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(인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
최기영
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인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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최근 항공기의 다양한 활용 추세에 따라 항공기 운용에 큰 영향을 미치는 바람의 방향과 세기의 정확한 측정의 필요성이 커지고 있다. 특히 무인기 등을 비행 시험 하거나, 유인 항공기가 비상착륙하는 상황에서는 간이공항 등에서 비행을 하게 되는데, 여기에는 정밀 기상 측정 장비가 없을 가능성이 크다. 이때 바람의 방향과 세기를 확인할 수 있는 간편하면서 유용한 방법이 필요하다. 또한 최근 국제적인 대체에너지 보급 추세에 따라 풍력발전이 급성장하면서 풍속과 풍향 등 풍황 조건의 측정은 풍력발전단지 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 현재 풍향이나 풍속을 측정하는 방식은 지면근처의 풍속만 측정이 가능하거나, 외부환경에 의한 교란에 약하거나 많은 비용이 소모되는 등 효용성 측면에서 어려움이 많다.
본 논문에서는 공중에 띄운 풍선을 카메라를 이용하여 촬영하고 이를 영상처리를 통하여 추적한 다음 그 움직임 정보를 이용해서 풍속을 추정하는 알고리즘을 제안한다. 여기서 사용되는 풍선은 아무런 장치가 장착되지 않은 것을 사용하므로 소모적이지만 저렴하며, 모든 지상 장비들은 반영구적으로 사용 가능하므로 효용성이 높다. 또한 다수의 카메라를 사용함으로써 정밀한 3차원 정보획득이 가능하며, 일정 영역의 바람 속도장 추정이 가능하다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 풍선의 공기 역학적 모델과 영상처리를 통한 추적 시스템 그리고 속도 추정 알고리즘으로 구성된다. 영상처리로부터 얻은 정보를 이용하여 풍선의 3차원 운동을 추적해 바람의 방향과 속도를 추정한다. 각각의 알고리즘을 단위 검증한 후에 설계한 검증 시스템과 가시화 프로그램을 통하여 통합 검증 및 시뮬레이션을 수행한다. 통합 시뮬레이션으로 부터 발견된 문제점들을 해결하기 위해 카메라 추적과 영상 확대를 추가로 연구하였으며, 카메라 수에 의한 오차를 분석한다. 마지막으로 필터를 사용하여 측정 데이터로부터 잡음을 제거한다.
#풍속 추정 #영상처리 #카메라 기하학 #풍선모델링

목차

  1. 1. 서론 1
    1.1 연구 배경 1
    1.2 연구 현황 1
    1.3 개발 목표 3
    2. 풍선모델링 4
    2.1 풍속에 의한 풍선 모델링 4
    2.2 풍선 모델 검증 5
    3. 영상처리 7
    3.1 영상처리 알고리즘 7
    3.2 영상처리 알고리즘 검증 8
    4. 풍속 추정 11
    4.1 속도 추정 알고리즘 11
    4.2 검증을 위한 영상획득 알고리즘 15
    4.3 속도 추정 알고리즘 검증 15
    5. 검증 및 시뮬레이션 17
    5.1 검증 시스템 설계 17
    5.2 가시화 프로그램 17
    5.3 통합 검증 및 시뮬레이션 18
    6. 카메라 추적을 이용한 풍속 측정 23
    6.1 수식 유도 23
    6.2 알고리즘 검증 26
    6.3 통합 검증 27
    7. 영상 확대를 이용한 풍속 측정 32
    7.1 수식 유도 32
    7.2 통합 검증 33
    8. 카메라 수에 따른 오차 분석 41
    8.1 수식 유도 41
    8.2 통합 검증 42
    9. 필터를 사용한 데이터 획득 51
    9.1 필터 알고리즘 51
    9.2 통합 검증 51
    10. 결론 54
    11. 참고문헌 55

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