짐벌(Gimbal), 드론 영상촬영의 필수품
드론의 활용 방안은 무궁무진 합니다. 군사용, 산업용, 농업용, 취미용... 이제는 그 사용처를 일일이 열거하기도 힘들 정도입니다. 그러나 우리 주변에서는 대부분이 취미용으로 드론을 활용하고 있습니다. 오로지 비행자체를 즐기기도 하지만 영상제작이나 나만의 추억을 남기기 위한 촬영용으로도 널리 쓰입니다. 인터넷 검색만 하면 드론으로 촬영한 멋진 영상물도 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 그런데 드론은 공중에 떠있으며 속도도 빠르고 바람 등 외부 영향도 많은 상황에서 기체가 많이 흔들릴텐데 어떻게 그렇게 안정적인 영상을 촬영 할 수 있을까요?
짐벌(gimbal)
바로 짐벌(gimbal)이 있기 때문입니다. 짐벌 덕분에 안정적인 영상촬영이 가능합니다. 일단 짐벌에 대해 알아보겠습니다. 드론 또는 사진에 조금이라도 관심 있으신 분들은 짐벌을 많이 접해 보셨을 겁니다.
짐벌(gimbal) : 회전축에 1 또는 2의 각도자유도를 부여한 장치, 계기 등 여러 가지를 실은 기체의 경사에 관계없이 언제나 수평으로 유지하는 지지장치 – 「전기전자공학 대사전」
공학용어라 좀 어렵게 느껴질 수 도 있지만 한마디로 1~3개의 축을 이용하여 어떤 상황에서도 카메라가 수평을 유지 할 수 있도록 도와주는 장치입니다. 용어가 어렵다고는 해도 주변에서 한번쯤은 보신 적이 있으실 겁니다.
각종 핸드짐벌 - 출처 네이버
짐벌 안에는 가속도 센서와 자이로센서가 탑재되어 있어 회전 방향이나 기울어짐 등을 측정할 수 있고 모터를 이용해 이러한 회전 및 기울어짐을 상쇄 보완하여 항상 수평을 유지 하는 것입니다.
가속도 센서 : 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서, 소형으로 설치장소에 구애를 덜 받으며 자동차‧항공기‧선박 등 수송수단, 공장 자동화 기기, 로봇 등 폭넓은 분야에 쓰임
자이로센서 : 지구의 회전과 관계없이 높은 정확도로 항상 처음에 설정한 일정 방향을 유지하는 성질을 이용하여 물체의 방위 변화를 측정하는 센서
쉽게 말해 여러 센서를 이용해 우리의 손 또는 드론의 이동 속도와 자세의 기울기를 감지하고 그 정도만큼 내장된 모터를 이용해서 본체 움직임의 반대방향으로 카메라를 회전시켜 수평을 유지하는 것입니다.(‘+’, ‘-’ = 0이 되는 것입니다.)
과학기술의 발달로 센서의 정확도와 연산속도가 매우 빨라 본체의 이동 및 기울어짐과 거의 동시에 반대 방향으로 카메라를 역회전시키기 때문에 우리 눈에는 계속 수평,,,즉 안정적인 영상이 보여지는 것입니다.
짐벌의 종류
짐벌은 그 축의 개수에 따라 구분 됩니다. 우리가 사는 3차원의 세계에서 물체는 3개의 축을 기준으로 회전 할 수 있습니다. 그림에서 보듯이 Roll, Pitch, Yaw 가 그 3개의 축입니다.
짐벌은 축이 몇 개냐에 따라 1축 짐벌, 2축 짐벌, 3축 짐벌로 나누어집니다.
1축 짐벌은 가장 간단한 형태입니다. 1개의 축으로 Roll 만을 보정 해 줍니다. 쉽게 말해 카메라의 좌우 수평을 유지시켜 주는 것입니다.
일반 사진만 찍는다면 모르겠으나 동영상촬영이 목적이라면 없는 것 보다는 낫겠지만 실제 촬영에서는 사실 별 쓸모는 없습니다.
2축 짐벌은 두 개의 축으로 Roll과 Pitch를 보정 해 줍니다. 카메라의 좌우 수평과 상하 수평을 유지시켜 주는 것입니다. 2축 짐벌부터 짐벌다운 짐벌이라 할 수 있겠습니다.
3축 짐벌은 세 개의 축으로 Roll과 Pitch와 함께 Yaw까지 보정 해 줍니다. 카메라의 상하좌우 수평 뿐 아니라 본체의 회전까지도 상쇄시킬 수 있습니다.
대부분 우리가 접할 수 있는 짐벌은 이정도이며 일반적인 영상 촬영에는 3축 짐벌 정도면 촬영에 전혀 문제가 없습니다. 영상제작 전문용으로는 4, 5축 짐벌도 존재 하긴 합니다. 마구 흔들어도, 줌인하는 도중에도, 아주 미세한 떨림까지 보정해 주지만 일반인이 취미로 사용하기엔 좀 과한 물건이죠.
드론에 적용
드론을 조종하기 위해...또는 드론으로 영상을 촬영하기 위해 이제 드론 카메라는 필수 장비가 되었습니다.
그러나 초반부에 언급 했듯이 공중에서 빠른 속도로 이동하고 기체의 상하좌우 움직임이 많고 바람 등 외부 영향을 많이 받는 드론의 특성상 단순히 드론에 장착된 카메라로 촬영한 영상은 매우 불안정 합니다.
한마디로 화면 떨림으로 인해 정신없고, 눈 아프고, 오래 보면 어지러움이 느껴지죠. 일부러 그런 효과를 노리는 거라면 모르겠으나 일반적인 영상제작용으론 전혀 쓸모가 없어집니다.
보통 저가 드론의 경우에 카메라를 그냥 기체에 직접 장착하는 경우가 그렇습니다. 진짜 촬영용이라기보다는 구색 맞추기죠. 그래서 요즘 드론의 경우 대부분 짐벌이 필수로 달려 있습니다. 물론 가격에 따라 품질이나 축의 개수는 다를지 몰라도 이제 기본이 되었죠.
영상 제작에 있어서 정말 획기적인 장비인 짐벌과 역시나 획기적인 드론이 만나 그동안 보지 못했던 너무나 멋진 영상들이 많이 만들어지고 있습니다.
사실 항공영상은 헬기를 보유한 방송국 정도나 찍을 수 있는 특별한 분야였는데 드론으로 인해 누구나 아주 손쉽게 저렴하게 촬영을 할 수 있게 되었습니다.
소형 짐벌
중형 짐벌
대형 짐벌
우리 폴-드론 팀도 주 활동이 실종자 수색인 만큼 카메라의 역할이 매우 중요합니다. 실종자 수색을 위해서 넓은 지역을 빠른 시간에 정확하게 촬영해야 하기 때문입니다. 연속적으로 사진을 찍어 프로그램을 활용해서 하나의 큰 사진으로 만들기도 하지만 때로는 실시간으로 비행과 동시에 수색을 하기도 합니다.
어떠한 경우이든 화면의 안정성은 매우 중요합니다. 부정확한 사진 한 장, 흔들리는 영상 하나로 인해 한 생명을 구하느냐 마느냐가 달라질 수 있기 때문입니다.
짐벌 관리
정밀한 기기인 짐벌은 잦은 사용으로 인한 기계적 스트레스 뿐 아니라 먼지나 습도 등 환경에 따라 작동에 문제가 생길 수 도 있습니다.
1. 축 틀어짐
- 꼭 추락을 하지 않아도 평소 비행 습관에 따라 짐벌이 충격을 받을 수 있습니다. 급격한 기동이나 거친 착륙 등의 경우가 있겠지요. 이런 충격은 짐벌의 축을 틀어지게 할 수 있습니다.
2.고정부 풀림
- 회전축은 베어링으로 고정되어 있지만 고정부가 지속된 충격으로 인해 느슨해지면 비행 중 회전축이 흔들려 화면이 물결치듯 보일 수 있습니다. 흔히 젤로현상이라고 부릅니다.
3.이물질
- 짐벌 내 모터에 이물질이 들어갈 수 있습니다. 흙바닥에서 이착륙을 하는 등 먼지가 많은 환경에서 발생 할 확률이 높겠지요. 특히 쇳조각 등은 모터의 자석에 붙으면 잘 떨어지지 않아 분해를 해야 할 수도 있습니다.
마지막으로 짐벌과 관련한 재미있는 영상 하나 보시겠습니다. 한눈에 짐벌의 움직임을 알 수 있는 영상입니다.
WRITER 최연수
4차 산업혁명의 가장 핵심인 드론에 대한 관심으로 시작하여 드론을 경찰업무에 활용하기 위하여 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론아카데미) 일원으로 활동하고 있습니다. 현재 경찰 드론 실종자 수색 연구를 하고 있습니다. gmrfyd853@naver.com
폴드론아카데미는 전원 현직경찰관들로 구성되어 활동하는 전문적학습공동체로, 드론을 활용하여 효율적인 치안업무에 도움을 주고자 연구하는 경찰 내 현장학습동아리 입니다.
