KR100892132B1 - 항공라이다자료의 경사시야도 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공라이다자료로부터 경사시야도를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공라이다자료로부터 추출한 수치표고자료를 이용하여 각 격자별 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 추출하고, 추출한 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 칼라테이블에 매칭시켜 경사시야도를 제작함으로써 지형의 표현이 보다 명확해지고 수치표고자료의 오류를 보다 쉽게 검출할 수 있는 경사시야도 제작방법에 관한 것이다.

본 발명의 경사시야도 제작방법은 (S10) 항공라이다자료로부터 수치표고자료를 추출하는 단계; (S20) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대하여 일정 거리 내에 있으며 균등하게 분할된 일정 각도 내에 존재하는 격자들과 이루는 최대 높이각 및 최소 높이각을 구하고, 이들 최대 높이각들과 최소 높이각들에 대한 평균(즉, 시야각)을 구하는 방식으로 모든 격자에 대한 시야각 데이터를 추출하는 단계; (S30) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대한 경사각 데이터를 추출하는 단계; (S40) 시야각을 수직축으로 하고, 경사각을 수평축으로 하는 칼라테이블에 상기 (S20)단계와 (S30)단계에서 구해진 시야각 데이터와 경사각 데이터를 매칭시켜 경사시야도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

항공라이다자료, 수치표고자료, 시야도, 경사도, 경사시야도, 칼라테이블

Description

항공라이다자료의 경사시야도 제작방법{Generation methods of slope-field of angle map from lidar data}

본 발명은 항공라이다자료로부터 경사시야도를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공라이다자료로부터 추출한 수치표고자료를 이용하여 각 격자별 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 추출하고, 추출한 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 칼라테이블에 매칭시켜 경사시야도를 제작함으로써 지형의 표현이 보다 명확해지고 수치표고자료의 오류를 보다 쉽게 검출할 수 있는 경사시야도 제작방법에 관한 것이다.

항공라이다자료는 항공에서 촬영한 특정 지역에 대한 높이자료로서, 일반적으로 불규칙 삼각망 또는 보간 기법을 통해 수치표고자료로 제공되고, 이 수치표고자료는 그 지역의 경사도, 기복도 등을 제작하는데 이용된다.

이러한 수치표고자료는 오류를 포함하고 있고, 수치표고자료의 오류를 검출하기 위하여 종래기술로서 서울시립대학교 지리정보학과 최윤수 교수의 'DEM을 이 용한 음영기복도 제작에 관한 연구(2003년)'가 개시된 바 있다.

상기 종래기술로서 음영기복도는 수치표고자료를 이용하여 제작된 지도로서, 사용자가 빛의 방향, 태양의 방위각 및 고도각을 임의로 정의하고 지표면의 표고에 따른 지형의 그림자 효과를 얻어냄으로써 지형의 기복을 표현한 영상(지도)이고, 수치표고 자료의 오류 검출 및 지형 분석자료로 활용된다.

상기 음영기복도는 기술적 한계, 즉 빛의 방향, 태양의 방위각 및 고도각에 의한 그림자 영향으로 인해 지형의 형태를 명확히 표현할 수 없고, 그로인해 수치표고자료의 오류검출에 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 빛의 방향에 관계없이 지형의 형태를 명확히 구분할 수 있고, 수치표고자료의 오류가 심한 지역은 쉽게 육안 판독이 가능한 경사시야도 제작방법을 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 경사시야도 제작방법은

(S10) 항공라이다자료로부터 수치표고자료를 추출하는 단계;

(S20) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대하여 일정 거리 내에 있으며 균등하게 분할된 일정 각도 내에 존재하는 격자들과 이루는 최대 높이각 및 최소 높이각 을 구하고, 이들 최대 높이각들과 최소 높이각들에 대한 평균(즉, 시야각)을 구하는 방식으로 모든 격자에 대한 시야각 데이터를 추출하는 단계;

(S30) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대한 경사각 데이터를 추출하는 단계;

(S40) 시야각을 수직축으로 하고, 경사각을 수평축으로 하는 칼라테이블에 상기 (S20)단계와 (S30)단계에서 구해진 시야각 데이터와 경사각 데이터를 매칭시켜 경사시야도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 (S20)단계 및 (S30)단계는 각각 구해진 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 Grayscale 색상 값의 범위로 스트레칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 (S20)단계에서 시야각 데이터는 상기 일정 각도를 8등분(즉, 45도)으로 하여 추출된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의해 제작된 경사시야도는 빛의 방향과 태양의 방위각 및 고도각을 고려하지 않고 순순한 지형의 기복과 경사도만을 고려하기 때문에 그림자 영향 없이 지형을 잘 묘사하고, 수치표고자료에 오류가 심한 지역은 색상 값에 의해 쉽게 육안 판독이 용이하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 경사시야도 제작 과정을 도시한 도면으로서, 도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 경사시야도 제작방법은,

항공라이다자료에서 수치표고자료를 추출하는 (S10)단계와, 수치표고자료로부터 시야각 데이터를 추출하는 (S20)단계와, 수치표고자료로부터 경사각 데이터를 추출하는 (S30)단계와, 시야각 데이터와 경사각 데이터를 칼라테이블에 매칭시켜 경사시야도를 제작하는 (S40)단계를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 (S20)단계와 (S30)단계는 우선순위가 없다.

원시 취득한 항공라이다자료로부터 수치표고자료를 추출하는 상기 (S10)단계는 공지기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 수치표고자료는 각 격자에 대한 위도, 경고, 고도 값을 갖는다.

상기 (S20)단계에서는 상기 (S10)단계의 수치표고자료로부터 시야각 데이터를 추출한다.

상기 시야각 데이터는 수치표고자료의 각 격자에 대한 시야각을 의미하고, 한 격자(이하 '기준격자')에 대한 시야각은,

기준격자와 상기 기준격자와 일정 거리 내에 존재하며 균등하게 분할된 일정 각도 내에 존재하는 격자(이하 '대상격자')들이 이루는 높이각 중 최대 높이각과 최소 높이각을 구하고, 균등하게 분할한 각 범위에서 구한 최대 높이각들과 최소 높이각들의 평균치이다.

이를 도2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 기준격자 P(X0,Y0,Z0)점에서 일정 거리 내에 존재하는 격자들이 대상격자가 되고, 대상격자들은 P점 주변을 일정 각도로 균등하게 분할한 구간별로 분리된다.

그리고 기준격자와 각 구간별로 그 구간에 존재하는 대상격자들과의 최대 높이각과 최소 높이각을 구하고, 전 구간에 대한 최대 높이각들과 최소 높이각들의 평균을 구한다. 이 평균값이 기준격자의 시야각이 되는 것이다.

도2에서 0도에서 45도 구간에 존재하는 어느 한 대상격자 O(X1,Y1,Z1)점에 대한 기준격자의 높이각 θ는 아래 수식1로 구할 수 있다. 높이각 θ는 -90도에서 +90도 사이의 값을 갖는다.

<수식1>

θ = atan((Z1-Z0)/D)

여기서, D는 P점과 O점간의 거리로서, (X1-X0)^2+(Y1-Y0)^2의 제곱근이다.

어느 구간의 모든 대상격자에 대한 기준격자의 높이각을 구한 결과가 도3과 같은 분포를 갖는다면, O3점에 대한 높이각이 최소 높이각, O14점에 대한 높이각이 최대 높이각으로 결정된다.

모든 구간에 대한 최대 높이각과 최소 높이각이 구해지면, 아래 수식2를 통해 기준격자의 시야각 Φ를 구한다.

<수식2>

Φ = Σ(aAn +bBn)/2N

여기서, aAn은 구간별 최대 높이각이고, bAn은 구간별 최소 높이각이고, N은 구간 개수이다.

이와 같은 방식으로 모든 격자에 대한 시야각을 구함으로서 수치표고자료에 대한 기본적인 시야각 데이터가 완성된다.

기준격자의 주변을 균등 분할하는 구간의 수는 8개(즉, 45도)가 바람직하고, 대상격자를 포함시키는 거리는 약 20m(즉, 격자크기(1m)

20)가 바람직하다.

구간의 수가 이보다 적으면 시야각의 분포가 특정 각도 범위에 집중되는 경향이 있고, 구간의 수가 이보다 많으면 최대 높이각과 최소 높이각을 산출하는 시간이 많이 소요되기에 바람직하지 않다.

여기까지 과정을 통해 구해진 시야각 데이터는 -90도에서 +90도 사이의 값을 갖고, 이를 바탕으로 제작한 시야도는 도4a에서 보는 바와 같이 지형의 형태를 육안으로 파악하기 쉽지 않다.

그래서 -90도에서 +90도 사이의 값을 갖는 시야각 데이터 0에서 255 사이의 값을 갖도록 스트레칭하여 시야도를 개선하는 것이 바람직하다. 도4b는 도4a를 스트레칭을 통해 개선한 시야도이다.

그리고 스트레칭시에 어느 격자의 시야각이 스트레칭의 최소값 보다 작을 때에는 0으로 하고, 최대값 보다 클 때에는 255로 설정한다. 여기서 스트레칭의 최소값은 시야각들의 평균값에서 시야각들의 표준편차에 2배한 값을 뺀 값이고, 최대값은 시야각들의 평균값에서 시야각들의 표준편차에 2배한 값을 더한 값으로 한다.

상기 (S30)단계에서는 상기 (S10)단계의 수치표고자료로부터 각 격자에 대한 경사각 데이터를 추출한다.

상기 경사도는 수치표고자료의 높이값을 이용하여 경사가 급한 지역과 완만한 지역을 구분하기 위한 것이다.

상기 (S20)단계를 통해 제작된 시야도는 수치표고자료의 오류지역 검출과, 지형 특성을 구분할 수 있으나 지형의 표현이 명확하지 않다. 따라서 (S30)단계에서 구해지는 경사각 데이터를 시야각 데이터와 융합하여 지형의 표현이 보다 명확해지는 경사시야도를 제작할 필요가 있다.

경사각 데이터 추출방법은 공지의 기술이므로 간략히 설명한다.

어느 한 격자의 경사각 S는 아래의 수식3을 통해 구할 수 있다.

<수식3>

S = atan√((dz/dx)^2+(dz/dy)^2)

여기서, dz/dx는 격자의 X방향으로의 고도변화이고, dz/dy는 격자의 Y방향으로의 고도변화이다.

위의 수식을 통해 모든 격자에 대한 경사각을 구함으로서 수치표고자료에 대한 경사각 데이터를 추출하게 된다.

경사각의 범위는 0도에서 90도 사이의 값을 갖는다. 이 경사각 데이터 또한 시야각 데이터와 마찬가지로 0에서 255까지의 값을 갖도록 스트레칭하여 경사각의 구분이 보다 명확해지게 하는 것이 바람직하다.

도5는 도4에 도시된 지역의 수치표고자료로부터 추출한 경사각 데이터를 스트레칭하여 도시한 경사도이다.

상기 (S40)단계에서는 상기 (S20)단계와 (S30)단계에서 추출한 시야각 데이터와 경사각 데이터를 칼라테이블에 매칭시켜 경사시야도를 제작한다.

(S20)단계와 (S30)단계에서 추출한 시야각 데이터와 경사각 데이터로부터 제작된 시야도와 경사도는 흑백영상이고, 입체감이 떨어져 지형의 특성이 명확히 표현되지 못한다.

그래서 시야각 데이터와 경사각 데이터를 융합하여 지형이 입체적으로 표현되고, 지형의 특성이 명확히 부여되도록 컬러로 부여하는 단계가 (S40)단계이다.

이를 위해 우선, 칼라테이블을 제작한다.

상기 칼라테이블은 RGB의 값을 기본으로 하여, RGB 값에 의해 256*256 크기의 Red, Green, Blue Layer의 조합으로 제작된다.

상기 RGB는 각각 빛의 3원색인 빨강, 녹색, 파랑이고, 모든 색상(칼라)은 이들 3원색의 조합으로 표현될 수 있다.

도6은 RGB 값이 R=255, G=126, B=0인 오렌지색을 기본으로 하여 흑백을 조합시킨 칼라테이블의 일례를 도시한 것이다.

이 칼라테이블의 수평축은 경사각에 대응하여 0도에서 90도 또는 0에서 255의 값을 갖고, 수직축은 90도에서 -90도 또는 0에서 255의 값을 갖는다.

칼라테이블을 제작한 후에는 각 격자의 시야각 값은 칼라테이블의 수직축에, 경사각 값은 칼라테이블의 수평축에 매칭시켜 해당되는 색상을 부여함으로써, 시야각 데이터와 경사각 데이터를 융합한다.

도7은 도4와 도5에 도시되어 있는 시야도와 경사도를 융합하고, 도6의 칼라테이블에 매칭시켜 색상을 부여하여 제작된 경사시야도의 일례를 도시한 것이다.

도면에서 보는 바와 같이 경사도와 시야도가 융합된 도7의 경사시야도는 도4와 도5의 시야도와 경사도에 비해 지형의 특성이 보다 입체적으로 표현되고, 수치표고자료에 오류가 있는 지역은 육안으로 쉽게 확인이 가능하게 표시된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 절차로 이 루어진 경사시야도 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 본 발명에 따른 경사시야도 제작방법의 절차도.

도 2 는 시야각 데이터 추출하기 위한 대상격자의 분리도.

도 3 은 높이각 분포의 일례도.

도 4 는 스트레칭 전후의 시야도 일례.

도 5 는 경사도 일례.

도 6 은 칼라테이블의 일례도.

도 7 은 경사시야도 일례.

Claims (3)

1. (S10) 항공라이다자료로부터 수치표고자료를 추출하는 단계;

   (S20) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대하여 일정 거리 내에 있으며 균등하게 분할된 일정 각도 내에 존재하는 격자들과 이루는 최대 높이각 및 최소 높이각을 구하고, 이들 최대 높이각들과 최소 높이각들에 대한 평균(즉, 시야각)을 구하는 방식으로 모든 격자에 대한 시야각 데이터를 추출하는 단계;

   (S30) 상기 수치표고자료의 각 격자에 대한 경사각 데이터를 추출하는 단계;

   (S40) 시야각을 수직축으로 하고, 경사각을 수평축으로 하는 칼라테이블에 상기 (S20)단계와 (S30)단계에서 구해진 시야각 데이터와 경사각 데이터를 매칭시켜 경사시야도를 제작하는 단계;를 포함하여 이루어진 항공라이다자료의 경사시야도 제작방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 (S20)단계 및 (S30)단계는 각각 구해진 시야각 데이터 및 경사각 데이터를 0에서 255 사이의 어느 한 정수 값을 갖도록 스트레칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다자료의 경사시야도 제작방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 (S20)단계에서 시야각 데이터는 상기 일정 각도를 8등분(45도)으로 하 여 추출된 것을 특징으로 하는 항공라이다자료의 경사시야도 제작방법.

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