KR101550780B1 - 무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법 - Google Patents

무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법 Download PDF

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(주)하이레벤
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Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템은 정해진 경로를 따라 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기와, 무인 항공기에 장착되어 상공에서 물체를 촬영하는 촬영 장치를 구비한다. 무인 항공기는 촬영을 위한 비행을 시작하기 전에 스테이션으로부터 비행 경로 및 촬영 정보를 전달받는다. 촬영 정보에는 촬영을 실시할 위치에 대한 위치 정보와, 촬영을 실시할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도 및 수직 촬영 각도 정보가 포함된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 촬영 장치의 수평 촬영 각도는 360° 회전 가능하게 구성되고, 촬영 장치의 수직 촬영 각도는 180° 범위에서 회전 가능하게 구성될 수 있다. 촬영 장치는 수평 및 수직 촬영 각도를 변경할 수 있도록 무인 항공기에 대하여 수평 및 수직방향으로 상대 회전할 수 있도록 장착될 수 있다.

Description

무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING IMAGE DATAS USING UNMANNED AIR VEHICLE}
본 발명은 무인 항공기를 이용해 물체의 영상 데이터를 수집하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인 항공기에 장착된 촬영 장치를 미리 설정된 촬영 위치 및 촬영 각도에서 물체를 촬영하도록 제어하여 물체에 대한 정확한 영상 데이터를 수집할 수 있도록 구성된 영상 데이터 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 국토나 도시 지형 등에 대한 3차원 공간 정보를 수집 및 분석하기 위하여, 예컨대 항공기와 같은 이동체를 이용해 영상 데이터를 수집하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 3차원 공간 데이터는 통상의 2차원 데이터에 비해 사용자에게 보다 정확한 공간적·입체적 정보를 제공할 수 있다. 따라서 3차원 공간 데이터는 네비게이션 시스템, 도시 정보 시스템, 관광 정보 시스템 등과 같이 사용자에게 공간적·입체적 정보를 제공하는 것을 목적으로 하는 다양한 분야에서 유용하게 이용될 수 있다.
항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템은 크게 조종사가 항공기에 탑승하여 항공기를 직접 제어하는 유인 항공기 시스템과 조종사가 항공기에 탑승하지 않은 상태로 항공기를 비행시키는 무인 항공기 시스템으로 구분할 수 있다.
무인 항공기는 유인 항공기를 이용해 비행하기 위험한 지역이나, 도심지 등과 같이 대형 유인 항공기가 비행하기 곤란한 지역을 비행하는 것이 가능하다. 또한, 무인 항공기는 유인 항공기에 비해 매우 소형화하여 제작할 수 있기 때문에, 제조 및 운용 비용의 측면에서도 유인 항공기에 비해 크게 유리하다. 이러한 이유로 무인 항공기는 유인 항공기에 비해 영상 데이터 수집 시스템으로서 보다 유리하게 이용될 수 있다.
무인 항공기는 초기에는 군사적 용도로 개발 및 발전되기 시작하였으나, 최근에는 민간 분야까지 활용이 확대되어 기상 관측, 지형 탐사, 정찰, 감시 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
무인 항공기를 이용한 항공 촬영 시스템은 조종사가 탑승하지 않은 항공기에 촬영 장치를 장착해 촬영을 원하는 지역의 상공을 비행시키면서 촬영 대상 물체 또는 지형의 영상을 촬영하도록 구성된다. 이와 같이 촬영된 영상 데이터는 어떠한 위치에서 어떠한 촬영 자세로 촬영이 수행되었는지에 따라 데이터의 정보 및 품질이 달라지게 된다. 따라서, 원하는 정확한 영상 데이터를 얻기 위해서는 무인 항공기 및 무인 항공기에 장착된 촬영 장치가 적절한 위치 및 자세로 위치된 상태에서 영상을 촬영하도록 제어되어야만 한다.
그러나, 종래의 무인 항공기에 대한 연구는 무인 항공기의 플랫폼을 개량하거나, 무인 항공기의 비행 경로를 효과적으로 제어하여 운항 제어를 개선하는 등의 분야에만 치우쳐 있었고, 무인 항공기(구체적으로는 무인 항공기에 장착된 촬영 장치)의 촬영 영상의 질을 향상시키기 위한 방법에 대해서는 거의 관심을 기울이고 있지 못했다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하여, 무인 항공기를 이용해 물체의 영상 데이터를 정확하게 수집할 수 있는 영상 데이터 수집 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 무인 항공기를 이용해 물체의 영상을 촬영하는데 있어서 영상 촬영에 영향을 미치는 변수들을 모두 제어해 정확한 영상 데이터를 안정적으로 수집할 수 있도록 구성된 영상 데이터 수집 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이러한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법을 간단한 방식으로 신뢰성 있게 구현할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템은 정해진 경로를 따라 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기와, 무인 항공기에 장착되어 상공에서 물체를 촬영하는 촬영 장치를 구비한다. 무인 항공기는 촬영을 위한 비행을 시작하기 전에 스테이션으로부터 비행 경로 및 촬영 정보를 전달받는다. 촬영 정보에는 촬영을 실시할 위치에 대한 위치 정보와, 촬영을 실시할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도 및 수직 촬영 각도 정보가 포함된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 촬영 장치의 수평 촬영 각도는 360° 회전 가능하게 구성되고, 촬영 장치의 수직 촬영 각도는 180° 범위에서 회전 가능하게 구성될 수 있다.
촬영 장치는 수평 및 수직 촬영 각도를 변경할 수 있도록 무인 항공기에 대하여 수평 및 수직방향으로 상대 회전할 수 있도록 장착될 수 있다.
촬영 장치로 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기의 영상 데이터 저장부에 저장될 수 있다. 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되어 저장될 수 있다. 또한, 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보와도 연동되어 저장될 수도 있다.
본 발명에 따른 영상 데이터 수집 시스템은 태양광 발전 설비의 상공을 비행하면서 태양전지 모듈에 대한 표면 영상 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 무인 항공기를 이용해 정해진 경로를 따라 상공을 비행하면서 물체의 영상 데이터를 수집하는 데이터 수집 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 데이터 수집 방법은 스테이션으로부터 무인 항공기로 비행할 비행 경로 및 촬영 정보를 전달하는 단계와, 스테이션으로부터 전달받은 비행 경로를 따라 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 물체를 촬영하여 영상 데이터를 수집하는 단계와, 영상 데이터 수집을 마친 후 스테이션으로 복귀하여 촬영된 영상 데이터를 스테이션의 저장 장치로 전달하는 단계를 포함한다. 스테이션으로부터 전달받는 촬영 정보에는 촬영을 수행할 촬영 위치에 대한 위치 좌표 정보와, 촬영을 수행할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도 및 수직 촬영 각도에 대한 정보를 포함한다.
이 외에도, 본 발명에 따른 무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법에는, 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함되어도 무방하다.
본 발명에 따르면, 물체의 영상을 촬영하는데 영향을 미치는 모든 변수들이 고려되어 제어된 상태에서 촬영 장치가 물체에 대한 영상 촬영을 실시하므로, 물체에 대한 정확한 영상 데이터를 수집하는 것이 가능해 진다.
또한, 본 발명에 따르면, 촬영 장치가 무인 항공기에 대해 수평 및 수직 방향으로 상대 회전이 가능하게 장착되어, 촬영 장치의 수평 및 수직 촬영 각도를 간단하고 신뢰성 있게 제어할 수 있다. 따라서, 촬영 장치의 촬영 각도가 정해진 촬영 각도로 안정적으로 제어될 수 있게 되어, 정확한 영상 데이터 수집에 대한 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 무인 항공기에 장착된 촬영 장치를 이용해 물체의 영상 데이터를 수집하는 모습을 도시한다.
도 2는 동일한 촬영 위치에서 서로 다른 수평 촬영 각도로 물체의 영상을 촬영하고 있는 무인 항공기 및 촬영 장치를 도시한다.
도 3은 동일한 촬영 위치에서 서로 다른 수직 촬영 각도로 물체의 영상을 촬영하고 있는 무인 항공기 및 촬영 장치를 도시한다.
도 4는 미리 설정된 비행 경로를 따라 비행하며 물체의 영상 데이터를 수집하고 있는 무인 항공기 및 촬영 장치의 모습을 도시한다.
도 5는 본 발명에 이용될 수 있는 무인 항공기 및 촬영 장치의 개략적인 외관을 도시한다.
도 6은 무인 항공기에 장착된 촬영 장치의 수평 촬영 각도 및 수직 촬영 각도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 이용될 수 있는 촬영 장치를 장착한 무인 항공기의 예시적인 세부 구성요소들을 개념적으로 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 무인 항공기 및 촬영 장치를 이용해 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈에 대한 표면 영상 데이터를 수집하는 모습을 도시한다.
도 9는 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈의 표면 영상 데이터를 수집하는데 적합한 촬영 위치 및 촬영 각도로 위치되어 있는 무인 항공기 및 촬영 장치를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기 및 형상은 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 크기 및 형상으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
도 1은 무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)를 이용해 물체(300)의 영상 데이터를 취득하는 모습을 도시한다. 도 1로부터 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)를 이용해 물체의 영상을 촬영할 때, 촬영되는 영상 데이터는 무인 항공기(및 촬영 장치)의 3차원 위치(x, y, z 위치 좌표)에 따라 달라지게 된다.
뿐만 아니라, 무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)를 통해 촬영되는 물체의 영상 데이터는, 촬영 위치(전술한 x, y, z 위치 좌표) 이외에도 촬영 장치(200)의 촬영 각도에 따라 달라지게 된다. 도 2 및 도 3은 촬영 장치(200)의 촬영 각도가 촬영되는 영상 데이터에 미치는 영향을 도시한다.
도 2는 동일한 촬영 위치에서 서로 다른 수평 촬영 각도(α)로 물체(300)를 촬영하고 있는 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 동일한 촬영 위치에서 물체(300)를 촬영하더라도 촬영 장치(200)의 수평 촬영 각도(α)가 달라지게 되면 서로 다른 영상 데이터가 얻어지게 된다.
도 3은 동일한 촬영 위치에서 서로 다른 수직 촬영 각도(β)로 물체(300)를 촬영하고 있는 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 촬영 위치에서 물체(300)를 촬영하더라도 촬영 장치(200)의 수직 촬영 각도(β)가 달라지게 되면 마찬가지로 서로 다른 영상 데이터가 얻어지게 된다.
이처럼 무인 항공기(100)를 이용한 항공 영상 촬영에서 촬영되는 영상 데이터는, 3차원 촬영 위치를 결정하는 3개의 변수(예컨대, x, y, z 위치 좌표)와, 촬영 장치의 촬영 각도를 결정하는 2개의 변수[예컨대, 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β)], 즉 5개의 변수에 의해 영향을 받게 된다.
본 발명은 이러한 5개의 변수가 모두 고려된 제어 상태에서 물체의 영상 데이터를 수집하도록 함으로써, 보다 정확한 물체의 영상 데이터를 수집할 수 있도록 구성되어 있다.
도 4에는 미리 설정된 경로를 따라 비행하면서 물체(300)의 영상 데이터를 수집하고 있는 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)의 모습이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무인 항공기(100)는 스테이션(400; station)을 이륙하여 촬영하고자 하는 물체(300) 주위의 상공을 미리 설정된 비행 경로를 따라 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 정해진 촬영 각도로 촬영 장치(200)를 통해 물체(300)를 촬영하여 영상 데이터를 취득한다. 스테이션(400)에는 무인 항공기(100)가 비행할 비행 경로, 촬영을 실시할 촬영 위치(x, y, z 좌표), 정해진 촬영 위치에서 촬영을 실시할 때 촬영 장치(200)의 수평 및 수직 촬영 각도(α, β) 등에 대한 정보가 미리 저장되어 있다. 무인 항공기(100)는 비행을 시작하기 전에 스테이션(400)으로부터 이러한 비행 경로, 촬영 위치 및 촬영 각도에 대한 정보를 전달받아, 설정된 비행 경로를 따라 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 정해진 촬영 각도로 물체(300)를 촬영한다. 도 4에는 구체적인 도시가 생략되어 있으나, 무인 항공기의 비행 경로, 촬영 회수, 촬영 위치 등은 촬영하고자 하는 물체의 형상 및 크기에 따라 필요한 영상 데이터를 모두 수집할 수 있도록 적절히 선택될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 이용될 수 있는 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)의 형상 및 구성을 예시적인 일 실시예를 통해 설명한다. 도 5에는 본 발명에 이용될 수 있는 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)의 개략적인 외관이 도시되어 있고, 도 7에는 무인 항공기(100)의 기능별 세부 구성요소가 개념적으로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무인 항공기(100)는 비행에 필요한 양력을 생성하기 위한 양력 생성부(예컨대 프로펠러), 무인 항공기를 지지하는 레그부 등을 구비한다. 또한, 무인 항공기(100)의 중심부 하방에는 촬영 장치(200)가 장착되어, 물체를 상공에서 촬영할 수 있도록 구성된다. 촬영 장치(200)는 수평 촬영 각도(α)를 변경할 수 있도록 무인 항공기(100)에 장착될 수 있다(도 6 좌측 그림 참조). 촬영 장치의 수평 촬영 각도(α)는 모든 방향에서의 촬영이 가능하도록 360° 회전 가능하게 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 촬영 장치(200)는 수직 촬영 각도(β)를 변경할 수 있도록 장착될 수 있다(도 6의 우측 그림 참조). 촬영 장치(200)의 수직 촬영 각도(β)는 상공에서 하방에 있는 물체를 모든 방향에서 촬영할 수 있도록 180° 범위에서 회전 가능하게, 즉 항공기에 수직한 축에 대해 -90°내지 +90°의 각도 범위에서 회전할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 실시예에서는 촬영 장치(200)를 무인 항공기(100)에 대해 수평 및 수직 방향으로 상대 회전이 가능하도록 장착하여 촬영 장치(200)의 상대 회전을 통해 촬영 각도를 조정하도록 구성되어 있으나, 촬영 장치(200)는 회전시키지 않고 무인 항공기(100)를 수평 및 수직 방향으로 자세 제어하여 촬영 각도를 변경하거나, 또는 촬영 장치(200)의 회전과 무인 항공기(100)의 자세 제어를 동시에 이용해 촬영 각도를 제어하도록 구성하는 것도 가능하다. 그러나, 무인 항공기(100)의 수평 및 수직 방향 자세를 정밀하게 제어하는 것은 굉장히 어렵기 때문에, 도 5에 도시된 실시예와 같이 촬영 장치(200)를 무인 항공기(100)에 대해 수평 및 수직 방향으로 상대 회전이 가능하도록 장착해 촬영 장치(200)의 상대 회전을 통해 촬영 각도를 변경하도록 구성하는 것이 간단하고 신뢰성 있는 제어를 위해 더욱 바람직하다.
한편, 도 5에 도시된 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)는 예시적인 목적으로 도시한 일 실시형태에 불과한 것인바, 상공을 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 원하는 촬영 각도(α, β)로 물체를 촬영할 수 있도록 구성된다면 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)는 어떠한 형상 및 구조로 형성되더라도 무방하다.
도 7은 본 발명에 이용될 수 있는 촬영 장치(200)를 탑재한 무인 항공기(100)의 주요 구성요소들을 도시한다. 도 7은 무인 항공기(100)의 예시적인 일 실시형태를 도시하는 것이므로, 본 발명에 이용되는 무인 항공기(100)가 도 7에 도시된 예시적인 형태로 제한되는 것은 아니고 이외의 다른 다양한 형태로도 구현이 가능하다.
이하에서는 도 7을 참조하여 무인 항공기(100)에 구비될 수 있는 세부 구성요소들을 구체적으로 설명한다. 무인 항공기(100)는 구동부(110)를 포함한다. 구동부(110)는 무인 항공기의 비행 동력을 얻기 위한 기계장치를 포함한다. 양력을 얻기 위한 프로펠러, 로터, 로터를 구동하기 위한 전기 모터 또는 내연기관 등의 동력 생성 장치, 동력원이 되는 배터리 또는 연료저장소 등이 이에 해당한다. 무인 항공기(100)의 구동부(110)는 구동 제어부(120)에 의하여 제어된다. 구동 제어부(120)는 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행 속도를 유지하도록 구동부(110)를 제어한다. 이를 위해, 비행제어신호 생성부(150)는 비행정보 저장부(160)와 비행상태 탐지부(170)로부터 데이터를 받아 구동부 제어부(120)로의 제어 신호를 생성한다.
비행정보 저장부(160)는 무인 항공기의 비행경로, 고도, 속도 및 자세에 대한 정보를 저장하고 있다. 한편, 비행상태 탐지부(170)는 무인 항공기의 현재 위치, 고도, 속도 및 자세를 감지하여 데이터를 생성한다.
비행정보 저장부(160)와 비행상태 탐지부(170)로부터 데이터를 전달받은 비행제어신호 생성부(150)는 비행정보 저장부(160)로부터의 데이터와 비행상태 탐지부(170)로부터의 데이터를 비교한다. 만일, 특정 위치에서 사전 설정된 비행 정보와 현재 비행상태의 차이가 발생하는 경우, 비행제어신호 생성부(150)는 현재 비행상태를 사전 설정된 상태로 복귀시키기 위한 제어 신호를 생성하여 구동 제어부(120)로 출력하고, 구동 제어부(120)는 이 신호에 따라 구동부(110)를 제어하여 무인 항공기(100)가 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행 속도를 유지할 수 있도록 한다.
비행상태 탐지부(170)는 GPS 위성으로부터 수신된 GPS 값으로부터 현재 위치를 감지할 수 있다. 무인 항공기(100)가 GPS 유도되는 경우에는 비행상태 탐지부(170)에서 탐지된 GPS 값이 비행 정보 저장부(160)에 저장된 비행 경로 및 고도에 대한 GPS 값과 대비된다. 이러한 대비는 비행제어신호 생성부(150)에서 실행된다. 비행 속도는 별도의 속도계에 의하여 탐지될 수도 있고, 탐지되는 GPS 데이터의 시간에 따른 변화를 계산하여 얻을 수도 있다. 비행 자세, 즉 무인 항공기(100) 몸체의 기울어짐에 관한 정보는 자이로스코프 또는 이와 동일한 기능을 수행하는 수단에 의하여 탐지될 수 있다. 촬영 장치(200)의 촬영 각도는 수집된 영상 정보의 질에 영향을 미칠 수 있기 때문에 무인 항공기(100)의 비행 자세에 대한 제어 또한 중요한 제어 요소가 될 수 있다.
무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)는 촬영 제어부(180)에 의해 제어된다. 촬영 제어부(180)에 의해 촬영 신호를 받으면 촬영 장치(200)는 촬영을 실시한다. 한편, 촬영 제어부(180)는 비행상태 탐지부(170)로부터 현재 위치에 대한 정보를 수신한다. 이러한 방식으로, 무인 항공기가 촬영해야 하는 특정 위치에 도달하면 촬영 제어부(180)에 의하여 촬영 신호가 생성되고 촬영 장치(200)가 촬영을 실시할 수 있다. 또한 촬영 제어부(180)는 촬영을 실시하기 전에 촬영 장치(200)가 미리 설정된 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β)로 조정될 수 있도록 촬영 장치(200)에 촬영 각도 변경 신호를 제공할 수 있다.
촬영 장치(200)로부터 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기(100)의 영상 데이터 저장부(130)에 저장된다. 영상 데이터 저장부(130)가 촬영 장치(200)로부터 촬영된 영상 데이터를 저장할 때, 촬영된 영상 데이터에 촬영이 실시된 위치 정보를 연동하여 저장하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 영상 데이터 저장부(130)는 비행상태 탐지부(170)로부터 위치 정보를 수신할 수 있다. 영상 데이터 저장 시 연동 저장되는 이러한 위치 정보는 촬영 제어부(180)로부터 영상데이터 저장부(130)로 전달되는 형태의 실시도 가능하다. 촬영 제어부(180)는 촬영 장치(200)로 촬영 실시 명령을 내리는데 있어서 비행상태 탐지부(170)로부터 위치 정보를 수신하는데, 촬영 실시 신호를 촬영 장치(200)로 전달함과 동시에 비행상태 탐지부(170)로부터 수신한 위치 정보를 영상 데이터 저장부(130)로 전달함으로써, 촬영 장치(200)에 의해 촬영된 영상 데이터가 촬영이 실시된 위치 정보와 연동 저장되도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 영상 데이터를 저장하면, 향후 영상 분석 시 특정 영상 데이터가 어느 위치에서 촬영된 것인지를 쉽게 확인할 수 있다. 또한, 이러한 영상 데이터에는 촬영된 시간 정보도 함께 연동되어 저장되도록 구현되어도 좋다.
영상 데이터 저장부(130)는 인터페이스부(140)에 연결된다. 인터페이스부(140)는 무인 항공기(100)가 기지로 귀환했을 때, 바람직하게는 자동으로 기지의 데이터베이스와 연결되어 비행 도중 촬영한 영상 데이터 정보를 기지의 데이터베이스로 전달하는 기능을 수행한다.
도 8은 본 발명에 따른 무인 항공기(100) 및 촬영 장치(200)를 이용해 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈들의 표면 영상 데이터를 수집하는 실시예를 도시한다. 태양광 발전 설비는, 태양전지 셀이 다수가 모여 태양전지 모듈을 형성하고, 이러한 태양전지 모듈이 모여 태양전지 어레이를 형성하는 형태로 구성된다. 그런데, 태양전지 모듈은 사용 시간이 경과함에 따라 여러 가지 요인들에 의해 열화(Aging)되게 된다. 이러한 열화된 모듈은 어레이 상에서 전기적인 저항으로 작용하기 때문에 태양광 발전 설비의 출력을 저하시키는 방해 요소로 작용하게 된다. 따라서, 태양광 발전 설비의 효율 저하를 방지하기 위해서는, 태양전지 어레이를 지속적으로 모니터링하고 이를 기초로 어레이에 포함된 열화 모듈을 판별해 신속히 교정할 필요가 있기 때문에, 본 발명과 같은 무인 항공기(100)를 이용한 영상 데이터 수집 시스템을 이용해 태양전지 모듈 표면의 영상 데이터를 지속적으로 수집하여 모니터링 할 필요가 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 무인 항공기(100)는 스테이션(400)에 착륙하여 비행 경로, 촬영 위치 및 촬영 각도 등에 대한 정보를 전달받는다. 이후 무인 항공기(100)는 태양광 발전 설비 상공을 설정된 비행 경로에 따라 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 정해진 촬영 각도로 태양전지 모듈의 표면을 촬영해 영상 데이터를 수집하게 된다.
태양전지 모듈에 대한 표면 영상은 태양전지 모듈의 표면에 수직한 방향에서 촬영이 이루어질 때 가장 정확한 정보를 얻게 된다. 따라서 본 발명에 따른 무인 항공기(100)를 이용한 영상 데이터 수집 시스템을 태양전지 모듈의 표면 영상 촬영에 이용할 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈(500)의 표면에 수직한 방향에서 촬영이 이루어질 수 있도록 촬영 장치의 촬영 위치 및 촬영 각도를 제어하는 것이 바람직하다. 정해진 촬영 위치 및 촬영 각도에서 모든 촬영을 마치게 되면, 무인 항공기는 다시 스테이션으로 복귀하여 촬영된 영상 데이터를 스테이션의 저장 장치로 전달하게 된다.
본 발명에 따른 촬영 시스템을 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면에 대한 영상 데이터를 수집하는데 이용할 경우에는, 촬영 장치(200)를 열화상 이미지를 생성하는 적외선 카메라로 구성할 수 있다. 적외선 카메라는 물체가 발산하는 적외선을 영상으로 나타내 주는 장비로서, 눈에 보이지 않는 적외선을 검출하여 에너지량과 온도의 상관관계로부터 열화상을 획득한다. 물체로부터 방사된 복사에너지를 검출하기 위해서는 적외선 검출소자(IR Detector)가 사용된다. 적외선 검출소자는 적외선 에너지를 광자로서 흡수하고, 흡수된 적외선 광자들은 검출기 내에 전자를 여기시켜 전류를 발생시킨다. 여기된 광자의 수에 따라 검출기 내의 전기저항도 비례적으로 변하게 되며, 이 저항변화를 검출하여 디지털 레벨 값으로 저장한다. 디지털 레벨 값은 온도 보정 함수를 이용해 온도로 변환이 되고, 변환된 온도 값은 밝기 값에 맞는 열화상으로 생성된다.
일반적인 적외선 카메라는 피사체에서 발생된 적외선을 IR-Lens를 통해 입력하고, 입력된 적외선 신호는 적외선 검출소자에 상이 맺혀서 어레이(array)로 구성된 초기 영상신호로 입력된다. 입력된 신호는 증폭기(Amplifier)를 통해 적합한 크기의 신호로 증폭된 후 처리부(Processor)에서 설정된 방사율에 따른 입력 화면의 온도를 계산한 후 신호 발생기(Signal-generator)를 통해 사용자가 눈으로 볼 수 있는 화상 또는 파일로 출력한다.
촬영 장치로 적외선 카메라를 이용하게 되면, 태양전지 모듈의 열화상 데이터를 얻을 수 있어, 데이터의 처리 및 분석을 통해 육안으로 식별하기 어려운 열화 모듈을 검출할 수 있게 된다.
한편, 태양전지 모듈 촬영하는데 이용되는 적외선 카메라는 일반적으로 공지되어 있는 통상의 적외선 카메라를 채용할 수 있으므로, 적외선 카메라에 대한 보다 구체적인 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
또한, 태양전지 모듈을 촬영하는데 이용되는 촬영 장치(200)로는, 앞서 설명한 적외선 카메라뿐만 아니라, 다른 파장 영역을 사용하는 카메라, 즉 가시광선 카메라 또는 자외선 카메라도 사용될 수 있다. 예를 들어, 가시광선 카메라를 이용해 태양전지 모듈이 열화할 때 발생할 수 있는 황변이나 백화현상에서의 색상 변화를 검출하거나, 자외선 카메라를 이용해 태양전지 모듈의 열화에 따른 방전 시 발생하는 자외선을 검출하는 방식으로 열화모듈을 판별할 수도 있다. 또한, 적외선 카메라, 가시광선 카메라, 자외선 카메라 등 서로 다른 파장 영역의 광을 이용하는 카메라 두 개 이상을 함께 사용할 수도 있다. 예를 들어, 적외선 카메라와 가시광선 카메라를 함께 사용하는 경우, 각각에서 취득한 영상을 함께 이용할 수 있으며, 또한 적외선 카메라를 통해 취득한 열화상이 정확히 태양전지 모듈의 어느 부분에 대응하는 것인지 정확히 파악할 수도 있게 된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100: 무인 항공기
110: 구동부
120: 구동 제어부
130: 영상 데이터 저장부
140: 인터페이스부
150: 비행제어신호 생성부
160: 비행정보 저장부
170: 비행상태 탐지부
180: 촬영 제어부
200: 촬영 장치
300: 촬영 대상 물체
400: 스테이션
500: 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈
α: 촬영 장치의 수평 촬영 각도
β: 촬영 장치의 수직 촬영 각도

Claims (13)

  1. 정해진 경로를 따라 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기(100)와,
    상기 무인 항공기(100)에 장착되어 상공에서 물체를 촬영할 수 있는 촬영 장치(200)를 구비하고,
    상기 무인 항공기(100)는 촬영을 위한 비행을 시작하기 전에 스테이션(400)으로부터 비행 경로 및 촬영 정보를 전달받고,
    상기 촬영 정보에는 촬영을 실시할 위치에 대한 위치 정보와, 촬영을 실시할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β) 정보가 포함되도록 구성되고,
    상기 무인 항공기(100)는 태양광 발전 설비의 상공을 비행하면서 태양전지 모듈(500)에 대한 표면 영상 데이터를 수집하도록 구성되고,
    상기 촬영 장치(200)는 적외선 카메라로 구성되고,
    상기 촬영을 실시할 위치에 대한 위치 정보와, 촬영을 실시할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β)는 태양전지 모듈(500)의 표면에 수직한 방향에서 촬영이 이루어질 수 있도록 설정되도록 구성된,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평 촬영 각도(α)는 360° 회전 가능하게 구성되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직 촬영 각도(β)는 180° 범위에서 회전 가능하게 구성되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 장치(200)는 상기 무인 항공기(100)에 대해 수평 및 수직방향으로 상대 회전할 수 있도록 장착되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기(100)의 영상 데이터 저장부(130)에 저장되고,
    상기 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되어 저장되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보와도 연동되어 저장되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템.
  7. 삭제
  8. 무인 항공기(100)를 이용해 정해진 경로를 따라 상공을 비행하면서 물체의 영상 데이터를 수집하는 데이터 수집 방법이며,
    스테이션(400)으로부터 무인 항공기(100)로 비행할 비행 경로 및 촬영 정보를 전달하는 단계와,
    스테이션(400)으로부터 전달받은 비행 경로를 따라 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 정해진 촬영 각도로 물체를 촬영하여 영상 데이터를 수집하는 단계와,
    영상 데이터 수집을 마친 후 스테이션으로 복귀하여 촬영된 영상 데이터를 스테이션의 저장 장치로 전달하는 단계를 포함하며,
    상기 스테이션으로부터 전달받는 촬영 정보에는, 촬영을 수행할 위치에 대한 위치 좌표 정보와, 촬영을 수행할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β)에 대한 정보를 포함하고,
    상기 무인 항공기(100)는 태양광 발전 설비의 상공을 비행하면서 태양전지 모듈(500)에 대한 표면 영상 데이터를 수집하도록 구성되고,
    상기 촬영 장치(200)는 적외선 카메라로 구성되고,
    상기 촬영을 수행할 위치에 대한 위치 좌표 정보와, 촬영을 수행할 때 촬영 장치의 수평 촬영 각도(α) 및 수직 촬영 각도(β)는 태양전지 모듈(500)의 표면에 수직한 방향에서 촬영이 이루어질 수 있도록 설정되도록 구성된,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수평 촬영 각도(α)는 360° 회전 가능하게 구성되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수직 촬영 각도(β)는 180° 범위에서 회전 가능하게 구성되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 장치(200)는 상기 무인 항공기(100)에 대해 수평 및 수직방향으로 상대 회전할 수 있도록 장착되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기(100)의 영상 데이터 저장부(130)에 저장되고,
    상기 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되어 저장되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 촬영된 영상 데이터는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보와도 연동되어 저장되는,
    무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 방법.
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