KR102338479B1

KR102338479B1 - 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR102338479B1
Application number: KR1020190150403A
Authority: KR
Inventors: 우충식; 김인섭; 김기대; 서준표
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-12-14
Also published as: KR20210062324A

Abstract

본 실시예들은 무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체 및 무인 비행체에 부착되어 주변 환경을 촬영하는 환경 촬영 장치를 포함하고, 환경 촬영 장치는 무인 비행체에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌, 다축 짐벌에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부 및 주변 환경에 따라 다축 짐벌을 제어하는 제어부를 포함하는 공중 촬영 장치를 통해 비행 시 흔들림 없이 촬영할 수 있다.

Description

3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus for Aerial Photo using 3-axis Gimbal and Control Method Using the Same}

본 발명은 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 한반도의 평균 기온 상승과 강우일수의 감소로 인한 가뭄 기간의 증가로 탈 수 있는 연료가 될 수 있는 임목의 다량 축적 등은 기상과 연료 측면에서 산불에 대한 위험이 과거보다 증가하고 있다. 실제로 다수의 지역에서 동시 다발적으로 대형 산불이 발생하고 있으며, 산림 및 재산 등이 피해를 받게 되는 문제가 있다.

최근에는 화재 진압에 이용될 수 있는 무인 비행체가 제안되고 있다. 무인 비행체는 무인 비행이 가능하므로 산불 발생 현장에서 활용할 수 있게 된다면, 산불 발생 시 산불 확산을 통한 화선, 잔불 들을 탐지하는 것이 가능하다.

무인 비행체에 부착된 카메라는 무인 비행체가 비행함에 따라 선수동요, 횡동요 및 종동요가 불안정해지며, 이로 인해 무인 비행체를 통해 획득한 영상 또한 변형되어 실제 산불 발생 현장의 정확한 지형 또는 위치가 달라지게 되는 문제가 발생하기 때문에 이를 보상할 수 있는 구조가 필요하다.

본 발명은 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법으로 무인 비행체에 3축 짐벌 구조를 이용하여 부착된 촬영 장치에 의해 무인 비행체의 비행 시에 영상 촬영부에서 촬영되는 영상의 왜곡을 제거하도록 운용하는데 발명의 주된 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체 및 상기 무인 비행체에 부착되어 주변 환경을 촬영하고, 상기 무인 비행체에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌, 상기 다축 짐벌에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부 및 상기 주변 환경에 따라 상기 다축 짐벌을 제어하는 제어부를 포함하는 환경 촬영 장치를 포함하는 공중 촬영 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 다축 짐벌은 상기 무인 비행체와 상기 영상 촬영부를 연결하기 위해 다수 위치하는 짐벌 고정부 및 다수의 상기 짐벌 고정부의 사이를 연결하며, 회전을 통해 상기 영상 촬영부의 흔들림을 잡아주는 짐벌 구동부를 포함하고, 상기 짐벌 고정부는 상기 무인 비행체와 연결되어 고정되는 선수 동요(Yaw) 고정부, 상기 선수 동요(Yaw) 고정부와 연결되어 고정되는 종동요(Pitch) 고정부 및 상기 종동요(Pitch) 고정부와 연결되어 고정되며, 상기 영상 촬영부를 고정하는 횡동요(Roll) 고정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 짐벌 구동부는 상기 무인 비행체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 상기 짐벌 구동부는 상기 선수 동요(Yaw) 고정부와 상기 종동요(Pitch) 고정부를 연결하며, 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 선수 동요(Yaw) 구동부, 상기 종동요(Pitch) 고정부와 상기 횡동요(Roll) 고정부를 연결하며, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 종동요(Pitch) 구동부 및 상기 횡동요(Roll) 고정부와 상기 영상 촬영부를 연결하며, 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 횡동요(Roll) 구동부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제어부는 상기 무인 비행체의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정하는 목표 각도 설정부, 상기 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 상기 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 각도 측정부, 상기 목표 각도와 상기 각도 측정부에서 측정된 변형 각도를 이용하여 상기 영상 촬영부를 상기 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하는 제어 각도 산출부 및 상기 제어 각도를 기반으로 상기 다축 짐벌을 제어하는 짐벌 구동 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 외부 환경의 영향은 상기 무인 비행체가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 상기 무인 비행체의 속도를 기반으로 추정하며, 상기 제어부는 상기 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고, 상기 변형 각도를 이용하여 상기 제어 각도를 산출하여 상기 짐벌 구동 제어부를 통해 상기 다축 짐벌을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 목표 각도 설정부는 상기 영상 촬영부의 촬영 방향을 이용하여 목표 각도를 설정하며, 상기 영상 촬영부의 촬영 방향은 상기 영상 촬영부가 촬영하기 위한 목표물을 기준으로 설정되며, 상기 목표 각도 설정부는 상기 목표물의 위치가 변화함에 따라 상기 목표 각도를 변화하여 설정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 무인 비행체는 상기 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 상기 무인 비행체를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부 및 상기 무인 비행체의 장거리 비행 시 상기 무인 비행체 또는 상기 환경 촬영 장치를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치를 더 포함하며, 상기 컴퓨팅 장치는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 무인 비행체에 통신을 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 송수신부는 기 설정된 거리 이내에서 상기 무인 비행체 제어 및 상기 환경 촬영 장치와 통신을 주고 받으며, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 무인 비행체가 상기 기 설정된 거리를 벗어나는 경우 상기 기지국을 통해 상기 무인 비행체 제어 및 상기 환경 촬영 장치와 통신을 주고 받는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체 및 상기 무인 비행체에 부착되어 주변 환경을 촬영하고, 상기 무인 비행체에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌, 상기 다축 짐벌에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부 및 상기 주변 환경에 따라 상기 다축 짐벌을 제어하는 제어부를 포함하는 환경 촬영 장치를 포함하는 공중 촬영 장치 및 상기 공중 촬영 장치를 통제하는 지상 통제부를 포함하는 공중 촬영 통제 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 공중 촬영 장치는 상기 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 상기 공중 촬영 장치를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부 및 상기 무인 비행체의 장거리 비행 시 상기 무인 비행체 또는 상기 환경 촬영 장치를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치를 더 포함하고, 상기 컴퓨팅 장치는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 무인 비행체에 통신을 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지상 통제부는 상기 송수신부에서 송신된 환경 정보를 수신하는 정보 수신부 및 상기 공중 촬영 장치를 제어하는 제어 신호를 송신하는 제어 신호 송신부를 포함하며, 상기 지상 통제부는 상기 환경 정보를 이용하여 상기 무인 비행체가 이동하기 위한 목표 위치 및 상기 영상 촬영부가 촬영하기 위한 목표물을 설정하고, 상기 목표 위치 및 상기 목표물을 기반으로 상기 무인 비행체 및 상기 공중 촬영 장치를 제어하기 제어 신호로 송신하고, 상기 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 컴퓨팅 장치에 의해 상기 무인 비행체 및 상기 공중 촬영 장치와 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 공중 촬영 장치의 제어 방법에 있어서, 목표 각도 설정부에서 무인 비행체의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정하는 단계, 각도 측정부에서 상기 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 상기 공중 촬영 장치의 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 단계, 제어 각도 산출부에서 상기 목표 각도와 상기 각도 측정부에서 측정된 변형 각도를 이용하여 상기 영상 촬영부를 상기 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하는 단계 및 짐벌 구동 제어부에서 상기 제어 각도를 이용하여 상기 공중 촬영 장치의 다축 짐벌을 제어하는 단계를 포함하는 공중 촬영 장치의 제어 방법을 제안한다.

바람직하게는, 상기 다축 짐벌은 상기 무인 비행체와 상기 영상 촬영부를 연결하기 위해 다수 위치하는 짐벌 고정부 및 다수의 상기 짐벌 고정부를 연결하며, 회전에 의해 상기 영상 촬영부의 흔들림을 잡아주는 짐벌 구동부를 포함하고, 상기 짐벌 구동부는 상기 무인 비행체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 상기 짐벌 구동부는 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 선수 동요(Yaw) 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 종동요(Pitch) 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 횡동요(Roll) 구동부를 포함하며, 상기 다축 짐벌을 제어하는 단계는 상기 제어 각도 산출부를 통해 산출된 제어 각도를 기반으로 상기 선수 동요(Yaw) 구동부, 상기 종동요(Pitch) 구동부 또는 상기 횡동요(Roll) 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 변형 각도를 측정하는 단계는 상기 외부 환경의 영향을 상기 무인 비행체가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 상기 무인 비행체의 속도를 기반으로 추정하며, 상기 공중 촬영 장치의 제어 방법은 상기 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고 상기 변형 각도를 이용하여 상기 제어 각도를 산출하여 상기 짐벌 구동 제어부를 통해 상기 다축 짐벌을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 산불 발생 시 산불 확산을 통한 화선, 잔불 등의 실제 산불 발생 현장의 정확한 지형 또는 위치를 정확히 탐지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 무인 비행체에 3축 짐벌을 탑재하여 난기류와 강풍에서 비행 시 흔들림이 없도록 사진 또는 영상을 촬영할 수 있는 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 구성을 자세히 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 영상 촬영부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 동작에 의한 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 무인 비행체에 환경 촬영 장치가 부착된 형상을 나타내는 예시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 통제 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 제어 방법의 다축 짐벌 제어를 자세히 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명은 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)는 환경 촬영 장치(10) 및 무인 비행체(20)를 포함한다. 공중 촬영 장치(30)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)는 제어 루프를 이용하여 다축 짐벌(100)을 제어하여 영상 촬영부(200)를 통해 영상을 획득할 수 있다.

3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)는 야간 산불 발생 시 산불 확산을 통한 화선, 잔불 등을 탐지할 수 있으며, 일반 무인 비행체에는 탑재가 어려운 3축 짐벌을 이용하여 난기류와 강풍에서 비행 시 흔들림 없이 사진 촬영할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)는 고가의 무인 비행체용 LTE 통신 모듈 대신 컴퓨팅 장치를 장착하여 LTE를 통한 장거리 비행 제어가 가능하다. 여기서, 컴퓨팅 장치는 스마트폰일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 장거리 비행 제어 시 사용하는 통신망은 LTE에 한정되는 것은 아니며, 다양한 통신망에 의해 장거리 비행을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환경 촬영 장치(10)는 구체적으로 무인 비행체(20)의 하부에 장착되어, 촬영할 지형을 따라 주행 하면서 환경 정보를 획득하는 장치이다.

3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)는 난기류 또는 강풍의 영향으로 무인 비행체(20)에 부착된 환경 촬영 장치(10)의 영상 촬영부(200)의 선수동요, 횡동요 및 종동요가 불안정해지며 이로 인해 영상 촬영부(200)에서 획득한 영상 또한 변형되어 실제 환경과는 달라지게 되는 것을 보정할 수 있다.

이하에서는 도 2를 참조하여 공중 촬영 장치의 구성 요소에 대해 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 구성을 자세히 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 공중 촬영 장치(30)는 환경 촬영 장치(10), 무인 비행체(20), 송수신부(400) 및 컴퓨팅 장치(500)를 포함한다. 공중 촬영 장치(30)는 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

무인 비행체(20)는 무선 조종에 의해 공중에서 비행할 수 있다.

환경 촬영 장치(10)는 무인 비행체에 부착되어 주변 환경을 촬영할 수 있다. 환경 촬영 장치(10)는 다축 짐벌(100), 영상 촬영부(200) 및 제어부(300)를 포함하며, 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

다축 짐벌(100)은 무인 비행체(20)에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전할 수 있다.

다축 짐벌(100)은 짐벌 고정부(110) 및 짐벌 구동부(120)를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 일부 구성요소를 추가로 더 포함할 수 있다.

짐벌 고정부(110)는 무인 비행체(20)와 영상 촬영부(200)를 연결하기 위해 다수 위치할 수 있다.

짐벌 고정부(110)는 선수 동요(Yaw) 고정부(112), 종동요(Pitch) 고정부(114) 및 횡동요(Roll) 고정부(116)을 포함할 수 있다.

선수 동요 고정부(112)는 상기 무인 비행체와 연결되어 고정될 수 있다.

종동요 고정부(114)는 선수 동요 고정부(112)와 연결되어 고정될 수 있다.

횡동요 고정부(116)는 종동요 고정부(114)와 연결되어 고정되며, 영상 촬영부(200)를 고정할 수 있다.

짐벌 구동부(120)는 다수의 짐벌 고정부(110)의 사이를 연결하며, 회전을 통해 영상 촬영부(100)의 흔들림을 잡아줄 수 있다.

짐벌 구동부(120)는 무인 비행체(20)와 연결되는 제1 축과 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동할 수 있다.

짐벌 구동부(120)는 선수 동요(Yaw) 구동부(122), 종동요(Pitch) 구동부(124) 및 횡동요(Roll) 구동부(126)를 포함하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 일부 구성요소를 추가로 더 포함할 수 있다.

선수 동요 구동부(122)는 선수 동요 고정부(112)와 종동요 고정부(114)를 연결하며, 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

종동요 구동부(124)는 종동요 고정부(114)와 횡동요 고정부(116)를 연결하며, 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

횡동요(Roll) 구동부(126)는 횡동요 고정부(116)와 영상 촬영부(200)를 연결하며, 제3 축을 기준으로 회전할 수 있다.

제어부(300)는 주변 환경에 따라 다축 짐벌(100)을 제어할 수 있다.

제어부(300)는 짐벌 구동 제어부(310), 목표 각도 설정부(320), 각도 측정부(330) 및 제어 각도 산출부(340)를 포함하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 일부 구성요소를 추가로 더 포함할 수 있다.

짐벌 구동 제어부(310)는 다축 짐벌을 제어할 수 있다.

짐벌 구동 제어부(310)는 제어 각도 산출부(340)에서 산출된 제어 각도를 기반으로 선수 동요 구동부(122), 종동요 구동부(124) 또는 횡동요 구동부(126)를 제어할 수 있다.

목표 각도 설정부(320)는 무인 비행체(20)의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정할 수 있다. 목표 각도 설정부(320)는 목표물의 위치가 변화함에 따라 목표 각도를 변화하여 설정할 수 있다.

목표 각도 설정부(320)는 영상 촬영부(200)의 촬영 방향을 이용하여 목표 각도를 설정할 수 있다. 영상 촬영부(200)의 촬영 방향은 영상 촬영부(200)가 촬영하기 위한 목표물을 기준으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 영상 촬영부(200)의 촬영 방향은 아래 방향, 좌측 또는 우측 방향으로 무인 비행체(20)와 90도, 180도 또는 270도 각도를 형성하는 방향일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 촬영부(200)의 촬영 방향은 영상 촬영부(200)를 통해 찍고자 하는 목표물을 기준으로 촬영 방향을 설정할 수 있다. 예를 들어, 영상 촬영부(200)는 무인 비행체(20)의 아래에 위치하는 제1 봉우리를 찍고자 하는 경우, 촬영 방향을 제1 봉우리를 기준으로 설정할 수 있으며, 무인 비행체(20)가 이동하거나, 외부 환경의 영향에 의해 영상 촬영부(200)가 흔들리는 경우에 상술한 촬영 방향을 기준으로 목표 각도를 재 설정하며, 각도 측정부(330)를 통해 각도를 측정하여 다축 짐벌(100)을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 촬영부(200)를 통해 찍고자 하는 목표물은 영상 촬영부(200)를 통해 생성한 환경 정보를 모니터링하여 지상 통제부(42)에서 목표물을 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 촬영부(200)를 통해 찍고자 하는 목표물은 화염을 기준으로 설정하거나, 또는 온도에 따라 다르게 나타나는 화염의 색을 기준으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 목표물은 화염을 기준으로 화염이 영상 촬영부(200)에서 촬영한 프레임에 꽉 차도록 설정하거나 화염과 주변 환경이 일정 비율을 유지하도록 촬영할 수 있게 설정할 수 있다. 또한, 목표물은 온도에 따라 다르게 나타나는 화염의 색을 기준으로 영상 촬영부(200)에서 촬영한 화염의 높은 온도 또는 낮은 온도를 나타내는 부분을 중심점으로 잡을 수 있다. 따라서, 목표 각도 설정부(320)는 상술한 목표물의 위치를 기준으로 목표 각도를 설정할 수 있다.

각도 측정부(330)는 무인 비행체(20)의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 영상 촬영부(200)의 변형 각도를 측정할 수 있다. 여기서, 외부 환경의 영향은 무인 비행체(20)가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 무인 비행체(20)의 속도를 기반으로 추정할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제어 각도 산출부(340)는 목표 각도 설정부(320)에서 설정된 목표 각도와 각도 측정부(330)에서 측정된 변형 각도를 이용하여 영상 촬영부(200)를 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출할 수 있다.

제어부(300)는 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고, 변형 각도를 이용하여 제어 각도를 산출하여 짐벌 구동 제어부(310)를 통해 다축 짐벌(200)을 제어할 수 있다.

무인 비행체(20)는 송수신부(400) 및 컴퓨팅 장치(500)를 더 포함할 수 있다.

송수신부(400)는 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 무인 비행체(20)를 제어하는 제어 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 송수신부(400)는 영상 촬영부(200)의 변형 각도를 더 송신할 수 있으며, 제어부(300)를 통해 산출한 값들을 추가적으로 더 송신할 수 있다.

컴퓨팅 장치(500)는 무인 비행체(20)의 장거리 비행 시 무인 비행체(20) 또는 환경 촬영 장치(10)를 제어하기 위한 통신을 수행할 수 있다.

컴퓨팅 장치(500)는 기지국(44)을 통해 통신 거리에 제한이 없이 지상 통제부(40)에서 무인 비행체에 통신을 전달할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(500)는 스마트폰일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기지국(44)을 통해 통신을 수행할 수 있는 장치일 수 있다.

송수신부(400)는 기 설정된 거리 이내에서 무인 비행체(20) 제어 및 환경 촬영 장치(10)와 통신을 주고 받을 수 있다.

컴퓨팅 장치(500)는 무인 비행체(20)가 기 설정된 거리를 벗어나는 경우 기지국(44)을 통해 무인 비행체(20) 제어 및 환경 촬영 장치(10)와 통신을 주고 받을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지상 통제부(40)는 공중 촬영 장치(30)가 기 설정한 거리 이내에 위치하는 경우, 송수신부(400)를 통해 통신을 수행하며, 기 설정한 거리를 벗어나는 경우, 기지국(44)을 통해 컴퓨팅 장치(500)와 통신을 수행할 수 있다. 기 설정한 거리는 신호의 세기를 기준으로 설정되며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지상 통제부(40)는 지상 통제부(40)와 송수신부(400) 또는 컴퓨팅 장치(500)가 주고 받는 신호의 세기를 측정하여 무인 비행체(20)가 지상 통제부(40)에서 멀어짐에 따라 송수신부(400)와의 신호의 세기가 컴퓨팅 장치(500)와의 신호의 세기보다 작아지는 경우 송수신부(400)를 통한 통신에서 컴퓨팅 장치(500)를 통한 통신으로 전환을 위한 알림을 송출할 수 있다. 지상 통제부(40)는 송출된 알림을 기반으로 수동으로 전환하거나, 무인 비행체(20)가 지상 통제부(40)에서 더 멀어질 경우, 컴퓨팅 장치(500)로 전환하여 기지국(44)을 통해 통신을 주고 받을 수 있다. 상술한 송수신부(400)에서 컴퓨팅 장치(500), 컴퓨팅 장치(500)에서 송수신부(400)로의 전환은 지상 통제부(40)와 공중 촬영 장치(30)간의 거리에 따른 신호의 세기를 기준으로 이루어질 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지상 통제부(40)는 지상 통제부(40)와 송수신부(400) 또는 컴퓨팅 장치(500)가 주고 받는 신호의 세기를 측정하여 무인 비행체(20)가 지상 통제부(40)에서 멀어짐에 따라 송수신부(400)와의 신호의 세기가 컴퓨팅 장치(500)와의 신호의 세기보다 작아지는 순간 송수신부(400)를 통한 통신에서 컴퓨팅 장치(500)를 통한 통신으로 전환을 위한 알림을 송출할 수 있다. 지상 통제부(40)는 송출된 알림을 기반으로 수동으로 통신 방식을 전환하거나, 송수신부(400)와의 신호의 세기가 컴퓨팅 장치(500)와의 신호의 세기보다 작아질 때 통신 방식을 전환할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공중 촬영 장치(30)는 송수신부(400)와 지상 통제부(40)간의 신호의 세기가 임계치 이하로 떨어질 경우에 송수신부(400)에서 컴퓨팅 장치(500)로 통신 방법을 전환할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공중 촬영 장치(30)는 지상 통제부(40)로 송신하는 데이터의 크기에 따라 통신 방법을 전환할 수 있다. 예를 들어, 공중 촬영 장치(30)는 데이터의 크기가 기 설정된 크기 이하일 경우 송수신부(400)를 통해 데이터를 송신할 수 있으며, 데이터의 크기가 기 설정된 크기 이상일 경우, 컴퓨팅 장치(500)에 의해 기지국(44)을 통해 데이터를 송신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공중 촬영 장치(30)는 무인 비행체(20)의 이동 경로를 다수의 구역으로 나눈 후, 상술한 구역에 위치하는 기지국(44)의 개수가 일정 개수 이상일 때 컴퓨팅 장치(500)를 통해 통신을 수행한다. 따라서, 공중 촬영 장치(30)는 구역에 따라 통신 방법을 송수신부(400) 또는 컴퓨팅 장치(500)로 설정할 수 있으며, 기지국(44)의 개수에 따라 통신 방법을 전환할 수 있다.

무인 비행체(20)가 지상 통제부(40)에서 더 멀어질 경우, 컴퓨팅 장치(500)로 전환하여 기지국(44)을 통해 통신을 주고 받을 수 있다. 상술한 송수신부(400)에서 컴퓨팅 장치(500), 컴퓨팅 장치(500)에서 송수신부(400)로의 전환은 지상 통제부(40)와 공중 촬영 장치(30)간의 거리에 따른 신호의 세기를 기준으로 이루어질 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 영상 촬영부를 나타내는 도면이다.

다축 짐벌(100)은 무인 비행체(20)의 하부에 연결되어 영상 촬영부(200)가 촬영할 수 있도록 수평을 유지해줄 수 있으며, 영상 촬영부(200)와 연결되어, 영상 촬영부(200)의 수평 자세를 유지하게 하는 기구물이다.

특히, 다양한 실시예에 따른 다축 짐벌(100)은 초소형 사이즈이면서 경량으로 구성되어서, 다양한 사이즈의 무인 비행체(20)의 하부에 실장될 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 다축 짐벌(100)의 짐벌 구동부(120)는 3축을 따라 영상 촬영부(200)의 수평 유지를 정밀하게 제어할 수 있다.

영상 촬영부(200)는 공중에서 지표면에 발생한 산불 확산을 통한 화선, 잔불 등을 탐지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 촬영부(200)는 열화상 카메라일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 화선, 잔불 등을 탐지할 수 있는 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(300)의 각도 측정부(330)에서 감지하는 외부 환경은 다수의 센서를 통해 측정될 수 있으며, 무인 비행체(20)에 위치하여, 바람의 영향으로 변형된 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요를 측정할 수 있다.

제어부(300)는 다수의 센서를 제어하고 센서에서 감지한 감지 신호를 처리한다. 구체적으로, 제어루프를 이용하여 3축의 짐벌 구동부(120)를 제어할 수 있다. 짐벌 구동부(120)는 제어부(300)로부터 받은 보상 명령에 의해 3 축 짐벌을 작동하여 무인 비행체(20)의 자세 변경에 따른 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요 보상하여 자세를 제어할 수 있다.

무인 비행체(20)와 수중 탐지 장치(10)는 다축 짐벌(100)로 연결하여 선수동요, 횡동요, 종동요 시 3축의 방향으로 회전할 수 있도록 한다. 이에 따라, 영상 촬영부(200)는 무인 비행체(20)가 직진 주행 시 바람의 영향에도 흔들림 없이 전방을 주시하여 영상을 획득할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)의 운행 방향은 지형 촬영 방향과 같은 방향이며, 바람의 영향으로 무인 비행체(20)의 자세가 변경되어도 영상 촬영부(200)는 같은 자세를 유지하여 지형 촬영 방향은 항시 같은 방향을 유지할 수 있다.

짐벌 구동부(120)는 제어부(300)로부터 받은 보상 명령에 의해 3축 짐벌을 작동하여 무인 비행체(20)의 자세 변경에 따른 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요 보상하여 자세를 제어함으로써 난기류, 강풍 등에도 무인 비행체(20)의 운용이 가능하며 영상 촬영부(200)로 획득한 영상의 왜곡을 보정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다축 짐벌(100)은 3축의 짐벌 구조를 포함하며, 무인 비행체(20)와 영상 촬영부(200)를 연결하여 고정하는 짐벌 고정부(110)와 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하는 짐벌 구동부(120)를 포함한다.

짐벌 구동부(120)는 선수 동요 구동부(122), 종동요 구동부(124), 횡동요 구동부(126)를 포함한다. 여기서, 제1 축(A1), 제2 축(A2) 및 제 3축(A3)은 각각 선수 동요(Yaw)축, 종동요 (Pitch)축, 횡동요(Roll)축이다.

선수 동요(Yaw) 구동부(122)는 무인 비행체(20)에 제1 축(A1)인 선수 동요(Yaw)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 선수 동요 구동부(122)는 선수 동요 고정부(112)를 통해 무인 비행체(20)와 결합되어 고정될 수 있다.

종동요(Pitch) 구동부(124)는 선수 동요(Yaw) 구동부(122)와 연결되어, 제1 축(A1)과 수직인 제2 축(A2)인 종동요(Pitch)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 종동요 구동부(124)는 종동요 고정부(114)를 통해 선수 동요 구동부(122)와 연결될 수 있다. 종동요 고정부(114)는 선수 동요 구동부(122) 및 종동요 구동부(124)를 연결할 수 있다.

횡동요(Roll) 구동부(126)는 종동요(Pitch) 구동부(124)와 연결되어, 제1 축(A1) 및 제2 축(A2)과 수직인 제 3축(A3)인 횡동요(Roll)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 횡동요 구동부(126)는 횡동요 고정부(116)를 통해 종동요 구동부(124)와 연결될 수 있다. 횡동요 고정부(116)는 종동요 구동부(124) 및 영상 촬영부(200)를 연결할 수 있다.

여기서, 제1 축(A1), 제2 축(A2) 및 제 3축(A3)은 각각 선수 동요(Yaw)축, 종동요(Pitch)축, 횡동요(Roll)축이다.

짐벌 구동부(120)는 제어부(300)로부터 정밀하게 추정되어 피드백된 최종 위치 정보(위도, 경도, 고도 등) 및 자세 정보(전진방향(Roll축 방향), 전진방향의 우측방향(Pitch 축 방향), 중력 방향(Yaw 축 방향) 등의 회전각 정보)를 포함하는 제어 각도를 기초로 구동 신호를 전송 받아 해당 위치나 자세와 관련된 각도 정보를 수신하여 짐벌을 구동할 수 있다. 구동 신호는 컴퓨팅 장치(500)를 통해 네트워크 상의 통신에 의해 받을 수 있다.

공중 촬영 장치(30)는 짐벌 구동부(120)가 제어부(300)로부터 받은 보상 명령에 의해 3축 짐벌을 작동하여 영상 촬영부(200)의 자세 변경에 따른 수중 탐지 장치의 선수동요, 종동요 및 횡동요 보상하여 자세를 제어함으로써 바람의 영향에도 영상 촬영부(200)의 운용이 가능하며 획득한 영상의 왜곡을 보정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 동작에 의한 형상을 나타내는 도면이다.

도 4a는 무인 비행체(20)의 직진 주행 시를 나타낸 것이고, 도 4b는 바람에 의해 무인 비행체(20)의 자세 변경에 따른 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요를 보상하여 자세가 보정되는 경우를 나타낸 것이다.

도 4b의 경우 난기류, 강풍 등으로 인해 무인 비행체(20)가 흔들림에 따라 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요가 변하게 되어 영상 촬영부(200)에서 촬영된 영상이 왜곡될 수 있으므로 3축 짐벌로 자세를 보정하는 상황이다.

도 4a에서, 무인 비행체(20)는 직진 주행을 하면서 영상 촬영부(200)로 산불 확산을 통한 화선, 잔불 등을 탐지한 영상을 획득한다. 이때는 외부 환경의 영향이 없기 때문에 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)의 직진 주행이 가능하다.

도 4b는 3축 짐벌 구조를 이용한 공중 촬영 장치(30)가 주행하면서 영상을 획득하고 있는데 외부 환경에 의해 흔들리고 있다. 무인 비행체(20)와 함께 영상 촬영부(200)도 같은 방향으로 기울어지게 되어 촬영영상이 왜곡된다. 이때, 제어부(300)에서 제어 신호를 전송 받아 짐벌 구동부(120)가 영상 촬영부(200)의 자세를 보정하여 직진 주행을 수행할 때의 영상 촬영부(200)의 자세를 구현한다.

여기서, 운행 방향은 산불 촬영 방향과 같은 방향이며, 외부 환경의 영향으로 무인 비행체(20)의 자세가 변경되어도 영상 촬영부(200)는 같은 자세를 유지하여 촬영 방향은 항시 같은 방향을 유지할 수 있다.

짐벌 구동부(120)가 제어부(300)로부터 받은 보상 명령에 의해 3축 짐벌을 작동하여 무인 비행체(20) 및 영상 촬영부(200)의 자세 변경에 따른 영상 촬영부(200)의 선수동요, 종동요 및 횡동요 보상하여 자세를 제어함으로써 획득한 영상의 왜곡을 보정할 수 있다.

자세를 의미하는 각도는 롤, 피치, 요(Roll, Pitch, Yaw)로 나타난다. 요는 z축 방향 회전을 의미하고, 롤은 좌우로 회전하는 것을 의미한다. 피치는 앞으로 쏠릴 때 기울어지는 방향을 의미한다. 즉, 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 값이 롤과 피치이며, 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 가속도 센서와 자이로 센서일 수 있다.

Yaw의 회전축은　z축방향, 즉 중력방향과 같다. 따라서 가속도센서보다는 자이로 센서의 z축 값을 측정하여 이 값을 이용해 Yaw값을 계산하고 드리프트되는 오차를 보상하는 마그네토미터, 즉 지자기센서를 추가적으로 사용 하는 것이 바람직하다. 3축 지자기 센서를 적용해서 Yaw 방향을 측정할 수 있다.

각도 측정부(330)는 짐벌 구동부(120)의 자세 정보(전진방향(Roll축 방향), 전진방향의 우측방향(Pitch 축방향), 중력 방향(Yaw 축 방향) 등의 회전각 정보)를 이용하여 변형 각도를 측정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 무인 비행체에 환경 촬영 장치가 부착된 형상을 나타내는 예시도이다.

도 5를 참조하면, 무인 비행체(20)의 하부에 다축 짐벌(100) 및 영상 촬영부(200)가 부착되며, 그 옆에 제어부(300) 및 송수신부(400)가 부착되어 다축 짐벌(100)을 제어할 수 있다.

송수신부(400)는 안테나를 통해 다축 심벌(100)을 제어하기 위한 신호 또는 영상 촬영부(200)에서 촬영된 환경 정보 등을 송수신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 송수신부(400)는 지상의 조종기 신호를 수신하여 수동으로 카메라 각도를 변경할 수 있으며, 영상 촬영부(200)에서 촬영된 환경 영상을 기반으로 카메라의 각도를 수동으로 변경할 수 있다.

송수신부(400)는 영상 촬영부(200)를 통해 촬영된 영상을 무선 신호로 변화하여 지상에서 화면을 볼 수 있도록 할 수 있다.

공중 촬영 장치(30)는 전원 모듈(미도시)을 더 포함하여 전원 모듈에 의해 각 구성요소의 안정적인 작동을 위해 일정한 전원을 공급할 수 있다.

제어부(300)는 무인 비행체(20)의 흔들림을 감지하여 수평을 유지할 수 있게 컨트롤할 수 있으며, 짐벌 구동부(120)를 통해 영상 촬영부(200)의 흔들림을 잡아줄 수 있다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 통제 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 6a를 참조하면, 컴퓨팅 장치(500)는 무인 비행체(20)의 상단부에 위치할 수 있다. 무인 비행체(20)의 위치는 도시한 바에 한정하지 않으며, 기지국(44)을 통해 지상 통제부(42)와 통신을 주고 받을 수 있는 위치에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치(500)는 고가의 무인 비행체(20) LTE 통신 모듈 대신 장착하여 LTE를 통한 장거리 비행의 제어가 가능하게 할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500)는 4G 이동통신 기술인 LTE를 통한 통신 뿐 아니라 3G, 5G 등과 같은 다양한 이동 통신 기술에 의해 무인 비행체(20)와 지상 통제부(42)간의 통신을 가능하게 할 수 있다.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 통제 시스템을 나타내는 블록도이다.

공중 촬영 통제 시스템(40)은 도 6a에 도시한 무인 비행체(20)의 컴퓨팅 장치(500)를 통해 지상 통제부(42)와 통신을 할 수 있다. 이때, 통신 거리를 무제한으로 할 수 있도록 기지국(44)을 통해 통신을 주고 받을 수 있다.

공중 촬영 통제 시스템(40)은 공중 촬영 장치(30)와 지상 통제부(42)를 포함할 수 있으며, 공중 촬영 장치(30)와 지상 통제부(42)의 통신을 위해 기지국(44)을 더 포함할 수 있다.

지상 통제부(42)는 공중 촬영 장치(30)를 통제할 수 있다.

공중 촬영 장치(30)는 무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체(20) 및 무인 비행체(20)에 부착되어 주변 환경을 촬영하는 환경 촬영 장치(10)를 포함한다. 환경 촬영 장치(10)는 무인 비행체(20)에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌(100), 다축 짐벌(100)에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부(200) 및 주변 환경에 따른 다축 짐벌(100)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

공중 촬영 장치(30)는 영상 촬영부(200)에서 생성된 환경 정보 및 영상 촬영부(200)의 변형 각도를 송신하고, 공중 촬영 장치(30)를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부(400) 및 무인 비행체(20)의 장거리 비행 시 무인 비행체(20) 또는 환경 촬영 장치(10)를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치(500)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500)는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 무인 비행체(20)에 통신을 전달할 수 있다.

지상 통제부(42)는 송수신부(400)에서 송신된 환경 정보를 수신하는 정보 수신부 및 공중 촬영 장치(30)를 제어하는 제어 신호를 송신하는 제어 신호 송신부를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

지상 통제부(42)는 환경 정보를 이용하여 무인 비행체(20)가 이동하기 위한 목표 위치를 설정하고, 목표 위치로 공중 촬영 장치(30)를 제어하기 제어 신호로 송신할 수 있다.

지상 통제부(42)는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 컴퓨팅 장치(500)를 통해 공중 촬영 장치(30)와 통신을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 공중 촬영 장치의 제어 방법은 공중 촬영 장치(30)에 의하여 수행될 수 있으며, 공중 촬영 장치(30)가 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 7을 참조하면, 공중 촬영 장치의 구동 방법은 송수신부에서 제어 신호를 수신하는 단계(S710), 다축 짐벌 구동 각도를 계산하는 단계(S720), 짐벌 구동부를 구동하는 단계(S730), 환경 정보를 생성하는 단계(S740), 메모리 카드에 저장하는 단계(S742), 환경 정보를 송신하는 단계(S744) 및 송수신부에서 환경 정보를 송출하는 단계(S750)를 포함할 수 있다.

환경 정보를 생성하는 단계(S740)는 다축 짐벌 구동 각도를 계산하는 단계(S720)에서 계산된 구동 각도에 의해 짐벌 구동부를 구동하는 단계(S730)에서 짐벌 구동부를 구동하여 영상 촬영부가 평행을 유지하여 흔들림이 없는 환경 정보를 생성할 수 있다.

도 7에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 촬영 장치의 제어 방법의 다축 짐벌 제어를 자세히 나타내는 흐름도이다. 공중 촬영 장치의 제어 방법의 다축 짐벌 제어는 공중 촬영 장치(30)에 의하여 수행될 수 있으며, 공중 촬영 장치(30)가 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

공중 촬영 장치의 제어 방법은 목표 각도 설정부에서 무인 비행체의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정하는 단계(S810), 각도 측정부에서 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 공중 촬영 장치의 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 단계(S820), 제어 각도 산출부에서 목표 각도와 각도 측정부에서 측정된 변형 각도를 이용하여 영상 촬영부를 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하는 단계(S830) 및 짐벌 구동 제어부에서 제어 각도를 이용하여 공중 촬영 장치의 다축 짐벌을 제어하는 단계(S840)를 포함할 수 있다.

다축 짐벌은 무인 비행체와 영상 촬영부를 연결하기 위해 다수 위치하는 짐벌 고정부 및 다수의 짐벌 고정부를 연결하며, 회전에 의해 영상 촬영부의 흔들림을 잡아주는 짐벌 구동부를 포함할 수 있다. 짐벌 구동부는 선수 동요(Yaw) 고정부와 종동요(Pitch) 고정부를 연결하며, 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 선수 동요(Yaw) 구동부, 종동요(Pitch) 고정부와 횡동요(Roll) 고정부를 연결하며, 제2 축을 기준으로 회전하는 종동요(Pitch) 구동부 및 횡동요(Roll) 고정부와 영상 촬영부를 연결하며, 제3 축을 기준으로 회전하는 횡동요(Roll) 구동부를 포함할 수 있다.

짐벌 구동 제어부에서 제어 각도를 이용하여 공중 촬영 장치의 다축 짐벌을 제어하는 단계(S740)는 제어 각도 산출부를 통해 산출된 제어 각도를 기반으로 선수 동요(Yaw) 구동부, 종동요(Pitch) 구동부 또는 횡동요(Roll) 구동부를 제어할 수 있다.

각도 측정부에서 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 공중 촬영 장치의 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 단계(S820)는 외부 환경의 영향을 무인 비행체가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 무인 비행체의 속도를 기반으로 추정할 수 있다.

공중 촬영 장치의 제어 방법은 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고 변형 각도를 이용하여 제어 각도를 산출하여 짐벌 구동 제어부를 통해 상기 다축 짐벌을 제어할 수 있다.

도 8에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 8에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 8은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 환경 촬영 장치
20: 무인 비행체
30: 공중 촬영 장치
40: 공중 촬영 통제 시스템

Claims

무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체; 및
상기 무인 비행체에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌, 상기 다축 짐벌에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부 및 상기 주변 환경에 따라 상기 다축 짐벌을 제어하는 제어부를 포함하는 환경 촬영 장치를 포함하고,
상기 무인 비행체는 상기 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 상기 무인 비행체를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 무인 비행체의 장거리 비행 시 상기 무인 비행체 또는 상기 환경 촬영 장치를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치를 포함하며,
상기 컴퓨팅 장치는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 무인 비행체에 통신을 전달하고,
상기 무인 비행체는 상기 송수신부 또는 상기 컴퓨팅 장치가 주고 받는 신호의 세기를 측정하여 상기 신호의 세기가 임계치 이하로 떨어지는 경우 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하고, 송신하는 데이터의 크기가 기 설정된 크기 이상인 경우, 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 다축 짐벌은,
상기 무인 비행체와 상기 영상 촬영부를 연결하기 위해 다수 위치하는 짐벌 고정부; 및
다수의 상기 짐벌 고정부 사이를 연결하며, 회전을 통해 상기 영상 촬영부의 흔들림을 잡아주는 짐벌 구동부를 포함하고,
상기 짐벌 고정부는,
상기 무인 비행체와 연결되어 고정되는 선수 동요(Yaw) 고정부;
상기 선수 동요(Yaw) 고정부와 연결되어 고정되는 종동요(Pitch) 고정부; 및
상기 종동요(Pitch) 고정부와 연결되어 고정되며, 상기 영상 촬영부를 고정하는 횡동요(Roll) 고정부를 포함하는 공중 촬영 장치.
제2항에 있어서,
상기 짐벌 구동부는 상기 무인 비행체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며,
상기 짐벌 구동부는,
상기 선수 동요(Yaw) 고정부와 상기 종동요(Pitch) 고정부를 연결하며, 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 선수 동요(Yaw) 구동부;
상기 종동요(Pitch) 고정부와 상기 횡동요(Roll) 고정부를 연결하며, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 종동요(Pitch) 구동부; 및
상기 횡동요(Roll) 고정부와 상기 영상 촬영부를 연결하며, 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 횡동요(Roll) 구동부를 포함하는 공중 촬영 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 무인 비행체의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정하는 목표 각도 설정부;
상기 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 상기 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 각도 측정부;
상기 목표 각도와 상기 각도 측정부에서 측정된 변형 각도를 이용하여 상기 영상 촬영부를 상기 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하는 제어 각도 산출부; 및
상기 제어 각도를 기반으로 상기 다축 짐벌을 제어하는 짐벌 구동 제어부를 포함하는 공중 촬영 장치.
제4항에 있어서,
상기 외부 환경의 영향은 상기 무인 비행체가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 상기 무인 비행체의 속도를 기반으로 추정하며,
상기 제어부는 상기 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고, 상기 변형 각도를 이용하여 상기 제어 각도를 산출하여 상기 짐벌 구동 제어부를 통해 상기 다축 짐벌을 제어하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치.
제4항에 있어서,
상기 목표 각도 설정부는 상기 영상 촬영부의 촬영 방향을 이용하여 상기 목표 각도를 설정하며,
상기 영상 촬영부의 촬영 방향은 상기 영상 촬영부가 촬영하기 위한 목표물을 기준으로 설정되며,
상기 목표 각도 설정부는 상기 목표물의 위치가 변화함에 따라 상기 목표 각도를 변화하여 설정하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 송수신부는 기 설정된 거리 이내에서 상기 무인 비행체 제어 및 상기 환경 촬영 장치와 통신을 주고 받으며,
상기 컴퓨팅 장치는 상기 무인 비행체가 상기 기 설정된 거리를 벗어나는 경우 상기 기지국을 통해 상기 무인 비행체 제어 및 상기 환경 촬영 장치와 통신을 주고 받는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치.
무선 조종에 의해 공중에서 비행하는 무인 비행체 및 상기 무인 비행체에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전하는 다축 짐벌, 상기 다축 짐벌에 연결되어 비행 시 주변 환경을 촬영하여 환경 정보를 생성하는 영상 촬영부 및 상기 주변 환경에 따라 상기 다축 짐벌을 제어하는 제어부를 포함하는 환경 촬영 장치를 포함하는 공중 촬영 장치; 및
상기 공중 촬영 장치를 통제하는 지상 통제부를 포함하고,
상기 무인 비행체는 상기 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 상기 무인 비행체를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 무인 비행체의 장거리 비행 시 상기 무인 비행체 또는 상기 환경 촬영 장치를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치를 포함하며,
상기 컴퓨팅 장치는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 무인 비행체에 통신을 전달하고,
상기 무인 비행체는 상기 송수신부와 상기 컴퓨팅 장치가 주고 받는 신호의 세기를 측정하여 상기 신호의 세기가 임계치 이하로 떨어지는 경우 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하고, 송신하는 데이터의 크기가 기 설정된 크기 이상인 경우, 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 통제 시스템.
삭제
제9항에 있어서,
상기 지상 통제부는,
상기 송수신부에서 송신된 환경 정보를 수신하는 정보 수신부; 및
상기 무인 비행체 또는 상기 환경 촬영 장치를 제어하는 제어 신호를 송신하는 제어 신호 송신부를 포함하며,
상기 지상 통제부는,
상기 환경 정보를 이용하여 상기 무인 비행체가 이동하기 위한 목표 위치 및 상기 영상 촬영부가 촬영하기 위한 목표물을 설정하고, 상기 목표 위치 및 상기 목표물을 기반으로 상기 무인 비행체 및 상기 공중 촬영 장치를 제어하기 제어 신호로 송신하고,
상기 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 컴퓨팅 장치에 의해 상기 무인 비행체 및 상기 공중 촬영 장치와 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 통제 시스템.
공중 촬영 장치의 제어 방법에 있어서,
목표 각도 설정부에서 무인 비행체의 비행 경로 및 비행 목표 자세에 따른 목표 각도를 설정하는 단계;
각도 측정부에서 상기 무인 비행체의 비행 시, 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 상기 공중 촬영 장치의 영상 촬영부의 변형 각도를 측정하는 단계;
제어 각도 산출부에서 상기 목표 각도와 상기 각도 측정부에서 측정된 변형 각도를 이용하여 상기 영상 촬영부를 상기 목표 자세로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하는 단계; 및
짐벌 구동 제어부에서 상기 제어 각도를 이용하여 상기 공중 촬영 장치의 다축 짐벌을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 영상 촬영부에서 생성된 환경 정보를 송신하고, 상기 무인 비행체를 제어하는 제어 신호를 수신하는 송수신부 또는 상기 무인 비행체의 장거리 비행 시 상기 무인 비행체 또는 상기 무인 비행체에 연결되는 환경 촬영 장치를 제어하기 위한 통신을 수행하는 컴퓨팅 장치로 통신을 수행하는 단계를 더 포함하며,
상기 통신을 수행하는 단계는 기지국을 통해 통신 거리에 제한이 없이 상기 무인 비행체에 통신을 전달하고,
상기 송수신부와 상기 컴퓨팅 장치가 주고 받는 신호의 세기를 측정하여 상기 신호의 세기가 임계치 이하로 떨어지는 경우 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하고, 상기 송신하는 데이터의 크기가 기 설정된 크기 이상인 경우, 상기 송수신부에서 상기 컴퓨팅 장치로 통신 방법을 전환하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 다축 짐벌은 상기 무인 비행체와 상기 영상 촬영부를 연결하기 위해 다수 위치하는 짐벌 고정부 및 다수의 상기 짐벌 고정부를 연결하며, 회전에 의해 상기 영상 촬영부의 흔들림을 잡아주는 짐벌 구동부를 포함하고,
상기 짐벌 구동부는 상기 무인 비행체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며,
상기 짐벌 구동부는 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 선수 동요(Yaw) 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 종동요(Pitch) 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 횡동요(Roll) 구동부를 포함하며,
상기 다축 짐벌을 제어하는 단계는 상기 제어 각도 산출부를 통해 산출된 제어 각도를 기반으로 상기 선수 동요(Yaw) 구동부, 상기 종동요(Pitch) 구동부 또는 상기 횡동요(Roll) 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치의 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 변형 각도를 측정하는 단계는 상기 외부 환경의 영향을 상기 무인 비행체가 이동하는 이동 방향에 따른 풍향 및 상기 무인 비행체의 속도를 기반으로 추정하며,
상기 공중 촬영 장치의 제어 방법은 상기 외부 환경의 영향의 변화에 따라 반복적으로 변형 각도를 측정하고 상기 변형 각도를 이용하여 상기 제어 각도를 산출하여 상기 짐벌 구동 제어부를 통해 상기 다축 짐벌을 제어하는 것을 특징으로 하는 공중 촬영 장치의 제어 방법.