KR20030095384A - 초음파 및 카메라 겸용 수중영상 취득 장치 - Google Patents

초음파 및 카메라 겸용 수중영상 취득 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중의 물체를 탐색하고 기록/저장하는데 있어서 전체적인 작업의 효율성을 높이기 위하여 광역(300m폭)초음파 송수신기(Side Scan Sonar) 및 360도 전 방위에 대한 비디오 영상을 실시간으로 취득하는 수중 다방향 CCTV 카메라를 구비하고 이들 초음파 송수신기와 다방향 카메라를 통해서 입력되는 영상신호를 하나의 표시패널을 사용하여 표시하는 영상취득 장치를 구현하는데 있다. 즉, 본 발명은 필요에 따라 초음파 또는 수중 카메라를 선택적으로 사용할 수 있도록 2개의 접속구를 두고, 하나의 모니터(표시패널)를 이용하여 비교적 수중의 탁도가 높아서 카메라에 의한 물체의 확인 여부가 어려운 수중에서는 초음파 소나가 수중으로 초음파신호를 발신하고 물체로부터 반사된 초음파를 수신하여 수중의 물체를 실시간으로 모니터에 표시하는 디지털 영상신호처리부와, 카메라를 이용하여 수중 촬영이 용이한 비교적 투명한 수중에서는 다수의 카메라로부터 입력되는 수중 영상신호를 다수의 채널을 이용하여 수중의 물체 또는 지형을 실시간으로 관측 및 기록/저장하는 비디오신호 처리부를 하나의 유니트로 구성하여 다양한 수중 상태를 해상 또는 내수면에서 수중 탐색 및 관측 작업을 할 수 있게 함으로써 작업의 효율성을 높이고 모든 관측 작업을 한번에 완료할 수 있는 경제적인 수중 관측 장치를 제공하는데 그 특징이 있다.

Description

초음파 및 카메라 겸용 수중영상 취득 장치{Device of acquiring underwater image by either the acoustic sonar or video camera}
본 발명은 필요에 따라 초음파 또는 수중 카메라를 선택적으로 사용할 수 있도록 2개의 접속구를 두고 하나의 모니터를 이용하여 수중의 탁도가 비교적 높아서 카메라에 의한 물체의 확인 여부가 어려운 수중에서는 초음파 소나가 수중으로 초음파신호를 발신하고 물체로부터 반사된 초음파를 수신하여 수중의 물체를 실시간으로 모니터에 표시하는 수단과, 카메라를 이용하여 수중 촬영이 용이한 비교적 투명한 수중에서는 다수의 카메라로부터 입력되는 수중 영상신호를 다수의 채널을 이용하여 수중의 물체 또는 지형을 실시간으로 관측 및 녹화하는 수단을 하나의 유니트로 구성함으로써 다양한 수중의 상태를 해상 또는 내수면에서 탐색 및 관측할 수 있게 함으로써 작업의 효율성을 높이고 모든 관측 작업을 한번에 완료할 수 있는 경제적인 수중 관측 및 녹화장치를 구현하는데 있다.
세계적으로 여러 가지 형태의 수중 초음파 촬영장비와 수중 카메라를 이용한 영상취득 장비가 상용화되어 있지만 광역 초음파 영상취득 작업과 수중 비디오 녹화시스템은 전혀 다른 별도의 장비로 인식되어 이를 이용한 수중 물체의 탐색 및 수중 영상취득 작업들이 이루어졌다. 즉, 비디오 영상 녹화는 잠수부에 의해서 얕은 수심과 수중의 탁도가 비교적 낮은 장소로 제한적으로 이루어지고 있었고, 초음파 송수신기에 의한 수중 물체의 영상신호의 취득은 비교적 탁도가 높은 장소나 수심에 관계없이 수중의 피사체로부터 반사되어 나온 반사파를 수신하여 수중 물체의 크기와 형상을 영상으로 표시 패널에 표시하여 수중 물체 및 지형의 탐지에 이용되어 왔다. 그러나 이들은 별도의 장치로 이루어져 있으므로 이들을 동시에 구비하기 위해서는 경제적으로 이중의 경비 지출이 필요할 뿐만 아니라 두 장비를 동시에 설치함에 따른 비교적 많은 설치 공간이 필요하다는 문제점이 있었다. 또한 수중의 상태에 따라 보다 효율적인 장비를 선택적으로 적용하여 사용할 수 없었다는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 수중의 물체를 탐색하고 기록하는데 있어서 전체적인 작업의 효율성을 높이기 위하여 광역(300m폭)초음파 촬영 시스템(Side Scan Sonar)과 다방향 카메라를 이용하여 360도 전 방위에 대한 비디오 영상을 실시간으로 취득하는 수중 다방향 CCTV를 하나로 하는 수중 영상취득 장치를 구현하는데 있다. 본 발명에 따른 상기 초음파 소나가 수중으로 음향신호를 발신하고 발신된 초음파가 물체에서 반사되어 초음파 수신기에 수신되어 수중의 물체를 실시간으로 모니터에 표시하는 영상신호처리 제어부와, 다수의 카메라와 다수의 영상신호처리 채널을 이용하여 수중의 물체 또는 지형을 실시간으로 관측 및 녹화하는 비디오 신호 제어부를 하나의 유니트로 구성하여 해상 또는 내수면에서의 탐색 및 관측 작업의 효율성을 극대화하고 모든 수중 관측 작업을 한번에 종료할 수 있어 경제적이고 또한 부피가 비교적 작은 수중 영상취득 장치를 제공하는데 그 특징이 있다. 또한, 현재의 수심정보, 위치정보(GPS)를 화면에 실시간으로 함께 기록하고 수중 3차원 지형정보(Topography)를 전시할 수 있는 프로그램들을 포함한다. 이를 통해 어떤 종류의 수면 위에서도 물의 탁도 및 햇빛의 양등에 관계없이 수중 물체의 수색, 관측 및 기록 작업이 하나의 장비에 의하여 한번에 수중내의 물체 및 지형에 대한 영상을 취득할 수 있게 하는데 그 목적이 있다. 또한 수중의 상태에 따라 보다 효율적인 장비를 선택적으로 적용하여 보다 선명한 수중 피사체의 영상신호를 취득하거나 두 장비를 동시에 이용하여 보다 신속한 수중 탐사 작업을 이룰 수 있는데 그 특징이 있다.
도1은 본 발명에 따른 수중 관측용 초음파 및 카메라 겸용 영상취득 장치도.
도2는 본 발명에 따른 수중 관측용 초음파 및 카메라 겸용 영상취득 장치도.
도3은 본 발명에 따른 영상취득 장치의 실제 구현된 형태.
<도면번호에 대한 설명>
1: 배터리 박스2. 표시패널 및 신호처리부3: 카메라 모듈
4: 초음파 송수신기5: GPS 위치정보 장치6: 연결 케이블
본 발명은 수중의 물체를 탐색하고 기록/저장하는데 있어서, 전체적인 작업의 효율성을 높이기 위하여 광역 (300m폭)초음파 송수신기(Side Scan Sonar) 및 360도 전 방위에 대한 비디오 영상을 실시간으로 취득하는 수중 다방향 CCTV 카메라를 구비하고 이들 초음파 송수신기와 다방향 카메라를 통해서 입력되는 영상신호를 하나의 표시패널을 사용하여 표시하는 영상취득 장치를 구현하는데 있다. 본 발명을 이루기 위한 구체적인 구성수단들을 살펴보면, 수심정보를 얻기 위한 수심센서와, 위치정보를 얻기 위한 GPS 시스템과, 다수의 카메라를 구비하고 다방향에서 수중의 영상신호를 취득할 수 있는 다방향 영상 취득용 카메라 모듈과, 수중의 물체의 영상을 취득하기 위한 초음파 송수신기와, 상기 이들 장치들을 제어하는 시스템(장치) 제어부, 상기 초음파송수신기와 카메라모듈에서 입력되는 피사체의 영상신호를 표시패널에 나타내기 위하여 신호를 처리하는 디지털 영상신호처리부 및 상기 수중 카메라에 의한 영상 취득과 초음파 송수신기에 의한 영상 취득을 선택적으로 이용할 수 있는 영상 신호 선택 수단을 구비하고 있다. 본 발명에 따른 영상신호처리부는 초음파 송수신기에 의한 영상신호 처리와 다수의 카메라에 의하여 입력되는 영상 신호를 선택적으로 처리할 수 있는 프로그램을 내장하고 있으며, 다수의 영상신호를 동시에 관찰해야할 필요가 있는 경우에는 탑재된 카메라의 숫자만큼 화면을 분할하여 관측 또는 녹화를 할 수 있도록 설계되어 있다. 본 발명에 따른 수심센서는 수중에 잠수된 초음파 송수신기 또는 수중카메라에 설치되어 작업하는 수심의 정도에 따라 다르게 나타나는 수압을 전기적 신호로 변환하여 MCU와 ADC를 거쳐 텍스트로 변환되어 각 스크린에 실시간으로 동기화되어 표시패널(LCD, 유기 EL 등)에 표시된다. 위치정보는 GPS를 이용하여 취득한 위치정보를 표시패널(LCD, 유기 EL 등)상에 상기 수심정보와 동일한 수단으로 텍스트로 나타낸다. 상기 수중 카메라 모듈은 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 다수의 조명장치와 다수의 카메라를 동시에 구비하거나 하나의 조명장치에 하나의 카메라를 구비하거나 조명장치를 부착함이 없이 카메라만을 구비하는 경우 등 모두 본 발명에 따른 신호처리제어부에서 신호를 처리할 수 있으며, 이들의 동작을 위하여 공급되는 전원 및 기타 제어신호는 모두 전송 케이블을 통해서 초음파 송수신기 및 카메라모듈로 공급되어진다. 상기 카메라모듈로부터 입력된 영상신호들은 다수개의 채널을 구비하고 있는 영상신호처리부에서 각각의 카메라에 대한 영상신호를 프레임 단위로 표시화면에 분할하여 표시하게 된다. 초음파 송수신기에 의하여 취득되는 영상신호는 초음파 송신기가 수중에 초음파를 발생시키고 발생된 초음파가 수중 내부의 물체와 수중의 지면으로부터 반사되어 되돌아오는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기와, 상기 초음파 수신기에서 취득한 아날로그 영상신호는 아주 미약하고 잡음이 많이 섞여 있으므로 이를 증폭하고 신호에 섞여 있는 잡음을 제거한 후에 이를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환기와, 상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 수중 내부의 어군, 물체 및 지형 등의 영상신호를 주사선 단위로 처리하여 메모리에 저장하는 디지털 영상신호처리부와, 상기 디지털 영상신호처리부의 메모리에 주사선 단위로 저장된 디지털 영상신호를 표시패널(LCD, 유기 EL 등)로 전송하여 표시하는 구성으로 이루어져 있다. 상기 수심센서는 본 발명에 따른 영상취득 장치 중에서 수중에 잠수되는 초음파 송수신기와 다수의 카메라가 부착되어 수중에 잠수하는 수중 카메라모듈에 내장/부착되어 설치된다. 이들 초음파 송수신기 및 카메라모듈 들과선상(수상)의 디지털 영상신호처리부 및 장치 제어부와의 신호의 교환은 케이블 커넥터에 의하여 연결된 케이블에 의하여 이루어진다. 본 발명에 따른 장치를 동작시키는 전원의 경우는 그 소모 전력이 많을 경우와 장시간 사용에 대비하여 도1의 1과 같이 별도의 배터리 박스를 사용하여 신호처리부, 표시패널, 카메라, 초음파 송수신기 및 조명장치 등에 공급된다.
[실시 예]
본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도1과 도2를 통해서 구체적으로 살펴보면, 수심센서는 수중에 잠수된 초음파 송수신기 및 수중카메라에 설치된 압력 센서를 이용하여 수심의 정도에 따라 다르게 나타나는 수압을 전기적 신호로 변환하여 MCU와 ADC를 거쳐 텍스트로 변환되어 각 스크린에 실시간으로 동기화되어 표시패널(LCD, 유기 EL 등)에 표시된다. 위치정보는 GPS 위성을 이용하여 취득한 위치정보를 표시패널 상에 상기 수심정보와 동일한 수단으로 문자 및 수치로 나타낸다. 상기 수중 카메라 모듈은 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 다수의 조명장치와 다수의 카메라를 동시에 구비하거나 하나의 조명장치에 하나의 카메라를 구비하거나 조명장치를 부착함이 없이 다수의 카메라 또는 원하는 수만큼의 카메라를 구비하는 경우 등 모두 본 발명에 따른 신호처리제어부에서 신호를 처리할 수 있으며, 이들의 동작을 위하여 공급되는 전원 및 기타 제어신호는 모두 전송 케이블을 통해서 초음파 송수신기 및 카메라모듈로 공급되어진다. 상기 카메라들로부터 입력된 영상신호들은 다수의 채널을 구비하고 있는 영상신호처리부의 신호처리에 의하여 동영상으로 표시화면에 분할되어 표시된다. 초음파 송수신기에 의하여 취득되는영상신호는 수중에서 초음파를 발생시키고 발생된 초음파가 수중 내부의 물체와 수중의 지면에 반사되어 되돌아오는 초음파 신호를 수신하는 초음파 송수신기와, 초음파 수신기에서 취득한 아날로그 영상신호는 아주 미약하고 잡음이 많이 섞여 있으므로 이를 증폭하고 신호에 섞여 있는 잡음을 제거한 후에 이를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환기와, 상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 수중 내부의 어군, 물체 및 지형 등의 영상신호를 주사선 단위로 처리하여 메모리에 저장하는 디지털 영상신호처리부와, 상기 디지털 영상신호처리부의 메모리에 주사선 단위로 저장된 디지털 영상신호를 표시하는 표시패널로 이루어져 있다. 상기 초음파 송수신기와 수중카메라 모듈로부터 입력된 아날로그 신호는 디지털신호변환기(A/D 변환기)를 통해서 디지털 신호로 변환되고 변환된 디지털영상신호의 처리는 모두 디지털 영상신호처리 프로그램에 의하여 이루어진다. 또한 상기 초음파 송수신기와 수중카메라 모듈로부터 입력되는 신호를 필요에 따라 선택적으로 표시패널(LCD, 유기 EL 등)에 나타낼 수 있고, 동시에 표시패널에 나타낼 수 있다. 이 때 수심정보와 위치정보, 그리고 시간정보는 텍스트로 표시패널 상에 나타난다. 상기 수심센서는 본 발명에 따른 영상취득 장치 중에서 수중에 잠수되는 초음파 송수신기와 다수의 카메라가 부착되어 수중에 잠수하는 수중 카메라모듈에 부착되어 설치된다. 이들 초음파 송수신기 및 카메라모듈 들과 선상(수상)의 디지털 영상신호처리부 및 장치 제어부와의 신호의 교환은 케이블 커넥터에 의하여 연결된 케이블에 의하여 이루어진다.
본 발명은 수중의 물체를 탐색하고 기록하는데 있어서 전체적인 작업의 효율성을 높이기 위하여 광역(300m폭)초음파 촬영 시스템(Side Scan Sonar)과 다방향 카메라를 이용하여 360도 전 방위에 대한 비디오 영상을 실시간으로 취득하는 수중 다방향 CCTV를 하나로 하는 수중 영상취득 장치를 구현하여 상기 초음파 소나가 수중으로 음향신호를 발신하고 발신된 초음파가 물체에서 반사되어 초음파 수신기에 수신되어 수중의 물체를 실시간으로 모니터에 표시하는 영상신호처리 제어부와, 다수의 카메라와 다수의 영상신호처리 채널을 이용하여 수중의 물체 또는 지형을 실시간으로 관측 및 녹화하는 비디오신호 제어부를 하나의 유니트로 구성하여 해상 또는 내수면에서의 탐색 및 관측 작업의 효율성을 극대화하고 모든 수중 관측 작업을 한번에 종료할 수 있어 경제적이고 부피가 비교적 작은 수중 영상취득 장치를 제공하는 작용효과가 있다. 또한, 현재의 수심정보, 위치정보(GPS), 시간정보를 화면에 실시간으로 함께 기록하고 수중 3차원 지형정보를 표시할 수 있는 프로그램들을 구비하고 이를 통해 어떤 종류의 수면 위에서도 물의 탁도 및 햇빛의 양등에 관계없이 수중 물체의 수색, 관측 및 기록 작업이 하나의 장비에 의하여 한번에 수중내의 물체 및 지형에 대한 영상을 취득할 수 있게 하는 효과도 있다. 또한 수중의 상태에 따라 보다 효율적인 장비를 선택적으로 적용하여 보다 선명한 수중 피사체의 영상신호를 취득하거나 두 장비를 동시에 이용하여 보다 신속한 수중 탐사 작업을 이룰 수 있는 작용효과가 있다.

Claims (4)

  1. 초음파 송수신기 및 카메라모듈을 동시에 구비하고 수중 피사체의 영상을 취득하는 장치에 있어서,
    수중 피사체의 영상신호를 취득하기 위하여 카메라를 부착한 카메라 모듈과,
    수중 피사체의 영상신호를 취득하기 위한 초음파 송수신기와,
    상기 카메라 모듈과 초음파 송수신기로부터 받은 영상신호를 선택적으로 취득할 수 있는 영상신호 선택 수단과,
    상기 선택된 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하여 주사선 또는 프레임 단위로 표시 패널에 나타내는 수단과,
    GPS와 연동하여 수면 상에서의 목표 작업로 설정 및 선박의 현재의 위치 및 궤적정보를 나타내는 위치정보 취득 수단과,
    상기 카메라 모듈 또는 초음파 송수신기의 내부에 내장되어 카메라 또는 초음파 송수신기가 위치한 지점의 수심을 실시간으로 선상에 전달하는 수심 감지센서를 구비한 수중 피사체의 영상취득장치.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 다수의 카메라를 구비하고 다방향에서 물체를 관측하기 위한 다수의 카메라들로 구성됨을 특징으로 하는 수중 피사체의 영상취득장치.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 초음파 송수신기의 수신부는 세라믹 압전소자로 구성됨을 특징으로 하는 수중 피사체의 영상취득장치.
  4. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 다수의 카메라와 수중 내부의 피사체를 조명하기 위한 조명장치를 더 구비함을 특징으로 하는 수중 피사체의 영상취득장치.
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