KR101164656B1

KR101164656B1 - 이동물체 궤적 추적 촬영장치

Info

Publication number: KR101164656B1
Application number: KR1020120023779A
Authority: KR
Inventors: 구칠효
Original assignee: 주식회사 바로텍시너지
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-07-11

Abstract

본 발명은 고속으로 이동하는 피사체를 이동 궤적을 따라가면 추적 촬영하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고속으로 회전시킬 수 있는 거울을 카메라의 광축 선상에 배치하여 피사체의 이동에 맞추어 거울을 고속 회전시켜 촬영하고, 피사체의 이동 궤적과 카메라 간의 위치관계 및 피사체의 예상 이동패턴에 맞추어 거울의 회전 초기 위치, 회전 범위 및 회전변화패턴을 사전에 설정하는 한편, 미리 시뮬레이션한 결과에 근거하여 거울의 회전 초기 위치, 회전 범위 및 회전변화패턴을 설정할 수 있으며, 카메라의 지지대를 움직이지 않더라도 거울과 카메라 간의 상대 위치를 용이하게 조정할 수 있는 이동물체 궤적 추적 촬영장치에 관한 것이다.

Description

이동물체 궤적 추적 촬영장치{PHOTOGRAPHING APPARATUS FOR TRACKING OBJECT WITH HIGH SPEED}

본 발명은 고속으로 이동하는 피사체를 이동 궤적을 따라가며 추적 촬영하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고속으로 회전시킬 수 있는 거울을 카메라의 광축 선상에 배치하여 피사체의 이동에 맞추어 거울을 고속 회전시켜 촬영하고, 피사체의 이동 궤적과 카메라 간의 위치관계 및 피사체의 예상 이동패턴에 맞추어 거울의 회전 초기 위치, 회전 범위 및 회전변화패턴을 사전에 설정하는 한편, 미리 시뮬레이션한 결과에 근거하여 설정값을 정함으로서 정확성을 기하며, 카메라의 지지대를 움직이지 않더라도 거울과 카메라 간의 상대 위치를 용이하게 조정할 수 있는 이동물체 궤적 추적 촬영장치에 관한 것이다.

포탄이나 미사일처럼 고속으로 비행하여 이동하는 피사체는 피사체의 형상이나 무게 또는 무게 중심 등의 조건에 따라 공기 저항의 차이가 크게 나타나서 비행 성능에 많은 영향을 미치므로, 피사체의 비행특성 및 비행궤적을 고화상으로 정밀하게 촬영하여 분석할 필요가 있다. 이와 같이 피사체의 비행특성 및 비행궤적을 분석한 자료는 피사체의 설계변경에 반영함으로써 피사체의 성능을 향상시킬 수 있다.

고속으로 이동하는 피사체를 고화상으로 정밀하게 촬영하려면, 초고속 카메라로 피사체를 촬영하여야 하는 데, 초고속 카메라의 경우에 촬영 범위가 좁으므로, 카메라를 고속으로 회전시켜 카메라의 광축을 피사체에 맞추어야 한다.

하지만, 피사체의 이동에 맞춰 카메라를 회전시키기란 어렵고, 피사체의 출발시점에 맞추어 촬영 개시 시점을 동기화하는 것도 매우 어렵다. 이는 카메라의 무게에 의한 회전 관성으로 인해 고속 이동하는 피사체를 쫓아가며 촬영하기 어렵기 때문이다.

이러한 어려움을 해소하기 위해서 카메라의 회전 없이 이동 피사체 또는 넓을 범위를 촬영할 수 있는 기술로서, 카메라의 광축 선상에 거울을 배치하여 거울의 회전으로 피사체를 추적 촬영하거나 아니면 넓은 범위를 순차적으로 스캔하는 기술들이 공개특허 제10-2009-0070520호, 공개특허 제10-2001-0110674호, 공개특허 제10-2011-0053857호, 공개특허 제10-1991-0015880호 등에서 제안되었다.

하지만, 상기한 종래기술들은 포탄이나 미사일처럼 초고속으로 이동하는 피사체를 정밀 촬영하는 데 적용하기 어렵다. 부연하면, 고속으로 이동하는 물체의 이동 특성을 정확하게 분석하려면 충분한 이동거리 내내 고화상으로 촬영하여야 하지만, 촬영하려는 구간을 피사체가 수십 msec이내의 짧은 시간동안 이동하므로, 피사체를 추적촬영하기란 매우 어려우며, 이와 같이 고속으로 이동하는 물체를 추적 촬영하기 위한 장치에 대해서 상기 종래기술에는 기술되지 않았다.

더욱이, 고속으로 이동하는 물체를 추적 촬영하여 얻는 영상을 오차 없이 획득하기란 매우 어렵지만, 이에 대책도 상기 종래기술에는 기술되지 않았다.

한편, 카메라에 대한 거울의 위치는 피사체의 이동 궤적에 정확하게 맞추어야 하므로, 카메라를 고정한 이후에 거울의 위치를 정밀하게 조정할 수 있고, 거울의 위치 조정도 용이하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 촬영 목적에 따라 서로 다른 카메라를 사용할 수 있으므로, 카메라를 교체하더라도 카메라의 초점에 맞추어 거울과의 이격 거리를 용이하게 조절할 수 있게 하는 것이 좋다.

KR 10-2009-0070520 A 2009.07.01. KR 10-2001-0110674 A 2001.12.13. KR 10-2011-0053857 A 2011.05.24. KR 10-1991-0015880 A 1991.09.30.

따라서 본 발명의 목적은, 카메라의 광축 선상에 회전 가능한 거울을 배치하여 이동 피사체를 거울의 회전으로 추적 촬영하되, 고속으로 이동하는 피사체의 특성에 맞추어 추적 촬영하며, 추적 촬영 작업을 반복하지 않더라도 피사체의 이동 궤적을 따라가며 정확하게 촬영한 영상을 얻을 수 있는 이동물체 궤적 추적 촬영장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 카메라에 대한 거울의 위치를 용이하게 조절할 수 있는 이동물체 궤적 추적 촬영장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 이동하는 피사체를 추적하며 촬영하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치에 있어서, 서보모터(141)에서 회전하는 샤프트(142)에 거울(13)을 장착하여 거울(13)을 회전시키고 거울(13)에 반사되는 영상을 카메라(12)로 촬영하는 카메라 어셈블리(10); 이동 피사체를 추적 촬영하라는 지령신호인 트리거신호를 입력하는 트리거신호 발생장치(40); 이동 피사체의 출발점 및 이동 궤적에 대한 상기 카메라 어셈블리(10)의 상대적 위치를 나타내는 위치정보와, 이동 피사체의 속도정보 및 추적거리를 포함하는 상황 변수를 입력받고, 위치정보 및 상황 변수에 근거하여 거울(13)의 회전 초기 위치, 회전범위 및 회전 변화패턴을 포함하는 회전 설정값을 지정하는 컴퓨터(50); 트리거신호를 입력받으면 컴퓨터(50)에서 지정한 회전 설정값에 따라 서보모터(141)로 거울(13)을 회전시키며 카메라(12)로 촬영하여 이동 피사체를 추적 촬영하는 컨트롤러(30); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 컴퓨터(50)는, 회전 설정값에 따라 이동 피사체의 비행 궤적을 시뮬레이션하여 예상오차를 산출하는 시뮬레이터부(52)가 마련되어서, 시뮬레이션 결과에 따라 회전 설정값을 수정할 수 있게 함을 특징으로 한다.

상기 컴퓨터(50)는, 이동 피사체의 예상 초기속도 및 감속도를 포함하는 정보를 속도정보로 입력받으며, 트리거신호 발생장치(40)에 의한 지연시간을 입력받아 거울(13)의 회전 초기의 회전 변화패턴를 보정함을 특징으로 한다.

상기 카메라 어셈블리(10)는, 상기 서보모터(141), 상기 서보모터(141)의 샤프트(142)에 고정되고 상기 거울(13)이 장착되는 브라켓(143), 및 서보모터(141)를 수용하는 케이스(145)를 포함하여 구성되는 액츄에이터(14); 상기 액츄에이터(14)의 케이스(145)가 상부에서 하부방향으로 끼워지는 안착공(112)이 일측에 형성되고, 케이스(145)의 회전 위치 또는 높낮이가 조정된 상태에서 케이스(145)를 파지하는 클램프(15)가 마련되며, 타측에 상기 카메라(12)가 장착되는 베이스 프레임(11); 을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 클램프(15)는, 상기 안착공(112)에 끼워지는 케이스(145)의 외주면을 파지하는 링 형상의 클램프로 구성되되, 두개의 반원형 클램프(151, 152)로 분리되어, 어느 하나의 반원형 클램프(151)를 베이스 프레임(11)에 고정하고 다른 하나의 반원형 클램프(152)를 탈착 가능하게 함을 특징으로 한다.

상기 베이스 프레임(11)은 카메라(12)를 슬라이딩할 레일(11)를 상기 거울(13)을 향하는 방향으로 구비하여 카메라(12)와 거울(13) 간의 거리를 조절하게 함을 특징으로 한다.

상기 거울(13)은, 타원형 테두리를 갖춘 거울로 형성되어, 타원의 단축(短軸)을 거울(13)의 회전축 선상에 놓이게 장착됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 촬영 대상인 피사체와의 위치 관계 및 피사체의 이동 특성에 따른 상황 변수에 맞추어 사전에 거울의 회전 초기 위치, 회전범위, 및 회전 변화패턴을 설정하므로, 트리거신호 발생장치에 의해 실제 추적 촬영할 시에 정확하게 추적하며 촬영할 수 있다.

또한, 본 발명은 거울의 회전에 대한 설정값을 정함에 있어서, 시뮬레이터부를 이용해 적합한 설정값을 정함으로써, 반복 실험을 하지 않더라도 한번의 추적 촬영으로 정확한 자료를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 거울이 장착되는 액츄에이터의 높낮이 및 방향을 클램프를 이용하여 조정할 수 있으므로, 촬영 범위에 맞추어 거울의 위치를 상황에 따라 용이하게 맞출 수 있으며, 레일을 이용해 카메라와 거울 간의 거리를 조정하므로 카메라의 종류에 구애받지 않고 카메라의 특성에 맞추어 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동물체 궤적 추적 촬영장치의 구성도.
도 2는 지지대(20)의 상단에 고정된 카메라 어셈블리(10)의 사시도.
도 3은 지지대(20)의 상단에서 분리된 카메라 어셈블리(10)의 사시도.
도 4는 카메라 어셈블리(10)의 분리 사시도.
도 5는 거울(13)이 장착된 액츄에이터(14)의 사시도.
도 6은 거울(13)을 액츄에이터(14)에 장착하는 과정을 보여주는 사시도.
도 7은 변수 설정부(51)에 의한 화면 구성도.
도 8은 시뮬레이터부(52)에 의한 화면 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동물체 궤적 추적 촬영장치의 구성도이다.

도 2는 지지대(20)의 상단에 고정된 카메라 어셈블리(10)의 사시도이고, 도 3은 지지대(20)의 상단에서 분리된 카메라 어셈블리(10)의 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 이동물체 궤적 추적 촬영장치는, 이동 피사체를 추적하여 촬영하는 카메라 어셈블리(10); 카메라 어셈블리(10)를 지지하는 지지대(20); 상기 카메라 어셈블리(10)의 동작을 제어하는 컨트롤러(30); 추적 촬영의 시작을 알리는 트리거 신호를 발생하여 상기 컨트롤러(30)에 전달하는 트리거 신호 발생 장치(40); 상기 컨트롤러(30)의 제어 동작에 필요한 설정값을 입력하고 상기 컨트롤러(30)를 통해 데이터를 수집하여 이동 피사체의 추적 정보를 수집 및 분석하는 컴퓨터(50); 를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 이동물체 궤적 추적 촬영장치는, 상기 컴퓨터(50)를 이용한 설정값을 입력한 후에 상기 트리거 신호 발생 장치(40)로부터 트리거 신호가 입력되면 상기 컨트롤러(30)의 의해 제어되는 카메라 어셈블리(10)가 이동 피사체를 추적하며 촬영하고 촬영한 영상을 컴퓨터(50)로 해독하여 이동 피사체의 이동 궤적을 해독한다.

상기 카메라 어셈블리(10)는, 회전 가능한 거울(13)에 촬영하려는 영상을 반사시켜 카메라(12)에 입사시킴으로써, 카메라(12)를 고정한 상태로 거울(13)을 회전시켜 넓은 범위의 영상을 촬영한다. 이에 대한 설명은 도면 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

상기 지지대(20)는, 상단에 상기 카메라 어셈블리(10)를 탑재한 상태로 지면에 세워지는 구성요소로서, 일반적인 카메라 삼각대처럼 상기 카메라 어셈블리(10)의 방향을 조절할 수 있게 구성되는 바람직하다. 다시 말해서, 상기 카메라 어셈블리(10)를 탑재한 지지대(20)를 지면에 세운 상태에서 촬영하려는 범위에 적합한 방향을 향하도록 상기 카메라 어셈블리(10)의 방향을 조절한다. 이에 따라, 상기 지지대(20)에서 상기 카메라 어셈블리(10)의 방향을 조절하는 구성요소는 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 요잉(Yawing)을 조절하는 헤드(21)를 포함하는 것이 좋다. 또한, 상기 헤드(21)는 사람이 손으로 조작하여 방향을 조절하는 것도 가능하지만, 상기 컴퓨터(50)에서 조절하게 하는 것도 좋다. 상기 컴퓨터(50)에서 조절하게 하면, 카메라에서 촬영되는 영상을 컴퓨터(50)의 화면에서 보며 카메라의 방향을 잡을 때에 유용하게 활용될 수 있다.

상기 컨트롤러(30)는, 전원선(W1)을 통해 전원을 공급받고, 상기 컴퓨터(50)와 통신 케이블(W5)로 연결되어 상호 데이터를 전송하고, 상기 트리거 신호 발생 장치(40)와 신호 케이블(W6, W7)로 연결되어 트리거 신호를 입력받고, 상기 카메라 어셈블리(10)와 전원선(W4) 및 신호케이블(W3, W5)로 연결되어 상기 카메라 어셈블리(10)에 전원을 공급하고 추적 촬영동작을 제어하며 촬영한 영상을 입력받는다.

이와 같이 주변 구성요소들과 연결된 상기 컨트롤러(30)는 상기 컴퓨터(50)에서 설정한 값을 전달받고 상기 카메라 어셈블리(10)를 동작시킬 준비를 한 상태에서, 상기 트리거 신호 발생 장치(40)로부터 트리거 신호를 입력받으면, 상기 컴퓨터(50)에서 설정한 값에 따라 상기 카메라 어셈블리(10)를 제어하여 추적 촬영한다. 그리고, 상기 컨트롤러(30)는, 촬영한 영상을 컴퓨터(50)에 전송한다.

여기서, 상기 컴퓨터(50)에서 설정하는 값은 거울(13)을 정렬하기 위한 거울(13)의 회전 초기 위치, 거울(13)의 회전 범위 및 거울(13)의 회전 변화 패턴을 정한 설정값을 포함한다. 그리고, 상기 컨트롤러(30)는 설정값에 따라 후술하는 서보모터(141)의 회전동작을 제어하여 거울(13)을 회전 초기 위치에서 시작하여 회전 종료 위치에 이르는 회전 범위 내에서 회전 변화 패턴에 따른 속도로 회전시키며, 거울(13)을 회전시키는 중에 카메라(12)로 촬영하여 영상을 자동 저장한다. 여기서, 회전 변화 패턴은 거울(13)의 반사면이 이동 피사체를 향하도록 거울(13)의 회전 위치(또는 회전 속도)를 변화시키는 패턴을 의미하며, 변화하는 회전 위치에 따라 가변적인 속도값을 갖도록 할 수 있다.

상기 트리거 신호 발생 장치(40)는, 촬영하려는 이동 피사체의 출발 시점을 감지하여 트리거 신호를 발행한다. 여기서, 상기 트리거신 발생장치(40)에 의해 발생되는 트리거 신호는 이동 피사체를 추적하며 촬영하라는 지령신호로서 상기 컨트롤러(30)에 전달된다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위해 첨부한 도 1의 도면을 참조하면, 대포에서 발사되는 포탄을 추적 촬영하는 상황이며, 이러한 상황에서 상기 트리거 신호 발생 장치(40)는 포탄을 발사할 때에 발생하는 섬광을 감지하는 적외선 센서, 또는 포신의 단부에 신호케이블을 장착하여 신호케이블의 단선을 포탄의 발사로 감지하는 단선 검출방식 센서로 구성될 수 있다. 하지만, 상기 트리거 신호 발생 장치(40)는 이동 피사체의 출발 시점을 감지하는 방식이 촬영 대상이 되는 이동 피사체의 종류에 따라 다양하게 구성할 수 있으므로, 도 1에 도시된 예시에 한정되는 것은 아니다.

상기 컴퓨터(50)는, 상기 카메라 어셈블리(10)에 장착한 거울(13)의 회전 변화 패턴, 거울(13)의 회전범위, 및 거울(10)의 초기 정렬에 대한 설정값을 지정하여 상기 컨트롤러(30)에 전달하며, 설정값을 지정하는 데 필요한 정보를 사용자가 입력하도록 화면을 구성한다. 설정값의 지정에 필요한 정보의 입력 및 입력 정보에 따른 설정값의 지정은 상기 컴퓨터(50)에 마련된 변수 설정부(51)에서 담당한다.

또한, 상기 컴퓨터(50)는 설정값을 지정함에 앞서서 설정값의 적합성을 검증하거나 또는 적합한 설정값을 얻기 위한 시뮬레이터부(52)도 마련되어 있다.

상기 컴퓨터(50)에 마련된 변수 설정부(51) 및 시뮬레이터부(52)는 프로그램으로 탑재할 수 있으며, 하기에서 도 7 및 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

또한, 상기 컴퓨터(50)는 상기 카메라 어셈블리(10)에서 촬영한 영상을 상기 컨트롤러(30)로부터 전달받아 해석하여 이동 피사체의 궤적을 얻는다. 또한, 상기 컴퓨터(50)는 이동 피사체의 궤적을 추적 촬영하기 전에 카메라의 촬영범위(실제로는 거울을 통해 촬영되는 범위)가 맞게 되었는지를 확인하기 위해서 카메라로 촬영되는 영상을 화면에 출력하여 카메라의 촬영방향을 조정할 수 있게 한다. 이에 따라, 이동 피사체의 출발점에 맞게 거울의 회전 초기위치를 설정할 수 있다.

도 4는 카메라 어셈블리(10)의 분리 사시도이고,

도 5는 거울(13)이 장착된 액츄에이터(14)의 사시이고,

도 6은 거울(13)을 액츄에이터(14)에 장착하는 과정을 보여주는 사시도이다.

상기 카메라 어셈블리(10)는 평판형의 베이스 프레임(11), 영상을 반사하는 거울(13), 거울(13)에 반사되는 영상을 촬영하는 카메라(12), 서보모터(142)의 회전동작으로 거울(13)을 회전시키게 구성한 액츄에이터(14), 액츄에이터(14)를 베이스 프레임(11)에 고정하는 클램프(15)를 포함하여 구성되며, 각 구성요소들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 베이스 프레임(11)은 평판형으로 형성되고 상기 액츄에이터(14)를 상부에서 하부방향으로 끼울 수 있는 안착공(112)을 일측에 구비하고, 상기 카메라(12)를 슬라이딩 가능하게 탑재할 레일(111)을 타측에 구비한다. 여기서, 상기 레일(111)은 상기 안착공(112)을 향해 길게 형성되어서 상기 카메라(12)와 상기 안착공(112) 간의 거리를 조절할 수 있으며, 이에 따라, 상기 안착공(112)에 카메라 어셈블리(10)를 끼우고 고정하면 카메라(12)를 카메라 어셈블리(10)에 장착한 거울(13)을 향해 가깝게 하거나 멀게 할 수 있다. 물론, 카메라(12)의 광축은 상기 거울(13)을 향하게 하여서 거울(13)에 반사된 영상을 카메라(12)로 촬영한다.

이와 같이 레일(111)을 이용하여 카메라(12)와 거울(13)의 거리를 조절하게 한 것은, 사용하려는 카메라마다 초점이 상이할 수 있기 때문이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 레일(111)은 상하로 관통된 장공(111a)을 구비하되 저면쪽의 개구 폭을 상면 쪽의 개구 폭보다 크게 하며, 저면쪽의 개구에 너트(111c)를 끼우고 상면 쪽의 개구에 볼트(111b)를 끼워서 볼트(111b)에 고정되는 카메라(12)를 볼트체결로 레일(111)에 탑재한다. 이때, 상기 너트(111c)는 장공(111a)에서 빠지지 아니하며 이동할 수 있고, 볼트(111b)의 회전시에 같이 회전하지 아니하면 된다. 이와 같이 구성된 상기 레일(111)은 상기 베이스 프레임(11)의 상면에 고정되되 상기 안착공(112)을 향하게 고정된다. 한편, 상기 레일(111)은 도면에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니며, 카메라(12)를 슬라이딩시켜 위치를 맞춘 후에 카메라(12)를 움직이지 않도록 고정할 수 있으면 된다.

상기 액츄에이터(14)는 전기에너지를 샤프트(142)의 회전운동으로 변환하는 서보모터(141), 서보모터(141)를 내부에 수납하되 서보모터(141)의 샤프트(142)를 상부로 돌출되게 한 원통형의 케이스(145), 서보모터(141)의 샤프트(142)에 고정되어 샤프트(142)에 의해 회전하며 상기 거울(13)이 장착되는 브라켓(143), 상기 샤프트(142)에 의해 회전하는 브라켓(143)의 회전 위치(또는 회전각)을 감지하는 센서(144),를 포함하여 구성된다.

상기 브라켓(143)에 대해 부연설명하면, 상기 브라켓(143)은 상기 샤프트(142)에 직결되어 세워지는 샤프트 브라켓(143a)과, 샤프트 브라켓(143a)의 상단에 세워지는 미러 서포터(143b)로 구성되며, 여기서, 미러 서포터(143b)는 거울(13)의 뒷면을 고정하는 판의 형태를 갖추되 세워져 있어서 거울(13)을 미러 서포터(143b)에 고정하면 거울(13)의 앞면인 반사면이 세워진 상태로 있게 된다. 즉, 세워진 거울(13)이 수직으로 세워진 상기 샤프트(142)의 회전에 의해서 좌우로 회동할 수 있다.

그리고, 브라켓(143)의 뒤쪽(거울이 부착되지 아니한 방향)에는 상기 센서(144)가 케이스(145)에 고정되어 브라켓(143)의 회전 위치를 감지함으로써, 거울(13)의 회전 위치를 이동 피사체의 출발점에 맞출 수 있다. 여기서, 상기 브라켓(143)은 고속으로 회전하여야 하므로 회전에 의한 관성을 최소화하도록 중량이 적게 나가는 재질로 제작하는 것이 좋다. 예를 들면, 경량의 플라스틱 재질로 제작할 수 있다. 이와 같이 상기 브라켓(143)을 가볍게 하는 것이 좋은 이유는, 예를 들어 고속으로 이동하는 포탄과 같은 이동 피사체를 추적하여 거울(13)를 100deg(degree, 각도단위) 범위를 30msec 이하의 시간동안 회전시킨다고 가정할 때에, 브라켓(143)이 무거우면 회전 초기에 계속 정지하고 있으려는 관성에 의해서 초기 회전속도가 늦어지고 원하는 회전속도에 도달하는 데에도 시간이 지연되며 회전 종료시점에서 계속 회전하려는 관성에 의해 멈추기도 어렵기 때문이다.

한편, 상기 케이스(145)는 상기 센서(144)가 고정되는 부분을 상부로 연장하여서, 거울(13), 브라켓(143) 및 센서(144)가 설치된 공간의 상부를 덮는 원판(145a)을 설치하게 되어 있다. 여기서, 원판(145a)을 지지하기 위해 상부로 연장된 부분(145b)은 거울(13)을 회전시켜 영상을 카메라(12)에 입사시킬 때에 영상을 가리지 않도록 도면에 도시된 바와 같이 폭을 작게 하는 것이 좋다.

그리고, 상기 원판(145a)에는 손잡이(146)도 마련되어 있다. 상기 원판(145a)은 거울(13), 브라켓(143) 및 센서(144)를 보호하기도 하지만 햇빛을 가리는 기능도 하며, 상기 손잡이(146)는 액츄에이터(14)를 설치할 때뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 베이스 프레임(11)에 대한 액츄에이터(14)의 설치 높이(즉, 거울의 높이)를 조절할 때 또는 액츄에이터(14)를 베이스 프레임(11)의 안착공(112)에 끼운 상태에서 회전시킬 때에 유용하게 사용된다.

상기 거울(13)은 원거리의 피사체라도 왜곡 없이 반사하는 정밀한 제품을 사용하며, 유효 반사면적 대비 중량을 최대한 줄일 수 있도록 타원형으로 형성된다. 즉, 상기 거울(13)의 테두리는 타원을 이루되, 타원의 단축(短軸)을 거울(13)의 회전축 선상에 놓이게 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 거울(13)의 회전축이 수직을 이루므로, 거울의 단축(短軸)을 수직으로 세우고 거울의 장축(長軸)을 수평으로 놓이게 한다.

부연하면, 이동 피사체가 이동하더라도 거울(13)을 회전시켜 이동 피사체의 영상을 카메라(12)로 향하게 하므로, 거울(13)의 반사면 중에 거울(13)의 무게 중심점에서 멀어진 면은 불필요하게 되고, 가능하면 이동 피사체의 이동 궤적과 일치하는 폭을 크게 하는 것이 바람직하므로, 상기한 바와 상기 거울(13)을 타원형으로 형성하되 단축을 중심으로 장축이 회전하는 형태로 장착된다.

상기 클램프(15)는 상기 베이스 프레임(11)의 안착공(112) 주변을 감싸는 형태로 설치되는 링 형상으로 이루어져서, 안착공(112)에 끼워진 액츄에이터(14)의 케이스(145) 외주면을 파지하여 움직이지 않게 한다. 그리고, 상기 클램프(15)는 액츄에이터(14)를 안착공(112)에 끼운 상태에서 베이스 프레임(11)을 기준으로 액츄에이터(14)의 높이를 조절할 수 있게 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 클램프(15)는 링 형상이되 두개의 반원형 클램프(151, 152)로 분리되어 있으며, 어느 하나의 반원형 클램프(151)를 베이스 프레임(11)에 고정하고 나머지 하나의 반원형 클램프(152)를 상기 어느 하나의 반원형 클램프(151)에 탈착할 수 있게 하였다. 본 발명의 실시예에서는 두개의 반원형 클램프(151, 152)가 서로 접하게 되는 면에 플랜지를 형성하여 볼트(153)로 체결하게 하였다. 이에 따라, 볼트(153)를 느슨하게 나사체결하여서 두개의 반원형 클램프(152) 사이를 벌릴 수 있게 하면 상기 액츄에이터(14)을 상하로 이동하거나 회전시킬 수 있고, 액츄에이터(14)의 높낮이 또는 회전 위치를 조절한 후에 볼트(153)를 완전히 나사체결하면 두개의 반원형 클램프(151, 152)가 액츄에이터(14)를 파지하며 베이스 프레임(11)에 고정할 수 있다.

이하, 상기한 바와 같이 카메라 어셈블리(10), 지지대(20), 컨트롤러(30), 트리신호 발생장치(40) 및 컴퓨터(50)를 포함하여 구성되는 이동물체 궤적 추적 촬영장치를 이용하여 이동 피사체를 촬영하는 과정을 설명하고, 아울러, 상기 컴퓨터(50)에 마련된 변수 설정부(51) 및 시뮬레이터부(52)에 대해 보다 상세하게 설명한다.

이동 피사체를 촬영하기에 앞서서, 이동 피사체가 발사되는 지점까지의 거리가 적당하고 이동 피사체의 예상 이동방향을 따라 추적 촬영하기에도 적당한 지점에 지지대(20)를 설치하고, 지지대(20)의 상단에 카메라 어셈블리(10)를 탑재한다. 여기서, 적당한 거리는 예를 들면 대략 40m 정도이고, 추적 촬영하기에 적당한 지점은 추적 촬영하려는 범위의 양끝(출발점 및 촬영 종료점)까지 거리가 비슷하면 좋다.

그리고, 트리신호 발생장치(40)를 설치하여 이동 피사체의 출발 시점을 감지할 수 있게 하고, 케이블들을 이용하여 컨트롤러(30)에 각각의 구성요소들을 연결한다.

다음으로, 지지대(20)의 헤드(21)를 조작하여 카메라 어셈블리(10)의 방향을 대략 맞춘다. 여기서, 거울(13)의 회전범위와 카메라(12)의 위치를 고려하여 카메라 어셈블리(10)의 방향을 대략 맞춘다.

다음으로, 클램프(15)를 이용하여 액츄에이터(14)의 회전 위치 및 높낮이 맞추며, 여기서는 거울(13)을 회전시킴에 따라 거울(13)에 반사되어 카메라(12)에 입사되는 영상이 촬영범위에 맞게 되도록 한다. 물론, 레일(11)을 이용하여 카메라(12)와 거울(13)의 거리도 조정한다.

다음으로, 컴퓨터(50)를 이용하여 이동 피사체의 출발점 및 예상 궤적에 대한 카메라 어셈블리(10)의 상대적 위치를 나타내는 위치정보와, 이동 피사체의 예상 속도정보 및 추적거리를 포함하는 상황 변수를 입력한다.

도 7은 컴퓨터(50)에 마련된 변수 설정부(51)에 의한 화면 구성도이다.

상기 도 7을 살펴보면, 수평면 상에서, 카메라 어셈블리(10)로부터 이동 피사체의 예상 이동선(1-5) 선상에 이르는 법선(1-4)의 길이, 그 법선(1-4)과 예상 이동선(1-5)이 만나는 지점으로부터 이동 피사체의 출발점까지의 거리를 입력하여서, 촬영하려는 이동 피사체와 카메라 어셈블리(10) 간의 정렬 상태 변수를 설정한다. 여기서, 이동 피사체의 출발점과 카메라 어셈블리(10) 간의 거리도 계산하고, 이동 피사체의 출발점과 카메라 어셈블리(10) 간을 잇는 선과 상기 법선(1-4) 아니면 상기 예상 이동선(1-5)이 이루는 각도도 계산한다.

그리고, 이동 피사체의 초기추적속도(2-1, 출발점에서 추적속도), 이동 피사체의 감속도(2-2), 이동 피사체의 추적거리(2-4, 촬영하려는 이동 피사체의 이동 거리)를 입력함으로서, 이동 피사체의 비행특성 및 촬영범위를 설정한다. 즉, 초기추적속도(2-1), 감속도(2-2) 및 추적거리(2-4)에 근거하여 추적시간(3-1)을 얻을 수 있고, 최종 추적거리(2-4)와 정렬 상태 변수에 근거하여 최종 추적각도(3-2)도 계산한다. 여기서, 최종 추적각도(3-2)는 거울(13)의 회전범위를 결정한다.

한편, 트리거신호 발생장치(40)에 의한 트리거신호가 발생하는 시점에서 카메라(12) 및 서보모터(141)를 이용해 추적 촬영하기 시작하는 시점까지는 일치하지 아니하고 시간 지연이 발생할 수 있다. 이럴 경우에는 트리거 지연시간(2-3)도 입력한다. 여기서 입력된 트리거 지연시간(2-3)이 "0"이 아니면, 지연시간의 크기에 맞게 거울의 초기 회전 변화패턴을 보정한다. 예를 들면, 지연시간이 클수록 초기 회전 속도를 크게 하여 지연시간을 보상함으로써 피사체의 이동속도에 맞추는 것이다.

상기한 바와 같이 변수 설정부(51)에 의한 화면 구성에 필요한 정보를 입력하면, 변수 설정부(51)는 설정된 상황 변수에 근거하여 거울(13)의 회전 초기위치 및 종료 위치(또는 회전 범위), 거울(13)의 회전 변화패턴을 설정하고, 이와 같이 설정된 값을 상기 컨트롤러(30)에 전달한다. 여기서, 상기한 회전 변화패턴은 예를 들면 거울(13)을 등속도로 회전시킨다면 회전속도가 된다.

거울(13)의 회전 초기위치를 이동 피사체의 출발점에 맞추기 위해서, 카메라(12)를 작동시켜 카메라(12)로 촬영한 영상을 컴퓨터(50)의 화면에 출력한 후에 화면에 출력한 영상을 보며 조정할 수도 있다. 그리고, 이와 같이 조정한 거울(13)의 회전 초기위치를 설정하면 된다.

본 발명에 따르면, 이동 피사체를 추적 촬영하기 앞서서, 상기 변수 설정부(51)를 통해 입력할 값들에 대한 적합성을 사전에 검증하거나 아니면 적합한 설정값을 얻을 수 있게 하는 시뮬레이터부(52)가 상기 컴퓨터(50)에 마련된다.

도 8은 시뮬레이터부(52)에 의한 화면 구성도이다.

상기 도 8을 참조하면, 시뮬레이터부(52)에 의한 화면 구성에서도, 상기 변수 설정부(51)와 동일하게 이동 피사체의 출발점(4-2), 예상 이동선 및 카메라 어셈블리(10)의 위치(4-1) 간의 정렬 상태 변수(4-3, 4-4)를 설정하고, 초기추적속도(5-2) 및 이동 피사체의 감속도(5-1)를 입력한다. 추적거리는 충분히 큰 값을 입력하여 여유를 둔다.

그러면, 시뮬레이터부(52)는 이동 피사체의 실제 예상되는 비행궤적과 거울을 통해 바라보는 비행궤적의 속도변화를 계산할 수 있으며, 계산할 결과에 근거한 궤적을 그래프(6-1)로 출력하고, 예상오차도 그래프(6-2)로서 출력한다. 이에 따라, 예상오차를 최소화할 수 있도록 설정값을 수정할 수 있다. 설정값의 수정은 입력값을 변화시켜 반복 시뮬레이션함으로써 예상오차를 최소화하는 입력값을 정하면 된다.

여기서 정하는 입력값을 상기 변수 설정부(51)를 통해 입력함으로써, 실제 이동 피사체을 추적 촬영할 때에 발행할 수 있는 오차를 최소화할 수 있어서, 시행착오에 따라 추적 촬영하는 과정을 반복하는 일도 없고, 실제 추적 촬영하는 얻는 궤적 자료의 정확성도 보증할 수 있다. 만약, 상기 시뮬레이터부(52)에 의한 시뮬레이션 결과에 따라 카메라와 피사체 간의 위치정보를 정한다면, 설치 위치를 정하기전에 상기 시뮬레이터부(52)로 시뮬레이션한다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 이동 피사체
10 : 카메라 어셈블리
11 : 베이스 프레임 111 : 레일 112 : 안착공
12 : 카메라 13 : 거울
14 : 액츄에이터 141 : 서보 모터 142 : 샤프트
143 : 브라켓 144 : 센서 145 : 케이스
146 : 손잡이
15 : 클램프 151, 152 : 반원형 클램프
20 : 지지대 30 : 컨트롤러 40 : 트리거신호 발생장치
50 : 컴퓨터 51 : 변수 설정부 52 : 시뮬레이터부

Claims

삭제
서보모터(141)에서 회전하는 샤프트(142)에 거울(13)을 장착하여 거울(13)을 회전시키고 거울(13)에 반사되는 영상을 카메라(12)로 촬영하는 카메라 어셈블리(10);
이동 피사체를 추적 촬영하라는 지령신호인 트리거신호를 입력하는 트리거신호 발생장치(40);
이동 피사체의 출발점 및 이동 궤적에 대한 상기 카메라 어셈블리(10)의 상대적 위치를 나타내는 위치정보와, 이동 피사체의 속도정보 및 추적거리를 포함하는 상황 변수를 입력받고, 위치정보 및 상황 변수에 근거하여 거울(13)의 회전 초기 위치, 회전범위 및 회전 변화패턴을 포함하는 회전 설정값을 지정하는 컴퓨터(50);
트리거신호를 입력받으면 컴퓨터(50)에서 지정한 회전 설정값에 따라 서보모터(141)로 거울(13)을 회전시키며 카메라(12)로 촬영하여 이동 피사체를 추적 촬영하는 컨트롤러(30);
를 포함하여 구성되되,
상기 컴퓨터(50)는,
회전 설정값에 따라 이동 피사체의 비행 궤적을 시뮬레이션하여 예상오차를 산출하는 시뮬레이터부(52)가 마련되어서, 시뮬레이션 결과에 따라 회전 설정값을 수정할 수 있게 함을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.
제 2항에 있어서,
상기 컴퓨터(50)는,
이동 피사체의 예상 초기속도 및 감속도를 포함하는 정보를 속도정보로 입력받으며,
트리거신호 발생장치(40)에 의한 지연시간을 입력받아 거울(13)의 회전 초기의 회전 변화패턴를 보정함을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 카메라 어셈블리(10)는,
상기 서보모터(141), 상기 서보모터(141)의 샤프트(142)에 고정되고 상기 거울(13)이 장착되는 브라켓(143), 및 서보모터(141)를 수용하는 케이스(145)를 포함하여 구성되는 액츄에이터(14);
상기 액츄에이터(14)의 케이스(145)가 상부에서 하부방향으로 끼워지는 안착공(112)이 일측에 형성되고, 케이스(145)의 회전 위치 또는 높낮이가 조정된 상태에서 케이스(145)를 파지하는 클램프(15)가 마련되며, 타측에 상기 카메라(12)가 장착되는 베이스 프레임(11);
을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.
제 4항에 있어서,
상기 클램프(15)는,
상기 안착공(112)에 끼워지는 케이스(145)의 외주면을 파지하는 링 형상의 클램프로 구성되되, 두개의 반원형 클램프(151, 152)로 분리되어, 어느 하나의 반원형 클램프(151)를 베이스 프레임(11)에 고정하고 다른 하나의 반원형 클램프(152)를 탈착 가능하게 함을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.
제 5항에 있어서,
상기 베이스 프레임(11)은 카메라(12)를 슬라이딩할 레일(11)를 상기 거울(13)을 향하는 방향으로 구비하여 카메라(12)와 거울(13) 간의 거리를 조절하게 함을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.
제 4항에 있어서,
상기 거울(13)은, 타원형 테두리를 갖춘 거울로 형성되어, 타원의 단축(短軸)을 거울(13)의 회전축 선상에 놓이게 장착됨을 특징으로 하는 이동물체 궤적 추적 촬영장치.