[논문]심해용 ROV를 위한 수중 원격 영상제어 시스템 개발

김현희; 정기민; 박철수; 이경창; 황용연

doi:10.21289/ksic.2018.21.6.389

심해용 ROV를 위한 수중 원격 영상제어 시스템 개발
Developed Ethernet based image control system for deep-sea ROV 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.21 no.6, 2018년, pp.389 - 394

김현희 (부경대학교 제어계측공학과) , 정기민 (부경대학교 제어계측공학과) , 박철수 (수테크) , 이경창 (부경대학교 제어계측공학과) , 황용연 (부경대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Remotely operated vehicle(ROV) and autonomous underwater vehicle(AUV) have been used for underwater surveys, underwater exploration, resource harvesting, offshore plant maintenance and repair, and underwater construction. It is hard for people to work in the deep sea. Therefore, we need a vision control system of underwater submersible that can replace human eyes. However, many people have difficulty in developing a deep-sea image control system due to the deep sea special environment such as high pressure, brine, waterproofing and communication. In this paper, we will develop an Ethernet based remote image control system that can control the image mounted on ROV.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Classification of marine robot
그림 Fig. 2 Structure of image control system for deep sea
그림 Fig. 3. Maximum strain rate of HD camera pressure vessel
그림 Fig. 5 Design of pressure vessel for HD camera module
그림 Fig. 4. Maximum stress of HD camera pressure vessel
그림 Fig. 6 Pressure vessel for HD camera module
표 Table 1. Analysis of HD camera pressure vessel
그림 Fig. 7 Design of pressure vessel for image control module
그림 Fig. 9 Software architecture of image control system
그림 Fig. 8 Pressure vessel for image control module
그림 Fig. 10 camera control module(L) & image conversion module(R)
그림 Fig. 11 Image control module mounted on pressure vessel
그림 Fig. 12 GUI program
그림 Fig. 13 Video image of underwater

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그래서, 본 논문에서는 국내 심해용 ROV에 적용가능한 Ethernet 기반 원격 영상제어 시스템을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 심해용 카메라 모듈, 라이트 모듈, 영상제어 보드, 라이트 제어 보드 등 심해에서 사용되는 모듈을 탑재할 수 있는 수심 6000m 급 심해용 내압용기를 설계하고 구조해석 시뮬레이션을 통해 안전성을 검증하였다.
이를 위해, 본 논문에서는 심해용 ROV를 위한 Ethernet 기반 원격 영상제어 시스템과 6000m급 내압용기를 개발하였다. 이를 위하여 600bar까지 견딜 수 있는 내압용기 4종(영상제어 내압용기, 라이트 내압용기, HD카메라 내압용기, SD 카메라 내압용기)을 설계, 개발하였다.

제안 방법

Ethernet 기반 원격 영상제어 모듈은 카메라 모듈의 확장성을 고려하여 IP 카메라 2대, HD/SDI 카메라 2대, Analog 카메라 2대 총 6대의 카메라를 제어할 수 있도록 설계하였다. 또한, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할수 있는 전원 제어 회로부 설계, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부 설계, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수를 체크 할 수 있도록 온습도 센서 회로부 설계 등 우수한 영상을 취득 할 수 있도록 고기능성 영상제어 보드를 설계하였다.
GUI 프로그램은 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 HD급 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 제작하였다. GUI 에서는 영상제어모듈 내압용기 내부의 온⋅습도 상태 모니터링, 카메라 줌(in-out), 카메라 오토포 커스, 심해 수중촬영을 위한 LED on/off 제어, 팬틸트 방향 제어 등을 수행할 수 있도록 구성하였다.
마지막으로 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위해 그림 12와 같이 제어용 GUI 프로그램을 개발하였다. GUI 프로그램은 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 HD급 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 제작하였다. GUI 에서는 영상제어모듈 내압용기 내부의 온⋅습도 상태 모니터링, 카메라 줌(in-out), 카메라 오토포 커스, 심해 수중촬영을 위한 LED on/off 제어, 팬틸트 방향 제어 등을 수행할 수 있도록 구성하였다.
또한, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할수 있는 전원 제어 회로부 설계, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부 설계, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수를 체크 할 수 있도록 온습도 센서 회로부 설계 등 우수한 영상을 취득 할 수 있도록 고기능성 영상제어 보드를 설계하였다. 그리고, 원격지의 제어 명령을 다양한 형태의 카메라로 전송하고 카메라의 정보를 수신 가능한 통신 보드를 설계하였다.
내압용기의 구조해석 시뮬레이션 결과를 바탕으로 그림 5, 7과 같이 6000m급 HD 카메라용 내압용기와 영상제어 모듈용 내압용기를 상세 설계 하였다. 상세설계를 바탕으로 그림 6, 8과 같이 내압용기 시제품을 제작하였다.
이를 위하여 600bar까지 견딜 수 있는 내압용기 4종(영상제어 내압용기, 라이트 내압용기, HD카메라 내압용기, SD 카메라 내압용기)을 설계, 개발하였다. 또한 카메라 제어 모듈, 라이트 제어 모듈, 통신모듈, 영상 변환모 듈, 영상제어 모듈을 위한 제어보드를 설계 개발 하였다. 또한, 본 논문에서 제안하는 시스템의 신뢰성 평가를 위해 육상 600bar 내압용기 평가를 수행하였으며, 동해 앞바다 500m 수중 시험을 통해 필드 테스트를 성공적으로 완료하였다.
Ethernet 기반 원격 영상제어 모듈은 카메라 모듈의 확장성을 고려하여 IP 카메라 2대, HD/SDI 카메라 2대, Analog 카메라 2대 총 6대의 카메라를 제어할 수 있도록 설계하였다. 또한, 원격제어 명령에 따라 카메라 전원 ON/OFF 할수 있는 전원 제어 회로부 설계, 부착되는 라이트의 밝기를 조절하고 라이트 ON/OFF가 가능한 라이트 제어 회로부 설계, 내압 용기 내부 온/습도 및 누수를 체크 할 수 있도록 온습도 센서 회로부 설계 등 우수한 영상을 취득 할 수 있도록 고기능성 영상제어 보드를 설계하였다. 그리고, 원격지의 제어 명령을 다양한 형태의 카메라로 전송하고 카메라의 정보를 수신 가능한 통신 보드를 설계하였다.
마지막으로 영상 제어 시스템의 원격지 제어를 위해 그림 12와 같이 제어용 GUI 프로그램을 개발하였다. GUI 프로그램은 카메라 모듈에 장착된 팬틸트를 제어함으로써 HD급 고화질의 심해 영상을 자유롭게 수집할 수 있도록 제작하였다.
심해용 영상제어 모듈은 원격지인 해상 선상에서 모니터링 영상을 관찰하며 원격 제어할 수 있도록 Ethernet 통신이 가능하도록 구성하였다.
이를 위해, 본 논문에서는 심해용 ROV를 위한 Ethernet 기반 원격 영상제어 시스템과 6000m급 내압용기를 개발하였다. 이를 위하여 600bar까지 견딜 수 있는 내압용기 4종(영상제어 내압용기, 라이트 내압용기, HD카메라 내압용기, SD 카메라 내압용기)을 설계, 개발하였다. 또한 카메라 제어 모듈, 라이트 제어 모듈, 통신모듈, 영상 변환모 듈, 영상제어 모듈을 위한 제어보드를 설계 개발 하였다.
이에 Ethernet기반 원경 영상제어 모듈을 개발하여 고화질의 영상을 실시간으로 볼 수 있도록 그림 9와 같이 시스템 구조를 설계하였다.

대상 데이터

심해저용 영상제어 시스템은 그림 2와 같이 심해 영상을 촬영할 수 있는 수중 카메라와 심해의 어둠을 밝힐 수 있는 수중 라이트 모듈, 그리고 이를 제어 할 수 있는 심해 Ethernet 기반 원경 영상제어 모듈로 구성된다.

성능/효과

그리고, 한국해양과학기술원의 경작업용 ROV에 카메라 모듈을 장착하여 동해 실해역 수심 500m에서 수중 촬영을 수행할 수 있었다. 수중 촬영 결과는 그림 13과 같으며, 시험평가를 위해 심해에 미리 설치해 둔 임의의 구조물을 향해 점차 접근하는 영상을 시간 순으로 화면 캡쳐한 것이다.
또한 카메라 제어 모듈, 라이트 제어 모듈, 통신모듈, 영상 변환모 듈, 영상제어 모듈을 위한 제어보드를 설계 개발 하였다. 또한, 본 논문에서 제안하는 시스템의 신뢰성 평가를 위해 육상 600bar 내압용기 평가를 수행하였으며, 동해 앞바다 500m 수중 시험을 통해 필드 테스트를 성공적으로 완료하였다.
본 논문에서 개발한 Ethernet 기반 영상 제어 모듈과 6000m급 내압용기의 평가를 위해 한국해양선박연구소에서 내압용기 600bar 평가를 수행 하였으며 그 결과 6000m 급 내압용기 개발을 성공하였다.
수중 촬영 결과는 그림 13과 같으며, 시험평가를 위해 심해에 미리 설치해 둔 임의의 구조물을 향해 점차 접근하는 영상을 시간 순으로 화면 캡쳐한 것이다. 수중평가를 통해 수중 500m에서도 원활하게 영상을 전달 받을 수 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

향후에는 연근해 양식장 등에 사용할 수 있는 소형 무인잠수정용 영상제어모듈을 개발하여 원격지 인터넷 상에서 제어가 가능하도록 영상제어 시스템을 구축해 보고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바다는 어떤 공간인가?	육지 자원이 고갈되어감에 따라 인류는 다양한 생물⋅에너지⋅광물 자원의 보고인 바다로 눈을 돌리고 있다. 지구 표면의 71%가 해양이고, 사람들은 연간 100만 톤의 바닷물고기를 소비하고 무궁무진한 해양 에너지를 보유하고 있는 바다는 무한한 경제적 가능성의 공간임과 동시에 심해의 경우 인간이 접근하기 매우 어려운 미지의 공간이기도 하다.
	해양을 탐사할 수 있는 수중로봇을 크게 구분하면 무엇이 있는가?	해양을 탐사할 수 있는 수중로봇은 그림 1과 같이 크게 사람이 탑승하는 유인형, 사람이 탑승하지 않는 무인형으로 구분할 수 있다. 무인해양 로봇은 선이 연결되어 외부와 통신하고 전원을 공급하는 형태의 ROV(Remotely Operated Vehicle) 등과 무선으로 운용되며 자체적으로 미션을 수행하는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등으로 구분할 수 있다[1]-[2].
	수중환경이 통신에 어려움을 갖는 이유는 무엇인가?	수중환경(underwater environment)은 공기보다 약 1,000배가 높은 밀도를 가지며 수심 10m 증가할 때마다 압력이 1bar씩 증가되어 사람이 심해에서 활동하기에 많은 어려움이 존재한다. 또한 지상에서 매우 유용하게 사용하고 있는 정보전달의 통신 수단인 전파를 사용할 없기 때문에 통신에 매우 큰 어려움이 있었다.

참고문헌 (4)

M. L. Seto L. Paull S. Saeedi, "Marine Robot Autonomy, Springer online, (2012)
Roberts GN, Sutton R (eds) Advances in unmanned marine vehicles. Institution of Electrical Engineers, Michael Faraday House, Six Hills Way, Stevenage, UK, (2006)
D. W. Yun, "Underwater robot technology," Journal of the KSME, Vol. 48, No. 12, pp. 10-12, (2018)
P. M. Lee, B. H. Jun, H. Baek. B. H. Kim, H. W. Shim, J. Y. Park, S. Y. Yoo, W. Y. Jeong, S.H. Baek, W. S. Kim, "Explorations of Hydrothermal Vents in Southern Mariana Arc Submarine Volcanoes using ROV Hemire," Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 30, No. 5, pp. 389-399, (2016)

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증