KR101783545B1 - Vr 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공 촬영을 위한 무인 비행체에 설치되어 현실과 동일하게 360도 각도로 볼 수 있는 VR 360도 영상을 촬영할 수 있도록 하되, 자이로 기술을 이용하여 무인 비행체가 어느 방향으로 회전되더라도 카메라의 위치가 고정되어 영상의 흔들림이 최소화되도록 한 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 관한 것으로서,
베이스 부재(15)의 전후좌우에 각각 비행날개(11)가 설치된 무인 비행체(10)와; 상기 베이스 부재(15)의 내부에 전후축(25)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 중간체(20)와; 전후축(25)에 직교하는 좌우축(35)을 중심으로 회전 가능하도록 상기 중간체(20)의 내부에 설치되는 몸체부(30)와; 상단과 하단에 각각 카메라(50)가 설치되는 카메라 러그(41)가 형성되어 상기 몸체부(30)에 상하 방향을 따라 이동가능하게 설치되는 수직 이동부재(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템{Camera Gimbal Syatem of Unmanned Flight Vehicle for VR 360 degree Omnidirectional Photographing}

본 발명은 항공 촬영을 위한 무인 비행체에 설치되어 현실과 동일하게 360도 각도로 볼 수 있는 VR 360도 영상을 촬영하기 위한 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 관한 것으로서, 특히 자이로 기술을 이용하여 무인 비행체가 어느 방향으로 회전되더라도 카메라의 위치가 고정되어 영상의 흔들림이 최소화되도록 한 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 관한 것이다.

최근 군사적 목적으로 사용되던 초소형 무인 비행체가 민간 목적으로 확장되면서 농업, 항공 촬영, 송유관 감시 등 여러 분야에 활용되고 있다.

상기한 무인 비행체의 정의를 살펴보면 '조종사를 태우지 않고 공기 역학적 힘에 의해 부양하여 자율적 또는 원격 조종에 의해 비행하며, 무기 또는 일반 화물을 실을 수 있는 일회용 또는 재사용할 수 있는 동력 비행체'를 의미한다. 이러한 무인 비행체는 주로 군사적 목적으로 이용되었으나, 무인 비행체의 설계, 제작 및 운용기술이 민간 목적으로 활발하게 사용되어 농업, 항공 촬영, 송유관 감시, 배달 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 예상되는 시장 규모도 매우 크다.

한편, 카메라 짐볼은 카메라를 고정하지 않고 이동하면서 촬영할 때 그 흔들림을 전자적 방법으로 방지하는 장치를 의미하며, 보통 2축 또는 3축으로 구성되어 자이로 센서에서 기울기 정보를 모터로 전달하여 카메라가 제자리에 위치하도록 모터를 작동시키는 방식으로 작동되고 있다.

그리고, VR 360 영상은 전방위 360도로 촬영되는 영상으로서, 대부분 다수의 카메라가 서로 다른 방향을 향하도록 배치하여 영상을 촬영하는 방식을 사용하고 있으며, 경우에 따라 카메라의 위치가 고정된 상태에서 3축 회전이 가능하도록 구성되고 하나 이상의 카메라가 설치된 카메라 지지체를 무인 비행체의 하부에 연결하여 영상을 촬영하기도 한다.

그러나, 다수의 카메라를 이용하여 360도 촬영을 하는 경우에는 복수의 카메라도 동시에 여러 방향을 향하도록 하고 있어 짐볼과 같은 흔들림 방지기구를 적용하기가 곤란하고, 3축 회전이 가능한 카메라 지지체의 경우에도 무인 비행체의 비행에 따른 흔들림을 피할 수 없어 영상 촬영 후 편집 과정에서 흔들림과 진동을 제거해야 하는 문제점이 있다.

구체적으로, 무인 비행체에 카메라를 직접 연결하게 되면, 무인 비행체의 비행 과정에서 발생하는 흔들림과 기울임에 대한 보정이 어려워 영상이 무척 흔들릴 수밖에 없고, 이 흔들림과 진동을 추후 편집 과정에서 잡아내야 함에 따라 편집에 어려움을 겪게 되는 문제점이 있다.

또, 무인 비행체의 하부에 유연한 고무 지지대를 설치하고 여기에 카메라가 설치된 봉을 매달아 촬영하는 방법을 사용하기도 하는데, 이 경우 무인 비행체의 진동이 카메라로 전달되지 않게 되어 영상의 흔들림이 작아지는 장점이 있지만, 카메라가 설치된 봉의 길이가 무인 비행체의 다리에 비해 길어 바닥에 착륙할 수 없고, 이륙기 반드시 한 사람이 무인 비행체를 들고 있어야 하기 때문에 굉장히 위험하고 이륙전 무인 비행체의 GPS 정보에 혼돈이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 사행부이를 중심으로 공중에 위치하면서 사행부이 주변을 평면사진의 개념으로 관찰할 수 있도록 부양하는 부양기구, 사행으로 주행하는 보트의 모습을 평면개념의 각도에서 촬영하는 동영상 카메라, 연동 통신망, 태그를 기준으로 카메라 영상을 저장 및 처리하는 영상처리수단, 그리고 서버로 구성되며, 그로부터의 동영상은 앱으로도 서비스 하는 구성을 포함하고, 이 기술들을 이용한 촬영은 보트를 대상으로 촬영하거나 보트에서 보트 및 주변을 대상으로 광각 촬영을 하는 구성을 포함함으로써, 보트 조종면허 실기시험에서 주관적 채점과 컴퓨터 채점의 불일치를 해결하면서 다양한 응용서비스를 제공할 수 있는, 보트 주행모습 동영상 처리 장치 및 방법에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 2는, 이동체의 기울기를 측정하는 기울기 센서와, 상기 이동체에 설치되며 중력 방향에 수직인 방향을 광축으로 하여 촬영하는 카메라 장치와, 상기 이동체에 설치되며 상기 이동체의 주변에 대한 데이터를 획득하는 라이다 장치와, 상기 카메라 장치에서 촬영한 영상과 상기 라이다 장치에서 획득한 데이터에 의한 영상을 합성하여 합성 영상을 생성하는 영상 합성부를 포함함으로써, 상하 시야각의 확대를 통해 주변을 더 잘 인식할 수 있도록 한, 인식 시스템에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 3은, 2대의 카메라가 구비된 무인항공기를 이용하여 1회 촬영만으로 3차원 결과물을 얻을 수 있도록 함은 물론 일반 카메라나 적외선 카메라 또는 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용할 수 있도록 함으로서, 2종류의 복수 영상을 동시에 획득할 수도 있으며, 설치된 카메라들 중 한 대의 카메라에 고장이 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영할 수 있도록 하는, 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템에 대하여 기재하고 있다.

KR 10-2015-0140891 A KR 10-2016-0012023 A KR 10-1598411 B1

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무인 비행체에 설치된 카메라를 회전시키는 대신 자이로 기술을 이용하여 무인 비행체의 비행 자세에 관계없이 카메라의 위치가 고정되도록 함으로써 영상의 흔들림을 최소화할 수 있도록 한, VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 전후축과 좌우축을 미세하게 회전시켜 카메라가 설치된 수직 이동부재가 결합된 몸체부가 항상 수평을 유지하도록 함으로써 영상의 흔들림을 줄일 수 있도록 한, VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 무인 비행체가 바닥에 착륙하는 과정에서 카메라가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한, VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스 부재의 전후좌우에 각각 비행날개가 설치된 무인 비행체와; 상기 베이스 부재의 내부에 전후축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 중간체와; 전후축에 직교하는 좌우축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 중간체의 내부에 설치되는 몸체부와; 상기 상단과 하단에 각각 카메라가 설치되는 카메라 러그가 형성되어 상기 몸체부에 상하 방향을 따라 이동가능하게 설치되는 수직 이동부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 카메라는 수직 이동부재의 상단과 하단에 형성된 카메라 러그에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 수직 이동부재의 일측이 랙 구조로 형성되어 상기 구동모터에 의해 회전하는 피니언에 의해 상기 수직 이동부재가 상하 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 중간체의 내부에 설치되어 상기 전후축을 회전시키는 제1 구동부와 상기 몸체부의 내부에 설치되어 상기 좌우축을 회전시키는 제2구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 제1구동부와 제2구동부는 스텝 모터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 무인 비행체의 비행날개 하부에는 각각 받침대가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 상기 비행날개는 상기 베이스 부재에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템은 카메라가 설치되는 수직 이동부재가 몸체부에 상하 이동이 가능하게 설치됨과 아울러 몸체부가 중간체에 대하여 좌우축을 중심으로 회전되고 중간체는 무인 비행체의 베이스 부재에 대하여 전후축을 중심으로 회전하도록 구성됨에 따라 무인 비행체의 비행 각도에 관계없이 카메라의 위치가 고정되어 영상의 흔들림이 최소화되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 전후축을 회전시키는 제1구동부와 좌우축을 회전시키는 제2구동부가 구비되어 몸체부가 흔들리지 않도록 전후축과 좌우축을 미세 회전시키게 되므로, 무인 비행체의 자세에 관계없이 카메라의 위치가 고정되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 카메라가 설치된 수직 이동부재가 랙 피니언 구조에 의해 수직 방향으로 승강하게 되므로 카메라의 손상 없이 무인 비행체를 안전하게 착륙시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 무인 비행체의 비행날개 하부에 각각 받침대가 구비되어 베이스 부재와 몸체부가 바닥으로부터 분리될 수 있으므로, 카메라가 손상되는 일이 없이 무인 비행체를 바닥에 착륙시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 따르면, 무인 비행체의 베이스 부재에 비행날개가 착탈 가능하게 결합되므로 비행날개의 교체가 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템이 도시된 사시도.
도 2는 본 발명의 요부인 몸체부의 내부를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 구동부를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템의 내부를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에서 무인 비행체의 비행 형태에 따른 카메라 위치를 설명하기 위한 참고도.
도 6은 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에서 무인 비행체가 착륙한 모습을 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템은 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(15)의 전후좌우에 각각 비행날개(11)가 설치된 무인 비행체(10)와; 상기 베이스 부재(15)의 내부에 전후축(25)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 중간체(20)와; 전후축(25)에 직교하는 좌우축(35)을 중심으로 회전 가능하도록 상기 중간체(20)의 내부에 설치되는 몸체부(30)와; 상단과 하단에 각각 카메라(50)가 설치되는 카메라 러그(41)가 형성되어 상기 몸체부(30)에 상하 방향을 따라 이동가능하게 설치되는 수직 이동부재(40)와; 상기 중간체(20)의 내측에 설치되어 상기 중간체(20)가 베이스 부재(15)에 대하여 상대 회전하도록 하는 제1구동부(25)와, 상기 몸체부(30)의 내측에 설치되어 상기 중간체(20)에 대하여 몸체부(30)가 상대 회전하도록 하는 제2구동부(35)와; 상기 수직 이동부재(40)를 수직 이동시키도록 상기 몸체부(30) 내에 설치되는 구동모터(45);를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 몸체부(30)는 구동모터(45)의 제어를 위한 신호 수신부(도시 생략)를 구비하고, 상기 구동모터(45) 및 신호 수신부의 점검, 수리 및 교체를 위하여 커버(31)가 개폐되는 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1구동부(26)와 제2구동부(36)는 스텝 모터로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 카메라(50)는 수직 이동부재(40)의 상단과 하단에 형성된 카메라 러그(41)에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 수직 이동부재(40)는 그 일측이 랙 구조(42)로 형성됨으로써 상기 구동모터(45)에 의해 회전하는 피니언(46)에 의해 상하 이동하도록 구성된다.

또, 상기 무인 비행체(10)의 비행날개(11) 하부에는 각각 받침대(12)가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 비행날개(11)는 상기 베이스 부재(15)에 착탈 가능하게 결합되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템은 무인 비행체의 비행 각도에 관계없이 카메라의 위치가 고정되어 흔들림이 최소화된 영상을 얻을 수 있도록 한다.

무인 비행체(10)를 바닥에 착륙시키는 경우에는 구동모터(45)를 이용하여 수직 이동부재(40)를 상향 이동시킴으로써 카메라(50)가 설치된 수직 이동부재(40)의 하단 카메라 러그(41)가 바닥면에 닿지 않게 한다. 따라서, 상기 무인 비행체(10)의 착륙으로 인해 카메라(500가 손상되는 것을 방지할 수 있음은 물론 상기 무인 비행체(10)의 이륙을 위하여 무인 비행체(10)를 들고 있을 필요가 없어 안전성을 확보할 수 있고 이륙 과정에서의 GPS 혼돈이 발생하지 않게 된다.

이후, 상기 무인 비행체(10)를 이륙시킴과 아울러 상기 수직 이동부재(40)의 위치를 변경한다. 상기 수직 이동부재(40)는 이착륙 과정에서 조정간을 통해 신호 수신부에 신호를 보내는 방식으로 상하 이동시킬 수 있다. 즉, 조정간에서 신호값을 길게 주면 상기 수직 이동부재(40)가 계속 올라가거나 내려가게 되는데, 원하는 위치에서 신호를 정지시키면 상기 수직 이동부재(40)의 이동이 중지되어 위치가 결정된다. 상기 수직 이동부재(40)의 위치가 결정되면, 상기 무인 비행체(10)를 영상 촬영 위치까지 비행시켜 이동한다.

이때, 상기 무인 비행체(10)의 베이스 부재(15)에 중간체(20)가 전후축(25)으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 중간체(20)에 몸체부(30)가 좌우축(35)으로 회전 가능하게 연결되어 있으므로, 카메라(50)의 중력 조인트에 따른 자이로 효과에 의해 상기 몸체부(30)는 항상 수평 상태를 유지하게 된다. 이때, 상기 몸체부(30)가 수평 상태를 이루지 못하면 제2구동부(26)와 제3구동부(36)가 상기 전후축(25)과 좌우축(36)을 미세 회전시켜 상기 몸체부(30)가 수평 상태를 유지할 수 있게 한다. 따라서, 상기 무인 비행체(10)의 비행 자세에 관계없이 상기 몸체부(30)는 항상 수평 상태를 유지하게 되고, 상기 몸체부(30)에 상하 이동 가능하게 설치된 수직 이동부재(40)의 상단과 하단의 카메라 러그(41)에 각각 설치된 카메라(50)가 흔들리지 않게 된다.

이때, 상기 중간체(20)와 몸체부(30)가 자이로 효과에 의해 자연적으로 회전하게 되어 카메라(50)의 중력 조인트만으로 대부분의 흔들림은 잡히게 되고, 상기 제2구동부(26) 및 제3구동부(36)를 형성하는 스텝 모터에는 아주 적은 양의 부하만 걸리게 된다. 따라서, 상기 제2구동부(26) 및 제3구동부(36)의 수명이 대폭 길어지게 된다.

이와 같이, 상기 카메라(50)의 위치가 고정됨에 따라 흔들림이 없는 영상을 얻을 수 있게 되며, 경우에 따라 상기 수직 이동부재(40)를 상하 방향으로 이동시켜 원하는 높이의 상부 영상과 하부 영상을 각각 얻게 된다. 이때, 상기 수직 이동부재(40)의 상단과 하단에 구비된 카메라 러그(41)에 각각 카메라(50)가 설치됨에 따라 각 카메라(50)에 의해 촬영된 상부 영상과 하부 영상을 합칠 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...무인 비행체 11...비행날개
12...받침대 15...베이스 부재
20...중간체 25...전후축
26...제1구동부 30...몸체부
35...좌우축 36...제2구동부
40...수직 이동부재 41...카메라 러그
42...랙 구조 45....구동모터
46...피니언 50...카메라

Claims (7)

1. 베이스 부재(15)의 전후좌우에 각각 비행날개(11)가 설치된 무인 비행체(10)와;
   상기 베이스 부재(15)의 내부에 전후축(25)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 중간체(20)와;
   전후축(25)에 직교하는 좌우축(35)을 중심으로 회전 가능하도록 상기 중간체(20)의 내부에 설치되는 몸체부(30)와;
   상단과 하단에 각각 카메라(50)가 설치되는 카메라 러그(41)가 형성되어 상기 몸체부(30)에 상하 방향을 따라 이동가능하게 설치되는 수직 이동부재(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 수직 이동부재(40)의 일측이 랙 구조(42)로 형성되어 구동모터(45)에 의해 회전하는 피니언(46)에 의해 상기 수직 이동부재(40)가 상하 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 중간체(20)의 내부에 설치되어 상기 전후축(25)을 회전시키는 제1 구동부(26)와 상기 몸체부(30)의 내부에 설치되어 상기 좌우축(35)을 회전시키는 제2구동부(36)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1구동부(26)와 제2구동부(36)는 스텝 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 무인 비행체(10)의 비행날개(11) 하부에는 각각 받침대(12)가 설치되는 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
7. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비행날개(11)는 상기 베이스 부재(15)에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 VR 360도 전방위 촬영을 위한 무인 비행체용 카메라 짐볼 시스템.
   

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