KR100915600B1 - Method for measuring 3-dimensinal coordinates of images using a target for ground control point - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항공영상 또는 위성영상을 이용한 수치지도 제작시 지상기준점 표지를 이용한 영상의 3차원 좌표를 취득하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 3차원 좌표를 알고 있는 기준점에 항공영상에서 식별 가능한 표지를 설치하여 지상 기준점으로 사용함으로써, 별도로 지상기준점 측량을 하지 않고도 영상의 3차원 좌표를 취득할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of acquiring three-dimensional coordinates of an image using a ground reference point cover when producing a digital map using aerial image or satellite image. More specifically, the present invention can identify a three-dimensional coordinate in an aerial image. By installing a cover and using it as a ground reference point, the present invention relates to a method for acquiring three-dimensional coordinates of an image without performing a separate ground reference point survey.
일반적으로 항공사진 촬영을 통한 수치지도의 제작은 대상 지역에 대해 항공 사진을 촬영한 후, 도화작업 및 정위치 작업을 거쳐 이루어진다. 또한, 촬영된 항공영상은 특유의 독특한 성질과 그 밖의 여러가지 요인들에 의해 영상 자료의 절대 위치에 차이를 나타내는 기하학적 왜곡을 포함하고 있기 때문에 지상기준점 측량을 통해 수집된 영상과 실제 좌표를 연결할 수 있는 보정식을 이용하여 영상의 왜곡을 보정함과 동시에 임의의 사진 영상 모델공간 좌표계에서 실제 지상 또는 대상공간상의 좌표계로의 변환을 해주는 과정이 포함된다.In general, the production of digital maps using aerial photographs is performed by taking aerial photographs of the target area, and then drawing and positioning. In addition, the captured aerial images contain geometric distortions that show differences in the absolute position of the image data due to their unique characteristics and other factors, so that they can be linked to actual coordinates. A process of correcting distortion of an image using a correction equation and converting an arbitrary photographic image model space coordinate system from an actual ground or object space coordinate system is included.
사진측량에서는 항공사진에 정확한 좌표를 부여하기 위해 표정작업을 수행하게 된다. 표정작업은 사진의 주점을 투여 중심에 일치시키고, 초점 거리보정, 신축보정 등을 실시해 항공사진 촬영 당시의 광학적 환경을 구현하고자 하는 내부표정단계와 카메라와 대상 물체 사이의 위치관계를 규정함으로써, 중복하여 연속 촬영된 여러 장의 사진 사이의 기하학적 관계 재현을 통한 종시차(Y-Parallax)와 횡시차(X-Parallex) 제거 및 3차원 가상 좌표인 사진 모델좌표를 최소 6점 이상의 지상 기준점 좌표를 이용하여 실제 3차원 좌표로 변환하는 외부표정 단계로 나뉘어진다.In photogrammetry, facial expressions are performed to give accurate coordinates to aerial photographs. The facial expression is duplicated by defining the positional relationship between the camera and the object and the internal expression stage to realize the optical environment at the time of aerial photography by matching the pub of the photograph to the center of administration, and performing focal length correction and stretching correction. The Y-Parallax and X-Parallex by reproducing the geometrical relationship between several photographs taken in succession, and using the 3D virtual coordinates of at least six ground reference point coordinates. It is divided into external expression stages that convert to actual three-dimensional coordinates.
한 쌍의 중복된 사진으로부터 각 점의 3차원 절대좌표를 측정하기 위해서는 최소한 2개의 평면기준점과 3개의 표고기준점이 요구되는데, 대규모의 항공사진들을 이용하여 작업을 수행하는 경우, 이러한 전면 지상기준점 측량 작업은 엄청난 시간과 노력, 비용이 소요되므로 실제 작업에서는 소수의 지상기준점에 대해서만 측량을 실시하고 나머지 점들에 대해서는 측량된 지상 기준점의 좌표와 도화기 등의 정밀 좌표측정기에 의해 얻어진 사진좌표나 모델좌표 또는 스트립 좌표들을 이용하여 수학적 계산으로 절대좌표를 결정하는 항공삼각측량 방법을 이용한다.In order to measure the three-dimensional absolute coordinates of each point from a pair of overlapping photographs, at least two plane reference points and three elevation reference points are required. When working with large aerial photographs, these front ground reference point surveys are performed. Since the work takes a lot of time, effort, and cost, in actual work, only a few ground control points are surveyed, and the remaining points are photographed or model coordinates obtained by precision coordinate measuring instruments such as the coordinates of the surveyed ground reference points and the projector. Or use the air triangulation method to determine the absolute coordinates by mathematical calculation using the strip coordinates.
종래의 사진측량을 이용한 수치지도 제작에서는 이러한 지상기준점 정보를 획득하기 위해 항공사진상의 실제 지형지물에 대해 기준점을 선점하여 토탈스테이션(total station) 및 GPS 측량 등의 정밀 측량방법을 통해 지상기준점의 실제 좌표를 취득하였고, 이를 이용하여 대상지역을 촬영한 입체영상으로부터 3차원 실세 계 좌표를 획득하여 도화작업을 위한 외부표정요소를 결정하였다. 하지만 임의지역에 대해 수치지도의 신규제작 및 수정제작 혹은 정사영상을 제작함에 있어서 매 제작사업마다 동일지역에 대해 반복적인 측량 작업을 실시하고 있다.In the conventional digital map production using photogrammetry, in order to obtain such ground reference point information, the reference point is preempted for the actual feature of aerial photographs, and the actual reference point of the ground reference point is measured through precision survey methods such as total station and GPS surveying. Coordinates were acquired, and the three-dimensional real world coordinates were acquired from the three-dimensional images of the target area, and the external expression factors for drawing were determined. However, in the production of new and modified digital maps or ortho-images for digital maps, random surveys are conducted for the same area in each production project.
이에, 본 발명자들은 위성영상 또는 항공영상을 이용한 수치지도 제작시에 지상기준점 측량없이도 영상의 3차원 좌표를 획득할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 수치지도 제작 대상지역에 대해 좌표를 알고 있는 다수의 기준점에 항공영상에서 식별이 가능한 표지를 설치하고, 이를 지상 기준점으로 하여 기준점 정보를 취득함으로써, 지상 기준점을 측량하지 않고도 상기 기준점 정보와 항공삼각측량 방법을 이용하여 대상지역의 3차원 좌표를 취득할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have made efforts to develop a method for obtaining three-dimensional coordinates of an image without terrestrial reference point surveying when producing a digital map using satellite image or aerial image. By installing a mark that can be identified in the aerial image at a plurality of reference points and acquiring the reference point information using the ground reference point, the three-dimensional coordinates of the target area can be obtained using the reference point information and the air triangulation method without surveying the ground reference point. It confirmed that it could acquire, and completed this invention.
본 발명의 목적은 위성영상 또는 항공영상을 이용한 수치지도 제작시 지상기준점 측량없이 영상의 3차원 좌표를 취득하는 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for acquiring three-dimensional coordinates of an image without ground control point surveying when producing a digital map using satellite image or aerial image.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 촬영 대상지역 내의 기존에 획득된 지상기준점을 수집하여, 지상기준점 DB(database)를 구축하는 단계; (b) 상기 지상기준점 DB에 저장되어 있는 지상기준점들에 대해 항공사진에서 식별이 가능하도록 지상기준점 표지를 설치하는 단계; (c) 촬영 대상지역에 대해 항공사진촬영을 실시하여 영상을 취득하는 단계; 및 (d) 취득된 영상에서 지상기준점 표지들을 식별한 뒤, 3차원 좌표를 획득하는 단계를 포함하되, 여기서, 상기 (a)단계의 지상기준점 DB를 구축하는 단계는 (i) 촬영 대상지역에 대해 지상기준점 측량 이력조사 및 지상기준점 조서를 확보하는 단계; (ii) 확보된 지상기준점 중에 지상기준점 표지 설치가 가능하고 지상기준점으로써 활용이 가능한 지상기준점을 추출하는 단계; 및 (iii) 상기 추출된 지상기준점을 고유번호로 구분하고 각 지상기준점의 좌표, 과거측량 날짜 및 측량위치를 포함하는 지상기준점에 대한 정보를 입력하는 단계를 거쳐 수행되는 것을 특징으로 하는, 지상기준점 표지를 이용한 영상의 3차원 좌표 측정방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (a) collecting the ground reference point previously obtained in the shooting target area, building a ground reference point DB (database); (b) installing a ground control point marker to allow the aerial photographs to identify ground control points stored in the ground control point DB; (c) performing aerial photographing on the photographing target area to obtain an image; And (d) identifying the ground reference point markers in the acquired image, and obtaining three-dimensional coordinates, wherein the step of constructing the ground reference point DB of step (a) comprises (i) Securing a ground control point survey and a ground control point record; (ii) extracting a ground control point that can be installed as a ground control point and can be used as a ground control point among the secured ground control points; And (iii) dividing the extracted ground reference point by a unique number and inputting information about the ground reference point including coordinates, past survey dates, and survey positions of each ground reference point. Provided is a 3D coordinate measurement method of an image using a cover.
본 발명에 따르면, 수치지도 제작 수행시에 반복적으로 수행되는 지상기준점 측량단계를 생략함으로써 신속하고 경제적으로 수치지도 제작이 가능하고, 특히, 소축척 지도제작에 있어서 지상기준점 측량단계 생략에 따른 작업시간 단축 및 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a digital map quickly and economically by omitting the ground reference point measurement step, which is repeatedly performed when performing the digital map production, and in particular, shortening the working time according to the omission of the ground reference point measurement step in the production of small scale maps. And cost reduction effect can be expected.
본 발명은 일 관점에서 (a) 촬영 대상지역 내의 기존에 획득된 지상기준점을 수집하여, 지상기준점 DB(database)를 구축하는 단계; (b) 상기 지상기준점 DB에 저장되어 있는 지상기준점들에 대해 항공사진에서 식별이 가능하도록 지상기준점 표지를 설치하는 단계; (c) 촬영 대상지역에 대해 항공사진촬영을 실시하여 영상을 취득하는 단계; 및 (d) 취득된 영상에서 지상기준점 표지들을 식별한 뒤, 3차원 좌표를 획득하는 단계를 포함하되, 여기서, 상기 (a)단계의 지상기준점 DB를 구축하는 단계는 (i) 촬영 대상지역에 대해 지상기준점 측량 이력조사 및 지상기준점 조서를 확보하는 단계; (ii) 확보된 지상기준점 중에 지상기준점 표지 설치가 가능하고 지상기준점으로써 활용이 가능한 지상기준점을 추출하는 단계; 및 (iii) 상기 추출된 지상기준점을 고유번호로 구분하고 각 지상기준점의 좌표, 과거측량 날짜 및 측량위치를 포함하는 지상기준점에 대한 정보를 입력하는 단계를 거쳐 수행되는 것을 특징으로 하는, 지상기준점 표지를 이용한 영상의 3차원 좌표 측정방법에 관한 것이다.In accordance with one aspect of the present invention, the method includes: (a) collecting a ground reference point previously acquired in a region to be photographed, and constructing a ground reference point DB (database); (b) installing a ground control point marker to allow the aerial photographs to identify ground control points stored in the ground control point DB; (c) performing aerial photographing on the photographing target area to obtain an image; And (d) identifying the ground reference point markers in the acquired image, and obtaining three-dimensional coordinates, wherein the step of constructing the ground reference point DB of step (a) comprises (i) Securing a ground control point survey and a ground control point record; (ii) extracting a ground control point that can be installed as a ground control point and can be used as a ground control point among the secured ground control points; And (iii) dividing the extracted ground reference point by a unique number and inputting information about the ground reference point including coordinates, past survey dates, and survey positions of each ground reference point. The present invention relates to a three-dimensional coordinate measuring method of an image using a cover.
본 발명에 있어서, 상기 지상기준점 표지는 너비 및 높이가 각각 1.5~2.5m인 삼각형 모양이고, 색상은 천연색상이며, 삼각형 내부에 고유번호가 삽입된 것을 특징으로 할 수 있다. 항공촬영의 구체적인 조건은 도화하고자 하는 대상의 축적에 따라 달라지며, 일 예로, 도화하고자 하는 대상물의 축적인 1/1000인 경우, 약 1,000m 상공에서 촬영하게 된다.In the present invention, the ground reference point marker is a triangular shape of 1.5 ~ 2.5m in width and height, respectively, the color is a natural color, it may be characterized in that a unique number is inserted into the triangle. The specific conditions of aerial photography depend on the accumulation of the object to be drawn, for example, when the accumulation of the object to be drawn is 1/1000, the image is taken at about 1,000m.
본 발명의 (d) 단계는 통상적인 수치지도 작성 소프트웨어를 이용하여, 사용자가 상기 소프트웨어에 여러 종류의 데이터를 입력하여 가공함으로써 수행될 수 있다. Step (d) of the present invention may be performed by a user inputting various types of data into the software by using conventional numerical mapping software.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 종래기술로서 항공사진측량을 이용한 수치지도 제작과정을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a digital map production process using aerial surveys as a prior art.
종래 수치지도 제작과정에 따르면, 우선, 촬영기선길이, 고도 및 사진축적을 고려하여 촬영계획을 세운 다음 (101), 상기 촬영계획에 따라 촬영을 실시한다 (102). According to the conventional digital map production process, first, taking a photographing plan in consideration of the base line length, altitude, and photographic accumulation (101), and then photographing according to the photographing plan (102).
촬영된 항공사진 영상에서 나타나는 특이점 또는 특정 지형지물을 지상기준점으로 선점한 뒤, 이에 대하여 GPS, 토탈스테이션 등을 이용하여 실제 측량을 하여상기 지상기준점의 좌표를 획득한다 (103).After preoccupying a singular point or a specific feature appearing in the photographed aerial image as a ground reference point, a coordinate of the ground reference point is obtained by performing a real survey using GPS, a total station, etc. (103).
항공삼각측량을 수행하고 (104), 세부도화 작업을 실시한 다음 (105), 현지조사 및 정위치 편집 (106)을 함으로써 수치지로 제작을 완료한다.Aerial triangulation is performed (104), detailed drawing operations are performed (105), and field surveys and in-place editing (106) are completed to produce the digital paper.
도 2는 본 발명에 따른 지상기준점 측량 없이 수치지도를 제작하는 과정을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a process of producing a digital map without a ground control point survey according to the present invention.
지상기준점을 별도로 측량하는 단계를 생략하기 위하여, 본 발명에서는 하기와 같은 지상기준점 DB를 구축한다.In order to omit the step of measuring the ground reference point separately, the present invention establishes the ground reference point DB as follows.
지상기준점 DB 구축은 수치지도 제작 대상지역에 대해 기존의 지리정보 DB구축 사업 등을 위해 실시된 기준점 측량 이력조사 및 지점의 조서를 확보하는 단계 (401); 확보된 지점에 대해 지상기준점 표지의 설치가 가능하고 지상기준점으로써 활용이 가능한 지점들을 추출하는 단계 (402);및 추출된 지상기준점들을 고유번호로 구분하고, 각각의 좌표를 비롯한 과거측량 날짜, 측량위치에 대한 설명 등을 입력하여 지상기준점 DB를 구축하는 단계 (403)를 거쳐 이루어진다.The ground reference point DB construction may include obtaining a reference point survey history survey and a record of a branch conducted for an existing geographic information DB construction project for a digital map production region (401); (402) extracting points that can be installed as a ground reference point and can be used as a ground reference point for the secured point; and dividing the extracted ground reference points by a unique number, including the respective coordinates, the date of the past survey, the survey Entering a description of the location, etc. is made through the step (403) to build the ground reference point DB.
추출된 측량 지상기준점은 대상지역에 대해 과거 GIS DB 구축사업 또는 수치지도 신규제작 및 수정제작 등을 위해 측량된 지점들을 대상으로 하며, 상기 지상기준점들은 수치지도 또는 영상에서 확인 및 식별이 가능한 도로 모서리, 화단 모서리, 건물, 차선 등을 기준으로 하여 측량된 것이다.The extracted survey ground reference points are surveyed points for the previous GIS DB construction project or new map production and correction production for the target area, and the ground reference points are road edges that can be identified and identified in the digital map or image. , Surveyed based on flower bed edges, buildings, and lanes.
이러한 측량점들 중에서 고층건물 등에 의한 사각 지역으로 항공 영상에서 판독이 불가능한 지점을 비롯하여 기준점 표지의 설치가 불가능하거나 영상에서 기준점 추출시 높이값에 왜곡이 발생할 수 있는 건물의 지붕 혹은 옥상 모서리 등에서 측정된 측량점들은 제외하여 지상기준점으로서 활용이 가능한 점들에 대해 지상기준점 DB를 구축한다.Among the surveying points, measured at the roof or roof edge of the building, which is a blind spot by a high-rise building, etc., which cannot be read in aerial images, where it is impossible to install a reference point mark, or when the reference point is extracted from the image, the height may be distorted. Ground control point DB is constructed for points that can be used as ground control points, excluding survey points.
도 3은 영상에서 식별할 수 있도록 제작된 기준점 표지를 나타내는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a reference point marker made for identification in an image.
수치지도를 제작하기 위해 촬영되는 항공사진은 통상 수십 cm 이내의 해상도를 가진다. 이러한 항공사진에서 기준점의 식별이 가능하도록 하기 위해서 너비 및 높이가 각각 1.5~2.5m인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2m이며, 색깔은 빨강색과 같은 천연색상이며, 모양은 삼각형인 기준점 표지를 제작하는 것이 바람직하며, 삼각형 내부에는 기준점의 식별을 위한 고유번호를 삽입한다 (201). 또한 항시 설치가 아닌 촬영이 진행되는 동안에만 설치하고 이외의 상황에는 제거할 수 있도록 설치 및 제거가 용이한 판넬, 현수막 등의 형태로 제작한다.Aerial photographs taken to produce digital maps typically have resolutions of several tens of centimeters or less. In order to be able to identify the reference point in such aerial photographs, the width and height are preferably 1.5 to 2.5 m, and more preferably 2 m, the color is a natural color such as red, and the shape of the reference point mark is triangular. It is preferable to manufacture, and insert a unique number for identification of the reference point inside the triangle (201). In addition, it should be installed only during the shooting, not always installed, and manufactured in the form of panels and banners that can be easily installed and removed so that they can be removed in other situations.
이때, 상기 기준점 표지의 너비 및 높이가 각각 1.5m 미만이면, 항공사진에서 식별하기 어려운 문제점이 있고, 2.5m를 초과하면, 설치 및 제거가 용이하지 않다는 문제점이 있다.At this time, if the width and height of the reference point marker is less than 1.5m, respectively, there is a problem that is difficult to identify in the aerial photograph, if it exceeds 2.5m, there is a problem that the installation and removal is not easy.
도 4는 기준점에 설치된 기준점 표지를 이용하여 실제 좌표를 추출하는 화면을 나타낸 것이다.4 illustrates a screen for extracting actual coordinates using a reference point mark installed at a reference point.
기준점 표지의 설치는 영상에서 식별이 가능하다고 판단되는 지점에 대해 삼각형 모양의 표지 하단부 꼭지점이 실제 측량 기준점을 지시하도록 설치한다. 기준점 표지를 대상지역에 설치한 후 촬영된 항공사진 영상에서 기준점 표지를 인식하고 표지에 삽입된 기준점의 고유번호로 식별하여 해당되는 식별번호의 실제좌표를 추출함으로써, 이를 외부표정요소 산출 및 영상공간좌표와 실제 3차원 좌표간의 변환을 위해 사용하게 된다.The reference point marker is installed so that a vertex of the lower end of the triangular mark indicates an actual survey reference point with respect to the point determined to be identified in the image. After installing the reference point mark in the target area, recognize the reference point mark in the photographed aerial image, identify it as the unique number of the reference point inserted in the cover, and extract the actual coordinates of the corresponding identification number to calculate the external markup factor and image space. It is used to convert between coordinates and actual three-dimensional coordinates.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is obvious to those skilled in the art that such a specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
도 1은 종래기술로서 항공사진측량을 이용한 수치지도 제작과정을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a digital map production process using aerial surveys as a prior art.
도 2는 본 발명에 따른 지상기준점 측량 없이 수치지도를 제작하는 과정을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a process of producing a digital map without a ground control point survey according to the present invention.
도 3은 영상에서 식별할 수 있도록 제작된 기준점 표지를 나타내는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a reference point marker made for identification in an image.
도 4는 기준점에 설치된 기준점 표지를 이용하여 실제 좌표를 추출하는 화면을 나타낸 것이다.4 illustrates a screen for extracting actual coordinates using a reference point mark installed at a reference point.
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