KR102647227B1 - 함포 배열 조정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 수평선을 촬영할 수 있도록 함포의 시선 상에 배치될 수 있는 영상 획득기, 영상 획득기에서 촬영된 영상을 처리하여 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 처리기, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 생성기, 및 보정값에 따라 함포의 배열을 조정하는 조정기를 포함하는 함포 배열 조정 장치와, 이에 적용되는 함포 배열 조정 방법으로서, 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있는 함포 배열 조정 장치 및 방법이 제시된다.

Description

함포 배열 조정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD ON ARRANGEMENT CONTROL FOR NAVAL GUN}
본 발명은 함포 배열 조정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있는 함포 배열 조정 장치 및 방법에 관한 것이다.
함선에는 함포, 미사일, 어뢰 등 다양한 무장이 탑재된다. 그중 함포는 주로 근접방어무기체계로서 사용된다. 그런데 미사일과 어뢰는 유도에 의해 표적을 추적할 수 있으나, 함포는 다른 무장과 다르게 사격 후 오차를 보정할 수 없다. 따라서, 함선의 생존성을 향상시키기 위해서는 함포의 조준이 정확하게 이루어져야 한다. 이를 위해, 함포의 설치 시에, 그리고, 함선의 운용 중에 함포의 배열을 조정하는 작업을 수행한다.
종래에는 좌표를 알 수 있으면서 조종이 가능한 피실험체 예컨대 드론, 무인항공기, 선박 등을 공중 혹은 해상의 복수 위치에 배치하고, 이를 이용하여 함포의 배열을 조정하였다. 그런데 함포의 배열을 조정하기 위해서는 피실험체를 수 ㎞ 정도의 먼 거리에 배치해야 하기 때문에, 작업을 위해 넓은 공역 및 해역을 확보해야 하고, 작업 시 날씨의 영향을 고려해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래에는 360도 전방위에서 각 방위마다 함포의 고각을 다양하게 변경하면서 함포의 배열을 조정하였다. 이에, 배열 조정 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2031257 B1
본 발명은 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있는 함포 배열 조정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 함포 배열 조정 장치는, 수평선을 촬영할 수 있도록 함포의 시선 상에 배치될 수 있는 영상 획득기; 상기 영상 획득기에서 촬영된 영상을 처리하여 상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 처리기; 상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 생성기; 및 상기 보정값에 따라 상기 함포의 배열을 조정하는 조정기;를 포함한다.
상기 영상 획득기는 상기 함포의 포구에 탈착 가능하게 삽입될 수 있고, 상기 영상 획득기는 촬영중심이 상기 시선에 오차범위 내에서 일치될 수 있다.
상기 처리기에는 딥러닝을 기반으로 한 인공지능이 탑재되고, 상기 처리기는 상기 인공지능을 이용하여 상기 촬영된 영상으로부터 수평선을 식별하고, 식별된 수평선을 따라 상기 기준선을 생성할 수 있다.
상기 인공지능은 OpenCV(Open Source Computer Vision)를 포함할 수 있다.
상기 생성기는 상기 기준선과 상기 촬영된 영상의 중심점 사이의 고각의 크기를 보정값으로 생성할 수 있다.
상기 영상 획득기가 복수의 방위각마다 영상을 촬영할 수 있도록 상기 함포의 작동 및 상기 영상 획득기의 작동을 각기 제어하는 함포 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 처리기는 복수의 방위각마다 촬영된 영상별로 기준선을 생성하고, 상기 생성기는 상기 복수의 방위각마다 촬영된 영상별로 보정값을 생성할 수 있다.
상기 조정기는 복수의 방위각 및 복수개의 보정값을 기반으로 상기 함포의 롤각 및 피치각의 오차값을 구하고, 상기 오차값을 상기 함포가 탑재된 함선의 전투관리체계에 입력하여 사격제원을 보정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 함포 배열 조정 방법은, 함포의 시선 상에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정; 촬영된 영상을 처리하여 상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정; 상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정; 및 상기 보정값에 따라 상기 함포의 배열을 조정하는 과정;을 포함한다.
상기 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정은, 상기 함포의 포구에 영상 획득기를 삽입하는 과정; 오차범위 내에서 상기 영상 획득기의 촬영중심을 상기 시선에 일치시키는 과정; 상기 함포로 수평선을 지향하는 과정; 및 상기 영상 획득기로 상기 포구의 전방을 촬영하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 함포로 수평선을 지향하는 과정은, 해수면의 변화에 따라 상기 함포의 각도를 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정은, 딥러닝을 기반으로 한 OpenCV(Open Source Computer Vision)기법을 사용하여 상기 영상 내에서 수평선을 식별하는 과정; 및 식별된 수평선을 기초로 상기 기준선을 생성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 식별된 수평선을 기초로 기준선을 생성하는 과정은, 수평선이 식별된 영역에서는 식별된 수평선을 따라 기준선을 생성하고, 상기 영상 내에서 수평선이 식별된 영역과 동일 높이면서 수평선이 식별되지 않은 영역에서는 식별된 수평선이 연장된 방향으로 기준선을 생성할 수 있다.
상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정은, 상기 영상의 중심점을 인식하는 과정; 오차범위내에서 상기 영상에 생성된 기준선에 상기 중심점이 일치되도록 상기 함포의 고각을 조정하는 과정; 및 조정된 고각의 크기를 상기 보정값으로 생성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 함포의 방위각을 변화시키며 복수의 방위각마다, 상기 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정부터, 상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정까지를 반복하여 수행할 수 있다.
상기 함포의 배열을 조정하는 과정은, 복수의 방위각 및 복수개의 보정값을 기반으로 상기 함포의 롤각 및 피치각의 오차값을 구하는 과정; 및 상기 오차값을 상기 함포가 탑재된 함선의 전투관리체계에 입력하여 사격제원을 보정하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 함포의 시선 상에서 수평선을 촬영하여 생성되는 영상으로부터 수평선을 인식하여, 함포의 시선과 인식된 수평선이 반영된 보정값을 생성할 수 있고, 보정값에 따라 함포의 배열을 조정할 수 있다. 따라서, 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보정값을 생성하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있는 함포 배열 조정 장치 및 방법에 관한 것이다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치 및 방법을 실시간 영상처리 기술을 활용한 자동 함포 수평 배열 장치 및 방법이라고 지칭할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치 및 방법을 설명하기 전에, 먼저 본 발명의 실시 예가 적용되는 함선(1)에 대해 간단하게 설명한다.
함선(1)은 선체(10), 함포(20) 및 전투관리체계(30)를 포함한다(도 1 참조). 선체(1)는 해상에서 부상 및 항해 가능하도록 형성될 수 있다. 선체(1)에는 복수의 체계가 탑재될 수 있다. 복수의 체계는 항해체계, 무장체계, 센서체계, 전술통신체계, 전투관리체계(30) 등을 포함할 수 있다. 각 체계는 각각에 부여된 기능을 수행할 수 있도록 각종 전자 요소들 및 각종 기계 요소들을 포함할 수 있고, 각기 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 한편, 함포(20)는 무장체계에 포함될 수 있고, 전투관리체계(30)의 제어에 의해 작동될 수 있다.
함포(20)는 함선(1)의 건조 시 선체(10)에 탑재될 수 있다. 이때, 함포(20)에 설치오차가 발생할 수 있다. 예컨대 함포(20)의 탑재 시 함포(20)가 선체(10)에 정확하게 탑재되지 않을 수 있다. 이에, X축 방향 및 Y축 방향으로 함포(20)의 자세가 미세하게 기울어질 수 있고, Z축 방향으로 함포(20)의 높낮이가 미세하게 변할 수 있다. 따라서, 함포(20)의 배열이 틀어지게 되고 설치 오차가 발생할 수 있다. 또한, 함선(1)의 운용 시 함포(20)에 운용 오차가 발생할 수 있다. 예컨대 해류로부터 함선(1)에 장시간 가해지는 충격 및 진동에 의해 선체(10)가 미세하게 변형되고, 이로부터 함포(20)의 자세가 미세하게 기울어질 수 있고, 함포(20)의 높낮이가 미세하게 변할 수 있다. 따라서, 함포(20)의 배열이 틀어지게 되어 운용 오차가 발생할 수 있다. 이때, 전술한 자세 및 높이는 함포(20)의 기준면의 자세 및 높이일 수 있다. 예컨대 기준면은 함포(20)가 설치되는 선체(10)상의 소정의 면으로서, 함포(20)가 정확하게 설치되고 운용 오차가 발생되지 않은 상태에서 선체(10)의 갑판과 기하학적으로 평행한 관계를 가질 수 있다. 또한, 함포(20)는 기준면 상에서 기준면을 기준으로 고각 및 방위각을 조절하며 표적을 조준할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치(100)를 이용하여 함포(20)의 최초 설치 시 함포(20)의 배열을 조정하는 작업을 수행함으로써 함포(20)가 정확한 위치를 조준할 수 있도록 하여, 함포(20)의 사격 시 정확도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치(100)를 이용하여 함선(1)의 운용 중 소정 시점에 함포(20)의 배열을 조정하는 작업을 수행함으로써 함포(20)가 정확한 위치를 조준할 수 있도록 하여, 함포(20)의 사격 시 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치(100)는 영상 획득기(110), 처리기(130), 생성기(140) 및 조정기(150)를 포함한다. 또한, 함포 배열 조정 장치(100)는 함포 제어기(120)를 포함할 수 있다.
영상 획득기(110)는 함포(20)의 시선 상에서 함포(20)가 향하는 영역의 수평선을 촬영하는 역할을 한다. 따라서, 영상 획득기(110)는 수평선을 촬영할 수 있도록 함포(20)의 시선 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 영상 획득기(110)는 수십배의 배율로 함포(20)가 향하는 영역의 수평선을 촬영 가능한 소정의 영상 카메라의 일종일 수 있고, 함포(20)의 포구에 전장식으로 탈착 가능하게 삽입될 수 있고, 그 촬영중심이 함포(20)의 시선에 오차범위 내에서 일치될 수 있다. 이에, 영상 획득기(110)에서 촬영된 영상의 중심점이 촬영 시의 함포(20)의 시선이 될 수 있다. 한편, 촬영된 영상의 중심점은 촬영된 영상의 프레임의 중심점을 지칭할 수 있다.
또한, 영상 획득기(110)는 처리기(130)와 유선 통신 방식 및 무선 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 통신 방식으로 연결될 수 있고, 촬영한 영상을 처리기(130)로 송신할 수 있다. 또한, 영상 획득기(110)가 촬영한 영상은 가시광 영상, 열 영상, 복합 영상 등 그 종류가 다양할 수 있다. 또한, 영상 획득기(110)가 촬영한 영상의 형식은 예컨대 동영상의 형식일 수 있다. 한편, 촬영된 영상을 수평선 영상이라고 지칭할 수도 있다. 여기서, 수평선 영상은 영상의 프레임 내의 소정의 위치에 수평선이 존재하는 영상을 의미할 수 있다.
함포 제어기(120)는 영상 획득기(110)가 복수의 방위각마다 함포(20)가 향하는 영역의 수평선 영상을 촬영할 수 있도록 함포(20)의 작동 및 영상 획득기(110)의 작동을 각기 제어하는 역할을 한다. 함포 제어기(120)는 전투관리체계(30)에 탑재될 수도 있고, 별도의 컴퓨팅 장치로 마련되고 선체(10)에 배치되어 영상 획득기(110) 및 전투관리체계(30)와 연결될 수도 있다. 함포 제어기(120)는 전투관리체계(30)를 통하여 함포(20)의 방위각을 조정할 수 있고, 조정된 방위각에서 함포(20)의 시선이 수평선을 지향하도록 함포(20)의 고각을 조정할 수 있다. 이때, 함포(20)는 설치 오차 및 운용 오차 중 적어도 하나의 오차를 가질 수 있다. 이에, 함포(20)가 지향하는 위치가 수평선에서 벗어나게 되어, 함포(20)의 시선(즉, 지향하는 위치)과 실제 수평선 사이에는 오차가 있을 수 있다. 한편, 함포 제어기(120)는 함포(20)의 방위각마다 고각의 조정이 완료되면 영상 획득기(110)를 작동시킬 수 있다. 이에, 영상 획득기(110)가 복수의 방위각마다 수평선 영상을 촬영할 수 있다.
처리기(130)는 영상 획득기(110)로부터 획득되는 수평선 영상을 처리하는 역할을 한다. 이를 위해, 처리기(130)는 수평선 영상을 처리하여 수평선 영상의 프레임 내에 기준선을 생성할 수 있고, 기준선이 생선된 수평선 영상을 생성기(140)로 송신할 수 있다. 처리기(130)는 전투관리체계(30)에 탑재될 수도 있고, 별도의 컴퓨팅 장치로 마련되어 영상 획득기(110) 및 생성기(140)와 연결될 수도 있다. 처리기(130)는 딥러닝을 기반으로 한 인공지능을 탑재할 수 있다. 이에, 처리기(130)는 인공지능을 이용하여 촬영된 수평선 영상으로부터 수평선을 식별하고, 식별된 수평선을 따라 수평선 영상의 프레임 내에 기준선을 생성할 수 있다. 이때, 인공지능은 OpenCV(Open Source Computer Vision)를 포함할 수 있다. 이에, 처리기(130)는 수평선 영상의 프레임 내에 수평선이 일부라도 촬영되는 경우, OpenCV를 이용하여 정확하게 수평선을 인식할 수 있고, 수평선 영상의 프레임 내의 정확한 위치에 기준선을 생성할 수 있다. 한편, 처리기(130)는 복수의 방위각마다 촬영된 수평선 영상별로 기준선을 생성할 수 있다. 이때, 촬영된 수평선 영상별로 생성된 기준선의 프레임 내 위치는 촬영된 수평선 영상마다 상이할 수 있다.
생성기(140)는 기준선이 생성된 수평선 영상을 입력받아서, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 역할과, 생성된 보정값을 조정기(150)로 송신하는 역할을 한다. 이때, 생성기(140)는 전투관리체계(30)에 탑재될 수도 있고, 별도의 컴퓨팅 장치로 마련되어 처리기(130) 및 조정기(150)와 연결될 수도 있다. 생성기(140)는 기준선이 생성된 수평선 영상별로, 생성된 기준선과 촬영된 수평선 영상의 중심점 사이의 고각의 크기를 보정값으로 생성할 수 있다. 여기서, 기준선과 중심점 사이의 고각이라고 함은, 중심점이 기준선에 오차범위 내에서 일치되도록 하는 함포(20)의 고각을 의미하며, 예컨대 밀리라디안의 단위를 가질 수 있다. 또한, 오차범위 내에서 일치된다는 것은, 기준선이 형성된 픽셀 영역에 중심점을 이루는 픽셀 영역이 일부라도 일치하는 것을 의미한다.
즉, 함포(20)가 수평선을 지향하도록 고각이 조정된 상태(제1고각)에서 함포(20)의 시선 상에서 영상 획득기(110)로 함포(20)의 전방을 촬영하면, 함포(20)가 가진 설치 오차 및 운용 오차 중 적어도 하나의 오차에 의해, 촬영된 영상의 중심점에 수평선이 놓이지 않을 수 있고, 수평선을 인식함으로써 생성된 기준선이 촬영된 영상의 중심점에서 벗어날 수 있다.
그런데 함포(20)의 고각을 미세하게 조정한 후 조정된 고각(제2고각)에서 함포(20)의 전방을 촬영하면 촬영된 영상의 중심점에 수평선이 놓일 수 있고, 수평선을 인식함으로써 생성된 기준선이 촬영된 영상의 중심점에 놓일 수 있다. 이때 조정되는 함포(20)의 고각의 크기, 즉, 제1고각과 제2고각의 차이가 전술한 보정값을 의미할 수 있다.
또한, 보정값은 함포(20)의 재원과 영상 획득기(110)의 성능을 기반으로 소정의 소프트웨어에 의해 계산되어 구해질 수도 있고, 실시간으로 수평선 영상으로부터 기준선을 생성하면서 함포(20)의 고각을 조정하여 기준선이 수평선 영상의 중심점에 일치되면, 함포(20)가 수평선을 지향하도록 고각이 조정된 시점부터 기준선이 수평선 영상의 중심점에 일치되는 시점까지 함포(20)의 고각의 조정된 크기를 함포 제어기(120) 또는 전투관리체계(30)로부터 요청하여 획득할 수 있다. 한편, 생성기(140)는 복수의 방위각마다 촬영된 영상별로 보정값을 생성할 수 있다.
조정기(150)는 생성기(140)로부터 보정값을 입력받는 역할과, 보정값에 따라 함포(20)의 배열을 조정하는 역할을 한다. 조정기(150)는 전투관리체계(30)에 탑재될 수도 있고, 별도의 컴퓨팅 장치로 마련되어 생성기(140) 및 전투관리체계(30)와 연결될 수도 있다. 조정기(150)는 복수의 방위각 및 복수개의 보정값을 기반으로 함포(20)의 롤각 및 피치각의 오차값을 구하고, 오차값을 전투관리체계(30)에 입력하여 함포(20)의 사격제원을 보정함으로써, 함포(20)의 배열을 조정할 수 있다.
예컨대 함포(20)가 가지는 전술한 설치 오차 및 운용 오차 중 적어도 하나의 오차에 의해, 함포(20)의 고각 및 방위각 회전의 기준이 되는 기준면은, 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면에 평행하게 놓이는 대신, 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면과 소정의 기하학적 관계를 가지게 된다. 따라서, 복수의 방위각 및 복수개의 보정값은 방위각이 변하는 방향으로(즉, 방위각을 가로 축으로 하여) 예컨대 사인함수, 코사인함수 등과 같이 주기적인 성질을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 방위각 및 복수개의 보정값으로부터 소정의 다항식 곡선 식을 구할 수 있다. 이때, 방위각의 세 위치에서의 보정값을 알면 소정의 데이터 피팅 기법을 사용하여 예컨대 주기함수 혹은 삼각함수의 형태로 소정의 다항식 곡선 식을 구할 수 있다.
또한, 소정의 다항식 곡선 식을 구하면 이로부터 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면에 대한 함포(20)의 기준면의 X축 방향으로의 틸팅 정도와 Y축 방향으로의 틸팅 정도를 구할 수 있다. 구체적으로 다항식 곡선 식으로부터 방위각을 기준으로 0도에서의 보정값과, 180도에서의 보정값을 구하고, 이들로부터 함포(20)의 기준면이 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면과 이루는 피치각(P)을 알 수 있다. 마찬가지로, 다항식 곡선 식으로부터 방위각을 기준으로 90도에서의 보정값과, 270도에서의 보정값을 구하고, 이들로부터 함포(20)의 기준면이 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면과 이루는 롤각(R)을 알 수 있다. 이로부터 함포(20)의 롤각(R) 및 피치각(P)의 오차값을 구할 수 있고, 오차값을 전투관리체계(30)에 입력하여 함포(20)의 사격제원을 보정함으로써, 함포(20)를 재설치하거나 수리하지 않아도 함포(20)의 배열을 조정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 함선(1)을 항구에 정박한 상태이거나 함선(1)이 타 함선과 함께 선단을 이루고 있는 상태에서는, 항구 시설, 타 함선의 존재 등의 이유로 함선(1)의 방위각 90도 및 270도에 함포(20)를 조준하기 어려울 수 있다. 또한, 함선(1)의 함교와 함포(20) 간의 위치 관계에 따라 함선(1)의 방위각 0도 또는 180도에 함포(20)를 조준하기 어려울 수 있다. 이러한 상황에서, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 장치(100)는, 함선(1)의 방위각 상 선택되는 임의의 3 지점에서 수평선 영상을 촬영하고, 이로부터 함포(20)의 배열을 조정하기 위한 함포(20)의 롤각(R) 및 피치각(P)의 오차값을 구할 수 있다. 따라서, 공간상의 제약을 받지 않고, 수평선이 촬영된 영상을 이용하여 간단하면서도 정밀하게 함포의 배열을 조정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 방법의 순서도이다. 또한, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시 예에 따른 보정값을 생성하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 방법을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 함포 배열 조정 방법은, 함포(20)의 시선 상에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정(S110), 촬영된 영상을 처리하여 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정(S120), 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정(S130), 및 보정값에 따라 함포(20)의 배열을 조정하는 과정(S140)을 포함한다.
함포(20)의 시선 상에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정(S110)을 수행한다. 이를 위해, 함포(20)의 포구에 영상 획득기(110)를 삽입할 수 있다. 이때, 영상 획득기(110)의 촬영 방향이 함포(20)의 포구 전방을 향하도록 하여 함포(20)의 포구에 영상 획득기(110)를 삽입할 수 있다. 또한, 포구의 내주면 혹은 외주면에 영상 획득기(110)를 지지시켜 영상 획득기(110)의 중심을 포구의 중심에 오차범위 내에서 일치시키고, 이로부터 오차범위 내에서 영상 획득기(110)의 촬영중심을 함포(20)의 시선에 일치시킬 수 있다. 이후, 함포 제어기(120)를 이용하여 함포(20)의 고각과 방위각을 조정하여 제1방위 각도에서 함포(20)로 수평선을 지향할 수 있다. 이때, 파도 등에 의한 해수면의 변화에 따라 함선(1)의 자세가 변할 수도 있다. 이때, 해수면의 변화에 따라 함포(20)의 고각의 각도를 조절함으로써, 함포(20)로 수평선을 안정적으로 지향할 수 있다. 또한, 함포 제어기(120)로 영상 획득기(110)를 작동시켜, 영상 획득기(110)로 함포(20)의 포구의 전방을 촬영할 수 있다. 이때, 예컨대 40배의 배율로 제1방위 각도에서 함포(20)의 포구의 전방을 촬영하여 수평면 영상을 촬영할 수 있다. 물론, 전술한 촬영 배율은 실시 예를 설명하기 위한 일 예시로서, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
이후, 촬영된 영상을 처리하여 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정(S120)을 수행한다. 즉, 처리기(130)는 영상 획득기(110)로부터 제1방위 각도에서의 함포(20)의 포구 전방의 수평선 영상을 송신받을 수 있다. 또한, 처리기(130)는 딥러닝을 기반으로 한 OpenCV(Open Source Computer Vision)기법을 사용하여 수평선 영상 내에서 수평선을 식별할 수 있고, 식별된 수평선을 기초로 기준선을 생성할 수 있다. 이때, 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 수평선 영상에서 식별된 수평선을 기초로 수평선 영상의 프레임 내에 기준선을 생성할 때, 수평선이 식별된 영역(제1영역)에서는 식별된 수평선을 따라 기준선을 생성하고, 예컨대 타 함선에 의해, 수평선 영상 내에서 수평선이 식별된 영역과 동일 높이면서 수평선이 식별되지 않은 영역(이를테면 타 함선, 섬 등에 가려진 제2영역)에서는, 제1영역에서 식별된 수평선이 연장된 방향으로, 제1영역의 기준선과 연결되도록 제2영역에 기준선을 생성할 수 있다. 이에, 수평선 영상의 중심점의 부근에 타 함선, 섬 등 장애물이 위치하더라도 기준선이 정확한 높이로 생성될 수 있다. 여기서 높이는 수평선 영상의 프레임의 하단 가로축으로부터의 높이를 의미한다.
또한, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정(S130)을 수행한다. 이를 위해, 도 4의 (a) 내지 (d)에 예시적으로 도시된 바와 같이, 생성기(140)는 처리기(130)로부터 기준선이 생성된 수평선 영상을 입력받을 수 있고, 기준선이 생성된 수평선 영상의 중심점을 인식할 수 있고, 오차범위 내에서, 수평선 영상에 생성된 기준선에 해당 수평선 영상의 중심점이 일치되도록 함포의 고각을 조정할 수 있고, 조정된 고각의 크기를 보정값(X)으로 생성할 수 있다. 이때, 고각을 조정하는 동안, 영상 획득기(110)는 계속하여 수평선 영상을 촬영하고, 처리기(130)는 계속하여 촬영되는 수평선 영상에서 계속하여 수평선을 식별하여 계속하여 기준선을 생성할 수 있다. 물론, 생성기(140)는 소정의 소프트웨어를 사용하여 처리기(130)로부터 기준선이 생성된 수평선 영상을 분석하여 수평선 영상에 생성된 기준선에 해당 수평선 영상의 중심점이 일치되도록 하는 함포(20)의 고각의 조정할 크기를 계산하여 이를 보정값으로 생성할 수도 있다.
이러한 과정으로 제1방위 각도에서 보정값이 구해지면, 함포(20)의 방위각을 변화시키며 복수의 방위각마다, 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정부터, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정까지를 반복할 수 있다. 구체적으로 제1방위 각도와 다른 제2방위 각도에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정부터, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정을 반복하고, 제1방위 각도 및 제2방위 각도와 다른 제3방위 각도에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정부터, 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정을 반복할 수 있다. 이때, 제2방위 각도와 제3방위 각도에서는 함포(20)의 포구에 영상 획득기(110)를 삽입하는 과정과 오차범위 내에서 영상 획득기(110)의 촬영중심을 함포(20)의 시선에 일치시키는 과정은 생략하고, 함포(20)로 수평선을 지향하는 과정부터 반복할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 복수의 방위각 구체적으로 3 지점의 방위각에서 각각 보정값을 구할 수 있다.
이후, 보정값에 따라 함포(20)의 배열을 조정하는 과정(S140)을 수행한다. 이를 위해, 조정기(150)는 생성기(140)로부터 복수의 방위각 및 복수개의 보정값 예컨대 3 개의 방위각 및 이에 매칭되는 3 개의 보정값을 입력받을 수 있다. 또한, 조정기(150)는 소정의 데이터 피팅 기법을 사용하여 복수의 방위각 및 복수개의 보정값으로부터 소정의 다항식 곡선 식을 구할 수 있다. 또한, 조정기(150)는 다항식 곡선 식으로부터, 함선(1)의 방위각을 기준으로 90도에서의 보정값과, 270도에서의 보정값을 구하고, 이로부터 함포(20)의 기준면이 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면과 이루는 롤각(R)을 구하고, 구해진 롤각(R)을 함포(20)의 롤각(R)의 오차값으로 구할 수 있다. 또한, 조정기(150)는 다항식 곡선 식으로부터, 함선(1)의 방위각을 기준으로 0도에서의 보정값과, 180도에서의 보정값을 구하고, 이로부터 함포(20)의 기준면이 선체(10)의 갑판 혹은 기준 해수면과 이루는 피치각(P)을 구하고, 이를 함포(20)의 피치각(P)의 오차값으로 구할 수 있다. 또한, 조정기(150)는 함포(20)의 롤각(R) 및 피치각(P)의 오차값을 함선(1)의 전투관리체계(30)에 입력하여 함포(20)의 사격제원을 보정함으로써, 함포(20)의 배열을 조정할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1: 함선 10: 선체
20: 함포 30: 전투관리체계
100: 함포 배열 조정 장치 110: 영상 획득기
120: 함포 제어기 130: 처리기
140: 생성기 150: 조정기

Claims (16)

  1. 수평선을 촬영할 수 있도록 함포의 시선 상에 배치될 수 있는 영상 획득기;
    상기 영상 획득기에서 촬영된 영상을 처리하여 상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 처리기;
    상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 생성기;
    상기 보정값에 따라 상기 함포의 배열을 조정하는 조정기; 및
    상기 영상 획득기가 복수의 방위각마다 영상을 촬영할 수 있도록 상기 함포의 작동 및 상기 영상 획득기의 작동을 각기 제어하는 함포 제어기;를 포함하는 함포 배열 조정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상 획득기는 상기 함포의 포구에 탈착 가능하게 삽입될 수 있고,
    상기 영상 획득기는 촬영중심이 상기 시선에 오차범위 내에서 일치되는 함포 배열 조정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리기에는 딥러닝을 기반으로 한 인공지능이 탑재되고,
    상기 처리기는 상기 인공지능을 이용하여 상기 촬영된 영상으로부터 수평선을 식별하고, 식별된 수평선을 따라 상기 기준선을 생성하는 함포 배열 조정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 인공지능은 OpenCV(Open Source Computer Vision)를 포함하는 함포 배열 조정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성기는 상기 기준선과 상기 촬영된 영상의 중심점 사이의 고각의 크기를 보정값으로 생성하는 함포 배열 조정 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 처리기는 복수의 방위각마다 촬영된 영상별로 기준선을 생성하고,
    상기 생성기는 상기 복수의 방위각마다 촬영된 영상별로 보정값을 생성하는 함포 배열 조정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조정기는 복수의 방위각 및 복수개의 보정값을 기반으로 상기 함포의 롤각 및 피치각의 오차값을 구하고, 상기 오차값을 상기 함포가 탑재된 함선의 전투관리체계에 입력하여 사격제원을 보정하는 함포 배열 조정 장치.
  9. 함포의 시선 상에서 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정;
    촬영된 영상을 처리하여 상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정;
    상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정; 및
    상기 보정값에 따라 상기 함포의 배열을 조정하는 과정;을 포함하고,
    상기 함포의 방위각을 변화시키며 복수의 방위각마다, 상기 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정부터, 상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정까지를 반복하여 수행하는 함포 배열 조정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 수평선이 포함된 촬영 영역의 영상을 촬영하는 과정은,
    상기 함포의 포구에 영상 획득기를 삽입하는 과정;
    오차범위 내에서 상기 영상 획득기의 촬영중심을 상기 시선에 일치시키는 과정;
    상기 함포로 수평선을 지향하는 과정; 및
    상기 영상 획득기로 상기 포구의 전방을 촬영하는 과정;을 포함하는 함포 배열 조정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 함포로 수평선을 지향하는 과정은,
    해수면의 변화에 따라 상기 함포의 각도를 조절하는 과정;을 포함하는 함포 배열 조정 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 촬영된 영상 내에 기준선을 생성하는 과정은,
    딥러닝을 기반으로 한 OpenCV(Open Source Computer Vision)기법을 사용하여 상기 영상 내에서 수평선을 식별하는 과정; 및
    식별된 수평선을 기초로 상기 기준선을 생성하는 과정;을 포함하는 함포 배열 조정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 식별된 수평선을 기초로 기준선을 생성하는 과정은,
    수평선이 식별된 영역에서는 식별된 수평선을 따라 기준선을 생성하고, 상기 영상 내에서 수평선이 식별된 영역과 동일 높이면서 수평선이 식별되지 않은 영역에서는 식별된 수평선이 연장된 방향으로 기준선을 생성하는 함포 배열 조정 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 기준선을 이용하여 보정값을 생성하는 과정은,
    상기 영상의 중심점을 인식하는 과정;
    오차범위내에서 상기 영상에 생성된 기준선에 상기 중심점이 일치되도록 상기 함포의 고각을 조정하는 과정; 및
    조정된 고각의 크기를 상기 보정값으로 생성하는 과정;을 포함하는 함포 배열 조정 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 함포의 배열을 조정하는 과정은,
    복수의 방위각 및 복수개의 보정값을 기반으로 상기 함포의 롤각 및 피치각의 오차값을 구하는 과정; 및
    상기 오차값을 상기 함포가 탑재된 함선의 전투관리체계에 입력하여 사격제원을 보정하는 과정;을 포함하는 함포 배열 조정 방법.
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