KR20120082728A - 공중추적영상촬영을 위한 무인헬리콥터 탑재 카메라 짐벌의 시선각 연동 장치 - Google Patents

공중추적영상촬영을 위한 무인헬리콥터 탑재 카메라 짐벌의 시선각 연동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인헬리콥터를 사용하여 공중영상 촬영시 자주 요구되는 고속이동 물체의 추적영상 촬영시 공중촬영용 짐벌에 탑재된 카메라가 촬영 대상물을 추적하면서 공중촬영이 가능하도록 대상체의 자세변화에 카메라 짐벌의 자세각도를 연동할 수 있게 할 수 있도록 하는 시선각 연동장치에 관한 것이다. 본 발명의 시선각 연동장치는, 촬영 대상물의 자세와 위치 정보를 실시간으로 센싱하고, 이를 무인헬리콥터에 탑재된 자세와 위치정보에 따른 카메라 시선을 대상물을 흔들림 없이 추적촬영할 수 있는 각도로 제어할 수 있다.

Description

공중추적영상촬영을 위한 무인헬리콥터 탑재 카메라 짐벌의 시선각 연동 장치{A LINE OF SIGHT INTERLOCKER OF AIRBORNE CAMERA GIMBAL FOR AERIAL CHASING PHOTOGRAPH}
본 발명은 무인헬리콥터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공중추적영상촬영을 위한 무인헬리콥터 탑재 카메라 짐벌의 시선각 연동 장치에 관한 것이다.
현재 공중영화영상을 얻기 위해서는 유인항공기와 조종사와 항공촬영을 위해 특별히 제작된 고가의 영상촬영장비를 탑재하여 실시하므로, 매우 고가이며 별도의 비행장 등이 필요하였다. 이에 비해 무인헬리콥터 등에 의한 공중촬영은 비교적 적은 장비와 인력으로 운영이 가능하여 소규모 공중영상촬영시 많이 활용되고 있다. 그러나, 무인헬리콥터에 의한 공중촬영은 지상조종사의 조종능력에 따라 영상의 품질이 달라지고 무엇보다도, 탑재할 수 있는 탑재 중량에 한계가 있어서 고품질 영상장비의 탑재 활용이 힘들다는 단점이 있다. 무인헬리콥터로 공중영상을 촬영하기 위해서는 무인헬리콥터와 카메라를 장착할 수 있는 카메라 짐벌장치가 필요하며, 이 짐벌장치의 조종 또한 공중영상을 획득하는데 있어서 중요한 요소를 차지한다.
현재까지의 무인헬리콥터의 의한 공중촬영 방법은 무인헬리콥터 조종사와는 별도로 무인헬리콥터의 탑재 짐벌을 조종하는 지상조종사가 별도로 요구된다. 무인헬리콥터의 짐벌에 장착된 카메라의 시선을 지상의 짐벌조종사에 의해 수동으로 조종하여 촬영 대상물을 추적하며 촬영한다. 카메라의 촬영 각도를 조절하기 위해 지상 짐벌조종사는 현재 카메라가 주시하고 있는 시선에서 촬영된 영상을 볼 수 있도록 별도의 소형카메라를 장착하여 이 카메라의 영상을 지상으로 전송하여 액정디스플레이 등에 나타난 영상을 지상조종사가 보면서 촬영 각도를 조절한다.
이러한 공중영상촬영 방식은 지상 짐벌조종사의 판단과 숙달도에 의존하기 때문에 영상의 품질이 사용자에 따라 달라지며, 별도의 영상을 전송해야 하는 단점이 있다. 또한, 촬영 대상물이 움직이는 차량, 항공기 등 빠르게 위치와 자세가 변화하는 경우 나 이러한 대상물을 추적하며 촬영해야 하는 경우 숙력된 지상조종사도 촬영에 한계가 있으므로 이러한 영상은 매우 고가의 촬영 비용이 소요된다. 최근에는 무인헬리콥터의 탑재 카메라 짐벌에 소형 자세센서를 장착하여 무인헬리콥터의 자세변화에 따른 카메라시선의 흔들림을 보정해주는 장치가 사용되고 있다. 이러한 장치는 엔진진동에 의한 카메라의 떨림, 바람 등 외란에 의한 흔들림 등을 어느정도 보정해주는 기능은 있으나, 촬영 대상물의 이동과 자세변화에 따른 추적 공중영상촬영시 짐벌의 시선각도를 조절해 주지는 못한다.
또한, 움직이는 물체를 추적하기 위해 군사용 등으로 사용되는 MTI(Moving Target Indicator)등의 장치는 촬영된 영상의 이미지처리에 의해 촬영 대상물의 이동을 추적할 수는 있으나, 실시간 이미지 처리장치의 고가화와 물체의 3차원적인 회전과 자세의 변화를 추적할 수는 없다.
본 발명은 공중영상촬영에 있어서 종래의 지상조종사의 원격조종에 의한 대상체 추적 및 시선각 조종방식에서 오는 영상품질의 저하와 지상 조종사의 숙련도에 의존해야 하는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 무인헬리콥터 탑재 짐벌과 촬영 대상체에 소형 자세센서와 GPS센서를 탑재하여 이 정보를 실시간 링크하여 카메라의 자세와 시선각을 설정해 주어 저비용으로 손쉽게 공중 추적영상 제작이 가능하도록 하는 카메라 짐벌과 촬영 대상물의 자세 연동링크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 카메라 짐벌과 촬영 대상물의 자세 연동링크 장치는, 카메라카 탑재된 짐벌의 자세를 측정할 수 있는 자세센서와, 현재 공중카메라의 위치를 식별할 수 있는 짐벌에 장착된 GPS 센서와, 추적 및 촬영 대상물에 탑재되어 대상물의 3차원적인 자세변화를 측정할 수 있는 소형 자세센서와, 추적 대상물에 장착되어 변화하는 위치를 파악할 수 있는 GPS센서와, 대상물체에서 측정된 신호를 모아서 무선으로 공중짐벌장치로 실시간으로 보내는 무선 송신모뎀장치와, 이를 수신하는 짐벌탑재 무선 수신모뎀장치와, 상기 수신 모뎀으로부터 신호를 받아서 짐벌의 센싱신호와 비교하여 자세각을 계산해내는 자세각 비교 및 계산하는 디지털프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 카메라 짐벌과 촬영 대상물의 자세 및 시선 링크 장치는 공중에서 자동차, 배, 비행기 등 고속으로 움직이는 대상물체를 추적하면서 촬영할 경우 대상물체의 빠른 위치추적과 자세추적이 필요할 때, 지상의 조종사의 수동 조종에 의해서는 추적이 힘들거나 고도로 숙련된 지상 조종사만이 가능한 공중영상을 쉽게 촬영 가능할 수 있는 무인헬리콥터를 이용한 공중영상 촬영장치에 적합한 저가의 시선각 제어를 위한 자세 및 위치 링크 시스템을 제공해 준다.
또한, 종래 공중영상 촬영에서 큰 비중을 차지하던 조종사의 숙련도에 의존하지 않고, 경제적이고 고품질의 공중 영상을 얻을 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명은 공중에서 카메라가 촬영하는 영상을 지상 조종사가 확인하기 위한 별도의 카메라 장치와 지상시현장치가 필요치 않아 공중촬영 장비의 간소화와 공중촬영의 비용을 절감시켜 준다.
또한, 기존의 고가 장비인 MTI 장비에서 불가능하였던 대상물체의 3차원적 변화를 감지하여 카메라의 자세를 추적하여 변경시켜줄 수 있으므로 보다 안정적이고 역동적인 영상을 촬영할 수 있도록 해준다.
도 1은 종래의 무인공중 촬영 시스템을 도시한 도면.
도 2는 무인헬리콥터의 탑재 짐벌시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 카메라 짐벌과 촬영 대상물의 자세 연동링크장치의 구성을 도시한 도면.
도 4은 본 발명에 따른 자세 연동링크장치의 신호흐름을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 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.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 무인헬리콥터를 사용하여 공중영상 촬영시 자주 요구되는 고속이동 물체의 추적영상 촬영시 공중촬영용 짐벌에 탑재된 카메라가 촬영 대상물을 추적하면서 공중촬영이 가능하도록 대상체의 자세변화에 카메라 짐벌의 자세각도를 연동할 수 있게 할 수 있도록 하는 시선각 연동장치에 관한 것이다. 본 발명의 시선각 연동장치는, 촬영 대상물의 자세와 위치 정보를 실시간으로 센싱하고, 이를 무인헬리콥터에 탑재된 자세와 위치정보에 따른 카메라 시선을 대상물을 흔들림 없이 추적촬영할 수 있는 각도로 제어할 수 있다. 도 1에는 이러한 공중영상촬영 시스템의 구성이 간략하게 도시되어 있다. 도 2에는 무인항공기 탑재 짐벌장치의 구성을 간략하게 도시하였다.
최근에는 소형 MEMS(Micro Electronic Mechanical System) 센서의 발달로 무인항공기와 같이 무게와 크기가 중요한 분야에도 소형센서의 활용이 증가하고 있다. 이러한 소형 센서는 저전력이며, 경량이어서 무인헬기와 이동하는 대상체에 직접 부착하여도 각각의 동적 운동에 전혀 영향을 주지 않을 정도로 작고 가볍다.
따라서 무인헬리콥터의 영상촬영용 짐벌에 3축 자세센서와 소형 GPS 센서를 탑재하고, 아울러 촬영 대상체에도 3축 자세센서와 GPS센서를 탑재하여 각각에서 측정된 신호를 실시간으로 무선모뎀을 통하여 링크해서 상대적인 시선(Line Of Sight) 각도를 계산함으로써 공중영화 영상에서 요구되는 대상체의 실시간 추적촬영 및 3차원적으로 회전이 일어나는 대상체의 촬영을 보다 안정적이고 진동없이 촬영하여 영상소비자로 하여금 고품질의 영상을 체험할 수 있게 해주는 시선각 연동장치를 제공하고자 한다.
이를 통하여 공중영상의 획득이 지상 짐벌 조종사의 판단과 숙련도에 의존하지 않아도 되며, 별도의 카메라 장치와 지상 시현장치가 필요 없으며, 대상체가 움직이면서 빈번히 3차원적으로 자세을 바꾸는 경우를 추적하며 공중촬영해야 하는 경우 보다 안정적인 영상촬영이 가능하도록 하는 장점을 가지고 있다. 또한 이러한 시선각 링크장치를 소형 센서를 장착하여 해결함으로써 고가의 장비를 사용하지 않아도 되어 공중영상촬영시 고가의 항공기와 조종사 및 고가의 항공촬영장비를 사용하지 않고 무인항공촬영과 같은 소형의 영상장비에서도 가능하게 해주는 장점이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카메라 짐벌과 촬영 대상물 간의 시선각 연동장치는, 카메라카 탑재된 짐벌의 자세를 측정할 수 있는 자세센서와, 현재 공중카메라의 위치를 식별할 수 있는 짐벌에 장착된 GPS 센서와, 추적 및 촬영 대상물에 탑재되어 대상물의 3차원적인 자세변화를 측정할 수 있는 소형 자세센서와, 추적 대상물에 장착되어 변화하는 위치를 파악할 수 있는 GPS센서와, 대상물체에서 측정된 신호를 모아서 무선으로 공중짐벌장치로 실시간으로 보내는 무선 송신모뎀장치와, 이를 수신하는 짐벌탑재 무선 수신모뎀장치와, 상기 수신 모뎀으로부터 신호를 받아서 짐벌의 센싱신호와 비교하여 자세각을 계산해내는 자세각 비교 및 계산하는 디지털프로세서로 구성될 수 있다.
이때, 디지털프로세서 장치는 네가지 신호를 디지털로 입력받을 수 있는 통신포트와 짐벌의 3축 서보구동을 할 수 있는 서보구동출력을 갖출 수 있다. 또한 각 센서에서 측정한 짐벌의 3축 시선각을 결정하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 지상조종사의 조종 명령과 4가지 센서에 의해 상대적으로 계산된 시선각을 믹싱하여 원하는 시선각을 계산한다.
또한, 상기 디지털프로세서는 지상으로부터 연동시작 및 연동종료 명령을 수신하여 탑재 짐벌의 자세와 대상체의 자세 연동을 개시하거나 연동을 해제할 수 있는 명령을 받을 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 디지털프로세서는 무인헬리콥터의 엔진에서 오는 특정주파수의 진동을 컷 오프 또는 저감할 수 있는 알고리즘 탑재하여 카메라 영상의 떨림을 저감할 수 있는 기능을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털프로세서는 무인헬리콥터의 자세와 위치를 지상으로 송신하여 지상조종사의 운영에 도움을 줄 수 있는 지상모니터링 장치에 정보를 줄 수 있도록 구성될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
100: 공중 탑재 GPS 센서
200: 공중 탑재 3축 자이로 센서
300: 짐벌 구동 3축 서보 구동기
400: 3축 짐벌 기구
500: 공중영상촬영용 탑재 카메라

Claims (5)

  1. 공중추적영상촬영을 위한 무인헬리콥터 탑재 카메라 짐벌의 시선각을 촬영 대상물과 연동시키는 시선각 연동 장치로서,
    상기 카메라카 탑재된 짐벌의 자세를 측정하는 제1 자세센서;
    짐벌에 장착되며, 현재 공중카메라의 위치를 식별하는 제1 GPS 센서;
    상기 촬영 대상물에 탑재되어 대상물의 3차원적인 자세변화를 측정하는 제2 자세센서;
    상기 촬영 대상물에 장착되어 변화하는 위치를 파악하는 제2 GPS센서;
    대상물에서 측정된 신호를 무선으로 공중짐벌장치로 실시간 전송하는 무선 송신모뎀장치;
    상기 짐벌에 탑재되는 무선 수신모뎀장치; 및
    상기 무선 수신모뎀장치로부터 수신된 신호를 짐벌의 센싱신호와 비교하여 자세각을 계산해내는 디지털프로세서
    를 포함하는 시선각 연동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    디지털프로세서 장치는, 상기 제1 및 제2 자세센서와 상기 제1 및 제2 GPS 센서로부터 센싱된 신호를 입력받을 수 있는 통신포트와, 상기 짐벌의 3축 서버구동을 할 수 있는 서보구동출력을 포함함으로써, 상기 센서들에서 측정된 신호에 근거하여 짐벌의 3축 시선각을 결정하는 것을 특징으로 하는 시선각 연동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는, 지상으로부터 연동시작 및 연동종료 명령을 수신하여 탑재 짐벌의 자세와 대상체의 자세 연동을 개시하거나 연동을 해제하는 것을 특징으로 하는 시선각 연동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는, 무인헬리콥터의 엔진에서 오는 특정주파수의 진동을 컷 오프 또는 저감할 수 있는 알고리즘 탑재하여 카메라 영상의 떨림을 저감하는 것을 특징으로 하는 시선각 연동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는, 무인헬리콥터의 자세와 위치 정보가 지상의 모니터링 장치로 전송되도록 하는 것을 특징으로 하는 시선각 연동 장치.
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