공공분야 드론활용에 필요한 특수임무장비

해양분야 드론에서 사용하는 임무장비

드론 산업의 발전에 따라 드론기체뿐만 아니라 장착되는 센서나 임무장비 등의 기술도 비약적으로 발전함으로써 드론에 장착할 수 있는 임무장비도 다양해지고 있다.

해양분야의 다양한 임무를 수행하기 위해 임무장비 장착은 필수적인 요소이며, 현장에서 많이 활용되고 있는 센서에 대해 소개한다.

 

1. 라이다.(LIDAR)

 

 

드론 라이다 센서 분야는 지난 몇 년 동안 빠르게 성장해 왔으며 항공기에서 사용하던 라이다 센서의 제조업자들이 드론용 라이다 센서를 설계하고 있다. 

 

라이다는 근적외선 레이저를 이용해 대상물의 형상 등 물리적인 특성을 측정하는 센서로 과거에는 군용 항공기에 장착해 적군 지역의 지도를 제작하거나 광범위한 개발 지역을 탐색 하는데 이용했던 기술이다.

 

라이다 센서의 원리를 쉽게 설명하자면, 특정 구역에 레이저 펄스를 쏜 뒤 반사되어 돌아오는 신호를 조정하여 반사체의 위치좌표를 측정하는 시스템으로 주변의 지형지물을 3D 입체 영상으로 만들어주는 스캔 장치라고 할 수 있다.

또한 레이저로 투사한 스캔 영상은 숲에 가려진 지표면의 형상과 흔적도 확인할 수 있기 때문에 울창한 정글 속에 숨겨진 고대 도시 발굴이나 산악지역 지뢰 매설지역 인근 등의 자연문화유산 등이 조사에 활용하는 경우도 많다.

 

이러한 라이다 센서를 드론에 장착해서 운용함으로서 사람이 가가 어려운 험난한 지형을 자유자재로 이동하며 찍을 수 있다는 정점이 있으며, 라이다 센서의 원리를 이용하여 충돌 회피, 지면 및 지상 이미지 획득, 구조물 검사 등으로 다양한 용도로 활용할 수 있다.

 

라이다 센서는 드론 이외도 스피드 건, 자율이동로봇, 다율주행 자동차 등의 분야에 다양하게 활용되고 있다.

 

2. 전자 광학(EO) 카메라 센서

 

 

드론에 장착되는 전자광학카메라는 기술 사양이 매우 까다롭다. 고공에서 고속촬영이 가능해야 하며, 이를 지상에 전달할 통신 네트워크 기술과 소형 정밀 경량화 기술이 필요하기 때문이다. 드론용 카메라 시장은 항공 우주 익스트림 제품 제조 업체가 선점하고 있으며 드론에 장착하는 카메라는 필수적인 요소가 되면서 카메라의 고성능화를 이끄는 기업들도 생겨나고 있다.

 

방송이나 영화산업의 경우 드론 없이는 영상 구현이 불가능할 정도로 드론의 사용이 일반화되면서 여러 기업이 전문 영상 촬영용 전문 드론을 산업화하거나, 기존 드론에 최고의 카메라 장비를 창착하여 서비스하는 기업들도 등장하고 있다.

 

카메라는 사진 촬영, 동영상 녹화, 광학 디저털 줌 등 다양한 기능과 성능의 제품이 많으며, 드론에 전자 광학 카메라를 장착하면 촬영 조사 감시 등 다양한 임무에 활용할 수 있는 기본 임무장비의 역할을 할 수 있다.

 

3. 레이다

 

 

레이다 센서는 전파를 사용하는 목표물의 거리 방향 각도 및 속도를 측정하는 감지 시스템으로 전파를 이용하기 때문에 주간 및 야간, 악천후에 영향을 받지 않고 사용할 수 있다.

 

레이다는 전파를 송신하고 그것이 물체에 맞고 반사되어 되돌아오는 전파를 수신하고 분석하여 대상물과의 거리를 측정하는 군용 정찰장비로 개발되었으며 단순한 지형패턴뿐만 아니라 이동목표를 추적하는 기능도 가지고 있다. 또한 합성개구레이더는 지상 및 해양에 대해 공중에서 전파를 순차적으로 송신한 이후 전파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성해 지상지형도를 만들 수 있다.

 

드론 활용 분야에서는 합성개구레이더를 사용하여 지상지형도를 만들거나 지표를 관측하는데 활용하고 있다.

 

4. 초분광 센서

초분관 센서는 초기 군사적인 목적에서 시작하였으나, 현재는 해양 농업 산림 지질 및 광물 판독 등에 주로 사용하고 있다. 초분광 영상의 대부분은 항공기 탑재 센서에 의존하고 있다.

 

초분광 센서를 간단하게 말하면 보이지 않는 것까지 다 찍어서 기록하는 이미지라고 할 수 있다. 사람은 적색 녹색 청색 영역의 세 가지 밴드의 가시영역만 볼 수 있고 자외선이나 적외선 등 나머지 파장 영역을 볼 수 없다. 디지털카메라와 TV 등도 RGB픽셀을 섞어서 색을 만들어 영상을 보여준다.

 

하지만 초분광 센서는 가지광선 영역뿐만 아니라 적외선 자외선 영역 등 모두 볼 수 있고, 지표물에 대한 수백에서 수천 개의 분광 정보를 취득하여 물질마다 존재하는 고유의 광학적 성질 및 물질의 흡수와 반사 특징을 분석할 수 있는 최신 기술의 센서이다.

 

지구상에 존재하는 모든 물질은 특정 파장의 빛을 흡수하는 성질을 가지고 있다. 이런 특징을 분광지문이라고 부르는데 분광 지문을 확인할 수 있다면 그 물질이 어떤 물질인지 알 수 있게 된다. 따라서 초분광 영상을 찍으면 내가 찾는 물질이 있는지 찍힌 대상이 무엇인지, 구성 요소는 어떤 것인지, 어떤 변화가 일어나는지 파악할 수 있다.

 

초분광 센서는 가스 누출감지, 식품 및 과일의 신선도 측정, 피부 상태 확인, 미술품 조사 등의 분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 해상에서는 기름유출, 적조 현장 모니터링 및 예측, 수질조사, 해저환경 연구 등 분야에 활용된다.

 

5. 적외선 열화상 센서

적외선 열화상 카메라는 일반 광학 카메라와 작동 방식이 다르다. 광학 카메라와 사람의 눈은 반사된 가시광선을 감지하는 반해, 적외선 카메라의 경우는 촬영 대상으로부터 반사되는 적외선 파장을 감지해 온도 변화를 시각적이 색 변화와 수치 등으로 표현하는 센서다.

 

가시광선이 아닌 적외선을 기준으로 보았을 때 절댓값 0도 이상의 온도를 가진 모든 물체는 열 즉 적외선 에너지를 발산하는데 얼음처럼 매우 차가운 물체도 적외선 에너지를 발산한다.

 

적외선 카메라는 적외선 에너지(열)를 비접촉식으로 감지하여 전기 신호로 변환하고 이 전기 신호를 다시 열화상 이미지나 동영상으로 변환해 모니터를 통해 출력해 준다. 적외선 카메라를 통해 감지된 열은 매우 정확하게 계량 또는 측정되기 때문에 열화상 정보를 파악하는데 뿐만 아니라 열 관련 문제의 경중을 판단하는데도 활용되고 있다.

 

적외선 열화상 센서는 물체 자체가 방출하는 에너지 차를 검출하여 영상화시키기 때문에 완전한 암흑 속에서도 그 기능이 정상적으로 발휘되어 사물 식별이 완벽하게 가능하고, 야간에 존재하는 달이나 별의 을 수만 배 증폭하여 관측하는 광측폭야시장지와는 차이가 있다.

 

우리 주변의 거의 모든 설비나 기기는 결함이 발생하기 전에 열을 발생시키기 때문에 적외선 카메라는 비용 효율이 상당히 높고, 다양한 분야에 활용할 수 있는 진단 도구는 물론이며, 수색 구조 등에도 활용 가능하다.