KR102127135B1 - 시설물 정밀점검 시스템 및 방법 - Google Patents

시설물 정밀점검 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시설물 정밀점검 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 무인비행체에 복수의 촬영 장치를 구비하고, 구비된 복수의 촬영 장치를 통해 시설물을 연속 촬영함으로써, 정밀점검이 필요한 시설물에 대한 정보를 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.

Description

시설물 정밀점검 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR FACILITIES PRECISE INSPECTION}
본 발명은 시설물 정밀점검 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 무인비행체에 복수의 촬영 장치를 구비하고, 구비된 복수의 촬영 장치를 통해 시설물을 연속 촬영함으로써, 정밀점검이 필요한 시설물에 대한 정보를 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 각 촬영 장치가 촬영하는 영상의 중복도 및 해상도를 상이하게 설정하고, 광속 조정법에 기초하여 영상 정보를 처리함으로써, 용이하게 시설물의 정보를 얻을 수 있다.
각종 시설물의 안전 진단 또는 물리적 손상도를 점검하기 위해 영상 장비를 활용하는 방법이 이용될 수 있다. 특히, 인력의 접근이 용이하지 않은 상황이나 장소에서는 무인비행체를 활용함으로써, 시설물에 대한 정밀점검을 수행할 수 있다. 이러한 무인비행체를 활용한 시설물의 정밀점검 방법은 무인비행체를 통해 촬영한 영상에 나타나는 시설물 일부가 어떤 위치에 있는 것인지 정확하게 알 수 있어야 하며, 시설물에 발생한 미세한 손상 등을 정밀하게 파악할 수 있는 기술이 필요하게 된다.
구체적으로, 무인비행체에 장착된 촬영 장치로부터 영상을 획득하고, 이러한 영상으로부터 시설물에 대한 정량 정보를 추출하기 위해서는 영상이 촬영된 위치와 촬영 당시 카메라의 자세를 3차원 공간 상에서 결정해야 한다. 이에 따라, 무인비행체(또는 이에 탑재되는 촬영 장치)에 대한 위치 및 자세를 측정하기 위한 장치로서 GNSS(Global Navigation Satellite System; 글로벌 위성항법 시스템) 신호 수신 장치 및 IMU(Inertial Measurement Unit; 관성 측정 장치)가 사용될 수 있으며, 편의에 따라서 상기 두 장치의 기능이 하나로 병합된 GNSS/IMU가 사용될 수 있다. 그러나, GNSS 신호가 무인비행체의 정확한 위치를 결정할 수 있을 만큼 수신되지 않는 상황에서는 획득한 영상의 촬영 위치 및 자세를 결정하는데 어려움이 발생할 수 있다.
예를 들어, 교량 시설물의 하부에 대한 정밀점검을 위해 교량 시설물 하부로 무인비행체를 이동시키는 경우, GNSS 신호의 수신이 원활하지 않을 수 있으며, 이러한 경우 촬영된 영상을 기반으로 광속 조정법을 적용하여 외부 표정 요소를 산출하고, 이에 기초하여 무인비행체에 대한 위치 및 자세 정보를 보정함으로써, 그 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 이러한 광속 조정법을 적용하기 위해서는 연속되는 영상들이 서로 중첩되어 연결되어야 하는 조건을 만족해야 하며, 이에 따라서 무인비행체가 연속 촬영을 수행하도록 함으로써, 촬영되는 영상들의 일부가 중복될 수 있도록 해야 한다. 또한, 일부분이 중복되는 연속 영상을 정합하기 위해서는 연속되는 영상의 중복도를 높게 유지해야 하고, 정밀점검을 위해서는 고해상도의 영상이 요구되며, 이러한 고해상도 영상은 촬영 시 저해상도 영상에 비해서 상대적으로 좁은 범위만을 담을 수 있으므로, 결과적으로 충분한 영상 정보를 획득하기 위해 다량의 영상 촬영이 요구되어 작업 시간이 늘어나게 된다. 또한, 이와 함께 무인비행체의 비행 시간 증가에 따른 배터리 한계 및 촬영 장치의 저장 용량 한계와 같은 물리적 한계에 부딪히게 되므로, 시설물에 대한 정밀점검을 수행하는데 어려움이 발생한다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-2038127호
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본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 무인비행체에 구비되며, 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 복수의 촬영 장치, 상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 정보 입력부, 상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 외부 표정 요소 산출부 및 상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 점검용 데이터 출력부를 통해서 무인비행체의 위치 및 자세를 보정하여 정확한 무인비행체의 위치 및 자세를 산출할 수 있으며, 요구되는 촬영 영상의 양을 줄임으로써 작업 시간 및 물리적 한계에 따른 어려움을 극복할 수 있는 시설물 정밀점검 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 방법은 무인비행체에 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계, 상기 복수의 촬영 장치에서 수행되는 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계, 상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 단계, 상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계 및 상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계는 각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도가 서로 상이하도록 설정되는 단계 및 각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 해상도가 서로 상이하도록 설정되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계는 상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치로 구성되는 단계 및 상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치로 구성되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 촬영되는 영상의 중복도가 서로 상이하도록 설정되는 단계는 상기 광각 영상의 중복도가 상기 확대 영상 보다 높게 설정되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 촬영되는 영상의 해상도가 서로 상이하도록 설정되는 단계는 상기 확대 영상의 해상도가 상기 광각 영상 보다 높게 설정되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계는 상기 시설물에 대한 상기 광각 영상의 촬영 영역이 상기 확대 영상의 촬영 영역을 포함하도록 설정되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보는 상기 무인비행체 또는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 위치 및 자세 정보, 상기 시설물에 대한 도면 정보 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 포함하고, 상기 정렬 정보는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는 상기 획득한 영상 정보에 포함되는 광각 영상을 정합하는 단계 및 상기 정합된 광각 영상에 기초하여 상기 광각 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는 상기 광각 영상으로부터 산출된 외부 표정 요소 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는 하기 수학식 1에 기초하여 연산되는 값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 회전 행렬로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019126401637-pat00001
(여기에서, Rzt는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이고, Rwt는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이며, R△는 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 정렬 상태에 대한 회전 행렬임)
일 실시예에서, 상기 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는 하기 수학식 2에 기초하여 연산되는 좌표값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 촬영 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019126401637-pat00002
(여기에서,
Figure 112019126401637-pat00003
는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하고,
Figure 112019126401637-pat00004
는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하며,
Figure 112019126401637-pat00005
는 X, Y 및 Z 좌표 각각에 대한 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 거리임)
일 실시예에서, 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는 상기 시설물에 대한 도면 정보를 입력하는 경우, 상기 광각 영상 또는 확대 영상에 대해서 산출된 외부 표정 요소를 상기 도면 정보에 기초하여 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템은 무인비행체에 구비되며, 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 복수의 촬영 장치, 상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 정보 입력부, 상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 외부 표정 요소 산출부 및 상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 점검용 데이터 출력부를 포함하고, 상기 복수의 촬영 장치는 각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도 및 해상도가 서로 상이하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템 및 방법은 GNSS 신호 수신이 미약한 상황에서도, 광속 조정법에 기초한 보정을 통해 무인비행체의 촬영 위치 및 자세를 정확하게 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템 및 방법은 서로 상이한 중복도 및 해상도로 설정되는 복수의 촬영 장치를 이용함으로써, 다량의 영상 촬영이 요구되지 않으므로, 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 무인비행체 및 이에 구비되는 촬영 장치에 대한 배터리 또는 저장 용량의 물리적 한계를 해소할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템 및 방법은 다량의 영상 촬영이 요구되지 않음에 따라 데이터의 처리 과정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 및 이에 구비되는 복수의 촬영 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 촬영 장치의 중복도 및 해상도를 각각 다르게 설정하여 시설물을 촬영하는 경우에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 및 이에 구비되는 복수의 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템의 외부 표정 요소 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템을 통한 시설물 정밀점검 방법에 대해서 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템(100)은 촬영 장치(110), 정보 입력부(120), 외부 표정 요소 산출부(130) 및 점검용 데이터 출력부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
촬영 장치(110), 정보 입력부(120), 외부 표정 요소 산출부(130) 및 점검용 데이터 출력부(140) 각각은 컴퓨터 프로그램들 혹은 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체에 저장된 데이터와 같은 명령어들을 실행하기 위한 하나 또는 그 이상의 프로세서들, 메모리들, 및 다른 적절한 구성 요소들을 포함함으로써 본 명세서에 기재된 다양한 단계들을 수행할 수 있다.
예를 들면, 컴퓨터 프로그램들 또는 명령어들은 해당 구성의 내부 혹은 외부에 있는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다.
촬영 장치(110)는 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템에서 정밀점검 대상이 되는 시설물의 영상을 촬영하고, 영상 정보를 획득할 수 있는 장치로서, 구비되는 렌즈를 통해 입력되는 광 신호들을 전자 신호들로 변환하는 이미지 센서를 포함하거나 이와 동등한 기능을 수행할 수 있는 장치를 의미할 수 있다. 또한, 촬영 장치(110)는 획득한 영상 정보를 내부에 구비되는 저장부에 저장하거나, 무선 네트워크를 통해 실시간으로 다른 장치 또는 서버에 전송할 수 있다. 또한, 촬영 장치(110)는 무선 통신 제어를 포함하는 다양한 방식에 의하여 동작이 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 촬영 장치(110)는 복수로 구성되어 무인비행체(10)에 구비될 수 있다.
이와 관련하여, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체(10) 및 이에 구비되는 복수의 촬영 장치(110)를 도시한 도면이다.
도 2의 바람직한 실시예에 따르면, 촬영 장치(110)는 두 개의 촬영 장치(111, 112)로 구성되었고, 세로 방향으로 인접하여 위치해 있다. 각 촬영 장치(111, 112)는 짐발(Gimbal)에 장착됨으로써, 무인비행체(10)에 구비될 수 있다. 무인비행체(10)에는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 장치 및 IMU(Inertial Measurement Unit)가 탑재될 수 있으며, 상기 GNSS/IMU를 통해 무인비행체(10)의 위치 좌표 및 자세 정보를 획득할 수 있다. 또한, 도 2의 각 촬영 장치(111, 112)는 일 실시예에 따른 것이며, 촬영 장치(110)의 개수는 이에 한정되지 않고 부가될 수 있다.
일 실시예에서, 촬영 장치(110)는 연속 촬영을 통해 정밀점검이 요구되는 시설물에 대한 영상 정보를 획득할 수 있다.
구체적으로, 상술한 무인비행체(10)를 이용한 시설물의 정밀점검에서는 시설물의 미세한 손상까지 파악할 필요가 있으므로, 고해상도의 영상이 요구되는 것이 일반적이며, 또한 정밀점검용 데이터 출력의 기초가 되는 영상 정합 과정에서 중복 비율이 높은 연속 영상이 요구될 수 있다.
이와 관련하여, 도 3은 촬영 장치(110)의 중복도 및 해상도를 각각 다르게 설정하여 시설물을 촬영하는 경우에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 살펴보면, 교량 시설물을 예로 들어 촬영 장치(110)가 고해상도 고중복도, 고해상도 저중복도 및 저해상도 고중복도의 영상을 촬영한 경우를 나타내고 있다. 일반적으로, 촬영 장치(110)의 렌즈 또는 초점거리에 따라서 촬영되는 영상이 시설물의 넓은 영역을 포함하는 경우 저해상도를 나타내게 되며, 시설물의 좁은 영역을 포함하는 경우에는 고해상도를 나타내게 된다. 또한, 영상의 중복도가 높을수록 연속되는 영상 간에 중첩되는 부분이 많아지므로, 전체적으로 같은 영역을 촬영한다고 하더라도 영상의 중복도에 따라 촬영되는 영상의 양이 달라지게 된다.
일 실시예에서, 복수의 촬영 장치(110)를 통해 촬영되는 영상의 중복도 및 해상도가 서로 상이하도록 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 촬영 장치(110)를 통해 촬영되는 영상의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상술한 복수의 촬영 장치(110) 중 적어도 하나는 시설물에 대해서 저해상도 고중복도로 연속 촬영을 수행하도록 설정될 수 있으며, 복수의 촬영 장치(110) 중 적어도 하나는 시설물에 대해서 고해상도 저중복도로 연속 촬영을 수행하도록 설정될 수 있다. 도 5를 참조하면, 이러한 저해상도 고중복도로 연속 촬영을 수행하는 촬영 장치 및 고해상도 저중복도로 연속 촬영을 수행하는 촬영 장치가 구비된 무인비행체(10)를 도시하고 있으며, 이러한 무인비행체(10)가 이동하며 2회 연속 촬영한 예시를 나타내고 있다. 상기 예시와 같이 저해상도 고중복도로 촬영하기 위한 촬영 장치(110)와 고해상도 저중복도로 촬영하기 위한 촬영 장치(110)가 함께 사용되는 경우, 고해상도 고중복도로 설정된 촬영 장치만을 사용하는 경우보다 영상을 정합하는데 필요한 영상의 요구량이 월등하게 적어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 중복도 및 해상도가 서로 상이하게 설정된 촬영 장치(110)를 통해서 미리 언급된 문제점들을 해결하고자 하며, 이에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치(110)에서 획득한 영상 정보를 처리하는 과정에 대해서는 후술하기로 한다.
일 실시예에서, 복수의 촬영 장치(110) 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치(111)로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 촬영 장치(110) 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치(112)로 구성될 수 있다.
상술한 광각 영상 촬영 장치(111) 및 확대 영상 촬영 장치(112)의 두 장치로 촬영 장치(110)가 구성되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 무인비행체(10)에 구비될 수 있다.
도 4 내지 도 6를 참조하면, 광각 영상 촬영 장치(111)가 촬영하는 광각 영상의 중복도는 확대 영상 촬영 장치(112)가 촬영하는 확대 영상보다 높게 설정될 수 있다.
또한, 확대 영상 촬영 장치(112)가 촬영하는 확대 영상의 해상도는 광각 영상 촬영 장치(111)가 촬영하는 광각 영상의 해상도보다 높게 설정될 수 있다.
또한, 시설물에 대한 광각 영상의 촬영 영역은 확대 영상의 촬영 영역을 포함하도록 설정될 수 있다. 여기에서, 미리 언급된 바와 같이 확대 영상 촬영 장치(112)가 연속 촬영하는 확대 영상의 중복도는 낮게 설정되기 때문에 확대 영상 정보 만으로는 영상 정합이 어려울 수 있으며, 이에 따라서 외부 표정 요소 산출을 위한 광속 조정법을 적용하기 어려울 수 있다.
정보 입력부(120)는 복수의 촬영 장치(110)에서 획득한 영상 정보 및 시설물의 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받을 수 있다. 정보 입력부(120)에 대한 영상 정보의 입력은 복수의 촬영 장치(110) 내부에 포함될 수 있는 저장부로부터 데이터 이동 수단을 통해 입력 받아 이루어 질 수 있으며, 복수의 촬영 장치(110)와 무선 네트워크를 통해 실시간으로 입력 받거나, 또는 클라우드 서버에 업로드된 영상 정보의 다운로드를 통해 입력 받는 등의 다양한 방식을 통해 이루어 질 수 있다.
여기에서, 상기 시설물의 정밀점검을 위한 부가 정보는 무인비행체(10) 또는 복수의 촬영 장치(110)에 대한 위치 및 자세 정보, 시설물에 대한 도면 정보 및 복수의 촬영 장치(110)에 대한 정렬 정보를 포함할 수 있다. 이때, 상기 정렬 정보는 복수의 촬영 장치(110)에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.
외부 표정 요소 산출부(130)는 정보 입력부(120)에서 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출할 수 있다. 정보 입력부(120)에서 입력 받은 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 방법은 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템의 외부 표정 요소 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 살펴보면, 광각 영상 촬영 장치(111) 및 확대 영상 촬영 장치(112)로부터 광각 영상 및 확대 영상이 획득되며, 광각 영상에 대한 정합 과정이 먼저 이루어지게 된다. 광각 영상의 정합은 광각 영상의 특징이 되는 부분(점 또는 선)을 먼저 추출한 후, 추출된 특징들에 기초하여 이루어지게 된다. 이러한 정합된 광각 영상에 광속 조정법을 적용함으로써, 광각 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출할 수 있다. 이 때, 부가 정보의 일부로서 시설물에 대한 도면 정보가 입력되는 경우, 상기 산출된 광각 영상에 대한 외부 표정 요소가 도면 정보에 상대적으로 정합될 수 있도록 조정함으로써, 광각 영상에 대한 외부 표정 요소를 보정 가능하며, 이러한 경우 더 정확한 외부 표정 요소를 산출할 수 있다.
다음으로, 확대 영상은 고해상도 저중복도로 촬영된 영상이기 때문에 일반적으로 광속 조정법을 적용할 수 없다. 따라서, 확대 영상에 대한 외부 표정 요소는 광각 영상에 대해서 산출된 외부 표정 요소에, 촬영에 사용된 복수의 촬영 장치(110)의 정렬 정보(부가 정보에 포함되는)를 적용함으로써 간접적으로 산출할 수 있다. 또한, 상술한 정렬 정보는 복수의 촬영 장치(110)에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 촬영 장치(110)가 광각 영상 촬영 장치(111) 및 확대 영상 촬영 장치(112)의 두 가지 장치로만 구성되는 경우, 상기 정렬 정보는 광각 영상 촬영 장치(111)에 대한 회전 행렬 및 두 장치의 정렬 상태를 나타내는 회전 행렬에 대한 정보를 포함할 수 있고, 광각 영상 촬영 장치(111)에 대한 촬영 위치 및 두 장치 간의 이격 거리 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 하기 수학식 1에 기초하여 연산되는 값을 확대 영상 촬영 장치(112)에 대한 회전 행렬로 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019126401637-pat00006
(여기에서,
Figure 112019126401637-pat00007
는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이고,
Figure 112019126401637-pat00008
는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이며,
Figure 112019126401637-pat00009
는 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 정렬 상태에 대한 회전 행렬임)
일 실시예에서, 하기 수학식 2에 기초하여 연산되는 좌표값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 촬영 위치로 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019126401637-pat00010
(여기에서,
Figure 112019126401637-pat00011
는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하고,
Figure 112019126401637-pat00012
는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하며,
Figure 112019126401637-pat00013
는 X, Y 및 Z 좌표 각각에 대한 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 거리임)
점검용 데이터 출력부(140)는 외부 표정 요소 산출부(130)에서 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력할 수 있다. 결과적으로, 사용자는 시설물 정밀점검 시스템을 통해 시설물의 정밀점검이 필요하다고 판단되는 부분을 고해상도의 영상을 통해 살펴보고, 이상 여부를 진단할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 정밀점검 시스템을 통한 시설물 정밀점검 방법에 대해서 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 무인비행체에 촬영 장치가 구비되는 단계가 선행될 수 있다. 이 때, 무인비행체에 구비되는 촬영 장치는 복수로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 하나는 광각 영상을 촬영할 수 있도록 설정되고, 이 중 적어도 하나는 확대 영상을 촬영할 수 있도록 설정된다(S501).
무인비행체에 구비되는 복수의 촬영 장치를 통해 연속 촬영을 수행함으로써, 시설물에 대한 영상 정보를 획득할 수 있으며, 상기 영상 정보는 시설물에 대한 광각 영상 및 확대 영상을 포함한다. 광각 영상 및 확대 영상은 서로 해상도 및 중복도가 상이하게 설정될 수 있다(S502).
복수의 촬영 장치로부터 획득되는 영상 정보 및 부가 정보는 무선 네트워크를 포함하는 다양한 방식에 의해 정보 입력부로 입력될 수 있으며, 외부 표정 요소 산출부는 입력된 정보들을 토대로 외부 표정 요소를 산출할 수 있다(S503).
입력된 영상 정보에 포함되는 광각 영상의 특징 부분에 기초하여 광각 영상 정합이 수행되며, 정합된 광각 영상에 광속 조정법을 적용함으로써, 광각 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출할 수 있다. 또한, 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하기 위해서는 먼저 산출된 광각 영상에 대한 외부 표정 요소가 이용되며, 또한 확대 영상 촬영 장치 외의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치를 포함하는 정렬 정보가 이용될 수 있다(S504).
확대 영상 및 광각 영상에 대한 외부 표정 요소가 모두 산출되면, 이를 토대로 시설물에 대한 점검용 데이터를 완성시키고, 이를 점검용 데이터 출력부를 통해 출력할 수 있다. 최종적으로, 사용자는 출력된 점검용 데이터를 통해 시설물에 대한 정밀점검을 수행할 수 있게 된다(S505).
전술한 시설물 정밀점검 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 무인비행체
100: 시설물 정밀점검 시스템
110: 촬영 장치
111: 광각 영상 촬영 장치
112: 확대 영상 촬영 장치
120: 정보 입력부
130: 외부 표정 요소 산출부
140: 점검용 데이터 출력부

Claims (10)

  1. 시설물 정밀점검 시스템에 의해 수행되는 무인비행체를 이용한 시설물 정밀점검 방법에 있어서,
    무인비행체에 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계;
    상기 복수의 촬영 장치에서 수행되는 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 단계;
    상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계는,
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도가 서로 상이하도록 설정되는 단계; 및
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 해상도가 서로 상이하도록 설정되는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계는,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치로 구성되는 단계; 및
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치로 구성되는 단계;를 포함하며,
    상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보는,
    상기 무인비행체 또는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 위치 및 자세 정보, 상기 시설물에 대한 도면 정보 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 포함하고,
    상기 정렬 정보는,
    상기 복수의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함하며,
    상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    상기 광각 영상으로부터 산출된 외부 표정 요소 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    하기 수학식 1에 기초하여 연산되는 값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 회전 행렬로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀점검 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112020032709142-pat00030

    (여기에서,
    Figure 112020032709142-pat00031
    는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이고,
    Figure 112020032709142-pat00032
    는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이며,
    Figure 112020032709142-pat00033
    는 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 정렬 상태에 대한 회전 행렬임)
  2. 시설물 정밀점검 시스템에 의해 수행되는 무인비행체를 이용한 시설물 정밀점검 방법에 있어서,
    무인비행체에 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계;
    상기 복수의 촬영 장치에서 수행되는 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 단계;
    상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 단계는,
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도가 서로 상이하도록 설정되는 단계; 및
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 해상도가 서로 상이하도록 설정되는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 촬영 장치를 구비하는 단계는,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치로 구성되는 단계; 및
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치로 구성되는 단계;를 포함하며,
    상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보는,
    상기 무인비행체 또는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 위치 및 자세 정보, 상기 시설물에 대한 도면 정보 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 포함하고,
    상기 정렬 정보는,
    상기 복수의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함하며,
    상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    상기 광각 영상으로부터 산출된 외부 표정 요소 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    하기 수학식 2에 기초하여 연산되는 좌표값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 촬영 위치로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀점검 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020032709142-pat00034

    (여기에서,
    Figure 112020032709142-pat00035
    는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하고,
    Figure 112020032709142-pat00036
    는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하며,
    Figure 112020032709142-pat00037
    는 X, Y 및 Z 좌표 각각에 대한 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 거리임)
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영되는 영상의 중복도가 서로 상이하도록 설정되는 단계는,
    상기 광각 영상의 중복도가 상기 확대 영상 보다 높게 설정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀점검 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    상기 획득한 영상 정보에 포함되는 광각 영상을 정합하는 단계; 및
    상기 정합된 광각 영상에 기초하여 상기 광각 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀점검 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 단계는,
    상기 시설물에 대한 도면 정보를 입력하는 경우, 상기 광각 영상 또는 확대 영상에 대해서 산출된 외부 표정 요소를 상기 도면 정보에 기초하여 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀점검 방법.
  7. 무인비행체를 이용한 시설물 정밀점검 시스템에 있어서,
    무인비행체에 구비되며, 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 복수의 촬영 장치;
    상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 정보 입력부;
    상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 외부 표정 요소 산출부; 및
    상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 점검용 데이터 출력부;를 포함하고,
    상기 복수의 촬영 장치는,
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도 및 해상도가 서로 상이하도록 설정되며,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치로 구성되고,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치로 구성되며,
    상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보는,
    상기 무인비행체 또는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 위치 및 자세 정보, 상기 시설물에 대한 도면 정보 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 포함하고,
    상기 정렬 정보는,
    상기 복수의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함하며,
    상기 외부 표정 요소 산출부는,
    상기 광각 영상으로부터 산출된 외부 표정 요소 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하고,
    하기 수학식 1에 기초하여 연산되는 값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 회전 행렬로 결정하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀정검 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112020032709142-pat00038

    (여기에서,
    Figure 112020032709142-pat00039
    는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이고,
    Figure 112020032709142-pat00040
    는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 회전 행렬이며,
    Figure 112020032709142-pat00041
    는 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 정렬 상태에 대한 회전 행렬임)
  8. 무인비행체를 이용한 시설물 정밀점검 시스템에 있어서,
    무인비행체에 구비되며, 연속 촬영을 통해 시설물에 대한 영상 정보를 획득하는 복수의 촬영 장치;
    상기 획득한 영상 정보 및 상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보를 입력 받는 정보 입력부;
    상기 입력 받은 영상 정보 및 부가 정보를 토대로, 광속 조정법에 따라 상기 획득한 영상 정보에 대한 외부 표정 요소를 산출하는 외부 표정 요소 산출부; 및
    상기 산출된 외부 표정 요소에 기초하여 시각화된 점검용 데이터를 출력하는 점검용 데이터 출력부;를 포함하고,
    상기 복수의 촬영 장치는,
    각 촬영 장치를 통해 촬영되는 영상의 중복도 및 해상도가 서로 상이하도록 설정되며,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 광각 영상을 촬영하는 광각 영상 촬영 장치로 구성되고,
    상기 복수의 촬영 장치 중 적어도 하나가 상기 시설물에 대한 확대 영상을 촬영하는 확대 영상 촬영 장치로 구성되며,
    상기 시설물 정밀점검을 위한 부가 정보는,
    상기 무인비행체 또는 상기 복수의 촬영 장치에 대한 위치 및 자세 정보, 상기 시설물에 대한 도면 정보 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 포함하고,
    상기 정렬 정보는,
    상기 복수의 촬영 장치에 대한 회전 행렬 및 촬영 위치에 대한 정보를 포함하며,
    상기 외부 표정 요소 산출부는,
    상기 광각 영상으로부터 산출된 외부 표정 요소 및 상기 복수의 촬영 장치에 대한 정렬 정보를 토대로 상기 확대 영상에 대한 외부 표정 요소를 산출하고,
    하기 수학식 2에 기초하여 연산되는 좌표값을 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 촬영 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는,
    시설물 정밀정검 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112020032709142-pat00042

    (여기에서,
    Figure 112020032709142-pat00043
    는 상기 확대 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하고,
    Figure 112020032709142-pat00044
    는 상기 광각 영상 촬영 장치에 대한 t 시점의 X, Y 및 Z 좌표값을 의미하며,
    Figure 112020032709142-pat00045
    는 X, Y 및 Z 좌표 각각에 대한 상기 확대 영상 촬영 장치와 광각 영상 촬영 장치 간의 거리임)
  9. 삭제
  10. 삭제
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