KR101615739B1 - 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법 - Google Patents

사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론에 관한 것으로서, 이 드론은 사용자 단말기의 화면을 촬영하고 촬영된 이미지 내에 나타나 있는 패턴의 크기를 이용하여 사용자 단말기와의 거리를 계산한다. 본 발명에 의하면 별도의 측정 장비 없이 간단하게 드론과 사용자 단말기 사이의 거리를 측정할 수 있다.

Description

사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법 {Drone and method for measuring distance from user terminal to drone}
본 발명은 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법에 관한 것이다.
드론은 무선조종 비행장치를 말하며, 프로펠러를 여러 개 가진 비행체란 뜻에서 멀티콥터라고도 부르기도 한다. 드론은 20세기 초 군사용으로 개발된 이래, 미국 등 강대국들이 경쟁적으로 개발에 나서면서 지금까지 실제 전투에도 활용되고 있다. 최근 드론이 상용화되면서 카메라 촬영 등 다양한 분야에서 드론이 활용되고 있다.
드론은 소형 무인비행체로서 운용자의 조작 신호를 무선으로 받아 수동으로 운용되는 것이 일반적이다. 그런데 사용자가 드론을 특정한 위치로 이동하도록 조종하는 것은 초보자로서는 상당히 어려운 기술이다. 소형 드론의 보급이 확산되고 있는 가운데 사용자의 조종 미숙으로 인한 여러 불편 사항과 사고가 일어날 가능성이 높아지고 있다.
등록특허공보 10-1527210
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도의 측정 장비 없이 간단하게 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른, 미리 정해져 있는 패턴이 화면에 표시되어 있는 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론은, 상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하는 카메라, 그리고 상기 카메라에 의해 촬영된 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산하는 제어부를 포함한다.
상기 패턴은 상기 사용자 단말기의 화면의 폭 또는 높이를 계산할 수 있는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 카메라는 제1 및 제2 거리만큼 떨어져 있는 상기 사용자 단말기를 촬영하여 제2 및 제3 이미지를 각각 획득하고, 상기 제어부는 상기 제2 및 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 이미지를 촬영할 때의 상기 드론과 사용자 단말기와의 거리(x)를
Figure 112015079547125-pat00001
으로 계산하며, 상기 hx는 상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 H는 상기 제2 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이며, 상기 D는
Figure 112015079547125-pat00002
으로 계산되며, 상기 Hr은 상기 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 d는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 미리 정해져 있는 패턴이 화면에 표시되어 있는 사용자 단말기와 드론 사이의 거리를 측정하는 방법은, 상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하여 제1 이미지를 생성하는 단계, 그리고 상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와 상기 드론의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 드론이 제1 및 제2 거리만큼 떨어져 있는 상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하여 제2 및 제3 이미지를 각각 획득하는 단계, 그리고 상기 제2 및 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 거리 계산 단계는 상기 제1 이미지를 촬영할 때의 상기 드론과 사용자 단말기와의 거리(x)를
Figure 112015079547125-pat00003
으로 계산하는 단계를 포함하며, 상기 hx는 상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 H는 상기 제2 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이며, 상기 D는
Figure 112015079547125-pat00004
으로 계산되며, 상기 Hr은 상기 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 d는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이일 수 있다.
본 발명에 따른 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론 및 그 방법에 의하면 별도의 측정 장비 없이 간단하게 드론과 사용자 단말기 사이의 거리를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 드론 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 드론의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시한 사용자 단말기의 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시한 사용자 단말기에 표시되는 다양한 패턴의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 사용자 단말기와 드론의 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시한 방법에 따른 결과를 도시한 개략도이다.
도 8은 비행 중인 드론이 사용자 단말기와의 거리를 측정하는 방법을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 드론과 사용자 단말기 사이의 거리를 계산하는 것을 설명하는 개략도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 드론 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 드론의 블록도이며, 도 3은 도 1에 도시한 사용자 단말기의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 드론 시스템은 드론(100)과 사용자 단말기(200)를 포함하고, 드론(100)은 제어부(110), 통신부(120), 센서부(130), 구동부(140) 및 카메라 모듈(150)을 포함한다.
제어부(110)는 사용자 단말기(200)의 조종 신호에 따르거나 내부의 미리 정해진 동작에 따라 드론(100)의 목표 위치 및 방향을 계산하고 이에 대응하는 제어 명령을 생성하여 구동부(140)에 전송한다.
통신부(120)는 사용자가 드론(100)을 조종하기 위한 조종 신호를 사용자 단말기(200)로부터 수신하여 제어부(110)에 전달하며, 카메라 모듈(150)에서 촬영된 영상을 사용자 단말기(200)로 전송한다. 통신부(120)와 사용자 단말기(200) 사이의 통신 방식은 와이파이, 블루투스, 와이브로 등 무선통신이면 어떠한 방식이든 상관없다.
센서부(130)는 가속도 센서 또는 자이로 센서를 포함하며 드론(100)의 가속도 및 회전각을 측정하여 제어부(110)로 전달한다.
구동부(140)는 복수의 모터 및 프로펠러를 포함하며, 드론(100)이 비행할 수 있도록 제어부(110)로부터 제어 명령을 받아 모터를 구동하여 프로펠러를 회전시킨다.
카메라 모듈(150)은 지상 또는 공중의 대상물을 촬영하는 카메라를 포함하며, 카메라의 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 카메라 모듈(150)은 사용자 단말기(200)로부터 카메라 촬영이나 팬, 틸트 또는 줌 조정과 관련된 신호를 받아 영상을 촬영하고 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수 있다. 이와 달리 카메라 모듈(150)은 제어부(110)를 통하여 카메라 촬영이나 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수도 있으며, 그러면 제어부(110)가 드론(100)의 위치 및 방향과 카메라의 팬, 틸트 또는 줌을 종합적으로 관리할 수 있고, 이에 따라 사용자의 드론(100)의 조작 편의성을 도모하면서 사용자가 원하는 영상을 손쉽게 획득할 수 있다.
카메라 모듈(150)은 사용자 단말기(200)의 화면에 표시된 드론(100)과 일정한 패턴 이미지를 촬영하고 제어부(110)가 이를 분석하여 사용자 단말기(200)와의 거리를 계산하고, 드론(100)의 이동 제어 명령을 생성한다.
한편, 도 3을 참고하면, 사용자 단말기(200)는 처리부(210), 통신부(220), 입력부(230), 표시부(240) 및 카메라(250)를 포함한다. 사용자 단말기(200)는 스마트 폰이거나 드론 전용 조종 단말기일 수 있으며, 이 둘 모두를 포함할 수도 있다.
처리부(210)는 명령어를 실행하고 데이터를 생성하거나 사용하는 동작을 한다. 예를 들면, 처리부(210)는 사용자 단말기(200)의 컴포넌트들 간의 입력 및 출력 데이터를 처리할 수 있으며, 입력부(230)로부터 수신된 터치 정보 등 입력 정보를 해석하여 이에 따른 이미지를 표시부(240)에 표시하고, 카메라(250)로 촬영된 영상을 표시부(240)에 표시하게 할 수 있다.
통신부(220)는 드론(100)과 통신을 수행하며 드론(100)으로부터 드론(100)이 촬영한 영상 데이터를 수신하고, 사용자 단말기(200)의 조종 신호를 드론(100)으로 전송한다.
입력부(230)는 사용자의 입력에 따라 사용자 단말기(200) 내로 데이터를 전송한다. 입력부(230)는, 예를 들면, 문자를 입력하는 데 사용되거나, 사용자 단말기(200)에서 제공하는 어플리케이션의 시작을 지시하는 데 사용되거나, 표시부(240) 상의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 관련된 선택을 하는 데 사용될 수 있다. 입력부(230)는 사용자의 터치에 따라 터치 정보를 생성하고 이 정보를 처리부(210)로 전송하는 터치 패드 또는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 이 때 입력부(230)는 표시부(240)와 결합되어 표시부(240)와 일체로 구현될 수 있다. 한편 입력부(230)는 터치 패드나 터치 스크린 이외에도 음량을 조절하는 스위치 또는 버튼을 포함할 수 있다.
표시부(240)는 각종 정보를 화면에 출력하며, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display)나 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode) 등으로 이루어질 수 있다. 표시부(240)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 표시할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스는 사용자가 사용자 단말기(200)에서 실행 중인 애플리케이션을 쉽게 사용할 수 있도록 도와주는 인터페이스를 제공한다.
또한 표시부(240)는 미리 정의된 패턴 이미지를 표시하여 드론(100)의 이동 제어 동작을 활성화시킬 수 있으며, 드론(100)의 이동 제어 명령을 위하여 카메라(250)가 촬영한 드론(100)이 포함된 영상을 표시할 수 있다.
카메라(250)는 사용자 단말기(200)의 전면을 향해 촬영을 할 수 있도록 구비되어 있으며, 드론(100)을 촬영하여 드론(100)이 포함된 영상을 표시부(240)에 표시할 수 있다.
도 4를 참고하여 드론 제어를 위한 사용자 단말기(200)에 표시되는 패턴 이미지에 대하여 설명한다. 도 4는 도 1에 도시한 사용자 단말기에 표시되는 다양한 패턴의 예시도이다. 이 패턴 이미지는 미리 정의되어 있어서 드론(100)의 제어부(110)가 인식할 수 있으면 되고, 사용자 단말기(200) 화면의 폭과 높이를 계산할 수 있는 형태면 어떠한 모양이든 상관 없다. 이러한 패턴으로, 예를 들어, 도 4에 도시한 것처럼, (a) 화면 전체를 둘러싼 사각 띠 모양, (b) 화면 네 귀퉁이에 위치한 사각형 모양, (c) 화면의 두 변을 잇는 "L"자 모양 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그러면 도 5 내지 도 9를 참고하여 드론과 사용자 단말기 사이의 거리를 측정하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 사용자 단말기와 드론의 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한 개략도이며, 도 7은 도 6에 도시한 방법에 따른 결과를 도시한 개략도이다. 도 8은 비행 중인 드론이 사용자 단말기와의 거리를 측정하는 방법을 도시한 개략도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 드론과 사용자 단말기 사이의 거리를 계산하는 것을 설명하는 개략도이다.
도 6에 도시한 것처럼, 먼저 사용자 단말기(200)를 테이블 또는 바닥(10)의 일정한 위치(P0)에 고정해 두고 사용자 단말기(200) 화면에 미리 정해진 패턴 이미지를 표시한다.
드론(100)을 제1 위치(P1)에 두고 드론(100)의 카메라가 사용자 단말기(100) 화면을 향하도록 하여 사용자 단말기(100) 화면에 표시된 패턴 이미지를 촬영한다(S110). 이때 제1 위치(P1)는 드론(100)의 카메라 모듈(150)에 의하여 촬영되는 이미지에 사용자 단말기(100) 화면에 표시되어 있는 패턴 전체가 나타나되 가장 크게 나타나는 위치가 좋지만 이에 한정되지 않는다. 제1 위치(P1)가 그러한 위치가 되도록 사용자 단말기(100) 화면에 수직인 방향으로 드론(100)을 수동으로 움직여 드론(100)의 위치를 조정한다.
제1 위치(P1)보다 가까이 있으면 드론(100)의 카메라 모듈(150)에 의하여 촬영되는 이미지에 패턴 전체가 나타나지 않게 되고, 제1 위치(P1)보다 멀리 있으면 패턴 전체가 나타나지만 제1 위치(P1)에서보다 패턴이 작게 나타나게 된다. 따라서 제1 위치(P1)에서 패턴 전체가 나타나면서 사용자 단말기(200)와 드론(100)이 가장 가까운 거리(최근접 거리, dm)에 놓이게 된다.
드론(100)의 제어부(110)는 최근접 거리에서 촬영된 이미지 내의 패턴의 폭(W)과 높이(H)를 계산한 후 이 값들을 기억한다(S120). 이 때 폭(W)과 높이(H)는 절대치일 수도 있으나 단순히 촬영된 이미지에서의 픽셀의 개수와 같은 상대치여도 상관없다. 즉, 이 값들은 단지 계산을 위한 숫자에 불과하여 실제 길이가 아닐 수도 있다. 이 높이(H)와 폭(W)은 상수로서 사용자 단말기(200)와 드론(100) 사이의 거리 계산에 사용된다. 한 예로서, 사용자 단말기(200) 화면의 네 귀퉁이에 사각형이 있는 패턴의 높이(H)와 폭(W)을 도 7의 (a)에 도시하였다.
폭(W)과 높이(H)의 계산이 끝나면 제1 위치(P1)로부터 일정한 거리(d)만큼 떨어진 제2 위치(P2)로 드론(100)을 이동시킨 후 사용자 단말기(200) 화면에 표시된 패턴 이미지를 촬영한다(S130). 그런 후 드론(100)의 제어부(110)는 드론(100)의 카메라에 의하여 촬영된 이미지 내의 사용자 단말기(200) 화면의 패턴의 높이(Hr)와 폭(Wr)을 계산한다. 이 값들을 이용하여 도 7의 (b)에 도시한 것처럼 드론(100)의 카메라가 촬영하여 패턴을 인식할 수 있는 가상의 최대거리(D)를 다음 [수학식 1]과 같이 계산한 후 이 값을 기억한다(S140). 가상의 최대거리(D)는 상수이며 이후 거리 계산에 사용된다.
[수학식 1]
Figure 112015079547125-pat00005
이와 같이, 드론(100)의 제어부(110)가 높이(H), 폭(W) 및 가상의 최대거리(D)를 계산해서 기억해 두면 이를 이용하여 드론(100)이 공중에서 비행하는 임의의 위치에서 사용자 단말기(200)와 드론(100) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이 값들(H, W, D)은 사용자 단말기(200)의 기종 또는 스펙에 따라 한번만 계산하면 되고, 사용자 단말기(200)의 기종 또는 스펙이 달라지면 재차 계산을 수행하면 된다. 한편 최근접 거리(dm)보다 먼 위치에서 촬영하여 패턴의 높이(H)와 폭(W)을 계산해도 무방하다. 또한 [수학식 1]에서 높이(H, Hr)을 이용하여 최대거리(D)를 계산하였으나 폭(W, Wr)을 이용하여 계산할 수도 있다.
도 8을 참고하면, 사용자는 사용자 단말기(200)의 화면이 드론(100)을 향하도록 하여 드론(100)의 카메라 모듈(150)에 사용자 단말기(200)의 화면이 찍힐 수 있도록 한다. 드론(100)의 제어부(110)는 카메라 모듈(150)을 통하여 사용자 단말기(200)의 화면에 나타나는 특정 패턴의 이미지를 획득하고, 화면에 나타나 있는 패턴 이미지의 크기를 계산한다. 그리고 이와 같은 상태에서 드론(100)의 제어부(110)는 사용자 단말기(200)와 드론(100) 사이의 거리를 계산한다(S150).
도 9를 참고하면 드론(100)은 임의의 위치(Px)에서 호버링(hovering)하고 있으며 사용자 단말기(200) 화면을 촬영한 이미지 내의 사용자 단말기(200) 화면에 표시된 패턴의 높이(Hx)를 계산한다. 이미 알고 있는 높이(H)와 가상의 최대거리(D)를 이용하여 다음 [수학식 2]와 같이 거리(x)를 계산할 수 있다. 이 거리(x)는 사용자 단말기(200)와 드론(100) 사이의 거리에 대응된다.
[수학식 2]
Figure 112015079547125-pat00006
드론(100)과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 드론(100)이 알고 있으면 이를 이용하여 다양한 응용을 수행할 수 있다. 예를 들어 드론(100)을 원하는 위치로 이동하기 위한 제어나 사용자 단말기(200)로 근접하게 하거나 멀게 하는 제어 등을 수행할 수 있다. 이를 통하여 사용자가 사용자 단말기(200)를 움직이는 간단한 동작만으로 원하는 위치로 드론(100)을 쉽게 이동하게 할 수 있으므로 드론(100)을 이용한 셀카 및 동영상 촬영 시 다양한 장면을 보다 편리하게 촬영할 수 있다. 또한 드론(100)과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 사용자 단말기(200)로 전송하여 사용자 단말기(200)에서 이 거리를 이용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 드론, 110: 제어부,
120, 220: 통신부, 130: 센서부,
140: 구동부, 150: 카메라 모듈,
200: 사용자 단말기, 210: 처리부,
230: 입력부, 240: 표시부,
250: 카메라

Claims (8)

  1. 미리 정해져 있는 패턴이 화면에 표시되어 있는 사용자 단말기와의 거리를 측정할 수 있는 드론으로서,
    상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하는 카메라, 그리고
    상기 카메라에 의해 촬영된 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 카메라는 제1 및 제2 거리만큼 떨어져 있는 상기 사용자 단말기를 촬영하여 제2 및 제3 이미지를 각각 획득하고,
    상기 제어부는 상기 제2 및 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산하는 드론.
  2. 제1항에서,
    상기 패턴은 상기 사용자 단말기의 화면의 폭 또는 높이를 계산할 수 있는 형태로 이루어져 있는 드론.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 제1 이미지를 촬영할 때의 상기 드론과 사용자 단말기와의 거리(x)를
    Figure 112015114786030-pat00007
    으로 계산하며, 상기 hx는 상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 H는 상기 제2 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이며, 상기 D는
    Figure 112015114786030-pat00008
    으로 계산되며, 상기 Hr은 상기 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 d는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이인 드론.
  5. 미리 정해져 있는 패턴이 화면에 표시되어 있는 사용자 단말기와 드론 사이의 거리를 측정하는 방법으로서,
    상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하여 제1 이미지를 생성하는 단계, 그리고
    상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와 상기 드론의 거리를 계산하는 단계
    를 포함하며,
    상기 드론이 제1 및 제2 거리만큼 떨어져 있는 상기 사용자 단말기의 화면을 촬영하여 제2 및 제3 이미지를 각각 획득하는 단계, 그리고
    상기 제2 및 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기를 이용하여 상기 사용자 단말기와의 거리를 계산하는 단계
    를 더 포함하는 거리 측정 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 패턴은 상기 사용자 단말기의 화면의 폭 또는 높이를 계산할 수 있는 형태로 이루어져 있는 거리 측정 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에서,
    상기 거리 계산 단계는 상기 제1 이미지를 촬영할 때의 상기 드론과 사용자 단말기와의 거리(x)를
    Figure 112015114786030-pat00009
    으로 계산하는 단계를 포함하며, 상기 hx는 상기 제1 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 H는 상기 제2 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이며, 상기 D는
    Figure 112015114786030-pat00010
    으로 계산되며, 상기 Hr은 상기 제3 이미지 내에 나타나 있는 상기 패턴의 크기이고, 상기 d는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이인 거리 측정 방법.
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