KR101692709B1 - 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템 - Google Patents

드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드론을 이용하여 수치지도 제작에 필요한 영상을 촬영하는 수치지도 제작 영상시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저렴한 비용으로 사용될 수 있는 무인기를 이용하여 수치지도를 제작하기 위한 영상을 제공하며, 주간 및 야간에 무인기 착륙 지점의 3차원 지형을 스테레오 비젼으로 분석하고, 분석된 3차원 지형에 따라 착륙 지점 및 착륙 자세를 자동으로 설정하여 무인기의 파손을 방지하는 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템에 관한 것이다.

Description

드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템{Digital Mapping imaging system using drones}
본 발명은 드론을 응용한 기술 분야 중 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 저렴한 비용으로 사용될 수 있는 무인기를 이용하여 수치지도 제작용 영상 이미지를 확보하면서 주간과 야간에 무인기 착륙 지점의 3 차원 지형을 스테레오 비젼으로 분석하고 분석된 3 차원 지형에 따라 착륙 지점과 착륙 자세를 자동으로 설정 제어하여 드론의 안전한 이착륙을 유도하여 드론으로 수치지도 제작에 필요한 영상 촬영과 이착륙을 안전하게 유도하는 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템에 관한 것이다.
최근 IT 기술이 급속도로 발전함에 따라 인터넷을 이용한 수치지도 서비스나 네비게이션 서비스가 국내외 업체에 의해 일반 소비자에게로 공급되고 있다.
그런데 정보의 정확성을 위해서는 수치지도 서비스나 네비게이션 서비스에 지형의 변화가 반영되어야 한다. 따라서 수치지도 서비스나 네비게이션 서비스를 공급하는 업체, 또는 이 업체에 지형 정보를 공급하는 업체나 단체는 지형의 변화를 신속히 감지하고, 데이터를 갱신하여야 한다.
지형의 변화를 감지하는 대표적인 방법은 항공기나 위성영상을 이용하는 것으로, 종래기술인 대한민국 특허 등록번호 제10-1365090호(2014.02.13.) "무인기를 이용한 지형 변화 감지 시스템"이 있으며, 이 방법은 주로 1:25,000 지도제작, 홍수피해관리, 산림분야, 농업분야, 지질자원 조사분야 등에서 유용하게 활용되고 있다.
그러나 이러한 종래기술은 제공된 영상의 저해상도로 인해 복잡한 지형에 대하여는 정보획득을 용이하게 수행할 수 없고, 위성의 경우, 동일지역 방문주기가 길어 지형의 변화를 신속하게 감지할 수 없으며, 항공기의 경우에는 그 가격이 너무 높아 사용하기 번거롭다는 문제점이 있다.
하여, 지형의 변화를 감지하는 또 다른 방법으로 드론과 같은 무인기를 이용하는 것이다.
이와 같은 무인기를 이용한 방법은 위성이나 항공기와 같은 광범위한 지역을 한번에 촬영하여 지형 변화를 판독하지 못한다는 단점은 있으나, 지형의 근접촬영이 용이하고, 위성이나 항공기보다는 경제적인 이점도 있어 근래에는 이러한 무인기로 촬영된 영상을 이용하여 지형의 변화를 측정하는 방법이 널리 사용되고 있는 실정이다.
다만, 위성이나 항공기보다는 가격이 저렴하다고는 하나, 이러한 무인기 역시, 수치지도를 제작하는 영상을 제공하기 위해서는 그 사용되는 카메라를 포함하여 수백에서 수천만원에 달하는 장치를 사용하기에 사용시의 부주의나 조작 미숙 등으로 무인기가 파손되는 단점이 있다.
특히, 조정자는 무인기에서 제공하는 영상을 보고 수동으로 비행을 하기에 비행속도를 제어할 수 있는 비행중 보다는 야외에서 착륙시의 불안요소(지형의 평탄도, 바위, 장애물 등)로 인해 파손되는 경우가 많다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1559898호(2015.10.06.) "드론"과 대한민국 특허 등록번호 제10-1494395호(2015.02.11.) "스테레오 비전을 이용한 탐색장치를 포함하는 유도 비행체 및 이의 표적 추적 방법"과 같은 종래기술들은 모두 센싱 기술을 이용한 자동 비행과 관련된 것으로 드론의 착륙은 여전히 조작자에 의해 수동으로 이루어지는 문제가 있다.
따라서 드론이 조정자로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 시야에서 벗어난 경우에도 착륙 대기 중인 지역의 지형을 판독하고 자동으로 안전한 장소를 선택하여 착륙할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1365090호(2014.02.13.) "무인기를 이용한 지형 변화 감지 시스템" 대한민국 특허 등록번호 제10-1559898호(2015.10.06.) "드론" 대한민국 특허 등록번호 제10-1494395호(2015.02.11.) "스테레오 비전을 이용한 탐색장치를 포함하는 유도 비행체 및 이의 표적 추적 방법"
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저렴한 비용으로 사용될 수 있는 무인기를 이용하여 수치지도를 제작하기 위한 영상을 제공하는 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
또한 주간 및 야간에 무인기 착륙 지점의 3차원 지형을 스테레오 비젼으로 분석하고, 분석된 3차원 지형에 따라 착륙 지점 및 착륙 자세를 자동으로 설정할 수 있는 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템을 제공하고자 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템은 GPS 수신기 및 거리센서를 탑재하고, 상기 거리센서의 출력값이 기준값 이하일 때 제1알람신호를 출력하는 원격 조종 무인기와, 데이터 베이스의 지형 데이터를 지도 형태로 변환하여 제공하는 서버와, 통신망을 통해 상기 서버로부터 수신한 지도 및 이 지도상의 상기 무인기의 위치를 시각적으로 표시하고, 상기 지도상의 물체와 무인기 간 거리가 상기 기준값 이하일 때 제2알람신호를 생성하며, 상기 무인기로부터 제1알람신호를 수신한 시점과 상기 제2알람신호의 생성 시점을 비교하여 지형의 변화 여부를 판단하는 단말기를 포함하되 상기 단말기는 제1알람신호의 수신만이 이루어지면 물체가 새롭게 생긴 것으로 판단하고, 제2알람신호의 생성만이 이루어지면 물체가 사라진 것으로 판단하며, 제1알람신호의 수신 및 제2알람신호의 생성이 모두 이루어지면 지형의 변화가 없는 것으로 판단하는 영상시스템에 있어서, 상기 무인기는 드론을 사용하되 주간에 착륙 대기중인 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제1 메인 카메라와, 상기 제1 메인 카메라로부터 설정된 베이스 라인만큼 이격 설치되며, 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제2 메인 카메라와, 야간에 착륙 대기중인 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제1 적외선 카메라와, 상기 제1 적외선 카메라로부터 설정된 베이스 라인만큼 이격 설치되며, 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제2 적외선 카메라와, 상기 무인기가 비행 중인 현재의 시점이 주간 또는 야간인지를 판별하는 모드 판단부와, 주간에는 상기 제1 메인 카메라에서 촬영한 좌측 영상 및 상기 제2 메인 카메라에서 촬영한 우측 영상을 스테레오 정합시켜 상기 착륙 지점의 3차원 영상을 제공하고, 야간에는 상기 제1 적외선 카메라에서 촬영한 좌측 영상 및 상기 제2 적외선 카메라에서 촬영한 우측 영상을 스테레오 정합시켜 상기 착륙 지점의 3차원 영상을 제공하는 스테레오 비젼 처리부와, 상기 스테레오 비젼 처리부에서 제공된 3차원 영상에 따라 카메라의 초점 및 상기 베이스 라인의 간격 중 적어도 어느 하나 이상을 자동으로 조절함으로써 상기 스테레오 비젼 처리부에서 보정된 3차원 영상을 제공할 수 있게 하는 카메라 구동부와, 상기 보정된 3차원 영상을 분석하여 상기 착륙 지점에 설정된 각도 이상의 경사지형이 있는지 또는 장해물이 있는지를 분석하여 착륙 가능한 지형인지 결정하는 착륙 지형 판독부 및 상기 착륙 지형 판독부에 의해 착륙 가능한 지형인 것으로 판단된 경우, 상기 보정된 3차원 영상을 통해 분석된 착륙 지점의 지형 특성에 따라 다수개의 드론 날개를 각각 제어하여 상기 무인기의 자세를 조절하고, 상기 드론 날개의 회전 속도를 제어하여 상기 무인기의 착륙 속도를 제어하는 착륙 자세 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 사용될 수 있는 무인기를 이용하여 수치지도를 제작하기 위한 영상을 제공하는 효과를 갖는다.
또한 주간 및 야간에 무인기 착륙 지점의 3차원 지형을 스테레오 비젼으로 분석하고, 분석된 3차원 지형에 따라 착륙 지점 및 착륙 자세를 자동으로 설정하여 무인기의 파손을 방지하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 대한 지형 변화를 감지하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템의 무인기를 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 3에 대한 무인기의 구성도이다.
도 5는 도 3에 대한 무인기의 스테레오 카메라부를 나타내 부분도이다.
도 6은 도 3에 대한 무인기의 높이별 착륙 상태도이다.
도 7은 도 3에 대한 무인기의 제1 지형 착륙 상태도이다.
그리고
도 6은 도 3에 대한 무인기의 제2 지형 착륙 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템(이하, 간략하게 '영상시스템'이라 한다)에 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 무인기(110)와, 단말기(120)와, 서버(130)를 포함한다.
도 2 를 참조하면 상기 무인기(110) 즉, 드론 몸체(10) 및 드론 날개(20)로 이루어진 드론(drone)은 사용자에 의해 원격으로 조종되고, 일반적으로 잘 알 수 있는 GPS 수신기와 거리센서(112)와 제1알람신호 생성기(116)와 카메라(114)를 탑재하고 있다.
아울러 무인기(110)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 그외의 필수 구성으로 배터리, 원격 송수신부(R) 및 비행 조종부(C) 등을 더 포함한다.
이들 중 배터리, 원격 송수신부(R) 및 비행 조종부(C)는 무인기(110) 내부에 설치된다. 드론 날개(20)는 드론 몸체(10)의 상측 둘레를 따라 일정 간격으로 배치되며 각각 전기 모터의 회전축에 연결된다.
이때 배터리는 충전 가능한 2차 전지가 사용되며, 배터리의 전원은 레귤레이터, 전원 변환부 및 속도 제어부 등의 전기 회로를 통해 드론 날개(20)가 연결된 전기 모터에 전원을 공급한다.
상기 거리센서(112)는 지면 상의 물체와 무인기(110) 간 거리를 측정하여 출력한다.
상기 제1알림신호 생성기(116)는 거리센서(112)의 출력값과 미리 설정된 기준값을 비교한 후, 상기 출력값이 기준값 이하일 때 제1알람신호를 생성한다.
제1알람신호가 생성되었다는 것은 무인기(110)가 지면 상의 물체에 근접하여 충돌할 위험이 발생하였음을 의미한다.
제1알람신호 생성기(116)에 의해 생성된 제1알람신호는 무인기(110)의 통신장치에 의해 단말기(120)로 전송된다.
상기 카메라(114)는 무인기(110) 전방의 영상을 획득하고, 획득된 영상은 상기 통신장치에 의해 단말기(120)로 전송된다.
상기 원격 송수신부(R)는 드론을 원격으로 조종할 수 있도록 무선 조종기와 할당된 대역(2.4GHz, 4GHz 등)의 무선 주파수 통신을 하며, 비행 조종부(C)는 수신된 조종신호에 따라 전기 모터의 구동 및 회전 속도를 각각 독립 제어한다.
따라서 다수의 전기 모터를 제어하여 각각의 드론 날개(20)를 원격으로 조정함으로써 이륙 및 비행을 가능하게 하며 이점은 일반적인 무인기와 같다. 그러나 본 발명이 적용된 무인기(110)은 착륙 지점의 지형에 따라 자동으로 착륙을 가능하게 한다.
이를 위해, 도 5와 같이 무인기(110)는 제1 메인 카메라(11-1), 제2 메인 카메라(11-2), 제1 적외선 카메라(12-1), 제2 적외선 카메라(12-2)를 더 포함하며, 드론 몸체(10) 내부에는 무인기(110)의 착륙지점을 판독하는 착륙제어부인 모드 판단부(13), 스테레오 비젼 처리부(14), 카메라 구동부(15), 착륙 지형 판독부(16), 착륙 자세 제어부(17) 및 메인 컨트롤러(18)를 포함한다.
이때, 제1 메인 카메라(11-1)는 착륙 대기중인 드론의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하고, 제2 메인 카메라(11-2)는 제1 메인 카메라(11-1)로부터 설정된 베이스 라인(L)만큼 이격 설치되며, 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영한다.
제1 적외선 카메라(12-1)는 착륙 대기중인 드론의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하고, 제2 적외선 카메라(12-2)는 제1 적외선 카메라(12-1)로부터 설정된 베이스 라인(L)만큼 이격 설치되며, 드론의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영한다.
제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)는 주간(day time)에 사용되는 스테레오 카메라에 해당하는 것으로, 제1 메인 카메라(11-1)는 좌안 영상에 해당하는 영상을 촬영하고, 제2 메인 카메라(11-2)는 우안 영상에 해당하는 영상을 촬영한다.
제1 적외선 카메라(12-1) 및 제2 적외선 카메라(12-2)는 야간(night time)에 사용되는 스테레오 카메라에 해당하는 것으로, 제1 적외선 카메라(12-1)는 좌안 영상에 해당하는 영상을 촬영하고, 제2 적외선 카메라(12-2)는 우안 영상에 해당하는 영상을 촬영한다.
해당 주간에 사용되는 제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)와 야간에 사용하는 제1 적외선 카메라(12-1) 및 제2 적외선 카메라(12-2)는 모드판단부(13)를 통해 사용자의 선택에 따라 지정되어 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 무인기(110) 내부에 탑재된 타이머(미도시)를 통해 상기 무인기(110)가 자동으로 판단하여 작동할 수 있도록 한다.
바람직한 실시예로써 도 5에 도시한 바와 같이 제1 메인 카메라(11-1) 및 제1 적외선 카메라(12-1)는 좌측(도면 기준)의 제1 모듈부(30-1)에 함께 설치된다. 제2 메인 카메라(11-2) 및 제2 적외선 카메라(12-2)는 반대측의 제2 모듈부(30-2)에 함께 설치된다.
따라서 제1 모듈부(30-1) 및 제2 모듈부(30-2)에 설치된 제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)는 서로 이격되며, 이를 '베이스 라인(L)'이라 한다. 마찬가지로 제1 적외선 카메라(12-1) 및 제2 적외선 카메라(12-2) 역시 베이스 라인(L) 만큼 이격된다.
또한 제1 모듈부(30-1)와 제2 모듈부(30-2)는 구동기(40)의 양측에 각각 연결된 좌우 지지암(50-1, 50-2)에 설치되며, 구동기(40)는 지지암(50-1, 50-2)을 회전시키도록 모터 및 기어를 구비한다.
따라서 제1 모듈부(30-1) 및 제2 모듈부(30-2)를 일정 범위(예: 360°)내에서 회전시킴으로써 착륙시는 지면을 바라본 상태로 촬영을 하고 보고 비행 중에는 전방을 바라보도록 회전한다.
또한 구동기(40)는 지지암(50-1, 50-2)을 설정된 범위에서 외측으로 인출하거나 내측으로 인입시킨다. 구동기(40)에 의해 지지암(50-1, 50-2)이 수평 왕복운동을 하면 제1 모듈부(30-1) 및 제2 모듈부(30-2)간의 거리가 조절됨으로써 상술한 '베이스 라인(L)'이 조정된다.
아래에서 다시 설명하는 바와 같이 베이스 라인(L)의 조정으로 공중에서 착륙 대기 중인 무인기(110)에서 그 직하부의 착륙 지점에 대한 지면 형상을 3차원으로 정밀하게 촬영할 수 있게 된다.
한편, 모드 판단부(13)는 무인기(110)가 비행 중인 현재의 시점이 주간인지 또는 야간인지를 판별한다. 주간 또는 야간의 구분은 촬영 중인 카메라(114)에 수광되는 광량으로 판단되며 가시광선이 풍부한 주간과 그렇지 못한 야간으로 구분된다.
따라서 제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)에서 촬영한 영상으로 스테레오 비젼 기법을 적용할지 혹은 제1 적외선 카메라(12-1) 및 제2 적외선 카메라(12-2)에서 촬영한 영상으로 스테레오 비젼 기법을 적용할지 결정된다.
이러한 모드 판단부(13)는 통상의 광량 센서가 사용될 수 있다. 또한 별도의 센서를 사용하지 않고도 제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)에서 실시간 촬영한 영상의 R/G/B 픽셀이나 휘도를 분석하여 판단할 수도 있다.
스테레오 비젼 처리부(14)는 잘 알려진 바와 같이 카메라의 초점거리, 카메라의 촬영자세 및 베이스 라인(L) 간격 등과 함께 좌안 영상과 우안 영상을 스테레오 정합시킴으로써 착륙 지점의 3차원 영상을 획득한다.
이러한 스테레오 비젼 처리부(14)의 판단에 따라 주간에는 제1 메인 카메라(11-1) 및 제2 메인 카메라(11-2)에서 촬영한 좌측 영상(즉, 좌안 영상) 및 우측 영상(즉, 우안 영상)을 스테레오 정합시켜 착륙 지점의 3차원 영상을 제공한다.
반면 모드 판단부(13)의 판단 결과 야간인 경우에는 제1 적외선 카메라(12-1)에서 촬영한 좌측 영상 및 제2 적외선 카메라(12-2)에서 촬영한 우측 영상을 스테레오 정합시켜 착륙 지점의 3차원 영상을 제공한다.
상기 적외선 카메라를 이용하는 경우 그 프로세스에서 좀더 복잡한 점이 있을 뿐 좌우 적외선 카메라 영상으로부터 각각 추출된 영역을 중심으로 스테레오 정합을 수행하여 시차 정보를 추정하고, 카메라 파라미터와 시차 정보를 이용하여 실시간으로 착륙지점의 3차원 지형을 제공할 수 있다.
카메라 구동부(15)는 스테레오 비젼 처리부(14)에서 제공된 3차원 영상에 따라 카메라의 초점 및 베이스 라인(L)의 간격 중 적어도 어느 하나 이상을 조절한다. 따라서 스테레오 비젼 처리부(14)에서 최적의 영상 품질을 갖는 '보정된 3차원 영상'을 제공할 수 있게 한다.
이는 오토 포커스(auto-focus) 기능과 유사한 것으로 무인기(110)의 착륙 대기 높이에 따라 결정된다. 또한 착륙 지점에 존재하는 장애물이나 지형의 크기 및 형상 따라 자동으로 조절되는 기능이다.
도 6의 (a) 및 (b)와 같이 무인기(110)의 비행을 마치고 착륙 대기 위치에 도달한 경우 비행 중이던 고도에 따라 무인기의 정지 높이도 서로 다르기 때문에 착륙 지점까지의 높이가 달라진다. 그러므로 정밀한 영상 획득을 위해 카메라 구동부(15)가 보정 작업을 수행한다.
카메라 초점은 제1 메인 카메라(11-1), 제2 메인 카메라(11-2), 제1 적외선 카메라(12-1) 및 제2 적외선 카메라(12-2)의 초점 거리를 각각 조절하여 이루어지고, 베이스 라인(L)의 간격은 상술한 바와 같이 제1 모듈부(30-1) 및 제2 모듈부(30-2) 사이의 간격을 조절한다.
카메라 구동부(15)에서 구동기(40)로 명령을 전달하면, 구동기(40)는 지지암(50-1, 50-2)을 인입 또는 인출시킴으로써 제1 모듈부(30-1) 및 제2 모듈부(30-2) 사이의 간격(즉, 베이스 라인)이 조절된다.
바람직하게는 각각의 카메라에 대한 카메라 초점 거리를 먼저 조절한 후 설정된 품질의 영상을 획득하지 못하는 경우 베이스 라인(L)의 간격을 조절하여 '보정된 3차원 영상'을 제공한다.
착륙 지형 판독부(16)는 이상과 같이 '보정된 3차원 영상'을 분석하여 착륙 지점에 설정된 각도보다 큰 경사지형이 있는지 또는 장해물이 있는지 등을 분석하여 착륙 가능한 지형인지 결정한다.
예컨대, 착륙 지점에 바위나 나무가 있음에도 착륙을 하면 무인기(110)의 유실 및 파손이 발생하고, 경사가 급한 지형에 착륙하면 무인기(110)가 넘어지면서 회전중인 날개가 지면과 충돌하고 과부화로 인해 화재가 발생하기도 한다. 따라서, 착륙 지형 판독부(16)에서 보정된 3차원 영상을 통해 착륙지점을 확인한다.
착륙 지형 판독부(16)에서 판단 결과 착륙이 불가능한 지형으로 판단되면 전/후/좌/우 각 방향으로 이동해 가면서 착륙 가능한 지점을 재검색하고, 필요시는 단계별로 이동 거리를 늘려 재검색을 한다.
예컨대, 도 7과 같이 현재 착륙 대기중인 지점에 장해물이 있고, 장해물의 상단부로 무인기(110)가 안착하지 못할 정도의 폭이나 첨두부가 있는 경우에는 3차원 영상으로 이를 분석하여 옆으로 이동 후 정상적인 착륙을 하게 한다.
착륙 자세 제어부(17)는 착륙 지형 판독부(16)에 의해 착륙 가능한 지형인 것으로 판단된 경우, 착륙 지점의 지형 특성에 따라 다수개의 드론 날개(20)를 각각 제어하여 무인기(110)의 자세를 조절하고, 드론 날개(20)의 회전 속도를 제어하여 무인기의 착륙 속도를 제어한다.
따라서 무인기(110)가 단말기(120)로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 시야에서 벗어난 경우에도 무인기(110)의 스테레오 카메라로 착륙 지점의 지형을 판독하고 자동으로 안전한 장소를 선택하여 착륙할 수 있게 한다.
예컨대, 도 8과 같이 연속된 경사 지형 중 A1 지점은 착륙이 불가하고 A2 및 A3 지점은 착륙이 가능한 경우, 착륙 가능한 지점 중 A2 지점은 무인기(110)가 수평하게 착륙할 수 있다.
그러나 약간의 경사가 있는 A3 지점의 경우에는 자세를 보정하는 것이 바람직하다. 약간의 경사에도 무인기(110)가 아무런 자세 변경 없이 착륙하면 지면과의 충돌로 옆으로 기울 수 있으므로 드론 날개(20)를 조절하여 경사면에 수평하게 자세를 조절한다.
한편, 위에서 설명을 생략한 메인 컨트롤러(18)는 드론의 전반적인 제어를 위한 것으로, 위와 같은 모드 판단부(13), 스테레오 비젼 처리부(14), 카메라 구동부(15), 착륙 지형 판독부(16), 착륙 자세 제어부(17) 등의 전반적인 프로세스를 처리한다.
도 2를 참조하면, 상기 서버(130)는 데이터 베이스(140)의 지형 데이터를 지도 형태로 변환하여 클라이언트에게 제공한다.
상기 서버(130)는 구글이나 네이버와 같이 지도 서비스를 제공하는 업체에 의해 운영된다.
상기 데이터 베이스(140)는 지도 서비스 제공 업체가 직접 관리하는 것일 수도 있고, 지도 서비스 제공 업체에게 지형 데이터를 제공하는 업체, 공공기관 등이 관리하는 것일 수도 있으며, 상기 서버(130)에서 지도 형태로 제공된 정보를 토대로 수치지도를 제작 또는 수정한다.
상기 단말기(120)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 이동 통신 단말기로서, 소정의 앱(app)을 탑재하고 있다.
그리고 단말기(120)의 하드웨어는 상기 앱과 연동하여 아래와 같은 다양한 기능을 수행한다.
우선, 상기 단말기(120)는 통신망을 통해 서버(130)로부터 수신한 지도를 화면(122)에 표시하고, GPS 수신기에 의해 인식된 무인기(110)의 위치를 상기 지도상에 시각적으로 표시한다.
또한 단말기(120)는 카메라(114)의 영상을 무인기(110)로부터 수신하고, 이를 지도와 동시에 화면(122)에 표시한다.
상기 단말기(120)는 무인기(110)의 원격 조종기로서의 기능도 수행한다. 따라서 사용자는 별도의 원격 조종기를 구비하지 않더라도, 무인기(110)의 위치와 무인기(110)의 카메라(114)가 획득한 영상을 화면(122)으로 확인하면서, 단말기(120)를 조작하여 무인기(110)를 조종할 수 있다.
또한 상기 단말기(120)는 상기 지도상의 물체와 지도상의 무인기(110) 간 거리가 상기 기준값 이하일 때 제2알림신호를 생성한다.
제2알람신호가 생성되었다는 것은 지도상의 무인기(110)가 지도상의 물체에 근접하여 지도상에서 충돌할 위험이 발생하였음을 의미한다.
또한 단말기(120)는 제1알람신호를 무인기(110)로부터 수신한 시점과 상기 제2알람신호의 생성 시점을 비교한다.
비교 결과, 제1알람신호의 수신만이 이루어졌으면, 단말기(120)는 물체가 새롭게 생긴 것으로 판단한다.
그리고 이 경우, 단말기(120)는 물체가 새로 생겼음을 의미하는 생성 기호를 화면(122) 상의 지도에 마킹한다.
상기 생성 기호는 제1알람신호를 수신한 시점에 무인기(110)가 위치하던 곳에 마킹된다.
또한 단말기(120)는 마킹된 기호가 생성 기호라는 것과, 상기 생성 기호가 마킹된 좌표를 내장 메모리에 저장한다.
또한 단말기(120)는 제1알람신호의 수신만이 이루어진 경우 음성 메시지를 출력하는데, 이 음성 메시지는 "새로 생긴 물체와 충돌할 위험이 있습니다"와 같이, 물체가 새로 생겼다는 내용 및 무인기(110)의 충돌 위험이 있다는 내용을 포함한다.
반면 비교 결과, 제2알람신호의 생성만이 이루어졌으면, 단말기(120)는 기존의 물체가 사라진 것으로 판단한다.
그리고 이 경우, 단말기(120)는 물체가 사라졌음을 의미하는 소멸 기호를 화면(122) 상의 지도에 마킹한다.
상기 소멸 기호는 제2알람신호를 생성한 시점에 무인기(110)가 위치하던 곳에 마킹된다.
또한 단말기(120)는 마킹된 기호가 소멸 기호라는 것과, 상기 소멸 기호가 마킹된 좌표를 내장 메모리에 저장한다.
또한 단말기(120)는 제2알람신호의 생성만이 이루어진 경우 음성 메시지를 출력하는데, 이 음성 메시지는 "물체가 사라져 충돌 위험이 제거되었습니다"와 같이, 기존의 물체가 사라졌다는 내용 및 이로 인해 무인기(110)의 충돌 위험이 제거되었다는 내용을 포함한다.
한편 비교 결과, 제1알람신호 수신과 제2알람신호의 생성이 동시에 이루어졌으면, 단말기(120)는 지형의 변화가 없는 것으로 판단한다.
그리고 이 경우, 단말기(120)는 화면(122) 상의 지도에 아무런 마킹도 하지 않고, 단지 음성 메시지만을 출력한다.
이 음성 메시지는 "충돌 위험이 있습니다"와 같이, 무인기(110)의 충돌 위험이 있다는 내용을 포함한다.
앞서 설명된 바에 의하면, 단말기(120)가 소정의 앱을 탑재한 이동 통신 단말기로 구성된다.
그러나 이와 달리 상기 단말기(120)는 소정의 프로그램을 탑재한 PC로 구성될 수도 있다.
그러나 단말기(120)가 이동 통신 단말기로 구성되면 사용자가 차량 등으로 이동하면서 무인기(110)를 조종할 수 있기 때문에 무인기(110)의 비행 영역이 보다 넓어지는 이점이 있다.
이하, 상기 무인기를 이용한 지형 변화 감지 시스템(100)의 작동 과정을 설명한다.
도 2를 참조하면, 사용자는 우선 거리센서(112), 카메라(114), GPS 수신기, 제1알람신호 생성기(116)를 탑재한 무인기(110)를 준비하고, 단말기(120)에 설치된 앱을 실행한다.
앱이 실행되면 단말기(120)의 화면(122)에 서버(130)로부터 수신한 지도와, 이 지도상의 무인기(110)의 위치와, 상기 카메라(114)의 영상이 표시된다.
이러한 작업이 종료되면 사용자는 무인기(110)를 작동시키고, 단말기(120)의 화면을 보면서 무인기(110)를 조종한다.
무인기(110) 운행 도중 제1알람신호의 수신만이 이루어졌으면, 단말기(120)는 생성 기호를 화면(122) 상의 지도에 마킹하고, 마킹된 기호가 생성 기호라는 것 및 상기 생성 기호가 마킹된 좌표를 내장 메모리에 저장하며, 물체가 새로 생겼다는 내용 및 무인기(110)의 충돌 위험이 있다는 내용을 포함하는 음성 메시지를 출력한다.
무인기(110) 운행 도중 제2알람신호의 생성만이 이루어졌으면, 단말기(120)는 소멸 기호를 화면(122) 상의 지도에 마킹하고, 마킹된 기호가 소멸 기호라는 것 및 상기 소멸 기호가 마킹된 좌표를 내장 메모리에 저장하며, 기존의 물체가 사라졌다는 내용 및 이로 인해 무인기(110)의 충돌 위험이 제거되었다는 내용을 포함하는 음성 메시지를 출력한다.
무인기(110) 운행 도중 제1알람신호 수신과 제2알람신호의 생성이 동시에 이루어졌으면, 단말기(120)는 무인기(110)의 충돌 위험이 있다는 내용을 포함하는 음성 메시지를 출력한다.
한편, 사용자는 무인기(110)의 조종을 마친 이후, 단말기(120)의 내장 메모리에 저장된 정보를 지형 데이터를 관리하는 업체나 단체에 제공하고, 이 업체나 단체는 제공받은 정보를 이용하여 지형 데이터를 갱신한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
100: 본 발명에 따른 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템
10: 드론 몸체 20: 드론 날개
30-1, 30-2: 모듈부 40: 구동기
50-1, 50-2: 지지암 11-1: 제1 메인 카메라
11-2: 제2 메인 카메라 12-1: 제1 적외선 카메라
12-2: 제2 적외선 카메라 13: 모드 판단부
14: 스테레오 비젼 처리부 15: 카메라 구동부
16: 착륙 지형 판독부 17: 착륙 자세 제어부
18: 메인 컨트롤러 R: 원격 송수신부
C: 비행 조종부 110: 무인기
112: 거리 센서 114: 카메라
116: 제1알림신호 생성기 130: 서버
140: DB

Claims (1)

  1. GPS 수신기 및 거리센서를 탑재하고, 상기 거리센서의 출력값이 기준값 이하일 때 제1알람신호를 출력하는 원격 조종 무인기와, 데이터 베이스의 지형 데이터를 지도 형태로 변환하여 제공하는 서버와, 통신망을 통해 상기 서버로부터 수신한 지도 및 이 지도상의 상기 무인기의 위치를 시각적으로 표시하고, 상기 지도상의 물체와 무인기 간 거리가 상기 기준값 이하일 때 제2알람신호를 생성하며, 상기 무인기로부터 제1알람신호를 수신한 시점과 상기 제2알람신호의 생성 시점을 비교하여 지형의 변화 여부를 판단하는 단말기를 포함하되 상기 단말기는 제1알람신호의 수신만이 이루어지면 물체가 새롭게 생긴 것으로 판단하고, 제2알람신호의 생성만이 이루어지면 물체가 사라진 것으로 판단하며, 제1알람신호의 수신 및 제2알람신호의 생성이 모두 이루어지면 지형의 변화가 없는 것으로 판단하는 영상시스템에 있어서,
    상기 무인기(110)는 드론을 사용하되 주간에 착륙 대기중인 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제1 메인 카메라(11-1)와, 상기 제1 메인 카메라(11-1)로부터 설정된 베이스 라인(L)만큼 이격 설치되며, 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제2 메인 카메라(11-2)와, 야간에 착륙 대기중인 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제1 적외선 카메라(12-1)와, 상기 제1 적외선 카메라(120-1)로부터 설정된 베이스 라인(L)만큼 이격 설치되며, 상기 무인기의 직하부에 존재하는 착륙 지점을 촬영하는 제2 적외선 카메라(12-2)와, 상기 무인기가 비행 중인 현재의 시점이 주간 또는 야간인지를 판별하는 모드 판단부(13)와, 주간에는 상기 제1 메인 카메라(11-1)에서 촬영한 좌측 영상 및 상기 제2 메인 카메라(11-2)에서 촬영한 우측 영상을 스테레오 정합시켜 상기 착륙 지점의 3차원 영상을 제공하고, 야간에는 상기 제1 적외선 카메라(12-1)에서 촬영한 좌측 영상 및 상기 제2 적외선 카메라(12-2)에서 촬영한 우측 영상을 스테레오 정합시켜 상기 착륙 지점의 3차원 영상을 제공하는 스테레오 비젼 처리부(14)와, 상기 스테레오 비젼 처리부(14)에서 제공된 3차원 영상에 따라 카메라의 초점 및 상기 베이스 라인(L)의 간격 중 적어도 어느 하나 이상을 자동으로 조절함으로써 상기 스테레오 비젼 처리부(14)에서 보정된 3차원 영상을 제공할 수 있게 하는 카메라 구동부(15)와, 상기 보정된 3차원 영상을 분석하여 상기 착륙 지점에 설정된 각도 이상의 경사지형이 있는지 또는 장해물이 있는지를 분석하여 착륙 가능한 지형인지 결정하는 착륙 지형 판독부(16) 및 상기 착륙 지형 판독부(16)에 의해 착륙 가능한 지형인 것으로 판단된 경우, 상기 보정된 3차원 영상을 통해 분석된 착륙 지점의 지형 특성에 따라 다수개의 드론 날개(20)를 각각 제어하여 상기 무인기의 자세를 조절하고, 상기 드론 날개(20)의 회전 속도를 제어하여 상기 무인기의 착륙 속도를 제어하는 착륙 자세 제어부(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 수치지도 제작 영상시스템.
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