KR101006728B1 - 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법 - Google Patents

중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부표정요소의 오차를 방지하고, 작업속도를 향상시킬 수 있는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법에 관한 것으로, 지상 기준점의 좌표 중 하나를 입력하는 제 1 단계와; 상기 입력된 지상 기준점의 좌표가 포함된 사진 리스트를 작성하는 제 2 단계와; 상기 지상 기준점의 조서 이미지와, 상기 사진 리스트 각각에 상기 지상 기준점을 중심으로 하는 제 1 바운더리를 설정하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 설정된 상기 다수의 제 1 바운더리를 비교해서, 상기 사진 리스트 중에서 상기 조서와 동일한 정사투영사진을 검출하는 제 4 단계와; 상기 정사투영사진에 영상좌표를 입력하는 제 5 단계와;
상기 정사투영사진에 동일 기준점을 입력하는 제 6 단계와; 상기 사진 리스트 각각에 상기 동일 기준점을 중심으로 하는 제 2 바운더리를 설정하는 제 7 단계와; 상기 제 7 단계에서 설정된 상기 다수의 제 2 바운더리를 비교해서 상기 사진 리스트 각각의 동일점을 검출하고, 상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트를 연결하는 제 8 단계와; 상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트 각각에 영상좌표를 입력하는 제 9 단계; 및 상기 영상좌표에 따라 외부표정요소를 산출하는 제 10 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법{METHOD FOR AUTO 3 DIMENSIONAL COORDINATE MEASUREMENT USING CENTRAL PROJECTION AND IMAGE MATCHING}
본 발명은 항공삼각측량 방법에 관한 것으로, 특히 외부표정요소의 오차를 방지하고, 작업속도를 향상시킬 수 있는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 항공사진을 이용한 수치 지도제작은 항공삼각측량 방법을 이용하여 제작된다. 항공삼각측량을 이용한 수치 지도 제작과정은 항공사진 촬영단계, 지상 기준점 측량 단계, 촬영된 항공사진에 정확한 좌표를 부여하는 표정작업단계, 도화작업 및 정위치 작업단계를 거쳐 이루어진다.
종래기술에 따른 표정작업단계는 먼저, 지상 기준점의 좌표를 입력하고, 입력된 좌표에 대응하는 사진 리스트를 생성한다. 그리고 사진 리스트 중에서 지상 기준점의 조서 이미지(이하, '조서')와 동일한 사진을 검출하고, 검출된 사진을 기준으로 검출된 사진과 나머지 사진 리스트의 동일점을 추출해서 사진 리스트를 연결한다. 그리고 연결된 사진 리스트에 영상좌표를 입력하고, 영상좌표를 이용하여 실제 3차원 좌표를 포함하는 외부표정요소를 구한다.
하지만, 표정작업단계는 사진 리스트 중에서 조서와 동일한 사진을 검출하고, 검출된 사진을 기준으로 검출된 사진과 나머지 사진 리스트의 동일점을 추출해서 사진 리스트를 연결하는 과정을 작업자가 판단해서 수작업으로 하였다. 따라서, 작업시간과 비용이 많이 소요되었고, 작업자가 관측 및 판단을 할 때 생기는 오차로 인해 조서와 동일하지 않은 사진을 검출하거나, 동일점 추출이 잘못되어서 외부표정요소의 오차가 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부표정요소의 오차를 방지하고, 작업속도를 향상시킬 수 있는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법은 지상 기준점의 좌표 중 하나를 입력하는 제 1 단계와; 상기 입력된 지상 기준점의 좌표가 포함된 사진 리스트를 작성하는 제 2 단계와; 상기 지상 기준점의 조서 이미지(이하, '조서')와, 상기 사진 리스트 각각에 상기 지상 기준점을 중심으로 하는 제 1 바운더리를 설정하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 설정된 상기 다수의 제 1 바운더리를 비교해서, 상기 사진 리스트 중에서 상기 조서와 동일한 정사투영사진을 검출하는 제 4 단계와; 상기 정사투영사진에 영상좌표를 입력하는 제 5 단계와; 상기 정사투영사진에 동일 기준점을 입력하는 제 6 단계와; 상기 사진 리스트 각각에 상기 동일 기준점을 중심으로 하는 제 2 바운더리를 설정하는 제 7 단계와; 상기 제 7 단계에서 설정된 상기 다수의 제 2 바운더리를 비교해서 상기 사진 리스트 각각의 동일점을 검출하고, 상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트를 연결하는 제 8 단계와; 상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트 각각에 영상좌표를 입력하는 제 9 단계; 및 상기 영상좌표에 따라 외부표정요소를 산출하는 제 10 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계는 상기 조서에 설정된 상기 제 1 바운더리와, 상기 사진 리스트 각각에 설정된 상기 제 1 바운더리의 RGB값을 비교해서 상기 정사투영사진을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계는 상기 중심투영사진의 기복변위보정과, 기하보정, 정사보정을 통한 중심투영 원리를 이용한 보정단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제 1 바운더리는 상기 지상 기준점을 중심으로 1 ~ 5 m 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 8 단계는 상기 정사투영사진에 설정된 제 2 바운더리와, 상기 정사투영사진을 제외한 나머지 사진 리스트에 설정된 제 2 바운더리의 RGB값을 비교해서 상기 동일점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 8 단계는 상기 중심투영사진의 기복변위보정과, 기하보정, 정사보정을 통한 중심투영 원리를 이용한 보정단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제 2 바운더리는 상기 동일 기준점을 중심으로 1 ~ 5 m 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법은 작업자가 지상 기준점 좌표와 동일 기준점을 입력하면, 조서와 동일한 항공사진 검출과, 인접한 항공사진의 연결과정이 자동으로 처리되므로 작업시간이 빨라진다.
또한, 작업자가 관측 및 판단을 할 때 생기는 오차로 인해 조서와 동일하지 않은 사진을 검출하거나, 인접한 항공사진의 동일점을 잘못 검출하는 오류가 방지되므로, 외부표정요소의 오차를 줄일 수 있다.
또한, 조서와 동일한 항공사진 검출시, 중심투영 원리를 적용함으로써 바운더리의 면적을 최소화하여 보다 정확한 검출이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법을 이용한 수치지도 제작과정을 나타내는 블록도.
도 2는 지상 기준점의 조서 이미지를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 자동 항공삼각측량 단계(S4)를 나타낸 블록도.
도 4는 도 3에 도시된 제 2 단계(S4b)를 예를 들어 나타낸 도면.
도 5a 및 5b는 도 3에 도시된 제 3 단계(S4c)를 예를 들어 나타낸 도면.
도 6은 도 3에 도시된 제 4 단계(S4d)를 예를 들어 나타낸 도면.
도 7은 도 3에 도시된 제 5 단계(S4e)를 예를 들어 나타낸 도면.
도 8는 도 3에 도시된 제 6 단계(S4f)를 예를 들어 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법을 이용한 수치지도 제작과정을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 수치지도 제작과정은, 먼저 촬영지역과 노선, 촬영기선길이와, 촬영 고도 등을 고려하여 촬영계획을 세우고(S1), 촬영계획에 따라 촬영을 실시한다(S2). 그리고 촬영된 항공사진에서 특이점 또는 특정 지형지물을 지상 기준점으로 선정한 뒤, 실제 측량을 하여 지상기준점의 좌표를 구한다(S3). 여기서, 지상 기준점의 실제 측량에는 GPS(Global Positioning System) 또는 토탈 스테이션(total station) 등이 이용된다. 지상기준점 측량단계(S3)에 이어서, 촬영된 항공사진을 연결하고, 영상좌표를 입력하여 실제 3 차원 좌표를 포함하는 외부표정요소를 구하는 자동 항공삼각측량(S4)을 실시한다. 그리고 세부도화 작업(S5)을 실시한 다음, 현지조사 및 정위치 편집(S6)을 함으로써 수치지도 제작이 완료(S7)된다.
여기서, 자동 항공삼각측량(S4)단계는 작업자가 소프트 웨어에 데이터를 입력하여 가공함으로써 수행된다. 이때, 작업자는 지상 기준점 좌표와 동일 기준점을 소프트 웨어에 입력한다. 그러면, 소프트 웨어는 입력된 지상 기준점 좌표에 따라 조서와 동일한 항공사진을 검출하고, 입력된 동일 기준점에 따라 인접한 항공사진을 연결하고, 영상좌표를 입력함으로써 외부표정요소를 산출한다. 한편, 조서(지상 기준점의 조서 이미지)는 지상 기준점이 포함된 사진으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 변위(Displacement)가 가장 적은 정사투영(Orthogonal Projection)된 사진이다. 여기서, 변위는 촬영된 항공사진에서 형성된 상(像)이 실제 위치와 달라지는 현상을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법은 작업자가 지상 기준점 좌표와 동일 기준점을 입력하면, 조서와 동일한 항공사진 검출과, 인접한 항공사진의 연결작업이 자동으로 처리되므로 작업시간이 빨라진다. 또한, 작업자가 관측 및 판단을 할 때 생기는 오차로 인해 조서와 동일하지 않은 사진을 검출하거나, 인접한 항공사진의 동일점을 잘못 검출하는 오류가 방지되므로, 외부표정요소의 오차를 줄일 수 있다.
이하, 자동 항공삼각측량 단계(S4)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 1에 도시된 자동 항공삼각측량 단계를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 자동 항공삼각측량단계(S4)는 지상 기준점 좌표 중 하나를 입력하는 제 1 단계(S4a)와, 입력된 지상 기준점 좌표가 포함된 사진 리스트를 작성하는 제 2 단계(S4b)와, 조서와 사진 리스트 각각에 제 1 바운더리를 설정하는 제 3 단계(S4c)와, 다수의 제 1 바운더리를 비교해서 사진 리스트 중에서 조서와 동일한 정사투영사진을 검출하는 제 4 단계(S4d)와, 정사투영사진에 동일 기준점을 입력하는 제 5 단계(S4e)와, 정사투영사진과 나머지 사진리스트 각각에 제 2 바운더리를 설정하는 제 6 단계(S4f)와, 다수의 제 2 바운더리를 비교해서 정사투영사진과 나머지 사진리스트의 동일점 검출하고 연결하는 제 7 단계(S4g)와, 사진 리스트 각각에 영상좌표를 입력하는 제 8 단계(S4h)와, 외부표정요소를 산출하는 제 9 단계(S4i)를 포함한다.
먼저, 제 1 단계(S4a)에서 사용자는 지상기준점 좌표 중 하나를 입력한다.
이어서, 제 2 단계(S4b)에서 소프트 웨어는 다수의 항공사진 중에서 사용자가 입력한 지상 기준점 좌표가 촬영된 사진 리스트를 추출한다. 구체적으로, 다수의 항공사진은 영상 좌표값이 입력되어 있다. 소프트 웨어는 다수의 항공사진의 영상 좌표값 중에서 사용자가 입력한 지상기준점 좌표를 검색해서, 해당된 사진 리스트를 추출한다. 여기서, 사진 리스트의 개수는 몇개라도 상관없으며, 이하에서는 6장의 사진 리스트를 예를 들어 설명한다. 도 4를 참조하면, 소프트 웨어는 다수의 항공사진 중에서 지상 기준점을 포함하는 6장의 사진 리스트를 추출한다. 이때, 추출된 6장의 항공사진은 모두 지상 기준점을 포함하고 있지만, 각각 촬영된 코스와 시점이 다르다. 따라서, 추출된 6장의 항공사진은 지상 기준점이 정사투영된 사진과, 변위가 발생된 사진을 포함한다.
이어서, 소프트 웨어는 추출된 6장의 항공사진 중에서 지상 기준점이 정사투영된 사진을 검출한다. 즉, 항공 사진 6 장 중에서 지상 기준점의 조서 이미지(이하, '조서')와 동일한 사진을 검출한다. 이를 위해, 소프트 웨어는 영상 매칭 기법을 사용한다. 영상 매칭 기법은 다수의 이미지 중에서 임의의 이미지와 동일한 이미지를 검출하는 방법이다. 이러한 영상 매칭 기법을 이용한 방법을 제 3 및 제 4 단계(S4c, S4d)로 나누어서 구체적으로 설명하기로 한다.
제 3 단계(S4c)에서 소프트 웨어는 도 5a에 도시된 바와 같이, 조서에 지상 기준점을 중심으로 하는 제 1 바운더리를 설정하고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 항공 사진 6 장 각각에 지상 기준점을 중심으로 하는 제 1 바운더리를 설정한다. 이때, 제 1 바운더리의 범위는 사용자의 설정에 따라 조절할 수 있다. 여기서, 제 1 바운더리의 범위는 지도가 제작되는 지형지물이 정밀함을 필요하는 정도에 따라 조절되는 것이 바람직하며, 통상적인 지도제작에서 제 1 바운더리의 범위는 지상 기준점을 중심으로 1 ~ 5m 정도 범위를 가지는 것이 바람직하다.
이어서, 제 4 단계(S4d)에서 소프트 웨어는 도 6에 도시된 바와 같이, 조서의 제 1 바운더리와, 항공 사진 6장 각각의 제 1 바운더리를 비교해서 조서와 동일한 정사투영사진을 검출한다. 구체적으로, 소프트 웨어는 조서의 제 1 바운더리와, 항공 사진 6장의 제 1 바운더리 각각에서 RGB 값을 추출한다. 그리고 조서의 제 1 바운더리의 RGB값과 가장 유사하거나 동일한 RGB 값을 검색하고, 검색된 제 1 바운더리를 포함한 항공 사진을 정사투영사진으로 설정한다. 한편, 제 4 단계(S4d)는 영상 매칭 기법과 함께, 중심투영(Central Projection) 원리를 이용한 오차 보정단계를 거친다. 즉 항공 사진 촬영시 발생된 기복변위보정과, 기하보정, 정사보정을 통해 영상 매칭 기법에서 발생될 수 있는 기울기 오차 등을 방지한다. 이에 따라, 정사투영사진에 입력된 영상좌표는 촬영시 발생 된 기울기 오차 등이 보정된다. 이와 같은 과정을 통해 설정된 정사투영사진은 조서와 동일한 이미지로서, 변위가 가장 적은 정사투영된 사진이다. 즉, 항공 사진 6장은 1장의 정사투영사진과 그 밖에 5장의 항공 사진으로 구분된다.
항공 사진 6장의 사진 중에 정사투영사진을 추출하고 나면, 정사투영사진에 영상좌표를 입력한다.
이어서, 제 5 단계(S4e)에서 작업자는 도 7에 도시된 바와 같이, 정사투영사진에서 특이점 또는 특정 지형지물을 동일 기준점으로 선정해서 입력한다. 여기서, 동일 기준점은 정사투영사진과 나머지 5 장의 항공 사진의 공액점을 추출하는데 이용된다. 한편, 도 7에서는 작업자가 입력한 동일 기준점이 지상 기준점과 다른 것을 예를 들었지만, 동일 기준점은 지상 기준점과 같을 수 있다.
이어서, 제 6 단계(S4f)에서 소프트 웨어는 도 8에 도시된 바와 같이, 사진 리스트 각각에 동일 기준점을 중심으로 하는 제 2 바운더리를 설정한다. 이때, 제 2 바운더리의 범위는 사용자의 설정에 따라 조절할 수 있다. 구체적으로, 제 2 바운더리의 범위는 지도가 제작되는 지형지물이 정밀함을 필요하는 정도에 따라 조절되는 것이 바람직하며, 통상적인 지도제작에서 제 2 바운더리의 범위는 지상 기준점을 중심으로 1 ~ 5m 정도 범위를 가지는 것이 바람직하다.
이어서, 제 7 단계(S4g)에서 소프트 웨어는 정사투영사진의 제 2 바운더리와 나머지 사진 리스트의 제 2 바운더리를 비교해서, 사진 리스트 각각에서 동일 기준점에 대응되는 공액점을 검출한다.
이러한 제 6 및 제 7 단계(S4f, S4g)는 전술한 제 3 및 제 4 단계(S4c, S4d)에서 사용된 영상 매칭 기법과 중심투영 원리가 동일하게 적용되어 공액점을 검출하게 된다.
이어서, 제 8 단계(S4h)에서 소프트 웨어는 정사투영사진을 제외한 나머지 5장의 항공사진 각각에 영상좌표를 입력한다.
그리고 제 9 단계(S4i)에서 소프트 웨어는 입력된 영상좌표를 이용하여 실제 3 차원 좌표를 생성해서 외부표정요소를 산출한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법은 작업자가 지상 기준점 좌표와 동일 기준점을 입력하면, 조서와 동일한 항공사진 검출과, 인접한 항공사진의 연결과정이 자동으로 처리되므로 작업시간이 빨라진다. 또한, 작업자가 관측 및 판단을 할 때 생기는 오차로 인해 조서와 동일하지 않은 사진을 검출하거나, 인접한 항공사진의 동일점을 잘못 검출하는 오류가 방지되므로, 외부표정요소의 오차를 줄일 수 있다.
또한, 조서와 동일한 항공사진 검출시, 중심투영 원리를 적용함으로써 바운더리의 면적을 최소화하여 보다 정확한 검출이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
S1: 촬영 계획 S2: 항공사진촬영
S3: 지상 기준점 측량 S4: 자동 항공삼각측량
S5: 세부도화 S6: 현지조사 및 정위치편집
S7: 수치지도 제작완료

Claims (7)

  1. 지상 기준점의 좌표 중 하나를 입력하는 제 1 단계와;
    상기 입력된 지상 기준점의 좌표가 포함된 사진 리스트를 작성하는 제 2 단계와;
    상기 지상 기준점의 조서 이미지와, 상기 사진 리스트 각각에 상기 지상 기준점을 중심으로 하는 다수의 제 1 바운더리를 설정하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계에서 설정된 상기 다수의 제 1 바운더리를 비교해서, 상기 사진 리스트 중에서 상기 조서 이미지와 동일한 정사투영사진을 검출하는 제 4 단계와;
    상기 정사투영사진에 영상좌표를 입력하는 제 5 단계와;
    상기 정사투영사진에 동일 기준점을 입력하는 제 6 단계와;
    상기 사진 리스트 각각에 상기 동일 기준점을 중심으로 하는 다수의 제 2 바운더리를 설정하는 제 7 단계와;
    상기 제 7 단계에서 설정된 상기 다수의 제 2 바운더리를 비교해서 상기 사진 리스트 각각의 동일점을 검출하고, 상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트를 연결하는 제 8 단계와;
    상기 동일점에 따라 상기 사진 리스트 각각에 영상좌표를 입력하는 제 9 단계; 및
    상기 영상좌표에 따라 외부표정요소를 산출하는 제 10 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는
    상기 조서 이미지에 설정된 제 1 바운더리와, 상기 사진 리스트 각각에 설정된 다수의 제 1 바운더리의 RGB값을 비교해서 상기 정사투영사진을 검출하는 것을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는
    상기 중심투영사진의 기복변위보정과, 기하보정, 정사보정을 통한 중심투영 원리를 이용한 보정단계를 포함함을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 바운더리는
    상기 지상 기준점을 중심으로 1 ~ 5 m 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 8 단계는
    상기 정사투영사진에 설정된 제 2 바운더리와, 상기 정사투영사진을 제외한 나머지 사진 리스트에 설정된 다수의 제 2 바운더리의 RGB값을 비교해서 상기 동일점을 검출하는 것을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 8 단계는
    상기 중심투영사진의 기복변위보정과, 기하보정, 정사보정을 통한 중심투영 원리를 이용한 보정단계를 포함함을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 바운더리는
    상기 동일 기준점을 중심으로 1 ~ 5 m 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 중심 투영과 영상 매칭을 이용한 자동 3 차원 좌표 측정 방법.
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