194 특집 : 드론영상기반기술과서비스 특집 드론영상기반기술과서비스 드론영상매핑에서방송영상기술의중요성 김영우 / 한국드론기술협회 우리일상에서언젠가부터드론에대한이야기가자연스럽게나오는시대가되었다. 특히근래의몇년간 TV와신문등다양한미디어를통하여드론에대한기사를자주접할수있다. 드론의유래는여러가지이야기가있긴하지만미국에서 1916 년 Aerial Target Project 를진행하면서첫무인항공기제어에성공했고, 잇따라미국제네럴모터 (GM) 의천재엔제니어링찰스케터링이 Sperry Aerial Torpedo 를개발하면서수평비행을가능케했다. 물론그이전에도사람이타지않은무인기의형태는존재하였으나, 조종과제어가되지않는형태의것이라이것을최초의드론으로이야기하고있다. 이때까지도완벽한제어는아니었으며목표물에접근해날개를떨어뜨린후추락해자폭하는방식이었다. 우리나라에드론이소개된것은 1980 년대초반이 < 그림 1> Sperry Aerial Torpedo 74 방송과미디어제 22 권 2 호
드론영상매핑에서방송영상기술의중요성 195 지만대중적으로알려진것은몇년전뉴스를통해미국아마존, 구글등에서드론을활용하여세계곳곳으로물품을원격배달하는서비스를개발중이라는계획과동영상이유튜브등을통해서발표되면서부터이다. 이때부터군용으로만알고있던드론이새로운이미지로알려지고그다양한확장의가능성을가진새로운도구로서의이미지를가지게되었다. 이러한변화는지난 2-3년간미국가전박람회 (CES) 에 Drone/UAV 부문이새로이생기고수많은드론업체가참가하고스포트라이트를받았으며, 차세대 IT 신성장동력으로써드론의가능성을보여주었다. 이글에서는드론의간단한설명과함께드론의미래가치에가장중요한기술인영상매핑기술에대해서개략적으로알아보고자한다. Ⅰ. 드론의개요 1. 드론의명칭과요소드론은 벌이윙윙거린다 는뜻에서비롯된말로무인항공기, 무인비행체, UAV 등여러가지용어로사용되고있다. 엄밀하게이들용어는서로조금씩차이가있다. 1970 년대이전드론은원격제어기술이부족한상황에서이륙또는발사시킨후사전에입력된프로그램에따라정찰지역까지비행한후복귀된비행체에서촬영된필름등을회수하는방식의군용무인비행체를지칭하였다. 최근에는무인항공기를통칭하는용어로사용하고있으며, 우리나라에서일반적으로여러개의회전형프로펠러가장착된형태의멀티콥터 (Multicopter) 또는멀티로터 Global Hawk Predator Shadow-400 송골매 리모아이 틸트로터 (VTOL) Schiebel( 오스트리아 ) Skeldar(SAAB) < 그림 2> 성우엔지니어링 ( 한국 ) 옥토콥터 헥사콥터 쿼드콥터 2017 년 4 월 75
196 특집 : 드론 영상 기반 기술과 서비스 (Multirotor)를 지칭하는 용어로 사용되고 있다. 그 Computer)이며 일종의 최소형 컴퓨터라고 생각하 러나 공식적인 명칭은 UAV(Unmanned Aerial 면 된다. FC에는 임베디드 형태의 비행 제어에 Vehicles)로 사용된다. software가 탑재되어 있다. 이런 FC하드웨어와 드론비행을 위해서는 다양한 기술이 사용되고 있 software를 합쳐서 드론 플랫폼이라고 하며, 이 부 지만 중요한 기술로는 비행제어 기술, 자율 항법 기 분의 기술 성숙도가 드론의 가용성, 효율성을 좌우 술 등을 들 수 있다. 비행제어 기술은 비행 제어에 한다고 할 수 있다. 현재 많이 사용되는 드론 플랫 필요한 기능을 하드웨어에 내장한 임베디드 소프트 폼은 APM, Pixhawk, MultiWii 등과 같은 ArduPilot 웨어로서 드론의 상태를 감지하고, 원하는 비행 상 기반의 오픈소스가 있고, DJI와 Parrot 등과 같은 기 태로부터 어느 정도의 오차가 발생했는가를 알아낸 업은 독자 플랫폼을 사용하고 있다. 후에 오차를 줄이기 위한 조종 과정을 모두 자동으 로 수행하는 기술이다. 2. 국내 드론 기술동향 자율항법 기술은 사람에 의한 원격 조정 없이 드 론이 안정적인 상태를 유지하고 목적지로 이동할 우리나라에서 드론을 활용하기 위한 연구가 활발 수 있는 기술로서 자세제어, 경로제어, 장애물 감지 하게 이루어진 시기는 정부 주도의 국책사업이 시 및 회피 기술 등이 포함된다. 작된 2008년부터 연구소, 대학 및 업체들이 참여하 드론에서 가장 중요한 부품은 FC(Fight Control <그림 3> 76 방송과 미디어 제22권 2호 기 시작하면서부터이다. 이때는 국방분야 위주의
드론영상매핑에서방송영상기술의중요성 197 연구가우선되던때이다. 한국과학기술기획평가원 (KISTEP) 은 2014 년 2월향후무인항공기 ( 드론 ) 와첨단기술을활용해사회안전을위협하는요소를감시방지하는시스템이이르면 10년내도입될것으로전망하였고, GARTNER 는 2014 년 10월사물인터넷, 고차원분석, 스마트기기등을 2015 년 10대전략기술로제시하였다. 전세계는무인항공기 ( 드론 ) 가향후모니터링시장을지배할것으로예측하고있다고발표했다. 이에따라정부는신성장동력산업으로불리는무인항공기 ( 드론 ) 시장형성과육성을위해 4000 대이상수요처를확보하고연구개발 (R&D) 을시작 하기로계획을발표하였다. 이계획에서정부는시장을빨리안착시키고기업참여를유도하기위해재난 재해현장은물론조선철강등산업용지와농업에도무인항공기 ( 드론 ) 를활용해나가기로했다. (2016.02.16. 매일경제 ) 3. 국내교육현황우리나라의드론관련교육은크게초경량무인항공기자격증취득에대한교육과드론영상촬영교육, 그리고학생들을대상으로하는교육으로나누어진다고볼수있다. 한국항공대 ( 경기고양 ) 일렉버드UAV( 경기고양 ) 무성항공 ( 경기평택 ) 수도권 아세아무인항공교육원 ( 서울 ) 기존대한상의 ( 서울 ) 신규아세아무인항공교육원 ( 경기이천 ) 대한상의 ( 강원홍천 ) 영동권 모형항공협회 ( 강원영월 ) 카스컴 ( 충북청주 ) 충청권 성우엔지니어링 ( 충북청주 ) 영남권 무인기술 ( 경남창원 ) 에어콤 ( 전남영암 ) 호남권 무인기술 ( 부산 ) 신라대 ( 부산 ) < 그림 4> 국토부 2017 년 4 월 77
198 특집 : 드론영상기반기술과서비스 먼저국토교통부는지난 3월 9일전남, 부산지역에이어 22일서울, 강원지역에드론전문교육기관 4개를추가지정하였다. 이에따라드론전문교육기관은기존의 7개에서 11개로늘어난다. 국내드론조종자격취득자수는빠르게늘어나고있으나수도권내기관에서자격을취득한자의대부분이비수도권거주자 (73.5%) 로지방의교육수요에비해교육기관부족으로자격취득시불편함이있었다. 국토교통부는지난해 10월규제혁신을통해조종교관의필수경력요건을완화하고교육기관지정을희망하는기관이나업체에사전컨설팅을제공하는등교육기관설립을지원해왔다. 이번전문교육기관확대등으로연간교육수용가능인원은지난 2016 년 994 명에서약 1700 명으로증가할전망이다. 올 12월에는교육포털도개선될예정이다. 조종자격취득희망자는새로운교육포털을통해 국내모든전문교육기관의교육과정 교육기관에서이수한교육이력및증빙자료 자격증명취득방법 전문교육기관지정절차 방법 교육기관용표준교재등유익한정보를제공받을수있게된다. 영상촬영및관련교육의경우아직까지정형화된교육의형태를정부주도로진행하는곳은없는실정이다. 국내의영상촬영교육의경우이를전문직업으로하는방송PD 나제작자등의소수에게만필요하고이를직업으로준비중인사람들을제외하고는아직까지는그수요가아주미약하다고할수있다. 특히, DJI의팬텀과같은경우는전문적인영상촬영기법을더해서촬영하면보다훌륭한영상을촬영할수있지만, 일반적으로누구나손쉽게촬영해서쓸수있다는인식이이미퍼진상황이라이를극복하고교육을시키는것이쉽지는않은상황이다. 무엇보다팬텀과같은소형드론의경우도상당히 위험한물건임에도완구나취미의형태로시장에알려지고누구나조종할수있다는컨셉으로홍보되다보니오히려전문적인항공촬영교육과드론을운용하기위한안전대책이나위기대응방법에대한교육이없는상황이되어버렸다. 따라서국내에서도전문적인드론촬영을위한안전교육및촬영기법과운용에대한교육이빠른시간내에구축되어야될것이다. 지금까지의대부분의학생을대상으로하는교육은간단한비행조종이론후드론을조종하는조정법에대한교육이대부분을차지하였고, 일부스크래치프로그래밍을하는교육용드론교육이있을뿐이었다. 이것또한드론자체의제어에대한것이아니라단순한기능을프로그래밍을통해적용해본다는것에의미를두는수준이었다. 그래서드론교육이전문영역으로까지활성화되지못하고방과후수준에머물고말았다. 그래서학생과일반인들을대상으로드론을활용한콘텐츠확대교육으로한국드론기술협회에서는드론영상콘텐츠창작교육을새로이진행하고있다. 드론영상콘텐츠창작교육은단순조종술에그치는것이아니라드론을직접조립하고, 영상을촬영그리고편집까지하는처음부터끝까지콘텐츠를제작하는전과정을배우는교육으로진행되고있다. 드론항공촬영은어떤면에서사진촬영에입문하는것과아주흡사하다고볼수있다. 누구나카메라를구입하면사진은찍을수있지만, 자신이의도하는멋진사진을담는것은이것과는전혀다른문제라는것을많은사람들이알고있다. 드론역시구입해서그냥날리면되지않나요? 라고묻는사람들이대부분인상황은사진입문과정말많은부분이비슷하다고생각된다. 이교육의특징은드론을직접조립해서만드는과 78 방송과미디어제 22 권 2 호
드론 영상매핑에서 방송영상기술의 중요성 199 <그림 5> 정을 통해 드론의 원리를 이해하고 이를 통해서 보다 드론의 발전은 크게 4가지 단계로 구분해 볼 수 있 나은 영상콘텐츠 창작 도구로서 어떻게 이것을 활용할 다. 초기 1단계, 물품배송 등을 수행하는 비행 운송 드 것인가에 대한 고민을 하고, 나아가 스토리 작성과 영 상편집까지 하여 새로운 콘텐츠를 창작하여 영상 크리 에이터로서의 기반을 쌓는 교육을 목표로 하고 있다. Ⅱ. 드론과 영상 매핑기술 드론이 산업적인 가치를 더하게 된 가장 큰 이유 는 영상기술과의 연결이라고 할 수 있다. 드론이 대 중적인 기술로 나오기 훨씬 이전에도 이를 할 수 있 는 기술은 분명히 존재했다. 뉴스나 자연 다큐멘터 리만 보더라도 예전에는 소형 경비행기나 헬리콥터 를 이용하여 이 모든 것을 진행할수 있었다. 하지 만 보다 저렴한 비용으로 이들이 할 수 없는 영역의 것을 수행할 수 있는 대체도구로서 드론이 등장하 게 된 것이 주요했다. 이중에서 영상 매핑기술은 향후 드론의 기술발전 방향에 가장 큰 부분을 차지하게 될 것이라고 예상 되는 영역이다. <그림 6> 출처 : futuristicnews.com 2017년 4월 79
200 특집 : 드론영상기반기술과서비스 론으로부터시작하여, 2단계는영상제작이나감시기능을수행하고다양한산업적기능을제공하는드론으로발전하고, 3단계는인공지능을갖춘로봇형드론을의미한다. 향후미래의 4단계드론은자체적인데이터수집기능을갖춘드론으로발전될전망이다. 2단계의드론이활용될수있는대표적인산업적인분야로 1 긴급서비스와재난재해복구 2 도시계획, 부동산 & 토목건축과엔지니어링 3 보안서비스 4 방송영상제작 5 농업분야관측및농약살포 6 비즈니스및상업용 7 환경보호및감시용 8 예능관광분야등에활용될수있다. 이중에서 2단계의산업적영역에서드론이가치를가지기위해서는영상매핑기술이필수가될수밖에없다. 드론은가벼운무게와배터리기술로인 < 그림 7> pix4d mapper pro 솔루션 해장착할수있는센서의종류가한정되다보니당연히영상기술에의존할수밖에없는것인데영상기술로할수있는분야는무궁무진하기때문에그가치를인정받고기술이발전되고있는것이다. 드론영상매핑기술의경우기존에항공기와위성기반의매핑기술과같은기술을기반으로한다. 단지차이점은보다낮은높이에서정지비행등원하는기능으로극대화하여사용할수있다는점이드론만의장점이될수있다. 그러나드론기반의영상데이터는인공위성이나비행기를이용한데이터와는차이가있기에공간정보가여러가지분야에서실용적으로활용되기위해서는기존인공위성이나유인항공기데이터와는다른드론데이터의특성을고려하여신뢰성높은고해상도공간정보를효율적으로생성하기위한기술개발이필수적이다. 이러한고해상도공간정보는재난대응, 정밀농업, 각종모니터링등의기반자료로사용되어활용목적을보다높은성능으로성취할수있을것이다. 상시적으로운용되는시스템을개발하기위해서는기술적인측면에서해결되어야할많은문제들이있으며, 이를 1) 데이터취득, 2) 센서 / 시스템캘리브레이션, 3) 데이터지오레퍼런싱, 4) 공간정보생 < 그림 8> DroneDeplay 솔루션 80 방송과미디어제 22 권 2 호
드론영상매핑에서방송영상기술의중요성 201 UAV Aerial Mapping - Process Flow UAV Image Acquisition Flight Planning UAV Installation Transferring Plan Launching Monitoring Recovering Image Processing Raw Images Mosaic / Stitching Tiling Overlaying Registration < 그림 9> < 출처 : Geo Sense Unmanned Aerial Mapping Services> 성부분으로나누어살펴보고자한다. 데이터취득 : 매핑을위한데이터를획득하는과정으로크게영상정보와기타센터그리고위치정보에대한데이터를획득한다. 캘리브레이션 : 각센서와영상정보의서로통합된수치에대한것을통일화시키는과정으로이과정이제대로진행되지않으면자료의생성에왜곡된데이터가포함되거나자료가뒤섞이는일까지발생하게된다. 지오레퍼런싱 : 데이터취득시점에절대좌표계를기준으로센서의위치와자세, 즉외부표정요소를결정하는과정을지오레퍼런싱이라한다. 영상지오레퍼런싱은영상으로부터절대 좌표가부여된공간정보를생성하거나, 다른시기또는다른센서데이터와결합하여의미있는정보를도출할때중요하다. 공간정보생성 : 지오레퍼런싱된드론의영상으로부터 DEM, 정사영상, 3차원모델등을자동으로생성하는것을말한다. 그러나이러한영상매핑기술은현재여러가지센서에의존하다보니데이터량이상당히많고이를처리하기위해서는고성능의하드웨어가필요한상황이되었다. 드론영상처리에특화된상용소프트웨어인 Photoscan 이나 Pix4D 를활용하더라도컴퓨터의하드웨어적성능에매우의존적이며입력영상의개수가많으면원하는결과를얻지못하는경우가많다. 많은양의데이터에대해서도수월하게처리될 2017 년 4 월 81
202 특집 : 드론 영상 기반 기술과 서비스 GE O - R E FE R E N C E D D S M DEM / DSM C ON TOU R S H IGH R E S OLU TION <그림 10> 센서별 영상데이타 화면 수 있도록 고화질 영상처리에 사용되는 병렬 처리 기 수 있다. 이렇게 이원화된 영역으로 분리를 하게 되 법이나 메모리 또는 연산 효율적인 고속 데이터 저장 면 드론자체의 비용은 줄어들게 되어 운영비용이 기술과 알고리즘 개발이 이루어져야 할 것이다. 줄어드는 효과가 있다. 특히 다양한 표준 플렛폼의 또한 중요한 기술로 영상과 데이터 전송기술이 필요하다. 생산이 가능하게 되어 이기종간의 호환이나 개선작 업이 수월하게 진행될 수 있다. 또한 기존에 개발된 위에서 이야기한 바와 같이 영상매핑기술에 소요 초고화질 방송영상 기술을 굳이 소형으로 줄이는 되는 데이터는 일반 영상정보보다 더 많은 데이타 작업을 하지 않고 지상의 통제센터에서 모든 것을 를 가지고 있다. 그런데 이것을 드론에 전부 하드웨 처리할 수 있으므로 기존 기술을 수정하여 적용하 어화시켜 장착하는 것은 무게의 증가와 비용의 증 는 것 만으로도 충분히 이용적 가치를 가지게 된다. 가로 적합하지 않다. 결국 방송의 UHD기술전송과 고해상도 영상압축 그래서 영상데이타를 빠르게 전송하는 기존의 방 기술까지 드론에 적용이 될 수 있다면 보다 고화질 송영상송출 기술이 영상매핑 기술에 적용된다면 드 의 영상데이타를 활용한 매핑서비스가 개발될 것이 론은 영상을 촬영하는 역할만 하고 전송을 받은 지 고, 기존 디지털 방송제작 시스템에서 사용되던 영 상센터에서 데이터를 분석, 가공하는 역할을 할 수 상편집 가공기술이 적용된다면 실시간 영상매핑 기 있게 되면 보다 비용 및 운영의 효율성이 극대화될 술의 발전은 급속도로 이루어질 수 있을 것이다. 82 방송과 미디어 제22권 2호
드론 영상매핑에서 방송영상기술의 중요성 203 Analog Digital SDTV HDTV HDTV UHDTV H.264 HEVC MPEG-2 H.264 Digital TV relay network board MPEG-2/H.264 transcoder HDTV H.264 decoder HDTV MPEG-2 HDTV MPEG-2 decoder encoder HDTV H.264 encoder ISIL-II ( 07) Encoder SARA/D ( 07) (CoolChips X) PC card (HotChips19) ISIL ( 02) (ICCE2000) (CICC2003) SuperENCII ( 00) SARA/D ( 08) VASA ( 02) SuperENC ( 98) (CoolChips XI) (HotChips14) (HotChips10) Portable HDTV encoder (ICCE2001) PCI encoder board ENC-C/-M ( 95) (HotChips7) PC : Personal Computer PCI : Peripheral Component Interconnect SDTV: Standard Definition TV UHDTV: Ultra-High-Definition TV <그림 11> <출처 : NTT technical review> 무인비행체(Drone) - 자동 운항(Way-Point) - 자동회피(장애물 자동 인지) 개발허가 - 자체 보안 기능 현황 파악 내수면어업 탈부작기기 경고방송 녹조제거 - 조업 허가 - 오염원 채취 - 위험경고 - 사전 (발생원인제거) - 인허가 파악 - 홍수 피해 - 불법건축 전달 - 가뭄 상황 - 불법조업 전달 - 원인 파악 및 조치 - 대피명령 - 사후 (녹조 제거) 현장영상 3G 실시간 전송 무인비행체 최대운항거리 3G(LTE) 무선망 피해 현황 - 홍수/가뭄 - 본부상황실 하천 수변 - 개발현황 - 하천상황실 하천유역 - 하천 좌안 우안 - 하천쓰레기 - 확산예측 - 의사결정 다목적댐, 수중보 - 피해 감지 - 위험지구 - 낚시 - 하천 오염 - 감지 및 확산예측 - 하천녹조 - 발생 전조 및 현황 - 한국형 하천 보드 (KWB) <그림 12> 무인항공기 기반 하천관리 예시도 2017년 4월 83
204 특집 : 드론영상기반기술과서비스 < 참고자료 : 영상매핑기술을활용하는주요사업중하천과수자원관리에대한부분을예시 > (1) 다목적댐및수중보상시모니터링 ( 위험감지및자동전파등 ) (2) 녹조상시모니터링및전조파악 ( 오염, 녹조감지및확산예측등 ) (3) 하천지형모니터링및지도생성 ( 하천감시및지도자동생성등 ) (4) 하천위험및금지구역상시감시 ( 쓰레기, 내수면어업, 낚시등 ) (5) 수변개발현장모니터링 ( 불법건축등 ) (6) 가뭄, 홍수모니터링및피해예측 ( 홍수피해 ) 필자소개 김영우 (kimyw@kodta.org) - 한국외국어대학교졸업 - LG 그룹근무 - SBS 미디어그룹근무 - 중국상하이기기기술유한공사근무 - 현재 : 주식회사테이슨대표이사 - 현재 : 한국드론기술협회이사 / 협회장 - 주요활동 : 수원시드론산업특구자문위원이천시드론경기장자문위원용인시디지털산업진흥원드론영상콘텐츠산업자문위원고양시대한체육회모형항공드론협회고문위원 84 방송과미디어제 22 권 2 호