KR102145532B1 - 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템 - Google Patents

이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링 할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템에 관한 것으로, 모선에 구성되어 원격 영상 제어 SW를 탑재하고 원격에서 수중 영상 제어를 수행하는 원격 영상 제어 SW 모듈;내압 용기 내에 구성되어 모선의 원격 영상 제어 SW 모듈과 이더넷 통신을 하여 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈을 제어하는 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드;를 포함하는 것이다.

Description

이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템{Deep Sea Remote Image Control System based on Ethernet Network}
본 발명은 수중 환경 모니터링에 관한 것으로, 구체적으로 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 물속에서는 전파의 산란과 감쇄현상 때문에 지상에서 통신매체로 사용하고 있는 전자파나 레이저 신호를 사용하지 못하고 초음파를 사용하여 통신을 하게 된다.
그러나 물속에서는 공기 중의 이동통신과 달리 음파의 느린 속도와 협소한 사용 가능 대역폭, 표면과 해저면의 반사 등의 한계로 인해 수중에서 데이터 통신이 원활하지 않다.
한편, 육지 자원이 고갈되어감에 따라 인류는 다양한 생물,에너지,광물 자원의 보고인 바다로 눈을 돌리고 있다.
지구 표면의 71%가 해양이고, 사람들은 연간 100만 톤의 바닷물고기를 소비하고 무궁무진한 해양 에너지를 보유하고 있는 바다는 무한한 경제적 가능성의 공간임과 동시에 심해의 경우 인간이 접근하기 매우 어려운 미지의 공간이기도 하다.
이로 인해 세계적으로 미지의 해양 공간을 연구하고 탐색하기 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
해양을 탐사할 수 있는 수중로봇은 도 1과 같이 크게 사람이 탑승하는 유인형, 사람이 탑승하지 않는 무인형으로 구분할 수 있다.
무인해양로봇은 선이 연결되어 외부와 통신하고 전원을 공급하는 형태의 ROV(Remotely Operated Vehicle) 등과, 무선으로 운용되며 자체적으로 미션을 수행하는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등으로 구분할 수 있다.
이처럼 무인잠수정과 자율무인잠수정은 사람을 대신하여 수중에서 해양환경 조사, 해저탐사, 자원채취, 해양 플랜트 유지 및 보수, 수중건설 등에 사용되고 있다.
해양로봇이 발전할수록 사람의 눈을 대신할 수 있는 수중잠수정용 영상제어 시스템의 필요성이 점차 높아지고 있다.
그러나, 고압, 염수, 방수, 통신 등의 심해 특수 환경으로 인해 심해용 영상제어 시스템의 개발에 어려움을 겪고 있다.
수중환경(underwater environment)은 공기보다 약 1,000배가 높은 밀도를 가지며 수심 10m 증가할 때마다 압력이 1bar씩 증가되어 사람이 심해에서 활동하기에 많은 어려움이 존재한다.
또한, 지상에서 매우 유용하게 사용하고 있는 정보전달의 통신 수단인 전파를 사용할 없기 때문에 통신에 매우 큰 어려움이 있었다.
특히, 해양수중로봇(ROV, AUV 등)은 인간이 안전하게 작업할 수 없는 곳이나 접근이 어려운 곳에서 사용되며, 수중로봇의 영상제어 시스템은 인간의 눈과 같은 역할을 수행하기 때문에 해양 로봇에 필수적인 시스템이다.
무인잠수정과 자율무인잠수정은 사람을 대신하여 수중에서 해양환경 조사, 해저탐사, 자원채취, 해양 플랜트 유지 및 보수, 수중건설 등에 사용될 수 있다.
사람이 심해에 직접 들어가지 작업을 수행할 수 없기 때문에 사람의 눈을 대신할 수 있는 수중잠수정용 영상제어 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
그러나, 고압, 염수, 방수, 통신 등의 심해 특수 환경으로 인해 심해용 영상제어 시스템의 개발에 어려움을 겪고 있다.
또한, 심해에서는 육상에서와 같이 전파를 이용한 통신수단을 이용할 수 없기 때문에 통신에 많은 어려움이 있다. 심해 카메라 모듈에서 전송되는 비디오 영상은 다른 데이터에 비해 용량이 크기에 더욱 어려움을 겪고 있었다.
따라서, 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링 할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1649292호 대한민국 공개특허 제10-2015-0145590호 대한민국 공개특허 제10-2012-0062595호
본 발명은 종래 기술의 수중 환경 모니터링 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링 할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 심해용 ROV에 적용 가능한 이더넷 기반 원격 영상제어를 통하여 데이터 용량이 크기에 관계없이 심해 카메라 모듈에서 전송되는 비디오 영상의 전송 및 처리를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 보드, 라이트 제어 보드 등 심해에서 사용되는 모듈을 탑재할 수 있는 수심 6000m급 심해용 내압용기를 설계하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF, 라이트의 밝기 조절, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수 체크를 하여 심해 환경에 영향을 받지 않고 우수한 영상을 취득할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위한 제어용 GUI 프로그램을 통하여 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 한 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 모선에 구성되어 원격 영상 제어 SW를 탑재하고 원격에서 수중 영상 제어를 수행하는 원격 영상 제어 SW 모듈;내압 용기 내에 구성되어 모선의 원격 영상 제어 SW 모듈과 이더넷 통신을 하여 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈을 제어하는 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는, 심해 영상을 촬영하는 수중 카메라들을 통하여 영상정보를 수집하는 영상정보 수집부와,영상정보 수집부에서 수집된 영상을 이더넷 송수신 가능하도록 엔코딩하는 영상정보 엔코딩부와,수중 카메라 및 수중 라이트 모듈의 상태정보를 수집하여 이상 판단을 하는 상태정보 수집 및 이상 판단부와,원격 영상 제어 SW 모듈로부터 받은 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 수중 촬영이 가능하도록 하기 위한 제어 명령 신호를 변환하는 명령 정보 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는, 상기 영상정보 엔코딩부에서 엔코딩된 영상정보와, 상태정보 수집 및 이상 판단부의 판단 결과 정보를 원격 영상 제어 SW 모듈로 전송하고, 원격 영상 제어 SW 모듈로부터 받은 제어 명령 신호를 명령 정보 변환부로 전달하는 이더넷 송수신 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 원격 영상 제어 SW 모듈은, 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드의 이더넷 송수신 서버와 이더넷 통신으로 엔코딩된 영상정보 및 상태정보 수집에 따른 판단 결과 정보를 수신하고, 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 이더넷 송수신 서버로 전송하는 이더넷 송수신 클라이언트와,수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 통하여 수신된 영상정보를 디코딩하는 영상정보 디코딩부와,수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 통하여 수신된 상태정보를 출력하는 상태정보 출력부와,수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드로 전송하는 명령 정보 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할 수 있는 전원 제어 회로부와, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부와,내압 용기 내부 온,습도 및 누수를 체크할 수 있도록 온습도 센서 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 원격 영상 제어 SW 모듈은 제어 GUI 프로그램을 탑재하고, 제어 GUI 프로그램의 화면상에서 수중 LED 라이트 제어, 카메라 제어, pan/tilt 제어, 수중 내압 용기의 온습도 환경모니터링을 원격에서 수행할 수 있도록 지원하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 구성하는, 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 모듈, 라이트 제어 모듈은 수심 6000m급 심해용 내압용기내에 결합 구성되는 것을 특징으로 한다,
그리고 상기 심해용 카메라 모듈은, Full HD 카메라 및 SD 카메라가 각각 다른 내압 용기 내부에 결합 구성되고, Full HD 카메라는 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 인터페이스 보드 및 카메라 제어보드를 조립하고, 후면 커넥터부를 타측에 위치되도록 결합하고, SD 카메라는 아크릴 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 제어보드 및 SD 카메라 브라켓 조립을 하여 내압 용기 내부에 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 영상제어 모듈은, 영상 변환 보드, 영상 제어 보드, 이더넷 허브 보드를 내압 용기 브라켓 TOP부 조립 및 내압 용기 브라켓 BOTTOM 조립을 통하여 영상 제어 내압 용기 내부에 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는, 원격영상제어 시스템의 명령을 처리하는 MCU(중앙처리장치)와,이더넷 기반 원격제어 시스템의 명령을 수신하여 처리하고, 시스템 제어 보드의 상태정보를 송신하는 RS-485 블록과,HD/SD Camera의 Zoom, Focus를 Camera로 직접 전송하는 RS-232 블록과, 제어보드의 전압 전류값을 측정하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter)와,HD / SD Camera 영상을 입력하는 3G SDI와,제어 보드가 설치되는 내압 용기의 온습도 값을 측정하기 위한 온습도 측정 센서(SHT20)와,제어 보드 전원(DC 24V)을 공급하는 파워 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링 할 수 있도록 한다.
둘째, 심해용 ROV에 적용 가능한 이더넷 기반 원격 영상제어를 통하여 데이터 용량이 크기에 관계없이 심해 카메라 모듈에서 전송되는 비디오 영상의 전송 및 처리를 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.
셋째, 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 보드, 라이트 제어 보드 등 심해에서 사용되는 모듈을 탑재할 수 있는 수심 6000m급 심해용 내압용기를 설계하여 안전성을 확보할 수 있도록 한다.
넷째, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF, 라이트의 밝기 조절, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수 체크를 하여 심해 환경에 영향을 받지 않고 우수한 영상을 취득할 수 있다.
다섯째, 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위한 제어용 GUI 프로그램을 통하여 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 한다.
도 1은 해양을 탐사할 수 있는 수중로봇의 분류 구성도
도 2a는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 개념을 나타낸 구성도
도 2b는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 구성도
도 3a와 도 3b는 HD 카메라 모듈용 내압용기의 최대변형율과 최대응력 구조해석 시뮬레이션 결과
도 4는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 상세 구성도
도 5는 본 발명에 따른 원격 모니터링 UI 화면, 심해 영상 및 카메라 팬틸트 제어를 위한 구성도
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드의 구성도
도 7은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 HD 카메라 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 SD 카메라 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성도
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 LED 라이트 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성도
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상제어 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성도
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 영상 제어 시스템의 제어 GUI 프로그램의 화면 구성도
도 13은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 이용한 수중 영상의 일 예를 나타낸 구성도
이하, 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 개념을 나타낸 구성도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 구성도이다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 도 2a에서와 같이, 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 이더넷 네트워크를 기반으로 원격에서 모니터링 할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 데이터 용량이 크기에 관계없이 심해 카메라 모듈에서 전송되는 비디오 영상의 전송 및 처리를 위하여심해용 ROV에 적용 가능한 이더넷 기반 원격 영상제어 구성을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 안전성을 확보하기 위하여, 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 모듈, 라이트 제어 모듈 등 심해에서 사용되는 모듈을 탑재할 수 있는 심해용 내압용기 설계 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 심해 환경에 영향을 받지 않고 우수한 영상을 취득하기 위한 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF, 라이트의 밝기 조절, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수 체크를 위한 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 고화질의 심해 영상을 수집하기 위한 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위한 제어용 GUI 프로그램을 통하여 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 도 2b에서와 같이, 원격 영상 제어 SW를 탑재하고 원격에서 수중 영상 제어를 수행하는 원격 영상 제어 SW 모듈이 모선에 구성되고, 수중 탐사체에 구성되어 모선의 원격 영상 제어 SW 모듈과 이더넷 통신을 하여 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈을 제어하는 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 포함한다.
바다 수중 압력은 수심이 10m 증가할 때 마다 1bar씩 증가하기 때문에 수심 6000m 심해에서는 600bar 이상의 수압을 견딜 수 있어야 한다.
그러나 심해에서 사용되는 모든 제품을 내압 제품으로 개발할 수 없기 때문에 심해 압력을 견딜 수 있는 내압용기 안에 카메라, 제어 보드 등을 넣어 사용한다.
본 발명에서는 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 보드, 라이트 제어 보드 등 심해에서 사용되는 모듈을 탑재할 수 있는 수심 6000m급 심해용 내압용기를 설계하여 안전성을 확보할 수 있도록 한다.
도 3a와 도 3b는 HD 카메라 모듈용 내압용기의 최대변형율과 최대응력 구조해석 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
내압 용기를 구성하는 실린더 재료는 표 1과 같고, AL 7075-T6 일 때 안전율 1.34 결과를 확인할 수 있다.
Figure 112019001196168-pat00001
이와 같은 내압용기의 구조해석 시뮬레이션 결과를 바탕으로 내압 용기를 제작하고, 각 구성 모듈과 제어 보드를 결합한 실시 예들은 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 HD 카메라 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성을 나타낸 것으로, Full HD 카메라의 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 인터페이스 보드 및 카메라 제어보드를 조립하고, 후면 커넥터부를 타측에 위치되도록 결합한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 SD 카메라 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성을 나타낸 것으로, SD 카메라의 아크릴 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 제어보드 및 SD 카메라 브라켓 조립을 한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 LED 라이트 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성을 나타낸 것으로, LED 라이트 렌즈가 외부로 향하도록 내압 용기의 일측에 결합되고, 라이트 제어 보드의 조립부가 내압 용기의 타측에 결합되어 후면 커넥터부를 타측에 위치되도록 결합한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상제어 내압 용기 및 제어보드의 결합 구성을 나타낸 것으로, 영상 변환 보드, 영상 제어 보드, 이더넷 허브 보드를 내압 용기 브라켓 TOP부 조립, 내압 용기 브라켓 BOTTOM 조립을 통하여 영상 제어 내압 용기에 결합된 것을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 모선에 구성되어 원격 영상 제어 SW를 탑재하고 원격에서 수중 영상 제어를 수행하는 원격 영상 제어 SW 모듈(200)과, 내압 용기내에 구성되어 모선의 원격 영상 제어 SW 모듈(200)과 이더넷 통신을 하여 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈을 제어하는 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)를 포함한다.
수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)는 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라(10)들을 통하여 영상정보를 수집하는 영상정보 수집부(20)와, 영상정보 수집부(20)에서 수집된 영상을 이더넷 송수신 가능하도록 엔코딩하는 영상정보 엔코딩부(30)와, 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈의 상태정보를 수집하여 이상 판단을 하는 상태정보 수집 및 이상 판단부(40)와, 원격 영상 제어 SW 모듈(200)로부터 받은 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 수중 촬영이 가능하도록 하기 위한 제어 명령 신호를 변환하는 명령 정보 변환부(50)와, 영상정보 엔코딩부(30)에서 엔코딩된 영상정보 및 상태정보 수집 및 이상 판단부(40)의 판단 결과 정보를 원격 영상 제어 SW 모듈(200)로 전송하고, 원격 영상 제어 SW 모듈(200)로부터 받은 제어 명령 신호를 명령 정보 변환부(50)로 전달하는 이더넷 송수신 서버(60)를 포함한다.
그리고 원격 영상 제어 SW 모듈(200)은 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)의 이더넷 송수신 서버(60)와 이더넷 통신으로 엔코딩된 영상정보 및 상태정보 수집에 따른 판단 결과 정보를 수신하고, 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 이더넷 송수신 서버(60)로 전송하는 이더넷 송수신 클라이언트(70)와, 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)를 통하여 수신된 영상정보를 디코딩하는 영상정보 디코딩부(80)와, 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)를 통하여 수신된 상태정보를 출력하는 상태정보 출력부(90)와, 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)로 전송하는 명령 정보 전송부(91)를 포함한다.
그리고 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드(100)는 카메라 모듈의 확장성을 고려하여 IP 카메라 2대, HD/SDI 카메라 2대, Analog 카메라 2대 총 6대의 카메라를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할 수 있는 전원 제어 회로부와, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부와, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수를 체크할 수 있도록 온습도 센서 회로부를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 운용은 다음과 같이 이루어진다.
도 5는 본 발명에 따른 원격 모니터링 UI 화면, 심해 영상 및 카메라 팬틸트 제어를 위한 구성도이다.
도 5의 (가)는 원격 모니터링 GUI 화면을 나타낸 것으로, 상세 구성은 도 12에서와 같다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 영상 제어 시스템의 제어 GUI 프로그램의 화면 구성을 나타낸 것으로, 수중 LED 라이트 제어, 카메라 제어, pan/tilt 제어, 수중 내압 용기의 온습도 환경모니터링을 원격에서 수행할 수 있도록 지원한다.
이와 같이 제어용 GUI 프로그램은 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위한 것으로, 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 HD급 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 한다.
GUI 프로그램에서는 영상제어모듈 내압용기 내부의 온,습도 상태 모니터링, 카메라 줌(in-out), 카메라 오토포커스, 심해 수중촬영을 위한 LED on/off 제어, 팬틸트 방향 제어 등을 수행할 수 있다.
그리고 도 5의 (나)는 본 발명에 의해 쵤영된 심해 영상 화면의 일 예를 나타낸 것이고, (다)는 GUI 프로그램을 통한 카메라 제어, pan/tilt 제어를 나타낸 것이다.
구체적으로, GUI 프로그램을 통하여 시스템 제어 보드의 정보를 수집하여 화면에 표출하고, 영상제어보드로부터 카메라 영상정보를 수신하여 화면에 표출할 수 있다.
GUI 프로그램 화면을 통하여 현재의 온도, 습도, 전압, 전류에 대한 화면 정보를 출력하고, 심해 수중촬영을 위한 LED on/off 제어를 할 수 있다.
GUI 프로그램 화면을 디밍(Dimming) 기술을 통해 왼쪽과 오른쪽 부분으로 나눠 빛의 세기를 조절하며, 빛의 세기는 전압과 전력에 비례하도록 구성된다.
그리고 GUI 프로그램 화면을 통한 카메라 제어는 카메라의 Zoom을 통해 확인하고자 하는 대상의 거리를 조절하고, 화면의 중심을 어디에 잡을 것인지 선택하는 것을 포함할 수 있다.
GUI 프로그램 화면을 통한 기능은 심해저용 영상 제어용기의 상태정보 수신, 실시간으로 현재 내압용기 내부의 상태정보 확인, 실시간으로 현재 카메라 및 LED 보드 이상 유무 확인, 심해저용 카메라의 영상정보 수신, 카메라 제어명령(Zoom, Focus) 전송, LED 제어명령(Dimming) 전송을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 우수한 영상을 취득할 수 있도록 고기능성 영상제어 보드를 설계하고, 원격지의 제어 명령을 다양한 형태의 카메라로 전송하고 카메라의 정보를 수신 가능한 통신 보드를 설계한 것이다.
그리고 본 발명을 구성하는 영상제어 모듈, 라이트 제어 모듈, 통신 모듈 등이 내압용기에 함께 탑재되도록 하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드의 운용은 다음과 같이 이루어진다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드의 구성도이다.
수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는 이더넷 기반 원격제어 시스템으로부터 수신한 명령을 적용하여 카메라 및 부착된 각각의 LED를 제어하는 것으로, 원격영상제어 시스템의 명령을 처리하는 MCU(중앙처리장치)와, 이더넷 기반 원격제어 시스템의 명령을 수신하여 처리하고, 시스템 제어 보드의 상태정보를 송신하는 RS-485 블록과, HD/SD Camera의 Zoom, Focus를 Camera로 직접 전송하는 RS-232 블록과, 제어보드의 전압 전류값을 측정하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter)와, HD / SD Camera 영상을 입력하는 3G SDI와, 제어 보드가 설치되는 내압 용기의 온습도 값을 측정하기 위한 온습도 측정 센서(SHT20)와, 제어 보드 전원(DC 24V)을 공급하는 파워 블록을 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템의 제어는 다음과 같이 이루어진다.
도 7은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, 수중 원격 영상 제어 시스템의 설정을 하고 클럭 확인(S701), 센서 정보 확인(S702), ADC 신호 확인(S703)을 하고 설정된 시간이 되면(S704) 상태 정보를 전송한다.(S7045)
RS-485를 통하여 원격제어 시스템의 제어명령 수신하고(S706), 수신된 명령을 분석하여(S707) 카메라(S708) 및 LED 제어를 한다.(S709)
여기서, 카메라 제어 명령(Zoom, Focus) 수신시 카메라에서 지원하는 표준 프로토콜로 변환하여 카메라로 전송한다.
그리고 수신된 LED 제어 값에 따라 1 ~ 10까지 비율로 LED 밝기 제어하고, 현재 측정되는 온도, 습도 값으로 내압 용기 내부 이상 상태 판단을 한다.
현재 측정되는 전압, 전류 값으로 내부 보드 및 카메라, LED의 기계적인 이상 판단을 한다.
도 13은 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템을 이용한 수중 영상의 일 예를 나타낸 구성도이다.
도 13은 본 발명에 따른 이더넷 기반 영상 제어모듈과 6000m급 내압용기의 평가를 통하여 성능을 확인하기 위한 시뮬레이션에 의한 영상을 나타낸 것으로, 경작업용 ROV에 카메라 모듈을 장착하여 동해 실해역 수심 500m에서 수중 촬영을 수행한 결과이다.
시험평가를 위해 심해에 미리 설치해 둔 임의의 구조물을 향해 점차 접근하는 영상을 시간 순으로 화면 캡쳐한 것이다.
수중평가를 통해 수중 500m에서도 원활하게 영상을 전달 받을 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템은 심해저용 무인잠수기기 또는 해저관측 장비를 이용하여 수중환경을 효율적으로 모니터링 할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 심해용 ROV에 적용 가능한 이더넷 기반 원격 영상제어를 통하여 데이터 용량이 크기에 관계없이 심해 카메라 모듈에서 전송되는 비디오 영상의 전송 및 처리를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드
200. 원격 영상 제어 SW 모듈

Claims (10)

  1. 모선에 구성되어 원격 영상 제어 SW를 탑재하고 원격에서 수중 영상 제어를 수행하는 원격 영상 제어 SW 모듈;
    내압 용기 내에 구성되어 모선의 원격 영상 제어 SW 모듈과 이더넷 통신을 하여 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈을 제어하는 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드;를 포함하고,
    상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할 수 있는 전원 제어 회로부와, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부와, 내압 용기 내부 온,습도 및 누수를 체크할 수 있도록 온습도 센서 회로부를 포함하고,
    상기 원격 영상 제어 SW 모듈은 수중 내압 용기의 온습도 환경모니터링을 원격에서 수행할 수 있도록 지원하는 제어 GUI 프로그램을 탑재하고, 상기 온습도 센서 회로부를 통하여 현재 측정되는 온도, 습도 값으로 내압 용기 내부 이상 상태 판단을 하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는,
    심해 영상을 촬영하는 수중 카메라들을 통하여 영상정보를 수집하는 영상정보 수집부와,
    영상정보 수집부에서 수집된 영상을 이더넷 송수신 가능하도록 엔코딩하는 영상정보 엔코딩부와,
    수중 카메라 및 수중 라이트 모듈의 상태정보를 수집하여 이상 판단을 하는 상태정보 수집 및 이상 판단부와,
    원격 영상 제어 SW 모듈로부터 받은 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 수중 촬영이 가능하도록 하기 위한 제어 명령 신호를 변환하는 명령 정보 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는,
    상기 영상정보 엔코딩부에서 엔코딩된 영상정보와, 상태정보 수집 및 이상 판단부의 판단 결과 정보를 원격 영상 제어 SW 모듈로 전송하고,
    원격 영상 제어 SW 모듈로부터 받은 제어 명령 신호를 명령 정보 변환부로 전달하는 이더넷 송수신 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원격 영상 제어 SW 모듈은,
    수중 원격 제어용 시스템 제어 보드의 이더넷 송수신 서버와 이더넷 통신으로 엔코딩된 영상정보 및 상태정보 수집에 따른 판단 결과 정보를 수신하고, 수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 이더넷 송수신 서버로 전송하는 이더넷 송수신 클라이언트와,
    수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 통하여 수신된 영상정보를 디코딩하는 영상정보 디코딩부와,
    수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 통하여 수신된 상태정보를 출력하는 상태정보 출력부와,
    수중 카메라 및 수중 라이트 모듈을 제어하기 위한 명령 정보를 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드로 전송하는 명령 정보 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 원격 영상 제어 SW 모듈은 제어 GUI 프로그램을 탑재하고,
    제어 GUI 프로그램의 화면상에서 수중 LED 라이트 제어, 카메라 제어, pan/tilt 제어, 수중 내압 용기의 온습도 환경모니터링을 원격에서 수행할 수 있도록 지원하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드를 구성하는,
    심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 모듈, 라이트 제어 모듈은 수심 6000m급 심해용 내압용기내에 결합 구성되는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 심해용 카메라 모듈은, Full HD 카메라 및 SD 카메라가 각각 다른 내압 용기 내부에 결합 구성되고,
    Full HD 카메라는 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 인터페이스 보드 및 카메라 제어보드를 조립하고, 후면 커넥터부를 타측에 위치되도록 결합하고,
    SD 카메라는 아크릴 렌즈가 있는 전면부가 외부로 향하도록 내압 용기에 결합하고 내압 용기 내부에 카메라 제어보드 및 SD 카메라 브라켓 조립을 하여 내압 용기 내부에 구성하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 영상제어 모듈은,
    영상 변환 보드, 영상 제어 보드, 이더넷 허브 보드를 내압 용기 브라켓 TOP부 조립 및 내압 용기 브라켓 BOTTOM 조립을 통하여 영상 제어 내압 용기 내부에 구성하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 수중 원격 제어용 시스템 제어 보드는,
    원격영상제어 시스템의 명령을 처리하는 MCU(중앙처리장치)와,
    이더넷 기반 원격제어 시스템의 명령을 수신하여 처리하고, 시스템 제어 보드의 상태정보를 송신하는 RS-485 블록과,
    HD/SD Camera의 Zoom, Focus를 Camera로 직접 전송하는 RS-232 블록과, 제어보드의 전압 전류값을 측정하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter)와,
    HD / SD Camera 영상을 입력하는 3G SDI와,
    제어 보드가 설치되는 내압 용기의 온습도 값을 측정하기 위한 온습도 측정 센서(SHT20)와,
    제어 보드 전원(DC 24V)을 공급하는 파워 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 네트워크 기반의 심해용 수중 원격 영상 제어 시스템.
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