KR100437890B1 - 3차원지도 제작 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 지도 제작 방법에 관한 것으로, 특히 비행기에서 촬영한 항공 영상데이터와 인공위성에서 촬영한 위성 영상데이터를 상호 보정하여 고해상도와 고정밀도를 갖는 정사투영된 2차원 지도를 제작한 후 지형고도에 대한 정보를 갖는 디지탈 엘리베이션 모델을 생성하여 상기 2차원지도에 투영하여 고해상도와 고정밀도의 3차원 입체지도를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

3차원지도 제작 장치 및 방법{Three dimensional map producing device and method}

본 발명은 3차원 지도 제작방법에 관한 것으로 특히, 비행기에서 촬영한 항공 영상데이터와 인공위성에서 촬영한 위성 영상데이터를 상호 보정하여 정사투영된 2차원 지도를 제작한 후, 지형고도에 대한 정보를 갖는 디지탈 엘리베이션 모델을 생성하여 3차원 입체지도를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

GPS와 자동항법시스템의 기능이 향상되면서 항공기, 차량, 군용정밀추적장치등이 실제 현실에 적용되어 사용되고 있으며 이러한 장치 등의 성능을 결정하는 중요한 요소로서 고도로 정밀한 지도가 요구되고 있다.

지도에는 크게 종이지도, 수치지도, 3차원 지도로 분류되며, 이중 수치지도는 종이지도가 함유하고 있는 점, 선, 면 형태의 기하학적 도형 요소나 화소들의 집합을 디지탈화한 지도를 의미하며 이러한 디지탈 데이터는 캐드 또는 그래픽 소프트웨어의 포맷으로 항공기, 차량, 선박 등에 내장된 자동항법장치에 저장시켜 관리한다.

3차원 지도는 2차원 지도의 좌표정보에 그래픽 정보를 매핑하여 생성된 3차원 기하학적 데이터에 색상 및 이미지를 추가하여 얻어진다.

따라서 높은 해상도와 정밀도를 갖는 3차원 지도의 생성을 위해서는 그 기초가 되는 2차원 지도의 해상도와 정밀도가 높아야 되며, 적절한 그래픽처리가 요구되고 있다.

지도 제작에 사용되는 데이터는 항공기에서 촬영한 항공 영상데이터, 인공위서에서 촬영한 위성 영상데이터, 차량에서 촬영한 사진 등이 있다. 항공기에서 촬영한 항공 영상데이터는 해상도가 높으나 중앙부로부터 멀리 떨어질수록 일그러짐이 커지는 단점이 있는 반면, 인공위성에서 촬영한 위성 영상데이터는 일그러짐이 매우 작으나 해상도가 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 위성 영상데이터와 항공 영상데이터의 장점을 모두 취하여 높은 정밀도와 해상도를 갖는 2차원 지도를 작성하고, 지형고도 정보를갖는 DEM 모델을 생성 이를 상기 2차원 지도상에 투영하여 3차원 입체지도를 생성하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

[도1a],[도1b]는 본 발명에서 개시한 3차원 입체지도를 제작하는 절차도

[도 2]는 본 발명의 기하학적 왜곡과 그 보정절차를 나타낸 흐름도

[도 3]은 본 발명의 화상누락 왜곡과 그 보정절차를 나타낸 흐름도

[도 4a],[도 4b]는 본 발명에서 개시하고 있는 3차원 지도 제작장치의 구성예

이하 본 발명의 바람직한 실시예로서 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 사용자의 의도 혹은 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명을 구현하기위한 절차도와 구성예를 통해 본발명을 상세히 설명한다.

[도 1]은 본 발명에 의해 생성되는 3차원입체 지도를 제작하는 절차를 설명한다.

우선, 항공기에 의해 지표면을 사진촬영하여 고해상도를 갖는 디지탈 영상데이터를 얻는다(s11). 인공위성에 의해 지표면을 사진촬영하여 고위치정밀도를 갖는 디지탈 영상데이터를 얻는다(s12). 상기에서 얻어진 항공 영상데이터의 고해상도를 유지하면서 항공 영상데이터에 존재하는 기하학적 왜곡을 정밀도가 높은 위성 영상데이터에 의해 기하학적 보정을 행한다(s15). 기하학적 보정(geometriccorrection)이란, 기하학적 왜곡을 갖는 화상으로부터 그 왜곡을 제거하는 것을 의미한다. 항공 영상데이터는 중앙으로부터 멀리 떨어질수록 위치왜곡, 크기왜곡, 및 경사왜곡이 커지게 된다.

[도 2]은 상기 기하학적 왜곡과 그 보정절차를 예시하고있다.

기준점(0)은 항공기 또는 인공위성의 수직으로 지표면에 정사투영된 지점이다. 즉, 항공촬영과 위성촬영이 이루어지는 중심점을 수직으로 지나는 연장선이 지표면과 교차하는점이다. 기준점(0)을 원점으로 하는 xy좌표에 임의의 피사체가 위치한다고 하자. 그림 (2-a)는 항공촬영에 의한 사진이며 크기, 위치, 경사에 있어 왜곡이 발생하였고 그림 (2-b)는 위성촬영에 의한 사진으로 왜곡이 거의 없다. 그림(2-c)는 항공 영상데이터를 위성 영상데이터로 크기 및 위치 보정을 하는 과정을 보이고 있다. 즉, 항공 영상데이터에서는 피사체의 좌표가 (x1,y1)이고 폭이 (▽x1,▽y1)으로 되어있으나, 위성 영상데이터에 의해 피사체의 좌표가 (x2,y2)이고 폭이 (▽x2,▽y2)으로 옮겨져 수평거리 오차와 크기가 보정된다. 그림 (2-d)에서는 경사왜곡이 보정된다.

항공촬영은 피사체를 경사하여 촬영하기 때문에 기하학적 보정을 한 이후에 피사체의 뒷면에 위치한 부분의 화상은 누락되게 되어 이에 대한 보정(s16)이 필요하다. 도 3 에서는 이 화상누락 보정에 대해 설명하고 있다.

그림 (3-c)는 항공 영상데이터를 위성 영상데이터에 의해 기하학적 보정을 행한 후에 피사체의 뒷면에 위치한 부분의 화상 누락을 나타낸다. 그림 (3-d)에서는 누락된 부분을 위성 영상데이터에 있는 부분으로 보정한다. 이러한 보정과정을 거쳐 해상도와 정밀도가 높은 정사투영된 2차원지도가 생성된다(s17). 영상데이터는 전정색 영상데이터와 다중분광 영상데이터로 분류되는데, 상기 2차원 지도 생성 과정에서는 전정색 영상데이터를 기초로 한다. 상기 보정과정에서 2차원지도의 생성을 위해 채택된 항공 영상데이터와 위성 영상데이터의 각 부분은 색상정보인 다중분광 영상데이터와 대응시켜 저장되는데 상기 다중분광 영상데이터의 색상정보는 그래픽처리단계를 거쳐서(s18) 상기 2차원 지도에 혼합된다.

다음으로, 3차원지도제작을 위해서 지형고도 정보를 갖는 디지탈 엘리베이션 모델(Digital Elevation Model, 이하 'DEM'이라 함)을 제작해야 한다(s20). DEM(디지탈 고도 모형)은 특정영역에 대한 지형의 고도정보를 표현하는 데이터로서, 대상지역을 일정 크기의 격자로 나누어 공간상에 나타나는 연속적인 기복의 변화의 값을 해당 격자에 수치적으로 표현한 것이다.

DEM의 생성 방법은 크게 i)수치지도의 등고 레이어로부터 생성하는 방법, ii) 스테레오 위성영상이나 항공사진을 이용한 방법, iii) 무선망 설계 시스템과 같은 GIS 응용프로그램을 이용하는 방법 등이 있다.

따라서, 상기 정사투영된 2차원지도를 기초로 하여 제작된 수치지도를 작성하고 수치데이터가 높이정보를 포함하도록 디지탈 엘리베이션 모델(Digital Elevation Model, 이하 'DEM'이라 함)을 생성할 수도 있고 광대역 VHF SAR(synthtic aperture radar) 데이터를 이용하는 방법, 코로나 위성 이미지를 이용하는 방법, SAR 간섭(SAR interferometry)을 이용하는 방법 등 위성을 이용하여 DEM을 생성할 수도 있다.

상기와 같이, 실제 지표와 같은 모형(DEM)을 제작한 후 그래픽처리단계(s18)에서 그래픽처리된 2차원 데이터를 DEM에 투영하여 3차원 정사투영된 영상을 갖는 3차원 입체지도를 생성하게 된다(s21).

[도 4a]는 본 발명에서 개시하고 있는 3차원 지도 제작 장치의 구성예를 설명하고 있으며 그 구성을 살펴보면, 항공사진과 인공위성사진의 디지털 정보를 입력받는 화상입력부(11), 입력된 화상정보를 저장하는 화상기억부(12), 위성사진정보를 토대로 항공사진의 기하학적보정을 수행하는 기하보정부(13), 항공사진상에서 보이지않는 누락부분을 보정하는 화상 누락보정부(14), 보정된 전정색 영상데이터를 기초로 정시투영 2차원 지도를 작성하는 정시투영 2차원지도작성부(15), 다중분광 영상데이터의 색정보를 혼합하는 그래픽처리를 수행하는 그래픽처리부(16), 상기 정사투영된 2차원지도를 기초로 하여 수치지도를 작성하는 수치지도작성부(17), 수치지도에 기초한 DEM 모델을 생성하는 DEM생성부(18), DEM에 상기 수치화된 2차원지도 데이터를 투영하여 3차원 입체 지도를 작성하는 3차원 입체지도 작성부(19), 이를 여러 필요한 형태로 출력하는 3차원 입체지도 출력부(20)를 포함한다.

[도 4b]는 DEM 생성부로 InSAR를 이용한 간섭측정계를 사용한 3차원지도제작장치의 구성예이다.

간섭측정용 합성 개구 레이다(interferometric synthetic aperture radar)는 공간적으로 일정거리 떨어져 있는 2개의 안테나를 갖으며 이들 안테나에 수신되는 간섭신호의 위상차로부터 지형고도를 구하는 합성 개구 레이다이다.

전술한 구성의 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

일그러짐이 없는 위성사진을 사용하여 고해상도의 항공사진을 보정함으로써 해상도와 정밀도가 높은 정사투영된 2차원 지도를 생성하고 지형고도정보를 갖는 DEM을 생성하여 2차원지도에 DEM을 투영시킴으로써 고도의 정밀도와 해상도를 갖는 3차원지도를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 3차원지도 제작방법에 있어서,

   항공 영상정보의 피사체 좌표 및 피사체의 폭을 위성 영상정보의 동일 피사체 좌표 및 동일 피사체의 폭으로 수평거리 오차와 크기를 보정하는 기하학적 왜곡의 보정단계;

   상기 항공 영상정보의 특정 피사체 뒷면에 위치한 화상의 누락 부분을 상기 위성 영상정보의 화상으로 보정하는 화상누락 보정단계;

   상기 기하학적 왜곡의 보정단계 및 상기 화상누락 보정단계를 거쳐 생성되는 보정결과와 상기 항공 영상정보 및 상기 위성 영상정보를 결합하여 전정색 영상데이터를 기초로한 정사투영 2차원지도를 작성하는 단계,

   상기 2차원 지도상에 다중분광 영상데이터를 혼합함으로써 전정색 영상데이터의 해상도를 유지하면서 다중분광 영상데이터의 색정보를 혼합하는 그래픽처리단계,

   상기 정사투영 2차원지도 작성부에서 작성된 2차원지도를 기초로한 수치지도를 작성하는 단계;

   상기 수치지도 및 InSAR를 이용한 간섭측정계로 부터 얻은 DEM 생성에 필요한 지형고도정보를 갖는 DEM 모델을 생성하는 DEM 생성단계; 및

   상기 DEM에 그래픽처리된 2차원 지도를 투영하여 3차원 입체 지도를 작성하는 3차원입체 지도 작성단계를 포함하는 것을 특징으로하는 3차원입체지도를 제작하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 3차원 지도 제작장치에 있어서,

   항공 영상정보와 위성 영상정보의 디지털 화상정보를 입력받는 화상 입력부;

   상기 디지털 화상정보를 저장하는 화상 기억부;

   상기 항공 영상정보의 피사체 좌표 및 피사체의 폭을 상기 위성 영상정보의 동일 피사체 좌표 및 동일 피사체의 폭으로 수평거리 오차와 크기를 보정하는 기하보정부;

   상기 항공 영상정보의 특정 피사체 뒷면에 위치한 화상의 누락 부분을 상기 위성 영상정보의 화상으로 보정하는 화상누락 보정부;

   상기 기하 보정부 및 상기 화상누락 보정부를 거쳐 생성되는 보정결과와 상기 항공 영상정보 및 위성 영상정보를 결합하여 전정색 영상데이터를 기초로한 정사투영 2차원지도를 작성하는 2차원지도작성부;

   상기 2차원 지도상에 다중분광 영상데이터를 혼합함으로써 전정색 영상데이터의 해상도를 유지하면서 다중분광 영상데이터의 색정보를 혼합하는 그래픽처리부;

   상기 정사투영 2차원지도 작성부에서 작성된 2차원지도를 기초로한 수치지도를 작성하는 수치지도 작성부;

   상기 수치지도 및 InSAR를 이용한 간섭측정계로 부터 얻은 DEM 생성에 필요한 지형고도정보를 갖는 DEM 모델을 생성하는 DEM 생성부; 및

   상기 그래픽 처리부에서 제공되는 2차원 지도를 상기 DEM 모델에 투영하여 3차원 입체 지도를 작성하는 3차원입체 지도 작성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체지도 제작장치.
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