KR102314809B1 - 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템 - Google Patents

영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템 Download PDF

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Abstract

영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템 가 개시된다. 주변의 수상 표적을 탐지하는 레이더; 주변의 수상 표적을 탐지하는 라이다; 주변의 수상 표적을 탐지하는 광학 카메라; 상기 레이더, 상기 라이더 및 상기 광학 카메라에서 탐지된 수상 표적을 회피하는 회피 구동 제어를 수행하는 회피 구동 제어 모듈을 구성한다. 상술한 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템에 의하면, 레이더, 라이더, 광학 카메라의 상호 간의 단점을 보완하고 장점을 살려 수상 표적의 크기와 경로, 속도 등을 정확하게 탐지하고, 이를 이용하여 회피, 추월, 크로싱 대응을 하도록 구성됨으로써, 무인 잠수정의 충돌 우려를 낮추고 임무 수행을 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템{ANTI-COLLISION SYSTEM OF UNMANNED UNDERWATER VEHICLE BY IMAGE TARGET ANALYSIS}
본 발명은 무인 잠수정에 관한 것으로서, 구체적으로는 무인 잠수정의 표적 충돌 방지 시스템에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템에 관한 것이다.
무인 잠수정이 수상 운행 시에 다른 무인 잠수정이나 기타 다른 장애물에 의해 충돌하는 경우가 발생할 수 있다. 유인 함정이나 유인 잠수정이 아니기 때문에 임무 수행 중에 장애물과의 충돌을 자동으로 회피할 수 있어야 한다.
하지만, 무인 잠수정 특성 상 장애물의 이동을 정확하게 탐지하고 회피, 추월 등을 하지 못하고 충돌로 인한 손상이 발생하는 경우가 많다.
한편, 무인 잠수정에는 레이더 센서와 라이더 센서가 있지만, 무인 수상정에서 장애물을 탐지하는 레이더 센서는 근거리 탐지의 한계가 있으면, 라이더(lidar) 센서의 경우에는 연산량이 많고 데이터 처리 시간의 한계가 있다는 장단점이 있다. 무엇보다고 레이더 센서나 라이더 센서는 표적의 크기를 확인하기 어렵다는 단점이 있다.
이에, 장애물의 정확한 탐지와 상황 인지 그리고 그에 대한 대응을 할 수 있는 방안이 요구된다.
등록특허공보 10-1307454 등록특허공보 10-1290083
본 발명의 목적은 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템은, 주변의 수상 표적을 탐지하는 레이더; 주변의 수상 표적을 탐지하는 광학 카메라; 상기 레이더 및 상기 광학 카메라에서 탐지된 수상 표적을 회피하는 회피 구동 제어를 수행하는 회피 구동 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 주변의 수상 표적을 탐지하는 라이다를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 회피 구동 제어 모듈은, 상기 레이더, 상기 라이더 및 상기 광학 카메라에서 탐지된 수상 표적을 회피하는 회피 구동 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상술한 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템에 의하면, 레이더, 라이더, 광학 카메라의 상호 간의 단점을 보완하고 장점을 살려 수상 표적의 크기와 경로, 속도 등을 정확하게 탐지하고, 이를 이용하여 회피, 추월, 크로싱 대응을 하도록 구성됨으로써, 무인 잠수정의 충돌 우려를 낮추고 임무 수행을 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 표적 분석 화면의 예시도이다.
도 3 내지 도5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 잠수정의 회피, 추월, 크로싱의 상황을 나타내는 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템의 블록 구성도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 표적 분석 화면의 예시도이고, 도 3 내지 도5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 잠수정의 회피, 추월, 크로싱의 상황을 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템(100)은 레이더(radar)(101), 레이더 표적 산출 모듈(102), 라이다(lidar)(103), 라이다 표적 산출 모듈(104), 광학 카메라(105), 영상 표적 추출 모듈(106), 영상표적 매칭/분석 모듈(107), 표적 크기 산출 모듈(108), 표적 거리 산출 모듈(109), 표적 속도 산출 모듈(110), 표적 경로 산출 모듈(111), 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112), 회피 구동 제어 모듈(113), 추월 구동 제어 모듈(114), 크로싱 구동 제어 모듈(115), 회피 신호 송수신 모듈(116), 추월 신호 송수신 모듈(117), 크로싱 신호 송수신 모듈(118), 근접 경고 모듈(119), 경광등(120), 심도 조절기(121)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
레이더(101)는 주변의 수상 표적을 탐지하도록 구성될 수 있다.
레이더 표적 산출 모듈(102)은 레이더(101)에서 탐지된 수상 표적의 표적 정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
라이다(103)는 주변의 수상 표적을 탐지하도록 구성될 수 있다.
라이다 표적 산출 모듈(104)은 라이다(103에서 탐지된 수상 표적의 표적 정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
광학 카메라(105)는 주변의 수상 표적을 탐지하도록 구성될 수 있다.
영상 표적 추출 모듈(106)은 광학 카메라(105)에서 탐지된 수상 표적의 객체를 추출하도록 구성될 수 있다. 도 2는 광학 카메라(105)에서 탐지된 수상 표적의 객체를 추출하는 것을 나타내며, 이때, YOLO(You Only Look Once) 알고리즘에 의해 객체을 인지하도록 구성될 수 있다.
영상표적 매칭/분석 모듈(107)은 레이더 표적 산출 모듈(102)에서 산출된 표적 정보, 라이다 표적 산출 모듈(104)에서 산출된 표적 정보 및 영상 표적 추출 모듈(106)에서 추출된 객체를 매칭시켜 분석하도록 구성될 수 있다.
표적 크기 산출 모듈(108)은 영상표적 매칭/분석 모듈(107)의 분석 결과로부터 표적 크기를 산출하도록 구성될 수 있다. 원거리 탐지에 강한 레이더(101)나 근거리 탐지에 강한 라이더(103)에 의해 탐지된 표적에 대해 거리를 알 수 있으며, 이로부터 영상의 표적에 대한 종류나 아이덴티티(identity)를 파악하고 그 크기를 가늠할 수 있다.
표적 거리 산출 모듈(109)은 영상표적 매칭/분석 모듈의 분석 결과로부터 표적 거리를 산출하도록 구성될 수 있다. 원거리 탐지에 강한 레이더(101)나 근거리 탐지에 강한 라이더(103)에 의해 탐지된 표적을 영상의 표적과 매칭하여 영상의 표적의 거리를 알 수 있다.
표적 속도 산출 모듈(110)은 영상표적 매칭/분석 모듈(107)의 분석 결과로부터 표적 속도를 산출하도록 구성될 수 있다.
표적 경로 산출 모듈(111)은 영상표적 매칭/분석 모듈(107)의 분석 결과로부터 표적 경로를 산출하도록 구성될 수 있다.
회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112)은 표적 크기 산출 모듈(108)에서 산출된 표적 크기, 표적 속도 산출 모듈(109)에서 산출된 표적 속도, 표적 경로 산출 모듈(110)에서 산출된 표적 경로를 이용하여 회피(collision avoidance) 경로, 추월(overtaking) 경로, 크로싱(crossing) 경로 중 적어도 하나 이상의 경로를 실시간 생성하도록 구성될 수 있다.
회피 구동 제어 모듈(113)은 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112)에서 실시간 생성된 회피 경로에 따라 회피 구동 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 실시간의 상황에 따라 무인 잠수정의 경로, 속도 등을 제어할 수 있다. 도 3은 회피 기동의 예를 나타낸다.
추월 구동 제어 모듈(114)은 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112)에서 실시간 생성된 추월 경로에 따라 추월 구동 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 실시간의 상황에 따라 무인 잠수정의 경로, 속도 등을 제어할 수 있다. 도 4는 추월 기동의 예를 나타낸다.
크로싱 구동 제어 모듈(115)은 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112)에서 실시간 생성된 크로싱 경로에 따라 크로싱 구동 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 실시간의 상황에 따라 무인 잠수정의 경로, 속도 등을 제어할 수 있다. 도 5는 크로싱 대응 기동의 예를 나타낸다.
회피 신호 송수신 모듈(116)은 회피 구동 제어 모듈(113)에 의해 회피 구동 제어가 수행되는 경우 회피 신호를 실시간 생성하여 해당 수상 표적으로 송신하거나, 주변 수상 표적으로부터 회피 신호를 실시간 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 회피 신호를 통해 아군끼리는 상대의 회피 기동을 알 수 있고 자신의 회피 기동을 즉시 알릴 수도 있다. 이를 통해 보다 수월한 회피 대응이 가능해질 수 있다.
추월 신호 송수신 모듈(117)은 추월 구동 제어 모듈(114)에 의해 추월 구동 제어가 수행되는 경우 추월 신호를 실시간 생성하여 해당 수상 표적으로 송신하거나, 주변 수상 표적으로부터 추월 신호를 실시간 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 추월 신호를 통해 아군끼리는 상대의 추월 기동을 알 수 있고 자신의 추월 기동을 즉시 알릴 수도 있다. 이를 통해 보다 충돌이 방지되고 보다 원활한 수상 운항이 가능해진다.
크로싱 신호 송수신 모듈(118)은 크로싱 구동 제어 모듈(115)에 의해 크로싱 구동 제어가 수행되는 경우 크로싱 신호를 실시간 생성하여 해당 수상 표적으로 송신하거나, 주변 수상 표적으로부터 크로싱 신호를 실시간 수신하도록 구성될 수 있다. 즉, 크로싱 신호를 통해 크로싱 대응을 하겠다는 것을 서로 인지할 수 있고, 그에 따른 각자의 경로 생성과 대응이 수월해질 수 있다.
여기서, 회피 신호 송수신 모듈(116)에서 회피 신호를 수신하거나, 추월 신호 송수신 모듈(117)에서 추월 신호를 수신하거나 또는 크로싱 신호 송수신 모듈(118)에서 크로싱 신호를 수신하는 경우, 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈(112)은 은 해당 수상 표적의 회피 구동, 추월 구동 또는 크로싱 구동을 인지하도록 구성될 수 있다.
근접 경고 모듈(119)은 표적 크기 산출 모듈(108)에서 산출된 표적 크기, 표적 속도 산출 모듈(109)에서 표적 속도, 표적 경로 산출 모듈(110)에서 산출된 표적 경로에 의해 수상 표적이 소정 기준 이상 근접하는 것으로 판단되는 경우, 근접 경고 신호를 실시간 생성하여 해당 수상 표적으로 실시간 송신하고, 경광등 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
야간에는 광학 카메라로도 잘 인지할 수 없을 수 있으므로 경광등 제어를 통해 근접을 알릴 수 있다.
경광등(120)은 근접 경고 모듈(119)에서 수행되는 경광등 제어에 따라 턴온(turn-on)되도록 구성될 수 있다.
심도 조절기(121)는 표적 크기 산출 모듈(108)에서 산출된 표적 크기, 표적 속도 산출 모듈에서 산출된 표적 속도, 표적 경로 산출 모듈(111)에서 산출된 표적 경로에 의해 수상 표적이 소정 기준 이상 근접하는 것으로 판단되는 경우, 수중 잠수를 수행하도록 심도를 조절할 수 있다. 회피 기동, 추월 기동, 크로싱 대응 기동을 하기에 너무 시간적으로 늦고 근접해 있을 때에는 무인 잠수정의 수상 운항을 중지하고 즉시 수중 운항으로 전환하여 충돌을 자동으로 방지하도록 구성될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101: 레이더
102: 레이더 표적 산출 모듈
103: 라이다
104: 라이다 표적 산출 모듈
105: 광학 카메라
106: 영상 표적 추출 모듈
107: 영상표적 매칭/분석 모듈
108: 표적 크기 산출 모듈
109: 표적 거리 산출 모듈
110: 표적 속도 산출 모듈
111: 표적 경로 산출 모듈
112: 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈
113: 회피 구동 제어 모듈
114: 추월 구동 제어 모듈
115: 크로싱 구동 제어 모듈
116: 회피 신호 송수신 모듈
117: 추월 신호 송수신 모듈
118: 크로싱 신호 송수신 모듈
119: 근접 경고 모듈
120: 경광등
121: 심도 조절기

Claims (3)

  1. 무인 잠수정의 원거리에 위치하는 수상 표적을 탐지하는 레이더;
    상기 무인 잠수정의 근거리에 위치하는 수상 표적을 탐지하는 라이더;
    상기 무인 잠수정의 주변에 위치하는 수상 표적을 탐지하는 광학 카메라;
    상기 레이더에서 탐지된 수상 표적의 제1표적 정보를 산출하는 레이더 표적 산출 모듈;
    상기 라이더에서 탐지된 수상 표적의 제2표적 정보를 산출하는 라이더 표적 산출 모듈;
    상기 광학 카메라에서 탐지된 수상 표적의 객체를 추출하는 영상 표적 추출 모듈;
    상기 제1표적 정보 및 상기 제2표적 정보와 상기 추출된 객체를 매칭한 후, 분석하는 영상표적 매칭/분석 모듈;
    상기 영상 표적 매칭/분석 모듈의 분석 결과를 기반으로 상기 탐지된 수상 표적의 크기를 산출하는 표적 크기 산출 모듈;
    상기 영상 표적 매칭/분석 모듈의 분석 결과를 기반으로 상기 탐지된 수상 표적과 상기 무인 잠수정 간의 표적 거리를 산출하는 표적 거리 산출 모듈;
    상기 영상 표적 매칭/분석 모듈의 분석 결과를 기반으로 상기 탐지된 수상 표적의 속도를 산출하는 표적 속도 산출 모듈;
    상기 영상 표적 매칭/분석 모듈의 분석 결과를 기반으로 상기 탐지된 수상 표적의 경로를 산출하는 표적 경로 산출 모듈; 및
    상기 탐지된 수상 표적의 상기 크기, 상기 속도와 상기 경로 및 상기 표적 거리를 이용하여 상기 탐지된 수상 표적이 상기 무인 잠수정에 소정 기준 이상 근접한 것으로 판단되는 경우, 상기 무인 잠수정이 수중 잠수를 수행하도록 심도를 조절하는 심도 조절기를 포함하는 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탐지된 수상 표적의 상기 크기, 상기 속도 및 상기 경로와 상기 표적 거리를 이용하여 추월 경로 및 크로싱 경로 중 하나를 실시간으로 생성하는 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈;
    상기 추월 경로에 따라 상기 무인 잠수정의 경로 및 속도를 제어하여 추월 구동 제어를 수행하는 추월 구동 제어 모듈;
    상기 크로싱 경로에 따라 상기 무인 잠수정의 경로 및 속도를 제어하여 크로싱 구동 제어를 수행하는 크로싱 구동 제어 모듈;
    상기 추월 구동 제어가 수행되는 경우, 추월 신호를 실시간으로 생성하여 해당 수상 표적으로 전송하거나 상기 해당 수상 표적으로부터 상기 추월 신호를 실시간으로 수신하는 추월 신호 송수신 모듈; 및
    상기 크로싱 구동 제어가 수행되는 경우, 크로싱 신호를 실시간으로 생성하여 해당 수상 표적으로 전송하거나 상기 해당 수상 표적으로부터 상기 크로싱 신호를 실시간으로 수신하는 크로싱 신호 송수신 모듈을 더 포함하는 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회피/추월/크로싱 경로 생성 모듈은, 상기 탐지된 수상 표적의 상기 크기, 상기 속도 및 상기 경로와 상기 표적 거리를 이용하여 회피 경로를 실시간으로 생성하며,
    상기 회피 경로에 따라 상기 무인 잠수정의 경로 및 속도를 제어하여 회피 구동 제어를 수행하는 회피 구동 제어 모듈; 및
    상기 회피 구동 제어가 수행되는 경우, 회피 신호를 실시간으로 생성하여 해당 수상 표적으로 전송하거나 상기 해당 수상 표적으로부터 상기 회피 신호를 실시간으로 수신하는 회피 신호 송수신 모듈을 더 포함하는 영상 표적 분석에 의한 무인 잠수정의 수상 표적 충돌 방지 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101290083B1 (ko) 2012-05-14 2013-07-26 삼성탈레스 주식회사 무인잠수정 ｈｉｌｓ 시스템과 이를 이용한 동적 제어 특성 검증 방법
KR101307454B1 (ko) 2013-07-03 2013-09-11 한국해양과학기술원 초음파 송수신장치가 장착된 팬틸트 제어형 무인잠수정 위치 추적 시스템 및 방법
KR102099699B1 (ko) * 2018-10-22 2020-04-13 한국해양과학기술원 무인수상선의 충돌 회피 장치 및 방법

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