KR102181649B1 - 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템 - Google Patents

3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템 Download PDF

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Abstract

3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 수중 드론, 및 상기 수중 드론과 유선 연결되고, 수면에 부유하는 하나 이상의 부이를 포함하고, 상기 수중 드론은, 상기 수중 드론의 본체의 전방을 촬영하는 1인칭 시점의 하나 이상의 제1 카메라, 상기 수중 드론의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치, 및 상기 수중 드론의 본체의 후방으로 연장되는 카메라 지지대 상에 배치되어 상기 수중 드론의 본체를 촬영하는 3인칭 시점의 하나 이상의 제2 카메라를 포함한다.

Description

3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템{SMART UNDERWATER DRONE SYSTEM WITH THIRD PARTY POINT-OF-VIEW CAMERA}
본 발명은 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템에 관한 것이다.
최근, 수중 탐사를 하면서, 양식 시설 관리를 하거나, 스킨 스쿠버 및 씨워커와 같은 수중 스포츠를 하는 사람들이 증가하고 있다.
양식 시설 관리를 하기 위해서 양식 시설 및 양식 대상 어종을 확인하고, 데이터를 분석하여 문제점 발생시 조치하는 작업이 필요하다. 기존의 양식 시설 및 양식 대상 어종을 확인하는 작업은, 수중 카메라를 설치하여 대상물을 확인하는 방법, 잠수사가 직접 물속에 들어가서 대상물을 확인하는 방법 또는 무인 잠수정으로 대상물를 확인하는 방법으로 수행되었다.
하지만, 수중 카메라를 설치하여 대상물을 확인하는 방법은, 대상물과의 근접 촬영의 제약이 있고, 사각지대의 대응을 위해서 다수의 수중 카메라가 필요하여 초기 비용이 높으며, 재난 상황 시 수중 카메라의 유실 가능성이 높아서 문제가 있었다. 또한, 잠수사가 직접 물속에 들어가서 대상물을 확인하는 방법은, 전문 인력을 채용하는데 비용이 많이 소요되고, 작업 시간이 제한적이며, 잠수사의 안전 문제가 발생할 수 있고, 양식장의 문제점 발생 시 즉각적인 대응이 어렵고, 선제적 관리 주기가 길어지는 등의 문제점이 있다. 또한, 무인 잠수정으로 대상물을 확인하는 방법은, 고가의 장비가 필요하며, 장비의 크기가 커서 가두리 내에 장비의 진입이 어려워서 문제가 있었다.
또한, 스킨 스쿠버, 씨워커 같은 수중 스포츠를 하기 위해서는 고가의 장비와 전문 인력이 필요하여, 많은 비용을 지불하지 않고는 수중 스포츠를 하기가 쉽지 않았다.
따라서, 비용을 최소화하고, 안전하게 수중 탐사를 하는 방법이 필요하게 되었다.
등록특허공보 제10-1381218호, 2014.03.26
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템은, 수중 드론, 및 상기 수중 드론과 유선 연결되고, 수면에 부유하는 하나 이상의 부이를 포함하고, 상기 수중 드론은, 상기 수중 드론의 본체의 전방을 촬영하는 1인칭 시점의 하나 이상의 제1 카메라, 상기 수중 드론의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치, 및 상기 수중 드론의 본체의 후방으로 연장되는 카메라 지지대 상에 배치되어 상기 수중 드론의 본체를 촬영하는 3인칭 시점의 하나 이상의 제2 카메라를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 부이는, 사용자 장치와 무선 연결되어, 상기 수중 드론 및 상기 사용자 장치의 사이에서 통신을 중계하고, 상기 수중 드론의 상기 제1 카메라에 의해서 촬영된 제1 영상 신호 및 상기 제2 카메라에 의해서 촬영된 제2 영상 신호를 상기 사용자 장치에 전송하는 통신 중계 장치, 및 상기 부이의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 카메라 지지대는, 상기 수증 드론의 본체와 일체로 형성되거나, 방수 콘넥터를 이용하여 상기 수증 드론의 본체에 탈부착 가능하게 결합된다.
일부 실시예에서, 상기 카메라 지지대는, 상기 수중 드론의 본체의 정지 상태에서, 상기 제2 카메라의 화각에 상응하여, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능한 길이를 갖고, 상기 수중 드론의 본체의 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대의 움직임이 소정의 기준 범위 이내에서 제한되도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 수중 드론의 추진 장치는, 상기 수중 드론의 본체에 전방, 상방 또는 하방으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함하고, 상기 카메라 지지대는, 상기 수중 드론의 본체의 전방, 상방 또는 하방으로의 최대 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수직면 상에서 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 수중 드론의 추진 장치는, 상기 수중 드론의 본체에 좌측방 또는 우측방 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함하고, 상기 카메라 지지대는, 상기 수중 드론의 본체의 좌측방 또는 우측방으로의 최대 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수평면 상에서 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 카메라 지지대는, 글래스로드, 카본, 보론, 케블러 및 티타늄 중 적어도 하나를 포함하여 형성된다.
일부 실시예에서, 상기 카메라 지지대는, 상기 수중 드론의 본체와 상기 제2 카메라를 연결하는 하나 이상의 전력선을 내부에 포함하고, 상기 제2 카메라는, 상기 카메라 지지대의 상기 하나 이상의 전력선을 이용하여, 상기 수중 드론의 본체로부터 전원을 공급받고, 상기 제2 영상 신호를 상기 수중 드론의 본체에 전송한다.
일부 실시예에서, 상기 부이는, GPS(Global Positioning System) 수신기를 더 포함하고, 상기 부이의 통신 중계 장치는, 상기 GPS 수신기를 이용하여 획득된 상기 부이의 현재 위치 정보를 상기 사용자 장치에 전송한다.
일부 실시예에서, 상기 제2 카메라는, 상기 수중 드론이 정지 상태인 경우, 줌 인되어 상기 수중 드론을 촬영하고, 상기 수중 드론의 속도가 높아짐에 따라, 줌 아웃되어 상기 수중 드론을 촬영한다.
일부 실시예에서, 상기 수중 드론은, 수면으로부터 상기 수중 드론의 본체의 깊이를 측정하는 수심 센서, 및 상기 부이와 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 더 포함하고, 상기 부이는, GPS 수신기, 및 상기 수중 드론과 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 더 포함하고, 각각의 둘 이상의 상기 부이는, 상기 GPS 수신기를 이용하여 획득된 상기 부이의 현재 위치 정보를 상기 초음파 통신 장치를 이용하여 상기 수중 드론에게 전송하고, 상기 수중 드론은, 상기 수심 센서를 이용하여 측정된 수면으로부터 상기 수중 드론의 본체의 깊이, 초음파 통신을 이용하여 측정된 각각의 둘 이상의 상기 부이와 상기 수중 드론의 본체 간의 거리, 및 각각의 둘 이상의 상기 부이로부터 수신한 상기 부이의 현재 위치 정보에 기초하여 상기 수중 드론의 수면 상의 위치를 산출하는 위치 산출부를 더 포함하고, 상기 부이의 통신 중계 장치는, 상기 수중 드론의 수면 상의 위치를 상기 사용자 장치에 전송한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템에 따르면, 수중 드론의 제1 카메라로 1 인칭 시점의 영상을 촬영하고, 카메라 지지대 상의 제2 카메라로 3인칭 시점의 영상을 촬영하여, 1 인칭 시점의 영상 신호와 3 인칭 시점의 영상 신호를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 소정의 강도와 탄성을 가진 카메라 지지대 상의 제2 카메라를 이용하여, 수중 드론의 최대 속도의 추진 상태에서도 제2 카메라가 수중 드론을 완전히 촬영 가능하게 할 수 있다.
또한, 수중 드론의 영상 신호가 제어 테더선을 통해 부이로 전송되고, 부이가 사용자 장치와 무선 연결되어 수중 드론의 영상 신호가 사용자 장치로 전송되어, 사용자에게 실시간으로 수중 드론의 영상 신호를 제공할 수 있다.
또한, 수중 드론의 수심 센서 및 초음파 통신 장치와 부이의 GPS 수신기 및 초음파 통신 장치를 이용하여, 수중 드론의 현재 위치를 산출하여, 수중 드론의 현재 위치를 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 제1 카메라, 추진 장치 및 제2 카메라를 포함하는 수중 드론의 개략적인 외관도이다.
도 3은 도 1의 통신 중계 장치 및 추진 장치를 포함하는 부이의 개략적인 외관도이다.
도 4는 전방으로 움직이는 수중 드론의 제2 카메라의 이동을 보여주는 예시도이다.
도 5는 측방으로 움직이는 수중 드론의 제2 카메라의 이동을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론(100) 시스템은 수중 드론(100) 및 부이(200)를 포함한다.
수중 드론(100)은 조종사가 탑승하지 않고, 무선 전파에 의해서 조종이 가능한 무인 잠수 장치이다. 조종사는 지상 또는 수중에서 컨트롤러를 이용하여 수중 드론(100)을 원격 조종할 수 있다. 수중 드론(100)은 하천, 호수, 바다 등과 같은 수중에서 움직이면서, 수중의 다양한 사물을 촬영하여 영상 정보를 취득한다. 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 수중 드론(100)과 무선 통신되는 사용자의 단말기를 이용하여, 수중 드론(100)의 동작을 컨트롤한다.
수중 드론(100)은 다양한 산업에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 양식업을 하는 사용자는 수중 드론(100)을 이용하여, 양식장을 관리할 수 있다. 또한, 관광업을 하는 사용자는 수중 드론(100)와 수중 드론(100)과 무선 통신되는 VR(Virtual Reality) 장치를 이용하여, 관광객에게 수중의 실시간 체험을 제공할 수 있다.
부이(200)(buoy)는 수중 드론(100)과 제어 테더선(230)으로 유선 연결되어, 수중 드론(100)으로부터 영상 정보 등을 수신할 수 있다. 수중 드론(100)과 제어 테더선(230)으로 연결된 부이(200)는 수중 드론(100)의 움직임에 상응하여 수표면을 이동할 수 있다. 부이(200)는 물 밖에 있는 사용자 장치와 무선 통신하여, 수중 드론(100)의 영상 정보를 전송할 수 있다. 부이(200)는 수중 드론(100)이 있는 수중에서 멀지 않은 수면에 부유한다. 따라서, 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 수면에 있는 부이(200)를 시각적으로 확인하여 수중 드론(100)의 위치를 대략적으로 파악할 수 있다.
도 2는 도 1의 제1 카메라, 추진 장치 및 제2 카메라를 포함하는 수중 드론의 개략적인 외관도이다.
도 2를 참조하면, 수중 드론(100)은 제1 카메라(110), 추진 장치 및 제2 카메라(130)를 포함하고, 수중 드론(100)의 본체와 제2 카메라(130)가 카메라 지지대(140)에 의해 연결된다.
제1 카메라(110)는 수중 드론(100)의 본체의 소정의 위치에 설치되어 수중 드론(100)의 본체의 전방을 촬영한다. 예를 들어, 제1 카메라(110)는 수중 드론(100)의 본체의 정면 중앙부에 위치할 수 있다. 제1 카메라(110)는 수중 드론(100) 시스템의 사용자의 사용 목적에 따라 수중 드론(100)의 본체에 하나 이상 설치될 수 있다. 예를 들어, 수중 드론(100) 본체 정면부에 제1 카메라(110)가 두 개 설치되어, 두 개의 카메라의 영상 정보를 이용하여 광각 영상 정보가 생성되게 할 수 있다. 또한, 수중 드론(100) 본체 정면부에 제1 카메라(110)가 두 개 설치되어, 두 개의 카메라의 영상 정보를 이용하여, 3D 영상 정보가 생성되게 할 수 있다. 또한, 제1 카메라(110)는 수중 드론(100)의 본체의 정면부뿐만 아니라, 측면부 또는 상하면부에 설치되어 다양한 방향의 수중 영상 정보를 생성할 수 있다. 수중 드론(100)의 본체는 수중 드론(100) 중에서 제1 카메라(110), 추진 장치, 제2 카메라(130) 및 카메라 지지대(140)를 제외한 몸통 부분을 의미한다.
제1 카메라(110)는 수중 드론(100)의 전방을 촬영하여 수중 드론(100)의 1인칭 시점의 영상 정보를 생성할 수 있다. 1 인칭 시점의 영상 정보는 수중 드론(100) 본체의 시점으로 수중을 촬영한 영상 정보이다. 제1 카메라(110)는 수중 드론(100)의 움직임의 변화를 즉각적으로 반영한 1 인칭 시점의 영상 정보를 생성한다.
수중 드론(100)은 수중 드론(100)의 본체에 소정 방향으로 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함한다. 예를 들어, 추진 장치는 프로펠러일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 본체에 소정의 방향으로 추진력을 발생시킬 뿐만 아니라, 수중 드론(100)의 제1 카메라(110)가 흔들림 없는 영상을 생성하게 하기 위해서, 수중 드론(100)의 본체의 균형을 잡으면서 수중 드론(100)의 호버링을 가능하도록 제어된다.
하나 이상의 수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 본체에 전방, 상방 또는 하방으로의 추진력을 발생시킨다. 또한, 하나 이상의 수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 본체에 좌측방 또는 우측방 추진력을 발생시킨다. 이를 위해, 수중 드론의 추진 장치(120)는 도 2에서 도시된 수중 드론의 추진 장치(120)와 같이, 수중 드론(100)의 본체의 상면에 네 개 설치되고, 수중 드론(100)의 본체의 후면에 두 개 설치될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 이동 모드에 따라 제어될 수 있다. 수중 드론(100)의 이동 모드는 수중 드론(100) 시스템의 사용자의 선택에 의해 결정될 수 있다. 수중 드론(100)의 이동 모드는 수동 모드 및 자동 모드로 분류될 수 있다. 수동 모드에 의해서, 수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)과 무선 통신되는 사용자의 단말기에 의해서 실시간 제어될 수 있다. 또는, 자동 모드에 의해서, 수중 드론의 추진 장치(120)는 사전 결정된 이동 경로에 기초하여, 사전 결정된 방향으로 이동되도록 제어될 수 있다.
제2 카메라(130)는 수중 드론(100)의 본체의 후방으로 연장되는 카메라 지지대(140) 상에 배치된다. 수중 드론(100)의 본체에 카메라 지지대(140)의 한쪽 끝부분이 연결되고, 카메라 지지대(140)의 다른 한쪽 끝부분에 제2 카메라(130)가 배치된다. 제2 카메라(130)가 카메라 지지대(140) 상에 배치된다는 것은, 카메라 지지대(140)와 제2 카메라(130)가 일체로 형성될 수 있음을 의미한다. 카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체와 일체로 형성될 수 있거나, 방수 콘넥터를 이용하여 수중 드론(100)의 본체에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체의 정지 상태에서, 제2 카메라(130)의 화각에 상응하여, 카메라 지지대(140) 상에서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영 가능한 길이를 갖는다. 완전히 촬영 가능하다는 것은 수중 드론(100)의 본체의 정지 상태에서 제2 카메라(130)에 의해서 수중 드론(100)의 본체의 모든 영역의 촬영이 가능하다는 것을 의미한다.
카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체의 추진 상태에서, 카메라 지지대(140)의 움직임이 소정의 기준 범위 이내에서 제한되도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다. 따라서, 수중 드론(100)의 본체가 전방, 상측방, 하측방, 좌측방, 우측방으로 추진 중에도 제2 카메라(130)가 수증 드론의 본체를 완전히 촬영 가능하도록, 카메라 지지대(140)의 움직임이 소정의 기준 범위 이내에서 제한된다.
카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)과 부이(200)를 연결하는 제어 데터선과 상이한 탄성을 갖는다. 예를 들어, 제어 테더선(230)은 고무 재질로 형성될 수 있고, 카메라 지지대(140)는 글래스로드, 카본, 보론, 케블러 및 티타늄 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 제어 테더선(230)은 수중 드론(100)과 부이(200)를 연결하면서 영상 신호가 송수신되도록 하는 선이므로 유연한 재질로 형성될 수 있다. 반면, 카메라 지지대(140)는 제2 카메라(130)가 이동 중인 수중 드론(100)을 완전히 촬영하여야 하므로 소정의 강도와 탄성을 갖는 재질로 형성되어야 한다.
카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체와 제2 카메라(130)를 연결하는 하나 이상의 전력선을 내부에 포함한다. 제2 카메라(130)는 카메라 지지대(140)의 하나 이상의 전력선을 이용하여, 수중 드론(100)의 본체로부터 전원을 공급받고, 제2 영상 신호를 수중 드론(100)의 본체에 전송한다.
제2 카메라(130)는 수증 드론의 본체를 촬영하는 3인칭 시점의 영상 정보를 생성한다. 3인칭 시점의 영상 정보는 수중 드론(100) 본체를 바라보는 시점으로 수중을 촬영한 영상 정보이다. 제2 카메라(130)는 수중 드론(100)의 움직임의 변화를 제3자의 시점에서 촬영하는 3인칭 시점의 영상 정보를 생성한다.
수중 드론(100) 시스템의 영상은 수중 드론(100)의 뷰 모드에 따라 수중 드론(100) 시스템의 사용자에게 제공될 수 있다. 수중 드론(100)의 뷰 모드는 수중 드론(100) 시스템의 사용자의 선택에 의해 결정될 수 있다. 수중 드론(100)의 뷰 모드는 1 인칭 모드, 3인칭 모드, 1&3 인칭 모드로 분류될 수 있다. 1 인칭 모드에 의해서, 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 제1 카메라(110)로부터 생성된 1 인칭 시점의 영상 정보를 제공받을 수 있다. 또는, 3 인칭 모드에 의해서, 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 제2 카메라(130)로부터 생성된 3 인칭 시점의 영상 정보를 제공받을 수 있다. 또는, 1&3 인칭 모드에 의해서, 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 제1 카메라(110)로부터 생성된 1 인칭 시점의 영상 정보와 제2 카메라(130)로부터 생성된 3 인칭 시점의 영상 정보를 모두 제공받을 수 있다.
수중 드론(100)의 본체는 PLC(Power-Line Communications) 통신을 이용하여 제2 카메라(130)로부터 제2 영상 신호를 수신하고, 부이(200)로 제1 영상 신호 및 제2 영상 신호를 송신한다. 수중 드론(100)의 본체는 카메라 지지대(140)의 내부에 있는 전력선 및 제어 테더선(230)의 내부에 있는 전력선을 이용하여 제2 카메라(130) 및 부이(200)와 PLC 통신을 한다. PLC 통신은 전력선을 통신 매체로 이용하는 통신 방식으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 통신 방법이므로, 이에 관한 상세한 설명은 본 발명의 요지를 해할 수 있으므로 생략하기로 한다. 상술한 수중 드론(100)의 본체와 제2 카메라(130) 및 부이(200)의 통신 방법은 PLC 통신 이외에 다른 통신 방법에 의할 수 있다. 예를 들어, 수중 드론(100)의 본체는 전력선 및 데이터선 중 적어도 하나를 이용하여 제2 카메라(130) 및 부이(200)와 통신할 수 있다.
도 3은 도 1의 통신 중계 장치 및 추진 장치를 포함하는 부이의 개략적인 외관도이다.
도 3을 참조하면, 부이(200)는 통신 중계 장치(210) 및 하나 이상의 추진 장치를 포함하고, 수중 드론(100)과 연결되는 제어 테더선(230)에 연결된다.
통신 중계 장치(210)는 사용자의 장치와 무선 연결되어, 수중 드론(100) 및 사용자 장치의 사이에서 통신을 중계하고, 수중 드론(100)의 제1 카메라(110)에 의해서 촬영된 제1 영상 신호 및 제2 카메라(130)에 의해서 촬영된 제2 영상 신호를 사용자 장치에 전송한다.
또한, 통신 중계 장치(210)는 수중 드론(100)의 위치 정보 및 부이(200)의 위치 정보를 사용자의 장치에 전송한다. 수중 드론(100)의 위치 정보를 획득하는 방법 및 부이(200)의 위치정보를 획득하는 방법은, 도 6 내지 도 7에서 자세히 설명한다.
사용자의 장치는 제1 영상 신호, 제2 영상 신호, 수중 드론(100)의 위치 정보 및 부이(200)의 위치 정보 중 적어도 하나를 저장 및 관리하는 중앙 관리 장치일 수 있다. 또는, 사용자 장치는 수중 드론(100) 시스템과 무선 통신하는 VR 장치와 같은 단말기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
부이의 추진 장치(220)는 부이(200)의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시킨다. 예를 들어, 부이의 추진 장치(220)는 프로펠러일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 부이의 추진 장치(220)는 수중 드론(100)의 이동 속도 및 이동 방향에 상응하여 동작될 수 있다. 부이의 추진 장치(220)는 360도 회전 가능한 구조물과 결합되어 부이(200)의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시킬 수 있다.
도 4는 전방으로 움직이는 수중 드론의 제2 카메라의 이동을 보여주는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 수중 드론(100)이 전방으로 움직이는 경우, 수직면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각이 줄어든다.
수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 본체에 전방, 상방 또는 하방으로의 추진력을 발생시킨다. 카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체의 전방, 상방 또는 하방으로의 최대 추진 상태에서, 카메라 지지대(140) 상에서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수직면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다.
도 4 (a)를 참조하면, 수중 드론(100)이 정지 상태인 경우, 수직면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각(10)이 소정의 기준 각도 범위 이내로 유지되면서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영하여 제2 영상 신호를 생성한다.
도 4 (b)를 참조하면, 수중 드론(100)이 최대 속도로 전진하는 상태인 경우, 수직면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각(20)이 작아지면서, 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영하여 제2 영상 신호를 생성한다.
수중 드론이 정지 상태인 경우, 제2 카메라는 줌 인(Zoom in)되어 수중 드론을 촬영하고, 수중 드론의 전진 속도가 높아짐에 따라, 제2 카메라가 줌 아웃(Zoom out)되어 수중 드론을 촬영할 수 있다. 따라서, 수중 드론이 정지 상태인 경우, 제2 카메라는 수중 드론에 접근해 가는 것처럼 촬영하고, 수중 드론의 전진 속도가 높아짐에 따라, 제2 카메라가 수중 드론으로부터 멀어져 가는 것처럼 촬영할 수 있다.
도 5는 측방으로 움직이는 수중 드론의 제2 카메라의 이동을 보여주는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 수중 드론(100)이 측방으로 움직이는 경우, 수평면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각이 늘어난다.
수중 드론의 추진 장치(120)는 수중 드론(100)의 본체에 좌측방 또는 우측방 추진력을 발생시킨다. 카메라 지지대(140)는 수중 드론(100)의 본체의 좌측방 또는 우측방으로의 최대 추진 상태에서, 카메라 지지대(140) 상에서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수평면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖는다.
도 5 (a)를 참조하면, 수중 드론(100)이 정지 상태인 경우, 수평면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내로 유지되면서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영하여 제2 영상 신호를 생성한다. 예를 들어, 수중 드론이 정지 상태인 경우, 수평면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대의 사잇각이 0도일 수 있다.
도 5 (b) 및 도 5 (c)를 참조하면, 수중 드론(100)이 최대 속도로 좌회전 또는 우회전하는 경우, 수평면 상에서 수중 드론(100)의 본체와 카메라 지지대(140)의 사잇각(30,40)이 증가하지만, 소정의 기준 각도 범위 이내로 유지되면서 제2 카메라(130)가 수중 드론(100)의 본체를 완전히 촬영하여 제2 영상 신호를 생성한다.
수중 드론이 정지 상태인 경우, 제2 카메라는 줌 인(Zoom in)되어 수중 드론을 촬영하고, 수중 드론의 좌회전 또는 우회전 속도가 높아짐에 따라, 제2 카메라가 줌 아웃(Zoom out)되어 수중 드론을 촬영할 수 있다. 따라서, 수중 드론이 정지 상태인 경우, 제2 카메라는 수중 드론에 접근해 가는 것처럼 촬영하고, 수중 드론의 좌회전 또는 우회전 속도가 높아짐에 따라, 제2 카메라가 수중 드론으로부터 멀어져 가는 것처럼 촬영할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 브이의 GPS 수신기는 위성으로부터 위치 신호를 수신하여 현재 위치를 계산한다.
부이(200)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함할 수 있다. GPS 수신기는 GPS 위성(300)에서 송신하는 신호를 수신하여 부이(200)의 현재 위치를 계산한다.
부이(200)의 통신 중계 장치(210)는 GPS 수신기를 이용하여 획득된 부이(200)의 현재 위치 정보를 사용자 장치에 전송한다. 사용자 장치는 부이(200)의 현재 위치 정보를 이용하여, 부이(200)의 위치를 트래킹할 수 있다. 또한, 사용자 장치는 부이(200)의 위치에 기초하여 수중 드론(100)의 위치를 추정하여 트래킹할 수도 있다.
사용자 장치는 제1 영상 신호, 제2 영상 신호, 부이(200)의 현재 위치 정보를 수신하여, 디스플레이 단말기에 분할 화면을 구성하여 각각에 대해서 표시되게 할 수 있다. 수중 드론(100) 시스템의 사용자는 제1 영상 신호, 제2 영상 신호, 부이(200)의 현재 위치 정보의 분할 화면을 보면서 사용자의 사용 목적에 따라 수중 탐사, 수중 스포츠 등을 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7을 참조하면, 부이(200) A, 부이(200) B 및 수중 드론(100) C 각각에 대한 거리 및 수중 드론(100) C의 깊이를 이용하여 수중 드론(100) C의 위치를 측정한다.
수중 드론(100)은 수면으로부터 수중 드론(100)의 본체의 깊이를 측정하는 수심 센서 및 부이(200)와 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 포함한다. 수중 드론(100)의 수심 센서를 이용하여, 수중 드론(100)의 본체가 수표면으로부터 어느 정도 깊이에 있는지 측정하고, 측정 결과를 부이(200)에 전송한다. 또한, 수중 드론(100)의 초음파 통신 장치를 이용하여, 수중 드론(100)의 본체와 부이(200)의 거리를 측정한다. 초음파 신호를 이용한 거리 측정은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 방법이며, 이에 관한 상세한 설명은 본 발명의 요지를 해할 수 있으므로 생략하기로 한다.
부이(200)는 GPS 수신기 및 수중 드론(100)과 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 포함할 수 있다. 부이(200)의 GPS 수신기는 GPS 위성(300)에서 송신하는 신호를 수신하여 부이(200)의 현재 위치를 계산한다. 부이(200)의 초음파 통신 장치는 부이(200)와 수중 드론(100)의 거리를 측정하는데 사용된다.
수중 드론(100)의 현재 위치를 계산하기 위해서 둘 이상의 부이(200)가 필요하다. 각각의 둘 이상의 부이(200)는 GPS 수신기를 이용하여 획득된 부이(200)의 현재 위치 정보를 초음파 통신 장치를 이용하여 수중 드론(100)에게 전송한다.
수중 드론(100)의 위치 산출부(미도시)는 수심 센서를 이용하여 측정된 수면으로부터 수중 드론(100)의 본체의 깊이, 초음파 통신을 이용하여 측정된 각각의 둘 이상의 부이(200)와 수중 드론(100)의 본체 간의 거리, 및 각각의 둘 이상의 부이(200)로부터 수신한 부이(200)의 현재 위치 정보에 기초하여 수중 드론(100)의 수면 상의 위치를 산출한다.
부이(200)는 제어 테더선(230)을 이용하여 수중 드론(100)의 위치 산출부(미도시)로부터 수중 드론(100)의 수면 상의 위치를 수신하고, 부이(200)의 통신 중계 장치(210)는 수중 드론(100)의 수면 상의 위치를 사용자 장치에 전송한다. 부이(200)의 통신 중계 장치(210)가 수중 드론의 수면 상의 위치를 사용자 장치에 전송함에 있어서, 둘 이상의 부이(200) 중에서 하나의 부이(200)의 통신 중계 장치(210)만을 이용하여 수중 드론의 수면 상의 위치를 사용자 장치에 전송할 수도 있다.
이하, 수중 드론의 현재 위치를 계산하는 방법에 대해서 설명한다.
부이 A의 위치는 A(x0, y0), 부이 A와 부이 B의 거리는 c, 수중 드론 D로부터 수직선 상의 수표면의 위치는 C(x1, y1), C(x1, y1)와 부이 A의 거리는 b, C(x1, y1)와 부이 B의 거리는 a, 부이 A와 수중 드론 D의 거리는 l, 부이 B와 수중 드론 D의 거리는 m, 수표면으로부터 수중 드론 D의 깊이는 h라고 가정한다.
부이 A와 수중 드론 D의 거리인 l은, 부이 A의 초음파 통신 장치를 이용하여 측정된다. 또한, 부이 B와 수중 드론 D의 거리인 m은, 부이 B의 초음파 통신 장치를 이용하여 측정된다. 또한, 수표면으로부터 수중 드론 D의 깊이 h는 수중 드론의 수심 센서를 이용하여 측정된다. 이렇게 측정된 정보를 이용하여, C(x1, y1)와 부이 A의 거리인 b 및 C(x1, y1)와 부이 B의 거리인 a가 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112019007394951-pat00001
Figure 112019007394951-pat00002
부이 A와 부이 B의 거리인 c는, 부이 A 및 부이 B에 의해서 수신된 GPS 신호에 기초한 위치 좌표를 이용하여 계산될 수 있다. 이렇게 계산된 정보를 이용하여, 부이 A 및 부이 B 간의 직선과 수중 드론의 수표면의 위치 C와 부이 A 간의 직선이 이루는 사잇각 Θ(50)가 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112019007394951-pat00003
상기와 같이 구한 사잇각 Θ(50)를 이용하여, 수중 드론의 수표면의 위치 C로부터 부이 A와 부이 B 간의 직선으로의 수직점을 F이라고 가정하고, 수직점 F와 부이 A의 거리인 xd와 수직점 F와 수중 드론의 수표면의 위치 C의 거리인 yd는 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112019007394951-pat00004
Figure 112019007394951-pat00005
상기와 같이 구한 xd, yd를 이용하여, 수중 드론의 수표면의 위치 C는 (x1, y1)=(x0+xd, y0+yd)으로 계산될 수 있다. 3차원 공간상에서, 수중 드론의 수표면의 위치 C(x1, y1)의 좌표를 x, y 좌표로 하고, 수표면으로부터 수중 드론 D의 깊이 h를 z 좌표로 하여, 수중 드론의 위치가 계산될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 수중 드론
200 : 부이
300 : GPS 위성

Claims (11)

  1. 수중 드론; 및
    상기 수중 드론과 유선 연결되고, 수면에 부유하는 하나 이상의 부이를 포함하고,
    상기 수중 드론은,
    상기 수중 드론의 본체의 전방을 촬영하는 1인칭 시점의 하나 이상의 제1 카메라;
    상기 수중 드론의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치; 및
    상기 수중 드론의 본체의 후방으로 연장되는 카메라 지지대 상에 배치되어 상기 수중 드론의 본체를 바라보는 시점으로 상기 수중 드론의 본체 및 상기 수중 드론의 본체의 상기 전방을 함께 촬영하는 3인칭 시점의 하나 이상의 제2 카메라를 포함하고,
    상기 수중 드론의 추진 장치는,
    상기 수중 드론의 본체에 전방, 상방 또는 하방으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치와 상기 수중 드론의 본체에 좌측방 또는 우측방 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함하고,
    상기 카메라 지지대는,
    상기 수중 드론의 본체의 정지 상태에서, 수직면 상에서 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 제1 각도이고, 수평면 상에서 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 제2 각도이며, 상기 제2 카메라의 화각에 상응하여, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능한 길이를 갖고,
    상기 수중 드론의 본체의 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대의 움직임이 소정의 기준 범위 이내에서 제한되도록 소정의 강도와 탄성을 갖되,
    상기 수중 드론의 본체의 전방, 상방 또는 하방으로의 최대 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수직면 상에서 상기 제1 각도보다 증가 또는 감소한 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖고,
    상기 수중 드론의 본체의 좌측방 또는 우측방으로의 최대 추진 상태에서, 상기 카메라 지지대 상에서 상기 제2 카메라가 상기 수중 드론의 본체를 완전히 촬영 가능하게끔, 수평면 상에서 상기 제2 각도보다 증가한 상기 수중 드론의 본체와 상기 카메라 지지대의 사잇각이 소정의 기준 각도 범위 이내이도록 소정의 강도와 탄성을 갖는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 부이는,
    사용자 장치와 무선 연결되어, 상기 수중 드론 및 상기 사용자 장치의 사이에서 통신을 중계하고, 상기 수중 드론의 상기 제1 카메라에 의해서 촬영된 제1 영상 신호 및 상기 제2 카메라에 의해서 촬영된 제2 영상 신호를 상기 사용자 장치에 전송하는 통신 중계 장치; 및
    상기 부이의 본체에 소정 방향으로의 추진력을 발생시키는 하나 이상의 추진 장치를 포함하는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 카메라 지지대는,
    상기 수중 드론의 본체와 일체로 형성되거나, 방수 콘넥터를 이용하여 상기 수중 드론의 본체에 탈부착 가능하게 결합되는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 카메라 지지대는,
    글래스로드, 카본, 보론, 케블러 및 티타늄 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 카메라 지지대는,
    상기 수중 드론의 본체와 상기 제2 카메라를 연결하는 하나 이상의 전력선을 내부에 포함하고,
    상기 제2 카메라는,
    상기 카메라 지지대의 상기 하나 이상의 전력선을 이용하여, 상기 수중 드론의 본체로부터 전원을 공급받고, 상기 제2 카메라에 의해서 촬영된 제2 영상 신호를 상기 수중 드론의 본체에 전송하는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 부이는,
    GPS(Global Positioning System) 수신기를 더 포함하고,
    상기 부이의 통신 중계 장치는,
    상기 GPS 수신기를 이용하여 획득된 상기 부이의 현재 위치 정보를 상기 사용자 장치에 전송하는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 카메라는,
    상기 수중 드론이 정지 상태인 경우, 줌 인되어 상기 수중 드론을 촬영하고, 상기 수중 드론의 속도가 높아짐에 따라, 줌 아웃되어 상기 수중 드론을 촬영하는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 수중 드론은,
    수면으로부터 상기 수중 드론의 본체의 깊이를 측정하는 수심 센서; 및
    상기 부이와 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 더 포함하고,
    상기 부이는,
    GPS 수신기; 및
    상기 수중 드론과 초음파 통신하기 위한 초음파 통신 장치를 더 포함하고,
    각각의 둘 이상의 상기 부이는,
    상기 GPS 수신기를 이용하여 획득된 상기 부이의 현재 위치 정보를 상기 초음파 통신 장치를 이용하여 상기 수중 드론에게 전송하고,
    상기 수중 드론은,
    상기 수심 센서를 이용하여 측정된 수면으로부터 상기 수중 드론의 본체의 깊이, 초음파 통신을 이용하여 측정된 각각의 둘 이상의 상기 부이와 상기 수중 드론의 본체 간의 거리, 및 각각의 둘 이상의 상기 부이로부터 수신한 상기 부이의 현재 위치 정보에 기초하여 상기 수중 드론의 수면 상의 위치를 산출하는 위치 산출부를 더 포함하고,
    상기 부이의 통신 중계 장치는,
    상기 수중 드론의 수면 상의 위치를 상기 사용자 장치에 전송하는,
    3자 시점 카메라를 갖는 스마트 수중 드론 시스템.
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