KR101587479B1 - 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법 - Google Patents

영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법은, 무인비행체에 장착된 디지털 카메라를 통해 지상의 지형 지물을 촬영하는 단계; 상기 디지털 카메라의 촬영 영상 정보를 지상통제센터로 전송하는 단계; 상기 촬영 영상 정보에서 설정된 목표 지점의 위치 정보와 고도 정보를 이용하여 이동 거리를 추출하는 단계; 상기 목표 지점의 직상부로 상기 무인비행체가 이동하도록 위치 유도 명령을 생성하는 단계;를 포함한다.

Description

영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법{CONTROL METHOD FOR POSITION GUIDE OF UNMANNED AERIAL VEHICLE USING VIDEO AND IMAGE INFOMATION}
본 발명은 디지털 카메라를 통해 촬영된 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법에 관한 것이다.
무인비행기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사가 탑승하지 않고 원격조종에 의해서 또는 자율비행제어 장치에 의해서 비행을 하여 정찰, 폭격, 화물 수송, 산불 감시, 방사능 감시 등 사람이 직접 수행하기가 힘들거나 직접 수행하기에 위험한 임무를 수행하는 비행기를 의미한다.
무인비행체는 1950년대 말부터 군사 분야에서 군 정찰용으로 개발되기 시작하였으며 회전익 및 고정익 항공기, 비행선등 다양한 플랫폼 형태로 개발되고 있으며, 유인비행기의 보완장비로써 감시 및 조사, 지형관측이나 원격탐측, 환경 및 지형 모니터링 등 여러 분야에서 활용되고 있다.
무인항공기의 항공촬영기술은 사람이 타지않는 동체에 무선송수신 제어기를 장착하여 무선으로 비행기를 조종하면서 촬영하는 것이다. 무인 항공기의 영상 촬영은 영상 송수신 장비를 이용하여 촬영시스템으로부터 전송되는 영상 중 좋은 영상을 선별적으로 촬영하여 취득하는 것으로 축척을 고려하지 않고 촬영을 하게 된다.
이와 같이 촬영시스템을 이용한 영상 정보가 축척을 고려하지 않고 촬영되기 때문에 이를 이용하여 무인비행체의 원격 조정시 원격의 목표 지점에 정확히 무인비행체를 이동시키기 어려운 문제점이 지적되고 있다.
일본국 특허공개공보 제2005-269413호
따라서, 본 발명은 종래 무인비행체의 위치 이동시 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 무인비행체에 장착된 디지털 카메라를 통해 지상의 영상 정보를 취득하고, 취득된 영상 정보를 이용하여 목표 지점의 수직 상공에 무인비행체가 정확히 위치할 수 있도록 한 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 무인비행체에 장착된 디지털 카메라를 통해 지상의 지형 지물을 촬영하는 단계와, 상기 디지털 카메라의 촬영 영상 정보를 지상통제센터로 전송하는 단계와, 상기 촬영 영상 정보에서 설정된 목표 지점의 위치 정보와 고도 정보를 이용하여 이동 거리를 추출하는 단계, 및 상기 목표 지점의 직상부로 상기 무인비행체가 이동하도록 위치 유도 명령을 생성하는 단계;를 포함하는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법이 제공됨에 달성된다.
상기 디지털 카메라의 촬영 영상 정보는 상기 무인비행체 직하방의 촬영 영상에서 추출되고, 상기 촬영 영상 정보를 구성하는 픽셀이 구분되어 상기 무인비행체와 수직선상의 중심 픽셀과 상기 목표 지점의 위치 정보를 포함하는 픽셀이 추출된다.
상기 무인비행체의 이동 거리를 추출하는 단계에서, 상기 촬영 영상 정보의 목표 지점이 설정되면 상기 중심 픽셀의 수직선을 기준으로 상기 목표 지점의 정면각(α)과 측면각(β)의 각도 정보를 추출하는 단계; 상기 무인비행체 또는 디지털 카메라에 장착된 고도센서를 통해 무인비행체의 고도 정보를 측정하는 단계; 및 상기 목표 지점의 각도 정보와 고도 정보를 통해 상기 중심 픽셀을 기준으로 상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산하는 단계에서, 상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산은 하기 수학식에 의해 계산된다.
수학식
Figure 112015082269951-pat00001
Figure 112015082269951-pat00002
여기서, x, y는 목표 지점의 위치 정보, h는 무인비행체의 고도 정보, α는 목표 지점의 정면각, β는 목표 지점의 측면각이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법은 무인비행체의 수직 위치에서 촬영된 영상 정보 내에서 설정된 픽셀 정보에 의해 정확한 이동 위치를 설정할 수 있고, 이동 위치가 실시간으로 계산되어 무인비행체의 위치 유도 명령을 생성함에 의해 정확한 위치로 무인비행체를 이동시키거나 호버링할 수 있다. 이에 따라 본 발명을 적용하여 무인비행체를 이용한 농약 살포, 화재 진압, 인명 구조 등의 작업을 수월하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 위치 유도 제어방법의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 위치 유도 명령을 위한 제어 개념도.
도 3은 본 실시예에 따른 무인비행체의 위치 유도 명령의 생성 과정이 도시된 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
부가적으로, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 위치 유도 제어방법의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 위치 유도 명령을 위한 제어 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 무인비행체의 위치 유도 제어방법은 디지털 카메라(110)가 장착된 무인비행체(100)를 목표 지점의 수직 상공으로 이동시키거나 호버링하기 위한 무인비행체의 유도 명령 생성방법에 기술적 주안점을 두고 있다.
본 실시예에 채용되는 무인비행체(100)는 무인 헬리콥터를 비롯한 멀티콥터, 틸트로터 및 전기동력 무인기 등의 조종자가 탑승하지 않고 지상통제센터에서 원격으로 조종이 가능한 무인 동력 비행체를 일컫는다.
이러한 무인비행체(100)는 동체와, 동력을 인가, 전달받기 위한 엔진과, 엔진의 동력을 통해 추진력을 발생시키는 하나 이상의 로터가 구비되고, 동체의 임의 지점에 지상의 영상을 촬영하기 위한 디지털 카메라(110)가 장착된다.
디지털 카메라(110)는 지상통제센터에서 원격으로 촬영 여부를 제어할 수 있으며, 동체 상에서 촬영 각도 조절이 가능하도록 장착되어 무인비행체(100)의 전방 또는 직하방을 포함한 다양한 각도의 지상 촬영이 가능할 수 있다. 이때, 디지털 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상은 스틸 사진 또는 동영상이 촬영될 수 있다.
도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 무인비행체(100)는 지상의 소정 높이에서 원격 조종에 의해 비행하면서 지상의 지형, 지물을 디지털 카메라(110)를 통해 촬영할 수 있다. 이때, 디지털 카메라(110)의 화각에 의해 지상의 일정한 범위를 촬영할 수 있으며, 촬영된 영상은 무인비행체의 원격 조정지인 지상통제센터로 실시간으로 전송된다.
이때, 디지털 카메라(110)의 촬영 영상을 통해 목표 지점(도면의 ☆ 표시)이 설정되면 영상의 픽셀 위치 정보와 무인비행체(100)의 고도 정보를 이용하여 무인비행체(100)의 위치 정보를 판단하고, 무인비행체(100)의 위치 오차를 계산하여 목표 지점의 직상방의 위치로 이동할 수 있도록 무인비행체의 유도 명령을 생성한다.
상기 무인비행체(100)의 위치 정보 판단과 목표 지점으로의 유도 명령은 디지털 카메라(110)의 촬영 정보를 전송받는 지상통제센터에서 이루어지게 되며, 지상통제센터와 무인비행체는 별도의 통신 장비에 의해 연결되어 원격 조종을 위한 비행 정보와 디지털 카메라를 통해 촬영된 영상 정보를 실시간으로 송수신되도록 한다.
이와 같이, 디지털 카메라(110)를 이용한 지상의 지형, 지물이 촬영된 영상 정보를 통해 무인비행체(100)를 목표 지점(☆)의 직상방으로 정확히 이동되고, 그 위치에서 무인비행체의 호버링이 가능하도록 함으로써, 본 실시예가 적용된 무인비행체의 위치 유도 제어방법을 통해서 정확한 목표 지점으로 물건을 낙하시킬 수 있고, 과수를 위한 농약 살포 또는 화재 진압을 위한 살수 살포 등의 경우에 정확한 위치의 상공에서 살포가 가능할 수 있다. 또한, 바다 등에서 인명 구조시 정확한 위치에 인명 구조 물품을 투하할 수 있어 효과적인 인명 구조 활동이 가능할 것으로 예측된다.
이와 같은 무인비행체의 정확한 위치 조종과 유도를 위하여 디지털 카메라의 영상 정보를 분석하고, 영상의 분석된 정보를 통해 무인비행체의 위치를 유도하는 과정을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 실시예에 따른 무인비행체의 위치 유도 명령의 생성 과정이 도시된 순서도이다.
도시된 바와 같이, 먼저 디지털 카메라(110)가 장착된 무인비행체(100)에서 디지털 카메라(110)를 통해 지상의 촬영 영상 정보를 수신할 수 있다. 이때, 디지털 카메라(110)를 통해 촬영된 영상은 무인비행체(100)의 정확한 현재 위치와 목표 지점의 위치를 파악하기 위하여 무인비행체의 직하방 촬영 영상이 바람직할 수 있으며, 디지털 카메라(110)의 화각에 따라 무인비행체(100) 직하방의 촬영 범위를 설정할 수 있다.
디지털 카메라의 촬영 영상 정보는 지상통제센터로 무선 통신을 통해 전송되고, 지상통제센터의 무인비행체의 원격 조정자 또는 운용자가 영상 정보를 수신한다.
상기 디지털 카메라에서 촬영된 영상 정보에서 목표 지점 또는 목표물을 확인하고, 목표 지점이나 목표물(도면 1, 2의 ☆ 표시)을 영상 정보 내에서 지정한다. 상기 목표 지점이나 목표물은 무인비행체가 이동되어야 할 지점 또는 호버링되는 지점이 되며 지상통제센터에서 무인비행체의 원격 조정자 또는 운용자가 지정할 수 있다.
다음, 상기 목표 지점 또는 목표물의 위치를 영상 정보 내에서 측정한다. 목표 지점과 목표물의 위치 측정은 영상 정보의 픽셀을 구분하여 측정할 수 있는 데, 영상 정보의 화면에서 목표 지점 또는 목표물에 해당하는 픽셀의 위치를 영상 정보 화면의 중심 픽셀을 기준으로 추출한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 영상 정보 화면의 중심 픽셀에서 x, y의 거리에 목표 지점 또는 목표물이 설정되면 중심 픽셀과 디지털 카메라의 수직선상을 기준으로 목표 지점 또는 목표물의 정면각(α)과 측면각(β)의 각도 정보를 계산하여 추출할 수 있다.
그리고, 무인비행체(100) 또는 디지털 카메라(110)에 장착된 고도센서(도면 미도시)를 통해 무인비행체(100)의 고도(h) 정보를 측정한다.
상기의 정면각(α)과 측면각(β)의 각도 정보와 무인비행체의 고도(h) 정보를 통해 영상 정보 화면의 중심 픽셀로부터 x, y 거리만큼 떨어진 위치의 목표 지점 또는 목표물의 위치가 계산되며, 그 위치를 계산하기 위한 수학식 1은 다음과 같다.
Figure 112015128726006-pat00010
Figure 112015128726006-pat00011

여기서, x, y는 목표 지점의 위치 정보,
삭제
삭제
h는 무인비행체의 고도 정보,
α는 목표 지점의 정면각,
β는 목표 지점의 측면각이다.
다음으로, 상기 수학식을 통해 계산된 목표 지점 또는 목표물의 위치 정보(x, y)가 무인비행체(100)의 유도제어부로 전송되고, 무인비행체(100)는 자동항법장치의 무인 조종에 의해 목표 지점 또는 목표물의 직상방으로 이동될 수 있다.
또한, 디지털 카메라(110)에서 촬영된 영상 정보의 지속적인 전송과 갱신에 의해서 목표 지점 또는 목표물의 지정이 연속적이거나 특정 지점을 자동으로 지정할 수 있도록 설정하면 목표 지점 또는 목표물의 픽셀 위치를 자동으로 갱신하면서 지정된 위치의 이동과 그 직상방에서 호버링이 가능하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100. 무인비행체
110. 디지털 카메라

Claims (6)

  1. 무인비행체에 장착된 디지털 카메라를 통해 지상의 지형 지물을 촬영하는 단계;
    상기 디지털 카메라의 촬영 영상 정보를 지상통제센터로 전송하는 단계;
    상기 촬영 영상 정보에서 설정된 목표 지점의 위치 정보와 고도 정보를 이용하여 이동 거리를 추출하는 단계; 및
    상기 목표 지점의 직상부로 상기 무인비행체가 이동하도록 위치 유도 명령을 생성하는 단계;를 포함하며,
    상기 디지털 카메라의 촬영 영상 정보는 상기 무인비행체 직하방의 촬영 영상에서 추출되고, 상기 촬영 영상 정보를 구성하는 픽셀이 구분되어 상기 무인비행체와 수직선상의 중심 픽셀과 상기 목표 지점의 위치 정보를 포함하는 픽셀이 추출되는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬영 영상 정보의 설정된 목표 지점의 위치 정보는 상기 영상 정보의 픽셀 정보를 지정하여 설정되는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무인비행체의 이동 거리를 추출하는 단계에서,
    상기 촬영 영상 정보의 목표 지점이 설정되면 상기 중심 픽셀의 수직선을 기준으로 상기 목표 지점의 정면각(α)과 측면각(β)의 각도 정보를 추출하는 단계;
    상기 무인비행체 또는 디지털 카메라에 장착된 고도센서를 통해 무인비행체의 고도 정보를 측정하는 단계; 및
    상기 목표 지점의 각도 정보와 고도 정보를 통해 상기 중심 픽셀을 기준으로 상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산하는 단계;를 더 포함하는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산하는 단계에서,
    상기 목표 지점의 픽셀 위치를 계산은 하기 수학식에 의해 계산되는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법.
    수학식
    Figure 112015128726006-pat00012

    Figure 112015128726006-pat00013

    여기서, x, y는 목표 지점의 위치 정보, h는 무인비행체의 고도 정보, α는 목표 지점의 정면각, β는 목표 지점의 측면각임
  6. 제4항에 있어서,
    상기 무인비행체의 위치 유도 명령을 생성하는 단계에서,
    상기 목표 지점의 픽셀 위치 정보가 유도제어부로 전송되고, 유도제어부와 연동되는 자동항법장치의 무인 제어에 의해 상기 무인비행체가 상기 목표 지점의 직상방으로 이동되거나 호버링되는 영상 정보를 이용한 무인비행체의 위치 유도 제어방법.
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