KR101349255B1 - 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템은, 2개의 카메라를 이용하여 투영왜곡이 작고 해상도가 높은 항공사진을 촬영할 수 있고, 높낮이가 상이한 지역이라도 상기 지역에 대한 비행체의 상대고도를 감안하여 카메라가 설치된 비행체의 고도를 조절하며 항공사진을 촬영하여 항공사진들의 해상도의 편차를 최소화시킬 수 있으며, 또한 카메라의 수평을 유지하기 위한 수평유지기구를 구비함으로써 비행체의 선회비행시 비행체가 기울어져도 카메라의 수평을 유지할 수 있어 기 설정된 광각으로 해당 지역을 정확하게 촬영할 수 있고, 수평유지기구에 의한 카메라의 수평조정시 또는 비행체의 흔들림에 의한 카메라의 유동을 비행체와 카메라 사이에 설치된 실리콘재질의 연결부재가 흡수하여 카메라의 흔들림을 최소화할 수 있어 고정밀 이미지를 확보할 수 있도록 한 것이다.

Description

고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템{Aerial Photography System for Precise Image}

본 발명은 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 카메라로 중복 촬영하여 투영왜곡이 작고 해상도가 높은 항공사진을 촬영할 수 있으며 항공사진 간의 중첩지역의 너비를 카메라들의 간격을 통해 조절하여 영상 중첩 법에 따라 필요한 최소한의 중첩지역만을 유지시킬 수 있어 항공사진의 촬영횟수를 최소화할 수 있고 비행체의 선회비행시에도 카메라의 수평상태와 안정적인 고정상태를 유지하여 촬영시 오차를 최소화할 수 있는 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 관한 것이다.

지구 표면의 지형지물의 상태를 기호나 문자를 사용하여 실제보다 축소해서 평면상에 나타낸 일반적인 지도와는 달리 디지털 항공사진은 지형지물의 실제 모습을 확인할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 정사 투영 방식으로 제작된 지도와 중심 투영 방식의 디지털 항공사진의 원리를 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 지도의 경우 평면에 대하여 수직 방향으로 무한대의 거리로부터 투영하는(내려다보는) 평면 투영 방식을 이용하여 제작되고 일반적인 디지털 항공사진은 렌즈의 초점에 의한 한 점에서 퍼지는 중심광선에 의하여 얻어지는 물체의 점과 선의 그림자를 얻는 중심 투영 방식을 이용하여 제작된다.

도 2는 비행체가 디지털 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 측면 사시도이고, 도 3 및 도 4는 종래의 중심투영 방식에 의한 정사영상을 여러 장 집성하여 제작한 정사모자이크영상의 예를 나타내는 사진이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 디지털 항공사진은 렌즈의 중심점에서는 지도와 같이 정사의 형태 즉 건물의 전후좌우 벽면이 보이지 않고 평면만 보이는 상태가 되지만 중심점에서 멀어질수록 상이 바깥쪽으로 늘어나서 도 3과 같이 건물이 사방으로 눕거나 도 4와 같이 건물이 중심점(원부분)에서 동일한 방향으로 눕게 되어 특정 벽면만 보이게 되는 투영왜곡이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 항공사진 촬영 시스템으로서, 국내 등록특허 제10-1008972호의 "투영왜곡을 개선한 항공사진 촬영 시스템"(이하, 종래기술 이라함.)이 알려져 있다.

상기 종래기술은, 비행체에 설치되어 제1 지역을 촬영하는 제1 카메라와, 상기 제1 카메라와 일정 간격을 두고 설치되어 상기 제1 지역과 이웃하는 적어도 하나의 제2 지역을 촬영하는 적어도 하나의 제2 카메라와, 상기 제1 카메라 및 제2 카메라가 각각 투영왜곡이 최소화될 수 있는 기설정된 광각으로 각각 상기 제1 지역 및 제2 지역을 촬영하여 기설정된 크기의 사진을 얻을 수 있도록 상기 비행체의 고도 값을 결정하고 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 사진 간의 중첩지역이 기설정된 범위 내에 존재하여 영상 접합 법에 의한 영상 접합이 가능하도록 상기 사진의 기설정된 크기 값을 이용하여 비행체에서 상기 제1 카메라 및 제2 카메라 간의 간격 값을 결정하는 제어부와, 상기 제1 지역 및 제2 지역에 전파를 각각 전송 및 수신하여 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 비행체의 상대고도를 각각 측정하는 상대 고도 측정 장치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 기설정된 광각이 15°로 설정되도록 상기 비행체의 고도 값을 결정하고, 상기 중첩지역이 5% 내외로 존재하도록 상기 제1 지역 및 제2 지역 간의 간격 값을 결정하며, 상기 비행체의 상대고도를 이용하여 상기 비행체의 고도 값을 보정하고, 상기 제1 카메라 및 제2 카메라는 화소 크기가 6㎛ 이하인 촬상 소자를 사용하는 구성으로 되어 있다.

그러나, 상기의 종래기술은, 비행체가 수평을 유지하여 직선으로 비행할 때에는 기설정된 광각에 의해 해당 지역을 촬영하여 정밀한 이미지를 확보할 수 있지만, 비행체가 선회할 때에는 비행체의 기울어짐에 의해 카메라의 수평상태를 유지할 수 없어 기설정된 광각으로는 해당 지역을 정확하게 촬영할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 복수개의 카메라로 중복 촬영하여 투영왜곡이 작고 해상도가 높은 항공사진을 촬영할 수 있음과 동시에, 비행체가 선회할 때에도 카메라의 기울어짐을 조정할 수 있는 수평유지기구를 구비하여 카메라의 수평상태를 지속적으로 유지함으로써 기설정된 광각으로 촬영 대상지역을 정확하게 촬영할 수 있고, 또한 카메라를 견고하고 안정되게 지지하여 수평유지를 위해 조정하는 과정이나 비행체의 흔들림에 의한 촬영 오차를 최소화하고, 카메라의 수평조정시 수평유지기구 및 카메라의 중량에 의한 부하를 최소화하여 조정이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 있어서, 비행체에 설치되어 제1 지역을 촬영하되, 광각 15°이내의 렌즈를 채용하고 정사각형의 화소 한변의 크기가 6㎛ 이하인 촬상 소자를 사용하는 제1 카메라; 상기 비행체에서 상기 제1 카메라와 일정 간격을 두고 설치되어 상기 제1 지역과 이웃하는 적어도 하나의 제2 지역을 촬영하되, 광각 15°이내의 렌즈를 각각 채용하고 정사각형의 화소 한변의 크기가 6㎛ 이하인 촬상 소자를 각각 사용하는 적어도 하나의 제2 카메라; 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라와 접속되고, 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라의 조합에 의하여 그러한 조합이 없는 경우보다 개선된 소정의 촬영 광각으로 투영 왜곡을 감소시키면서 상기 제1 지역과 상기 제2 지역을 각각 촬영하도록 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라의 촬영 동작을 제어하고, 이로써 미리 설정된 크기의 촬영 사진을 얻을 수 있도록 상기 비행체의 고도를 결정하며, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역에 대한 촬영 사진들 간에 중첩되는 지역이 5% 범위 내에 존재하는 상태에서 상기 촬영 사진들에 대한 영상 접합이 가능하도록, 상기 촬영 사진에 관한 상기 미리 설정된 크기를 이용하여 상기 비행체에 있어서 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라 간의 간격을 결정하는 제어부; 및 상기 제어부와 접속되고, 상기 제1 지역 및 제2 지역에 전파를 각각 전송 및 수신하여 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 비행체의 상대고도를 각각 측정하는 상대 고도 측정 장치를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역에 대한 상기 상대고도를 각각 이용하여 상기 비행체의 고도를 보정함으로써 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라가 촬영하는 사진의 해상도를 조절하도록 제어하며, 상기 제어부는 또한, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역의 높낮이가 서로 상이한 경우, 상기 비행체에서 상기 제1 카메라가 설치된 부분과 상기 적어도 하나의 제2 카메라가 설치된 부분의 높낮이를 상기 제1 지역 및 제2 지역의 높낮이에 맞게 조절함으로써 상기 제1 지역 및 제1 카메라와 상기 제2 지역 및 적어도 하나의 제2 카메라 간의 상대고도를 서로 동일하게 유지시키도록, 상기 비행체의 좌우 회전값을 생성하여, 상기 제어부와 접속되는 상기 비행체의 운항 장치로 전달하는 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 특징이 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제1 카메라와 제2 카메라가 설치되는 비행체에는 제1 카메라와 제2 카메라의 수평상태를 유지하기 위한 수평유지기구가 각각 구비되고, 상기 수평유지기구는, 상기 비행체에 형성한 장착홈부에 설치되는 것으로, 판형상으로 형성되어 외측면에 카메라가 고정되고, 일단에 고정된 힌지핀이 비행체에 회전 가능하게 결합된 수평조절판; 상기 비행체의 장착홈부 내에 위치하고 안둘레면에 나사구멍이 형성되고 바깥둘레면에 주름부를 가지는 원통형상으로 형성되며, 상기 수평조절판의 내측면에 구비된 고정나사와 상기 나사구멍이 나사결합되어 고정된 실리콘재질의 연결부재; 상기 연결부재의 나사구멍과 일측에 구비된 고정나사가 나사결합되어 연결되고, 상기 수평조절판의 힌지핀을 중심으로 하는 원호형상으로 형성되며 원호방향으로 가이드구멍이 형성되고 바깥둘레면에 기어부가 형성된 섹터기어; 상기 비행체에 설치되어 상기 섹터기어의 가이드구멍에 삽입되는 가이드봉에 회전지지되어 설치되고 상기 섹터기어의 기어부와 이맞물림된 구동기어; 상기 구동기어와 동축 상에 고정되어 함께 회전하는 워엄기어; 상기 비행체에 회전지지되어 상기 워엄기어에 이맞물림된 워엄; 상기 워엄과 동축 상에 고정되어 함께 회전하는 종동기어; 상기 종동기어에 이맞물림된 원동기어; 상기 비행체에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되고 상기 원동기어를 회전시키기 위한 전동모터; 상기 수평조절판의 내측면 중앙에 일단이 고정설치되어 타단은 비행체를 관통하여 설치된 지지축; 상기 지지축 끝단에 고정된 스토퍼; 상기 스토퍼와 비행체 사이에 탄력설치되어 수평조절판을 비행체 쪽으로 당기는 방향으로 탄성력을 작용하는 코일스프링; 및 상기 수평조절판에 설치된 수광부와, 상기 수광부에 대향하는 위치의 비행체에 설치된 발광부로 이루어져 상기 수광부와 발광부 사이의 광 송수신에 의해 수평조절판의 위치를 검출하여 제어부에 제공하기 위한 위치검출센서로 이루어진 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 특징이 있다.

상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 사진 크기는 라지 포맷이면서도 투영왜곡이 작고 해상도가 높은 항공사진을 촬영할 수 있고, 높낮이가 상이한 지역이라도 상기 지역에 대한 비행체의 상대고도를 감안하여 카메라가 설치된 비행체의 고도를 조절하며 항공사진을 촬영하여 항공사진들의 해상도의 편차를 최소화시킬 수 있으며, 또한 선회비행에 의해 비행체가 기울어져도 수평유지기구를 조정하여 카메라의 수평을 유지함에 따라 선행비행하면서 기 설정된 광각으로 해당 지역을 정확하게 촬영할 수 있고, 수평유지기구에 의한 카메라의 수평조정시 또는 비행체의 흔들림에 의한 카메라의 유동을 비행체와 카메라 사이에 설치된 실리콘재질의 연결부재가 흡수하여 카메라의 흔들림을 최소화할 수 있어 고정밀 이미지를 확보할 수 있고, 카메라의 수평조정시 수평유지기구 및 카메라의 중량에 의한 부하를 비행체와 카메라 사이에 설치된 코일스프링에 의해 최소화함에 따라, 수평유지기구의 조정이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 정사 투영 방식으로 제작된 지도와 중심 투영 방식의 디지털 항공사진의 원리를 나타내는 구성도.
도 2는 비행체가 디지털 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 측면 사시도.
도 3 및 도 4는 종래의 중심 투영 방식에 의한 정사영상을 여러 장 집성하여 제작한 정사모자이크영상의 예를 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 항공촬영 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 6은 종래의 하나의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 복수개의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 복수개의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영할 때 제1 지역에 대한 사진 및 제2 지역에 대한 사진 간에 중첩지역이 나타나는 모습을 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 항공촬영 시스템에서, 카메라의 수평유지기구를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 항공촬영 시스템에서, 카메라의 수평유지기구를 나타낸 평면도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 항공촬영 시스템에서, 카메라의 수평유지기구의 작동 상태를 나타낸 단면도.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 후술되는 선등록특허 등록특허 제10-1008972호를 이용한다. 때문에, 이하 설명되는 장치 구성상의 유사한 특징들은 모두 등록특허 제10-1008972호에 기재된 사항들이다.

다만, 본 발명은 등록특허 제10-1008972호에 개시된 구성들 중에서 카메라의 수평을 유지하기 위한 수평유지기구와, 카메라의 견고한 고정 및 수평유지기구의 원활한 동작을 위한 구성을 더욱 구비한 것으로, 이 부분이 가장 핵심적인 구성상 특징을 이룬다.

따라서, 이하 설명되는 장치 구성과 특징 및 작동관계는 상기 등록특허 제10-1008972호의 내용 중 유사한 구성에 대한 설명을 그대로 인용하기로 하며, 이와 함께 본 발명의 주된 특징과 관련된 구성에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 5는 본 발명의 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템(10)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 제1 카메라(12), 제2 카메라(14), 제어부(16), 상대 고도 측정 장치(18) 등을 포함한다.

제1 카메라(12)는 비행체의 일 측의 날개 부분에 설치되고 상기 비행체가 비행하는 중에 일정 시간 간격으로 제1 지역의 부분들을 촬영한다. 여기서 제1 카메라(12)가 제1 지역에 대한 투영왜곡을 줄이면서 라지 포맷(Large Format)의 사진을 찍을 수 있어야 사진의 품질을 높이면서 적은 개수의 사진을 촬영할 수 있어서 비용이 절감된다.

이에 제1 카메라(12)가 제1 지역에 대한 투영왜곡을 줄이기 위해서는 촬영 광각을 줄여야하고 촬영 광각을 줄이면서도 라지 포맷의 사진을 찍기 위해서는 비행체의 고도를 높여야한다.

여기서 비행체의 고도를 높일 경우 사진의 해상도가 떨어져 품질이 떨어지므로 화소의 크기를 줄여야 한다. 이를 위해 제1 카메라(12)는 투영왜곡을 줄이기 위해 촬영 광각(화각)을 15°이내를 갖는 렌즈를 채용하고 화소 크기가 6㎛ 이하인 촬상소자를 사용하는 것이 바람직하다.

제2 카메라(14)는 비행체의 타측의 날개 부분에 설치되고 상기 제1 카메라(12)와 동일한 카메라로 마련된다. 그리고 상기 제2 카메라(14)는 상기 제1 카메라(12)와 일정 간격을 두고 설치되어 상기 제1 카메라(12)가 촬영하고 있는 제1 지역과 이웃하는 적어도 하나의 제2 지역의 부분들을 촬영한다.

도 6은 종래의 하나의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 복수개의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영하는 모습을 나타내는 구성도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래에는 일반적으로 촬영 광각(화각)이 30° 내외의 렌즈를 이용하여 디지털 항공사진을 촬영하였다. 그러나 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이, 촬영 광각(화각)이 15° 이내인 렌즈를 복수개 바람직하게는 2개를 배치하여 동일한 지역을 촬영하면서도 촬영 광각을 절반 이하로 줄여 촬영 광각에 따라 발생하는 투영왜곡을 최소화할 수 있다. 여기서 상기 제2 카메라(14)는 한 개로 마련되어 제1 카메라(12)가 촬영하고 있는 제1 지역과 이웃한(예컨대 좌측) 하나의 제2 지역을 동시에 촬영할 수 있고, 상기 제2 카메라(14)가 복수개로 마련되어 제1 지역과 이웃한 여러 개의 지역(전후좌우측 등)을 동시에 촬영할 수도 있다.

한편 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(16)는 상기 제1 카메라(12) 및 제2카메라(14)의 촬영 동작을 제어하되, 상기 제1 카메라(12) 및 제2 카메라(14)가 각각 투영왜곡이 최소화될 수 있는 기 설정된 광각으로 상기 제1 지역 및 제2 지역을 촬영하여 기 설정된 크기의 사진을 얻을 수 있도록 상기 비행체의 고도 값을 결정한다. 여기서 상기 제어부(16)는 기 설정된 광각과 사진의 기 설정된 크기 값을 삼각함수로 연산하여 비행체의 고도 값을 결정한다. 여기서 상기 제어부(16)는 상기 기 설정된 광각이 15°로 설정되도록 상기 비행체의 고도 값을 결정하는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 제어부(16)가 계산한 상기 비행체의 고도 값은 비행체의 운항 장치(20)로 전달되어 상기 비행체의 운항 장치(20)에서 상기 비행체의 고도 값을 이용하여 비행체를 운항할 수 있다.

도 8은 본 발명에서 복수개의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영할 때 제1 지역에 대한 사진 및 제2 지역에 대한 사진 간에 중첩지역이 나타나는 모습을 나타내는 구성도이다.

한편 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(16)는 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 사진 간의 중첩지역이 기 설정된 범위 내에 존재하여 영상 접합 법에 의한 영상 접합이 가능하도록 상기 비행체에서 상기 제1 카메라(12) 및 제2 카메라(14) 간의 간격 값을 결정한다. 즉 사진 간의 중첩지역이 너무 크면 사진을 많이 촬영해야하고 사진 간의 중첩지역이 너무 작으면 영상 접합 법에 의한 영합 접합이 어렵다. 이에 상기 제어부(16)는 상기 영상 접합 법에 의해 중첩이 가능한 최소한의 중첩영역을 확보하기 위해 중첩지역이 5% 내외로 존재하도록 상기 제1 지역 및 제2 지역 간의 간격 값을 결정한다. 이를 위해 상기 제어부(16)는 제1 지역에 대한 기 설정된 사진 크기의 값의 1/2의 크기의 제1 값과 제2 지역에 대한 기 설정된 사진 크기의 값의 1/2의 크기의 제2 값에서 중첩지역의 기 설정된 범위에 해당하는 크기(비율)를 각각 감산하고 감산한 제1 값 및 제2 값의 합을 제1 카메라(12) 및 제2 카메라(14) 간의 간격 값으로 결정한다.

상대 고도 측정 장치(18)는 상기 제1 지역 및 제2 지역에 각각 전파를 보낸 후, 각각 수신해 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 비행체의 상대고도를 측정한다. 예를 들어 특정 지역의 고도가 해발고도보다 낮거나 높을 경우 비행체의 고도가 일정하더라도 특정 지역의 사진 해상도만 다른 지역과 대비하여 상이할 수 있다. 이에 상기 제어부(16)는 상기 비행체의 상대고도를 이용하여 상기 비행체의 고도 값을 보정하여 제1 카메라(12) 및 제2 카메라(14)가 촬영하는 사진들의 해상도를 일정하게 조절할 수 있다.

한편 상기 제1 지역이 상기 제2 지역보다 고도가 낮거나 높을 경우 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역 간에 고도차가 발생할 수 있다. 이에 비행체가 수평으로 운항하고 있다면 상기 비행체가 상기 측정한 비행체의 상대고도로 운항한다고 하더라도 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 사진 해상도가 서로 상이할 수 있다. 이에 상기 제어부(16)는 고도가 상이한 제1 지역 및 제1 카메라(12)와 제2 지역 및 제2 카메라(14) 간의 상대고도를 서로 동일하게 하기 위해서 상기 제1 지역 및 제2 지역의 고도의 차이에 따른 비행체의 날개의 좌우회전 값을 계산할 수 있다.

즉 상기 제1 지역 및 제2 지역 중 고도가 낮은 지역을 촬영하고 있는 제1 카메라(12)가 설치된 비행체의 오른쪽 날개부분을 하강시키고 제1 지역 및 제2 지역 중 고도가 높은 지역을 촬영하고 있는 제2 카메라(14)가 설치된 비행체의 왼쪽 날개 부분을 상승시켜 제1 지역 및 제1 카메라(12)와, 제2 지역 및 제2 카메라(14) 간의 상대고도를 동일하게 한다. 상기 제어부(16)는 계산한 상기 비행체의 좌우회전 값을 상기 비행체의 운항 장치(20)로 전달하여 제1 카메라(12) 및 제1 지역 간의 상대고도와 제2 카메라(14)와 제2 지역 간의 상대고도를 서로 동일하게 유지시킨다.

이어서, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에서, 카메라의 수평을 유지하기 위한 수평유지기구(30)와, 카메라의 견고한 고정 및 수평유지기구(30)의 원활한 동작을 위한 구성에 대하여 설명한다.

카메라의 수평을 유지하기 위한 수평유지기구(30)는, 제1 카메라(12)와 제2 카메라(14)가 설치되는 비행체에 각각 구비되고, 설치구성은 동일하므로, 제1 카메라(12)의 경우만을 예로서 설명한다.

수평유지기구(30)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 비행체(40)에 형성한 장착홈부(41)에 설치되는 것으로, 판형상으로 형성되어 외측면에 제1 카메라(12)가 고정된 수평조절판(31)을 구비한다. 수평조절판(31)은 일단에 구비된 힌지핀(31a)을 비행체(40)에 회전 가능하게 결합하여 힌지핀(31a)의 수평축선을 중심으로 소정각도 회전 가능하게 되어 있다.

수평조절판(31)의 내측면에는 연결부재(32)를 통해 섹터기어(33)가 설치된다. 수평조절판(31)의 내측면에는 상기 연결부재(32)와 연결하기 위한 고정나사(31b)가 구비된다. 연결부재(32)는 탄성을 가지는 실리콘 재질로 이루어진 것으로, 비행체(40)의 장착홈부(41) 내에 위치하고 안둘레면에 상기 고정나사(31b)와 나사결합하기 위한 나사구멍(32a)을 형성하고 바깥둘레면에 휨변형을 위한 주름부(32b)가 형성된 원통형상으로 형성된다.

섹터기어(33)는 상기 연결부재(32)의 나사구멍(32a)과 나사결합하는 고정나사(33a)가 일측에 구비되고 수평조절판(31)의 힌지핀(31a)을 중심으로 하는 원호형상으로 형성되며 중간부분에 원호방향을 따라 가이드구멍(33b)이 형성된다.

따라서 연결부재(32)의 나사구멍(32a) 양쪽에 수평조절판(31)의 고정나사(31b)와 섹터기어(33)의 고정나사(33a)를 각각 나사결합하는 것에 의해 연결부재(32)를 통해 수평조절판(31)과 섹터기어(33)가 연결된다.

한편, 상기 섹터기어(33)의 가이드구멍(33b)에는 비행체(40)에 설치된 가이드봉(34)이 삽입되는 것으로, 가이드봉(34)은 섹터기어(33)가 힌지핀(31a)을 중심으로 회전할 때 섹터기어(33)가 흔들림 없이 정해진 회전방향으로 이동할 수 있도록 가이드 하게 된다.

또한 섹터기어(33)는 바깥둘레면에 기어부(33c)가 형성되어 있다. 섹터기어(33)의 기어부(33c)에는 비행체(40)에 회전지지 되어 설치된 구동기어(35a)가 이맞물림되고, 상기 구동기어(35a)의 동축 상에는 워엄기어(35b)가 고정되어 함께 회전하도록 되어 있다.

상기 워엄기어(35b)에는 비행체(40)에 회전지지된 워엄(35c)이 이맞물림되고, 상기 워엄(35c)과 동축 상에는 종동기어(35d)가 고정되어 함께 회전하도록 되어 있다.

또한, 상기 종동기어(35d)에는 원동기어(35e)가 이맞물림되고, 상기 종동기어(35d)는 비행체(40)에 설치되어 상기 제어부(16)에 의해 제어되는 전동모터(36)의 축에 고정되어 전동모터(36)의 구동에 의해 회전하도록 되어 있다.

따라서, 전동모터(36)의 구동에 의한 회전력은 원동기어(35e)와 종동기어(35d)에 의해 워엄(35c) 및 워엄기어(35b)에 전달되고, 이어서 워엄(35c) 및 워엄기어(35b)에 의해 회전수가 감속된 회전력은 구동기어(35a)를 통해 섹터기어(33)의 기어부(33c)에 전달됨으로써 섹터기어(33)가 전동모터(36)의 구동방향에 따라, 힌지핀(31a)의 수평축선을 중심으로 하여 수평조절판(31)이 상,하방향으로 소정각도 회전할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 수평조절판(31)의 내측면 중앙에는 지지축(37a)의 일단이 고정설치되고, 지지축(37a)의 타단은 비행체(40)를 관통하여 비행체(40)의 내측으로 돌출 설치된다. 지지축(37a)의 끝단에는 스토퍼(37b)가 고정되고, 스토퍼(37b)와 비행체(40) 사이에는 코일스프링(37c)이 탄력설치되는 것으로, 코일스프링(37c)의 탄성력은 수평조절판(31)을 비행체(40) 쪽으로 당기는 방향, 즉 수평조절판(31)을 상방으로 회전시키는 방향으로 작용하도록 되어 있다.

또한 상기 수평조절판(31)과 비행체(40) 사이에는 수평조절판(31)의 위치를 제어부(16)에 제공하기 위한 위치검출센서(38)가 설치되어 있다. 위치검출센서(38)는 수평조절판(31)에 설치된 수광부(38a)와, 상기 수광부(38a)에 대향하는 위치의 비행체(40)에 설치된 발광부(38b)로 이루어진다. 따라서, 상기 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이에 전달되는 광신호에 의해 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이의 거리를 검출할 수 있다.

제어부(16)에는, 비행체(40)의 수평비행시 수평조절판(31)의 수평위치를 이 때의 수광부(38a)와 수광부(38a) 사이의 거리로서 검출하여 기준값으로 미리 설정하여 두고, 비행체(40)의 선회비행시 비행체(40)의 기울어짐 각도만큼, 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이의 거리를 산출하여 수평조절판(31)의 회전각도를 조정함으로써 수평조절판(31)이 항상 수평위치에 있도록 프로그램하여 둔다.

이러한 구성으로 이루어진 카메라의 수평유지 기능에 의하면, 항공 촬영중, 비행체의 선회비행으로 인해 비행체가 어느 한쪽, 예를 들면 도 11a에 도시된 바와 같이 비행체(40)가 왼쪽으로 기울어진 경우, 제어부(16)는 수평유지기구(30)의 전동모터(36)를 구동하여 수평조절판(31)을 시계방향으로 회전시킴과 동시에, 비행체(40)의 기울기 각도만큼, 위치검출센서(38)의 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이 거리를 산출하고, 수평조절판(31)의 회전각도를 결정하여 회전시킴으로써 수평조절판(31)을 수평위치로 조정할 수 있다.

즉, 전동모터(36)가 구동되면, 원동기어(35e)와 종동기어(35d)에 의해 회전력이 워엄(35c)과 워엄기어(35b)에 전달되고, 워엄(35c)과 워엄기어(35b)에 의해 감속된 회전력은 구동기어(35a)와 섹터기어(33)의 기어부(33c)를 통해 섹터기어(33)에 전달되어 수평조절판(31)이 힌지핀(31a)을 중심으로 회전하게 되고, 수평조절판(31)의 회전에 의해 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이의 거리가 제어부(16)에서 산출한 거리에 도달할 때, 전동모터(36)의 구동을 정지시킴으로써 이루어진다.

도 11b는 비행체(40)가 오른쪽으로 기울어진 경우로서, 이 경우도 마찬가지로 제어부(16)는 수평유지기구(30)의 전동모터(36)를 구동하여 수평조절판(31)을 반시계방향으로 회전시킴과 동시에, 비행체(40)의 기울기 각도만큼, 위치검출센서(38)의 수광부(38a)와 발광부(38b) 사이 거리를 산출하고, 수평조절판(31)의 회전각도를 결정하여 회전시킴으로써 수평조절판(31)을 수평위치로 조정할 수 있다.

한편, 섹터기어(33)의 가이드구멍(33b)과 이에 관통된 가이드봉(34)에 의하면, 섹터기어(33)가 힌지핀(31a)을 중심으로 회전할 때, 가이드봉(34)에 가이드구멍(33b)이 가이드되어 회전하게 되므로 섹터기어(33)의 흔들림을 최소화할 수 있고, 이로써 수평유지기구(30)의 회전동작을 원활하게 수행할 수 있다.

그리고, 수평조절판(31)과 섹터기어(33) 사이에 연결된 실리콘재질의 연결부재(32)는, 자체탄성에 의해 비행체(40)쪽에서 섹터기어(33)를 통해 수평조절판(31)으로 전달되는 진동을 흡수하여 완화시키게 되므로, 수평조절판(31)에 설치된 카메라의 흔들림을 최소화할 수 있고, 이로써 항공 촬영된 이미지의 해상도를 유지할 수 있으며, 연결부재(32)의 주름부(32b)에 의해서는 연결부재(32)의 힘변형을 유도하여 비행체(40)에서 카메라쪽으로 전달되는 충격이나 진동의 흡수 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한, 수평조절판(31)과 비행체(40) 사이에 구비된 지지축(37a)과 코일스프링(37c)에 의하면, 코일스프링(37c)이 수평조절판(31)을 비행체(40) 쪽으로 당기는 방향으로 탄성력을 작용하도록 설치된 것이므로, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 수평조절판(31)을 하방으로 회전시킬 때에는 코일스프링(37c)이 압축되고, 수평조절판(31)을 상방으로 회전시킬 때에는 코일스프링(37c)이 신장된다.

따라서, 카메라가 설치된 수평조절판(31), 연결부재(32) 및 섹터기어(33)의 전체 중량과 중력에 의해 수평조절판(31)은 항상 하방으로 회전하려는 하중이 작용하지만, 코일스프링(37c)의 탄성복원력이 하중을 일부 상쇄하게 되므로, 수평조절판(31)을 상방으로 회전시킬 때 전동모터(36)의 부하를 감소시켜 전동모터(36)의 원활한 구동이 이루어질 수 있다.

반대로, 수평조절판(31)을 하방으로 회전시킬 때에는, 수평조절판(31)의 하중이 더해지지만, 코일스프링(37c)이 압축되면서 하중을 지탱하게 되므로, 수평조절판(31)의 회전력을 감소시킬 수 있어 수평조절판(31)이 하방으로 과도하게 회전하는 것을 방지할 수 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10 : 항공촬영 시스템 12 : 제1 카메라
14 : 제2 카메라 16: 제어부
18 : 상대 고도 측정 장치 20 : 운항 장치
30 : 수평유지기구 31 : 수평조절판
32 : 연결부재 33 : 섹터기어
34 : 가이드봉 36 : 전동모터
37a : 지지축 37c : 코일스프링
38 : 위치검출센서 40 : 비행체

Claims (1)

1. 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템에 있어서, 비행체에 설치되어 제1 지역을 촬영하되, 광각 15°이내의 렌즈를 채용하고 정사각형의 화소 한변의 크기가 6㎛ 이하인 촬상 소자를 사용하는 제1 카메라(12); 상기 비행체에서 상기 제1 카메라와 일정 간격을 두고 설치되어 상기 제1 지역과 이웃하는 적어도 하나의 제2 지역을 촬영하되, 광각 15°이내의 렌즈를 각각 채용하고 정사각형의 화소 한변의 크기가 6㎛ 이하인 촬상 소자를 각각 사용하는 적어도 하나의 제2 카메라(14); 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라와 접속되고, 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라의 조합에 의하여 그러한 조합이 없는 경우보다 개선된 소정의 촬영 광각으로 투영 왜곡을 감소시키면서 상기 제1 지역과 상기 제2 지역을 각각 촬영하도록 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라의 촬영 동작을 제어하고, 이로써 미리 설정된 크기의 촬영 사진을 얻을 수 있도록 상기 비행체의 고도를 결정하며, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역에 대한 촬영 사진들 간에 중첩되는 지역이 5% 범위 내에 존재하는 상태에서 상기 촬영 사진들에 대한 영상 접합이 가능하도록, 상기 촬영 사진에 관한 상기 미리 설정된 크기를 이용하여 상기 비행체에 있어서 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라 간의 간격을 결정하는 제어부(16); 및 상기 제어부와 접속되고, 상기 제1 지역 및 제2 지역에 전파를 각각 전송 및 수신하여 상기 제1 지역 및 제2 지역에 대한 비행체의 상대고도를 각각 측정하는 상대 고도 측정 장치(18)를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역에 대한 상기 상대고도를 각각 이용하여 상기 비행체의 고도를 보정함으로써 상기 제1 카메라 및 상기 적어도 하나의 제2 카메라가 촬영하는 사진의 해상도를 조절하도록 제어하며, 상기 제어부는 또한, 상기 제1 지역 및 상기 제2 지역의 높낮이가 서로 상이한 경우, 상기 비행체에서 상기 제1 카메라가 설치된 부분과 상기 적어도 하나의 제2 카메라가 설치된 부분의 높낮이를 상기 제1 지역 및 제2 지역의 높낮이에 맞게 조절함으로써 상기 제1 지역 및 제1 카메라와 상기 제2 지역 및 적어도 하나의 제2 카메라 간의 상대고도를 서로 동일하게 유지시키도록, 상기 비행체의 좌우 회전값을 생성하여, 상기 제어부와 접속되는 상기 비행체의 운항 장치로 전달하며,
   상기 제1 카메라(12)와 제2 카메라(14)가 설치되는 비행체에는 제1 카메라와 제2 카메라의 수평상태를 유지하기 위한 수평유지기구(30)가 각각 구비되고, 상기 수평유지기구는, 상기 비행체에 형성한 장착홈부에 설치되는 것으로, 판형상으로 형성되어 외측면에 카메라가 고정되고, 일단에 고정된 힌지핀(31a)이 비행체에 회전 가능하게 결합된 수평조절판(31); 상기 비행체의 장착홈부(41) 내에 위치하고 안둘레면에 나사구멍(32a)이 형성되고 바깥둘레면에 주름부(32b)를 형성한 원통형상으로 형성되며, 상기 수평조절판의 내측면에 구비된 고정나사와 상기 나사구멍이 나사결합되어 고정된 실리콘재질의 연결부재(32); 상기 연결부재의 나사구멍과 일측에 구비된 고정나사가 나사결합되어 연결되고, 상기 수평조절판의 힌지핀을 중심으로 하는 원호형상으로 형성되며 원호방향으로 가이드구멍(33b)이 형성되고 바깥둘레면에 기어부(33c)가 형성된 섹터기어(33); 상기 비행체에 설치되어 상기 섹터기어(33)의 가이드구멍(33b)에 삽입되는 가이드봉(34)에 회전지지되어 설치되고 상기 섹터기어(33)의 기어부와 이맞물림된 구동기어(35a); 상기 구동기어와 동축 상에 고정되어 함께 회전하는 워엄기어(35b); 상기 비행체에 회전지지되어 상기 워엄기어에 이맞물림된 워엄(35c); 상기 워엄과 동축 상에 고정되어 함께 회전하는 종동기어(35d); 상기 종동기어에 이맞물림된 원동기어(35e); 상기 비행체에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되고 상기 원동기어를 회전시키기 위한 전동모터(36); 상기 수평조절판의 내측면 중앙에 일단이 고정설치되어 타단은 비행체를 관통하여 설치된 지지축(37a); 상기 지지축 끝단에 고정된 스토퍼(37b); 상기 스토퍼와 비행체 사이에 탄력설치되어 수평조절판을 비행체 쪽으로 당기는 방향으로 탄성력을 작용하는 코일스프링(37c); 및 상기 수평조절판에 설치된 수광부(38a)와, 상기 수광부(38a)에 대향하는 위치의 비행체에 설치된 발광부(38b)로 이루어져 수광부와 발광부 사이에 전달되는 광신호에 의해 수평조절판의 위치를 검출하여 제어부에 제공하기 위한 위치검출센서(38)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고정밀 이미지를 위한 중복 항공촬영 시스템.

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