 파생된 증강 현실 기법을 이용하여, 탄착 위치를 정확히 계측하고 평가할 수 있는 탄착 위치 평가 방법에 관한 것이다.

유도탄이나 포탄의 발사시험시, 안전상의 이유로, 유도탄이나 포탄의 탄착 표적은 바다로 설정하는 경우가 많다.

첨부된 도 3은, 바다를 향해 발사된 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 계측 및 평가하기 위해, 표적(30) 주위에 다수의 부표(10)를 일정한 간격으로 배치함과 아울러, 부표연결선(20)으로 부표(10)를 묶어 부표(10) 사이의 간격이 유지되도록 한 종래 예(부표설치방법)를 나타낸 것으로서, 유도탄이나 포탄이 해수면에 탄착될 때 발생하는 물기둥(40)을 사진으로 촬영하여 상대거리(물기둥과 표적 사이의 거리)를 계산함으로써 탄착 정확도를 평가하였다.

그런데 이러한 종래의 부표설치방법은, 다수의 부표(10)를 설치하는데 많은 시간과 비용이 소모되고, 또, 부표(10)가 파도에 떠밀려 다님으로써 탄착 정확도의 평가시 많은 오차가 수반되는 단점이 있다.

본 발명은, 부표를 이용한 종래의 탄착 위치 평가 방법이 갖고 있는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 탄착 위치 평가 시험에서 사용하는 표적과 그 밖의 장비(카메라, 컴퓨터)가 종래보다 신속하게 설치될 수 있어서 시험 준비에 따른 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한, 시험 준비가 끝난 후, 바람이나 파도와 같은 요인에 의해 표적(실제표적)의 위치가 다소 변하더라도 이러한 요인이 전혀 영향을 미칠 수 없는 가상표적(그래픽)에 의해 실제표적의 위치변화를 보정하여, 종래보다 10배 이상의 높은 정확도로 탄착 위치를 계측하고 평가할 수 있는 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

이상과 같은 기술적 과제가 해결 가능하도록 구성된 본 발명은, 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법으로서, 탄착 흔적이 남지 않는 바다나 험지에 유도탄이나 포탄이 탄착하는 영상을 촬영해야 하는 경우, 실제표적과 그 주변환경이 나타나 있는 카메라 영상에 가상표적이 삽입된 상태로 탄착 영상을 촬영함으로써, 증강 현실(augmented reality)이 구현되어 있는 이러한 탄착 영상을 이용하여 정확한 탄착 위치를 알아내는 것을 특징으로 한다.

더 구체적으로, 본 발명에 따른 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법은, 유도탄이나 포탄이 탄착하는 발사시험 지역 내에 실제표적을 배치하는 표적 설정 단계; 위성항법보정시스템(DGPS: Differential GPS)을 이용하여, 실제표적으로부터 수평방향으로 일정 거리만큼 그리고 수직방향으로 일정 고도만큼 떨어진 설정위치에 카메라를 설치하는 단계; 컴퓨터에 의해 생성된 가상표적을 카메라 영상 내의 수면(水面)이나 지면(地面)에 오버랩이 되도록 삽입하여 합성하는 영상 합성 단계: 실측을 통해 얻어진 카메라와 실제표적 사이의 거리 정보 및 고도 정보를 이용하여, 영상 합성 단계에서 만들어진 합성 영상을 보정함으로써 증강 현실을 구현하는 단계; 실제표적을 향해 발사한 유도탄이나 포탄의 탄착 위치가 합성 영상에 나타나도록 촬영하는 탄착 영상 획득 단계; 탄착 영상 획득 단계에서 얻어진 탄착 영상에 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 표시한 후, 카메라 보정과 좌표변환을 통해 상기 탄착 위치에 대한 보정을 행함으로써 탄착 좌표를 획득하는 단계; 및 탄착 좌표를 이용하여, 탄착 정확도, 분산 반경, 탄착 수를 계산하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 가상표적은, 실제표적을 중심으로, 반지름이 다른 다수의 동심원이 중첩된 과녁 형상인 것이 좋다. 이들 동심원은, 실제표적을 내려다보고 촬영하는 카메라의 시점(視點)에서 보면 타원으로 보이기 때문에, 합성 영상(또는 탄착 영상) 내에서는 타원으로 나타날 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄착 위치 평가 시험을 수행하기 위한 장비의 세팅이 완료된 후에는, 파도와 같은 환경요인에 의해 실제표적의 위치가 카메라 영상 내에서 조금씩 연속적으로 변하더라도, 카메라 영상 내에 삽입한 가상표적은 이 같은 환경요인에 의한 영향을 받지 않으므로, 카메라 영상 내에서 가상표적의 위치는 조금도 변하지 않고 고정되어 있다는 점이다. 따라서, 실제표적의 위치변화를 보정하면, 정확한 탄착 위치를 계산해 낼 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 탄착 흔적이 남지 않는 바다나 험지에서 발사시험을 할 때, 카메라 영상과 가상표적의 합성 영상을 이용하여 탄착 위치를 정확히 계측하고 평가할 수 있는데, 통상적으로, 일반 카메라로는, 매우 빠른 속도로 이동하는 유도탄이나 포탄이 탄착하는 것을 촬영할 수 없지만, 유도탄이나 포탄이 수면(해수면)에 탄착하는 경우에 탄착이 이루어진 그 수면 위로 물기둥이 치솟기 때문에, 이 물기둥을 보고 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면으로서, 해상에 설치된 표적과 카메라의 위치관계를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법의 공정흐름도.
도 3은 종래의 탄착 위치 평가 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면으로서, 표적 주위에 다수의 부표가 배치되어 있는 예를 나타낸 도면.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법에 대해 설명하는데, 아래의 실시예에서는 탄착 지역이 바다인 것으로 가정한다.

우선, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유도탄이나 포탄이 탄착하는 지역 내에, 실제표적(1), 카메라(2), 그리고 컴퓨터(3)를 설치한다.

이들 실제표적(1)과 카메라(2), 컴퓨터(3)는, 바다의 한 지점에 머물러 있을 수 있는 가설 구조물(예를 들면 철재 파일(pile))을 통해 설치될 수 있다.

카메라(2)는, 실제표적(1)과 그 주변환경을 내려다보면서 촬영할 수 있도록, 실제표적(1)으로부터 수평방향으로 일정한 거리(L)만큼, 그리고 수직방향으로 일정한 고도(H)만큼 떨어진 위치에 설치한다.

또한, 과녁 형상의 가상표적을 생성하여, 카메라 영상 내에 가상표적을 삽입하는 컴퓨터(3)는, 카메라(2) 가까이에 설치한다.

도 2는, 발사시험 지역 내에 설치된 장비(즉, 실제표적(1), 카메라(2), 컴퓨터(3))를 이용하여, 탄착 위치를 평가하는 일련의 과정(공정)을 나타낸 것이다.

본 실시예의 경우, 실제표적(1)과 카메라(2) 사이의 수평 거리(L) 및 해수면과 카메라(2) 사이의 수직 거리(즉, 고도(H))는, 설치의 정밀도를 높이기 위해, 위성항법보정시스템(DGPS: Differential GPS)을 사용하여 계측하며, 이때 계측된 거리(L)와 고도(H)에 대한 정보(즉, 데이터)는, 컴퓨터(3)가 가상표적을 생성할 때에 사용된다.

거리(L) 및 고도(H) 정보에 기초해서 컴퓨터(3)가 생성한 과녁 형상의 가상표적은, 실제표적(1)을 바라보면서 촬영된 카메라 영상 내의 탄착면(해수면)(4)에 일치되도록 또한 실제표적(1)의 영상이 가상표적의 중심에 위치되도록, 카메라 영상 내에 삽입된다.

이렇게 해서, 실제 환경을 촬영한 카메라 영상 내에, 컴퓨터(3)에 의해 생성된 가상표적이 합성되어, 하나의 합성 영상이 만들어진다.

이어, 실측을 통해 얻어진 카메라(2)와 실제표적(1) 사이의 거리 및 고도 정보(즉, 실거리 정보)를 이용하여, 합성 영상에 대한 보정을 행함으로써, 증강 현실을 구현한다.

이상과 같은 과정을 거쳐 장비의 세팅이 완료되면, 실제표적(1)을 향해 유도탄이나 포탄을 발사하여, 탄착면(즉, 해수면)(4)에 유도탄이나 포탄이 탄착하는 장면을 촬영한다.

여기서, 카메라(2)는, 초(sec)당 촬영할 수 있는 프레임 수가 30～60프레임으로 한정되어 있으므로, 탄착면(4)을 향해 고속으로 떨어지는 유도탄이나 포탄을 제대로 촬영할 수 없지만, 탄착면(4)이 해수면인 경우, 유도탄 등이 물속으로 침수되면서 물기둥이 치솟아오르기 때문에, 물기둥이 치솟는 지점을 탄착 지점으로 보고, 각종 정보 처리를 행해도 무방하다.

이후, 이렇게 해서 얻어진 탄착 영상에 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 표시하고, 카메라보정 및 좌표변환을 통해, 정확한 탄착 위치에 대한 좌표(즉, 탄착 좌표)를 획득한다.

끝으로, 이러한 탄착 좌표와 주어진 처리 프로그램을 이용하여, 컴퓨터(3)가 탄착 정확도, 분산 반경, 탄착 수 등을 자동으로 계산해 내거나, 사용자의 개입을 통해, 필요한 데이터 처리가 행해진다.

한편, 본 실시예에서, 가상표적은 과녁 형상으로 제공되었지만, 모눈종이 형상으로 제공되어도 좋다.

또한, 카메라(2) 가까이에 컴퓨터(3)가 설치되었지만, 유/무선통신장치를 이용할 경우, 컴퓨터(3)는 카메라(2)로부터 멀리 떨어져 있어도 좋다.

또한, 앞에서 언급한 합성 영상의 보정, 카메라보정 및 좌표변환을 통한 위치 보정, 좌표를 이용한 데이터 처리 등은, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항일 뿐 아니라, 개개의 목적이나 필요에 따라, 통상의 지식을 가진 자가 공지의 처리방법을 응용하여 용이하게 실시할 수 있는 것이므로, 여기서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

1...실제표적 2...카메라
3...컴퓨터 4...탄착면
H...고도 L...거리
10...부표 20...부표연결선
30...표적 40...물기둥

Claims

증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법으로서,
유도탄이나 포탄이 탄착하는 발사시험 지역 내에 실제표적을 배치하는 표적 설정 단계;
위성항법보정시스템(DGPS: Differential GPS)을 이용하여, 실제표적으로부터 수평방향으로 일정 거리만큼 그리고 수직방향으로 일정 고도만큼 떨어진 설정위치에 카메라를 설치하는 단계;
컴퓨터에 의해 생성된 가상표적을 카메라 영상 내의 수면(水面)이나 지면(地面)에 오버랩이 되도록 삽입하여 합성하는 영상 합성 단계:
실측을 통해 얻어진 카메라와 실제표적 사이의 거리 정보 및 고도 정보를 이용하여, 영상 합성 단계에서 만들어진 합성 영상을 보정함으로써 증강 현실을 구현하는 단계;
실제표적을 향해 발사한 유도탄이나 포탄의 탄착 위치가 합성 영상에 나타나도록 촬영하는 탄착 영상 획득 단계;
탄착 영상 획득 단계에서 얻어진 탄착 영상에 유도탄이나 포탄의 탄착 위치를 표시한 후, 카메라 보정과 좌표변환을 통해 상기 탄착 위치에 대한 보정을 행함으로써 탄착 좌표를 획득하는 단계; 및
탄착 좌표를 이용하여, 탄착 정확도, 분산 반경, 탄착 수를 계산하는 단계;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 탄착 위치 평가 방법.
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