KR101262181B1

KR101262181B1 - 수족관 내의 로봇 물고기 위치 탐지 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101262181B1
Application number: KR1020100041352A
Authority: KR
Inventors: 명현; 이동화; 김동훈; 김건엽; 정종대
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2013-05-14
Also published as: KR20110121863A

Abstract

본 발명에 따른 로봇 물고기 수족관 시스템은 각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착된 마커를 촬영하는 카메라와, 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부 및 동작 명령을 로봇 물고기에 송신하는 송신기를 포함할 수 있다.

Description

수족관 내의 로봇 물고기 위치 탐지 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING ROBOT FISHES IN AQUARIUM}

본 발명은 위치 탐지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수족관 내의 로봇 물고기들의 위치를 탐지하는 방법에 관한 것이다.

수족관에 관상용 물고기들을 기르는 것은 수초나 물갈이, 먹이 주기 등 세심한 관리가 필요하고 여러 측면에서 유지 비용이 많이 들어 갈 수 있다. 관상용 물고기 중에는 대단히 비싼 물고기도 있고, 거래가 금지된 멸종 어종이거나 희귀 어종이어서 물고기 자체를 입수하지 못할 수도 있다.

최근에는 실제 물고기의 움직임을 모방할 수 있는 로봇 물고기들을 실제 물고기와 함께 수족관에 넣어 전시하거나, 또는 수족관에 로봇 물고기만을 넣어 전시하는 경우도 종종 있다. 예를 들어, 포식성 어종을 로봇 물고기로 대체하면 먹이를 끊임없이 공급하여야 할 필요가 없어지고, 멸종된 어종을 로봇 물고기로 재현하여 교육용으로 전시할 수도 있다.

현재의 로봇 물고기들은 지느러미나 몸통은 실제 물고기와 유사하게 움직일 수는 있도록 개발되고 있지만, 수족관 내에서 자신의 위치를 결정하고 이동 경로를 스스로 결정하는 데에는 어려움이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 로봇 물고기가 수족관 내에서 자신의 위치를 결정하고 이동 경로를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 로봇 물고기 수족관 시스템에 있어서,

각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착된 마커를 촬영하는 카메라;

상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및

상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 송신기를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커는 적외선을 발광하는 적외선 발광체, 적외선 또는 가시광선을 반사하는 광학적 반사체, 또는 주변 환경에 비해 상대적으로 고휘도의 가시광선을 발광하는 고휘도 발광체 중 적어도 한 가지로 구현될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 적외선 발광체로 구현되는 경우에,

상기 제어부는 상기 마커의 촬영을 위해 적외선 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,

상기 송신기는 상기 발광 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하며,

상기 카메라는 상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 적외선 촬영하도록 동작할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 광학적 반사체로 구현되는 경우에,

상기 로봇 물고기 수족관 시스템은 적외선 조명을 더 포함하며,

상기 카메라는 상기 적외선 조명에 의해 조사되는 적외선 조명광을 반사하는 상기 마커를 촬영하도록 동작할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 고휘도 발광체로 구현되는 경우에,

상기 제어부는 상기 마커의 촬영을 위해 고휘도 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,

상기 카메라는 상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 가시광선 촬영하도록 동작할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상은 적어도 두 대의 카메라에 의한 스테레오 영상일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 스테레오 영상에 기초하여 로봇 물고기의 3차원 좌표와, 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)과 같은 자세, 방향, 속도를 판정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 송신기는 상기 동작 명령을 적외선 신호, 초음파 신호 또는 전자파 신호 중 적어도 한 가지에 실어 상기 로봇 물고기에 송신할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 로봇 물고기는 적외선 신호, 초음파 신호 또는 전자파 신호 중 적어도 한 가지를 수신할 수 있는 수신기를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 로봇 물고기에 관하여 판정된 위치 및 자세에 기초한 영상을 표시하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 로봇 물고기 수족관 시스템은,

수조;

고유한 패턴의 적외선 발광 마커를 부착한 로봇 물고기;

상기 수조의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 상기 로봇 물고기의 적외선 발광 마커에 의한 발광을 촬영하는 카메라;

상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 적외선 발광 마커의 이미지로부터 그 적외선 발광 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 적외선 발광 마커의 촬영을 위해 상기 적외선 발광 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,

상기 카메라는 상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 적외선 발광 마커를 적외선 촬영하도록 동작할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 로봇 물고기 수족관 시스템은,

수조;

고유한 패턴의 적외선 반사 마커를 부착한 로봇 물고기;

상기 적외선 반사 마커에 적외선 조명광을 조사하는 적외선 조명;

상기 수조의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 상기 로봇 물고기의 적외선 반사 마커에 의해 반사되는 적외선 반사광을 촬영하는 카메라;

상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 적외선 반사 마커의 이미지로부터 그 적외선 반사 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및

본 발명의 또 다른 측면에 따른 로봇 물고기 수족관 시스템은,

수조;

고유한 패턴의 가시광선 발광 마커를 부착한 로봇 물고기;

상기 수조의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 상기 로봇 물고기의 가시광선 발광 마커에 의한 발광을 촬영하는 카메라;

상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 가시광선 발광 마커의 이미지로부터 그 가시광선 발광 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 가시광선 발광 마커의 촬영을 위해 상기 가시광선 발광 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,

본 발명의 일 측면에 따른 로봇 물고기 수족관 제어 방법에 있어서,

각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착된 마커를 카메라로 촬영하는 단계;

제어부가 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하는 단계;

상기 제어부가 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 단계; 및

상기 제어부로부터 상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 적외선 발광체로 구현되는 경우에, 상기 마커를 카메라로 촬영하는 단계는,

상기 제어부가 상기 마커의 촬영을 위해 적외선 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하는 단계;

상기 제어부로부터 상기 발광 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 단계; 및

상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 적외선 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 광학적 반사체로 구현되는 경우에, 상기 마커를 카메라로 촬영하는 단계는,

적외선 조명광을 상기 마커에 조사하는 단계; 및

상기 적외선 조명광을 반사하는 상기 마커를 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마커가 고휘도 발광체로 구현되는 경우에, 상기 마커를 카메라로 촬영하는 단계는,

상기 제어부가 상기 마커의 촬영을 위해 고휘도 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하는 단계;

상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 가시광선 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 수족관 내에서 로봇 물고기가 자체적으로 위치와 자세를 결정하지 않고 외부에서 로봇 물고기들의 동작을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 물고기의 위치 제어 방법을 예시한 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(10)은 대형 수조(11), 로봇 물고기들(12a, 12b), 카메라들(13a, 13b, ... 13n), 적외선 송신기(14), 제어부(15), 디스플레이(16)를 포함할 수 있다.

대형 수조(11)에는 로봇 물고기들(12a, 12b)이 떠다닌다. 로봇 물고기들(12a, 12b)이 각각 실제 물고기처럼 움직일 수 있는 구동 장치와 배터리를 내장할 수 있지만, 자율적으로 이동 방향이나 속도를 결정하고 다른 로봇 물고기들과 상호 작용하는 것은 다른 문제이다. 본 발명에서는 로봇 물고기들(12a, 12b)의 이동 방향, 속도, 자세(요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll))를 외부에서 결정하여 로봇 물고기들(12a, 12b)에 전송함으로써 이러한 문제를 해결한다.

이를 위해, 수족관 시스템(10)은 특정 로봇 물고기(12a, 12b)의 위치를 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)을 이용하여 실시간적으로 파악하고, 제어부(15)에서 로봇 물고기들(12a, 12b)의 위치, 방향, 속도, 자세를 판정하며, 판정된 위치, 방향, 속도, 자세에 기초한 동작 명령을 로봇 물고기들(12a, 12b)에 전송한다. 로봇 물고기(12a, 12b)는 수신된 동작 명령에 따라 동작한다.

로봇 물고기(12a, 12b)는 기본적인 물고기의 움직임을 모방하여 몸체를 움직일 수 있는 구동 장치와 함께, 전방향 적외선 수신기(omni-directional IR receiver)(121)와 적어도 하나의 적외선 발광 마커(122)를 장착하고 있다. 특히 적어도 하나의 적외선 발광 마커(122)는 각각의 로봇 물고기(12a, 12b)에 고유한 배치 형태를 가지고 장착될 수 있다. 예를 들어, 로봇 물고기(12a)에서 적외선 발광 마커(122)는 머리 부분에 두 개, 꼬리 부분에 하나 배치되어 있는 반면에, 로봇 물고기(12b)에서 적외선 발광 마커(122)는 꼬리 부분에만 하나 배치되어 있다. 상기 적외선 발광 마커는 적외선 LED 소자와 같은 적외선 발광체일 수 있다.

특정 로봇 물고기(12a)의 위치를 알기 위해서, 제어부(15)가 해당 로봇 물고기(12a)에 적외선 발광 마커(122)를 발광시킬 것을 지시하는 발광 명령을 적외선 송신기(14)를 통해 발생시킨다. 로봇 물고기(12a)는 전방향 적외선 수신기(121)를 통해 상기 발광 명령을 실은 적외선 신호를 감지하고 적외선 발광 마커(122)를 발광시킨다. 이때, 다른 로봇 물고기(12b)도 상기 발광 명령을 실은 적외선 신호를 수신할 수 있지만, 자신에 관한 명령이 아니므로 반응하지 않는다.

실시예에 따라서, 제어부(15)는 적어도 둘 이상의 로봇 물고기(12a, 12b)에, 예를 들어 로봇 물고기 그룹 별로, 또는 로봇 물고기 전체에 발광 명령을 전달할 수도 있다.

실시예에 따라, 적외선 송신기(14)는 수조(11)를 전체적으로 스캐닝하는 방식으로 발광 명령을 송출할 수도 있지만, 직전의 발광 명령 송신 시에 로봇 물고기(12a)가 있었던 위치부터 그 주변으로 일정 범위 내에만 송출할 수도 있다.

카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 수조(11)의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 제어부(15)의 발광 명령 송신 직후부터 로봇 물고기(12a)의 적외선 발광 마커(122)가 발광하는 동안 수조(11)의 위쪽에서 수조(11)의 수면을 적외선 스테레오 촬영하여 스테레오 영상(stereoscopic picture)을 획득한다. 카메라(13a, 13b, ..., 13n)에서 획득된 스테레오 영상들은 제어부(15)에 전달된다. 제어부(15)는 촬영된 스테레오 영상들에 나타난 적외선 발광 마커(122)들의 이미지로부터 로봇 물고기(12a)의 위치와 자세를 인식할 수 있다. 나아가, 로봇 물고기(12a)에 관하여 직전에 획득한 정보들로부터, 로봇 물고기(12a)의 이동 방향, 속도를 알 수 있다.

실시예에 따라, 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 수조(11) 상부 전체를 동시에 적외선 촬영할 수도 있지만, 직전까지의 위치 제어 결과에 따라 현재 로봇 물고기(12a)가 있을 것으로 예상되는 위치에 상응하는 카메라(13a, 13b)만 적외선 촬영에 이용될 수도 있다.

두 대의 인접한 카메라(13a, 13b)에서 각각 촬영된 로봇 물고기(12a)의 스테레오 영상은 물의 굴절로 인하여, 그리고 카메라(13a, 13b)의 상대적인 위치 차이로 인하여, 촬상된 위치들이 약간 빗겨 있을 것인데, 제어부(15)는 촬상된 로봇 물고기(12a)의 적외선 발광 마커들(122)의 중심 위치의 어긋남, 수면에 의한 굴절, 카메라들(13a, 13b)의 상대적인 위치 차이에 관련된 물리 법칙과 광학 법칙로부터 로봇 물고기(12a)의 수조(11) 내 3차원 좌표를 유의미한 정확도로 획득할 수 있다. 만약 인접한 세 번째 카메라(13c)도 함께 로봇 물고기(12a)의 촬영에 이용될 경우에는, 로봇 물고기(12a)의 더 정확한 3차원 좌표를 획득할 수 있을 것이다.

디스플레이(16)에는 로봇 물고기(12a)의 획득된 3차원 좌표와 그로부터 판정된 자세, 방향, 속도 등을 반영한 영상 이미지가 표시된다.

이렇게 하여 로봇 물고기(12a)의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 판정한 다음, 제어부(15)는 해당 로봇 물고기(12a)에 다음 순간의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 지정한 동작 명령을 상기 적외선 송신기(14)를 통해 적외선 신호에 실어 로봇 물고기(12a)에 전송한다.

로봇 물고기(12a)는 동작 명령이 실린 적외선 신호를 전방향 적외선 수신기(121)를 통해 수신하고, 그 동작 명령에 따라 자신의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 제어한다.

로봇 물고기(12a)의 촬영에 따른 위치 판정과 동작 명령 전송에 이어, 제어부(15)는 다음 순번의 로봇 물고기(12b)의 좌표 획득을 위해 다음 로봇 물고기(12b)에 적외선 발광 마커(122)를 발광시킬 것을 지시하는 발광 명령을 적외선 송신기(14)를 통해 발생시킨다. 이어서, 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 제어부(15)의 발광 명령 송신 직후부터 수조(11)의 수면을 적외선 촬영하여 로봇 물고기(12b)의 적외선 발광 마커(122)가 발광하는 스테레오 영상을 획득한다. 제어부(15)는 로봇 물고기(12b)의 스테레오 영상들로부터 로봇 물고기(12b)의 수조(11) 내 3차원 좌표를 판정하고, 다음 순간의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 지시하는 동작 명령을 적외선 신호에 실어 적외선 송신기(14)를 통해 로봇 물고기(12b)에 송신한다.

이런 방식으로 각각의 로봇 물고기들(12a, 12b)의 위치를 판정하고 각각 동작 명령을 발송하는 동작을 반복함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(10)은 원하는 대로 모든 로봇 물고기들(12)의 위치, 자세, 방향, 속도를 제어할 수 있다.

위에서 제어부(15)가 로봇 물고기(12a, 12b)에서 적외선 신호로 발광 명령과 동작 명령을 전달하는 것으로 예시하였지만, 적외선 신호 외에 초음파 신호, 전자파 신호를 이용하는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.

도 2를 참조하면, 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(20)은 대형 수조(11), 로봇 물고기들(22a, 22b), 카메라들(13a, 13b, ... 13n), 적외선 송신기(14), 제어부(15), 디스플레이(16), 적외선 조명(17)을 포함할 수 있다.

본질적으로 도 2의 수족관 시스템(20)은, 도 1의 수족관 시스템(10)과 유사하게, 특정 로봇 물고기(22a, 22b)의 위치를 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)을 이용하여 실시간적으로 파악하고, 제어부(15)에서 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치, 방향, 속도, 자세를 판정하며, 판정된 위치, 방향, 속도, 자세에 기초한 동작 명령을 로봇 물고기들(22a, 22b)에 전송한다. 로봇 물고기(22a, 22b)는 수신된 동작 명령에 따라 동작한다.

로봇 물고기들(22a, 22b)은, 도 1의 로봇 물고기들(12a, 12b)와 대부분의 측면에서 유사하지만 카메라(13a, 13b, ..., 13n)에 자신의 위치를 촬상시키는 방식이 다르다. 로봇 물고기들(22a, 22b)은 기본적인 물고기의 움직임을 모방하여 몸체를 움직일 수 있는 구동 장치와 함께, 전방향 적외선 수신기(221)와 적외선을 반사하는 적어도 하나의 적외선 반사 마커(reflective marker)(222)를 장착하고 있다. 특히 적어도 하나의 적외선 반사 마커(222)는 각각의 로봇 물고기(22a, 22b)에 고유한 형상과 고유한 배치 형태를 가지고 부착될 수 있다. 예를 들어, 로봇 물고기(22a)에서 머리 부분에 두 개의 원형 마커, 꼬리 부분에 원형 마커가 하나 배치되어 있는 반면에, 로봇 물고기(22b)에서 머리 부분에 띠 모양 마커, 꼬리 부분에 원형 마커가 배치되어 있다.

상기 적외선 반사 마커(222)는 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치 판정 과정이 관람객의 관심을 끌지 않도록 하기 위해 적외선을 이용하기 때문에 적외선을 반사하기 적합한 광학적 반사체를 사용할 뿐이고, 반드시 적외선만을 반사해야 하는 것은 아니다. 만약 역으로 관람객들의 관심을 끌고 화려한 시각적인 효과를 추구한다면, 상기 적외선 반사 마커(222)에 가시광선을 반사할 수 있는 광학적 반사체도 이용될 수 있다.

로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치를 알기 위해서, 제어부(15)가 카메라(13a, 13b, ..., 13c)와 함께 동작하는 적외선 조명(17)에 대해 적외선 조명광을 수조(11)의 수면에 조사할 것을 명령한다. 적외선 조명(17)에서 적외선 조명광이 조사되면 로봇 물고기들(22a, 22b)의 적외선 반사 마커(222)에서 적외선 조명광이 반사된다.

실시예에 따라, 적외선 조명(17)은 수조(11) 전체를 조명할 수도 있지만, 직전의 조명 시에 로봇 물고기(22a, 22b)가 있었던 위치 주변에서만 일정 범위 내에 조명할 수도 있다.

카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 수조(11)의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 적외선 조명(17)의 적외선 조명광이 로봇 물고기들(22a, 22b)의 적외선 반사 마커(222)에 반사되는 동안 수조(11)의 위쪽에서 수조(11)의 수면을 적외선 촬영하여 스테레오 영상을 획득한다. 카메라(13a, 13b, ..., 13n)에서 획득된 스테레오 영상들은 제어부(15)에 전달된다. 제어부(15)는 촬영된 스테레오 영상들에서 나타난 적외선 반사 마커들(222)의 형상으로부터 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치와 자세를 판정할 수 있다. 나아가, 로봇 물고기(22a, 22b)에 관하여 직전에 얻은 위치 및 자세 정보로부터, 로봇 물고기(22a)의 이동 방향, 속도도 알 수 있다.

실시예에 따라, 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)과 적외선 조명(17)은 수조(11) 상부 전체를 동시에 적외선 촬영 및 조명할 수도 있지만, 직전까지의 위치 제어 결과에 따라 현재 로봇 물고기들(22a, 22b)이 있을 것으로 예상되는 위치에 상응하는 카메라(13a, 13b)와 적외선 조명(17)만 적외선 촬영에 이용될 수도 있다.

두 대의 카메라(13a, 13b)에서 각각 촬영된 로봇 물고기들(22a, 22b)의 스테레오 영상은 수면에 의한 굴절, 카메라(13a, 13b)의 상대적인 위치로 인하여, 각각의 적외선 반사 마커들이 촬상된 위치가 약간 빗겨 있을 것인데, 제어부(15)는 촬상된 로봇 물고기들(22a, 22b)의 적외선 반사 마커들의 중심 위치의 어긋남, 수면에 의한 굴절, 카메라들(13a, 13b) 사이의 상대적인 위치에 관한 광학 법칙과 물리 법칙으로부터 로봇 물고기들(22a, 22b)의 수조(11) 내 3차원 좌표를 유의미한 정확도로 획득할 수 있다. 만약 세 번째 카메라(13c)도 함께 로봇 물고기들(22a, 22b)의 촬영에 이용될 경우에는, 로봇 물고기들(22a, 22b)의 더 정확한 3차원 좌표를 획득할 수 있을 것이다.

디스플레이(16)에는 로봇 물고기(22a, 22b)의 획득된 3차원 좌표와 그로부터 판정된 자세, 방향, 속도 등을 반영한 영상 이미지가 표시된다.

도 1의 수족관 시스템(10)에서는 로봇 물고기들(12a, 12b)의 적외선 발광 마커들(122)이 순차적으로 발광하는 만큼 위치 판정이 순차적으로 이루어질 수 있는 반면에, 도 2의 수족관 시스템(20)에서는 적외선 조명(17)의 조명광에 의해 로봇 물고기들(22a, 22b)의 반사 마커들(222)이 동시에 반사되는 만큼, 모든 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치 판정이 동시에 이루어진다.

이렇게 하여 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치, 자세, 방향, 속도 등이 판정되면, 제어부(15)는 다음 순간의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 지정한 동작 명령을 상기 적외선 송신기(14)를 통해 적외선 신호에 실어 로봇 물고기(22a, 22b)에 각각 순차적으로 전송한다.

로봇 물고기(22a, 22b)는 각각의 동작 명령이 실린 적외선 신호를 전방향 적외선 수신기(221)를 통해 수신하고, 각자 자신에게 상응하는 동작 명령에 따라 자신의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 제어한다.

이런 방식으로 각각의 로봇 물고기들(22a, 22b)의 위치를 동시에 판정하고 각자의 동작 명령을 순차적으로 발송함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(20)은 원하는 대로 모든 로봇 물고기들(22)의 위치, 자세, 방향, 속도를 제어할 수 있다.

위에서 제어부(15)가 로봇 물고기(22a, 22b)에서 적외선 신호로 동작 명령을 전달하는 것으로 예시하였지만, 적외선 신호 외에 초음파 신호, 전자파 신호를 이용하는 것도 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템을 전체적으로 예시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(30)은 대형 수조(11), 로봇 물고기들(32a, 32b), 카메라들(13a, 13b, ... 13n), 초음파 송신기(34), 제어부(15), 디스플레이(16)를 포함할 수 있다.

본질적으로 도 3의 수족관 시스템(30)은, 도 1의 수족관 시스템(10) 및 도 2의 수족관 시스템(20)과 유사하게, 로봇 물고기들(32a, 32b)의 위치를 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)을 이용하여 실시간적으로 파악하고, 제어부(15)에서 로봇 물고기들(32a, 32b)의 위치, 방향, 속도, 자세를 판정하며, 판정된 위치, 방향, 속도, 자세에 기초한 동작 명령을 로봇 물고기들(32a, 32b)에 전송한다. 로봇 물고기(32a, 32b)는 수신된 동작 명령에 따라 동작한다.

로봇 물고기들(32a, 32b)은, 도 1의 로봇 물고기들(12a, 12b)와 대부분의 측면에서 유사하지만 카메라(13a, 13b, ..., 13n)에 자신의 위치를 촬상시키는 방식이 다소 다르다. 로봇 물고기들(32a, 32b)은 기본적인 물고기의 움직임을 모방하여 몸체를 움직일 수 있는 구동 장치와 함께, 초음파 수신기(321)와 적어도 하나의 고휘도 발광 마커(322)를 장착하고 있다. 특히 적어도 하나의 고휘도 발광 마커(322)는 각각의 로봇 물고기(32a, 32b)에 고유한 배치 패턴을 가지고 장착될 수 있다. 예를 들어, 로봇 물고기(32a)에서 고휘도 발광 마커(322)는 머리 부분에 두 개, 꼬리 부분에 하나 배치되어 있는 반면에, 로봇 물고기(32b)에서 고휘도 발광 마커(322)는 꼬리 부분에만 하나 배치되어 있다. 상기 고휘도 발광 마커(322)는 높은 휘도의 백색광을 발광하는 고휘도 LED와 같은 발광체로서 구현될 수 있으며, 카메라(13)에서 촬상될 경우에 다른 물체들에 비해 두드러지게 높은 휘도로 촬상됨으로써 식별을 용이하게 할 수 있고, 또한 위치 판정 과정 중에 관람객의 눈에 띄기 때문에 시각적인 장식의 효과도 부가적으로 얻을 수 있다. 반면에, 도 1의 적외선 발광 마커(122) 및 도 2의 적외선 반사 마커(222)는 위치 판정 과정이 관람객의 눈에 띄지 않게 하여 로봇 물고기의 움직임을 좀더 사실적으로 보이게 하는 효과가 있다.

특정 로봇 물고기(32a)의 위치를 알기 위해서, 제어부(15)가 해당 로봇 물고기(32a)에 고휘도 발광 마커(322)를 발광시킬 것을 지시하는 발광 명령을 초음파 송신기(34)를 통해 발생시킨다. 로봇 물고기(32a)는 초음파 수신기(321)를 통해 상기 발광 명령을 실은 초음파 신호를 감지하고 고휘도 발광 마커(322)를 발광시킨다. 이때, 다른 로봇 물고기(32b)도 상기 발광 명령을 실은 초음파 신호를 수신할 수 있지만, 자신에 관한 명령이 아니므로 반응하지 않는다.

실시예에 따라, 초음파 송신기(34)는 수조(11)를 전체적으로 스캐닝하는 방식으로 발광 명령을 송출할 수도 있지만, 직전의 발광 명령 송신 시에 로봇 물고기(32a)가 있었던 위치부터 그 주변으로 일정 범위 내에만 지향하여 초음파 신호를 송출할 수도 있다.

카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 수조(11)의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 제어부(15)의 발광 명령 송신 직후부터 로봇 물고기(12a)의 고휘도 발광 마커(322)가 발광하는 동안 수조(11)의 위쪽에서 수조(11)의 수면을 가시광선 촬영하여 스테레오 영상을 획득한다. 카메라(13a, 13b, ..., 13n)에서 획득된 영상들은 제어부(15)에 전달된다. 제어부(15)는 촬영된 스테레오 영상들에 나타난 고휘도 발광 마커(322)들의 배치 패턴 형태로부터 로봇 물고기(32a)의 위치와 자세를 인식할 수 있다. 나아가, 로봇 물고기(32a)에 관하여 직전에 획득한 정보들로부터, 로봇 물고기(32a)의 이동 방향, 속도를 알 수 있다.

실시예에 따라, 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 수조(11) 상부 전체를 동시에 촬영할 수도 있지만, 직전까지의 위치 제어 결과에 따라 현재 로봇 물고기(32a)가 있을 것으로 예상되는 위치에 상응하는 카메라(13a, 13b)만 촬영에 이용될 수도 있다.

두 개의 카메라(13a, 13b)에서 각각 촬영된 로봇 물고기(32a)의 스테레오 영상은 물의 굴절로 인하여, 그리고 카메라(13a, 13b)의 상대적인 위치 차이로 인하여, 촬상된 위치가 약간 빗겨 있을 것인데, 제어부(15)는 촬상된 로봇 물고기(32a)의 고휘도 발광 마커들(322)의 중심 위치의 어긋남, 수면에 의한 굴절, 카메라들(13a, 13b) 사이의 상대적인 위치와 관련한 광학 법칙 및 물리 법칙으로부터, 로봇 물고기(32a)의 수조(11) 내 3차원 좌표를 유의미한 정확도로 획득할 수 있다. 만약 세 번째 카메라(13c)도 함께 로봇 물고기(32a)의 촬영에 이용될 경우에는, 로봇 물고기(32a)의 더 정확한 3차원 좌표를 획득할 수 있을 것이다.

디스플레이(16)에는 로봇 물고기(32a)의 획득된 3차원 좌표와 그로부터 판정된 자세, 방향, 속도 등을 반영한 영상 이미지가 표시된다.

이렇게 하여 로봇 물고기(32a)의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 판정한 다음, 제어부(15)는 해당 로봇 물고기(32a)에 다음 순간의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 지정한 동작 명령을 상기 초음파 송신기(34)를 통해 초음파 신호에 실어 로봇 물고기(32a)에 전송한다.

로봇 물고기(32a)는 동작 명령이 실린 초음파 신호를 초음파 수신기(321)를 통해 수신하고, 그 동작 명령에 따라 자신의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 제어한다.

로봇 물고기(32a)의 촬영에 따른 위치 판정과 동작 명령 전송에 이어, 제어부(15)는 다음 순번의 로봇 물고기(32b)의 좌표 획득을 위해 다음 로봇 물고기(32b)에 고휘도 발광 마커(322)를 발광시킬 것을 지시하는 발광 명령을 초음파 송신기(34)를 통해 발생시킨다. 이어서, 카메라들(13a, 13b, ..., 13n)은 제어부(15)의 발광 명령 송신 직후부터 수조(11)의 수면을 촬영하여 로봇 물고기(32b)의 고휘도 발광 마커(322)가 발광하는 스테레오 영상을 획득한다. 제어부(15)는 로봇 물고기(32b)의 영상들로부터 로봇 물고기(32b)의 수조(11) 내 3차원 좌표를 판정하고, 다음 순간의 위치, 자세, 방향, 속도 등을 지시하는 동작 명령을 초음파 신호에 실어 초음파 송신기(34)를 통해 로봇 물고기(32b)에 송신한다.

이런 방식으로 각각의 로봇 물고기들(32a, 32b)의 위치를 판정하고 각각 동작 명령을 발송하는 동작을 반복함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 물고기의 위치 제어가 가능한 수족관 시스템(30)은 원하는 대로 모든 로봇 물고기들(32)의 위치, 자세, 방향, 속도를 제어할 수 있다.

위에서 제어부(15)가 로봇 물고기(32a, 32b)에서 초음파 신호로 발광 명령과 동작 명령을 전달하는 것으로 예시하였지만, 초음파 신호 외에 적외선 신호, 전자파 신호를 이용하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 물고기의 위치 제어 방법을 예시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 로봇 물고기의 위치 제어 방법은 먼저 단계(S41)에서 적어도 두 대의 카메라로부터 로봇 물고기들에 고유한 패턴으로 부착된 마커(marker)들을 스테레오 촬영한 스테레오 영상을 획득한다.

이를 위해, 일 실시예에서는, 도 1의 실시예와 같이, 각각의 로봇 물고기에 고유한 형상 패턴으로 적외선 발광 마커(예를 들어 적외선 LED)를 부착한 상태에서, 각각의 로봇 물고기들이 순차적으로 또는 동시적으로 그러한 적외선 발광 마커들을 발광시키도록 함으로써 마커의 이미지가 카메라에 스테레오 촬영된다.

다른 실시예에서는, 도 2의 실시예와 같이, 각각의 로봇 물고기에 고유한 형상 패턴으로 적외선 반사 마커를 부착하고 카메라에 인접한 적외선 조명에서 적외선 조명광을 조사하여 상기 적외선 반사 마커에서 반사시킴으로써 마커의 이미지가 카메라에 촬영될 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 도 3의 실시예와 같이, 각각의 로봇 물고기에 고유한 형상 패턴으로 고휘도 발광 마커(예를 들어 고휘도 LED)를 부착한 상태에서, 각각의 로봇 물고기들이 순차적으로 또는 동시적으로 그러한 고휘도 발광 마커들을 발광시키도록 함으로써 마커의 이미지가 카메라에 촬영된다.

단계(S42)에서, 스테레오 영상 내의 마커 이미지는 제어부에서 판독되어 마커 이미지의 수조 내 3차원 좌표와, 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치와 방향, 자세 및 속도가 판정된다. 획득된 마커 이미지의 3차원 좌표에 기초하여 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치와 방향, 자세 등을 판정할 수 있다. 나아가 직전에 획득된 로봇 물고기의 위치, 방향, 자세 정보로부터 로봇 물고기의 속도도 판정할 수 있다.

단계(S43)에서, 판정된 로봇 물고기의 위치, 방향, 자세, 속도를 반영한 영상이 생성되어 디스플레이에 표시될 수 있다.

단계(S44)에서, 제어부가 로봇 물고기의 다음 목표 위치, 방향, 자세, 속도를 지정한 동작 명령을 로봇 물고기에 전송한다. 동작 명령은 적외선 신호에 실려 전송(도 1 및 도 2의 실시예)될 수도 있고, 초음파 신호에 실려 전송(도 3의 실시예)될 수도 있으며, 전자파 신호에 실려 전송될 수도 있다.

이어서 단계(S41) 내지 단계(S44)가 반복된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

11 수조
12 로봇 물고기
121, 221, 321 수신기
122, 222, 322 마커
13 카메라
14, 34 송신기
15 제어부
16 디스플레이
17 적외선 조명

Claims

각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착되며, 적외선 발광체인 마커를 촬영하는 카메라;
상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및
상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 송신기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 마커의 촬영을 위해 적외선 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,
상기 송신기는 상기 발광 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하며,
상기 카메라는 상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 적외선 촬영하도록 동작하고,
상기 카메라에 의해 촬영된 영상은 적어도 두 대의 카메라에 의한 스테레오 영상인 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
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청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 스테레오 영상에 기초하여 로봇 물고기의 3차원 좌표와, 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)과 같은 자세, 방향, 속도를 판정하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1에 있어서, 상기 송신기는 상기 동작 명령을 적외선 신호, 초음파 신호 또는 전자파 신호 중 적어도 한 가지에 실어 상기 로봇 물고기에 송신하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 8에 있어서, 상기 로봇 물고기는 적외선 신호, 초음파 신호 또는 전자파 신호 중 적어도 한 가지를 수신할 수 있는 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1에 있어서, 상기 로봇 물고기에 관하여 판정된 위치 및 자세에 기초한 영상을 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
수조;
고유한 패턴의 적외선 발광 마커를 부착한 로봇 물고기;
상기 수조의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 상기 로봇 물고기의 적외선 발광 마커에 의한 발광을 촬영하는 카메라;
상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 적외선 발광 마커의 이미지로부터 그 적외선 발광 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및
상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 송신기를 포함하고,
상기 카메라에 의해 촬영된 영상은 적어도 두 대의 카메라에 의한 스테레오 영상인 로봇 물고기 수족관 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 제어부는 상기 적외선 발광 마커의 촬영을 위해 상기 적외선 발광 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하고,
상기 송신기는 상기 발광 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하며,
상기 카메라는 상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 적외선 발광 마커를 적외선 촬영하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 시스템.
수조;
고유한 패턴의 적외선 반사 마커를 부착한 로봇 물고기;
상기 적외선 반사 마커에 적외선 조명광을 조사하는 적외선 조명;
상기 수조의 상부에서 수면을 향하도록 배치되고, 상기 로봇 물고기의 적외선 반사 마커에 의해 반사되는 적외선 반사광을 촬영하는 카메라;
상기 카메라에 의해 촬영된 영상 내의 적외선 반사 마커의 이미지로부터 그 적외선 반사 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하고, 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 제어부; 및
상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 송신기를 포함하고,
상기 카메라에 의해 촬영된 영상은 적어도 두 대의 카메라에 의한 스테레오 영상인 로봇 물고기 수족관 시스템.
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각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착되며, 적외선 발광체인 마커를 적어도 두 대의 카메라들로 촬영하여 스테레오 영상을 획득하는 단계;
제어부가 상기 카메라들에 의해 촬영된 스테레오 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하는 단계;
상기 제어부가 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 단계; 및
상기 제어부로부터 상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 단계를 포함하며,
상기 마커를 적어도 두 대의 카메라들로 촬영하는 단계는,
상기 제어부가 상기 마커의 촬영을 위해 적외선 발광체로 구현된 상기 마커를 발광시키는 발광 명령을 생성하는 단계;
상기 제어부로부터 상기 발광 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 단계; 및
상기 발광 명령에 따라 발광하는 상기 마커를 적외선 촬영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 제어 방법.
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각각의 로봇 물고기들마다 고유한 패턴으로 부착되며, 광학적 반사체인 마커를 적어도 두 대의 카메라들로 촬영하여 스테레오 영상을 획득하는 단계;
제어부가 상기 카메라들에 의해 촬영된 스테레오 영상 내의 마커의 이미지로부터 그 마커가 부착된 로봇 물고기의 위치 및 자세를 판정하는 단계;
상기 제어부가 상기 로봇 물고기의 다음 위치 및 자세에 관한 동작 명령을 생성하는 단계; 및
상기 제어부로부터 상기 동작 명령을 상기 로봇 물고기에 송신하는 단계를 포함하며,
상기 마커를 적어도 두 대의 카메라들로 촬영하여 스테레오 영상을 획득하는 단계는,
적외선 조명광을 상기 마커에 조사하는 단계; 및
상기 적외선 조명광을 반사하는 상기 마커를 촬영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 물고기 수족관 제어 방법.
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