우리는 5가지 감각을 통해서 세상을 느끼며 살아가고 있습니다. 시각, 청각, 후각, 미각, 촉각 중 어느 한 가지 중요하지 않은 것이 없지만 잘 동작하지 않으면 정말 생활이 불편해 지는 감각은 시각이 아닐까요?

 

더러는 5감 외에 6감을 사용하는 사람도 있는 듯합니다. 참으로 육감적이었던 영화 “식스센스”. 사진=https://c1.staticflickr.com/

 

그래서 드론의 선택에서 카메라 사양은 꼼꼼히 살펴봐야 하는 항목입니다. 촬영용 드론은 Gopro 같은 액션 카메라를 선택하지 않는 이상 카메라와 한 몸이라서 드론의 선택이 카메라의 선택이기 때문입니다.

드론의 눈, 카메라 스펙 읽기

하지만 레이싱 드론의 카메라는 조금 다릅니다. 레이싱을 위해 특별해 제작된 FPV 카메라에서 FPV는 First Person View의 약자로 일인칭 관점, 즉 드론이 보는 시점으로 촬영한다는 의미죠. 특이하게도 완성품으로 출시된 레이싱 드론은 흔하지 않고 시장에서 아직은 크게 인기가 없어서 레이싱 드론의 FPV 카메라도 다른 부품들처럼 직접 사양을 살펴보고 선택해야 합니다.

“저렴하기만 하면 돼” 하고 선택했다가는 시력에 맞지 않는 안경을 쓰고 전력으로 달리기를 하는 것과 비슷한 경험을 합니다. 그리고는 또 사게 되죠. 그러니 촬영용 드론의 카메라에 대해 꼼꼼히 살펴본 지난 시간에 이어 오늘은 레이싱 드론의 눈, FPV 카메라 스펙 꼼꼼하게 살펴보아야 겠습니다.

 

레이싱 드론의 FPV 카메라는 왜 달라야 하나요?

촬영용 드론의 카메라가 만들어 내는 동영상과 사진은 비행을 하면서 보는 것보다 비행을 끝낸 다음에 보기 위한 것입니다. 비행을 했던 추억을 저장하는데 목적이 있는 카메라죠. 그래서 촬영용 드론의 카메라는 스마트 폰의 카메라 모듈이나 고성능 카메라의 그것을 가지게 되었습니다.

하지만 레이싱 드론의 FPV 카메라는 영상을 저장하는 목적보다 비행을 하며 파일럿의 눈 역할을 하는 것이 우선입니다. FPV 카메라는 그 시간에 펼쳐진 풍경을 같은 시간에 담아 파일럿에게 전달해야 하기 때문에 CCTV 카메라 같은 감시 카메라에서 발전하였습니다.

그래서 촬영용 드론의 카메라는 깨끗하고 선명한 사진과 영상을 담아내도록 발전한 반면 레이싱 드론은 빨리 화면을 전송하고 밝은 곳에 있다가 어두운 곳으로 들어가도 작은 빛에도 반응하는 등의 독특한 요구 조건에 따라 진화했습니다.

 

감시 카메라와 레이싱 드론의 FPV 카메라. 사진=pixabay.com, foxeer.com

 

FPV 카메라의 스펙을 꼼꼼히 읽어 보자.

자유롭게 비행하는 레이싱 드론의 프리스타일을 좋아 하는 분이라면 모르는 사람이 없을 프리 스타일 비행의 대가 Mr Steel, Charpu, Finaglide, Ummagawd 들이 모여 만든 Rotor Riot이란 Youtube 채널이 있습니다. 엄청난 비행 솜씨와 함께 나도 저런 곳에서 한번 날려 보았으면 싶은 곳에서 눈이 휘둥그레지는 멋진 영상을 보여주는 레이싱 드론 팬들의 무한도전 같은 프로입니다.

 

러시아의 초대형 안테나 구조물을 수직으로 다이빙에 성공한 무서운 사람들 입니다. 사진= https://youtu.be/YhJpdCZNSDc

 

최근 이 Rotor Riot에서 FPV 카메라로 유명한 RunCam사와 함께 Rotor Riot Special Edition 이란 제품을 출시했습니다. FPV 카메라 자체는 기존의 RunCam사의 Swift 제품이지만 카메라 설정과 렌즈를 Rotor Riot의 고수들이 추천하는 사양에 맞춘 제품인데다 카메라에 Rotor Riot 로고가 인쇄돼 있기 때문에 지름신에 팬심까지 연타 공격을 하는 그런 제품입니다.

 

[Rotor Riot Special Edition RunCam Swift. 저 안경 쓴 해골 로고가 유혹합니다. 이거 사~. 사진=http://store.rotorriot.com/

그러나 드론스타팅은 꼼꼼한 분석 없이는 함부로 지갑을 열지 않습니다. 이 제품의 사양을 꼼꼼히 살펴보면 레이싱 드론의 FPV 카메라의 특징에 대해 이해할 수 있을 듯합니다.

SPECIFICATIONS:


Model: Rotor Riot Special Edition RunCam Swift
Latency: 25-30ms
Image Sensor: 1/3 SONY Super HAD II CCD
4:3 Image
Horizontal Resolution: 600TVL
Lens: GoPro quality wide angle
WDR: D-WDR
DNR: 2DNR
IR Block: Yes
Day/Night: Auto/Color/B&W
Power: DC 5 to 17V
Net weight: 12g
Dimensions: 26mm*26mm*30mm

FPV 카메라 앞에 풍경과 모니터 안에 풍경과 얼마나 시간차이가 날까? 레이턴시 (Latency)

FPV 카메라의 가장 중요한 특징은 화면을 얼마나 빨리 처리하느냐 입니다. 카메라 앞에 풍경과 그 풍경이 FPV 모니터에 나타날 때까지의 시간 차이를 레이턴시 (Latency) 라고 부르는데 바로 이 레이턴시가 작아지는 방향으로 진화한 카메라가 레이싱 드론의 FPV 카메라라고 해도 과하지 않습니다.

 

단 0.05초의 레이턴시라도 레이싱 드론의 0.05초는 이미 다른 세상입니다.

 

만약 시속 100km의 속도로 달려가는 레이싱 드론의 FPV 카메라 레이턴시가 0.05초라고 하면 내가 나무를 발견하고 옆으로 피해도 이미 드론은 1.4m 미터나 전진해 버린 후가 됩니다. 그래서 레이싱 드론용 FPV 카메라는 레이턴시가 매우 짧아야합니다.

사실 FPV 카메라 없이도 Gopro 카메라나 샤오미 Yi 액션카메라의 영상 출력 단자를 그대로 영상 송출기에 연결하는 방법도 있습니다. 하지만 이 방법은 레이턴시가 제법 커서 레이싱 드론 비행에는 적합하지 않습니다. 이런 레이턴시를 연습으로 극복하는 고수들도 본적 있지만 그냥 레이턴시가 작은 카메라를 선택하여 정신의 건강을 누릴 것을 권해 드립니다.

Rotor Riot Special Edition도 0.025초로 빠른 레이턴시를 자랑하지만 그래도 시속 100km의 속도로 달려간다면 0.7m 나 더 날아버리니까요.

 

빛을 어떻게 저장할 것인가? CCD와 CMOS 센서

바둑판 모양으로 빛을 감지하는 부분을 잔뜩 모아둔 디지털 센서는 크게 CCD와 CMOS 센서가 있습니다. 센서가 받은 빛의 정보를 어떤 식으로 처리하느냐에 따라 차이가 발생하는데 CCD는 한꺼번에 모았다가 보내는 방식을, CMOS는 바둑판 모양으로 받아들인 빛을 한 줄씩 바로바로 보내는 방식을 사용합니다.

 

CMOS와 CCD 센서. 자세히 보시면 구별할 수 있습니다. (저는 실패했습니다)

 

CCD 센서는 영상을 한꺼번에 모아서 보내다 보니 화면을 보내는 속도가 다소 느리지만 노이즈가 적고 선명한 화질을 보여줍니다. 하지만 소비 전력이 많고 비싼 것이 흠이지요. 하지만 CMOS는 한 줄씩 전송하는 방법을 사용하게 때문에 빠르게 화면을 전송하고 전기도 적게 사용하지만 한 줄을 받고 다음 줄을 조금 이동해서 받으면 화면이 젤리처럼 보이는 단점이 발생합니다.

 

CMOS 센서에서 더 많이 발생하는 와블링 (젤로) 현상

그래서 항상 진동이 발생하는 드론은 와블링 현상(젤로 현상)이 적은 CCD가 선호되지만 각각의 센서가 장점과 단점이 있고 CMOS 중에는 화면을 처리하는 방식을 개선해서 이런 현상을 최소화한 제품도 있어 어떤 것이 좋다고 이야기하기 어렵습니다. 하지만 일반적으로 CCD 센서의 가격이 CMOS보다 비싸다고 알려져 있기 때문에 CCD 센서가 들어간 카메라가 왠지 이득인 듯 한 느낌은 기분 탓입니다. 그래서 Rotor Riot Special Edition은 CCD가 사용되었나 봅니다.

 

화면 비율, 구형 TV 인가? 와이드 스크린인가?

대부분의 FPV 카메라는 가로와 세로 비율이 4:3과 16.9 두 가지 종류가 있습니다. 이 비율은 가지고 있는 FPV 모니터나 고글의 화면에 맞추어 선택하는 것이 좋습니다. 만약 FPV 카메라가 4:3 비율인데 FPV 고글이 16:9라면 옆으로 늘어진 세상을 비행하게 될 테니까요.

 

4:3 카메라를 16:9 모니터로 본다면 세상이 옆으로 늘어져 보입니다.

 

대부분의 FPV 고글이 비율을 맞추는 기능이 있지만 화면을 다 쓰지 못하거나 일부가 잘려 나갈 수 있습니다. 알뜰하고 꼼꼼히 화면을 사용하려면 화면 비율을 모두 맞추는 것이 좋을 것 같습니다.

 

FPV 카메라의 독특한 해상도, TVL

디지털 카메라라면 얼마나 많은 빛을 담을 수 있는지 표현하는 MP(메가 픽셀)이 마치 토익 500점과 950점만큼이나 중요한 스펙이지만 빠른 화면 전송을 중시하는 레이싱 드론 세계에서 화소는 화면의 처리 속도와 관계가 있기 때문에 TVL이라는 색다른 표현을 사용합니다.

TVL (TV Line)은 FPV 카메라에서 몇 개의 줄로 화면을 표현할 수 있는지 의미 합니다. 당연히 TVL이 높을수록 더 고화질이지만 FPV 영상을 전송하는 방식이 아직 구형 텔레비젼 방식인 PAL과 NTSC 방식을 사용하기 때문에 전송할 수 있는 TVL은 PAL이 576, NTSC가 480 Line 밖에 되지 않습니다.

1200 TVL의 카메라를 사용한데도 결국 FPV 모니터나 고글에서는 PAL이나 NTSC 전송 방식으로 전달되기 때문에 576 TVL이나 480 TVL 카메라와 크게 다르지 않습니다.

 

FPV 화질의 한계를 극복한 Prosignt 제품도 있지만 가격의 한계는 아직 극복하지 못했습니다. 사진=http://www.connexhd.com/

 

TVL이 높을수록 앞서 언급했던 레이턴시도 커지게 되어 적당한 TVL을 가진 제품이 좋습니다. Rotor Riot Special Edition의 600 TVL은 과하지도 덜하지도 않은 사양입니다.

 

세상을 얼마나 넓게 담을 것인가? Lens

드론의 카메라는 넓은 풍경을 담기 위해 광각렌즈 혹은 어안렌즈를 많이 사용합니다. 레이싱 드론도 많은 풍경을 담는 것이 비행에 즐겁겠지만 광각렌즈는 멀리 있는 풍경은 작게, 가까이 있는 사물은 크게 보이도록 화면을 왜곡하기 때문에 렌즈의 특성을 잘 알고 선택해야 합니다.

FPV 카메라에 사용되는 렌즈는 밀리미터 (mm)로 구분하는데 그 길이가 짧을수록 더 넓게 볼 수 있습니다. 예를 들어 2.5mm 렌즈는 130도 각도를 볼 수 있습니다. 이 각도를 FOV (Field of View)라고 부릅니다.

 

FOV가 적당하지 않으면 레이싱 드론은 게이트를 통과하지 않았는데도 통과한 것처럼 보입니다.

 

FOV가 좁다면 화면에 게이트가 이미 지나가 버렸는지 알 수 없기 때문에 FOV는 클수록 좋습니다. 하지만 FOV가 크면 어안렌즈에 가까워 화면의 왜곡이 심해서 어지럽게 느껴지거나 멀리 있는 것은 더 멀리 가까이 있는 것은 더 가까이 왜곡하기 때문에 FOV는 작을수록 좋습니다.

어쩌란 거야라고 질문을 하면 가장 많이 들을 수 있는 대답은 직접 사용해 보시고 자신에게 맞는 렌즈를 찾으세요 라는 무책임한 답을 듣게 되죠. 여기 선택에 도움을 드리기 위해 렌즈 종류에 따른 FOV를 준비했습니다. 직접 사용해 보고 선택하기 전에 참고 하세요.

– 1.8mm Lens : FOV 170도
– 2.1mm Lens : FOV 160도
– 2.5mm LensFOV 130도 – 먼 풍경을 보기 좋은 렌즈
– 2.8mm LensFOV 115도 – 일반적인 비행에 적당한 렌즈
– 3.6mm Lens : FOV 85도
– 6.0mm LensFOV 50도 – 왜곡 없이 직접 바라보는 것과 가장 비슷한 렌즈
– 8.0mm Lens : FOV 40도
– 12mm Lens : FOV 24도

그럼 Rotor Riot에서 튜닝을 했다는 Rotor Riot Special Edition는 어떤 렌즈를 사용했을까요? 사양서는 Gopro 렌즈가 적용되었다고 합니다. Gopro 렌즈는 FOV 170도를 가진 1.8mm에 해당하는 렌즈인데 특이하게도 왜곡이 다른 렌즈보다 작아 최근 인기 있는 렌즈 입니다.

 

Gopro 렌즈, Gopro에서 만든 렌즈는 아닌 듯한데 Gopro 카메라의 화각을 가지고 있어서 인지 그렇게 부릅니다. 사진=http://www.banggood.com/

 

FPV카메라는 렌즈만 따로 교환할 수도 있으니 기회가 있으면 Gopro 렌즈를 시험해 보세요.

 

나의 밤을 당신의 낮보다 환하게 밝혀줄 IR Sensitive

IR (Infrared Ray)은 적외선을 뜻합니다. 우리가 사물을 볼 수 있는 이유는 태양에서 출발한 빛이 사물에 반사되고 그 반사된 빛을 눈이 감지하기 때문입니다. 그런데 카메라의 센서는 우리 눈보다 더 많은 종류의 빛을 받을 수 있습니다.

우리는 볼 수 없지만 카메라는 볼 수 있는 빛 중 하나가 IR 즉 적외선입니다. 세상의 모든 사물은 적외선을 발산하기 때문에 이것을 막아야 더 화사하고 아름다운 풍경을 볼 수 있습니다. 그런 특성을 IR Block 이라고 부릅니다.

하지만 어두운 밤에는 빛이 작기 때문에 이런 적외선까지 볼 수 있다면 밤에도 볼 수 있어 비행을 할 수 있습니다. 대신 적외선이기 때문에 색이 없어서 FPV모니터를 통해 보는 세상은 흑백으로 보입니다. 이런 특징을 IR Sensitive라고 합니다.

 

IR Block 렌즈는 뒤에 붉은 색의 필터가 붙어 있습니다

 

해가 진 다음 비행을 할 수 없는 우리나라에서는 IR Block 카메라를 선택하는 것이 좋습니다. 어두운 실내를 비행할 수 있는 미니 레이싱 드론이라면 IR Sensitive도 좋은 선택입니다.

 

그 밖에 무시할 수 없는 기능들

화면을 화사하게 만들어주고 하얀색이 어떤 것인지 알려주는 색상/화이트 밸런스 자동 조정 (Auto/Color/B&W) 기능이나 태양을 피하고 싶어 숨은 그늘 안에서도 잘 보게 해주는 WDR (Wide Dynamic Range, 역광 보정 기능), 어두운 곳에서 노이즈 없이 선명하게 볼 수 있도록 만들어 주는 DNR (Digiral Noise Reduction, 노이즈 제거 기능)은 센서로 감지한 빛 정보를 가공하는 방법들 입니다. 이런 기능들은 모처럼 펼쳐진 초록 잔디밭과 푸른 하늘을 더욱 깊게 만들어 주죠.

 

FPV 카메라의 화면 조종 화면, 최적의 화면을 위해 설정을 바꿀 수 있습니다. 사진=http://www.runcam.com/

 

최근에 출시되는 FPV 카메라는 어떤 전압을 사용하든 바로 연결할 수 있도록 되어 있거나 FPV 카메라에 배터리의 전압과 전류를 모니터링 하는 기능 (OSD, On Screen Display)이 있는 제품도 있습니다. 촬영용 드론과 달리 레이싱 드론은 비행 기능 외에는 배터리 상태를 확인하는 장치는 별도로 설치해야 하기 때문에 이런 기능이 있는 카메라를 선택하면 편리합니다.

그 밖에도 마이크가 달려있는 FPV 카메라도 있습니다. 여기서 들리는 소리야 모터와 바람 소리 뿐이지만 시각에 청각까지 더해서 비행을 할 수 있다면 마다할 이유가 없죠.

감시용 카메라에서 발전한 FPV 카메라는 화면의 실시간 전송이라는 기능에 충실하면서 한정적인 해상도에서 더 좋은 화면을 담기 위해 계속 발전하고 있습니다. 디지털 영상 전송 기술로 고화질 레이싱 카메라가 대중화 될 때 까지 촬영용 드론이 가진 카메라의 멋진 화질은 아직은 좀 더 기다려야 할 것 같습니다.

하지만 푸른 잔디 위로 하늘에서 멋진 석양을 바라본다면 촬영용 드론이 찍은 사진을 나중에 컴퓨터 화면으로 보는 것과 FPV 카메라를 통해 실시간으로 바라보는 석양의 느낌은 다르게 기억될 것입니다. FPV 카메라는 화면을 저장하는 대신 경험을 마음에 저장해 주기 때문입니다. 레이싱 드론의 눈 FPV 카메라의 매력은 여기 있습니다.

물론 석양을 본다면 서둘러 착륙하셔야 합니다. 밤에 드론 날리면 안 되거든요.

 

 

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민연기

민연기

/ 아나드론스타팅필진
하늘을 나는 물건을 하나씩 공부하고 있는 엔지니어 입니다.
http://blog.naver.com/smoke2000
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