KR101105362B1 - The method for rapid image georeferencing and the apparatus thereof - Google Patents

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KR101105362B1 KR1020090115219A KR20090115219A KR101105362B1 KR 101105362 B1 KR101105362 B1 KR 101105362B1 KR 1020090115219 A KR1020090115219 A KR 1020090115219A KR 20090115219 A KR20090115219 A KR 20090115219A KR 101105362 B1 KR101105362 B1 KR 101105362B1
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Abstract

영상 지오레퍼런싱 방법 및 장치가 개시된다. 본 영상 지오레퍼런싱 방법은, UAV(unmanned aero vehicle)로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출하는 단계, 추출된 공액점의 관측값과 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로부터 수신된 외부표정요의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함된 관측방정식(oservation equation)을 설정하는 단계 및 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 상기 영상에 할당함으로써 지오레퍼런싱하는 단계를 포함한다. 그리하여 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱할 수 있다.An image georeferencing method and apparatus are disclosed. The image geo-referencing method includes extracting observation values of a conjugate point from an image received from an unmanned aero vehicle (UAV), receiving observation values of the extracted conjugate points, and a GPS / INS (Global Positioning System / Inertial Navigation System). The observation equation of the candidate external expression element and the candidate ground point coordinates using the observed values of the external expression factors, and the candidate external expression element and the candidate ground when the error is minimized in the observation equation. And determining the point coordinates as the external expression element and the ground point coordinates, and assigning the determined external expression element and the ground point coordinates to the image. Thus, the image can be georeferenced in real time.

UAV, GPS, INS, 지오레퍼런싱, 외부표정요소 UAV, GPS, INS, Georeferencing, External Expression

Description

고속 영상 지오레퍼런싱 방법 및 장치 {The method for rapid image georeferencing and the apparatus thereof}High speed image georeferencing method and apparatus

영상을 지오레퍼런싱하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for georeferencing an image, and more particularly, to a method and apparatus for georeferencing an image in real time.

최근 급증하는 재난/재해의 발생 빈도와 피해규모, 무인정찰/감시 시스템과 공간정보분야 시장의 확대 전망에 힘입어 무인항공기(Unmanned Aero Vehicle: UAV)에 기반한 공중모니터링 시스템에 대한 관심이 많아졌다. UAV기반 공중모니터링 시스템은 자율자동비행이 가능함으로써 안정적인 매핑이 가능할 뿐만 아니라 운용에 소요되는 시간, 비용, 인력이 상대적으로 적다. The recent surge in the frequency of disasters and disasters, the magnitude of damage, unmanned reconnaissance / surveillance systems, and the prospect of expanding the market for geospatial information have led to a growing interest in aerial monitoring systems based on unmanned aero vehicles (UAV). UAV-based aerial monitoring system is capable of autonomous autonomous flight, which enables stable mapping and requires relatively little time, cost, and manpower to operate.

더욱이 실시간 데이터 전송 기술이 확보됨에 따라 긴급 상황 발생시 대응체계를 신속하고 용이하게 구축할 수 있게 되었다. 그러나 기존 고가의 UAV 기반 시스템은 실시간 데이터 전송 기능은 있지만 지상에서 지오레퍼런싱(georeferencing) 등을 고속자동으로 처리하는 기능을 확보하지 못하고 있는 실정이다. Moreover, with the real-time data transmission technology, it is possible to quickly and easily establish a response system in case of emergency. However, existing expensive UAV-based systems have real-time data transmission but do not have the capability to handle georeferencing on the ground at high speed.

특히, 중저가의 GPS/INS를 이용하여 보다 정확하게 UAV의 위치/자세를 결정하고, 이를 통해 지오레퍼런싱된 지형정보를 고속으로 생성하는 기술이 개발되지 않은 상태이다. In particular, a technology for more accurately determining the location / posture of the UAV using GPS / INS at low cost and generating georeferenced terrain information at high speed has not been developed.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 특정 지역을 촬영한 영상과 상기한 특정 지역에 대한 GPS/INS로부터 획득한 데이터를 이용하여 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 방법 및 이를 적용한 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention to solve the above problems and to provide a method and apparatus applying the geo-referenced image in real time using the image taken from a specific region and the data obtained from the GPS / INS for the specific region. The purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 지오레퍼런싱하는 방법은, 특정 지역을 촬영을 촬영한 촬영장치로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출하는 단계; 상기 추출된 공액점의 관측값과 상기 촬영장치내에 있는 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로부터 수신된 외부표정요의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함된 관측방정식(oservation equation)을 설정하는 단계; 및 상기 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 상기 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 상기 영상에 할당함으로써 지오레퍼런싱하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of georeferencing an image, the method comprising: extracting an observation value of a conjugate point in an image received from a photographing apparatus photographing a specific region; An observation including candidate external expression elements and candidate ground point coordinates using the extracted values of the conjugate points and the observation values of the external expression yaw received from the GPS / INS (Global Positioning System / Inertial Navigation System). Establishing an equation (oservation equation); And determining candidate external expression elements and candidate ground point coordinates when the error is minimum in the observation equation as external expression elements and ground point coordinates, and assigning the determined external expression elements and ground point coordinates to the image. Includes;

그리고, 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 미만인 경우, 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것이 바람직하다.When the number of images is less than the number of critical images, the observation equation is preferably the following equation.

Figure 112009072872380-pat00001
Figure 112009072872380-pat00001

여기서,

Figure 112009072872380-pat00002
은 공액점들에 대한 관측값이고,
Figure 112009072872380-pat00003
은 각각은 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수벡터라고도 한다.
Figure 112009072872380-pat00004
은 공선조건식을 미지수벡터에 대해 편미분한 설계행렬,
Figure 112009072872380-pat00005
은 GPS/INS로부터 제공된 외부표정요소에 대한 관측값으로서 지상 좌표계상에서 지구 중심으로부터 외부표정요소의 위치를 나타내는 벡터이다. 또한,
Figure 112009072872380-pat00006
은 미지수 벡터 중 후보 외부 표정 요소에 대해 편미분한 설계행렬이다.
Figure 112009072872380-pat00007
은 관측값와 관계된 오차벡터이다.here,
Figure 112009072872380-pat00002
Is the observation for the conjugate points,
Figure 112009072872380-pat00003
Each is a candidate external expression element and ground point coordinate, also known as unknown vector.
Figure 112009072872380-pat00004
The collinear conditional equation is the partial derivative of the design matrix for the unknown vector,
Figure 112009072872380-pat00005
Is an observation of an external expression element provided from GPS / INS and is a vector representing the position of the external expression element from the center of the earth in the ground coordinate system. Also,
Figure 112009072872380-pat00006
Is a simple design matrix for candidate external facial expressions among unknown vectors.
Figure 112009072872380-pat00007
Is the error vector associated with the observation.

또한, 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 이상인 경우, 상기 추출하는 단계는, 새 영상이 추가되면, 상기 새 영상의 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 제1 관측값(

Figure 112009072872380-pat00008
), 기존 영상의 영상좌표계상에서의 새 영상의 공액점에 대한 제2 관측값(
Figure 112009072872380-pat00009
) 및 상기 새 영상의 영상좌표계상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제3 관측값(
Figure 112009072872380-pat00010
)을 추출하는 것이 바람직하다.In addition, when the number of images is equal to or greater than the number of threshold images, the extracting may include: when a new image is added, a first observation value of a conjugate point of an existing image on an image coordinate system of the new image;
Figure 112009072872380-pat00008
), The second observation for the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the existing image (
Figure 112009072872380-pat00009
) And a third observation value for the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the new image (
Figure 112009072872380-pat00010
Is preferably extracted.

그리고, 상기 설정하는 단계는, 상기 기존 영상의 외부표정요소, 상기 기존 영상의 지상점 좌표, 상기 제1 내지 제3 관측값 및 상기 새 영상의 외부표정요소에 대한 관측값을 이용하여 관측 방정식을 설정하는 것이 바람직하다.The setting may include an observation equation using an external expression element of the existing image, a ground point coordinate of the existing image, observation values of the first to third observation values, and the external expression element of the new image. It is desirable to set.

또한, 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것이 바람직하다.

Figure 112009072872380-pat00011
In addition, the observation equation is preferably the following equation.
Figure 112009072872380-pat00011

여기서,

Figure 112009072872380-pat00012
은 기존 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00013
는 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00014
는 기존 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값 및
Figure 112009072872380-pat00015
는 현재 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값이다.
Figure 112009072872380-pat00016
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 기존 영상의 외부표 정요소에 대한 관측값이고,
Figure 112009072872380-pat00017
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 현재 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이며,
Figure 112009072872380-pat00018
은 공선 조건식을 미지수 벡터에 대해 편미분한 설계행렬로 아래첨자 1은 기존 미지수벡터와의 관계를, 2는 추가된 미지수벡터와의 관계를 나타낸다.
Figure 112009072872380-pat00019
은 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표에 대한 편미분한 설계행렬이고,
Figure 112009072872380-pat00020
는 현재 영상의 미지수 벡터에 대한 설계 행렬이다.
Figure 112009072872380-pat00021
및
Figure 112009072872380-pat00022
는 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표이고,
Figure 112009072872380-pat00023
및
Figure 112009072872380-pat00024
는 현재 영상의 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수 벡터라고 한다.
Figure 112009072872380-pat00025
는 오차 벡터로서, 아래첨자 1은 이전 영상과의 관계, 아래 첨저 2는 새 영상과의 관계를 나타낸다.here,
Figure 112009072872380-pat00012
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the existing image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00013
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the current image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00014
Is the observation of the newly-conjugated point resulting from the addition of the current image on the existing image coordinate system, and
Figure 112009072872380-pat00015
Is the observed value of the conjugate point newly created by the addition of the current image on the current image coordinate system.
Figure 112009072872380-pat00016
Is an observation value for an external index element of an existing image provided from the GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00017
Is an observation for an external expression element of the current image provided from GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00018
Denotes a collinear conditional equation with a partial derivative of the unknown vector. Subscript 1 represents the relationship with the existing unknown vector and 2 represents the unknown vector.
Figure 112009072872380-pat00019
Is a simple design matrix for the external expression elements and ground point coordinates of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00020
Is the design matrix for the unknown vector of the current image.
Figure 112009072872380-pat00021
And
Figure 112009072872380-pat00022
Is the coordinates of the external expression elements and ground points of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00023
And
Figure 112009072872380-pat00024
Is an unknown vector as a candidate external expression element and ground point coordinate of the current image.
Figure 112009072872380-pat00025
Is an error vector, subscript 1 represents a relationship with a previous image, and subscript 2 represents a relationship with a new image.

또한, 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 이상인 경우, 관측방정식에 포함되어 있는 요소를 그룹화하여 치환하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include grouping and substituting elements included in the observation equation when the number of images is equal to or greater than the number of critical images.

그리고, 상기 치환하는 단계는, 하기 수학식과 같이 치환하는 것이 바람직하다. And, the step of replacing, it is preferable to replace as shown in the following equation.

Figure 112009072872380-pat00026
Figure 112009072872380-pat00026

또한, 상기 지오레퍼런싱하는 단계는, 하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 외부표정요소를 결정하는 것이 바람직하다. In addition, the geo-referencing may include determining an external expression element of the new image as shown in the following equation.

Figure 112009072872380-pat00027
Figure 112009072872380-pat00027

여기서,

Figure 112009072872380-pat00028
,
Figure 112009072872380-pat00029
이고,
Figure 112009072872380-pat00030
이다.here,
Figure 112009072872380-pat00028
,
Figure 112009072872380-pat00029
ego,
Figure 112009072872380-pat00030
to be.

그리고, 상기 지오레퍼런싱하는 단계는, 하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 지상점 좌표를 결정하는 것이 바람직하다.In the step of georeferencing, it is preferable to determine the ground point coordinates of the new image as shown in the following equation.

Figure 112009072872380-pat00031
Figure 112009072872380-pat00031

여기서,

Figure 112009072872380-pat00032
및
Figure 112009072872380-pat00033
이다.here,
Figure 112009072872380-pat00032
And
Figure 112009072872380-pat00033
to be.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 지오레퍼런싱 장치는, 특정 지역을 촬영한 촬영장치로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출하는 공액점 추출부; 상기 공액점의 관측값과 상기 촬영장치내의 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로부터 수신된 외부표정요소의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함된 관측방정식(oservation equation)을 설정하는 관계 설정부; 및 상기 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 상기 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 상기 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 상기 영상에 할당함으로써 상기 영상을 지오레퍼런싱하는 지오레퍼런싱부;를 포함한다.On the other hand, according to the present invention for achieving the above object, the georeferencing apparatus of the image, the conjugate point extracting unit for extracting the observed value of the conjugate point in the image received from the photographing apparatus for photographing a specific area; An observation equation including a candidate external expression element and candidate ground point coordinates using the observation value of the conjugate point and the observation value of the external expression element received from the Global Positioning System / Inertial Navigation System (GPS / INS) in the photographing apparatus. a relationship setting unit for setting an equation; And determining candidate external expression elements and candidate ground point coordinates when the error is minimum in the observation equation as external expression elements and ground point coordinates of the image, and assigning the determined external expression elements and ground point coordinates to the image. And a georeferencer for georeferenced the image.

그리고, 상기 공액점 추출부는, 새 영상이 추가되면, 상기 새 영상의 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 제1 관측값(

Figure 112009072872380-pat00034
), 기존 영상의 영상좌표계상에서의 새 영상의 공액점에 대한 제2 관측값(
Figure 112009072872380-pat00035
) 및 상기 새 영상의 영상좌표계상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제3 관측값(
Figure 112009072872380-pat00036
)을 추출하는 것이 바람직하다.When the new image is added, the conjugate point extracting unit includes a first observation value for the conjugate point of the existing image on the image coordinate system of the new image.
Figure 112009072872380-pat00034
), The second observation for the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the existing image (
Figure 112009072872380-pat00035
) And a third observation value for the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the new image (
Figure 112009072872380-pat00036
Is preferably extracted.

또한, 상기 관계 설정부는, 상기 기존 영상의 외부표정요소, 상기 기존 영상의 지상점 좌표, 상기 제1 내지 제3 관측값 및 상기 새 영상의 외부표정요소에 대 한 관측값을 이용하여 관측 방정식을 설정하는 것이 바람직하다.The relationship setting unit may generate an observation equation using observation values of an external expression element of the existing image, a ground point coordinate of the existing image, the first to third observation values, and an external expression element of the new image. It is desirable to set.

그리고, 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것이 바람직하다.The observation equation is preferably the following equation.

Figure 112009072872380-pat00037
Figure 112009072872380-pat00037

여기서,

Figure 112009072872380-pat00038
은 기존 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00039
는 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00040
는 기존 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값 및
Figure 112009072872380-pat00041
는 현재 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값이다.
Figure 112009072872380-pat00042
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 기존 영상의 외부표정 요소에 대한 관측값이고,
Figure 112009072872380-pat00043
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 현재 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이며,
Figure 112009072872380-pat00044
은 공선 조건식을 미지수 벡터에 대해 편미분한 설계행렬로 아래첨자 1은 기존 미지수벡터와의 관계를, 2는 추가된 미지수벡터와의 관계를 나타낸다.
Figure 112009072872380-pat00045
은 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표에 대한 편미분한 설계행렬이고,
Figure 112009072872380-pat00046
는 현재 영상의 미지수 벡터에 대한 설계 행렬이다.
Figure 112009072872380-pat00047
및
Figure 112009072872380-pat00048
는 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표이고,
Figure 112009072872380-pat00049
및
Figure 112009072872380-pat00050
는 현재 영상의 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수 벡터라고 한다.
Figure 112009072872380-pat00051
는 오차 벡터로서, 아래첨자 1은 이전 영상과의 관계, 아래 첨저 2는 새 영상과의 관계를 나타낸다.here,
Figure 112009072872380-pat00038
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the existing image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00039
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the current image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00040
Is the observation of the newly-conjugated point resulting from the addition of the current image on the existing image coordinate system, and
Figure 112009072872380-pat00041
Is the observed value of the conjugate point newly created by the addition of the current image on the current image coordinate system.
Figure 112009072872380-pat00042
Is an observation for an external expression element of an existing image provided from GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00043
Is an observation for an external expression element of the current image provided from GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00044
Denotes a collinear conditional equation with a partial derivative of the unknown vector. Subscript 1 represents the relationship with the existing unknown vector and 2 represents the unknown vector.
Figure 112009072872380-pat00045
Is a simple design matrix for the external expression elements and ground point coordinates of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00046
Is the design matrix for the unknown vector of the current image.
Figure 112009072872380-pat00047
And
Figure 112009072872380-pat00048
Is the coordinates of the external expression elements and ground points of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00049
And
Figure 112009072872380-pat00050
Is an unknown vector as a candidate external expression element and ground point coordinate of the current image.
Figure 112009072872380-pat00051
Is an error vector, subscript 1 represents a relationship with a previous image, and subscript 2 represents a relationship with a new image.

또한, 상기 관측방정식에 포함되어 있는 요소를 그룹화하여 치환하는 치환부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include; a substituent for grouping and substituting the elements included in the observation equation.

그리고, 상기 치환부는, 하기 수학식과 같이 치환하는 것이 바람직하다.And it is preferable to substitute the said substitution part as a following formula.

Figure 112009072872380-pat00052
Figure 112009072872380-pat00052

또한, 상기 지오레퍼런싱부는, 하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 외부표정요소를 결정하는 것이 바람직하다.In addition, the geo-referencing unit, it is preferable to determine the external expression element of the new image, as shown in the following equation.

Figure 112009072872380-pat00053
Figure 112009072872380-pat00053

여기서,

Figure 112009072872380-pat00054
,
Figure 112009072872380-pat00055
이고,
Figure 112009072872380-pat00056
이다.here,
Figure 112009072872380-pat00054
,
Figure 112009072872380-pat00055
ego,
Figure 112009072872380-pat00056
to be.

그리고, 상기 지오레퍼런싱부는,The georeferencing unit is

하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 지상점 좌표를 결정하는 것이 바람직하다.

Figure 112009072872380-pat00057
여기서,
Figure 112009072872380-pat00058
및
Figure 112009072872380-pat00059
이다.It is preferable to determine the ground point coordinates of the new image as shown in the following equation.
Figure 112009072872380-pat00057
here,
Figure 112009072872380-pat00058
And
Figure 112009072872380-pat00059
to be.

본 발명에 의하면, 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect that can georeference the image in real time.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상을 지오레퍼런싱하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a system for georeferencing an image according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 특정 지역을 촬영하여 지오레퍼런싱장치에 제공하는 UAV(unmanned aero vehicle)(110), 상기한 UAV(110)의 위치 및 자세 정보를 지오레퍼런싱 장치(150)에 제공하는 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)(130) 및 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 지오레퍼런싱 장치(150)를 포함한다. UAV(110), GPS/INS(130)는 지오레퍼런싱 장치(150)와 유선 또는 무선으로 통신하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1, the present system georeferences the position and attitude information of the unmanned aero vehicle (UAV) 110 and the UAV 110, which photograph a specific area and provide the georeferencing apparatus. A Global Positioning System / Inertial Navigation System (GPS / INS) 130 provided to the device 150 and a georeferencing device 150 for georeferencing an image in real time. The UAV 110 and the GPS / INS 130 preferably communicate with the georeferenced device 150 by wire or wirelessly.

UAV(110)에 의해 촬영된 영상은 영상 좌표계상에서의 위치 정보가 포함되어 있고, UAV(110)의 위치 및 자세 정보는 외부표정요소라고도 한다. The image photographed by the UAV 110 includes position information on an image coordinate system, and the position and attitude information of the UAV 110 is also referred to as an external expression element.

지오레퍼런싱 장치(150)는 공액점 추출부(152), 관계 설정부(154), 치환부(156) 및 지오레퍼런싱부(158)를 포함한다.The georeferencing device 150 includes a conjugate point extracting unit 152, a relationship setting unit 154, a substitution unit 156, and a georeferencing unit 158.

공액점 추출부(152)는 UAV(110)로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출한다. UAV(110)는 매 프레임마다 촬영된 영상을 지오레퍼런싱 장치(150)로 전송하고, 지오레퍼런싱 장치(150)의 공액점 추출부(152)는 프레임 단위로 영상을 수신 하면서 연속적인 프레임에 공통으로 있는 영상을 공액점으로 추출한다. 공액점을 추출함에 있어서, 공액점의 영상좌표계상에서의 좌표 정보를 추출하는데, 이는 UAV(110)에서 측정된 값이다. The conjugate point extractor 152 extracts an observation value of the conjugate point from the image received from the UAV 110. The UAV 110 transmits the captured image every frame to the georeferenced device 150, and the conjugate point extractor 152 of the georeferenced device 150 receives the image in units of frames and continuously frames the image. The image common to is extracted as a conjugate point. In extracting the conjugate point, the coordinate information on the image coordinate system of the conjugate point is extracted, which is a value measured by the UAV 110.

관계 설정부(154)는 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 획득하기 위해 공액점 추출부(152)에서 추출된 공액점의 관측값과 GPS/INS(130)로부터 수신된 외부표정요소의 관측값을 이용하여 선형화된 공선조건식에 기초하여 관측방정식(oservation equation)이라는 관계를 설정하는데, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다. The relationship setting unit 154 may compare the observation values of the conjugate points extracted by the conjugate point extraction unit 152 and the observation values of the external expression elements received from the GPS / INS 130 to obtain candidate external expression elements and candidate ground point coordinates. Based on the linearized collinear condition equation, a relationship called an observation equation is set, which will be described later.

여기서 공선조건(Collinearity Condition)은 공간상의 임의의 대상점과 그에 대응하는 촬영된 영상의 대응점 및 촬영센서의 투영중심이 동일한 직선상에 존재하는 조건이고, 공선조건에 의해 수립되는 영상 좌표와 대상점 좌표, 투영중심좌표사이의 관계식을 공선조건식(Collinearity Condition Equation)이라 한다. 이러한 공선조건식을 각각의 미지수에 대해 편미분하여 선형화된 공선조건식의 관계를 설계행렬을 통해 설정한다.Here, the collinearity condition is a condition where an arbitrary target point in space, a corresponding point of a photographed image corresponding to it, and a projection center of a photographing sensor exist on the same straight line, and image coordinates and target points established by collinear conditions. The relationship between coordinates and projection center coordinates is called collinearity condition equation. The collinear conditional expression is partially differentiated for each unknown and the relationship between the linearized collinear conditional equations is established through the design matrix.

치환부(156)는 관측방정식에 포함되어 있는 요소가 많은 경우, 상기한 요소를 그룹화하여 치환한다. 즉, 치환부(156)는 관측방정식에 포함되는 영상의 개수가 임계 영상 개수보다 많은 경우에만, 관측방정식에 포함되어 있는 요소를 치환한다. 임계 영상 개수는 가변될 수 있다. When there are many elements included in the observation equation, the substitution unit 156 groups and replaces the above-mentioned elements. That is, the substitution unit 156 replaces elements included in the observation equation only when the number of images included in the observation equation is larger than the number of critical images. The number of threshold images may vary.

지오레퍼런싱부(158)는 관계 설정부(154) 또는 치환부(156)에서 설정된 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 외부 표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 영상에 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 할당함으로써 영상을 지오레퍼런싱한다. The georeferencing unit 158 converts the candidate external expression element and the candidate ground point coordinates when the error is minimum in the observation equation set by the relationship setting unit 154 or the substitution unit 156 to the external expression element and the ground point coordinates. And the image is georeferenced by assigning the determined external expression element and ground point coordinates to the image.

이하에서는 지오레퍼런싱 장치(150)가 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of georeferencing an image in real time by the georeferencing apparatus 150 will be described in detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 획득된 영상의 개수가 임계 영상의 개수미만인 경우, 영상을 지오레퍼런싱하는 방법에 대한 흐름도이다. 지오레퍼런싱은 프레임단위로 수행되는 것이 바람직하다. 2 is a flowchart illustrating a method of geo-referencing an image when the number of acquired images is less than the number of threshold images according to an embodiment of the present invention. Georeferencing is preferably performed frame by frame.

공액점 추출부(152)는 UAV(110)로부터 영상을 수신하여 영상 중 공액점의 관측값을 추출한다(S210). 상기한 공액점의 관측값은 영상좌표계상에서의 좌표 정보이다. The conjugate point extractor 152 receives an image from the UAV 110 and extracts an observed value of the conjugate point from the image (S210). The observed value of the conjugate point is coordinate information on the image coordinate system.

관계 설정부(154)는 외부표정요소 및 지상점 좌표를 획득하기 위해 공액점의 관측값 및 GPS/INS(130)로부터 제공된 외부표정요소에 대한 관측값을 이용하여 관측방정식을 하기 수학식 1과 설정한다(S220). The relationship setting unit 154 sets the observation equation using the observation value of the conjugate point and the observation value for the external expression element provided from the GPS / INS 130 to obtain the external expression element and the ground point coordinates. (S220).

Figure 112009072872380-pat00060
Figure 112009072872380-pat00060

여기서,

Figure 112009072872380-pat00061
은 공액점들에 대한 관측값이고,
Figure 112009072872380-pat00062
은 각각은 후보 외 부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수벡터라고도 한다.
Figure 112009072872380-pat00063
은 공선조건식을 미지수벡터에 대해 편미분한 설계행렬,
Figure 112009072872380-pat00064
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 외부표정요소에 대한 관측값으로서 지상 좌표계상에서 지구 중심으로부터 외부표정요소의 위치를 나타내는 벡터이다. 또한,
Figure 112009072872380-pat00065
은 미지수 벡터 중 후보 외부 표정 요소에 대해 편미분한 설계행렬이다.
Figure 112009072872380-pat00066
은 관측값와 관계된 오차벡터이다. here,
Figure 112009072872380-pat00061
Is the observation for the conjugate points,
Figure 112009072872380-pat00062
Each is also known as unknown vector as candidate external expression element and ground point coordinate.
Figure 112009072872380-pat00063
The collinear conditional equation is the partial derivative of the design matrix for the unknown vector,
Figure 112009072872380-pat00064
Is an observation value for the external expression element provided from the GPS / INS 130, and is a vector representing the position of the external expression element from the center of the earth in the ground coordinate system. Also,
Figure 112009072872380-pat00065
Is a simple design matrix for candidate external facial expressions among unknown vectors.
Figure 112009072872380-pat00066
Is the error vector associated with the observation.

상기한 오차 벡터의 오차 평균은 0이고 분산은 이며, 는 scale factor와 는 weight matrix(cofactor matrix의 역수)이다.The error mean of the error vector is 0, the variance is, and are the scale factor and are the weight matrix (inverse of the cofactor matrix).

지오레퍼런싱부(158)는 관계 설정부(154)에서 설정된 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 미지수 벡터(

Figure 112009072872380-pat00067
)를 각각 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 그리고, 영상에 결정된 외부표정요소 및 지상점좌표를 할당함으로써 영상에 대한 지오레퍼런싱을 수행한다(S230). 설명의 편의를 도모하기 위해 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 각각
Figure 112009072872380-pat00068
라고 한다.The georeferencing unit 158 determines the unknown vector when the error becomes the minimum in the observation equation set by the relationship setting unit 154.
Figure 112009072872380-pat00067
) Is determined as the external coordinate element and the ground point coordinates, respectively, and georeferencing is performed for the image by allocating the determined external expression element and the ground point coordinates (S230). For convenience of explanation, the external expression elements and ground point coordinates determined
Figure 112009072872380-pat00068
It is called.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 방법에 대한 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of georeferencing an image in real time according to an embodiment of the present invention.

영상의 개수가 임계 영상 개수이상인 경우, 새로운 영상에 대한 외부표정요소 및 지상점 좌표를 결정하고, 기존 영상에 대한 외부표정요소와 지지상점 좌표를 갱신한다. 그러나, 영상이 많아짐에 따라 외부표정요소 및 지상점 좌표를 결정하기 위한 연산시간이 많이 소요되는 문제가 있다. 그리하여 영상의 개수가 임계 영 상 개수이상인 경우에는 하기와 같이 영상을 지오레퍼런싱한다. If the number of images is greater than or equal to the threshold number of images, the external expression element and ground point coordinates for the new image are determined, and the external expression element and support store coordinates for the existing image are updated. However, as the number of images increases, there is a problem in that it takes a lot of computation time to determine external expression elements and ground point coordinates. Thus, when the number of images is greater than or equal to the threshold number of images, the images are georeferenced as follows.

새로운 영상(현재 영상이라고 함)이 추가되면, 공액점 추출부(152)는 공액점에 대한 관측값을 추출하는데, 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값(

Figure 112009072872380-pat00069
), 기존 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값(
Figure 112009072872380-pat00070
) 및 현재 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값(
Figure 112009072872380-pat00071
)을 추출한다(S310).When a new image (called the current image) is added, the conjugate point extractor 152 extracts the observation value for the conjugate point, and the observation value for the conjugate point of the existing image on the current image coordinate system (
Figure 112009072872380-pat00069
), The observations on the newly-conjugated points created by the addition of the current image on the existing image coordinate system (
Figure 112009072872380-pat00070
) And observations about the newly-conjugated points (newly created by the addition of the current image on the current image coordinate system)
Figure 112009072872380-pat00071
) Is extracted (S310).

관계 설정부(154)는 기존 영상의 외부표정요소, 기존 영상의 지상점 좌표, 현재 영상의 추가로 인해 추출된 공액점들에 대한 관측값 및 현재 영상의 외부표정요소에 대한 관측값을 이용하여 관측 방정식을 설정하는데, 구체적으로 하기 수학식 2와 같은 관계를 설정한다(S320). The relationship setting unit 154 observes using the external expression element of the existing image, the ground point coordinates of the existing image, the observation value for the conjugate points extracted by the addition of the current image, and the observation value for the external expression element of the current image. In setting the equation, a relationship such as the following Equation 2 is specifically set (S320).

Figure 112009072872380-pat00072
Figure 112009072872380-pat00072

여기서,

Figure 112009072872380-pat00073
은 기존 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00074
는 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112009072872380-pat00075
는 기존 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값 및
Figure 112009072872380-pat00076
는 현재 영상좌표계상에서의 현재 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값이다.
Figure 112009072872380-pat00077
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 기존 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이고,
Figure 112009072872380-pat00078
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 현재 영상의 외부 표정요소에 대한 관측값이며,
Figure 112009072872380-pat00079
은 공선 조건식을 미지수 벡터에 대해 편미분한 설계행렬로 아래첨자 1은 기존 미지수벡터와의 관계를, 2는 추가된 미지수벡터와의 관계를 나타낸다.
Figure 112009072872380-pat00080
은 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표에 대한 편미분한 설계행렬이고,
Figure 112009072872380-pat00081
는 현재 영상의 미지수 벡터에 대한 설계 행렬이다.
Figure 112009072872380-pat00082
및
Figure 112009072872380-pat00083
는 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표이고,
Figure 112009072872380-pat00084
및
Figure 112009072872380-pat00085
는 현재 영상의 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수 벡터라고 한다.
Figure 112009072872380-pat00086
는 오차 벡터로서, 아래첨자 1은 기존 영상과의 관계, 아래 첨자 2는 현재 영상과의 관계를 나타낸다. here,
Figure 112009072872380-pat00073
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the existing image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00074
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the current image coordinate system,
Figure 112009072872380-pat00075
Is the observation of the newly-conjugated point resulting from the addition of the current image on the existing image coordinate system, and
Figure 112009072872380-pat00076
Is the observed value of the conjugate point newly created by the addition of the current image on the current image coordinate system.
Figure 112009072872380-pat00077
Is an observation value for an external expression element of an existing image provided from the GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00078
Is an observation value for an external facial expression of the current image provided from the GPS / INS 130,
Figure 112009072872380-pat00079
Denotes a collinear conditional equation with a partial derivative of the unknown vector. Subscript 1 represents the relationship with the existing unknown vector and 2 represents the unknown vector.
Figure 112009072872380-pat00080
Is a simple design matrix for the external expression elements and ground point coordinates of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00081
Is the design matrix for the unknown vector of the current image.
Figure 112009072872380-pat00082
And
Figure 112009072872380-pat00083
Is the coordinates of the external expression elements and ground points of the existing image,
Figure 112009072872380-pat00084
And
Figure 112009072872380-pat00085
Is an unknown vector as a candidate external expression element and ground point coordinate of the current image.
Figure 112009072872380-pat00086
Is an error vector, subscript 1 indicates a relationship with an existing image, and subscript 2 indicates a relationship with a current image.

치환부(156)는 관계 설정부(154)에서 인가된 관측방정식의 요소를 하기 수학식 3과 같이 그룹화하여 치환하고 그 결과를 지오레퍼런싱부(158)로 인가한다(S330). The substitution unit 156 replaces the elements of the observation equation applied by the relationship setting unit 154 by grouping the equations as shown in Equation 3 below, and applies the result to the georeferencing unit 158 (S330).

Figure 112009072872380-pat00087
Figure 112009072872380-pat00087

지오레퍼런싱부(158)는 치환부(156)에서 치환된 결과를 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 결정하고, 오차가 최소가 되는 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 지오레퍼런싱을 하기 위한 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정한다(S340). 지오레퍼런싱을 위한 외부표정요소 및 지상점 좌표는 하기 수학식 4 및 5와 같이 결정한다. The georeferencing unit 158 determines the candidate external expression element and the candidate ground point coordinates using the result substituted by the substitution unit 156, and geo-references the candidate external expression element and the candidate ground point coordinates with the minimum error. It is determined by the external expression element and ground point coordinates for conducting (S340). External expression elements and ground point coordinates for georeferencing are determined as in Equations 4 and 5 below.

Figure 112009072872380-pat00088
Figure 112009072872380-pat00088

Figure 112009072872380-pat00089
Figure 112009072872380-pat00089

여기서,

Figure 112009072872380-pat00090
,
Figure 112009072872380-pat00091
이고,
Figure 112009072872380-pat00092
이다. 그리고,
Figure 112009072872380-pat00093
및
Figure 112009072872380-pat00094
이다.here,
Figure 112009072872380-pat00090
,
Figure 112009072872380-pat00091
ego,
Figure 112009072872380-pat00092
to be. And,
Figure 112009072872380-pat00093
And
Figure 112009072872380-pat00094
to be.

지오레퍼런싱부(158)는 현재 영상에 상기 수학식 4 및 5의 외부표정요소 및 지상점 좌표를 할당함으로써 현재 영상에 대한 지오레퍼런싱을 수행한다. The georeferencing unit 158 performs georeferencing for the current image by allocating external expression elements and ground point coordinates of Equations 4 and 5 to the current image.

이와 같이, 기존 영상의 관측 방정식 및 현재 영상으로 인해 관측된 공액점 및 외부표정요소를 이용하여 관측방정식을 설정하고, 상기한 관측방정식을 간소화하여 새로운 미지수 벡터를 산출함으로써 실시간으로 영상의 지오레퍼런싱을 할 수 있다.In this way, the observation equation is set by using the observed equation of the existing image and the conjugate point and the external expression element observed by the current image, and the geo-reference of the image is performed in real time by simplifying the observation equation and calculating a new unknown vector. can do.

이하에서는 본 발명을 적용하여 지오레퍼런싱할 때의 연산속도 및 정확도를 측정한 결과에 대해 설명한다. Hereinafter, the results of measuring the computation speed and the accuracy at the time of georeferenced by applying the present invention will be described.

먼저, 시뮬레이션하기 위해 사용된 변수들은 하기 표 1과 같다.First, the variables used to simulate are shown in Table 1 below.

Figure 112009072872380-pat00095
Figure 112009072872380-pat00095

즉, 200m의 비행고도에서 초당 2 프레임의 영상을 획득하는 상황을 가정하여 95%의 중복도를 갖는 384장의 영상을 생성하였다. 영상점 측정오차는 한 픽셀 크기로 하였고 관측된 외부표정요소 중 위치측정오차와 자세측정오차는 센서의 정확도를 고려하여 각각

Figure 112009072872380-pat00096
로 설정하였다.That is, 384 images with 95% redundancy were generated assuming a situation where two frames per second were acquired at a flight altitude of 200m. Image point measurement error is one pixel size, and position measurement error and attitude measurement error among observed external expression elements are respectively considered in consideration of sensor accuracy.
Figure 112009072872380-pat00096
Set to.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부표정요소 중 위치정보의 RMSE(root mean square error)를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부표정요소 중 자세정보의 RMSE를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상점 좌표의 RMSE를 나타내는 도면이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 외부표정 요소 및 지상점 좌표에 대한 RMSE가 낮음을 확인할 수 있다. FIG. 4 is a diagram illustrating root mean square error (RMS) of position information among external expression elements according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating RMSE of posture information among external expression elements according to an embodiment of the present invention. 6 is a view showing the RMSE of the ground point coordinates according to an embodiment of the present invention. As shown in Figures 4 to 6, it can be seen that the RMSE for the external expression element and the ground point coordinates is low.

또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상이 추가될수록 조정된 지상점 좌표 차에 대한 표준편차를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 영상이 추가될수록 조정된 좌표 차에 대한 표준편차가 감소하여

Figure 112009072872380-pat00097
이내의 정확도를 갖음을 확인할 수 있다.7 is a diagram illustrating a standard deviation with respect to the ground point coordinate difference adjusted as an image is added according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, as the image is added, the standard deviation with respect to the adjusted coordinate difference decreases.
Figure 112009072872380-pat00097
It can be confirmed that the accuracy within.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간에 따른 지오레퍼런싱 연산 시간을 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 영상의 개수가 증가함에도 불구하고, 연산시간은 일정 범위내에 있음을 확인할 수 있다. 즉 새로운 영상이 추가 될 때마다 지오레퍼런싱을 위해 평균 0.1초미만이 소요됨을 확인할 수 있다. 8 is a diagram illustrating a georeferenced calculation time according to time according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, although the number of images increases, it can be seen that the calculation time is within a certain range. That is, each time a new image is added, it takes less than 0.1 second on average for georeferencing.

본 실시예에서는 UAV에서 촬영된 영상을 지오레퍼런싱하는 것에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, UAVRK 아닌 유인항공기 지상 차량 등에 탑재한 카메라 또는 캠코더 등에서 취득한 영상에도 적용될 수 있음은 물론이다. In the present embodiment, the georeferenced image captured by the UAV has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, of course, it can also be applied to images acquired from cameras or camcorders mounted on a manned aircraft ground vehicle other than UAVRK.

상기에서 설명한 실시예는, 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 각종 토지 이용 계획의 수립 및 관리 등을 위한 지역 정보 시스템(Regional Information System), 도시 현황 파악 및 도시 계획, 정비 등을 위한 도시 정보 시스템(Urban Information System), 다목적 국토 정보 및 지적 정보 구축을 위한 토지 정보 시스템(Land Information System), 항공 교통 관리 및 육,해상 교통 계획 등을 위한 교통 정보 시스템(Transportation Information System), 중소 축척 지도 제작 등을 위한 수치 지도 제작 및 지도 정보 시스템(Digital Mapping/Map System), 대기, 수질, 폐기물 관련 정보 관리를 위한 환경 정보 시스템(EnvironmentalInformation System), 각종 자연 재해 방재, 대기 오염 경보 등을 위한 재해 정보 시스템(Disaster Information System), 해저 지형 정보 및 해저 지질 정보를 위한 해양 정보 시스템(Marine Information System), 기상 변동 추적 및 일기 예보 등을 위한 기상 정보 시스템(Meteorological Information System), 국방 정보 자료 기반 및 작전 정보 구축을 위한 국방 정보 시스템(National Information System) 등에 이용될 수 있다.The embodiment described above may be utilized in various fields. For example, the Regional Information System for the establishment and management of various land use plans, the Urban Information System for the identification of cities, urban planning, and maintenance, and the multi-purpose national and intellectual information Land Information System for Construction, Transportation Information System for Air Traffic Management and Land and Sea Traffic Planning, Digital Mapping and Map Information System for Small and Medium Scale Mapping, etc. / Map System), Environmental Information System for management of information related to air, water quality, and waste, Disaster Information System for Disaster Prevention, Natural Pollution Warning, Air Pollution Warning, Submarine Topography and Submarine Geological Information Weather for Marine Information System, weather tracking and weather forecasting Beams can be used on the system (Meteorological Information System), military and defense-based information resources information system for building operational information (National Information System).

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상을 지오레퍼런싱하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면,1 is a view schematically showing a system for georeferencing an image according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 획득된 영상의 개수가 임계 영상의 개수미만인 경우, 영상을 지오레퍼런싱하는 방법에 대한 흐름도,2 is a flowchart illustrating a method of geo-referencing an image when the number of acquired images is less than the number of threshold images according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간으로 영상을 지오레퍼런싱하는 방법에 대한 흐름도,3 is a flowchart illustrating a method of georeferencing an image in real time according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부표정요소 중 위치정보의 RMSE(root mean square error)를 나타낸 도면,4 is a diagram illustrating root mean square error (RMS) of position information among external expression elements according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부표정요소 중 자세정보의 RMSE를 나타내는 도면,5 is a diagram showing the RMSE of the posture information among the external expression elements according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상점 좌표의 RMSE를 나타내는 도면,6 is a diagram showing the RMSE of the ground point coordinates according to an embodiment of the present invention,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상이 추가될수록 조정된 지상점 좌표 차에 대한 표준편차를 나타내는 도면, 그리고,7 is a diagram illustrating a standard deviation with respect to a ground point coordinate difference adjusted as an image is added according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간에 따른 지오레퍼런싱 연산 시간을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a georeferenced calculation time according to time according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110: UAV 130: GPS/INS110: UAV 130: GPS / INS

150: 지오레퍼런싱 장치 152: 공액점 추출부 150: georeferenced device 152: conjugate point extraction unit

154: 관계 설정부 156: 치환부 154: relationship setting unit 156: substitution unit

158: 지오레퍼런싱부 158: geo-referencing unit

Claims (17)

특정 지역을 촬영한 촬영장치로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출하는 단계;Extracting an observation value of a conjugate point from an image received from a photographing apparatus photographing a specific region; 상기 추출된 공액점의 관측값과 상기 촬영장치 내에 있는 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로부터 수신된 외부표정요소의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함된 관측방정식(oservation equation)을 설정하는 단계; 및An observation including candidate external expression elements and candidate ground point coordinates using the extracted values of the conjugate points and the observation values of the external expression elements received from the Global Positioning System / Inertial Navigation System (GPS / INS) in the photographing apparatus. Establishing an equation (oservation equation); And 상기 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 상기 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 상기 영상에 할당함으로써 지오레퍼런싱하는 단계The georeferencing is performed by determining candidate external expression elements and candidate ground point coordinates when the error is minimum in the observation equation as external expression elements and ground point coordinates, and assigning the determined external expression elements and ground point coordinates to the image. Step 를 포함하며,Including; 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 이상인 경우, 상기 추출하는 단계는,If the number of images is equal to or greater than the number of threshold images, the extracting may include: 새 영상이 추가되면, 상기 새 영상의 영상좌표계 상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 제1 관측값(y21), 상기 기존 영상의 영상좌표계 상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제2 관측값(y12) 및 상기 새 영상의 영상좌표계 상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제3 관측값(y22)을 추출하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.When a new image is added, a first observation value y 21 for the conjugate point of the existing image on the image coordinate system of the new image, and a second observation value y for the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the existing image 12 ) and a third observation value (y 22 ) of the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the new image. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 미만인 경우,If the number of images is less than the number of threshold images, 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.The observation equation is a high speed image geo-reference method characterized in that the following equation.
Figure 112011030965942-pat00098
Figure 112011030965942-pat00098
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00099
은 공액점들에 대한 관측값이고,
Figure 112011030965942-pat00100
은 각각은 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수벡터라고도 한다.
Figure 112011030965942-pat00101
은 공선조건식을 미지수벡터에 대해 편미분한 설계행렬,
Figure 112011030965942-pat00102
은 GPS/INS로부터 제공된 외부표정요소에 대한 관측값으로서 지상 좌표계상에서 지구 중심으로부터 외부표정요소의 위치를 나타내는 벡터이다. 또한,
Figure 112011030965942-pat00103
은 미지수 벡터 중 후보 외부 표정 요소에 대해 편미분한 설계행렬이다.
Figure 112011030965942-pat00104
은 관측값와 관계된 오차벡터이다.here,
Figure 112011030965942-pat00099
Is the observation for the conjugate points,
Figure 112011030965942-pat00100
Each is a candidate external expression element and ground point coordinate, also known as unknown vector.
Figure 112011030965942-pat00101
The collinear conditional equation is the partial derivative of the design matrix for the unknown vector,
Figure 112011030965942-pat00102
Is an observation of an external expression element provided from GPS / INS and is a vector representing the position of the external expression element from the center of the earth in the ground coordinate system. Also,
Figure 112011030965942-pat00103
Is a simple design matrix for candidate external facial expressions among unknown vectors.
Figure 112011030965942-pat00104
Is the error vector associated with the observation. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 설정하는 단계는,The setting step, 상기 기존 영상의 외부표정요소, 상기 기존 영상의 지상점 좌표, 상기 제1 내지 제3 관측값 및 상기 새 영상의 외부표정요소에 대한 관측값을 이용하여 관측 방정식을 설정하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.A high speed image comprising setting an observation equation using an external expression element of the existing image, a ground point coordinate of the existing image, observation values of the first to third observation values, and the external expression element of the new image. Georeferenced method. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.The observation equation is a high speed image geo-reference method characterized in that the following equation.
Figure 112011030965942-pat00108
Figure 112011030965942-pat00108
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00109
은 기존 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112011030965942-pat00110
는 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112011030965942-pat00111
는 기존 영상좌표계상에서의 새 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값 및
Figure 112011030965942-pat00112
는 현재 영상좌표계상에서의 새 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값이다.
Figure 112011030965942-pat00113
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 기존 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이고,
Figure 112011030965942-pat00114
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 새 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이며,
Figure 112011030965942-pat00115
은 공선 조건식을 미지수 벡터에 대해 편미분한 설계행렬로 아래첨자 1은 기존 미지수벡터와의 관계를, 2는 추가된 미지수벡터와의 관계를 나타낸다.
Figure 112011030965942-pat00116
은 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표에 대한 편미분한 설계행렬이고,
Figure 112011030965942-pat00117
는 새 영상의 미지수 벡터에 대한 설계 행렬이다.
Figure 112011030965942-pat00118
및
Figure 112011030965942-pat00119
는 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표이고,
Figure 112011030965942-pat00120
및
Figure 112011030965942-pat00121
는 새 영상의 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수 벡터라고 한다.
Figure 112011030965942-pat00122
는 오차 벡터로서, 아래첨자 1은 기존 영상과의 관계, 아래 첨자 2는 새 영상과의 관계를 나타낸다.here,
Figure 112011030965942-pat00109
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the existing image coordinate system,
Figure 112011030965942-pat00110
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the current image coordinate system,
Figure 112011030965942-pat00111
Is the observation of the newly-conjugated point resulting from the addition of a new image in the existing image coordinate system, and
Figure 112011030965942-pat00112
Is the observation of the newly-conjugated point due to the addition of a new image in the current image coordinate system.
Figure 112011030965942-pat00113
Is an observation value for an external expression element of an existing image provided from the GPS / INS 130,
Figure 112011030965942-pat00114
Is the observed value for the external expression element of the new image provided from GPS / INS 130,
Figure 112011030965942-pat00115
Denotes a collinear conditional equation with a partial derivative of the unknown vector. Subscript 1 represents the relationship with the existing unknown vector and 2 represents the unknown vector.
Figure 112011030965942-pat00116
Is a simple design matrix for the external expression elements and ground point coordinates of the existing image,
Figure 112011030965942-pat00117
Is the design matrix for the unknown vector of the new image.
Figure 112011030965942-pat00118
And
Figure 112011030965942-pat00119
Is the coordinates of the external expression elements and ground points of the existing image,
Figure 112011030965942-pat00120
And
Figure 112011030965942-pat00121
Is an unknown vector as candidate coordinates and ground point coordinates of a new image.
Figure 112011030965942-pat00122
Is an error vector, subscript 1 indicates a relationship with an existing image, and subscript 2 indicates a relationship with a new image. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 영상의 개수가 임계 영상 개수 이상인 경우,If the number of images is equal to or greater than the number of threshold images, 관측방정식에 포함되어 있는 요소를 그룹화하여 치환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.Grouping and substituting the elements included in the observation equation; High-speed image geo-reference method further comprising. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 치환하는 단계는, The step of replacing, 하기 수학식과 같이 치환하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.A high speed image georeferencing method characterized in that the substitution as shown in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00123
Figure 112011030965942-pat00123
 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 지오레퍼런싱하는 단계는,The georeferenced step, 하기 수학식과 같이 상기 기존 영상의 외부표정요소와 지상점 좌표를 갱신하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.A high speed image geo-referencing method comprising updating an external expression element and ground point coordinates of the existing image as in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00124
Figure 112011030965942-pat00124
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00125
,
Figure 112011030965942-pat00126
이고,
Figure 112011030965942-pat00127
이다.here,
Figure 112011030965942-pat00125
,
Figure 112011030965942-pat00126
ego,
Figure 112011030965942-pat00127
to be. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 지오레퍼런싱하는 단계는,The georeferenced step, 하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 외부표정요소와 지상점 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 방법.A high speed image geo-referencing method characterized in that the external expression element and the ground point coordinates of the new image are determined as in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00128
Figure 112011030965942-pat00128
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00129
및
Figure 112011030965942-pat00130
이다.here,
Figure 112011030965942-pat00129
And
Figure 112011030965942-pat00130
to be. 특정 지역을 촬영한 촬영장치로부터 수신된 영상 중 공액점의 관측값을 추출하는 것으로서, 새 영상이 추가되면, 상기 새 영상의 영상좌표계 상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 제1 관측값(y21), 상기 기존 영상의 영상좌표계 상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제2 관측값(y12) 및 상기 새 영상의 영상좌표계 상에서의 상기 새 영상의 공액점에 대한 제3 관측값(y22)을 추출하는 공액점 추출부;Extracting an observation value of a conjugate point from an image received from a photographing apparatus photographing a specific region, and when a new image is added, a first observation value y 21 of the conjugate point of the existing image on the image coordinate system of the new image; Extracting a second observation value y 12 of the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the existing image and a third observation value y 22 of the conjugate point of the new image on the image coordinate system of the new image Conjugate point extracting unit; 상기 공액점의 관측값과 상기 촬영장치 내의 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로부터 수신된 외부표정요소의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함된 관측방정식(oservation equation)을 설정하는 관계 설정부; 및An observation equation including a candidate external expression element and candidate ground point coordinates using the observation value of the conjugate point and the observation value of the external expression element received from the Global Positioning System / Inertial Navigation System (GPS / INS) in the photographing apparatus. a relationship setting unit for setting an equation; And 상기 관측방정식에서 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 상기 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표로 결정하고, 상기 결정된 외부표정요소 및 지상점 좌표를 상기 영상에 할당함으로써 상기 영상을 지오레퍼런싱하는 지오레퍼런싱부By determining candidate external expression elements and candidate ground point coordinates when the error is minimum in the observation equation as external expression elements and ground point coordinates of the image, and assigning the determined external expression elements and ground point coordinates to the image. Geo-reference unit for geo-referenced the image 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.High speed image geo-referencing device comprising a. 삭제delete 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 관계 설정부는,The relationship setting unit, 상기 기존 영상의 외부표정요소, 상기 기존 영상의 지상점 좌표, 상기 제1 내지 제3 관측값 및 상기 새 영상의 외부표정요소에 대한 관측값을 이용하여 관측 방정식을 설정하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.A high speed image comprising setting an observation equation using an external expression element of the existing image, a ground point coordinate of the existing image, observation values of the first to third observation values, and the external expression element of the new image. Georeferenced device. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 관측 방정식은 하기 수학식과 같은 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.The observation equation is a high speed image geo-referenced device, characterized in that the following equation.
Figure 112011030965942-pat00134
Figure 112011030965942-pat00134
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00135
은 기존 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112011030965942-pat00136
는 현재 영상좌표계상에서의 기존 영상의 공액점에 대한 관측값,
Figure 112011030965942-pat00137
는 기존 영상좌표계상에서의 새 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값 및
Figure 112011030965942-pat00138
는 현재 영상좌표계상에서의 새 영상의 추가로 인해 새롭게 생긴 공액점에 대한 관측값이다.
Figure 112011030965942-pat00139
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 기존 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이고,
Figure 112011030965942-pat00140
은 GPS/INS(130)로부터 제공된 새 영상의 외부표정요소에 대한 관측값이며,
Figure 112011030965942-pat00141
은 공선 조건식을 미지수 벡터에 대해 편미분한 설계행렬로 아래첨자 1은 기존 미지수벡터와의 관계를, 2는 추가된 미지수벡터와의 관계를 나타낸다.
Figure 112011030965942-pat00142
은 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표에 대한 편미분한 설계행렬이고,
Figure 112011030965942-pat00143
는 새 영상의 미지수 벡터에 대한 설계 행렬이다.
Figure 112011030965942-pat00144
및
Figure 112011030965942-pat00145
는 기존 영상의 외부표정요소 및 지상점 좌표이고,
Figure 112011030965942-pat00146
및
Figure 112011030965942-pat00147
는 새 영상의 후보 외부표정요소 및 지상점 좌표로서 미지수 벡터라고 한다.
Figure 112011030965942-pat00148
는 오차 벡터로서, 아래첨자 1은 기존 영상과의 관계, 아래 첨자 2는 새 영상과의 관계를 나타낸다.here,
Figure 112011030965942-pat00135
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the existing image coordinate system,
Figure 112011030965942-pat00136
Is the observed value for the conjugate point of the existing image in the current image coordinate system,
Figure 112011030965942-pat00137
Is the observation of the newly-conjugated point resulting from the addition of a new image in the existing image coordinate system, and
Figure 112011030965942-pat00138
Is the observation of the newly-conjugated point due to the addition of a new image in the current image coordinate system.
Figure 112011030965942-pat00139
Is an observation value for an external expression element of an existing image provided from the GPS / INS 130,
Figure 112011030965942-pat00140
Is the observed value for the external expression element of the new image provided from GPS / INS 130,
Figure 112011030965942-pat00141
Denotes a collinear conditional equation with a partial derivative of the unknown vector. Subscript 1 represents the relationship with the existing unknown vector and 2 represents the unknown vector.
Figure 112011030965942-pat00142
Is a simple design matrix for the external expression elements and ground point coordinates of the existing image,
Figure 112011030965942-pat00143
Is the design matrix for the unknown vector of the new image.
Figure 112011030965942-pat00144
And
Figure 112011030965942-pat00145
Is the coordinates of the external expression elements and ground points of the existing image,
Figure 112011030965942-pat00146
And
Figure 112011030965942-pat00147
Is an unknown vector as candidate coordinates and ground point coordinates of a new image.
Figure 112011030965942-pat00148
Is an error vector, subscript 1 indicates a relationship with an existing image, and subscript 2 indicates a relationship with a new image. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 관측방정식에 포함되어 있는 요소를 그룹화하여 치환하는 치환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.The high-speed image georeferenced apparatus, further comprising a substitution unit for substituting by grouping the elements included in the observation equation. 제 14항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 치환부는,The substitution part, 하기 수학식과 같이 치환하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.A high speed image georeferenced device, characterized in that the substitution as shown in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00149
Figure 112011030965942-pat00149
 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 지오레퍼런싱부는,The georeferencing unit, 하기 수학식과 같이 상기 기존 영상의 외부표정요소와 지상점 좌표를 갱신하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.The high-speed image geo-referencing device, characterized in that for updating the external expression element and the ground point coordinates of the existing image as shown in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00150
Figure 112011030965942-pat00150
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00151
,
Figure 112011030965942-pat00152
이고,
Figure 112011030965942-pat00153
이다.here,
Figure 112011030965942-pat00151
,
Figure 112011030965942-pat00152
ego,
Figure 112011030965942-pat00153
to be. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 지오레퍼런싱부는,The georeferencing unit, 하기 수학식과 같이 상기 새 영상의 외부표정요소와 지상점 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 고속 영상 지오레퍼런싱 장치.A high speed image geo-referencing apparatus, characterized in that for determining the external expression element and the ground point coordinates of the new image as shown in the following equation.
Figure 112011030965942-pat00154
Figure 112011030965942-pat00154
 여기서,
Figure 112011030965942-pat00155
및
Figure 112011030965942-pat00156
이다.here,
Figure 112011030965942-pat00155
And
Figure 112011030965942-pat00156
to be.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050097618A (en) * 2004-04-02 2005-10-10 한진정보통신(주) System and method for making digital map using gps and ins

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