KR100891643B1 - 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법 - Google Patents

색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공라이다 자료를 이용하여 경사와 기복을 함께 표시하는 경사기복도를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공라이다 자료의 격자별 경사도 및 기복도 데이터를 IHS체계로 변환한 데이터와 RGB체계의 기복도 데이터를 색변환모델을 이용하여 IHS체계로 변환환 데이터를 융합하여 경사와 기복의 특징이 동시에 표현되는 경사기복도를 제작한 후에 경사와 기복의 특징이 보다 부각되도록 융합된 IHS체계의 경사기복도를 색변환모델을 이용하여 RGB체계로 변환한 경사기복도를 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법은 (S10) 항공라이다 자료로부터 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터를 추출하는 단계; (S20) 상기 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터로부터 격자별 경사도 데이터 및 기복도에 관한 데이터 추출하고, 이를 색의 표현에 관한 IHS체계 데이터로 변환하는 단계; (S30) 상기 격자별 기복 값에 관한 데이터로부터 기복도에 관한 데이터를 추출하고, 높이 구간별 색상 테이블을 이용하여 색의 표현에 관한 RGB체계의 데이터로 변환하는 단계; (S40) 상기 (S30)단계에서 RGB체계의 데이터로 변환된 격자별 기복 값에 관한 데이터를 색체계변환모델을 이용하여 IHS체계의 데이터로 변환하는 단계; (S50) 격자별 상기 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 상기 (S40)단계의 IHS체계 데이터를 융합하여 경사기복도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
항공라이다, 경사도, 기복도, 경사기복도, RGB, IHS

Description

색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법{Generation methods of slope-relief map from lidar data}
본 발명은 항공라이다 자료를 이용하여 경사와 기복을 함께 표시하는 경사기복도를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공라이다 자료의 격자별 경사도 및 기복도 데이터를 IHS체계로 변환한 데이터와 RGB체계의 기복도 데이터를 색변환모델을 이용하여 IHS체계로 변환환 데이터를 융합하여 경사와 기복의 특징이 동시에 표현되는 경사기복도를 제작한 후에 경사와 기복의 특징이 보다 부각되도록 융합된 IHS체계의 경사기복도를 색변환모델을 이용하여 RGB체계로 변환한 경사기복도를 제작하는 방법에 관한 것이다.
종래의 항공라이다 자료(DEM)의 표현 방법은 높이 또는 경사의 범위에 따라 RGB체계의 색상을 부여하여 기복(높이)을 나타내는 기복도나 경사(기울어짐)를 나타내는 경사도로 각각 독립적인 지도 형태로 표현하는 것이 일반적이다.
경사도는 색상이 밝을수록 경사가 급격하고 어두울수록 경사가 완만함을 나 타내고, 기복도는 색상이 밝을수록 높고 어두울수록 낮음을 나타내고 높이에 따라 칼라테이블을 적용하고 있는데,
경사도는 도1에서 보는 바와 같이 지형의 높이에 대해서는 알 수 없으며, 계곡과 능선의 구분이 어렵고, 기복도는 도1(slice형태 기복도), (gradation형태 기복도)에서 보는 바와 같이 지형의 형태에 대한 판독이 어렵다.
그래서 종래에는 항공라이다 자료로부터 제작된 경사도 또는 기복도 하나만 갖고는 특정 지역의 지형적 특징(경사와 기복)을 동시에 알 수 없어, 경사도와 기복도를 모두 구비한 후에 경사와 기복의 특징을 개별적으로 파악하고 있다.
이처럼 종래에는 경사도와 기복도라는 두 가지의 지도를 별도로 제작하여야 하는 자원의 낭비와 번거로움이 있고, 경사의 특징과 기복의 특징을 각각 경사도와 기복도로부터 독립적으로 파악하게 되어 그 지역의 특징이 입체적으로 파악되지 아니하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 경사와 기복을 하나의 지도에 동시에 표현하는 경사기복도를 제공함으로서 지도제자가의 시간과 자원을 절감하고, 그 지역의 지형적 특징을 입체적으로 파악할 수 있게하는 경사기복도의 제작방법을 제공함을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법은
(S10) 항공라이다 자료로부터 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터를 추출하는 단계;
(S20) 상기 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터로부터 격자별 경사도 데이터 및 기복도에 관한 데이터 추출하고, 이를 색의 표현에 관한 IHS체계 데이터로 변환하는 단계;
(S30) 상기 격자별 기복 값에 관한 데이터로부터 기복도에 관한 데이터를 추출하고, 높이 구간별 색상 테이블을 이용하여 색의 표현에 관한 RGB체계의 데이터로 변환하는 단계;
(S40) 상기 (S30)단계에서 RGB체계의 데이터로 변환된 격자별 기복 값에 관한 데이터를 색체계변환모델을 이용하여 IHS체계의 데이터로 변환하는 단계;
(S50) 격자별 상기 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 상기 (S40)단계의 IHS체계 데이터를 융합하여 경사기복도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
그리고 (S60) 상기 (S50)단계에서 융합된 격자별 IHS체계 데이터를 상기 색체계변환모델을 이용하여 RGB체계의 데이터로 변환하여 경사기복도를 제작하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 IHS체계의 I(Intensity;명도) 값은 상기 기복도 값에 대응하고, 상기 S(Saturation;채도) 값은 상기 경사도 값에 대응하는 것을 특징으로 하고,
상기 (S30)단계에서 격자별 기복도 데이터를 RGB체계의 데이터로 변환시에 색상의 gradation이 적용된 것을 특징으로 하고,
상기 색체계변환모델은 수식3 내지 수식7로 표현되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 경사도와 기복도를 따로따로 제작할 필요가 없고,
IHS체계의 색표현으로 경사와 기복이 동시에 표현되어 있는 경사기복도를 제공함으로써 그 지역의 지형적 특징이 한 눈에 입체적으로 파악되고,
RGB체계의 색표현으로 표현되는 경사기복도는 지형적 특징으로 보다 명확하게 파악할 수 있도록 해준다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 경사기복도 제작방법의 절차도로서, 도면에서 보는 바 와 같이
(S10) 항공라이다 자료로부터 격자별 경사 값 및 기복 값에 관한 데이터를 추출하는 단계와,
(S20) 상기 격자별 경사 값 및 기복 값에 관한 데이터로부터 격자별 경사도 및 기복도에 관한 데이터를 추출하고 이를 IHS체계의 데이터로 변환하는 단계와,
(S30) 상기 격자별 기복 값에 관한 데이터를 색상 테이블을 이용하여 RGB체계의 데이터로 변환하는 단계와,
(S40) 상기 격자별 기복 값에 대한 RGB체계의 데이터를 IHS체계의 데이터로 변환하는 단계와,
(S50) 상기 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 상기 (S40)단계의 IHS체계 데이터를 융합하여 경사기복도를 제작하는 단계와,
(S60) 상기 (S50)단계의 융합 IHS체계 데이터를 RGB체계 데이터로 변환하여 경사기복도를 제작하는 단계로 구성된다.
그리고 상기(S20)단계와 (S30) 및 (S40)단계는 우선 순위가 없고, IHS체계와 RGB체계의 데이터 변환은 색체계변환모델을 이용한다.
항공라이다 자료로부터 격자별 경사 값 및 기복 값 데이터를 추출하는 상기 (S10)단계는 일반적인 기술이므로 이에 대하여는 간략히 설명한다.
항공라이다 자료는 기본적으로 촬영지역 영상 프레임의 격자별 위도, 경도 및 고도 값을 제공한다.
이러한 정보를 제공하는 항공라이다 자료에서 격자별 기복 값 데이터는 해당 고도 값을 그대로 사용하고,
경사 값 데이터는 해당 격자에 인접한 8개 격자(또는 4개 격자)의 고도 값들로부터 해당 격자의 경사 값을 한다.
상기 (S10)단계로부터 격자별 경사 값과 기복 값에 관한 데이터를 추출한 후에는 이들 데이터로부터 격자별 경사도 및 기복도에 관한 데이터를 추출하고, 추출된 경사도 및 기복도에 관한 데이터를 색의 표현에 관한 IHS체계 데이터로 변환하고, 기복 값 데이터는 별도로 색상 테이블을 이용하여 색의 표현에 관한 RGB체계 데이터로 변환한 후에 색체계변환모델을 이용하여 IHS체계의 데이터로 변환하는 (S20)단계 내지 (S40)단계를 갖는다.
우선, 이들 단계를 설명하기 전에 색의 표현 방법에 관한 RGB체계와 IHS체계, 그리고 이들의 관계에 대하여 설명한다.
색의 표현방법은 빛의 3원색인 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)을 혼합하여 표현하는 RGB체계와, 명도(Intensity), 색조(Hue), 채도(Saturation)를 혼합하여 표현하는 IHS체계가 있다.
RGB체계에서는 R, G, B 값의 조합으로 색이 결정되고, IHS체계에서는 I, H, S 값의 조합으로 색이 결정된다.
RGB체계와 IHS체계의 기하학적 관계를 도시한 도3a에서 보는 바와 같이, R, G, B 각각은 0에서 255까지의 값을 갖고, I는 0에서 255√3, H는 0도에서 360도, S는 에서서255√(2/3)의 값을 갖는다.
도3a에서 보는 바와 같이 RGB체계에서는 R, G, B가 각각 3차원 직각좌표계의 기준축이 되어 빨강은 (255,0,0), 녹색은 (0,255,0), 파랑은(0,0,255)의 좌표를 갖고, 검정은 (0,0,0), 백색은 (255,255,255)의 좌표를 갖는다.
그리고 IHS체계는 RGB체계 좌표의 흑백선(도면의 O점과 E점을 연결하는 선)을 기준선으로 하고, 상기 기준선에 수직인 면을 기준면으로 하여 좌표가 결정된다.
이를 도3a를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 어느 특정색의 RGB체계 좌표 P(R,G,B)점에 상응하는 IHS체계 좌표 P(I,H,S)의 I 값은 O점에서 기준선과 기준면이 만나는 점(이하 '교차점'이라 한다.)까지의 거리이고, H 값은 교차점과 R점을 연결하는 선에서 교차점과 P점을 연결하는 선까지의 시계방향 회전각이고, S 값은 교차점에서 P점까지의 거리이다.
RGB체계와 IHS체계의 관계, 즉, RGB체계 데이터를 IHS체계 데이터로(또는 그 역으로) 변환하는 색체계변환모델을 도3b와 도3c를 참조하여 설명한다.
도3b에서 보는 바와 같이 RGB체계 좌표계의 R축이 OY선에 일치하도록 B축을 기준으로 좌표계를 회전시키면 회전하기 전의 좌표 (R0, G0, B0)와 회전 후의 좌표 (R1, G1, B1)의 관계는 아래 수식과 같다.
<수식1>
Figure 112008090904734-pat00001
여기서 α는 R축의 회전 각도이다.
B축을 기준으로 회전한 좌표계를 도3c에서 보는 바와 같이 G1축을 기준으로 회전시켜 B1축을 OE선에 일치시키면 회전 전의 좌표 (R1, G1, B1)와 회전 후의 좌표 (R2, G2, B2)의 관계는 아래 수식과 같다.
<수식2>
Figure 112008090904734-pat00002
여기서 b는 B1축의 회전 각도이다.
도3c에서 보는 바와 같이 RGB체계 좌표와 IHS체계 좌표의 관계는 아래 수식과 같다.
<수식3>
Figure 112008090904734-pat00003
<수식4>
Figure 112008090904734-pat00004
<수식5>
Figure 112008090904734-pat00005
<수식6>
Figure 112008090904734-pat00006
<수식7>
Figure 112008090904734-pat00007
<수식8>
Figure 112008090904734-pat00008
(S20)단계에서 격자별 기복도 데이터는 해당 지역(즉, 항공 라이다자료가 제공하는 영상 프레임)에서 가장 높은 고도(또는 가상의 최고 고도) 대비 해당 격자의 고도 비로 구하고, 경사도 데이터는 영상 프레임에서 가장 큰 경사 값과 가장 작은 경사 값의 차이 대비 해당 격자의 경사 값과 가장 작은 경사 값의 차이 비로 구한다.
다음으로, 격자별 기복도 및 경사도 데이터의 IHS체계 데이터로 변환은
I 값은 해당 격자의 고도비를 나타내고, 격자별 기복도 데이터에 아래 수식과 같이 255√3을 곱한 값이다.
<수식9>
I = 255√3 * Height/Hmax
I 값은 지형의 높이를 나타내고 명도로 표현되는데, 국내의 경우 지형의 높이는 -100m에서 3000m 까지 범위를 갖는다.
그리고 위 수식9에서 Hmax는 지형(즉, 항공 라이다자료에 포함된 지역)에 관계없이 하나의 값으로 고정할 수도 있으나, 그럴 경우 높이차에 따른 I 값의 편차가 적어 지도로 표현시 불명확할 수 있고 지역에 따라 색상의 표현이 적합하지 않을 수 있어 대상 지역(즉, 항공라이다 자료 내의 지역)의 높이 값 중 최고 값으로 정하는 것이 바람직하다.
H 값은 표현되는 색조를 나타내고 사용자가 0도에서 360도 사이에서 설정한다. 도4는 H 값(각도)의 선택에 따른 색상의 일례를 도시한 것이다.
S 값은 해당 격자의 경사비를 나타내고, 격자별 경사도 데이터에 아래 수식과 같이 255√<(2/3)을 곱한 값이다. 지형의 경사는 0도에서 90도 사이이다.
<수식10>
S = 255√<(2/3) * (Slpoe-Smin)/(Smax-Smin)
도5a는 IHS체계로 변환된 경사도 데이터로부터 경사도 map을 제작한 것을 도시한 것이고, 도5b는 기복도 데이터로부터 기복도 map를 제작한 것을 도시한 것이고, 도5c와, 도5d는 경사도 및 기복도 데이터를 합성하여 경사기복도를 도시한 것으로서, 도5c는 H 값을 붉은색 계통으로 설정한 것이고, 도5d는 H 값을 흑백색 계통으로 설정한 것이다.
상기 (S30)단계에서는 (S10)단계의 격자별 기복 값 데이터 또는 (S20)단계의 격자별 기복도를, 높이 구간별 색상 테이블을 이용하여 RGB체계의 데이터로 변환한다.
도6은 높이 구간에 따른 칼라테이블과, 이를 이용하여 특정 지역의 RGB체계 기복도를 gradation으로 표현한 도면이다.
상기 (S40)단계에서는 상기 (S30)단계의 RGB체계의 격자별 기복도 데이터를 위에서 서술한 색체계변환모델을 이용하여 IHS체계의 데이터로 변환한다.
상기 (S50)단계에서는 상기 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 (S40)단계의 IHS체계 데이터를 융합하여 경사기복도에 관한 IHS체계 데이터를 구하고, 이를 이용하여 경사 기복도를 제작한다.
융합한 경사기복도에 관한 IHS체계 데이터의 I 값과 S 값은 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 (S40)단계의 IHS체계 데이터 I 값과 S 값의 평균으로 하고, H 값은 (S40)단계 IHS체계 데이터의 H 값으로 한다. (S20)단계의 IHS체계 데이터의 H 값은 사용자가 설정하는 색상이고, (S40)단계의 색상 테이블과 혼합되어 경사기복도를 불명확하게 할 수 있으므로 이를 제외한다.
도7은 (S20)단계의 IHS체계 데이터로 제작한 흑백의 경사기복도와 (S40)단계의 IHS체계 데이터로 제작한 컬러의 기복도와, 이들을 융합하여 제작한 (S50)단계의 경사기복도를 차례로 도시한 것이다.
도면에서 보는 바와 같이 이들을 융합한 경사기복도는 지형의 경사와 기복에 관한 특징이 한눈에 입체적으로 파악됨을 알 수 있다.
상기 (S60)단계는 상기 (S50)단계에서 융합된 IHS체계 데이터를 색체계변환모델을 이용하여 RGB체계 데이터로 변환하여 경사기복도를 제작하는 단계로서, 그 결과는 (S50)단계와 큰 차이가 없다. 다만, 색의 표현에 관해 우리에게 보다 친숙한 RGB체계로 변환한 것에 의미가 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 절차로 구성되는 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 은 종래의 방법으로 제작된 경사도 및 기복도를 도시한 것이고,
도 2 는 본 발명에 따른 경사기복도의 제작 공정도를 도시한 것이고,
도 3 은 RGB체계와 IHS체계의 관계를 도시한 것이고,
도 4 는 H 값과 색상의 관계 일례를 도시한 것이고,
도 5 는 (S20)단계의 경사도, 기복도 및 경사기복도를 도시한 것이고,
도 6 은 (S30)단계에서 칼라테이블을 이용한 기복도를 도시한 것이고,
도 7 은 (S50)단계의 경사기복도를 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. (S10) 항공라이다 자료로부터 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터를 추출하는 단계;
    (S20) 상기 격자별 경사 값 및 기복 값에 대한 데이터로부터 격자별 경사도 데이터 및 기복도에 관한 데이터 추출하고, 이를 색의 표현에 관한 IHS체계 데이터로 변환하는 단계;
    (S30) 상기 격자별 기복 값에 관한 데이터를, 높이 구간별 색상 테이블을 이용하여 색의 표현에 관한 RGB체계의 데이터로 변환하는 단계;
    (S40) 상기 (S30)단계에서 RGB체계의 데이터로 변환된 격자별 기복 값에 관한 데이터를 색체계변환모델을 이용하여 IHS체계의 데이터로 변환하는 단계;
    (S50) 격자별 상기 (S20)단계의 IHS체계 데이터와 상기 (S40)단계의 IHS체계 데이터를 융합하여 경사기복도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (S60) 상기 (S50)단계에서 융합된 격자별 IHS체계 데이터를 상기 색체계변환모델을 이용하여 RGB체계의 데이터로 변환하여 경사기복도를 제작하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 IHS체계 데이터는 I(Intensity;명도), H(Hue;색조), S(Saturation;채도)의 값으로 구성되고, 상기 I 값은 상기 기복 값에 대응하고, 상기 S 값은 상기 경사 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (S30)단계에서 격자별 기복 값에 관한 데이터를 색상 테이블을 이용하여 RGB체계의 데이터로 변환시에, 상기 색상 테이블은 기복 값의 연속적인 변한에 대응하여 색상이 연속적으로 변화(gradation)되는 것을 특징으로 하는 색체계변환모델을 활용한 항공라이다 자료의 경사기복도 제작방법.
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