KR101273420B1

KR101273420B1 - 비행체 추적 고속 3ｄ 영상의 촬영장치

Info

Publication number: KR101273420B1
Application number: KR1020110110880A
Authority: KR
Inventors: 박희찬; 강재은
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR20130046472A

Abstract

본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치는 정해진 촬영구간 동안 고속 비행체의 비행속도와 동기하여 구동되는 회전구동부와, 상기 회전구동부가 구동됨에 따라 서로 동일한 속도로 상기 고속 비행체를 추적하면서 회전하도록 상기 회전 구동부에 결합되는 1쌍의 반사판과, 상기 1쌍의 반사판과 소정의 각도로 마주보는 1쌍의 고속촬영 카메라를 구비한다.

Description

비행체 추적 고속 3Ｄ 영상의 촬영장치 {HIGH-SPEED 3D PHOTOGRAPHING DEVICE FOR FLIGHT TRACKER}

본 발명은 고속으로 비행하는 비행체를 추적하여 고속의 3D 영상을 촬영하는 장치에 관한 것으로서, 특히 동일한 속도로 연동되는 반사판들과 2조의 카메라를 이용하여 고속 3D 영상을 촬영할 수 있는 장치에 관한 것이다.

정지화면 촬영용 SVR(Still Video Camera) 또는 고속 카메라(High Speed Camera)를 이용하여 고정된 화각으로 영상을 촬영하고 분석하여 로켓이나 미사일과 같은 고속 비행체의 비행자세를 확인하는 방법이 알려져 있고, 제한적이기는 하지만 비행구간에 대하여 카메라를 고정시키고 거울의 회전속도를 고속비행체와 연동하여 촬영하는 고속 비행체 추적 영상 촬영장치가 사용되고 있다.

도 1은 고속 비행체의 이동경로 중 일정구간에 대하여 추적 고속촬영을 하는 종래의 고속 비행체 추적 2D 영상 촬영장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 고속 비행체 추적 2D 영상 촬영장치는 모터(110)의 구동에 의해 비행체(F1)를 따라 회전하는 거울(120)과 이 거울(120)로부터 반사되는 비행체(F1)의 영상을 촬영하는 고속 카메라(130)를 구비한다. 시작점(S1)에서 종료점(E1)까지, 즉 촬영구간(L1) 동안, 비행체(F1)의 이동경로(도 1에서 화살표 방)따라 회전하는 거울(120)의 회전속도는 비행체(F1)의 이동속도와 동기되어 촬영하는 동안 거울(120)의 면은 비행체(F1)를 바라보게 된다. 거울(120)의 회전속도와 비행체(F1)의 이동속도를 동기시키기 위하여, 이미 알고 있는 비행체(F1)의 이동속도에 맞추어 모터(110)를 구동시킬 수도 있고 비행체(F1)가 시작점(S1)에 도달하기 전에 비행체(F1)의 이동속도를 측정하고 이 측정된 비행체(F1)의 이동속도에 맞추어 모터(110)를 구동시키는 방법을 이용할 수도 있다. 도 1에서, 비행체(F1)가 촬영의 시작점(S1)에 도달하는 경우 비행체(F1)의 이동속도에 맞추어 모터(11)가 구동되어 촬영구간(L1) 동안 거울(120)이 비행체(F1)를 추적하게 되는데, 비행체(F1)의 비행속도에 맞추어 회전구동되는 거울(F1)로부터 고속 카메라(130)가 연속으로 영상을 촬영한다.

이러한 종래의 고속 비행체 추적 2D 영상 촬영장치는 고속 비행체와 동일한 속도로 움직이면서 추적촬영구간 동안 고속 촬영이 가능하게 하는 효과가 있어서 고속 비행체의 비행자세 분석의 신뢰성을 증대시켰다. 그러나, 보다 신뢰성 있는 비행자세의 확인을 위해서는 3D 고속영상의 확보가 요구되지만 종래의 상업용 3D 촬영장치는 고속 추적용으로 개발된 것이 아니기 때문에 고속으로 비행하는 비행체를 추적하여 고속촬영하는 장치에 사용하기에는 적당하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 고속으로 비행하는 비행체를 추적하면서 고속으로 3D 영상을 선명하게 촬영하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치는, 정해진 촬영구간 동안 고속 비행체의 비행속도와 동기하여 구동되는 회전구동부와, 상기 회전구동부가 구동됨에 따라 서로 동일한 속도로 상기 고속 비행체를 추적하면서 회전하도록 상기 회전 구동부에 결합되는 1쌍의 반사판과, 상기 1쌍의 반사판과 소정의 각도로 마주보는 1쌍의 고속촬영 카메라를 구비한다.

여기서, 회전 구동부의 축에는 회전력 전달기어가 장착되고, 1쌍의 반사판은 이 회전력 전달기어와 맞물려 회전하도록 결합되는 1쌍의 반사판 회전용 기어의 축에 각각 장착된다.

1쌍의 반사판 회전용 기어는 상기 회전력 전달기어와 맞물린 상태에서 축간 이격거리가 조절가능하다. 1쌍의 고속촬영 카메라는 촬영시 상기 고속 비행체와 간섭하지 않도록 설치되는데, 바람직하게는 각각 상기 1쌍의 반사판의 위쪽에 설치된다.

회전구동부는 모터이고, 1쌍의 반사판은 거울일 수 있다.

반사판의 반사면은 비행체의 이동경로에 대하여 소정의 각도로 기울어져 설치되며, 고속 카메라로의 반사효율을 높이기 위하여 비행체의 이동경로에 대하여 40° 내지 50° 기울어져 설치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 45° 기울어져 설치된다.

본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치에 따르면, 1쌍의 반사판을 각각 회전시키는 2개의 반사판 회전용 기어가 회전구동부의 축에 장착된 1개의 회전력 전달용 기어에 맞물려 있어서, 비행체의 이동속도에 동기하여 회전구동부가 구동될 때 1쌍의 반사판이 항상 동일한 지점을 바라보면서 동일한 속도로 회전할 수 있고, 이에 따라 위치의 오차가 없는 선명한 3D 영상을 촬영할 수 있다.

도 1은 종래의 고속 비행체 추적 2D 영상 촬영장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 1쌍의 반사판과 회전구동부가 결합되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 반사판 회전용 기어들의 축간 이격거리를 조절하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반사판과 고속 카메라의 설치를 나타내는 도면이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치는 1개의 회전구동부(210)와 이 회전구동부(210)에 연결된 1쌍의 반사판(222, 224) 및 이 1쌍의 반사판(222, 224)과 각각 마주보게 설치되는 1쌍의 고속촬영 카메라(232, 234)를 구비한다. 회전구동부(210)는 정해진 촬영구간(L) 동안 고속 비행체(F)의 비행속도와 동기하여 구동되는데, 비행속도와 동기하여 회전구동부를 제어하는 방법은 이미 공지되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 예컨대 거울 등으로 이루어진 1쌍의 반사판(222, 224)은 고속 비행체(F)의 비행속도와 동기하여 회전구동부(210)가 구동됨에 따라 서로 동일한 속도로 고속 비행체(F)를 추적하면서 회전하도록 회전 구동부(210)에 결합되어 있다. 여기서 1쌍의 반사판(222, 224)을 동일한 속도로 회전시키는 것이 특히 중요한데, 그 이유는 고속 비행체(F)가 촬영시작점(S)을 통과할 때부터 3D 고속촬영이 종료되는 촬영종료점(E)까지, 즉 촬영구간(L) 동안 1쌍의 반사판(222, 224)은 항상 같은 지점(즉, 비행중의 고속 비행체)을 바라보아야 하기 때문이다. 예를 들어 반사판(222)은 지점(A)를 바라보고 반사판(224)은 지점(B)를 바라보는 경우 1쌍의 고속 카메라로 촬영된 영상은 동일한 피사체를 촬영한 것이 아니어서 3D 영상으로 처리할 수 없게 되거나 또는 위치의 오차로 인하여 비행체(F)의 3D 형상이 왜곡되거나 겹쳐 보일 수 있다. 본 발명은 1쌍의 반사판(222, 224)을 도 3에 도시된 바와 같이 설치함으로써 이 1쌍의 반사판(222, 224)이 동일한 속도로 회전하도록 하는데, 이에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 회전 구동부(210)의 축(212)에는 회전력 전달기어(242)가 장착되고, 1쌍의 반사판 회전용 기어(244, 246)가 이 회전력 전달기어(242)와 맞물려 있다. 1쌍의 반사판(222, 224)은 이 반사판 회전용 기어(244, 246)의 축에 각각 장착되어 회전 구동부(210)가 회전함에 따라 회전력 전달기어(242)와 반사판 회전용 기어(244, 246)를 매개로 동일한 속도로 회전한다. 이와 같이 본 발명은 기어결합에 의해 하나의 회전구동부에서 발생한 회전력을 1쌍의 반사판에 동등하게 전달함으로써 촬영구간(L) 동안 1쌍의 반사판(222, 224)이 항상 같은 지점을 바라볼 수 있다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 1쌍의 반사판 회전용 기어(244, 246)는 회전력 전달기어(242)와 맞물린 상태에서 축간 이격거리(도 4b의 x)가 조절가능하다. 축간 이격거리(도 4b의 x)의 조절은 스태핑 모터 등을 이용한 자동화 방식을 사용하여도 좋고 작업자가 직접 손으로 조절할 수도 있다. 이와 같이 축간 이격거리(x)를 조절하는 이유는 다음과 같다. 1쌍의 고속 카메라(232, 234)로 촬영된 영상들을 3D 영상으로 처리할 때 비행체(F)의 형상이 선명하게 나올 수 있도록 하는 중요한 요소는 1쌍의 카메라(232, 234) 간의 거리, 즉 이에 대응하는 1쌍의 거울(222, 224) 사이의 거리이다. 그런데 비행체(F)의 진행방향(도 2의 화살표 방향)과 본 발명의 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치 사이의 거리, 즉 이격거리(D)에 따라 최적의 카메라 간의 거리, 즉 1쌍의 거울(222, 224) 사이의 거리가 조정되어야 한다. 이를 위하여 본 발명은 1쌍의 거울(222, 224)과 각각 결합된 1쌍의 반사판 회전용 기어(244, 246)의 축간 이격거리(x)를 조절할 수 있게 함으로써 비행체(F)의 형상이 선명하게 나올 수 있도록 한다. 축간 이격거리(x)는 도4a에 도시된 바와 같이 최소거리(a)로부터 최대거리(도4c의 c)까지 조절이 가능하며, 그 값은 도4a 내지 도 4c에서 알 수 있는 것처럼 회전력 전달기어(242)의 지름에 따라 달라질 수 있다.

도 5를 참조하면, 비행체(F)가 반사판(222, 224)으로부터 고속 카메라(232, 234) 쪽으로 용이하게 반사되도록 하기 위하여 1쌍의 반사판(222, 224)의 반사면은 비행체(F)의 이동경로에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 설치한다. 비행체(F)가 직선으로 이동하는 점을 감안하면 그 경사각도는 대략 40° 내지 50° 내인 것이 바람직하고 보다 높은 반사효율을 얻기 위하여 45° 로 하는 것이 좋다. 도 2를 참조하면, 1쌍의 고속촬영 카메라(232, 234)는 촬영시 상기 고속 비행체(F)와 간섭하지 않도록 장착되는 것이 요구되며, 이를 위하여 본 발명에서는 도 2의 지면으로부터 나오는 방향(본출원 명세서에서는 이 방향을 반사판의 위쪽이라 함)에 고속 카메라(232, 234)가 설치되지만, 반드시 이 방향에 한정되는 것은 아니며 고속촬영 카메라(232, 234)와 고속 비행체(F)의 간섭이 일어나지 않는다면 어느 방향이라도 좋다.

이하 본 발명에 따른 3D 촬영방법의 동작을 설명한다.

도 2를 참조하면, 비행체(F)가 촬영시작점(S1)을 통과할 때 촬영이 개시된다. 비행체(F)의 촬영시작점(S1) 통과 여부는 미리 그 통과시간을 입력하거나 또는 공지의 방법으로 판단할 수 있다. 일단 촬영이 개시되면 비행체(F)의 이동속도에 동기하여 예컨대 모터 등의 회전구동부(210)가 구동되는데, 여기서 회전구동부(210)를 비행체(F)의 이동속도에 동기시키는 방법 역시 공지되어 있으므로 자세한 설명을 생략한다. 회전구동부(210)가 구동되면 회전력 전달용 기어(242) 및 이와 맞물린 1쌍의 반사판 회전용 기어(244, 246)를 통해 1쌍의 반사판(222, 224)이 연동되어 구동된다. 이때 비행체(F)의 이동속도에 동기하여 회전력 전달용 기어(242)가 시계반대방향으로 회전하면 반사판 회전용 기어(244)와 기어(246)은 모두 동일한 속도로 시계방향으로 회전하므로, 반사판 회전용 기어(244, 246)의 축에 결합된 반사판들(222, 224)도 동일한 속도로 비행체(F)의 이동속도에 동기하여 회전하게 되고, 이에 따라 반사판들(222, 224)은 촬영구간(L) 동안 항상 동일한 지점을 바라볼 수 있다. 한편, 반사판들(222, 224)은 비행체(F)의 비행경로(도 2의 화살표 방향)에 대하여 기울어지게 설치되고, 바람직하게는 대략 45°로 설치되어, 반사판들(222, 224)로부터 고속 카메라(232, 234)로 영상이 잘 반사될 수 있다. 이와 같이 위치의 오차가 없는 영상들이 1쌍의 반사판(222, 224)으로부터 반사되어 각각 1쌍의 고속 카메라(232, 234)에서 촬영되므로 선명한 3D 영상을 얻을 수 있다.

위와 같이, 기어결합을 응용한 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 한정하고자 하는 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 예컨대 기어벨트 또는 기어의 개수를 조정하는 방법 등을 이용하는 등의 다양한 변형예 및 응용예가 가능함은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

210: 회전구동부 222, 224: 반사판
232, 234: 고속 카메라 242: 회전력 전달기어
244, 246: 반사판 회전용 기어

Claims

정해진 촬영구간 동안 고속 비행체의 비행속도와 동기하여 구동되는 회전구동부와,
상기 회전구동부가 구동됨에 따라 서로 동일한 속도로 상기 고속 비행체를 추적하면서 회전하도록 상기 회전 구동부에 결합되는 1쌍의 반사판과,
상기 1쌍의 반사판과 소정의 각도로 마주보는 1쌍의 고속촬영 카메라를 구비하는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제1항에 있어서,
상기 회전 구동부의 축에 회전력 전달기어가 장착되고, 상기 1쌍의 반사판은 상기 회전력 전달기어와 맞물려 회전하도록 결합되는 1쌍의 반사판 회전용 기어의 축에 각각 장착되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제2항에 있어서,
상기 1쌍의 반사판 회전용 기어는 상기 회전력 전달기어와 맞물린 상태에서 축간 이격거리가 조절가능한, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1쌍의 고속촬영 카메라는 촬영시 상기 고속 비행체와 간섭하지 않도록 설치되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제4항에 있어서,
상기 1쌍의 고속촬영 카메라는 각각 상기 1쌍의 반사판의 위쪽에 설치되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제 5항에 있어서,
상기 회전구동부는 모터이고, 상기 1쌍의 반사판은 각각 거울인, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제5항에 있어서,
상기 반사판의 반사면이 비행체의 이동경로에 대하여 소정의 각도로 기울어져 설치되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제7항에 있어서,
상기 반사판의 반사면이 비행체의 이동경로에 대하여 40° 내지 50° 기울어져 설치되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.
제8항에 있어서,
상기 반사판의 반사면이 비행체의 이동경로에 대하여 45°기울어져 설치되는, 고속 비행체 추적 3D 영상 촬영장치.