KR101415145B1 - 항공기 탑재용 eo/ir 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법 - Google Patents

항공기 탑재용 eo/ir 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법 Download PDF

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이정호
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Abstract

본 발명은 항공기 탑재용 EO/IR Pod(10)가 표적에 대한 영상을 자동촬영하기 위해 필요한 표적에 대한 좌표를 산출하는 방법에 대한 것이다. 특히, 자동촬영을 위한 표적에 대한 영상프레임 좌표 생성시 고려되어야 촬영영상의 요구해상도, 영상프레임의 중복도, 항공기의 속도, 고도, 헤딩정보, 카메라 촬영정보 설정, 항공기 비행경로설정이 선행된다. 또한 비행경로상의 임의의 한 점을 촬영시작지점(SFR)으로 설정하면 설정한 지점을 기준으로 요구해상도 만족여부, 설정한 영역을 모두 촬영가능한지 검사하여 EO/IR Pod(10) 자동 임무수행 시 사용자가 원하는 해상도 및 표적지역을 성공적으로 촬영이 가능하다. 그러므로, 항공기 탑재용 EO/IR Pod(10)에 용이하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라 항공기 탑재용 EO/IR Pod(10)와 유사한 장비의 자동임무수행기능을 필요로 하는 경우 공히 활용 가능한 특징이 구현된다.

Description

항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법{Generation of Target Coordination for Automatic Image Aquisition of the Airborne EO/IR Pod}
본 발명은 항공기 탑재용 전자광학카메라/적외선카메라(EO/IR:ElectoOptical camera/InFrared camera, 이하 EO/IR)장비에 관한 것으로, 특히 임무수행 전 지상의 정찰임무 계획장치에서 자동임무수행에 필요한 정보를 계산 및 산출함으로써 충분한 임무계획 검증수행과 함께 장비 신뢰성 향상이 가능한 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법에 관한 것이다.
일반적으로 EO/IR 장비는 주/야간 전술표적에 대한 연속적 영상획득과 실시간 영상판독 및 분석을 수행하는 영상획득장비로서, 항공기의 외부에 장착된다.
일례로, 항공기 탑재용 EO/IR 장비는 두 개의 포드(Pod)로 구성되며, 각각의 포드(Pod)에는 다수의 전자광학카메라(EO;ElectoOptical camera)와 캄캄한 밤에도 선명한 영상을 찍을 수 있는 적외선카메라(IR;InFrared camera)로 구성된다.
이러한 항공기 탑재용 EO/IR 장비(이하, EO/IR Pod)의 운용은 수동촬영과 자체자동촬영이 있다.
그러나, EO/IR Pod의 수동촬영은 아날로그식 필름 카메라를 고정 장착하고, 운용자 개입을 통한 촬영으로 영상을 획득하는 방식이다. 특히, 사진촬영을 위해 항공기 자세 조정 및 운용자 개입이 수반됨으로써 전투기급 항공기 탑재용 EO/IR 장비는 운용성 측면에서 매우 열악할 수밖에 없다.
반면, EO/IR Pod의 자체자동촬영은 운용자 개입 없이 포드의 자체자동촬영 기능을 통한 촬영으로 영상을 획득하는 방식으로서, 촬영하고자 하는 표적에 대한 영상프레임 단위의 좌표정보 및 비행경로 생성 등의 정찰임무파일 생성기능, 수립된 정찰임무파일을 장입하여 실제 항공기의 비행 상황을 인지하여 자동촬영임무를 수행하도록 하는 기능이 포함된다.
그러므로, 자체자동촬영은 수동 촬영에 따른 제반 문제들을 해소 할 수 있다.
국내등록특허 10-1218768(2012년12월28일)
하지만, 전투기급 항공기 탑재용 EO/IR Pod의 자동임무수행방식은 자동임무수행에 필요한 표적영역에 대한 촬영가능 영상프레임 계산 및 각 프레임에 대한 좌표를 지상 임무계획장치가 아니라 EO/IR Pod 내부처리장치가 생성하는 방식이다.
이로 인하여 EO/IR Pod 시스템의 복잡도 증가가 초래됨으로써 시스템의 신뢰성 저하에도 불구하고 시스템 개발단가는 상승할 수밖에 없다.
또한, 촬영표적에 대한 정확한 좌표값 생성을 위한 고품질의 DEM(Digital Elevation Model)자료 활용이 불가할 정도로 EO/IR Pod 내부처리장치의 탑재용량 및 처리능력이 제한됨으로써 정확한 표적 좌표 생성이 제한될 수밖에 없고, 촬영하고자 하는 표적이 항상 영상프레임의 중앙에 위치하도록 하는 표적영상프레임 위치 조정이 불가함으로써 영상판독 및 BDA(Battle Damage Assessment)에 불리할 수밖에 없다.
무엇보다도 정찰임무 성공률 향상을 위해 수행하는 임무리허설 제한으로 인해 임무계획에 대한 충분한 검증을 할 수 없다는 제약이 있게 된다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 전투기급 항공기 탑재용 EO/IR Pod 내부처리가 아닌 임무수행 전 지상의 정찰임무계획장치에서 자동임무수행에 필요한 정보를 계산 및 산출하도록 함으로써 시스템의 신뢰성 및 정찰임무의 성공 확률을 높이기 위한 임무계획 검증이 충분히 수행되고, 특히 자동임무수행를 위한 장비 신뢰성이 크게 향상된 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 항공탑재 EO/IR(ElectoOptical camera/InFrared camera) Pod의 자동임무수행을 위한 촬영표적좌표 생성이 정찰임무 계획장치에서 수행되는 방법에 있어서, (a) 항공기의 고도, 속도, 헤딩으로 비행조건을 설정함과 더불어 카메라 정보가 설정되고; (b) 상기 항공기의 비행경로가 설정되며; (c) 상기 항공탑재 EO/IR Pod의 촬영 표적특성에 따른 표적형태정보가 설정되고; (d) 상기 비행조건, 상기 카메라 정보, 상기 비행경로, 상기 표적형태정보를 이용하여 상기 항공탑재 EO/IR Pod의 자동임무수행 시 필요한 지상표적에 대한 좌표가 생성되며; 상기 좌표는 상기 카메라의 자세정보 및 위치정보, 상기 카메라 정보를 이용한 표적영역이 모두 포함된 영상프레임에 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 표적형태정보 설정은, (c-1) 표적형태별 촬영넓이를 계산하고; (c-2) 표적영역을 기반으로 한 촬영가능 영상프레임 수를 계산하는 단계; (c-3) 계산된 영상프레임을 기준으로 전체 촬영가능한 넓이계산하는 단계; (c-4) 촬영 가능한 영상의 해상도를 계산한 후 요구해상도와 비교하는 단계; (c-5) 상기 촬영가능 영상프레임 수, 촬영가능한 넓이, 영상해상도 계산 결과를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상프레임에서는 풋 프린트(footprint)의 시현을 위한 지상좌표 및 상기 영상프레임의 중심점에 대한 지상좌표가 획득된다.
이러한 본 발명은 항공기 탑재용 EO/IR Pod의 표적 영상에 대한 자동촬영이 EO/IR Pod 내부처리가 아닌 임무수행 전 지상의 정찰임무 계획장치에서 자동임무수행에 필요한 정보를 계산 및 산출하도록 함으로써 시스템의 신뢰성 및 정찰임무의 성공확률을 높이기 위한 임무계획 검증을 충분히 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 항공기 탑재용 EO/IR Pod의 표적에 대한 촬영영상의 요구해상도, 영상프레임의 중복도, 항공기의 속도, 고도, 헤딩정보 그리고 카메라 촬영정보 설정, 항공기 비행경로설정과 같이 자동촬영을 위한 표적에 대한 영상프레임 좌표 생성 시 고려되어야 할 사항이 모두 선행될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 EO/IR Pod 자동 임무수행 시 비행경로상의 임의의 한 점을 촬영시작지점(SFR)의 기준으로 하여 요구해상도 만족여부, 설정한 영역의 전체 촬영가능여부가 검사됨으로써 사용자가 원하는 해상도 및 표적지역에 대한 성공적인 촬영이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 항공기 탑재용 EO/IR Pod와 같이 자동임무수행기능을 필요로 하는 유사한 장비에서도 동일하게 활용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 촬영영역 설정중 점표적 촬영개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 촬영영역 설정중 영역표적 촬영개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 촬영영역 설정중 경로성표적 촬영개념도이며, 도 5는 본 발명에 따른 촬영가능여부 판단의 세부 절차도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법의 순서를 나타낸다.
S101은 항공기의 비행 정보를 설정하는 단계로서, 항공기의 비행 정보는 항공기 비행조건을 고려한 임무계획이 되기 위한 항공기의 비행조건은 항공기의 고도, 속도, 헤딩 정보이다. 그러므로, 항공기의 고도, 속도, 헤딩 정보는 영상촬영가능여부 판단 절차에 적용되는 수학식의 계산에 활용된다.
S102는 카메라 시계를 설정하는 단계로서, 카메라 시계 설정 정보는 시계에 따라 설정된 영역을 빠짐없이 촬영하기 위한 프레임 계산에 영향을 주는 요소이다. 그러므로, 카메라 시계 설정 정보는 영상촬영가능여부 판단 절차에 적용되는 수학식의 계산에 활용된다.
S103의 비행경로를 설정하는 단계로서, 이는 기본적으로 항공기의 비행경로를 설정하는 것이다. 그러므로, 비행경로 설정은 영상촬영과 관련해서는 영상촬영구간을 설정할 수 있는 경로가 설정된다.
S104는 촬영영역을 설정하는 단계로서, 이는 촬영하고자하는 표적의 특성을 고려하여 점표적, 영역표적, 경로성표적으로 구분하여 설정된다.
한편, 도 2,3,4의 각각은 S104에서 이루어지는 촬영영역 설정의 예로서, 도시된 바와 같이 탑재된 항공기(100)가 설정된 비행경로(200)를 지나는 과정에서 항공기(100)에 탑재된 EO/IR Pod(10)가 점표적(300-1)이나 영역표적(300-2)이나 경로성표적(300-3)을 자동 촬영함을 나타낸다.
도 2는 점표적(300-1)의 예로서, 이는 촬영하고자하는 표적이 소형일 경우 사용되는 형태로서 촬영프레임은 다수 개가 되지만 표적좌표는 동일한 값이 반복 적용되는 방식이다.
도 3은 영역표적(300-2)의 예로서, 이는 촬영하고자하는 표적이 규모가 있는 지역단위 일 경우 사용되는 형태로서 다수 개의 각기 다른 표적좌표 값을 프레임으로 구성되는 방식이다.
도 4는 경로성표적(300-3)의 예로서, 이는 도로와 같은 경로형태의 표적을 촬영시 사용되는 형태로서 영역표적과 같이 다수 개의 각기 다른 표적좌표 값을 프레임으로 구성되는 방식이다.
다시 도 1을 참조하면, S105는 촬영가능 여부를 판단하는 단계로서, 이는 S101내지 S104를 통해 설정한 비행조건 및 촬영시계, 요구해상도, 영상중복도 등의 카메라정보, 표적형태를 기반으로 하고, 수학식이 적용됨으로써 촬영가능 여부가 판단된다.
한편, 도 5는 S105에서 이루어지는 촬영가능여부 판단의 세부 절차를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 촬영가능여부 판단의 세부 절차는 S201,202의 표적영역에 대한 넓이 계산처리를 수행하는 단계, S203의 카메라정보로 기반 촬영가능 프레임수 및 촬영넓이 계산을 수행하는 단계, S204의 촬영가능넓이와 표적영역넓이를 비교 수행하는 단계, S205의 요구해상도에 대한 만족 판단을 수행하는 단계로 수행된다.
이러한 S201내지 S205의 구체적인 절차는 다음과 같이 이루어진다.
S201에서는 사용자가 설정한 표적형태(300-1,300-2,300-3)에 따라 다른 절차를 수행하며, 특히 S202에서는 영역 및 경로성표적(300-2,300-3)인 경우 표적영역에 대한 넓이 계산처리를 수행한다. 이때, 넓이계산의 기본적인 방법은 설정된 다각형의 면을 모두 포함하는 사각형을 재 산출하여 넓이를 계산한다. 다만, 경로성표적(300-3)인 경우 굴곡점을 기준으로 기본 넓이계산처리 단위가 결정이 되며 기본 넓이계산처리는 영역표적(300-2)에 대한 넓이계산처리 방법과 동일하다.
S203은 임무계획수립 절차에서 설정한 비행조건 및 촬영 시계, 영상중첩율 등의 카메라정보를 기반 촬영가능 프레임수 및 촬영넓이 계산을 수행한다.
이를 위해, 수학식1내지 수학식3이 각각 적용된다.[수학식 1]
Figure 112014002059241-pat00001
이러한 수학식1에 의해 촬영거리를 고려한 검출기 1개 소자에 해당되는 영상의 지상해상도를 계산한다.
[수학식 2]
Figure 112014002059241-pat00002
이러한 수학식2는 촬영경사각을 고려한 검출기 전체화소 즉 영상촬영단위인 영상프레임에 해당되는 촬영방향과 수직인 방향의 영상에 대한 지상거리를 계산한다. 그러므로, 수학식2에 의해 영상 한 프레임의 지상거리를 계산한다.
[수학식 3]
Figure 112014002059241-pat00003
이러한 수학식 3은 임무계획수립 절차에서 설정한 항공기속도를 기준으로 한 촬영가능프레임 수 계산식이다. 여기서 촬영가능 프레임 수는 항공기 진행 방향과 동일한 방향의 좌우 프레임 수를 의미한다.
특히, 기본적으로 영상촬영시 최초 촬영프레임과 동일한 촬영각을 유지하고 카메라 좌우 스캔(Roll 구동) 구동으로 단순화 시킬 경우 보단 안정된 영상을 확보할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 영상촬영속도와 항공기속도를 고려함으로써 영상 촬영시 항공기속도로 인해 항공기 진행방행 기준 후방으로 밀리는 현상을 방지하는 방식이 적용되었다.
S204는 촬영가능넓이가 표적영역넓이와 비교하여 촬영하고자 하는 영역 모두 포함하는지 여부를 계산한다. 이를 위해, 수학식4가 적용된다. 다만, 그 결과로서 모두 포함 할 경우 S205의 요구해상도만족여부를 확인하는 단계로 넘어 가는 반면 그렇지 않을 경우 경고메시지를 도시하여 항공기 비행조건 등의 촬영조건에 대한 변경이 이루어질 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014002059241-pat00004
이러한 수학식 4에 의해 촬영가능프레임 수와 영상중첩율을 고려한 전체 촬영 가능한 넓이를 계산한다.
S205의 요구해상도만족여부는 수학식5를 적용한다.
[수학식 5]
Figure 112014002059241-pat00005
이러한 수학식 5에 의해 계산된 GRD와 최초 운용자가 입력한 요구해상도와 비교하여 요구해상도보다 클 경우 임무계획수립 절차의 S106으로 진입되고, 번면 작을 경우 경고메시지를 시현하여 항공기 비행조건 등의 촬영조건을 변경하도록 임무계획수립 절차의 S101로 피드백된다.
다시 도 1을 참조하면, S106은 촬영 프레임 중심에 대한 좌표계산이 수행되는 절차이다. S107은 프레임좌표 및 경로좌표, 항공기 속도, 고도, 헤딩, 촬영레그정보 저장이 이루어지는 절차이다. 이로써 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표생성이 정찰임무수행 전 모두 완료된다.
이를 위한 수학식 6내지 수학식 10은 사용자입력에 의해 설정된 카메라자세정보(Roll, Pitch)이용하여 영상프레임의 정확한 footprint를 지도상에 도시하기위한 지상좌표를 계산하기 위한 식의 예를 나타낸다. 이를 통함으로써 최종 임무계획완료시 촬영되는 영역을 화면에 도시할 뿐만 아니라 EO/IR Pod(10)가 자동 촬영 시 필요한 영상프레임의 중심 좌표를 계산할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112014002059241-pat00006
Figure 112014002059241-pat00007
Figure 112014002059241-pat00008
[수학식 7]
Figure 112014002059241-pat00009
Figure 112014002059241-pat00010
본 실시예에서 수학식6,7의 각각의 변환식을 이용함으로써 지구중심좌표계(ECEF)상의 임의 CCD픽셀에 대한 LOS에 대한 벡터
Figure 112014002059241-pat00011
를 계산할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112014002059241-pat00012
[수학식 9]
Figure 112014002059241-pat00013

[수학식 10]
Figure 112014002059241-pat00014

[수학식 8]은 LOS에 대한 벡터를 이용해 유도된 직선의 방정식이고, [수학식 8]을 이용함으로써 [수학식 9] 및 [수학식 10]과 같이 계산된다. 그러므로, 임의의 CCD픽셀이 지표면상에 위치하는 좌표를 구할 수 있다. 따라서 카메라의 위치,자세 등에 따른 영상픽셀의 footprint를 구하려면 CCD의 네 귀퉁이 픽셀에 대한 지상좌표를 계산하면 된다. 이때 해당지점에 대한 표고정보(
Figure 112014002059241-pat00015
)를 DEM정보를 통해 알 수 있으므로 정확한 지상좌표 산출에 이용된다.
이로부터, 카메라의 자세정보 및 위치정보, 카메라의 정보를 이용한 표적영역을 모두 포함하는 영상프레임이 구해지고, 상기 영상프레임에 대한 footprint 시현을 위한 지상좌표 계산 및 EO/IR Pod(10)의 자동임무수행에 필요한 영상프레임의 중심점에 대한 지상좌표가 획득될 수 있다.
10 : EO/IR Pod 100 : 항공기
200 : 비행 경로 300-1 : 점표적
300-2 : 영역표적 300-3 : 경로성표적

Claims (3)

  1. 항공탑재 EO/IR(ElectoOptical camera/InFrared camera) Pod의 자동임무수행을 위한 촬영표적좌표 생성이 정찰임무 계획장치에서 수행되는 방법에 있어서,
    (a) 항공기의 고도, 속도, 헤딩으로 비행조건을 설정함과 더불어 카메라 정보가 설정되고;
    (b) 상기 항공기의 비행경로가 설정되며;
    (c) 상기 항공탑재 EO/IR Pod의 촬영 표적특성에 따른 표적형태정보가 설정되고;
    (d) 상기 비행조건, 상기 카메라 정보, 상기 비행경로, 상기 표적형태정보를 이용하여 상기 항공탑재 EO/IR Pod의 자동임무수행 시 필요한 지상표적에 대한 좌표가 생성되며;
    상기 좌표는 상기 카메라의 자세정보 및 위치정보, 상기 카메라 정보를 이용한 표적영역이 모두 포함된 영상프레임에 적용되고;
    상기 (c)의 표적형태정보 설정에서는, (c-1) 표적형태별 촬영넓이를 계산하고; (c-2) 표적영역을 기반으로 한 촬영가능 영상프레임 수를 계산하는 단계; (c-3) 계산된 영상프레임을 기준으로 전체 촬영가능한 넓이계산하는 단계; (c-4) 촬영 가능한 영상의 해상도를 계산한 후 요구해상도와 비교하는 단계; (c-5) 상기 촬영가능 영상프레임 수, 촬영가능한 넓이, 영상해상도 계산 결과를 이용하며,
    상기 (c-1)및 상기 (c-2)에는
    Figure 112014049266422-pat00021
    ,
    Figure 112014049266422-pat00022
    ,
    Figure 112014049266422-pat00023
    의 수학식이 적용되고, 상기 (c-3)에는
    Figure 112014049266422-pat00024
    의 수학식이 적용되며, 상기 (c-4)에는
    Figure 112014049266422-pat00025
    의 수학식이 적용되고, 상기 (d)의 좌표생성은
    Figure 112014049266422-pat00026
    Figure 112014049266422-pat00027
    Figure 112014049266422-pat00028
    ,
    Figure 112014049266422-pat00029
    Figure 112014049266422-pat00030
    Figure 112014049266422-pat00031
    Figure 112014049266422-pat00032
    Figure 112014049266422-pat00033
    의 수학식이 적용되는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 영상프레임에서는 풋 프린트(footprint)의 시현을 위한 지상좌표 및 상기 영상프레임의 중심점에 대한 지상좌표가 획득되는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 EO/IR 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법.
KR1020140002470A 2014-01-08 2014-01-08 항공기 탑재용 eo/ir 장비 자동임무 수행을 위한 촬영표적좌표 생성방법 KR101415145B1 (ko)

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