KR101746636B1 - 무인 항공기의 야간 촬영을 위한 조명 위치 결정 시스템 및 방법 - Google Patents

무인 항공기의 야간 촬영을 위한 조명 위치 결정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 무인 항공기의 야간 촬영에 필요한 조명의 위치를 자동으로 결정하는 조명 위치 결정 시스템에 관한 것이다.

Description

무인 항공기의 야간 촬영을 위한 조명 위치 결정 시스템 및 방법{Light positions determined system and method for night shooting of unmanned aircraft}
본 발명은 야간에 무인 항공기를 이용하여 항공 영상을 촬영할 때 필요한 조명의 위치를 자동으로 결정하는 방법에 관한 것이다.
무인 항공기는 주로 군사용으로 개발되어 사용되었으나, 최근 민간 용도로 사용할 수 있는 무인 항공기가 개발되고 있다. 민간에서 사용되는 무인 항공기의 용도는 구조, 산불 감시, 항공 사진 촬영 등이 될 수 있으며 특히, 영상 분야에서 높은 수요가 예상된다. 이러한 무인 항공기는 주야를 가리지 않고 활동할 수 있어야 하는데, 야간 촬영 시 조명이 없는 곳은 지형이나 시설의 구분이 쉽지 않아 명확한 영상을 획득할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1417498호 (등록일 2014.07.02)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 무인 항공기의 야간 촬영에 필요한 조명의 위치를 자동으로 결정하는 조명 위치 결정 시스템에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법은 상기 무인 항공기의 위치 데이터를 상기 조명 수단으로 전달하는 단계; 전달받은 상기 위치 데이터를 기반으로, 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 단계; 상기 조명 수단의 중심 및 목표 조명 좌표의 중심을 계산하는 단계; 상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 거리 및 회전각을 이용하여 상기 목표 조명 위치를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 무인 항공기의 위치를 계산하는 단계는, 상기 조명 수단의 좌표(XA, YA) 및 상기 무인 항공기의 좌표(XB, YB)로 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 거리 및 회전각을 계산하는 단계는, 하기 식1을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기의 거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.
[식1]
거리 =
Figure 112015037810908-pat00001
또한, 상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계는, 하기 식2의 제1 회전각 및 식3의 제2 회전각을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기가 위치한 방위각과 무인 항공기가 위치한 곳의 지상과의 각도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
[식2]
제1 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00002
[식3]
제2 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00003
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템은, 촬영 수단을 구비한 무인 항공기; 및 상기 무인 항공기의 목표 촬영 좌표에 조명을 조사하는 조명 수단;을 포함하고,;을 포함하고, 상기 조명 수단은, 상기 무인 항공기로부터 수신한 정보를 이용하고, 상기 무인 항공기와 상기 조명 수단의 거리를 계산하여, 목표 조명 좌표를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 무인 항공기는, 상기 무인 항공기의 위치 좌표를 센싱하는 제1 센서부; 상기 제1 센서부로부터 획득한 정보로 위치 데이터를 생성하는 제어부; 및 생성된 상기 위치 데이터를 외부로 통신하는 제1 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 센서부는, 상기 무인 항공기의 위치를 센싱하는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 센서부에서 획득한 정보로 위치 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 통신부는, 생성된 상기 위치 데이터를 상기 조명 수단으로 전송하는 것을 특징으로 한다,
또한, 상기 조명 수단은, 상기 조명 수단의 위치 좌표를 센싱하는 제2 센서부; 상기 위치 데이터를 수신하는 제2 통신부; 및 상기 무인 항공기와 상기 조명 수단 및 목표 조명 좌표간 거리를 계산하는 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 센서부는, 상기 조명 수단의 위치를 센싱하는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 통신부는, 상기 제1 통신부로부터 위치 데이터를 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계산부는, 상기 조명 수단의 좌표(XA, YA) 및 상기 무인 항공기의 좌표(XB, YB)로 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계산부는, 하기 식1을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
[식1]
거리 =
Figure 112015037810908-pat00004
또한, 상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계는, 하기 식2의 제1 회전각 및 식3의 제2 회전각을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기가 위치한 방위각과 무인 항공기가 위치한 곳의 지상과의 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
[식2]
제1 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00005
[식3]
제2 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00006
본 발명은 야간에 무인 항공기를 이용한 촬영 시 조명의 위치를 자동으로 결정하여 야간의 항공 촬영을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 위치 결정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 위치 결정의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계산되는 무인 항공기 회전각의 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참고하여, 조명 위치 결정 시스템 및 방법에 대해 설명한다. 도 1에 따르면, 조명 위치 결정 시스템은 촬영 수단(201)을 구비한 무인 항공기(200)와 조명 장치(301)를 구비한 조명 수단(300)으로 구성된다. 무인 항공기(200)의 제1 센서부(210)는 위치 센서를 포함하며, 위치 센서로 무인 항공기(200)의 GPS 좌표를 센싱한다.
제1 센서부(210)에서 획득한 정보는 제어부(220)에서 위치 데이터로 가공하여 생성한다. 위치 데이터는 무인 항공기(200)가 올바른 목표 촬영 좌표에 촬영할 수 있도록 계산하기 위한 요소로 사용된다. 이러한 위치 데이터는 제1 통신부(230)를 통해 조명 수단(300)으로 전송된다. 조명 수단(300)의 제2 통신부(330)는 제1 통신부(230)에서 전송된 위치 데이터를 수신한다. 조명 수단(300)의 제2 센서부(310) 또한 위치 센서 포함하며, 위치 센서로 조명 수단(300)의 GPS 좌표를 센싱한다.
계산부(320)는 제2 센서부에서 획득한 정보 및 무인 항공기(200)의 위치 데이터를 가공하여 목표 조명 위치를 결정하게 된다. 이하에서는 계산부(320)에서 목표 조명 위치를 결정하기 위한 계산 과정을 후술한다.
계산부(320)는 무인 항공기(200)의 위치 데이터에서 무인 항공기의 좌표(XB, YB)를 획득하고, 제2 센서부에서 획득한 조명 수단(300)의 좌표(XA, YB)를 이용하여 무인 항공기(200)와 거리를 계산한다. 하기 식1은 조명 수단(300)에서 무인 항공기(200)까지 거리를 계산하는 식을 나타낸다.
[식1]
거리 =
Figure 112015037810908-pat00007
계산부(320)는 조명의 중심을 계산하는데, 이는 빛이 조사되는 중심좌표를 확보함으로써 목표 조명 좌표에 정확한 조사를 하기 위함이다. 이때 상술한 조명 수단(300)의 좌표(XA, YB)를 계산된 조명의 중심 좌표로 사용할 수 있다. 또한 조명의 중심좌표를 확보하기 위해 GPS를 통해 실측되는 좌표로 구할 수 있다. 따라서 식1을 통해 무인 항공기(200)의 위치 데이터와 조명 수단(300)의 중심 좌표로 조명 수단(300)과 무인 항공기(200)까지의 거리를 구할 수 있다.
또한 정확한 목표 조명 좌표를 결정하기 위해서 무인 항공기(200)의 회전각을 계산할 필요가 있다. 조명 수단(300)에서 무인 항공기(200)을 바라보는 제1 회전각 및 제2 회전각은 각각 식2 및 식3을 통해 계산할 수 있다. 이를 도3의 실시예를 통해 설명하면, 제1 회전각은 무인 항공기(200)의 측면을 축으로 앞뒤로 회전하는(pitch) 회전각을 나타내고, 제2 회전각은 무인 항공기(200)의 정면을 축으로 좌우로 회전하는(roll) 회전각을 나타난다. 상기 제1 회전각은 무인 항공기(200)와 조명 수단(300) 사이의 2차원적 회전(pitch)을 계산하고, 제2 회전각은 항공기(200)와 조명 수단(300)의 위치에서 지면과의 각도(yaw)를 계산한다.
[식2]
제1 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00008
[식3]
제2 회전각=
Figure 112015037810908-pat00009
여기서 d는 식1을 통해 계산된 거리를 나타내고, h는 조명 수단(300)이 지면으로부터 떨어진 높이를 나타낸다.
계산부(320)는 식1, 식2 및 식3의 계산을 통해, 정확한 조명 위치를 결정할 수 있다.
이상에서는 조명 위치 결정 시스템에 대해 설명하였다. 후술하는 조명 위치 결정 방법은 도 2를 참고하여 설명하며, 조명 위치 결정 방법의 상세한 과정은 상술한 도 1의 방식과 동일하다.
무인 항공기(200)은 제1센서부(210)에서 획득한 정보를 제어부(220)에서 위치 데이터로 가공하고 생성하여 제1 통신부(230)을 통해 조명 수단(300)의 제2 통신부(330)로 전송한다(S110). 제2 센서부(310)는 조명 수단(300)의 위치를 센싱하여 획득한다. 계산부(320)는 무인 항공기(200)의 위치 데이터에서 무인 항공기의 좌표(XB, YB)를 획득하고, 제2 센서부에서 획득한 조명 수단(300)의 좌표(XA, YA)를 이용하여 무인 항공기(200)와 거리를 계산한다(S120). 하기 식1은 조명 수단(300)에서 무인 항공기(200)까지 거리를 계산하는 식을 나타낸다.
[식1]
거리 =
Figure 112015037810908-pat00010
계산부(320)는 조명의 중심을 계산하는데, 이는 빛이 조사되는 중심좌표를 확보함으로써 목표 조명 좌표에 정확한 조사를 하기 위함이다. 이때 상술한 조명 수단(300)의 좌표(XA, YA)를 계산된 조명의 중심 좌표로 사용할 수 있다(S130). 따라서 식1을 통해 무인 항공기(200)의 위치 데이터와 조명 수단(300)의 중심 좌표로 조명 수단(300)과 무인 항공기(200)까지의 거리를 구할 수 있다.
또한 정확한 목표 조명 좌표를 결정하기 위해서 무인 항공기(200)의 회전각을 계산할 필요가 있다. 조명 수단(300)에서 무인 항공기(200)을 바라보는 제1 회전각 및 제2 회전각은 각각 식2 및 식3을 통해 계산할 수 있다(S140). 상기 제1 회전각은 무인 항공기(200)와 조명 수단(300) 사이의 2차원적 회전(pitch)을 계산하고, 제2 회전각은 항공기(200)와 조명 수단(300)의 위치에서 지면과의 각도(yaw)를 계산한다.
[식2]
제1 회전각 =
Figure 112015037810908-pat00011
[식3]
제2 회전각=
Figure 112015037810908-pat00012
여기서 d는 식1을 통해 계산된 거리를 나타내고, h는 조명 수단(300)이 지면으로부터 떨어진 높이를 나타낸다.
위와 같은 식1, 식2 및 식3의 계산을 통해, 정확한 조명 위치를 결정할 수 있다(S150).
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 서로 독립적으로 분리된 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법에 있어서,
    상기 무인 항공기의 위치 데이터를 상기 조명 수단으로 전달하는 단계; 전달받은 상기 위치 데이터를 기반으로, 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 단계;
    상기 조명 수단의 중심 및 목표 조명 좌표의 중심을 계산하는 단계;
    상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 거리 및 회전각을 이용하여 상기 목표 조명 위치를 결정하는 단계;를 포함하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    무인 항공기의 위치를 계산하는 단계는,
    상기 조명 수단의 좌표(XA, YA) 및 상기 무인 항공기의 좌표(XB, YB)로 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 거리 및 회전각을 계산하는 단계는,
    하기 식1을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법.
    [식1]
    거리 =
    Figure 112016110968837-pat00013

    여기서, XB, XA, YB, YA는 상기 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값이다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계는,
    하기 식2의 제1 회전각 및 식3의 제2 회전각을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기가 위치한 방위각과 무인 항공기가 위치한 곳의 지상과의 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 방법.
    [식2]
    제1 회전각 =
    Figure 112016110968837-pat00014

    여기서, 상기 Yb, Ya, Xb, Xa는 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값을 나타내는 것으로, Yb 는 YB 이고, Ya 는 YA 이며, Xb 는 XB 이고, Xa 는 XA이다.
    [식3]
    제2 회전각 =
    Figure 112016110968837-pat00015

    여기서, d는 아래의 식1을 통해 계산된 거리를 나타내고, h는 조명 수단(300)이 지면으로부터 떨어진 높이를 나타낸다.
    [식 1]
    Figure 112016110968837-pat00022

    여기서, XB, XA, YB, YA는 상기 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값이다.
  5. 촬영 수단을 구비한 무인 항공기; 및
    상기 무인 항공기의 목표 촬영 좌표에 조명을 조사하는 조명 수단;을 포함하고,
    상기 조명 수단은, 상기 무인 항공기로부터 수신한 정보를 이용하고, 상기 무인 항공기와 상기 조명 수단의 거리를 계산하여, 목표 조명 좌표를 결정하며, 상기 무인 항공기와 서로 독립적으로 분리되어 위치하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무인 항공기는,
    상기 무인 항공기의 위치 좌표를 센싱하는 제1 센서부;
    상기 제1 센서부로부터 획득한 정보로 위치 데이터를 생성하는 제어부; 및 생성된 상기 위치 데이터를 외부로 통신하는 제1 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    상기 무인 항공기의 위치를 센싱하는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센서부에서 획득한 정보로 위치 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 통신부는,
    생성된 상기 위치 데이터를 상기 조명 수단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 조명 수단은,
    상기 조명 수단의 위치 좌표를 센싱하는 제2 센서부;
    상기 위치 데이터를 수신하는 제2 통신부; 및
    상기 무인 항공기와 상기 조명 수단 및 목표 조명 좌표간 거리를 계산하는 계산부;를 포함하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 센서부는,
    상기 조명 수단의 위치를 센싱하는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 통신부는,
    상기 무인항공기로부터 위치 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 조명 수단의 좌표(XA, YB) 및 상기 무인 항공기의 좌표(XB, YB)로 상기 무인 항공기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 계산부는,
    하기 식1을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
    [식1]
    거리 =
    Figure 112016110968837-pat00016

    여기서, XB, XA, YB, YA는 상기 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값이다.
  15. 제 5항에 있어서,
    상기 조명 수단과 상기 무인 항공기간 거리 및 회전각을 계산하는 단계는,
    하기 식2의 제1 회전각 및 식3의 제2 회전각을 이용하여 상기 조명 수단에서 상기 무인 항공기가 위치한 방위각과 무인 항공기가 위치한 곳의 지상과의 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 및 조명 수단의 조명 위치 결정 시스템.
    [식2]
    제1 회전각 =
    Figure 112016110968837-pat00017

    여기서, 상기 Yb, Ya, Xb, Xa는 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값을 나타내는 것으로, Yb 는 YB 이고, Ya 는 YA 이며, Xb 는 XB 이고, Xa 는 XA이다.
    [식3]
    제2 회전각 =
    Figure 112016110968837-pat00018

    여기서, d는 아래의 식1을 통해 계산된 거리를 나타내고, h는 조명 수단(300)이 지면으로부터 떨어진 높이를 나타낸다.
    [식 1]
    Figure 112016110968837-pat00023

    여기서, XB, XA, YB, YA는 상기 무인항공기의 좌표(XB, YB) 및 조명 수단의 좌표(XA, YA)에서 각각의 X축 값과 Y축 값이다.
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