KR101598411B1 - 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2대의 카메라가 구비된 무인항공기를 이용하여 1회 촬영만으로 3차원 결과물을 얻을 수 있도록 함은 물론 일반 카메라나 적외선 카메라 또는 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용할 수 있도록 함으로서, 2종류의 복수 영상을 동시에 획득할 수도 있으며, 설치된 카메라들 중 한 대의 카메라에 고장이 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영할 수 있도록 하는 것이다.

Description

3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템{Air craft gimbal system for 3demensioins photographic survey}
본 발명은 2대의 카메라가 구비된 무인항공기를 이용하여 1회 촬영만으로 3차원 결과물을 얻을 수 있도록 함은 물론 일반 카메라나 적외선 카메라 또는 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용할 수 있도록 함으로서, 2종류의 복수 영상을 동시에 획득할 수도 있으며, 설치된 카메라들 중 한 대의 카메라에 고장이 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템에 관한 것이다.
종래의 무인항공기(또는 드론)는 군사용으로 개발되었으나, 운반 및 보관의 편리성 및 조작이 용이하여 방송에서 촬영용으로 가장 많이 사용되고 있으며, 최근에는 재난 재해 모니터링, 물류 운반에서도 사용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
최근에는 다양한 무인항공기를 이용하여 국토개발 및 환경보호 심지어 부동산 개발을 위하여 무인항공기에 사진기나 비디오카메라를 장착하여 다양한 스틸 사진이나 동영상자료를 활용하고 있다.
이에, 국내외적으로 다양한 무인항공기가 개발되어 다양한 형태의 사진기나 비디오카메라를 장착한 제품이 출시되고 있으며, 특히 DJI 등 다국적기업이 사진기가 구비된 드론을 개발하여 시중에 판매하고 있으며 상업적으로도 큰 성공을 거두고 있다.
이때, 무인항공기는 자체 진동이 심하기 때문에 높은 수준의 퀄리티를 요하는 영상을 촬영하기 위해서는 반드시 짐벌(Gimbal)이 필요한데, 이때 짐벌이라는 것은 구조물의 동요에 관계없이 기기나 장비가 수평 및 연직으로 놓일 수 있도록 전후 좌우 방향축에 대하여 회전을 허용하는 회전 허용 지지틀을 일컫는다.
그러나, 종래의 모든 무인항공기 촬영시스템은 1대의 사진기나 비디오카메라를 장착하여 단 사진 촬영만을 하게 되어 있기 때문에 단 사진 촬영용 무인항공기를 사용할 경우에는 3차원 입체사진을 얻기 어려워 해당지역에 대하여 2번 이상의 0왕복 촬영을 실시해야 함으로써, 많은 비용 및 시간이 소요되는 것은 물론 정확한 촬영노선을 선정해야하는 번거로운 문제가 발생된다.
또한, 종래에는 하나의 카메라로 촬영하기 때문에 다양한 종류의 영상확보가 곤란하였으며, 촬영 중 장착된 카메라의 고장이 발생할 경우에는 상공에서 즉시 이를 대처할 카메라가 없어 영상 확보 유무를 떠나 상당한 비용과 작업시간의 낭비를 초래하게 된다.
한편, 종래의 짐벌시스템에 관련한 선행기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0823346호(공고일자: 2008.04.18.)에 기술되어 있는 바, 이는 동체의 헤드부에 카메라를 구비하여 상공 촬영을 도모하는 방안이 강구되어 있다.
그러나, 상기한 종래기술은 상공 촬영시 비행 중 발생되는 배기가스가 카메라를 가려 촬영에 방해되는 것을 해결하기 위함일 뿐, 3차원 영상을 확보하기 어려운 구성으로서, 상술한 문제(3차원 촬영을 위해서는 동일한 장소를 여러번 촬영해야만 하고, 고장시 대체 카메라 불가 등)가 내포되어 있는 바, 이는 사용성이 크게 저하되는 문제가 계속되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이격된 2대의 카메라가 구비된 무인항공기를 이용하여 1회 촬영만으로도 거리감 및 입체감과 같은 3차원 촬영 결과물을 얻는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
한편, 상기 카메라는 일반 카메라, 적외선 카메라 및 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용할 수 있기 때문에 서로 다른 2가지 영상을 동시에 확보할 수 있는 것이며, 하나의 카메라에 문제가 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영이 가능한 것을 제공함에 그 목적이 있다.
이때, 본 발명의 선택적인 실시예로, 카메라가 회전하도록 핑거부가 형성되어 있어서 카메라의 화각이 넓어지는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 선택적인 실시예로, 힌지에 의한 회동반경을 제한하여 과도한 힌지운동으로 인해 짐벌부가 프로펠러에 닿는 것을 방지하는 제한링크가 구비되는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동체(110)의 외측에 프로펠러(121)가 구비된 다수의 아암(120)이 형성되며, 상기 구동체(110) 하부에는 돌출된 형상의 이음구(130)가 형성되는 무인항공기(100)와; 상기 무인항공기(100)의 이음구(130)에 결합되는 결합체(210)가 형성되며, 상기 결합체(210) 하부에는 힌지(H)에 의해 회동이 가능한 장착부(220)가 구비되고, 상기 장착부에 고정되는 골조형상의 고정체(230)가 형성되며, 상기 고정체의 일측에는 3차원 촬영을 위한 다수의 카메라(241)가 구비될 수 있도록 카메라고정부(240)가 구비되는 짐벌부(200)로; 구성되어 이루어진다.
이때, 상기 장착부(220)는 짐벌부(200)가 회전할 수 있도록 양측에 회전 가능한 핑거부(211)가 구비된다.
또한, 상기 장착부(220)는 힌지(H)에 의한 회전반경을 제한하도록 결합체(210)와 연결되는 제한링크(250)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 이격된 2대의 카메라가 구비된 무인항공기를 이용하여 1회 촬영만으로 거리감 및 입체감과 같은 3차원 요소가 가미된 촬영 결과물을 얻을 수 있기 때문에 동일한 지역을 두 번 이상 촬영하기 위해 정확한 노선의 선정 및 촬영에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며 이에 따라 무인항공기에 투입되는 연료의 양 또한 절감할 수 있기 때문에 비용적인 측면에서도 상당한 효과가 있다.
또한, 상기 카메라는 일반카메라, 적외선 카메라 및 열카메라와 같은 다양한 종류로 구비할 수 있기 때문에 서로 다른 2종류의 영상을 동시에 얻을 수 있는 것은 물론이고 상기 카메라 중 한 대의 카메라에 고장이 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영이 가능한 효과가 있다.
이때, 본 발명의 선택적인 실시예로, 카메라가 회전하도록 핑거부가 형성되어 있어서 카메라의 화각이 넓어져 다각도로 촬영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 선택적인 실시예로, 과도한 힌지에 의한 회동을 제한하기 위해 제한링크가 구비되어 있어서 급격한 회동으로 인해 짐벌부가 프로펠러에 닿아 무인항공기가 추락하는 상황을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템의 전체적인 형상을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 짐벌부가 작동되는 원리를 정면에서 나타낸 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 짐벌부가 핑거부에 의해 회전(롤링)되는 것을 측면에서 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 짐벌부가 힌지에 의해 회전(틸팅)되는 것을 정면에서 나타낸 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 카메라고정부가 이동되는 것을 나타낸 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 카메라의 렌즈를 닦아주는 와이퍼가 구비된 것을 정면에서 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 도 6에 가이드베인이 구비된 것을 측면에서 나타낸 예시도이다.
본 발명은 도 1 내지 도 7에서 보는 바와 같이 무인항공기(100) 및 짐벌부(200)로 이루어지는 것이다.
이때, 상기 무인항공기(100)는 구동체(110)의 외측에 프로펠러(121)가 구비된 다수의 아암(120)이 형성되며, 상기 구동체(110) 하부에는 돌출된 형상의 이음구(130)로 이루어지는 것이다.
또한, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 짐벌부(200)는 무인항공기(100)의 이음구(130)에 결합되는 결합체(210)가 형성되며, 상기 결합체(210) 하부에는 힌지(H)에 의해 회동이 가능한 장착부(220)가 구비되고, 상기 장착부에 고정되는 골조형상의 고정체(230)가 형성되며, 상기 고정체는 3차원 촬영을 위한 다수의 카메라(241)가 구비될 수 있도록 카메라고정부(240)가 형성되는 것이다.
이때, 일정거리로 이격된 2대의 카메라(241)는 단 한번의 촬영으로도 복시(複視: 물체가 두개로 보이는 것)로 인해 두개의 촬영결과물이 하나의 영상장치에 재생되므로 무인항공기와의 정확한 거리감 및 입체감과 같은 3차원 요소가 가미된 촬영결과물을 얻을 수 있는 것이다.
또한, 상기 카메라(241)는 일반 카메라, 적외선카메라 및 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용하므로서 서로 다른 2종류의 영상을 동시에 얻을 수 있는 장점이 있는 것이다.
또한, 상기 카메라(241)은 하나의 카메라가 고장이 발생하여도 나머지 카메라로 계속해서 촬영이 가능하여 무인항공기(100)를 복귀시키지 않아도 되는 것이다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 장착부(220)는 양측에 축방향으로 회전 가능한 핑거부(211)가 구비되어 고정체(230)가 회전되도록 하여 상기 고정체에 구비된 카메라의 화각을 넓히도록 하는 것이다.
또한, 상기 카메라(241)는 짝수로 구비하여 정확한 무게중심을 유지하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 고정체(210)는 상부가 돌출된 골조 구조로서 측면에서 보았을 때 상부가 돌출된 사선형상으로 이루어지며, 상기 고정체 하부에는 카메라(241)가 구비되기 때문에 무게 중심이 하측으로 쏠려 넘어지기 어려운 구조이며, 피치 못하게 넘어진다고 하더라도 카메라고정부(240)이 지면에 먼저 닿아 카메라(241) 고장을 방지하는 것이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 힌지(H) 운동에 의해 짐벌부(200)가 프로펠러(121)에 닿아 무인항공기(100)가 추락하는 상황을 방지하기 위해 상기 힌지의 회동을 제한하는 제한링크(250)가 구비되는 것이다.
더욱 자세하게는, 과도한 힌지(H)의 회전에 의해 고정체(210)의 일측이 회전 중인 프로펠러(121)에 닿게 되어 프로펠러가 파손되는 것으로 무인항공기가 추락하는 상황을 방지하고자 상기 결합체(210) 일측에, 중앙을 기준으로 회전반경이 양측으로 30°씩 총 60°의 진폭으로 제한되는 형태의 기준링크(251)가 힌지고정되며, 상기 기준링크 양측에는 회전반경이 양측으로 30°씩 총 60°의 진폭으로 제한된 고정링크(252)가 조인트 형태로 장착부(220)의 양측에 고정되어 전체적으로 시소운동을 하는 제한링크(250)가 구비되는 것이다.
즉, 상기 제한링크(250)를 이용하여 힌지(H)에 의한 회동을 제한하여 짐벌부(200)가 프로펠러(121)에 닿아 무인항공기(100)가 추락하는 상황을 방지하는 것이다.
이때, 상기 제한링크(250)가 기준링크(251)과 고정링크(252)로 나뉘어진 이유는 상기 힌지(H)의 회동을 제한하기 위한 것도 있지만, 링크들 중 어느 하나가 파손되었을 경우에 교체가 용이하도록 하기 위함이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고정체(210)는 카메라고정부(240)와 맞닿는 하단부에 가이드홈(260)이 형성되어 있어서 사용자의 전기적 신호로 상기 카메라 사이의 간격조절이 가능하여 다양한 3차원 입체효과를 낼 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 카메라(241)에 벌레, 결로 및 먼지와 같은 이물질이 렌즈에 쌓여 촬영에 방해되는 상황을 방지하기 위해 힌지에 의해 회동하여 렌즈를 닦는 와이퍼(242)가 구비된다.
이때, 상기 와이퍼(242)는 평소에 일측으로 기울어져 있어 카메라(241)의 시야를 가리지 않는 것이 바람직하다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상공에서 카메라(241)을 향한 거센 바람으로 인해 연비가 낮아지거나 진동발생을 방지하기 위해 만곡된 사각판 형상의 가이드베인(243)이 형성되어 외측으로 바람을 흘려보내는 것이다.
정리하면, 본 발명은 상기 카메라(241)의 넓은 화각을 위해 짐벌부(200)가 롤링 및 틸팅기능을 동시에 수행할 할 수 있는 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명은 가이드홈(260)을 따라 카메라의 간격을 조절할 수 있는 바, 사용자의 조작에따라 카메라(241)의 간격을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 1회의 촬영만으로 거리감 및 입체감과 같은 3차원 요소가 가미된 촬영 결과물을 얻을 수 있는 특징이 있다.
이에, 본 발명은 일반 카메라, 적외선 카메라 및 열카메라와 같은 다양한 카메라를 혼용하여 사용할 수 있기 때문에 서로 다른 2가지 영상을 동시에 확보하는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 카메라에 문제가 발생하더라도 나머지 카메라로 계속해서 촬영할 수 있는 특징이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 무인항공기 110 ... 구동체
120 ... 아암 121 ... 프로펠러
130 ... 이음구
200 ... 짐벌부 210 ... 결합체
211 ... 핑거부 220 ... 장착부
230 ... 고정체 240 ... 카메라고정부
241 ... 카메라 242 ... 와이퍼
243 ... 가이드베인 250 ... 제한링크
251 ... 기준링크 252 ... 고정링크
260 ... 가이드홈

Claims (3)

  1. 구동체(110)의 외측에 프로펠러(121)가 구비된 다수의 아암(120)이 형성되며, 상기 구동체(110) 하부에는 돌출된 형상의 이음구(130)가 형성되는 무인항공기(100)와; 상기 무인항공기(100)의 이음구(130)에 결합되는 결합체(210)가 형성되며, 상기 결합체(210) 하부에는 힌지(H)에 의해 회동이 가능한 장착부(220)가 구비되고, 상기 장착부에 고정되는 골조형상의 고정체(230)가 형성되며, 상기 고정체는 3차원 촬영을 위한 다수의 카메라(241)가 구비될 수 있도록 카메라고정부(240)가 구비되는 짐벌부(200)로; 구성되며,
    상기 장착부(220)는 짐벌부(200)가 회전할 수 있도록 양측에 회전 가능한 핑거부(211)가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 장착부(220)는
    힌지(H)에 의한 회전반경을 제한하도록 결합체(210)와 연결되는 제한링크(250)가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측량용 무인항공기 짐벌시스템.
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