무인항공기(UAV)의 정확한 상황 판단을 가능하게 하는 FLIR TauⓇ 코어
자료제공 : 플리어
무인항공기(Unmanned Aerial Vehicles; UAV) 제작사들은 날로 높아지고 있는 고객들의 요구를 만족시키기 위해 더 작고 더 가벼우면서 성능은 더 우수한 부품을 원하고 있다.
터키의 UAV 제작사인 바이카르(Baykar)사는 오랫동안 FLIR의 카메라 코어를 사용하여 주간은 물론 야간에도 선명한 이미지와 주위 상황을 판단할 수 있도록 하고 있다. 현재 바이카르사의 UAV 제품은 터키 경찰청, 터키 및 오만 국방부를 포함하여 전 세계에 많은 고객들이 사용하고 있다.
터키 이스탄불에 있는 바이카르사는 터키의 우주항공 및 방위산업에 각종 혁신적인 기술과 제품을 설계, 개발, 제작하고 있는 첨단기술 업체이다. 이 회사는 R&D부터 생산, 시스템 통합부터 서브시스템 개발에 이르기까지 광범위한 기술 분야를 각각 담당하고 있는 여러 엔지니어링 팀을 보유하고 있다.
바이카르사는 1984년 CNC 고정밀 공작기계공장의 주요 부품 납품업체로 설립된 이후, 지금까지 우주항공, 로봇 시스템, 그리고 무인항공기의 자동제어 시스템 등 첨단 기술 분야로 사업을 확장해오고 있다. 현재 이 회사의 무인항공기 솔루션은 국경 경비, 요인 경호, 철도시설 경비, 군사기지 경비를 포함하여 다양한 감시 및 정찰 임무에 사용되고 있다.
작고 가벼움
바이카르사의 엔지니어링 매니저인 할루크 바이라크타르에 의하면 바이카르사는 이미 수년전부터 UAV에 FLIR사의 이미징 코어를 사용하고 있으며, FLIR가 처음 UAV 용으로 대량 수주를 한 것은 2005년이며, 바이카르사는 2006년부터 FLIR의 터키 대리점인 페마테크(Fematek)사와 긴밀하게 협력하여 열화상을 구현할 수 있는 FLIR 코어를 사용하고 있다.
무인항공기에는 견고하며 작고, 가벼운 카메라 코어가 필수적인데, 바이카르사가 무인항공기에 적합한 코어를 찾고 있을 때에는 FLIR의 Photon이 이런 요구를 완전히 만족시킬 수 있는 코어 제품이었다. 당시 대부분의 UAV 시스템들은 카메라를 상하방향으로만 움직일 수 있는 일축 짐벌(Gimbal)을 사용했다. 일축 짐벌도 훌륭한 성능을 발휘했지만, 일부 고객으로부터 보다 높은 성능을 구현할 수 있는 이축 카메라의 주문을 받았기 때문에 바이카르사는 고민이 깊어졌다.
물론 이축 카메라는 기술적으로 가능했지만, 더 큰 설치 공간을 필요로 한다는 점이 가장 큰 고려 대상이었다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 열화상 카메라 코어 자체를 더욱 소형경량화 하는 것이 최선의 해결책이었다. 이런 까다로운 요구 사항을 만족시킬 수 있었던 것이 바로 FLIR의 Tau 열화상 카메라 코어였다.
FLIR Tau 이미징 코어는 아주 자세한 부분까지 선명하게 볼 수 있는 640×512 픽셀의 초고화질 이미지를 제공하며, 거의 정비가 불필요한 비냉각식 산화바나듐(VOx) 초점면 배열(focal plane array; FPA) 을 사용하기 때문에 50mK 이하의 미세한 온도 차이도 정확하게 검출할 수 있다. 특히 작고(44.5×44.5×30.0㎜), 가벼워(72g) 900㎽ 이하의 적은 동력 소비로 무인항공기 탑재용에 최적의 코어로 판단 되었다.
Mini UAV
단거리 감시 및 정찰용 스마트 무인항공기인 바이야크타르(Bayraktar) Mini UAV는 25㎜ 렌즈를 사용하는 FLIR Tau 코어를 탑재하고 있다. 이 UAV는 2007년 이후 지금까지 200대 이상이 사용되고 있으며 총 비행횟수는 50,000회 이상을 기록하고 있다. 이 UAV는 반경 15㎞, 고도 1㎞ 범위 이내에서 완전하게 제어가 가능하다.
실시간 상황 판단
지상에서 UAV를 제어하는 관제실 또는 상황실에서는 FLIR 열화상 비디오를 통하여 실시간으로 감시 및 정찰 임무를 수행할 수 있다.
이를 위하여 바이카르사는 이미지 모자이크 및 안정화 소프트웨어를 개발하여 UAV에서 실시간으로 전송되는 열화상 비디오의 품질을 최적화하고 있다. UAV가 비행하는 동안 진동, 기류 변화에 의한 충격, 고속 비행 등에 의하여 공중에서 촬영한 비디오 영상이 왜곡되는 경우가 많은데, 이러한 경우 지상의 관제사는 AS_0071_EN 비디오 화면을 정확하게 판단하는 것이 매우 어렵다.
이런 문제를 해결하기 위해 개발된 이미지 안정화 소프트웨어는 이미지에서 진동을 필터링하여 제거하고, 모자이크 소프트웨어는 카메라와 UAV 가 이동할 때 연속되는 이미지를 서로 연결해준다. 그 결과로 주위 상황을 완전하게 파악할 수 있다. 모자이크 소프트웨어는 모든 비디오 프레임을 처리하여 순서대로 맞추어준다. 이 소프트웨어의 가장 큰 특징은 CPU에 의한 실시간 이미지 처리 성능으로, 높은 처리속도를 제공한다는 점이다. 또한 사용자는 처리된 이미지를 이용하여 지역을 스캔하거나, 어떤 대상을 기준으로 시야각을 설정할 수 있다.
완전한 이미지 제어
할루크 바이라크타르의 설명에 의하면, Bayraktar Mini UAV의 첫 모델에는 자동 이미지 조절 옵션이 탑재되었다.
그러나 이 옵션은 온도 차이를 제대로 검출하지 못하여 지상에 있는 사람을 발견하는데 큰 어려움이 있었다. 따라서 카메라와 지상기지 사이에 인터페이스를 사용하여 지상에서 조종사가 수동 조절할 수 있도록 함으로써 최상의 이미지를 얻을 수 있게 조정 되었다.
우수한 비용 대비 성능
최근 10년 동안 열화상 기술은 큰 발전을 보였다. 과거에 열화상 기술은 군사용으로만 사용되던 고가의 기술이었다.
그러나 현재는 많은 사람들이 열화상 기술의 장점을 인식하고 다양한 용도에 사용하고 있다. 할루크 바이라크타르는 “열화상 카메라 코어는 빠른 속도로 소형, 경량화 되고 있으며 가격은 더욱 낮아지고 성능은 더욱 높아지고 있다. 따라서 UAV에 열화상 카메라 코어가 널리 탑재되고 있는 것이다. 가까운 장래에 풀 HD 급의 이미지 해상도를 구현할 수 있을 것으로 확신한다. 이런 고성능 코어는UAV 시스템의 비용-대비 성능을 더욱 높여줄 것이다.”라고 앞으로의 UAV 시스템에 대한 기대감을 내비쳤다.
한 층 더 강화된 Tau 2
최근 플리어는 향상된 이미지 프로세싱으로 더 선명하고 예리한 이미지와 더 높아진 명암비를 제공하는 Tau 2를 선보였다. Tau 2는 제2세대 디지털 화질개선(Digital Detail Enhancement (DDE)) 기술을 적용하였으며, Active Contrast Enhancement™(ACE) 기술로 명암비를 개선했다. 또한 Smart Scene Optimization™ (SSO), Information Based HEQ (IBHEQ) 자동 조절되는 Gain (AGC), 연속 이미지 화질 향상을 위한 무소음 무셔터 NUC™ 기술을 탑재하였다.
정확한 온도 측정을 위해 라디오메트리, 분석 및 텔리메트리(telemetry) 기능을 지원하며, TLinear 출력으로 각 픽셀에 온도 데이터 지정이 가능해졌다.
조절 가능한 등온선 기능으로 관심 영역을 색채로 표시하는 기술도 제공한다. Tau 2 전체 모델의 공통적인 특성은 OEM 제품 일체화 성능 향상, 강력한 내구성, 640, 336 및 324 분해능, 다양한 렌즈 및 FOV(시야각) 옵션, 60Hz 또는 30Hz 프레임 속도, 기계/전기적 호환성 등이 있다.
