KR100953737B1 - 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템 - Google Patents

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KR100953737B1
KR100953737B1 KR1020090081068A KR20090081068A KR100953737B1 KR 100953737 B1 KR100953737 B1 KR 100953737B1 KR 1020090081068 A KR1020090081068 A KR 1020090081068A KR 20090081068 A KR20090081068 A KR 20090081068A KR 100953737 B1 KR100953737 B1 KR 100953737B1
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Abstract

본 발명은 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템에 관한 것으로서, 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여 탬플릿 영상을 생성하는 탬플릿 영상 생성부; 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭을 통해, 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀을 추출하고, 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 동일한 맨홀을 우측 스테레오 영상으로부터 추출하는 이미지 매칭부; 및 상기 좌, 우측 스테레오 영상과, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 지상 좌표 추출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
수치도화, 맨홀, 이미지 매칭, 자동도화

Description

이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템{SYSTEM FOR DRAWING MANHOLE USING IMAGE MATCHING}
본 발명은 맨홀 도화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 맨홀과 같이 일정한 규격과 모양을 갖는 대상물에 대하여, 영상에서 항공촬영된 영상에서 대상물을 추출하여 지도형태로 저장하여 도화하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 대축척 도심지역에 해당하는 영상에는 무수히 많은 맨홀이 포함되어 있다. 도화사는 중복도를 가지고 촬영된 좌우 스테레오 항공영상을 수치도화기 상에 표정의 방법을 통하여 입체시를 수행하고, 영상안의 모든 그려내야 하는 대상물에 대한 벡터라이징 작업을 수행하게 된다.
영상은 촬영한 지역이나, 촬영시기, 촬영해상도에 따라서 영상에서 추출해야 하는 벡터가 다양한 형태로 존재함에 따라, 영상에서 사람의 판단없이 자동으로 대상물을 100% 추출하는 것은 어렵다.
이에 따라, 대축척 수치지도 제작에 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 위하여, 수작업에만 의존하던 수치지도의 일부분을 자동화하고자 하는 방안이 공통문제 로 회자되고 있는 추세이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 일정한 모양과 패턴을 갖는 맨홀에 대한 이미지 샘플과 좌, 우측 스테레오 영상의 매칭을 통해 맨홀을 추출한 후, 좌, 우측 맨홀을 일치시키며, 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀의 사진좌표, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 맨홀 자동 도화 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템에 관한 것으로서, 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여 탬플릿 영상을 생성하는 탬플릿 영상 생성부; 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭을 통해, 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀을 추출하고, 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 동일한 맨홀을 우측 스테레오 영상으로부터 추출하는 이미지 매칭부; 및 상기 좌, 우측 스테레오 영상과, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 지상 좌표 추출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 탬플릿 영상 생성부가 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여, 홀수 픽셀수로 저장된 정사각형 형태의 맨홀 탬플릿 영상을 생성하는 과정; (b) 상기 이미지 매칭부가 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭을 통해, 좌측 및 우측 영상의 맨홀을 추출하는 과정; 및 (c) 상기 지상 좌표 추출부가 좌, 우측 스테레오 영상과, 상기 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 추출된 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기존에 수치지도를 제작하기 위하여 도화사가 스테레오 영상의 모든 대상물에 대하여, 일일이 수작업에 의한 방법을 통하여 수치지도를 작성하는데 반해, 본 발명을 따르면, 일정한 모양과 패턴을 가지고 있는 맨홀 심볼에 대하여 수작업 없이 자동으로 영상에 포함되어 있는 맨홀을 찾아내어 맨홀 심볼을 표기하도록 함으로 수치지도 제작에 드는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템에 관하여 도 1 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 탬플릿 영상 생성부(100), 이미지 매칭부(200) 및 지상 좌표 추출부(300)를 포함하여 이루어진다.
탬플릿 영상 생성부(100)는 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여 탬플릿 영상(A)을 생성한다. 여기서, 원본 영상은 지상에 대해 항공촬영된 단사진 영상이다.
일반적으로, 맨홀의 형태는 항공영상 상에서 원형 타입에 검정에 가까운 짙은 회색으로 되어 있다. 하지만 맨홀은 촬영한 지역마다 약간의 차이가 발생할 수 있고, 촬영높이에 의해서 영상상에 표시되는 형태가 차이가 날 수 있다.
따라서, 자동으로 추출하고자 하는 심볼은 추출하려는 영상에서 탬플릿을 추출해야만 가장 그 영상에 알맞은 맨홀을 추출 가능하게 된다. 작업하고자 하는 많은 항공영상 중에서 가장 일반적인 형태로 잘 보이고, 왜곡이 발생하거나 빛 반사에 의해 훼손되지 않은 맨홀 샘플을 추출하여 저장한다. 샘플은 1개만 추출하는 것도 가능하고 맨홀의 종류와 타입에 따라서 1개 이상 추출하는 것도 가능하다.
이때, 탬플릿 영상(A)은 맨홀이 영상에 포함되도록 생성되며, 도 2 에 도시된 바와 같이 반드시 홀수 픽셀수로 저장된 정사각형 형태로서 생성된다(예: 7픽셀*7픽셀, 11픽셀*11픽셀, 23픽셀*23픽셀).
또한, 이미지 매칭부(200)는 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭을 통해, 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀을 각각 추출하고, 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 동일한 맨홀을 우측 스테레오 영상으로부터 추출하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 맨홀 추출모듈(210) 및 동일맨홀 추출모듈(220)을 포함한다.
여기서, 좌, 우측 스테레오 영상은, 맨홀의 3차원 좌표를 계산하기 위하여, 항공기의 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라를 통해 지상에 대해 촬영된 스테레오 입체시가 가능한 좌, 우측 스테레오 영상이며, 이때의 스테레오 영상은 외부표정요소가 결정된 영상이다.
구체적으로, 맨홀 추출모듈(210)은 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상을 매칭시킴으로써, 좌측 스테레오 영상에서의 맨홀 및 우측 스테레오 영상에서의 맨홀을 각각 추출한다.
이때, 맨홀 추출모듈(210)은 밝기값 유사성을 이용한 영역기준 영상접합(Area-Based Method: ABM) 방법인 상관계수법을 이용하며, 상관계수법의 수식은 다음과 같다.
[수식 1]
Figure 112009053322682-pat00001
여기서,
Figure 112009053322682-pat00002
는 기준영역의 평균 밝기값이며,
Figure 112009053322682-pat00003
는 탐색영역의 평균 밝기값이다. 또한, 상관계수값(R)이 -1≤R≤1을 만족해야하는 바, 0일때는 무상관이며, 양의 상관관계가 있을 때는 R>0, 음의 상관관계가 있을 때는 R<0 이다. 본 실시예에서, 상관계수값의 범위를 -1≤R≤1로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 맨홀 추출모듈(210)은 탐색영역이 되는 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영상과, 기준영역이 되는 상기 탬플릿 영상을 매칭시킴으로써, 소정 범위 이내의 상관계수값을 갖는 맨홀을, 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영 상으로부터 각각 추출한다.
동일맨홀 추출모듈(220)은 좌측 스테레오 영상(L)으로부터 추출된 맨홀과 동일한 맨홀을 우측 스테레오 영상(R)으로부터 추출하는 기능을 수행한다. 즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 좌측 스테레오 영상과 우측 스테레오 영상의 맨홀의 개수가 동일하도록, 탐색영역인 우측 스테레오 영상으로부터, 기준영역인 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 소정 범위 이내의 상관계수값을 갖는 맨홀을 동일한 맨홀로 판단하여 추출한다. 이에 따라, 추출된 좌측 스테레오 영상과 우측 스테레오 영상의 맨홀의 개수가 동일하게 된다.
그리고, 지상 좌표 추출부(300)는 좌, 우측 스테레오 영상과, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 3차원 좌표 추출모듈(310) 및 심볼화 모듈(320)을 포함한다.
구체적으로, 3차원 좌표 추출모듈(310)은 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀의 사진좌표, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여 도 4 에 도시된 바와 같은 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출한다.
이때, 3차원 좌표는, 다음의 [수식 2] 와 같은 공선조건식을 이용한 공간후방교회법을 이용하여 추출하며, 사진 측량용 카메라 렌즈의 왜곡보정식을 이용하는 카메라 검정자료(Calibration Data)를 추가할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112009053322682-pat00004
- x, y : 영상의 사진좌표
- f : 사진의 초점거리
- X, Y, Z : 대상물의 좌표
- X0, Y0, Z0 : 촬영당시 카메라 주점좌표
- w, p, k : 촬영당시 카메라 회전량
참고로, 공선 조건식이란, 공간상의 임의의 점(또는 대상물의 점: Xp, Yp, Zp)과 그에 대응하는 사진상의 점(또는 상점: x,y) 및 사진기의 촬영중심(X0, Y0, Z0)이 동일 직선상에 있어야 하는 조건으로서, 3점의 지상 기준점을 이용하여 투영중심 0의 좌표(X0, Y0, Z0)와 표정인자(k,p,w)를 후방교회법에 의하여 구하고, 외부표정요소와 상점(x,y)를 이용하여 새로운 지상점의 좌표(x,y,z)를 구하는 것을 의미한다.
심볼화 모듈(320)은 3차원 좌표 추출모듈(310)을 통해 추출된 3차원 좌표에 맨홀에 대한 심볼을 표기하여, 벡터 데이터로 생성한다.
이에 따라, 도화사는 벡터 데이터로 생성된 맨홀을 제외한 다른 객체에 대하여, 도화작업을 수행하면 된다.
이하에서는, 상술한 구성을 갖는 시스템(S)을 이용한 맨홀 도화 방법에 관하여 도 5 내지 도 7 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5 는 본 발명에 따른 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 탬플릿 영상 생성부(100)가 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여, 홀수 픽셀수로 저장된 정사각형 형태의 맨홀 탬플릿 영상을 생성하는 제 1 과정(S100), 이미지 매칭부(200)가 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭을 통해, 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀을 각각 추출하고, 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 동일한 맨홀을 우측 스테레오 영상으로부터 추출하는 제 2 과정(S200), 지상 좌표 추출부(300)가 좌, 우측 스테레오 영상과, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 제 3 과정(S300)을 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 도 6 을 참조하여 제 2 과정(S200)을 살피면, 맨홀 추출모듈(210)은 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상을 매칭시킴으로써, 좌측 스테레오 영상에서의 맨홀 및 우측 스테레오 영상에서의 맨홀을 각각 추출한다. 이때, 맨홀 추출은, 앞서 서술한 바와 같이 밝기값 유사성을 이용한 영역기준 영상접합(Area-Based Method: ABM) 방법인 상관계수법을 이용한다.
즉, 맨홀 추출모듈(210)은 탐색영역이 되는 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영상과 기준영역이 되는 상기 탬플릿 영상을 매칭시킴으로써, 소정 범위 이 내의 상관계수값을 갖는 맨홀을, 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영상으로부터 각각 추출한다(S210).
이후, 동일맨홀 추출모듈(220)은 탐색영역인 우측 스테레오 영상으로부터, 기준영역인 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 소정 범위 이내의 상관계수값을 갖는 맨홀을 동일한 맨홀로 판단하여 추출한다(S220).
그리고, 도 7 을 참조하여 제 3 과정(S300)을 살피면, 3차원 좌표 추출모듈(310)은 좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀의 사진좌표, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여 상기 도 4 에 도시된 바와 같은 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출한다(S310). 앞서 서술한 바와 같이, 3차원 좌표는 공선조건식을 이용한 공간후방교회법을 이용하여 추출하며, 3차원 좌표 추출을 위해 사진 측량용 카메라 렌즈의 왜곡보정식을 이용하는 카메라 검정자료(Calibration Data)를 추가할 수 있다.
이후, 심볼화 모듈(320)은 3차원 좌표 추출모듈(310)을 통해 추출된 지상 3차원 좌표에 맨홀에 대한 심볼을 표기하여, 벡터 데이터로 생성한다(S320).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 정사각형 형태로 추출된 탬플릿 영상을 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 좌, 우측 스테레오 영상에서의 동일한 맨홀을 추출하는 모습을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 공선조건식을 이용하여 맨홀의 3차원 좌표를 추출하는 모습을 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 방법에 관한 전체 흐름도.
도 6 은 본 발명에 따른 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상과 매칭을 통해, 좌측 및 우측 영상의 맨홀을 추출하는 과정에 관한 세부 흐름도.
도 7 은 본 발명에 따른 좌, 우측 스테레오 영상과, 상기 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 추출된 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 과정에 관한 세부 흐름도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
S: 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템
100: 탬플릿 영상 생성부 200: 이미지 매칭부
300: 지상 좌표 추출부 210: 맨홀 추출모듈
220: 동일맨홀 추출모듈 310: 3차원 좌표 추출모듈
320: 심볼화 모듈

Claims (10)

  1. 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템에 있어서,
    지상에 대해 항공촬영된 단사진 영상인 원본 영상에서 맨홀의 이미지 샘플을 추출하여, 홀수 픽셀수로 저장된 정사각형 형태의 맨홀 탬플릿 영상을 생성하는 탬플릿 영상 생성부(100);
    항공기의 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라를 통해 지상에 대해 촬영된 좌, 우측 스테레오 영상과 상기 탬플릿 영상의 매칭시킴으로써, 좌, 우측 스테레오 영상으로부터 맨홀을 각각 추출하는 맨홀 추출모듈(210)과, 좌측 스테레오 영상으로부터 추출한 맨홀과 동일한 맨홀을, 우측 스테레오 영상으로부터 추출하는 동일맨홀 추출모듈(220)을 포함하는 이미지 매칭부(200); 및
    상기 좌, 우측 스테레오 영상과, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여, 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 지상 좌표 추출부(300); 를 포함하되,
    상기 맨홀 추출모듈(210)은,
    하기의 [수식 1] 과 같은 상관계수법을 이용하여, 탐색영역인 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영상과, 기준영역인 상기 탬플릿 영상을 각각 매칭시킴으로써, 소정 범위 이내의 상관계수값을 갖는 맨홀을, 좌측 스테레오 영상 및 우측 스테레오 영상으로부터 각각 추출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 동일맨홀 추출모듈(220)은,
    하기의 [수식 1] 과 같은 상관계수법을 이용하여, 탐색영역인 우측 스테레오 영상에서 추출된 맨홀 중에서, 기준영역인 좌측 스테레오 영상에서 추출된 맨홀과 소정 범위 이내의 상관계수값을 가지는 맨홀을, 동일한 맨홀로 판단하여 추출하는 것을 특징으로 하는 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템.
    [수식 1]
    Figure 112010008943829-pat00016
    Figure 112010008943829-pat00017
    : 기준영역의 평균 밝기값
    Figure 112010008943829-pat00018
    : 탐색영역의 평균 밝기값
    상관계수값의 범위 : -1≤R≤1
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지상 좌표 추출부(300)는,
    좌, 우측 스테레오 영상의 맨홀의 사진좌표, 좌, 우측 스테레오 영상의 외부표정요소를 이용하여 맨홀의 지상 3차원 좌표를 추출하는 3차원 좌표 추출모듈(310); 및
    상기 3차원 좌표 추출모듈(310)을 통해 추출된 지상 3차원 좌표에, 맨홀의 심볼을 표기하는 심볼화 모듈(320); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 매칭을 이용한 맨홀 도화 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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