KR102146472B1 - 주행형 회전식 영상 촬영 장치 - Google Patents

주행형 회전식 영상 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주행하는 차량에 탑재하여 빠른 속도로 대상면을 연속 자동 촬영할 때, 회전하우징의 등속 회전 운동에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도의 반대 방향으로 카메라를 이동시켜 정지 영상을 촬영하도록 하면서도 장비에 진동이나 충격이 전혀 없는 주행형 회전식 영상 촬영 장치에 대한 것이다.
본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치는 주행하는 차량에 탑재하여 대상면을 촬영하는 것으로, 차량의 상부에 거치되는 베이스부; 상기 베이스부의 일측에 구비되는 구동모터; 상기 베이스부의 상부에 구비되는 것으로 구동모터에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도로 차량 방향과 반대 방향으로 등속 회전하는 회전하우징; 상기 회전하우징의 상부에 구비되어 회전하우징의 회전에 따라 같이 회전하는 카메라 탑재부; 및 상기 카메라 탑재부에 탑재되어 대상면과의 상대 속도가 0인 정지 상태로 대상면을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

주행형 회전식 영상 촬영 장치{Driving-type rotating image recording device}
본 발명은 주행하는 차량에 탑재하여 빠른 속도로 대상면을 연속 자동 촬영할 때, 회전하우징의 등속 회전 운동에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도의 반대 방향으로 카메라를 이동시켜 정지 영상을 촬영하도록 하면서도 장비에 진동이나 충격이 전혀 없는 주행형 회전식 영상 촬영 장치에 대한 것이다.
터널은 시설물 안전 관리에 의한 특별법에 의해 주기적인 점검 및 진단이 수행되어야 한다.
이를 위해 기본조사인 외관조사가 이루어져야 하는데, 일반적으로는 육안으로 터널 벽면의 균열을 검사하는 방법이 이용된다. 그러나 육안 검사는 검사 자체에 시간이 많이 소요되어 대규모 교통 통제가 불가피하고, 이를 작업자가 수작업에 의해 터널 도면에 직접 매칭하여야 하므로 후속 작업 시간이 많이 소요된다. 뿐만 아니라 균열 발생 위치의 정확도가 떨어져 시설물 유지 관리에 어려움이 있다.
이에 최근에는 터널 내부를 촬영한 영상데이터에 의해 자동으로 터널 균열을 관리하는 자동 스캐닝 시스템이 개발되었다(특허 제10-0597963호). 특히, 터널은 점검 대상의 길이가 길기 때문에, 신속한 점검을 위해 차량에 카메라를 탑재하여 차량을 주행시키면서 동시에 터널 내부를 촬영하여 터널 표면 영상을 수집하는 기술이 제안된다.
그러나 이러한 기술 중 비디오카메라로 촬영한 동영상을 활용하는 기술은 동영상데이터의 기술적 한계로 인해 0.2㎜ 이하 균열에 대해서는 정확한 검출이 어렵다.
또한, 특허 제10-1346422호, 제10-1843923호 등과 같이 고속카메라를 이용하는 기술의 경우, 카메라 장비가 매우 고가일 뿐 아니라 차량 주행시 주행하는 카메라와 피사체의 상대 속도로 인해 동적 피사체를 촬영하는 것과 마찬가지가 되어 촬영 영상의 선명도가 떨어지고 이에 따라 0.1㎜ 이하의 미세한 균열을 탐지하기 어렵다. 이에 촬영 영상의 선명도를 높이기 위해서는 매우 낮은 속도로 주행할 수밖에 없어 스캐닝 시간이 많이 소요된다.
따라서 리니어모터에 정지 영상 촬영을 위한 카메라를 탑재한 후 리니어모터에 의해 카메라를 차량 주행 속도와 동일하게 역방향으로 이동시킴으로써, 피사체인 터널 표면과 카메라 간 상대 속도를 0인 상태로 만들어 터널 표면을 촬영하는 기술이 제안되었다(도 1, 특허 제10-2107486호). 이 경우, 실질적으로 정지 영상이 촬영되므로 선명한 영상을 취득할 수 있고, 이에 따라 0.1㎜ 이하 미세 균열 검출이 가능하다.
상기 등록기술에서는 카메라가 점검 차량의 주행 속도에 동기화되어 빠른 속도로 전후 왕복 운동을 하여야 한다. 그런데 차량 주행 속도 10㎞/h 하에서 정지 영상이 촬영되는 등속 구간에서는 약 ±0.5g 정도의 진동이 발생하는 반면, 리니어모터의 방향이 전환되는 단부에서는 1g 이상의 큰 충격이 가해진다. 이에 따라 촬영된 화상의 품질 저하는 물론 장비의 손상 우려가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 주행하는 차량에 탑재하여 빠른 속도로 대상면을 연속 자동 촬영할 때, 등속 회전 운동에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도의 반대 방향으로 카메라를 이동시켜 정지 영상을 촬영하도록 하면서도 장비에 진동이나 충격이 전혀 없는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 주행하는 차량에 탑재하여 대상면을 촬영하는 회전식 영상 촬영 장치에 관한 것으로, 차량의 상부에 거치되는 베이스부; 상기 베이스부의 일측에 구비되는 구동모터; 상기 베이스부의 상부에 구비되는 것으로 구동모터에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도로 차량 방향과 반대 방향으로 등속 회전하는 회전하우징; 상기 회전하우징의 상부에 구비되어 회전하우징의 회전에 따라 같이 회전하는 카메라 탑재부; 및 상기 카메라 탑재부에 탑재되어 대상면과의 상대 속도가 0인 정지 상태로 대상면을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 차량의 주행 속도를 측정하는 속도센서의 신호를 받아 구동모터의 회전 속도를 제어함으로써 차량 주행 속도와 회전하우징의 회전 속도를 동기화시키는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 회전하우징의 회전 속도에 따라 릴레이를 제어하여 카메라 촬영 시점으로 조절하는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제어부는 카메라와 대상면의 거리를 측정하는 거리센서의 신호를 받아 카메라와 대상면의 거리에 따라 카메라에 촬영 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 회전하우징은 카메라 촬영 구간인 제1회전 구간에서는 저속인 제1속도로 회전하고, 촬영 구간 외의 복귀 구간인 제2회전 구간에서는 고속인 제2속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 회전하우징의 내부에는 구동모터에 연결되어 회전하우징을 제1회전 구간에서 제1속도로 회전시키는 저속구동부 및 회전하우징을 제1회전 구간 외의 제2회전 구간에서 제2속도로 회전시키는 고속구동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 저속구동부는 회전하우징의 내부 중앙에 구비되어 구동모터의 구동력에 따라 회전하는 메인회전축의 제1높이에 구비되는 제1선기어, 상기 제1선기어에 맞물리는 제1유성기어 및 상기 제1유성기어에 맞물리도록 제1높이에서 회전하우징의 내주면 일부에 구비되는 제1링기어로 구성되고, 상기 고속구동부는 메인회전축의 제2높이에 구비되는 것으로 제1선기어보다 잇수가 많은 제2선기어, 상기 제2선기어에 맞물리는 제2유성기어 및 상기 제2유성기어에 맞물리도록 제2높이에서 회전하우징의 내주면 일부에 구비되는 제2링기어로 구성되어, 상기 제1유성기어와 제1링기어는 제1회전 구간에서만 서로 맞물리고, 제2유성기어와 제2링기어는 제2회전 구간에서만 서로 맞물리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 회전하우징의 내부에는 구동모터에 연결되어 회전하우징을 제1높이와 제2높이 사이의 제3높이에서 제1속도와 제2속도 사이의 제3속도로 회전시키는 중속구동부가 더 구비되되, 상기 중속구동부는 메인회전축의 제3높이에 구비되는 것으로 제1선기어보다 잇수가 많고, 제2선기어보다는 잇수가 적은 제3선기어, 상기 제3선기어에 맞물리는 제3유성기어 및 상기 제3유성기어에 맞물리도록 제3높이에서 회전하우징의 내주면이 일부 구간에 구비되는 제3링기어로 구성되고, 상기 제3유성기어와 제3링기어는 제3회전 구간에서만 서로 맞물리도록 구성되는 것을 특징을 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 주행형 회전식 영상 촬영 장치는 한 쌍으로 구비되되, 상기 회전하우징이 각각 반대 방향으로 회전하여 주행하는 차량 양측의 대상면을 동시에 촬영하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 베이스부의 상부에는 회전하우징의 외주면에 밀착되어 회전하우징의 회전을 가이드하는 가이드롤러가 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 주행하는 차량에 탑재하여 빠른 속도로 터널 등 각종 구조물의 대상면을 연속 자동 촬영할 때, 상부에 카메라 탑재부가 구비된 회전하우징이 차량 주행 속도와 동일한 속도의 반대 방향으로 등속 회전 운동할 수 있는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공할 수 있다.
이에 따라 카메라 탑재부에 탑재된 카메라와 대상면과의 상대 속도를 0으로 하여 정지 상태로 촬영할 수 있으므로, 선명도가 우수한 정지 영상을 획득 가능하다.
아울러 회전하우징이 일방향으로 회전 운동하므로, 리니어모터와 같이 방향 전환시 발생하는 진동이나 충격을 차단할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 터널 표면 촬영 장치를 도시하는 도면.
도 2는 카메라 탑재부가 2방향으로 구비된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 카메라 탑재부가 4방향으로 구비된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 사시도.
도 4는 차량에 탑재된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 도면.
도 5는 제어부에 의한 영상 촬영 장치의 제어 관계를 나타내는 도면.
도 6은 회전 구간에 따른 회전하우징의 회전 속도를 나타내는 도면.
도 7은 회전하우징의 내부 구조를 도시하는 사시도.
도 8은 저속구동부와 고속구동부를 도시하는 사시도.
도 9는 저속구동부와 고속구동부의 작동 관계를 도시하는 평면도.
도 10은 중속구동부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도.
도 11은 저속구동부, 중속구동부 및 고속구동부의 작동 관계를 도시하는 평면도.
도 12는 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치가 차량에 한 쌍 탑재된 실시예를 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 카메라 탑재부가 2방향으로 구비된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 사시도이고, 도 3은 카메라 탑재부가 4방향으로 구비된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 사시도이며, 도 4는 차량에 탑재된 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치는 주행하는 차량(1)에 탑재하여 대상면(O)을 촬영하는 회전식 영상 촬영 장치(2)에 관한 것으로, 차량(1)의 상부에 거치되는 베이스부(3); 상기 베이스부(3)의 일측에 구비되는 구동모터(4); 상기 베이스부(3)의 상부에 구비되는 것으로 구동모터(4)에 의해 차량(1) 주행 속도와 동일한 속도로 차량 방향과 반대 방향으로 등속 회전하는 회전하우징(5); 상기 회전하우징(5)의 상부에 구비되어 회전하우징(5)의 회전에 따라 같이 회전하는 카메라 탑재부(6); 및 상기 카메라 탑재부(6)에 탑재되어 대상면(O)과의 상대 속도가 0인 정지 상태로 대상면(O)을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라(7); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주행하는 차량(1)에 탑재하여 빠른 속도로 대상면(O)을 연속 자동 촬영할 때, 등속 회전 운동에 의해 차량 주행 속도와 동일한 속도의 반대 방향으로 카메라(7)를 이동시켜 정지 영상을 촬영하도록 하면서도 장비에 진동이나 충격이 전혀 없는 주행형 회전식 영상 촬영 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치는 주행하는 차량(1)에 탑재되어 터널 내부 손상 부위 등을 탐지하기 위한 것이나 터널 외에 교량이나 옹벽 등 대규모 구조물의 손상 탐지에도 사용 가능하다.
상기 베이스부(3)는 차량(1)의 상부에 거치되는 부분으로, 프레임 형태로 구성할 수 있다.
상기 베이스부(3)의 하부는 차량(1)에 고정될 수 있다.
상기 베이스부(3)와 차량(1) 사이에는 차량 진동이 영상 촬영 장치(2)에 전달되지 않도록 방진패드(미도시)를 설치 가능하다.
상기 베이스부(3)의 일측에는 구동모터(4)가 구비되고, 베이스부(3)의 상부에는 회전하우징(5)이 회전 가능하게 구비된다.
상기 회전하우징(5)은 구동모터(4)에 의해 회전된다.
상기 회전하우징(5)의 중앙에는 구동모터(4)의 구동력을 회전하우징(5)에 전달하여 회전하우징(5)을 회전시키기 위한 메인회전축(50)이 구비될 수 있다(도 7 등).
상기 메인회전축(50)의 하단은 회전하우징(5)의 하부로 일정 길이 돌출되어 베이스부(3) 내부에 위치 가능하다.
상기 구동모터(4)는 메인회전축(50)의 하부에 기어, 체인 등에 의해 연결되어 회전하우징(5)을 회전시킬 수 있다.
상기 카메라 탑재부(6)는 회전하우징(5)의 상부에 구비되어 회전하우징(5)의 회전에 따라 같이 회전한다.
상기 카메라 탑재부(6)에는 적어도 하나 이상의 카메라(7)가 탑재된다.
복수의 카메라(7)로 동일 단면에서 터널면을 동시에 촬영하기 위해 카메라 탑재부(6)는 원호 형상으로 형성될 수 있다.
상기 카메라 탑재부(6)에 설치된 카메라(7)는 터널면의 형상에 따라 터널면과 직교하는 방향으로 고정 가능하다.
상기 카메라 탑재부(6)는 차량 주행 속도, 카메라 셔터 스피드 등을 고려하여 1방향, 2방향(도 2), 4방향(도 3) 등으로 설치될 수 있다.
상기 회전하우징(5)은 차량 주행 속도와 동일한 속도로 차량 주행 방향과 반대 방향으로 등속 회전 가능하다.
이에 따라 카메라(7)와 대상면(O)과의 상대 속도가 0이 되어 정지 상태로 촬영 가능하므로, 선명도가 우수한 정지 영상을 획득할 수 있다.
상기 회전하우징(5)은 일방향으로 회전 운동하므로, 종래 리니어모터와 같이 방향 전환시 진동 및 충격이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
회전 운동하는 카메라(7)는 카메라(7)의 방향이 대상면(O)과 직교하는 시점에 촬영이 이루어지도록 사전에 설정하여 둘 수 있다.
도 2 등에 도시된 바와 같이, 상기 베이스부(3)의 상부에는 회전하우징(5)의 외주면에 밀착되어 회전하우징(5)의 회전을 가이드하는 가이드롤러(31)가 회전 가능하게 구비될 수 있다.
상기 가이드롤러(31)는 회전하우징(5)의 외주면에 밀착되어 회전하우징(5)의 안정적인 회전을 가이드하고, 회전하우징(5)의 고속 회전시 진동 발생을 최소화한다.
상기 가이드롤러(31)는 복수 개가 구비되어 복수의 지점에서 회전하우징(5)을 안정적으로 지지하도록 구성할 수 있다.
상기 회전하우징(5)의 회전시 소음, 진동 등을 최소화하기 위해 가이드롤러(31)는 방진 고무 등을 사용 가능하다.
도 5는 제어부에 의한 영상 촬영 장치의 제어 관계를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 주행 속도를 측정하는 속도센서(81)의 신호를 받아 구동모터(4)의 회전 속도를 제어함으로써 차량 주행 속도와 회전하우징(5)의 회전 속도를 동기화시키는 제어부(8)가 더 구비될 수 있다.
차량(1)은 등속으로 회전하는 회전하우징(5)의 속도에 맞춰 정속 주행하도록 할 수 있다.
아울러 차량(1)이 다양한 속도로 주행하는 경우에도 정지 영상 촬영이 가능하도록 차량 주행 속도와 회전하우징(5)의 회전 속도를 동기화할 수도 있다. 이를 위해 차량(1)에는 차량 주행 속도를 측정하는 속도센서(81)가 설치된다.
상기 속도센서(81)는 VSS(Vehicle Speed Sensor)를 사용하여 차량 주행 속도를 측정할 수 있다.
상기 제어부(8)에서는 속도센서(81)로부터 차량 주행 속도 신호를 받아 차량 주행 속도와 동일한 속도로 회전하우징(5)이 회전하도록 구동모터(4)를 제어할 수 있다.
상기 회전하우징(5)의 회전 속도에 따라 릴레이(82)를 제어하여 카메라 촬영 시점으로 조절하는 제어부(8)가 더 구비될 수 있다.
카메라(7)가 수신하는 촬영 신호와 실제 카메라(7)가 촬영하는 시점 사이에는 미세한 지연이 불가피하다. 그러므로 촬영 신호는 촬영 시점, 즉 카메라(7)가 피사체인 대상면(O)과 직교하는 시점보다 미리 카메라(7)에 송신되어야 한다.
따라서 카메라(7)의 셔터 스피드가 특정 값으로 고정된 경우, 차량 주행 속도, 즉 회전하우징(5) 및 카메라(7)의 회전 속도에 따라 촬영 시점을 조절하기 위해 릴레이(82)를 설치하고, 제어부(8)에서 릴레이(82)를 제어하도록 구성할 수 있다.
상기 릴레이(82)는 입력이 어떤 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 회로를 개폐하는 장치로, 제어부(8)의 신호에 따라 촬영 신호를 카메라(7)로 송출한다.
이를 위해 상기 회전하우징(5)의 외부에는 포토센서 등의 감지센서(83)를 구비하고, 카메라(7) 전방 위치의 회전하우징(5)에는 마커가 구비되도록 한다.
상기 제어부(8)는 회전하우징(5)의 회전 속도(또는 차량 주행 속도)에 따라 감지센서(83)가 마커를 식별한 이후 카메라(7)가 촬영해야 할 시점을 결정하여 릴레이(82)에 신호를 보낸다. 그러면 상기 릴레이(82)는 제어부(8)에서 수신된 신호에 따라 카메라(7)에 촬영 신호를 송출한다.
차량 주행 속도에 비례하여 차량 주행 속도가 빨라지면 릴레이(82)를 통해 카메라 릴레이 시간을 줄이고, 차량 주행 속도가 느려지면 카메라 릴레이 시간을 늘리도록 한다.
한편, 상기 회전하우징(50)의 메인회전축(50) 하부에는 회전하는 카메라(7)에 촬영 신호를 전달하고 촬영 영상을 저장장치(미도시)로 전달하기 위해 슬립링(71)이 설치될 수 있다.
상기 슬립링(71)은 회전하는 장비에 전원 또는 신호라인을 공급할 때, 전선의 꼬임 없이 전달 가능한 로터리 커넥터이다.
상기 제어부(8)는 카메라(7)와 대상면(O)의 거리를 측정하는 거리센서(84)의 신호를 받아 카메라(7)와 대상면(O)의 거리에 따라 카메라(7)에 촬영 신호를 송출할 수 있다.
상기 카메라(7)는 회전 운동을 하기 때문에, 피사체인 대상면(O)과의 거리가 멀어지면 대상면(O)의 상대적인 회전 반경이 커지면서 대상면(O)의 상대 회전 속도가 감소하게 된다. 반대로 카메라(7)와 대상면(O)과의 거리가 짧아지면, 대상면(O)의 상대적인 회전 반경이 작아지면서 대상면(O)의 상대 회전 속도가 증가하게 된다.
즉, 본 발명에서 상기 카메라(7)는 회전 운동을 하기 때문에, 피사체인 대상면(O)과 카메라(7)의 관계로 보자면 대상면(O)이 카메라(7)를 중심으로 상대 회전 운동하는 것으로 볼 수 있다.
이 경우 카메라(7)의 회전 각속도가 동일하다면, 대상면(O)의 카메라(7)에 대한 상대 속도는 회전 운동 궤도의 지름, 즉 대상면(O)과 카메라(7)의 거리에 비례하여 증가하게 된다. 거꾸로 대상면(O)의 카메라(7)에 대한 상대 속도가 동일하다면 카메라(7)의 회전 각속도는 대상면(O)과 카메라(7)의 거리에 반비례하여 감소한다(ω=V/R).
V: 등속 원운동 하는 물체의 속력
ω: 등속 원운동 하는 물체의 각속도
R: 원의 반지름
따라서 대상면(O)에 대해 카메라(7)의 상대 속도(또는 카메라(7)에 대한 대상면(O)의 상대 속도)를 0으로 만들어 정지 영상을 촬영하기 위해서는 영상 촬영 장치(2)와 대상면(O)과의 거리에 따라 카메라(7), 즉 회전하우징(5)의 회전 속도를 보정하여야 한다.
이를 위해 차량(1) 또는 영상 촬영 장치(2)의 일측에 레이저센서 등의 거리센서(84)를 설치한다. 그리고 제어부(8)가 거리센서(84)로부터 측정된 카메라(7)와 대상면(O)과의 거리에 의해 구동모터(4)의 회전 속도를 제어함으로써, 카메라(7)와 대상면(O)과의 상대 속도가 0이 되도록 할 수 있다.
카메라(7)와 대상면(O) 사이의 거리가 멀어지는 경우, 이에 반비례하여 카메라(7)의 회전 속도를 감소시킨다(ω1=V/R1). 반대로 카메라(7)와 대상면(O) 사이의 거리가 가까워지는 경우, 이에 비례하여 카메라(7)의 회전 속도를 증가시킨다(ω2=V/R2).
ω1, ω2: 카메라의 각속도
R1, R2: 카메라와 대상면 사이의 거리
V: 대상면에 대한 상대 속도
도 6은 회전 구간에 따른 회전하우징의 회전 속도를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전하우징(5)은 카메라 촬영 구간인 제1회전 구간(C1)에서는 저속인 제1속도(V1)로 회전하고, 촬영 구간 외의 복귀 구간인 제2회전 구간(C2)에서는 고속인 제2속도(V2)로 회전하도록 구성할 수 있다.
카메라(7)가 포착하는 장면의 시야각인 화각은 망원렌즈의 경우 30° 이하, 표준렌즈의 경우 44~55° 정도이다.
화각이 좁을수록 촬영 영상의 왜곡이 적고 원거리 촬영이 용이하여, 화각이 좁은 렌즈를 사용하는 것이 유리하다.
그러나 화각이 좁을수록 영상 면적이 좁아지므로 그만큼 촬영을 촘촘하게 하여야 하고, 이에 따라 회전하우징(5)의 회전 속도를 증가시키거나 카메라(7)를 촘촘한 각도로 배치하여야 한다.
그런데 상기 회전하우징(5)의 회전 속도는 대상면(O)과 카메라(7)의 상대 속도를 0으로 만들기 위해 기본적으로 차량 주행 속도와 대상면(O)과의 거리에 동기화되어 정해지므로, 회전하우징(5)의 회전 속도를 임의로 증가시킬 수 없다. 아울러 카메라(7)를 촘촘한 각도로 배치할 경우 장비 가격이 상승하는 문제가 있다.
따라서 카메라(7)가 대상면(O)을 향하는 촬영 구간인 제1회전 구간(C1)에서만 저속인 제1속도(V1)로 회전하고, 카메라(7)가 촬영하지 않고 1회전하여 다시 촬영 구간으로 복귀하기 위한 나머지 구간, 즉 촬영과 무관한 제2회전 구간(C2)에서는 회전 속도를 고속인 제2속도(V2)로 함으로써, 촬영 시점의 상대 속도를 0으로 만들면서도 촬영 빈도를 증가시켜 촬영 효율을 크게 증가시키도록 구성 가능하다.
도 7은 회전하우징의 내부 구조를 도시하는 사시도이고, 도 8은 저속구동부와 고속구동부를 도시하는 사시도이다.
도 7, 도 8 등에 도시된 바와 같이, 상기 회전하우징(5)의 내부에는 구동모터(4)에 연결되어 회전하우징(5)을 제1회전 구간(C1)에서 제1속도(V1)로 회전시키는 저속구동부(51) 및 회전하우징(5)을 제1회전 구간(C1) 외의 제2회전 구간(C2)에서 제2속도(V2)로 회전시키는 고속구동부(52)가 구비될 수 있다.
상기 회전하우징(5)을 저속과 고속으로 변속 구동하기 위해 회전하우징(5)의 내부에는 저속구동부(51)와 고속구동부(52)를 구비할 수 있다.
이를 위해 상기 회전하우징(5)의 회전 각도를 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)으로 분할하고, 제1회전 구간(C1)에서는 저속구동부(51)에 의해 회전하우징(5)이 회전하고, 제2회전 구간(C2)에서는 고속구동부(52)에 의해 회전하우징(5)이 회전하도록 선택적으로 구성할 수 있다.
상기 제1회전 구간(C1)은 카메라(7)가 대상면(O)을 촬영하는 구간으로 상대적으로 저속인 제1속도(V1)로 회전한다. 그리고 제2회전 구간(C2)은 카메라(7)가 촬영 완료 후 1회전하여 다시 촬영 구간으로 복귀하는 비촬영 구간으로 상대적으로 고속인 제2속도(V2)로 회전한다.
상기 제1속도(V1)는 대상면(O)과의 상대 속도가 0이 되도록 하는 속도로 설정한다. 그리고 제2속도(V2)는 카메라(7)의 화각, 카메라(7)의 배치 각도, 차량 주행 속도 등에 따라 대상면(O)이 공백 없이 촘촘하게 촬영될 수 있는 속도로 설정한다.
상기 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)은 각각 1회씩 단독으로만 구성될 수도 있으나 복수의 세트로 구성되는 것도 가능하다.
즉, 카메라(7)가 1방향 배치된 경우, 촬영 구간과 비촬영 구간은 360°마다 반복된다. 그러므로 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)은 각각 1세트만 구비할 수 있다.
도 2에서와 같이 카메라(7)가 전후 2방향으로 배치된 경우, 촬영 구간과 비촬영 구간은 180°마다 반복된다. 그러므로 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)도 각각 180°마다 반복되어 2세트로 구비될 수 있다. 도 7, 도 8은 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)이 각각 2세트 구비된 실시예이다.
같은 방식으로 도 3과 같이 카메라(7)가 전후좌우 4방향으로 배치된 경우, 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)은 각각 90°마다 반복된다. 그러므로 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)도 90°마다 반복되어 4세트로 구비될 수 있다.
도 9는 저속구동부와 고속구동부의 작동 관계를 도시하는 평면도이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 저속구동부(51)는 회전하우징(5)의 내부 중앙에 구비되어 구동모터(4)의 구동력에 따라 회전하는 메인회전축(50)의 제1높이에 구비되는 제1선기어(511), 상기 제1선기어(511)에 맞물리는 제1유성기어(512) 및 상기 제1유성기어(512)에 맞물리도록 제1높이에서 회전하우징(5)의 내주면 일부에 구비되는 제1링기어(513)로 구성되고, 상기 고속구동부(52)는 메인회전축(50)의 제2높이에 구비되는 것으로 제1선기어(511)보다 잇수가 많은 제2선기어(521), 상기 제2선기어(521)에 맞물리는 제2유성기어(522) 및 상기 제2유성기어(522)에 맞물리도록 제2높이에서 회전하우징(5)의 내주면 일부에 구비되는 제2링기어(523)로 구성되어, 상기 제1유성기어(512)와 제1링기어(513)는 제1회전 구간(C1)에서만 서로 맞물리고, 제2유성기어(522)와 제2링기어(523)는 제2회전 구간(C2)에서만 서로 맞물리도록 구성될 수 있다.
상기 회전하우징(5)을 변속 회전시키기 위해 기어비가 서로 상이한 내접 기어를 이용할 수 있다.
상기 저속구동부(51)는 회전하우징(5)의 내부 중앙에 구비된 메인회전축(50)에 축결합되어 메인회전축(50)의 회전에 의해 회전하는 제1선기어(511, sun gear), 상기 제1선기어(511)에 맞물려 제1선기어(511)의 회전을 회전하우징(5)으로 전달하는 제1유성기어(512, planetary gear) 및 상기 회전하우징(5)의 내주면에 원주 방향으로 형성된 것으로 제1유성기어(512)에 맞물려 회전하우징(5)을 최종 회전시키는 제1링기어(513)로 형성 가능하다.
상기 제1유성기어(512)는 회전하우징(5)의 내에 메인회전축(50)과 편심되게 구비되는 제1종동축(514)에 회전 가능하게 결합되어 위치가 고정될 수 있다.
상기 고속구동부(52) 역시 저속구동부(51)와 동일한 구조로 제2선기어(521), 제2유성기어(522) 및 제2링기어(523)로 형성 가능하다.
상기 제2유성기어(522)는 회전하우징(5)의 내에 제1종동축(514)과 다른 위치에 편심되게 구비되는 제2종동축(524)에 회전 가능하게 결합되어 위치가 고정될 수 있다.
상기 저속구동부(51)와 고속구동부(52)는 각각 높이가 다른 제1높이와 제2높이에 구비되어 상호 간섭 없이 회전된다.
상기 제1링기어(513)와 제2링기어(523)는 각각 회전하우징(5)의 내주면 일부 구간에만 형성된다.
구체적으로 상기 제1링기어(513)는 제1회전 구간(C1)의 원주 길이와 동일한 길이로 형성되고, 제2링기어(523)는 제2회전 구간(C2)의 원주 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
상기 제1링기어(513)와 제1유성기어(512)가 맞물렸을 때에는 제2링기어(523)와 제2유성기어(522)는 맞물리지 않고 공회전한다. 즉, 저속구동부(51)에 의해서만 회전하우징(5)에 구동력이 전달되어 회전하우징(5)이 저속으로 회전한다.
반대로 상기 제2링기어(523)와 제2유성기어(522)가 맞물렸을 때에는 제1링기어(513)와 제1유성기어(512)는 맞물리지 않고 공회전한다. 즉, 고속구동부(52)에 의해서만 회전하우징(5)에 구동력이 전달되어 회전하우징(5)이 고속으로 회전한다.
상기 제1선기어(511)와 제2선기어(521)는 모두 메인회전축(50)에 결합되어 메인회전축(50)과 동일한 속도로 회전한다. 그렇지만, 상기 저속구동부(51)의 제1선기어(511)는 고속구동부(52)의 제2선기어(521)보다 크기 및 톱니의 잇수가 작기 때문에, 제1선기어(511)에 맞물린 제1유성기어(512)는 제2선기어(521)에 맞물린 제2유성기어(522)보다 느린 속도로 회전한다.
이에 따라 결과적으로 회전하우징(5)의 제1링기어(513)가 제1유성기어(512)에 맞물릴 때에는 회전하우징(5)이 천천히 제1속도(V1)로 회전한다. 도 9의 (a)는 제1회전 구간(C1)에서 저속구동부(51)와 고속구동부(52)의 상태를 도시하는 것으로, 제1링기어(513)만 물린 상태에 있다.
그리고 회전하우징(5)의 제2링기어(523)가 제2유성기어(522)에 맞물릴 때에는 회전하우징(5)이 제2속도(V2)로 빠르게 회전하여 복귀한다. 도 9의 (b)는 제2회전 구간(C2)에서 저속구동부(51)와 고속구동부(52)의 상태를 도시하는 것으로, 제2링기어(523)만 물린 상태에 있다.
상기 제1유성기어(512)-제1링기어(513)의 물림 및 물림 해제는 제2유성기어(522)-제2링기어(523)의 물림 해제 및 물림과 연속적으로 이루어진다 이에 회전하우징(5)이 제1속도(V1)와 제2속도(V2)로 연속적으로 반복하여 변속되면서 회전 가능하다.
도 10은 중속구동부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 11은 저속구동부, 중속구동부 및 고속구동부의 작동 관계를 도시하는 평면도이다.
도 10, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 회전하우징(5)의 내부에는 구동모터(4)에 연결되어 회전하우징(5)을 제1높이와 제2높이 사이의 제3높이에서 제1속도(V1)와 제2속도(V2) 사이의 제3속도로 회전시키는 중속구동부(53)가 더 구비되되, 상기 중속구동부(53)는 메인회전축(50)의 제3높이에 구비되는 것으로 제1선기어(511)보다 잇수가 많고, 제2선기어(521)보다는 잇수가 적은 제3선기어(531), 상기 제3선기어(531)에 맞물리는 제3유성기어(532) 및 상기 제3유성기어(532)에 맞물리도록 제3높이에서 회전하우징(5)의 내주면이 일부 구간에 구비되는 제3링기어(533)로 구성되고, 상기 제3유성기어(532)와 제3링기어(533)는 제3회전 구간에서만 서로 맞물리도록 구성될 수 있다.
상기 제1속도(V1)와 제2속도(V2)의 속도 차가 클 경우, 제1속도(V1)에서 제2속도(V2)로 변속되는 지점에서 급격한 속도 변화로 인해 진동 또는 충격이 발생할 수 있다.
따라서 제1속도(V1)와 제2속도(V2) 사이의 속도인 제3속도로 회전시켜 완충 효과를 발휘할 수 있도록 중속구동부(53)가 더 구비될 수 있다.
상기 중속구동부(53)는 저속구동부(51)나 고속구동부(52)와 마찬가지로 제3선기어(531), 제3유성기어(532) 및 제3링기어(533)로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제3유성기어(532)는 제3종동축(534)에 회전 가능하게 축결합될 수 있다.
상기 중속구동부(53)는 제1, 2높이와 상이한 제3높이에 위치하여 저속구동부(51)나 고속구동부(52)와 상호 간섭 없이 회전 가능하다.
도 11의 (a)는 제1회전 구간(C1)에서 저속구동부(51), 중속구동부(53) 및 고속구동부(52)의 상태를 도시하는 것으로, 제1링기어(513)만 물린 상태에 있다.
그리고 도 11의 (b)는 제3회전 구간에서 저속구동부(51), 중속구동부(53) 및 고속구동부(52)의 상태를 도시하는 것으로, 제3링기어(533)만 물린 상태에 있다.
상기 중속구동부(53)의 제3유성기어(532)와 제3링기어(533)가 맞물렸을 때에는 제1유성기어(512)-제1링기어(513) 및 제2유성기어(522)-제2링기어(523)는 물림이 해제된다.
제3회전 구간은 제1회전 구간(C1)과 제2회전 구간(C2)의 사이마다 위치하므로, 중속구동부(53)의 제3링기어(533)는 제1링기어(513)의 전후(=제2링기어(523)의 전후) 위치에 구비된다. 상기 제3링기어(533)는 제1링기어(513)와 제2링기어(523) 수의 합만큼 구비되어야 한다.
마지막으로 도 11의 (c)는 제2회전 구간(C2)에서 저속구동부(51), 중속구동부(53) 및 고속구동부(52)의 상태를 도시하는 것으로, 제2링기어(523)만 물린 상태에 있다.
도 12는 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치가 차량에 한 쌍 탑재된 실시예를 도시하는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 주행형 회전식 영상 촬영 장치(2)는 한 쌍으로 구비되되, 상기 회전하우징(5)이 각각 반대 방향으로 회전하여 주행하는 차량(1) 양측의 대상면(O)을 동시에 촬영할 수 있다.
본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치(2)는 회전하우징(5)의 회전에 의해 차량 주행 속도를 상쇄하여 정지 영상을 촬영한다.
그런데 상기 회전하우징(5)은 일방향으로만 회전하므로 영상 촬영 장치(2)의 일측에서는 차량 주행 방향과 반대 방향으로 회전하지만 타측에서는 차량 주행 방향과 같은 방향으로 회전하므로 상대 속도가 2배가 되어 촬영이 불가능하다.
이에 따라 먼저 일방향으로 주행하면서 터널 일측만 촬영하고 다시 반대 방향으로 주행하거나, 카메라(7)의 회전 방향을 반대로 하여 타측을 촬영하여야 하는 번거로움이 있다.
또한, 촬영 후 양측 영상을 동기화시켜 일치시켜야 하므로 후처리 작업이 많이 소요된다.
따라서 차량(1)에 본 발명 주행형 회전식 영상 촬영 장치(2)를 2대 탑재하고, 이들이 서로 반대 방향으로 회전하도록 함으로써 터널 내주면 양측면을 동시에 촬영하도록 구성할 수 있다.
이 경우 대상면(O) 촬영 시간 절반으로 줄일 수 있고, 양측면을 동시 촬영 가능하므로 영상 합성을 위한 후처리 작업을 간소화할 수 있다.
1: 차량 2: 영상 촬영 장치
3: 베이스부 31: 가이드롤러
4: 구동모터 5: 회전하우징
50: 메인회전축 51: 저속구동부
511: 제1선기어 512: 제1유성기어
513: 제1링기어 514: 제1종동축
52: 고속구동부 521: 제2선기어
522: 제2유성기어 523: 제2링기어
524: 제2종동축 53: 중속구동부
531: 제3선기어 532: 제3유성기어
533: 제3링기어 534: 제3종동축
6: 카메라 탑재부 7: 카메라
71: 슬립링 8: 제어부
81: 속도센서 82: 릴레이
83: 감지센서 84: 거리센서
O: 대상면

Claims (10)

  1. 주행하는 차량(1)에 탑재하여 대상면(O)을 촬영하는 회전식 영상 촬영 장치(2)에 관한 것으로,
    차량(1)의 상부에 거치되는 베이스부(3);
    상기 베이스부(3)의 일측에 구비되는 구동모터(4);
    상기 베이스부(3)의 상부에 구비되는 것으로 구동모터(4)에 의해 차량(1) 주행 속도와 동일한 속도로 차량 방향과 반대 방향으로 등속 회전하는 회전하우징(5);
    상기 회전하우징(5)의 상부에 구비되어 회전하우징(5)의 회전에 따라 같이 회전하는 카메라 탑재부(6); 및
    상기 카메라 탑재부(6)에 탑재되어 대상면(O)과의 상대 속도가 0인 정지 상태로 대상면(O)을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라(7); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  2. 제1항에서,
    차량(1)의 주행 속도를 측정하는 속도센서(81)의 신호를 받아 구동모터(4)의 회전 속도를 제어함으로써 차량 주행 속도와 회전하우징(5)의 회전 속도를 동기화시키는 제어부(8)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 회전하우징(5)의 회전 속도에 따라 릴레이(82)를 제어하여 카메라 촬영 시점으로 조절하는 제어부(8)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 제어부(8)는 카메라(7)와 대상면(O)의 거리를 측정하는 거리센서(84)의 신호를 받아 카메라(7)와 대상면(O)의 거리에 따라 카메라(7)에 촬영 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 회전하우징(5)은 카메라 촬영 구간인 제1회전 구간(C1)에서는 저속인 제1속도(V1)로 회전하고, 촬영 구간 외의 복귀 구간인 제2회전 구간(C2)에서는 고속인 제2속도(V2)로 회전하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 회전하우징(5)의 내부에는 구동모터(4)에 연결되어 회전하우징(5)을 제1회전 구간(C1)에서 제1속도(V1)로 회전시키는 저속구동부(51) 및 회전하우징(5)을 제1회전 구간(C1) 외의 제2회전 구간(C2)에서 제2속도(V2)로 회전시키는 고속구동부(52)가 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 저속구동부(51)는 회전하우징(5)의 내부 중앙에 구비되어 구동모터(4)의 구동력에 따라 회전하는 메인회전축(50)의 제1높이에 구비되는 제1선기어(511), 상기 제1선기어(511)에 맞물리는 제1유성기어(512) 및 상기 제1유성기어(512)에 맞물리도록 제1높이에서 회전하우징(5)의 내주면 일부에 구비되는 제1링기어(513)로 구성되고,
    상기 고속구동부(52)는 메인회전축(50)의 제2높이에 구비되는 것으로 제1선기어(511)보다 잇수가 많은 제2선기어(521), 상기 제2선기어(521)에 맞물리는 제2유성기어(522) 및 상기 제2유성기어(522)에 맞물리도록 제2높이에서 회전하우징(5)의 내주면 일부에 구비되는 제2링기어(523)로 구성되어,
    상기 제1유성기어(512)와 제1링기어(513)는 제1회전 구간(C1)에서만 서로 맞물리고, 제2유성기어(522)와 제2링기어(523)는 제2회전 구간(C2)에서만 서로 맞물리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 회전하우징(5)의 내부에는 구동모터(4)에 연결되어 회전하우징(5)을 제1높이와 제2높이 사이의 제3높이에서 제1속도(V1)와 제2속도(V2) 사이의 제3속도로 회전시키는 중속구동부(53)가 더 구비되되,
    상기 중속구동부(53)는 메인회전축(50)의 제3높이에 구비되는 것으로 제1선기어(511)보다 잇수가 많고, 제2선기어(521)보다는 잇수가 적은 제3선기어(531), 상기 제3선기어(531)에 맞물리는 제3유성기어(532) 및 상기 제3유성기어(532)에 맞물리도록 제3높이에서 회전하우징(5)의 내주면이 일부 구간에 구비되는 제3링기어(533)로 구성되고,
    상기 제3유성기어(532)와 제3링기어(533)는 제3회전 구간에서만 서로 맞물리도록 구성되는 것을 특징을 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 주행형 회전식 영상 촬영 장치(2)는 한 쌍으로 구비되되, 상기 회전하우징(5)이 각각 반대 방향으로 회전하여 주행하는 차량(1) 양측의 대상면(O)을 동시에 촬영하는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 베이스부(3)의 상부에는 회전하우징(5)의 외주면에 밀착되어 회전하우징(5)의 회전을 가이드하는 가이드롤러(31)가 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 주행형 회전식 영상 촬영 장치.
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