KR102028622B1 - 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템 - Google Patents

드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법은 일 집단의 영상을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 영상에서 상기 일 집단에 포함된 객체들을 추출하는 단계; 상기 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 마커들 중 기설정된 마커가 포함된 경우, 상기 기설정된 마커가 표시된 타겟을 추적하는 단계를 포함한다.

Description

드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATICALLY TRACKING OBJECT USING DRONE}
본 발명은 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템에 관한 것으로, 실시간으로 촬영된 영상에서 객체를 검출하고, 검출된 객체를 추적하는 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템이다.
드론은 군사용으로 무기로 처음 생겨났지만, 무선 통신 기술의 발달로 개인이 소장할 수 있는 소형 드론이 많이 생기고 있는 추세이다.
카메라를 탑재한 드론은 지리적 한계나 안전상의 이유로 가지 못 했던 장소를 생생하게 렌즈에 담을 수 있는 장점이 있어, 고공촬영, 스포츠 중계 및 재해 현장 등 다양한 분야에서 활발히 쓰이고 있다.
종래에는 드론이 피사체가 소유한 단말과의 무선 통신을 통해 피사체의 위치를 기준으로 동일한 간격 및 위치 등을 유지한 상태로 피사체를 촬영할 수 있는 피사체 추적형 셀카용 드론이 개시되었다.
다만, 종래에는 드론이 촬영할 수 있는 피사체가 일정 거리를 유지해야 하며, 피사체가 소지한 단말과 드론이 무선 통신을 수행하여, 피사체의 위치를 추적하기 때문에, 전파 방해가 있는 상황에서는 피사체를 추적할 수 없는 문제가 있다.
KR 10-2009-0080723 A
본 발명은 중계 단말을 이용하여 사용자와 드론 간의 거리에 상관없이 드론을 조작 가능하며, 촬영한 영상에서 피사체(이하, 객체)를 검출하고, 검출된 객체의 이동 방향으로 함께 움직이며 객체를 자동으로 추적함으로써, 사용자의 추가적인 조작 없이도 자동으로 객체를 추적할 수 있는 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법은 일 집단의 영상을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 영상에서 상기 일 집단에 포함된 객체들을 추출하는 단계; 상기 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 마커들 중 기설정된 마커가 포함된 경우, 상기 기설정된 마커가 표시된 타겟을 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출된 마커들 중 상기 기설정된 마커가 포함되지 않은 경우, 상기 일 집단을 제외한 나머지 집단들에 대하여 상기 영상을 촬영하는 단계 내지 추적하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 객체들을 추출하는 단계는, 상기 촬영된 영상의 프레임들 각각을 기설정된 크기의 윈도우로 탐색하여, 상기 객체들 각각을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기설정된 크기의 윈도우는, 상기 촬영된 영상에 포함된 객체들과의 거리에 비례하여 설정된 크기의 윈도우로서, 상기 객체들과의 거리가 가까워질수록 크기가 증가될 수 있다.
상기 추적하는 단계는, 상기 타겟의 영상을 촬영하는 단계; 및 상기 촬영된 영상의 각 프레임에서 상기 타겟의 마커를 검출하여, 상기 타겟을 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 시스템은 촬영된 영상에서 객체들을 추출하고, 상기 객체들 각각에 표시된 마커들을 검출하며, 상기 검출된 마커들 중에서 기설정된 마커가 검출된 경우, 상기 기설정된 마커가 표시된 타겟을 추적하도록 제어하는 제어부; 및 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 수신하고, 상기 촬영된 영상을 전송하는 송수신부를 포함하는 드론; 상기 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 상기 드론에 연결된 단말에 송신하는 사용자 단말; 및 상기 사용자 단말 및 드론에 연결되며, 상기 사용자 단말로부터 수신한 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 상기 드론에 전송하고, 상기 드론으로부터 수신한 영상을 상기 사용자 단말로 전송하는 중계 단말을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 촬영된 영상의 프레임들 각각을 기설정된 크기의 윈도우로 탐색하여, 상기 객체들 각각을 추출할 수 있다.
상기 기설정된 크기의 윈도우는, 상기 촬영된 영상에 포함된 객체들과 드론 간의 거리에 비례하여 설정된 크기의 윈도우로서, 상기 객체들과 드론 간의 거리가 가까워질수록 크기가 증가될 수 있다.
복수 개의 프로펠러를 포함하며, 상기 드론의 비행 및 이동을 위한 추진력을 제공하는 추진부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기설정된 마커를 검출한 경우, 상기 타겟이 움직이는 방향으로 상기 드론을 이동하도록 상기 추진부를 제어할 수 있다.
영상을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라가 결합되고, 상기 카메라의 수평을 유지시키는 수평유지유닛을 포함하는 촬영부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수평유지유닛을 회전시킴으로써, 상기 카메라의 촬영 방향을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템은 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출하여 타겟의 마커와 비교함으로써, 타겟의 생김새를 통해 추적하는 것 보다 검출 정확도가 높은 장점이 있다.
또한, 타겟의 마커에 대한 영상을 촬영하며 타겟을 추적하기 때문에 사용자는 추가적인 조작 없이도 타겟에 대한 영상을 수신할 수 있는 장점이 있다.
또한, 사용자는 사용자 단말을 통해 중계 단말과 통신하고, 중계 단말은 사용자 단말로부터 수신한 신호에 기반하여 드론을 조종하기 때문에, 사용자와 드론 간의 거리에 상관없이 드론을 조종할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 시스템을 간략히 도시한 블록도이다.
본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.
즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법 및 시스템에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법은 영상을 촬영하는 단계(S101), 객체들을 추출하는 단계(S103), 마커들을 검출하는 단계(S105), 타겟을 추적하는 단계(S107) 및 반복적으로 수행하는 단계(S109)를 포함할 수 있다.
영상을 촬영하는 단계(S101)는 객체들을 포함하는 복수 집단들 중 일 집단의 영상을 촬영하는 단계로서, 예컨대 말들이 여러 집단을 이루고 있을 경우, 복수 집단들 중 일 집단의 영상을 촬영할 수 있다.
객체들을 추출하는 단계(S103)는 촬영된 영상에서 객체를 추출하는 단계로서, 영상의 프레임들을 기설정된 크기의 윈도우로 탐색하여 객체들을 추출하는 단계이다.
기설정된 크기의 윈도우는 촬영된 영상에 포함된 객체들과 드론 간의 거리에 비례하여 설정된 크기의 윈도우로서, 객체들과 드론 간의 거리가 가까워질수록 윈도우 크기가 커지고, 객체들과 드론 간의 거리가 멀어질수록 윈도우 크기가 작아질 수 있다.
예컨대, 말 집단에 대한 영상을 촬영한 경우, 윈도우 크기는 드론과 말 간의 기준거리 5m에 대하여 100x200으로 설정될 수 있다. 드론이 말에 가까워질수록 윈도우 크기는 100x200보다 커지고, 드론이 말에 멀어질수록 윈도우 크기는 100x200보다 작아질 수 있다.
객체들 중 일부는 복수 개의 윈도우에 포함될 수 있기 때문에, 복수 개의 윈도우에 포함된 이미지들이 병합되어 하나의 객체를 포함할 수 있다. 복수 개의 윈도우에 포함된 이미지들에서 특징점들을 추출하고, 공통되는 특징점들을 병합함으로써 객체들이 검출될 수 있다.
마커들을 검출하는 단계(S105)는 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출하는 단계이다.
마커는 QR코드(Quick Response Code) 또는 바코드(Barcode) 등의 디지털 코드로서, 객체의 표면에 새겨지거나, 마커가 표시된 인식표 등의 물체가 객체의 표면에 부착될 수 있다.
예컨대, 추출된 객체가 말인 경우, 말의 신체부위에 부착된 인식표에서 QR코드 형태의 마커를 검출하고, 마커에 포함된 말의 정보를 추출할 수 있다. 말의 정보에는 말의 일련번호, 나이, 태어난 곳, 부모, 소유자 등의 정보가 포함될 수 있다.
타겟을 추적하는 단계(S107)는 검출된 마커들 중 기설정된 마커가 포함된 경우, 기설정된 마커가 표시된 타겟을 추적하는 단계이다.
기설정된 마커란 추적을 원하는 타겟에 표시된 마커로서, 사용자는 추적을 원하는 타겟에 표시된 마커를 입력할 수 있다.
사용자는 드론이 타겟을 추적하는 모드를 자동 추적 모드 및 수동 추적 모드 중 하나로 설정할 수 있다.
예컨대, 드론에 설정된 모드가 자동 추적 모드일 경우, 드론은 타겟이 포함된 집단에 대한 영상을 촬영하고, 영상의 각 프레임에서 마커를 반복적으로 검출해가면서 타겟이 이동하는 방향으로 자동으로 이동하며 타겟을 추적할 수 있다.
반대로, 드론에 설정된 모드가 수동 추적 모드일 경우, 사용자는 촬영된 영상을 통해 타겟의 이동방향으로 드론을 수동으로 조종하여 타겟을 추적할 수도 있다.
반복적으로 수행하는 단계(S109)는 검출된 마커들 중 기설정된 마커가 포함되지 않은 경우, 복수 집단들 중 마커를 검출한 일 집단을 제외한 나머지 집단들에 대해서 영상을 촬영하는 단계(S101) 내지 타겟을 추적하는 단계(S107)를 반복적으로 수행하는 단계이다.
예컨대, A, B, C 및 D집단이 있을 경우, A집단에 포함된 객체들에 표시된 마커를 검출하였으나 기설정된 마커가 검출되지 않았다면, B, C 및 D집단에 대해서 마커를 검출할 수 있다.
구체적으로, B집단에 대한 영상을 촬영하고, 촬영된 영상에서 B집단에 포함된 객체들을 추출하고, 추출된 객체들에 표시된 마커들을 검출할 수 있다.
그 후, B집단에서 검출된 마커들에 기설정된 마커가 포함되었다면 타겟을 추적하는 단계(S107)를 수행하고, 포함되지 않았다면 C집단에 대해서 영상을 촬영하는 단계가 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 방법은 복수의 집단들 각각에 대해서 영상을 촬영하고, 객체를 추출하여 추출된 객체들 각각에 표시된 마커들을 검출하는 단계를 수행함으로써 타겟을 검출하고, 타겟이 검출된 후에는 타겟을 자동 또는 수동 조종에 따라 추적함으로써, 타겟의 상태를 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 시스템을 간략히 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 시스템은 드론(100), 중계 단말(110) 및 사용자 단말(120)을 포함할 수 있다.
드론(100)은 송수신부(101), 촬영부(103), 추진부(105) 및 제어부(107)를 포함할 수 있다.
송수신부(101)는 중계 단말(110)로부터 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 수신하며, 중계 단말(110)로 촬영한 영상을 전송할 수 있다.
즉, 사용자 단말(120)은 중계 단말(110)로 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 전송하고, 중계 단말(110)은 수신한 영상 촬영 및 위치 이동에 대한 신호를 송수신부(101)로 전송할 수 있다.
마찬가지로, 송수신부(101)는 촬영한 영상을 중계 단말(110)로 전송하고, 중계단말(110)은 수신한 영상을 사용자 단말(120)로 전송할 수 있다.
촬영부(103)는 객체들의 영상을 촬영할 수 있는 카메라 및 드론의 하부에 구비되어 카메라가 결합되어, 카메라의 수평을 유지시키는 수평유지유닛을 포함할 수 있다.
예컨대, 수평유지유닛은 짐벌(Gimbal)과 같은 역할을 하는 유닛으로, 결합된 카메라의 수평을 유지시켜, 드론이 이동하면서 영상을 촬영하더라도 영상이 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 수평유지유닛은 요(yaw), 롤(roll), 피치(pitch) 방향으로 회전이 가능하여, 제어부(107)는 수평유지유닛을 회전시킴으로써 카메라의 촬영 방향을 조절할 수 있다.
추진부(105)는 복수 개의 프로펠러를 포함하며, 드론의 비행 및 이동을 위한 추진력을 제공하는 것으로서, 송수신부(101)가 드론의 비행 및 위치 이동에 대한 신호를 입력받으면, 제어부(107)는 추진부(105)를 작동시킴으로써 드론을 비행 및 이동시킬 수 있다.
또한, 제어부(107)는 자동 추적 모드로 설정된 경우, 드론의 위치 이동에 대한 신호를 입력받지 않더라도, 추진부(105)를 제어함으로써 타겟의 이동방향으로 드론을 이동시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 객체 자동 추적 시스템은 설정에 따라 사용자의 조작 없이도 타겟을 추적할 수 있는 장점이 있다.
제어부(107)는 촬영된 영상에서 객체들을 추출하고, 추출된 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출할 수 있다.
제어부(107)는 촬영된 영상의 프레임들 각각을 기설정된 크기의 윈도우로 탐색하여 객체들 각각을 추출할 수 있다.
윈도우의 기설정된 크기는 촬영된 영상에 포함된 객체들과 드론 간의 거리에 비례하여 설정된 거리로서, 객체들과 드론 간의 거리가 가까워질수록 크기가 증가하며, 객체들과 드론 간의 거리가 가까워질수록 크기가 감소할 수 있는 가변적인 크기이다.
예컨대, 드론과 객체들 간의 거리가 3m일 때를 기준으로 기설정된 윈도우 크기가 설정되었다면, 드론과 객체들 간의 거리가 1m로 가까워졌을 때는 촬영된 영상에서 보이는 객체의 크기가 커졌기 때문에 윈도우의 크기가 기설정된 윈도우의 크기보다 증가될 수 있다.
즉, 드론과 객체 간의 거리에 비례하여 가변적으로 윈도우 크기를 변경시키면서, 촬영된 영상에서 객체를 추출하기 때문에 고정된 윈도우 크기를 이용하여 객체를 추출할 때보다 연산 속도가 증가될 수 있는 장점이 있다.
제어부(107)는 촬영된 영상에서 객체들을 추출한 후, 객체들 각각에 표시된 고유한 마커들을 검출할 수 있고, 마커는 객체 표면의 외부에 표시될 수 있으며, QR 코드 또는 바코드 등으로 표시될 수 있다.
예컨대, 객체가 동물인 경우, 마커에는 소유자, 나이, 병력 등의 정보가 포함될 수 있고, 제어부(107)는 마커를 검출하여 마커에 포함된 정보들을 추출할 수 있다.
제어부(107)는 객체들 각각에 표시된 마커들을 검출하고, 검출된 마커들 중 기설정된 마커와 동일한 마커가 있는지를 판단할 수 있다. 기설정된 마커는 추적을 원하는 타겟에 표시된 마커이다.
검출된 마커들 중 기설정된 마커가 존재하면, 촬영된 영상에 포함된 객체들에 타겟이 포함된 것이므로, 제어부(107)는 촬영부(103)를 제어하여 타겟의 영상을 촬영하고, 추진부(105)를 제어하여 타겟이 이동하는 방향으로 드론을 이동시킬 수 있다.
검출된 마커들 중 기설정된 마커가 존재하지 않으면, 촬영된 영상에 포함될 객체들에는 타겟이 포함되지 않은 것이므로, 제어부(107)는 다른 집단의 영상을 촬영하기 위하여, 추진부(105)를 제어하여 다른 집단으로 드론을 이동시킬 수 있다.
중계 단말(110)은 드론(100) 및 사용자 단말(120)에 연결되어, 드론(100) 및 사용자 단말(120) 사이에서 데이터를 중계할 수 있다.
중계 단말(110)은 사용자 단말(120)로부터 드론의 비행 및 위치 이동에 대한 신호를 수신하여 드론(100)으로 전송함으로써 드론이 비행하거나 위치를 이동할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 드론(100)으로부터 촬영된 영상을 수신하여 사용자 단말(120)로 전송함으로써, 사용자가 사용자 단말(120)을 통해 드론(100)이 촬영한 영상을 시청할 수 있다.
예컨대, 사용자가 한국에서 사용자 단말(120)을 통해 몽골에 있는 중계 단말(110)에 드론의 위치 이동에 대한 신호를 전송하면, 중계 단말(110)은 위치 이동에 대한 신호를 수신하고, 수신한 위치 이동에 대한 신호를 드론(100)에 전송할 수 있다.
드론(100)은 송수신부(101)를 통해 위치 이동에 대한 신호를 수신하고, 제어부(107)는 신호의 내용을 분석하여 추진부(105)를 제어함으로써 드론(100)을 이동시킬 수 있다.
즉, 중계 단말(110)을 통해서 사용자 단말(120)과 드론(100)이 간접적으로 연결되어 있기 때문에, 사용자는 먼 거리에서도 드론을 조종하고, 드론이 촬영한 타겟의 영상을 수신하여 시청할 수 있는 장점이 있다.
비록 본 명세서에서의 설명은 예시적인 몇 가지 양상으로 나타났지만, 다양한 수정이나 변경이 후술되는 특허청구범위에 의해 정의되는 범주로부터 이루어질 수 있으며, 본 발명의 기술적인 보호범위는 다음의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 드론
101 : 송수신부
103 : 촬영부
105 : 추진부
107: 제어부
110 : 중계 단말
120 : 사용자 단말

Claims (10)

  1. 일 집단의 영상을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 영상에서 상기 일 집단에 포함된 객체들을 추출하는 단계;
    상기 객체들 각각에 표시된 고유의 마커들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 마커들 중 기설정된 마커가 포함된 경우, 상기 기설정된 마커가 표시된 타겟을 추적하는 단계; 및
    상기 검출된 마커들 중 상기 기설정된 마커가 포함되지 않은 경우, 상기 일 집단을 제외한 나머지 집단들에 대하여 상기 영상을 촬영하는 단계 내지 추적하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 객체들을 추출하는 단계는,
    상기 촬영된 영상의 프레임들 각각을 기설정된 크기의 윈도우로 탐색하여, 상기 객체들 각각을 추출하되, 상기 객체들 중 일부가 복수 개의 상기 윈도우에 포함될 경우, 복수개의 상기 윈도우에 포함된 이미지들에서 특징점들을 추출하고, 공통되는 특징점들을 병합하여 객체들을 검출하는 단계를 포함하는,
    드론을 이용한 객체 자동 추적 방법.
  2. 삭제
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 크기의 윈도우는,
    상기 촬영된 영상에 포함된 객체들과의 거리에 비례하여 설정된 크기의 윈도우로서, 상기 객체들과의 거리가 가까워질수록 크기가 증가하는,
    드론을 이용한 객체 자동 추적 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추적하는 단계는,
    상기 타겟의 영상을 촬영하는 단계; 및
    상기 촬영된 영상의 각 프레임에서 상기 타겟의 마커를 검출하여, 상기 타겟을 추적하는 단계를 포함하는,
    드론을 이용한 객체 자동 추적 방법.
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