KR20040016507A - 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치 및 시선제어방법 - Google Patents

좌표지향모드를 이용한 영상감지장치 및 시선제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치 및 시선제어방법에 관한 것으로, 레이더 및 비행체 자세정보공급장치를 구비하는 비행체에서 영상센서의 시선을 제어하는 영상감지장치를 제어하는 방법에 있어서, (a) 목표물에 대한 방위각 정보 및 고각 정보를 레이더로부터 수신하고 비행체 자세정보공급장치로부터 비행체에 대한 헤딩정보, 피칭정보 및 롤링정보를 수신하는 단계; (b) 정보들에 따라서 목표물에 대한 방위각 위치제어명령 및 고저각 위치제어명령을 산출하여 영상센서의 목표물에 대한 시선을 제어하는 단계를 포함하므로, 목표물에 대한 방위각과 고각의 위치명령신호에 비행체의 자세정보 중에서 피치정보 및 롤정보가 포함되어 보다 정확하고 신뢰성 있는 영상센서의 시선을 제어할 수 있다.

Description

좌표지향모드를 이용한 영상감지장치 및 시선제어방법 {Electro- Optical tracking system and method for controlling the line of vision using way-pointing mode}
본 발명은 비행체에 탑재된 영상감지장치에 관한 것으로, 특히 비행체에 탑재되어 주야간으로 영상획득을 하기 위해서 비행체내에 탑재된 레이더 및 운용자와연동되어 영상센서의 시선을 이동시키는 좌표지향모드를 가진 영상감지장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 비행체에 탑재된 영상감지장치에 대한 좌표지향모드 알고리즘에서는 방위각에 대한 보상이 간략화되어 있고 그 관계식은 아래의 수학식1과 같다.
여기서,,및은 각각 목표물(target)의 방위각(bearing to target), 고각(elevation angle) 및 롤방위각을 나타내고,및은 각각 보상 방위각, 보상고각 및 보상 롤방위각을 나타내고,및은 비행체의 자세를 나타내는 각도정보들로써 각각 비행체의 요(yaw)정보, 피치(pitch)정보 및 롤(roll)정보를 나타낸다. 그리고및은 서보제어기에 제공되는 방위각 및 고각의 위치 명령을 나타낸다.
수학식1에서, 보상방위각은이므로 단지 비행체의 요잉(yawing) 정보에만 관계되고 비행체의 피치 및 롤의 자세 변화에 대한 항(term)이 없으므로 정확한 보상방위각이 도출되지 않는다. 또한, 보상고각은이므로 비행체의 요잉(yawing)정보가 없다. 보상 롤각은이므로 비행체의 요잉(yawing)정보가 없다. 그러므로 영상감지장치의 시선을 목표물로 움직일 때 신뢰성을 가지는 정보를 제공하지 못한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점들을 해결하기 위해서 좌표변환법을 사용하여 좌표에 대한 정확한 방위각 및 고각 정보를 도출하여 좌표지향모드에 대한 신뢰성을 향상시킨 영상감지장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치에 대한 블록도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법에 대한 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 비행체를 기준으로 한 영상감지장치의 방위각() 및 고각()을 나타내는 도면이다.
도 4는 비행체에 적용되는 좌표계를 나타내고, X축, Y축 Z축은 각각 비행체의 피치(pitch)에 대한 축, 비행체의 롤(roll)에 대한 축 및 비행체의 요(yaw)에 대한 축을 나타낸다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치는, 비행체내의 레이더로부터 목표물의 위치정보를 수신하고 상기 비행체내의 비행체 자세정보공급장치로부터 상기 비행체의 위치정보를 수신하는 정보입력부;상기 정보입력부로부터 정보들을 전달받아 상기 목표물에 대한 위치제어명령신호를 발생하는 정보분석부;상기 위치제어명령신호에 따라서 영상센서의 시선을 상기 목표물로 지향하도록 상기 영상센서의 시선각도을 조절하는 제어부를 포함한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법은, 레이더 및 비행체 자세정보공급장치를 구비하는 비행체에서 영상센서의 시선을 제어하는 영상감지장치를 제어하는 방법에 있어서, (a) 목표물에 대한 방위각 정보 및 고각 정보를 상기 레이더로부터 수신하고 상기 비행체 자세정보공급장치로부터 상기 비행체에 대한 헤딩정보, 피칭정보 및 롤링정보를 수신하는 단계;(b) 상기 정보들에 따라서 목표물에 대한 방위각 위치제어명령 및 고저각 위치제어명령을 산출하여 상기 영상센서의 목표물에 대한 시선을 제어하는 단계를 포함한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
죄표지향모드는 비행체의 레이더와 연동하여 영상감지장치의 시선을 좌표 또는 목표물과 일치시키는 것으로, 일반적으로 좌표지향모드를 구현하기 위해서 비행체의 헤딩(heading) 또는 요잉(yawing)정보, 비행체의 피칭(pitching) 정보, 비행체의 롤링(rolling)정보, 비행체의 고도(altitude), 표적의 방위각(bearing to target) 및 표적까지의 수평거리(distance to target)가 필요하다. 그리고 비행체의 고도, 표적의 방위각, 표적까지의 수평거리에 대한 정보로부터 비행체를 기준으로 하는 방위각 및 고각 정보를 산출할 수 있어 영상감지장치에 대한 시선을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치에 대한 블록도를 나타내는 도면이다. 영상감지장치는 비행체, 예를 들면 헬기등의 전면부에 탑재되어 목표물에 대한 주야간 영상 획득하여 항행보조 기능을 하기 위한 장비이다.
모드선택부(110)는 비행체의 운용자가 일반모드버튼 또는 좌표지향모드 버튼을 선택하면 그에 따라서 모드를 변환하게 된다. 여기서, 일반모드는 비행체 내의 레이더 및 비행체 자세정보공급장치(예를 들면, 싱크로)로부터 각각 목표물에 대한 위치정보 및 비행체의 위치정보를 입력받지 않고 운용자의 조정에 따라서 영상센서의 시선을 조절하는 모드이다.
좌표지향모드가 선택되면, 정보입력부(120)는 레이더(160)로부터 목표물에 대한 방위각 정보 및 고각정보를 입력받고 비행체 자세정보공급장치(170)로부터 비행체에 대한 헤딩정보(yawing 정보), 피치정보 및 롤링정보를 입력받는다. 정보분석부에서는 입력받은 정보들로부터 영상센서의 위치제어명령을 발생하여 출력하면, 제어부(140)는 위치제어명령(목표물에 대한 방위각 제어명령 및 고각제어명령)에 따라서 영상센서부(150)의 시선을 목표물로 지향되도록 조절한다.
도 2는 본 발명에 따른 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법에 대한 흐름을 나타내는 도면이다.
비행체를 조정하는 운용자에 의해서 좌표지향모드의 버튼이 선택되면, 모드선택부(110)는 영상감지장치(100)의 모드를 좌표지향모드로 변환한다(210단계).좌표지향모드에서는 레이더(160)로부터 목표물에 대한 위치정보 비행체 자세정보공급장치(170)로부터 비행체에 대한 위치정보를 수신받아 영상세서의 시선을 목표물로 지향하게 된다. 정보입력부(120)는 비행체 내의 레이더(160)로부터 목표물에 대한 방위각 정보 및 고각정보를 수신하고 비행체 자세정보공급장치(170)로부터 비행체에 대한 헤딩정보, 피칭정보 및 롤링정보를 수신한다(220단계).
정보분석부(130)는 정보입력부(120)에서 수신한 정보들을 가지고 아래와 같은 수학식들에 의해서 분석(230단계)하여 목표물에 대한 방위각 위치제어명령 및 고각 위치제어명령을 발생하게 된다(240단계).
도 3a 및 도 3b는 각각 비행체를 기준으로 한 영상감지장치의 방위각() 및고각()을 나타내는 도면이다.
방위각은 비행체(310)의 진행방향에 대해서 목표물(320)까지의 각도를 나타낸다. 비행체를 기준으로 하는 영상감지장치의 고각()은 비행체의 고도 및 표적물까지의 수평거리로부터 수학식2와 같이 구해진다.
도 4는 비행체(310)에 적용되는 좌표계를 나타내고, X축, Y축 Z축은 각각 비행체의 피치(pitch)에 대한 축, 비행체의 롤(roll)에 대한 축 및 비행체의 요(yaw)에 대한 축을 나타낸다. 좌표원점에서 목표물(320)까지의 각도벡터는로 나타낸다.
비행체(310)의 비행축에 고정된 좌표계를 비행체의 피치(X축)에 대해서 임의의각 δ만큼 회전하였을 때의 좌표변환의 오일러방정식(euler equation)은 수학식3과 같다.
비행체(310)의 비행축에 고정된 좌표계를 비행체의 롤(Y축)에 대해서 임의의각 δ만큼 회전하였을 때의 좌표변환의 오일러방정식(euler equation)은 수학식4와 같다.
비행체(310)의 비행축에 고정된 좌표계를 비행체의 요(yaw,Z축)에 대해서 임의의 각 δ만큼 회전하였을 때의 좌표변환의 오일러방정식(euler equation)은 수학식5와 같다.
또한, 목표물(320)에 대한 각도벡터()의 일반식은 수학식6과 같다. 여기서는 각도벡터의 일반적인 표현을 나타내는 것으로 정의한다.
여기서,,및는 각각 목표물(320)에 대한 각도벡터에 대한 X축의 성분, Y축의 성분 및 Z축의 성분을 나타내고,및는 각각 X축, Y축 및 Z축에 대한 단위벡터를 나타낸다.
수학식6에 도 1에서 구해진 방위각 및 고각정보를 대입하면, 수학식7과 같은 각도벡터가 구해진다.
비행축에 고정된 좌표계를 Z축(요,yaw)에 대해서만큼 회전하였을 때 회전좌표계의 첨자를 요(yaw)라고 하고 그 때의 각도벡터는 수학식8과 같다.
만큼 회전한 좌표계를 X축(pitch)에 대해서만큼 회전하였을 때의 회전좌표계의 첨자를 pitch라 하고 그 때의 각도벡터는 수학식9와 같다.
만큼 회전한 좌표계를 Y축에 대해서만큼 회전하였을 때의 회전좌표계의 첨자를 roll이라고 하고 그 때의 각도벡터는 수학식10과 같다.
상기에서 구해진 수학식들 중에서 수학식8에 수학식7을 대입하면, 수학식11과 같은 결과를 얻게 된다.
여기서, 첨자 yaw_X, yaw_Y 및 yaw_Z는 비행축에 고정된 좌표계를 Z축에 대해서만큼 회전하였을 때 각각 목표물에 대한 X축에 대한 각도정보, Y축에 대한 각도정보 및 Z축에 대한 각도정보를 나타낸다.
영상감지장치(100)의 서버구동축은 X축 및 Z축, 즉 방위각 및 고각에 대해서만 자유도를 가지므로이다.
수학식9에 수학식11을 대입하면, 수학식12의 결과가 구해진다.
여기서, 첨자 pitch_X, pitch_Y 및 pitch_Z는 비행축에 고정된 좌표계를 X축에 대해서만큼 회전하였을 때 각각 목표물에 대한 X축에 대한 각도정보, Y축에 대한 각도정보 및 Z축에 대한 각도정보를 나타낸다. 그리고, 방위각 및 고각에 대한 자유도만을 고려하면이 된다.
수학식10에 수학식12를 대입하면, 수학식13과 같은 결과가 구해진다.
여기서, 첨자 roll_X, roll_Y 및 roll_Z는 비행축에 고정된 좌표계를 Y축에 대해서만큼 회전하였을 때 각각 목표물에 대한 X축에 대한 각도정보, Y축에 대한 각도정보 및 Z축에 대한 각도정보를 나타낸다.
수학식12는 비행체의 자세정보가 결합된 일반화된 식이 되므로 좌표 또는 목적물에 대한 정보를 바탕으로 적용한 후 그 결과값을 영상감지장치(100)의 제어부(140)로 공급한다.
제어부(140)에 공급되는 목표물에 대한 방위각 위치명령제어신호() 및 고각 위치명령 제어신호()는 수학식14와 같다.
수학식14와 같은 정보를 입력받은 제어부(140)는 서보모터(도면에 미도시)를 제어하여 영상센서부(150)의 카메라 시선을 목표물로 지향하도록 한다(250단계).
영상감지장치(100)를 죄표지향모드로 동작하면 영상센서의 시선을 목표물의 정보 및 비행체의 정보에 따라서 제어할 수 있기에 신뢰성있는 제어를 할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비행체의 자세 정보 중에서 피치(pitch) 및 롤(roll)성분이 방위각 위치명령에 포함되어 있으므로 보다 정확한 값을 산출 가능하다. 또한 고각 위치 명령에 대해서도 요(yaw)축에 대한 성분이 포함되어 있으므로 보다 정확한 값을 산출 가능하다. 결국 본 발명의 알고리즘을 좌표지향모드(waypoint mode)에 적용하게 되면 보다 정확한 위치를 지향하므로 영상감지장치 운영모드의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 비행체내의 레이더로부터 목표물의 위치정보를 수신하고 상기 비행체내의 비행체 자세정보공급장치로부터 상기 비행체의 위치정보를 수신하는 정보입력부;
    상기 정보입력부로부터 정보들을 전달받아 상기 목표물에 대한 위치제어명령신호를 발생하는 정보분석부; 및
    상기 위치제어명령신호에 따라서 영상센서의 시선을 상기 목표물로 지향하도록 상기 영상센서의 시선각도을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영상감지장치에서 상기 레이더 및 비행체 자세정보공급장치로부터 정보를 받아 상기 영상센서의 시선을 제어하는 좌표지향모드를 선택하는 모드선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표지향모드를 이용한 영상감지장치.
  3. 레이더 및 비행체 자세정보공급장치를 구비하는 비행체에서 영상센서의 시선을 제어하는 영상감지장치를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 목표물에 대한 방위각 정보 및 고각 정보를 상기 레이더로부터 수신하고 상기 비행체 자세정보공급장치로부터 상기 비행체에 대한 헤딩정보, 피칭정보 및 롤링정보를 수신하는 단계; 및
    (b) 상기 정보들에 따라서 목표물에 대한 방위각 위치제어명령 및 고저각 위치제어명령을 산출하여 상기 영상센서의 목표물에 대한 시선을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (a)단계 이전에 상기 영상감지장치에서 상기 레이더 및 비행체 자세정보공급장치로부터 정보를 받아 상기 영상센서의 시선을 제어하는 좌표지향모드를선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 (b)단계는
    아래의 수학식과 같은 목표물에 대한 방위각 위치제어명령 및 고저각 위치제어명령으로 상기 영상센서의 시선을 제어하고
    [수학식]
    ,
    여기서,,,,,,및는 각각 방위각 위치명령제어신호, 고각 위치명령제어신호, 비행체의 비행축에 고정된 좌표계를 요(yaw)축에 대해서 회전한 각도, 요(yaw)축에 대해서 회전한 상태에서 상기 좌표계를 피치축에 대해서 회전한 각도, 피치축에 대해서 회전한 상태에 있는 상기 좌표계를 롤축에 대해서 회전한 각도, 상기 레이더에서 수신한 방위각 및 고각을 나타내는 것을 특징으로 하는 좌표지향모드를 이용한 시선제어방법.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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