KR102562672B1

KR102562672B1 - 다중 드론 측위 및 촬영 시스템

Info

Publication number: KR102562672B1
Application number: KR1020210021580A
Authority: KR
Inventors: 이재경; 손진희; 안효성; 오국환; 전영훈
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2023-08-02
Also published as: KR20220118008A

Abstract

본 발명은 다중 드론 측위 및 촬영 시스템에 관한 것으로서, 랜드마크가 포함된 측정대상 영역을 비행하는 것으로서, 상기 랜드마크를 감지하여 해당 랜드마크를 기준으로 위치정보를 생성하는 적어도 하나의 비컨 드론과, 상기 측정대상 영역을 비행하며, 해당 측정대상 영역을 촬영하는 것으로서, 상기 비컨 드론으로부터 해당 위치정보를 수신하고, 수신된 위치정보 및 상기 비컨드론을 감지한 감지정보를 토대로 상기 측정대상 영역 내 위치를 판별하여 비행하는 촬영 드론을 구비한다.
본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템은 방향성을 갖는 랜드마크(Landmark)를 기준으로 복수의 비컨 드론(Beacon drone)이 영상 및 RF 정보를 활용하여 측위를 하며, 복수의 촬영 드론은 비컨 드론들의 RF 정보를 통해 측위를 할 수 있으므로 절대 측위를 사용할 수 없는 지역에서도 보다 정확하게 드론의 작동이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 정해진 네트워크 토폴로지를 바탕으로 이웃 드론들까지의 거리를 추가로 측정하거나 획득한 정보를 공유할 수 있으며, 이를 통해 기존에 예측된 위치 및 방위 값을 보정하므로 보다 정확한 측정 값을 산출할 수 있다.
그리고, 본 발명은 주어진 렌더링 임무에 맞게 다중 무인비행체의 위치 및 자세를 제어하고, 이에 맞게 영상 촬영 센서의 방향을 설정 하여 목표 대상을 촬영하고 실시간 또는 임무 종료 후 렌더링을 진행할 수 있다는 장점이 있다.

Description

다중 드론 측위 및 촬영 시스템{Multiple drone positioning and video shooting system}

본 발명은 다중 드론 측위 및 촬영 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방향성을 갖는 랜드마크(Landmark)를 기준으로 복수의 비컨 드론(Beacon drone)이 영상 및 RF 정보를 활용하여 측위를 하며, 복수의 촬영 드론은 비컨 드론들의 RF 정보를 통해 측위를 할 수 있는 다중 드론 측위 및 촬영 시스템에 관한 것이다.

IT기술과 비행체의 동체에 대한 경량화 기술이 발전하면서 인간의 제어가 필요하지 않은 소형 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)인 드론(Drone)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

20세기 초반에 등장한 소형 무인 비행체는 최초에는 군사용 무인항공기로 개발되었다. 지금도 소형 무인 비행체는 군사용으로 주로 사용되고 있다. 하지만 최근 소형 무인 비행체가 산업용, 레저용, 방송용, 배송용 등과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있다.

또한 소형 무인 비행체는 작은 크기로 인해 자유롭게 이동할 수 있는 특징이 있으며, 그 용도에 대한 다양한 연구가 진행 중이다.

그런데, 종래의 다중 무인비행체 시스템의 운용에서는 각 드론의 측위를 하기 위해 절대 좌표계를 기준으로 하는 GPS를 활용하거나, 지역 좌표계를 사용하는 비컨 & 타겟(Beacon & Target)을 활용한다.

종래의 시스템에서 GPS를 활용하는 측위 방법은 절대 측위를 사용할 수 없는 숲, 동굴, 오지 등의 환경에서 사용이 불가하다. 또한, 비컨 & 타겟을 활용하는 시스템의 경우 시스템 운용 지역에 비컨을 설치해야 하며, 고정되어 있어야 한다는 단점이 있다.

등록특허공보 제10-2210083호: 드론 제어 시스템

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 방향성을 갖는 랜드마크(Landmark)를 기준으로 복수의 비컨 드론(Beacon drone)이 영상 및 RF 정보를 활용하여 측위를 하며, 복수의 촬영 드론은 비컨 드론들의 RF 정보를 통해 측위를 할 수 있는 다중 드론 측위 및 촬영 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정해진 네트워크 토폴로지를 바탕으로 이웃 드론들까지의 거리를 추가로 측정하거나 획득한 정보를 공유할 수 있으며, 이를 통해 기존에 예측된 위치 및 방위 값을 보정하여 더 정확한 시스템을 구현하기 위한 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 주어진 렌더링 임무에 맞게 다중 무인비행체의 위치 및 자세를 제어하고, 이에 맞게 영상 촬영 센서의 방향을 설정하여 목표 대상을 촬영하고 실시간 또는 임무 종료 후 렌더링을 진행하는 시스템을 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템은 랜드마크가 포함된 측정대상 영역을 비행하는 것으로서, 상기 랜드마크를 감지하여 해당 랜드마크를 기준으로 위치정보를 생성하는 적어도 하나의 비컨 드론과, 상기 측정대상 영역을 비행하며, 해당 측정대상 영역을 촬영하는 것으로서, 상기 비컨 드론으로부터 해당 위치정보를 수신하고, 수신된 위치정보 및 상기 비컨드론을 감지한 감지정보를 토대로 상기 측정대상 영역 내 위치를 판별하여 비행하는 촬영 드론을 구비한다.

상기 비컨 드론은 상기 측정대상 영역을 비행하는 제1무인 비행체와, 상기 제1무인 비행체에 설치되어 상기 랜드마크를 감지하는 제1센서부와, 상기 제1센서부에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 랜드마크를 기준으로 해당 제1무인 비행체의 위치를 산출하는 제1측위부와, 상기 제1측위부에서 산출된 위치 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 비행을 제어하는 제1제어부를 구비한다.

상기 제1센서부는 상기 제1무인 비행체에 설치되어 상기 랜드마크를 촬영하는 제1카메라를 구비한다.

상기 랜드마크는 식별신호를 방출하는 식별태그를 구비하고, 상기 제1센서부는 상기 식별태그에서 송출되는 상기 식별신호를 수신할 수 있도록 상기 제1무인 비행체에 설치되는 신호 리시버를 더 구비할 수 있다.

상기 식별태그는 RF(Radio Frequency) 식별 신호를 송출하는 것이 바람직하다.

상기 제1측위부는 상기 제1카메라에서 제공되는 촬영 영상 및 상기 신호 리시버에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크를 기준으로 설정된 공통 좌표계 내에서 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성한다.

상기 제1측위부는 상기 제1카메라에서 제공받은 촬영 영상에서 상기 랜드마크를 식별하는 식별모듈과, 상기 신호 리시버에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크로부터 상기 제1무인 비행체까지의 거리에 대한 정보를 산출하는 거리산출모듈과, 상기 식별모듈 및 거리산출모듈에서 제공되는 식별 정보 및 산출 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성하는 측위모듈을 구비한다.

상기 측위모듈은 상기 식별모듈에서 제공되는 상기 촬영 영상 내의 상기 랜드마크에 대한 식별 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성하고, 상기 거리산출모듈에서 제공되는 상기 랜드마크와 제1무인 비행체 사이의 거리 정보를 토대로 해당 위치 정보를 보정할 수 있다.

상기 비컨 드론은 다수개가 상기 측정대상 영역에 상호 이격되게 비행하고, 상호 인접된 상기 비컨 드론들 사이에 데이터 통신이 가능할 수 있도록 상기 제1무인 비행체에 설치되는 제1통신모듈을 더 구비할 수도 있다.

상기 측위모듈은 상기 제1통신모듈을 통해 인접된 상기 비컨 드론의 측위모듈로부터 해당 비컨 드론의 위치 정보를 수신받고, 수신받은 인접된 상기 비컨 드론의 위치 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 보정할 수 있다.

상기 제1통신모듈은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행할 수 있다.

상기 측위모듈은 상기 제1통신모듈을 통해 인접된 상기 비컨 드론으로부터 수신된 신호에 대한 정보를 토대로 인접된 상기 비컨 드론까지의 이격 거리를 산출하고, 산출된 해당 인접된 상기 비컨 드론까지의 이격 거리 및 인접된 상기 비컨 드론의 위치정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 보정할 수 있다.

상기 촬영 드론은 상기 측정대상 영역을 비행하는 제2무인 비행체와, 상기 측정대상 영역을 촬영할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 설치되는 제2카메라와, 상기 제1무인 비행체를 감지할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 마련된 제2센서부와, 상기 제2센서부에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 산출하는 제2측위부와, 상기 제2측위부에서 산출된 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 비행을 제어하는 제2제어부를 구비한다.

상기 촬영 드론은 상기 비컨 드론으로부터 전송되는 해당 비컨 드론의 위치정보를 수신할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 마련되는 제2통신모듈을 더 구비할 수 있다.

상기 제2측위부는 상기 제2센서부에서 제공되는 감지정보와 함께 상기 제2통신모듈을 통해 수신된 상기 비컨 드론의 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 산출한다.

상기 제2통신모듈은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다.

상기 제2센서부는 상기 제2통신모듈을 통해 상기 비컨 드론으로부터 수신된 신호에 대한 정보를 토대로 상기 비컨 드론에서 상기 제2무인 비행체까지의 이격거리를 산출할 수 있다.

상기 제2측위부는 상기 제2카메라에서 상기 비컨 드론이 촬영될 경우, 상기 제2카메라에서 제공되는 촬영 영상에서 상기 비컨 드론을 식별하고, 해당 촬영 영상에서 식별된 비컨 드론을 토대로 상기 비컨 드론과의 이격거리를 산출하며, 산출된 상기 비컨 드론과의 이격거리를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 보정한다.

상기 랜드마크는 상기 측정대상 영역 내에서 이동하는 운반유닛과, 상기 비컨 드론에 의해 촬영될 수 있도록 상기 운반유닛에 설치되는 인식대상체를 구비한다.

상기 제1제어부는 상기 제1카메라에서 제공되는 영상을 토대로 해당 제1카메라에 상기 랜드마크가 촬영될 수 있도록 상기 제1무인 비행체의 비행을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템은 방향성을 갖는 랜드마크(Landmark)를 기준으로 복수의 비컨 드론(Beacon drone)이 영상 및 RF 정보를 활용하여 측위를 하며, 복수의 촬영 드론은 비컨 드론들의 RF 정보를 통해 측위를 할 수 있으므로 절대 측위를 사용할 수 없는 지역에서도 보다 정확하게 드론의 작동이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 정해진 네트워크 토폴로지를 바탕으로 이웃 드론들까지의 거리를 추가로 측정하거나 획득한 정보를 공유할 수 있으며, 이를 통해 기존에 예측된 위치 및 방위 값을 보정하므로 보다 정확한 측정 값을 산출할 수 있다.

그리고, 본 발명은 주어진 렌더링 임무에 맞게 다중 무인비행체의 위치 및 자세를 제어하고, 이에 맞게 영상 촬영 센서의 방향을 설정 하여 목표 대상을 촬영하고 실시간 또는 임무 종료 후 렌더링을 진행할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템에 대한 개념도이고,
도 2는 도 1의 다중 드론 측위 및 촬영 시스템의 비컨 드론에 대한 블럭도이고,
도 3은 도 1의 다중 드론 측위 및 촬영 시스템의 촬영 드론에 대한 블럭도이고,
도 4는 상기 촬영 드론의 위치 제어 알고리즘에 따른 순서도이고,
도 5는 상기 촬영 드론의 임무 결정에 대한 알고리즘의 순서도이고,
도 6 내지 도 9는 본 발명의 촬영 드론들이 수행할 수 있는 렌더링 임무의 예시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 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.

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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템(100)이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 다중 드론 측위 및 촬영 시스템(100)은 랜드마크(20)가 포함된 측정대상 영역을 비행하는 것으로서, 상기 랜드마크(20)를 감지하여 해당 랜드마크(20)를 기준으로 위치정보를 생성하는 다수의 비컨드론과, 상기 측정대상 영역을 비행하며, 해당 측정대상 영역을 촬영하는 것으로서, 상기 비컨 드론(200)으로부터 해당 위치정보를 수신하고, 수신된 위치정보 및 상기 비컨 드론(200)을 감지한 감지정보를 토대로 상기 측정대상 영역 내 위치를 판별하여 비행하는 촬영 드론(300)을 구비한다.

여기서, 랜드마크(20)는 측정대상 영역에 설치되는 것으로서, 대칭성을 띠지 않으며, 방향에 따라 상호 상이한 특이점을 갖는 구조물이다. 상기 랜드마크(20)는 소정의 조각상, 건축물 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정하는 것이 아니라 다수의 특이점을 갖는 외형으로 형성된 구조물이면 무엇이든 적용가능하다. 이때, 랜드마크(20)는 일측에, 식별신호를 방출할 수 있는 식별태그(21)가 설치되어 있다.

여기서, 식별태그(21)는 RF(Radio Frequency) 식별 신호를 송출할 수 있도록 RFID(radio frequency identification) 태그가 적용된다.

한편, 랜드마크(20)는 도면에 도시되진 않았지만, 상기 측정대상 영역 내에서 이동하는 운반유닛과, 상기 비컨 드론(200)에 의해 촬영될 수 있도록 상기 운반유닛에 설치되는 인식대상체를 구비한다. 상기 운반유닛은 해당 측정대상 영역을 비행할 수 있도록 드론이 적용되며, 상기 인식대상체는 다수의 특이점이 마련된 외형을 갖도록 형성된 구조물이 적용된다. 여기서, 운반유닛은 드론으로 한정하는 것이 아니라 인식대상체를 운반할 수 있는 운반수단이면 무엇이든 적용가능하다. 작업자는 해당 운반유닛을 제어하여 측정대상 영역 중 어느 한 위치에 인식대상체를 이동시킬 수 있다.

상기 비컨 드론(200)은 상기 측정대상 영역을 비행하는 제1무인 비행체(210)와, 상기 제1무인 비행체(210)에 설치되어 상기 랜드마크(20)를 감지하는 제1센서부(220)와, 상호 인접된 상기 비컨 드론(200)들 사이에 데이터 통신이 가능할 수 있도록 상기 제1무인 비행체(210)에 설치되는 제1통신모듈(230)과, 상기 제1센서부(220)에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 랜드마크(20)를 기준으로 해당 제1무인 비행체(210)의 위치를 산출하는 제1측위부(240)와, 상기 제1측위부(240)에서 산출된 위치 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체(210)의 비행을 제어하는 제1제어부(250)를 구비한다.

상기 제1무인 비행체(210)는 제1비행몸체와, 상기 제1비행몸체에 설치되어 상기 제1비행몸체의 비행이 가능하도록 추진력을 제공하는 제1추진부(212)를 구비한다.

상기 제1비행몸체는 제1메인바디(211)와, 상기 제1메인바디(211)의 중심부를 기준으로 방사상으로 연장되며, 단부에 상기 제1추진부(212)가 설치되는 다수의 제1지지대를 구비한다. 상기 제1메인바디(211)는 내부에 후술되는 제1추진부(212)의 제1회전모터들에 전원을 공급하기 위한 배터리가 수용될 수 있는 수용공간이 마련된다. 상기 제1메인바디(211)는 소정의 강도를 갖고, 성형성이 우수한 플라스틱과 같은 합성수지재로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1추진부(212)는 상기 제1지지대들의 단부에 각각 설치되는 다수의 제1회전모터와, 상기 제1회전모터들에 의해 회전가능하게 설치된 다수의 제1프로펠러를 구비한다. 한편, 상기 제1무인 비행체(210)는 측정대상 영역을 비행하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 드론이 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.

제1센서부(220)는 상기 제1무인 비행체(210)에 설치되어 상기 랜드마크(20)를 촬영하는 제1카메라(221)와, 상기 식별태그(21)에서 송출되는 상기 식별신호를 수신할 수 있도록 상기 제1무인 비행체(210)에 설치되는 신호 리시버(222)를 구비한다.

제1카메라(221)는 제1무인 비행체(210)의 제1비행몸체에 설치되는 것으로서, 제1무인 비행체(210) 주위를 촬영하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 카메라가 적용되므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 제1카메라(221)는 촬영된 영상을 제1측위부(240)에 제공한다.

신호 리시버(222)는 제1무인 비행체(210)의 제1비행몸체에 설치되어 랜드마크(20)에 설치된 식별태그(21)로부터 송출되는 RF 식별 신호를 수신한다. 여기서, 신호 리시버(222)는 RF 리시버가 적용되는 것이 바람직하다. 해당 신호 리시버(222)는 식별태그(21)로부터 수신된 식별신호에 대한 정보를 제1측위부(240)에 전달한다. 여기서, 식별태그(21)로부터 수신된 식별신호에 대한 정보에는, 수신된 신호의 왕복시간(TOF: Time of Flight), 식별신호에 포함된 식별 정보 등이 포함될 수 있다.

제1통신모듈(230)은 상기 제1무인 비행체(210)에 설치되어 인접된 비컨 드론(200)과의 통신을 수행한다. 여기서, 제1통신모듈(230)은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 한편, 제1통신모듈(230)은 인접한 촬영 드론(300)과 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이때, 비컨 드론(200)들과 촬영 드론(300)들은 상호 데이터 통신이 가능하도록 연결되어 네트워크 토폴로지를 형성할 수 있다. 여기서, 네트워크 토폴로지는 다수의 드론 사이에 센싱 및 정보 송수신으로 연결된 선들의 집합이 적용된다.

상기 제1측위부(240)는 상기 제1카메라(221)에서 제공되는 촬영 영상 및 상기 신호 리시버(222)에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크(20)를 기준으로 설정된 공통 좌표계 내에서 상기 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 생성한다. 여기서, 상기 제1측위부(240)는 상기 제1카메라(221)에서 제공받은 촬영 영상에서 상기 랜드마크(20)를 식별하는 식별모듈(241)과, 상기 신호 리시버(222)에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크(20)로부터 상기 제1무인 비행체(210)까지의 거리에 대한 정보를 산출하는 거리산출모듈(242)과, 상기 식별모듈(241) 및 거리산출모듈(242)에서 제공되는 식별 정보 및 산출 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 생성하는 측위모듈(243)을 구비한다.

식별모듈(241)은 제1카메라(221)에서 촬영된 영상에서 랜드마크(20)를 식별하며, 식별된 정보를 측위모듈(243)에 제공한다. 여기서, 상기 식별모듈(241)은 영상에서 특정 오브젝트를 식별하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 영상분석수단이므로 상세한 설명은 생략한다.

거리산출모듈(242)은 신호 리시버(222)에서 제공받은 식별신호에 대한 정보를 토대로 해당 비컨 드론(200)과 랜드마크(20) 사이의 이격거리를 산출한다. 거리산출모듈(242)은 산출된 이격거리에 대한 정보를 측위모듈(243)에 전송한다.

측위모듈(243)은 식별모듈(241)에서 제공되는 촬영 영상 내의 랜드마크(20)에 대한 식별정보를 토대로 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 생성한다. 여기서, 측위모듈(243)은 도면에 도시되진 않았지만, 랜드마크(20)에 대한 정보가 저장된 데이터베이스를 더 구비할 수 있다. 해당 데이터베이스에는 상기 랜드마크(20)의 외형이나 특이점에 대한 정보가 저장되어 있다. 측위모듈(243)은 제1카메라(221)에서 촬영된 영상에서 식별된 랜드마크(20)의 외형이나 특이점을 데이터베이스에 저장된 정보와 비교하여 해당 랜드마크(20)를 기준으로 해당 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 생성한다. 여기서, 제1무인 비행체(210)의 위치 정보는 랜드마크(20)를 기준으로하는 공통 좌표계에서의 해당 비컨 드론(200)의 위치 좌표가 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 측위모듈(243)은 거리산출모듈(242)에서 제공되는 랜드마크(20)와 제1무인 비행체(210)의 이격거리에 대한 정보를 토대로 판별된 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 보정할 수 있다.

한편, 측위모듈(243)은 제1통신모듈(230)을 통해 인접된 비컨 드론(200)의 위치정보를 수신할 수 있다. 즉, 측위모듈(243)은 이웃 비컨 드론(200)으로부터 해당 비컨 드론(200)의 위치정보를 수신할 수 있다. 이때, 이웃 비컨 드론(200)은 기설정된 네트워크 토폴로지에서, 해당 비컨 드론(200)과 직접 연결된 비컨 드론(200)이 적용된다.

여기서, 측위모듈(243)은 수신받은 인접된 비컨 드론(200)의 위치 정보를 토대로 해당 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 보정할 수 있다. 상술된 바와 같이 기설정된 네트워크 토폴로지를 바탕으로 비컨 드론(200)들은 위치정보를 상호 공유할 수 있으므로 비컨 드론(200)의 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있다.

제1제어부(250)는 측위모듈(243)에서 제공되는 제1무인 비행체(210)의 위치 정보를 토대로 해당 비컨 드론(200)의 비행 즉, 드론의 위치 및 자세를 제어한다. 이때, 제1제어부(250)는 해당 위치정보를 토대로 작업자에 의해 기설정된 패턴으로 비행하도록 제어할 수도 있다.

이때, 제1제어부(250)는 제1카메라(221)에서 제공되는 영상을 토대로, 해당 제1카메라(221)에 랜드마크(20)가 촬영될 수 있도록 제1무인 비행체(210)의 비행을 제어한다. 즉, 제1제어부(250)는 제1카메라(221)에서 제공되는 영상에 랜드마크(20)가 미촬영될 경우, 해당 랜드마크(20)가 촬영되는 위치로 해당 제1무인 비행체(210)를 이동시킨다.

한편, 촬영 드론(300)은 상기 측정대상 영역을 비행하는 제2무인 비행체(310)와, 상기 측저대상 영역을 촬영할 수 있도록 상기 제2무인 비행체(310)에 설치되는 제2카메라(313)와, 상기 비컨 드론(200)으로부터 전송되는 해당 비컨 드론(200)의 위치정보를 수신할 수 있도록 상기 제2무인 비행체(310)에 마련되는 제2통신모듈(320)과, 상기 제1무인 비행체(210)를 감지할 수 있도록 상기 제2무인 비행체(310)에 마련된 제2센서부(330)와, 상기 제2센서부(330)에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 제2무인 비행체(310)의 위치를 산출하는 제2측위부(340)와, 상기 제2측위부(340)에서 산출된 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체(310)의 비행을 제어하는 제2제어부(350)를 구비한다.

상기 제2무인 비행체(310)는 제2비행몸체와, 상기 제2비행몸체에 설치되어 상기 제2비행몸체의 비행이 가능하도록 추진력을 제공하는 제2추진부(312)를 구비한다.

상기 제2비행몸체는 제2메인바디(311)와, 상기 제2메인바디(311)의 중심부를 기준으로 방사상으로 연장되며, 단부에 상기 제2추진부(312)가 설치되는 다수의 제2지지대를 구비한다. 상기 제2메인바디(311)는 내부에 후술되는 제2추진부(312)의 제2회전모터들에 전원을 공급하기 위한 배터리가 수용될 수 있는 수용공간이 마련된다. 상기 제2메인바디(311)는 소정의 강도를 갖고, 성형성이 우수한 플라스틱과 같은 합성수지재로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 제2메인바디(311)에는 측정대상 영역 내의 목표물을 촬영할 수 있도록 제2카메라(313)가 설치되어 있다. 이때, 제2카메라(313)는 도면에 도시되진 않았지만, 촬영된 영상을 관리서버에 전송할 수 있다.

상기 제2추진부(312)는 상기 제2지지대들의 단부에 각각 설치되는 다수의 제2회전모터와, 상기 제2회전모터들에 의해 회전가능하게 설치된 다수의 제2프로펠러를 구비한다. 한편, 상기 제2무인 비행체(310)는 측정대상 영역을 비행하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 드론이 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.

제2통신모듈(320)은 인접된 비컨 드론(200)과 촬영 드론(300)과 통신하며, 인접된 비컨 드론(200)과 촬영 드론(300)의 위치정보를 수신할 수 있다. 여기서, 제2통신모듈(320)은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다.

제2센서부(330)는 상기 제2통신모듈(320)을 통해 상기 비컨 드론(200)으로부터 수신된 신호에 대한 정보를 토대로 상기 비컨 드론(200)에서 상기 제2무인 비행체(310)까지의 이격거리를 산출한다. 여기서, 제2센서부(330)는 비컨 드론(200)으로부터 수신되는 신호에 대한 정보 즉, 수신된 신호의 왕복시간(TOF: Time of Flight) 등과 같은 정보를 토대로 해당 비컨 드론(200)과의 이격거리를 산출할 수 있다. 또한, 제2센서부(330)는 인접된 촬영 드론(300) 즉, 이웃 촬영 드론(300)으로부터 수신되는 신호에 대한 정보를 토대로 해당 촬영 드론(300)과, 인접된 이웃 촬영 드론(300)과의 이격거리를 산출할 수도 있다. 제2센서부(330)는 산출된 비컨 드론(200) 및 촬영 드론(300)과의 이격거리에 대한 정보를 제2측위부(340) 또는 제2제어부(350)에 전송한다.

제2측위부(340)는 상기 제2센서부(330)에서 제공되는 감지정보와 함께 상기 제2통신모듈(320)을 통해 수신된 상기 비컨 드론(200)의 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체(310)의 위치를 산출한다. 즉, 제2측위부(340)는 제2센서부(330)에서 제공되는 인접된 비컨 드론(200) 및 촬영 드론(300)과의 이격거리에 대한 정보로부터 삼변 측량법을 포함하는 측위 방법을 이용하여 해당 촬영 드론(300)의 위치 정보를 생성한다. 해당 촬영 드론(300)의 위치 정보는 랜드마크(20)를 기준으로하는 공통 좌표계에서의 해당 촬영 드론(300)의 위치 좌표가 적용되는 것이 바람직하다.

한편, 제2측위부(340)는 상기 제2카메라(313)에서 상기 비컨 드론(200)이 촬영될 경우, 상기 제2카메라(313)에서 제공되는 촬영 영상에서 상기 비컨 드론(200)을 식별할 수 있다. 이때, 제2측위부(340)는 해당 비컨 드론(200)의 외형 또는 특이점에 대한 정보가 기저장되어 있고, 해당 정보와 제2카메라(313)의 촬영 영상에서의 비컨 드론(200)을 비교하여 해당 비컨 드론(200)과의 이격거리를 산출할 수 있다. 여기서, 제2측위부(340)는 산출된 상기 비컨 드론(200)과의 이격거리를 토대로 상기 제2무인 비행체(310)의 위치 정보를 보정할 수 있다.

제2제어부(350)는 제2측위부(340)에서 제공되는 제2무인 비행체(310)의 위치 정보를 토대로 해당 촬영 드론(300)의 비행 즉, 촬영 드론(300)의 위치 및 자세를 제어한다. 이때, 제2제어부(350)는 기설정된 촬영 드론(300) 위치 제어 알고리즘에 따라 해당 촬영 드론(300)을 제어할 수 있다. 여기서, 각 제2제어부(350)의 제어에 의해 다수의 촬영 드론(300)은 편대 비행하며 측정대상 영역 내의 목표물을 촬영한다.

도 4에는 상기 촬영 드론(300) 위치 제어 알고리즘에 따른 순서도가 도시되어 있다. 여기서, 촬영 드론(300)의 목표 편대 및 영상 센서 즉, 제2카메라(313)의 방향은 렌더링 임무에 기반하여 설정된다. 여기서, 이웃 드론은 기설정된 네트워크 토폴로지에서, 해당 촬영 드론(300)과 직접 연결된 비컨 드론(200) 또는 촬영 드론(300)이 적용된다.

이때, 작업자는 촬영 드론(300)의 임무를 할당할 수 있으며, 촬영드론은 도 5에 도시된 알고리즘에 따라 임무를 결정할 수 있다. 여기서, 작업자는 관리서버(미도시)를 통해 해당 촬영 드론(300)들의 임무를 할당할 수 있고, 관리서버는 할당된 임무에 따라 각 촬영드론들을 제어할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 촬영 드론(300)들이 수행할 수 있는 렌더링 임무의 예시가 도시되어 있다. 여기서, 도면을 참조하면, 다수의 촬영 드론(300)이 일렬로 위치하여 같은 방향을 제2카메라(313)로 촬영하는 임무에 관한 것이다. 이때, 관리서버는 촬영 드론(300)의 편대 위치 제어를 위해 각 촬영 드론(300)에게 순서를 할당하며, 순서가 매겨진 드론을 태그 드론으로 정의한다.

각 태그 드론이 촬영한 영상은 인접한 태그 드론의 촬영 영상과 겹치는 부분이 존재하여 렌더링을 수행한다. 각 촬영 드론(300)들의 위치 및 촬영방향은 하기의 수학식 1과 같다.

여기서, i는 태크 드론의 넘버이고, a는 비행 편대의 기준이 되는 태그 드론의 넘버이고,

는 넘버링 n에 해당하는 태그 드론의 위치이고,

은 넘버링 n에 해당하는 태그 드론의 제2카메라(313)의 촬영 방향이고, d는 렌더링을 위해 각 태그 드론이 촬영한 영상이 서로 겹치도록 미리 설정된 인접 드론과의 거리이고, w는 작업자가 원하는 일자형 편대의 방향을 나타내는 단위벡터인데, 해당 단위벡터의 방향은 낮은 넘버링을 갖는 태그 드론부터 높은 넘버링을 갖는 태그 드론을 향한다.

도 7에는 본 발명의 촬영 드론(300)들이 수행할 수 있는 렌더링 임무의 또 다른 예시가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 태그 드론들이 격자 형태의 진형을 유지하며, 하방의 목표 대상을 촬영하는 임무에 관한 것이다. 이때, 상호 인접한 태그 드론들에서 촬영된 영상은 일부분이 서로 겹치도록 촬영된다.

각 촬영 드론(300)들의 위치 및 촬영 방향은 하기의 수학식 2와 같다.

앞서 도시된 수학식에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 기호로 표기한다.

여기서,

는 렌더링을 위해 촬영 영상이 상호 겹쳐지도록 미리 설정된 인접 드론 간의 격자 모형의 가로, 세로의 거리,

는 작업자가 원하는 격자 모형 편대의 가로 방향, 세로 방향을 나타내는 단위벡터(태그 드론의 넘버링이 낮은 번호에서 높은 번호 측으로의 방향), sgn(x)는 부호함수이고, rem(x,y)는 x를 y로 나눈 나머지를 반환하는 함수이고, floor(x)는 바닥함수(x를 넘지 않는 최대 정수를 반환)이고, k는 가로열의 격자 개수이다.

도 8에는 본 발명의 촬영 드론(300)들이 수행할 수 있는 렌더링 임무의 또 다른 예시가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 태그 드론들이 가상의 호를 이루며, 각각의 태그 드론이 가상의 호의 외측을 향하여 영상의 일부분이 상호 겹치도록 촬영하는 임무에 관한 것이다.

각 촬영 드론(300)들의 위치 및 촬영 방향은 하기의 수학식 3과 같다.

여기서,

는 렌더링을 위해 촬영 영상이 서로 겹쳐지도록 미리 설정된 인접된 드론들 간의 가상의 호 위에서의 거리이고, r은 가상의 호 중심에서 태그 드론까지의 거리이고,

는 비행 편대에서 기준이 되는 태그 드론의 높이이고,

는 미리 설정된 비행 편대를 이루는 가상의 호의 원점이고,

는 기준 태그 드론이

를 원점으로 가지는 극좌표에서의 각도이다.

도 9에는 본 발명의 촬영 드론(300)들이 수행할 수 있는 렌더링 임무의 또 다른 예시가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 태그 드론들이 하나의 목표 대상물을 기준으로 가상의 원을 이루며 3D 렌더링을 위해 촬영하는 임무에 관한 것이다.

각 촬영 드론(300)들의 위치 및 촬영 방향은 하기의 수학식 4와 같다.

여기서,

은 3D 렌더링 촬영을 하고자 하는 목표 대상물의 중심점이고,

은 렌더링을 위해 촬영 영상이 서로 겹쳐지도록 미리 설정된 인접 촬영 드론(300) 간의 가상의 원 위에서의 거리이고,

는 비행 편대의 기준 태그 드론이

을 원점으로 가지는 극좌표에서의 각도이다.

상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 드론 측위 및 촬영 시스템(100)은 방향성을 갖는 랜드마크(20)(Landmark)를 기준으로 복수의 비컨 드론(200)(Beacon drone)이 영상 및 RF 정보를 활용하여 측위를 하며, 복수의 촬영 드론(300)은 비컨 드론(200)들의 RF 정보를 통해 측위를 할 수 있으므로 절대 측위를 사용할 수 없는 지역에서도 보다 정확하게 드론의 작동이 가능하다는 장점이 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

100: 다중 드론 측위 및 촬영 시스템
200: 비컨 드론
210: 제1무인 비행체
220: 제1센서부
221: 제1카메라
222: 신호 리시버
230: 제1통신모듈
240: 제1측위부
250: 제1제어부
300: 촬영 드론
310: 제2무인 비행체
320: 제2통신모듈
330: 제2센서부
340: 제2측위부
350: 제2제어부

Claims

랜드마크가 포함된 측정대상 영역을 비행하는 것으로서, 해당 랜드마크를 촬영하기 위한 촬영수단이 마련되고, 해당 촬영수단에서 촬영된 영상에 포함된 랜드마크를 식별하여 해당 랜드마크를 기준으로 위치정보를 생성할 수 있도록 상기 촬영수단에 해당 랜드마크가 촬영되는 위치에서 비행하는 적어도 하나의 비컨 드론; 및
상기 측정대상 영역을 비행하며, 해당 측정대상 영역을 촬영하는 것으로서, 상기 비컨 드론으로부터 해당 비컨 드론의 위치정보를 수신하고, 수신된 해당 비컨 드론의 위치정보 및 상기 비컨 드론을 감지한 감지정보를 토대로 상기 측정대상 영역 내 위치를 판별하여 비행하는 촬영 드론;을 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제1항에 있어서,
상기 비컨 드론은
상기 측정대상 영역을 비행하는 제1무인 비행체;
상기 제1무인 비행체에 설치되어 상기 랜드마크를 감지하는 제1센서부;
상기 제1센서부에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 랜드마크를 기준으로 해당 제1무인 비행체의 위치를 산출하는 제1측위부;
상기 제1측위부에서 산출된 위치 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 비행을 제어하는 제1제어부;를 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1센서부는 상기 제1무인 비행체에 설치되어 상기 랜드마크를 촬영하는 제1카메라;를 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제3항에 있어서,
상기 랜드마크는 식별신호를 방출하는 식별태그;를 구비하고,
상기 제1센서부는 상기 식별태그에서 송출되는 상기 식별신호를 수신할 수 있도록 상기 제1무인 비행체에 설치되는 신호 리시버;를 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제4항에 있어서,
상기 식별태그는 RF(Radio Frequency) 식별 신호를 송출하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1측위부는 상기 제1카메라에서 제공되는 촬영 영상 및 상기 신호 리시버에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크를 기준으로 설정된 공통 좌표계 내에서 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1측위부는
상기 제1카메라에서 제공받은 촬영 영상에서 상기 랜드마크를 식별하는 식별모듈;
상기 신호 리시버에서 수신된 식별신호에 대한 정보를 토대로 상기 랜드마크로부터 상기 제1무인 비행체까지의 거리에 대한 정보를 산출하는 거리산출모듈; 및
상기 식별모듈 및 거리산출모듈에서 제공되는 식별 정보 및 산출 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성하는 측위모듈;을 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제7항에 있어서,
상기 측위모듈은 상기 식별모듈에서 제공되는 상기 촬영 영상 내의 상기 랜드마크에 대한 식별 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 생성하고, 상기 거리산출모듈에서 제공되는 상기 랜드마크와 제1무인 비행체 사이의 거리 정보를 토대로 해당 위치 정보를 보정하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제7항에 있어서,
상기 비컨 드론은 다수개가 상기 측정대상 영역에 상호 이격되게 비행하고, 상호 인접된 상기 비컨 드론들 사이에 데이터 통신이 가능할 수 있도록 상기 제1무인 비행체에 설치되는 제1통신모듈;을 더 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제9항에 있어서,
상기 측위모듈은 상기 제1통신모듈을 통해 인접된 상기 비컨 드론의 측위모듈로부터 해당 비컨 드론의 위치 정보를 수신받고, 수신받은 인접된 상기 비컨 드론의 위치 정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 보정하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제1통신모듈은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제11항에 있어서,
상기 측위모듈은 상기 제1통신모듈을 통해 인접된 상기 비컨 드론으로부터 수신된 신호에 대한 정보를 토대로 인접된 상기 비컨 드론까지의 이격 거리를 산출하고, 산출된 해당 인접된 상기 비컨 드론까지의 이격 거리 및 인접된 상기 비컨 드론의 위치정보를 토대로 상기 제1무인 비행체의 위치 정보를 보정하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제2항에 있어서,
상기 촬영 드론은
상기 측정대상 영역을 비행하는 제2무인 비행체;
상기 측정대상 영역을 촬영할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 설치되는 제2카메라;
상기 제1무인 비행체를 감지할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 마련된 제2센서부;
상기 제2센서부에서 제공되는 감지정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 산출하는 제2측위부;
상기 제2측위부에서 산출된 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 비행을 제어하는 제2제어부;를 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제13항에 있어서,
상기 촬영 드론은 상기 비컨 드론으로부터 전송되는 해당 비컨 드론의 위치정보를 수신할 수 있도록 상기 제2무인 비행체에 마련되는 제2통신모듈;을 더 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제2측위부는 상기 제2센서부에서 제공되는 감지정보와 함께 상기 제2통신모듈을 통해 수신된 상기 비컨 드론의 위치정보를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 산출하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제2통신모듈은 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 통신을 수행하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2센서부는 상기 제2통신모듈을 통해 상기 비컨 드론으로부터 수신된 신호에 대한 정보를 토대로 상기 비컨 드론에서 상기 제2무인 비행체까지의 이격거리를 산출하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제2측위부는 상기 제2카메라에서 상기 비컨 드론이 촬영될 경우, 상기 제2카메라에서 제공되는 촬영 영상에서 상기 비컨 드론을 식별하고, 해당 촬영 영상에서 식별된 비컨 드론을 토대로 상기 비컨 드론과의 이격거리를 산출하며, 산출된 상기 비컨 드론과의 이격거리를 토대로 상기 제2무인 비행체의 위치를 보정하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
제1항에 있어서,
상기 랜드마크는
상기 측정대상 영역 내에서 이동하는 운반유닛; 및
상기 비컨 드론에 의해 촬영될 수 있도록 상기 운반유닛에 설치되는 인식대상체;를 구비하는,
다중 드론 측위 및 촬영 시스템.
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