포스텍, 대형 구조물 없이 야외 3차원 정밀 추적하는 'DAM3T' 기술 개발

넓은 야외 공간에서 별도의 대형 보정 구조물 없이 다수의 카메라를 이용해 이동 물체의 3차원 궤적을 측정할 수 있다는 기술이 개발됐다. 무인이동체 정밀 추적은 물론 스포츠 경기 분석에도 유용하게 할수 할수 있을 것으로 기대된다.

포스텍(POSTECH)은 김진태 기계공학과 교수, 김정연 석사 연구팀이 드론과 여러 대의 카메라로 대규모 야외 공간에서 물체의 3차원 이동 경로를 정밀하게 측정하는 'DAM3T' 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

김진태 포스텍 교수(왼쪽)와 김정연 석사

미세먼지가 바람을 타고 어디로 퍼지는지, 낮게 나는 비행체가 어떻게 움직이는지, 여러 개체가 무리 지어 어떻게 이동하는지를 알려면 넓은 야외에서 움직임을 3차원으로 정확히 측정하는 기술이 필요하다. 이때 반드시 필요한 과정을 '보정'이라고 한다. 하지만 보정은 공간이 넓을수록 훨씬 까다로워 야외에서는 거대한 격자판이나 대형 구조물을 현장에 직접 세워야 하는 경우가 많았다. 장소 제약은 물론 많은 비용과 인력이 들었다.

연구팀은 개발한 '드론 보조 다중 카메라 3차원 추적(DAM3T)' 기술은 발상을 전환해 커다란 장비를 세우는 대신, 자유롭게 날아다니는 '드론' 비행 경로 자체를 기준으로 삼았다. 여기저기 놓인 카메라들이 비행하는 드론을 동시에 촬영하면, 컴퓨터 알고리즘이 각 화면 속 드론의 위치 변화를 비교해 카메라들의 위치와 방향을 스스로 계산해 낸다. 여기에 드론에 실린 센티미터급 정밀 위치 측정 장치(RTK-GPS) 정보를 더해, 카메라로 잰 움직임을 위도·경도·고도로 이루어진 실제 지도 좌표에 그대로 옮겨 놓을 수 있도록 했다.

DAM3T의 작동 원리 및 주요 응용 분야 모식도

정확도도 뛰어났다. 실내 모션캡처 장비와 비교한 실험에서 가로 6m, 세로 6m, 높이 3m 공간에서 오차가 약 2.3cm(정규화 오차 1.15%)에 불과했고, 수십 미터 규모의 야외 실험에서도 1.21%에 그쳐 실내외 모두 2% 미만의 오차를 보였다.

연구팀은 실제 활용 가능성도 확인했다. 더 나아가, 연구팀은 불규칙하게 날아다니는 여러 대의 드론 무리를 추적하고, LED를 단 헬륨 풍선을 띄워 바람의 흐름을 눈으로 볼 수 있게 그려냈으며, 야외 농구 경기에서는 코트를 누비는 선수들의 동선은 물론 패스와 슛을 할 때 공이 그리는 3차원 포물선까지 각각 분리해 복원하는 것도 성공했다.

김진태 교수는 “실험실이라는 공간의 한계와 대형 보정 장비에 대한 의존에서 벗어나, 드론의 비행 궤적을 기준으로 넓은 야외에서도 정밀한 측정이 가능함을 보여줬다”라며, “최근 선정된 미국 해군연구청의 차세대 공력 표면 및 능동 유동 제어 연구과제와 연계해 대기 흐름 감시, 무인비행체 정밀 추적, 다중 드론 자율 제어, 스포츠 경기 분석 등 그동안 정밀 측정이 어려웠던 산업·국방 현장에 폭넓게 활용할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단의 지원을 받은 우수신진연구사업과 과학기술정보통신부·교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받은 과제, 그리고 미국 해군연구청(Office of Naval Research, ONR)의 지원을 받아 수행됐다. 연구성과는 최근 미국 해군연구청(ONR) 과제 수주에 이은 핵심 융합 연구 결과물로, '사이언스 어드밴시스' 온라인판에 게재됐다.

포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com