KR101150901B1 - An automatic segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite imagery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법에 관한 것으로, (a) 위성에서 제공되는 다중분광영상과 흑백영상이 입력자료로 메인 메모리에 입력되고, 상기 두 영상을 이용한 융합영상의 제작이 그램슈미트 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와; (b) 융합영상의 에지정보 보존은 수정된 최대 동질성 인접 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고, 다중분광영상의 모든 밴드정보를 통합한 에지정보가 추출되며, 텍스처 정보는 전도확률블럭차 알고리즘이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하여 추출되는 단계와; (c) 융합영상과 에지영상이 일정한 블록으로 나누어지고, 각 블록에 대하여 균질지수가 계산되며, 상기 균질지수 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치가 초기시드 포인트로 선택되어지되, 상기 초기시드 포인트의 선택 과정은 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와; (d) 초기시드 포인트와 MSRG 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 영상분할이 수행되는 단계, 및 (e) 초기 분할된 영상을 영역병합하기 위해 영역인접그래프 자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 분할된 영상으로부터 영역병합된 영상이 생성되는 단계로 구성됨으로써, 다양한 고해상도 위성영상의 객체기반 분석을 위한 효과적인 분할 영상을 생성할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an automatic image segmentation method for object-based analysis using satellite images, the method comprising: (a) inputting a multispectral image and a monochrome image provided by a satellite into a main memory as input data; In which a program in a main memory including a Gram-Schmidt technique is used; (b) preservation of the edge information of the fusion image is performed using a program in the main memory including the modified maximum homology proximity technique, edge information combining all the band information of the multispectral image is extracted, Extracting a program using a program in a main memory including a difference algorithm; (c) the fusion image and the edge image are divided into a predetermined block, a homogeneity index is calculated for each block, a center position of a block having the homogeneity index value of a specific value or more is selected as an initial seed point, A step of performing a selection process using a program in the main memory; (d) performing an initial image segmentation using a program in a main memory including an initial seed point and an MSRG technique; and (e) performing an iterative region merging process based on an area adjacency graph data structure And generating an area-merged image from the initially divided image by using the program in the main memory, which is included in the main memory. Thus, an effective divided image for object-based analysis of various high resolution satellite images can be generated.

Description

위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법 {An automatic segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite imagery}[0001] The present invention relates to an automatic segmentation method for object-based analysis using satellite images,

본 발명은 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 고해상도 위성영상의 객체기반 분석을 위한 효과적인 분할 영상을 생성할 수 있는, 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an automatic image segmentation method for object-based analysis using satellite images, and more particularly, to an object-based analysis method for generating effective segment images for object-based analysis of various high resolution satellite images The present invention relates to an automatic image segmentation method.

일반적으로 영상의 공간해상도가 증가함에 따라 같은 개체라 할지라도 다양한 분광적 특성을 나타내고, 또한 공간적으로 상이한 형태를 보이기 때문에 고해상도 위성영상에서 의미 있는 정보를 추출하기 위해서는 기존의 중?저 해상도 영상처리 기법으로 많이 사용되어진 화소기반(pixel-based) 기법의 직접적인 적용은 무리가 있는 게 사실이다. 이를 보완하기 위해, 분류에 앞서 영상분할 과정을 통해 동일한 특성을 가지는 화소들을 객체(object) 혹은 세그먼트(Segment) 단위로 구분하고, 이들 객체의 특성정보를 고려하여 분류를 수행하는 객체 기반(Object-based)방법이 고해상도 영상에 적합한 분류방법으로 대두되고 있다. 이러한 객체 기반 분류방법의 경우, 영상분할과정을 통해 생성된 객체정보들의 정확도가 분류결과에 직접적인 영향을 주기 때문에 영상분할 과정은 객체기반 분류에 있어 매우 중요한 전처리 과정이라 할 수 있다.Generally, as the spatial resolution of an image increases, it exhibits various spectral characteristics even in the same object. In addition, since it has a spatially different shape, in order to extract meaningful information from a high resolution satellite image, It is true that the direct application of the pixel-based technique, which has been widely used, is unreasonable. In order to compensate for this problem, it is necessary to classify the pixels having the same characteristics in the image segmentation process prior to classification into an object or a segment, and to classify the objects based on the characteristic information of the objects, based method has emerged as a suitable classification method for high resolution images. In the case of the object-based classification method, since the accuracy of the object information generated through the image segmentation process directly affects the classification result, the image segmentation process is a very important preprocessing process in object-based classification.

영상분할은 주어진 영상을 그 영상의 구성요소나 물체들의 집합으로 분리하는 작업을 말한다. 각 영역(Region)은 동질성(Homogeneity)과 연결성(Connectivity)을 만족시켜야 하며, 모든 분할된 영역의 합은 전체 영상을 구성하게 된다. 영상분할 방법은 크게 히스토그램기반 방법과 에지기반 방법(Edge-based approach) 그리고 영역기반 방법(Region-based approach)들로 나뉠 수 있는데, 히스토그램기반 기법들은 영상의 복잡도가 높은 위성영상에 적용하기에는 적합하지 않으며 에지기반 방법들은 기본적으로 영상의 에지정보만을 이용하기 때문에 영역의 연결성을 유지하기 위한 복잡한 후처리과정이 필요하다. 이에 위성영상에 적용된 영상분할 알고리즘은 주로 영역기반 방법에 기초를 두고 있으며, 그 중 대표적으로 유역(Watershed) 분할 알고리즘이 위성영상에 현재 활발히 적용되고 있다. 하지만 유역분할 알고리즘을 이용한 방법들은 기본적으로 영상의 에지정보만을 사용하기 때문에 분할의 정확도가 사용한 에지정보에 민감할 뿐 아니라 알고리즘의 특성상 위성영상의 다중분광 정보를 고려하지 못한다.Image segmentation refers to the task of separating a given image into its constituent elements or a set of objects. Each region must satisfy the homogeneity and connectivity, and the sum of all the divided areas constitutes the whole image. The image segmentation method can be divided into histogram-based approach, edge-based approach and region-based approach. Histogram-based techniques are suitable for application to satellite images with high image complexity. Since the edge-based methods use only the edge information of the image basically, a complicated post-processing process is required to maintain the connectivity of the area. Image segmentation algorithm applied to satellite image is mainly based on area based method, and watershed segmentation algorithm is actively applied to satellite image. However, since the method using the watershed segmentation algorithm basically uses only the edge information of the image, the accuracy of the segmentation is not only sensitive to the edge information used but also does not consider the multispectral information of the satellite image due to the characteristics of the algorithm.

종래에 원격탐사 분야의 대부분의 응용프로그램에서 제공되는 위성영상 분할방법을 살펴보면, 영상을 화면상에 출력하여 분석자의 시각적인 판단에 의존하여 관심 객체에 시드(Seed)점을 부여한 후 영역을 확장시켜 나가는 반자동 기법과 주어진 영상에 히스토그램을 만들고 사용자가 임계치(Thresholding)를 결정하여 영상을 분할하는 단순한 방법을 제공하고 있는 실정이다.
Conventionally, in a satellite image segmentation method provided in most application programs in the remote sensing field, an image is output on a screen to give a seed point to an object of interest depending on a visual judgment of an analyst, In this paper, we propose a simple method of segmenting images by creating a histogram on a given image and determining the thresholding by the user.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고해상도 위성영상의 효과적인 사용을 위하여 영상의 다양한 특성정보를 이용한 위성영상 분할 방법론을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a satellite image segmentation method using various characteristic information of an image for effective use of a high resolution satellite image.

특히, 본 발명은 영역기반 영상 분할 방법에서 나타나는 초기 시드 포인트의 선택 및 방식에 따른 분할결과에 미치는 영향을 최소화시키는 문제, 영상분할 단계에서 입력영상의 다양한 특성정보(분광, 에지, 텍스처)를 통합시키는 문제, 초기 영상분할의 과분할(Over-segmentation)문제를 해결하고자 한다.
Particularly, the present invention minimizes the influence on the selection result of the initial seed point and the division result according to the method appearing in the region-based image segmentation method, and integrates various characteristic information (spectroscopic, edge, texture) And over-segmentation of the initial image segmentation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention,

(a) 위성에서 제공되는 다중분광영상과 흑백영상이 입력자료로 메인 메모리에 입력되고, 상기 두 영상을 이용한 융합영상의 제작이 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;(a) Multispectral images and monochrome images provided by satellites are input to the main memory as input data, and a fusion image using the two images is generated using a program in the main memory including a Gram-Schmidt technique ;

(b) 상기 단계(a)의 융합영상의 에지정보 보존은 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정된 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고, 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보가 추출되며, 텍스처 정보는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities)알고리즘이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하여 흑백영상에서 추출되는 단계와;(b) preserving edge information of the fused image of step (a) is performed using a program in a main memory including a modified maximum homogeneity neighbors technique capable of considering multidimensional data, and entropy-based multi-spectroscopy Edge information combining all the band information of the multispectral image is extracted using the edge extraction operator and the texture information is extracted using a program in the main memory including the Block Difference of Inverse Probabilities algorithm Extracting from a monochrome image;

(c) 상기 단계(b)를 거친 융합영상과 에지영상이 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누어지고, 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)가 계산되며, 상기 균질지수 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치가 초기시드 포인트로 선택되어지되, 상기 초기시드 포인트의 선택 과정은 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;(c) dividing the fusion image and the edge image through the step (b) into blocks of a size designated by the user, and calculating a homogeneity index generated by integrating the spectral information and the edge information in each block for each block A center position of a block having the homogeneity index value of a specific value or more is selected as an initial seed point, the selection of the initial seed point is performed using a program in the main memory;

(d) 상기 단계(c)에서의 초기시드 포인트와 MSRG 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 영상분할이 수행되는 단계, 및(d) performing an initial image segmentation using a program in a main memory including an initial seed point and an MSRG technique in step (c); and

(e) 상기 단계(d)의 초기 분할된 영상을 영역병합하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 분할된 영상으로부터 영역병합된 영상이 생성되는 단계로 구성되는 것을 그 기본 특징으로 한다.
(e) analyzing an initial segmented image using a program in a main memory including an iterative region merging process based on a Region Adjacency Graph (RAG) data structure for region merging of the initially segmented image of the step (d) And a step of generating an area-merged image.

이상에서 살펴본, 본 발명인 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법은 다양한 고해상도 위성영상의 객체기반 분석을 위한 효과적인 분할 영상을 생성할 수 있는 효과가 있다.The automatic image segmentation method for object-based analysis using the satellite image according to the present invention has the effect of generating an effective segment image for object-based analysis of various high resolution satellite images.

특히, 본 발명에서는 영역기반 영상 분할 방법에서 나타나는 초기 시드 포인트의 선택 및 방식에 따른 분할결과에 미치는 영향을 최소화시키고, 영상분할 단계에서 입력영상의 다양한 특성정보(분광, 에지, 텍스처)를 통합시키며, 초기 영상분할의 과분할(Over-segmentation)문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
Particularly, the present invention minimizes the influence of the selection of the initial seed point and the division result according to the method in the region-based image segmentation method, and integrates various characteristic information (spectroscopic, edge, texture) of the input image in the image segmentation step , And over-segmentation problem of the initial image segmentation can be solved.

도 1 은 본 발명에 따른 과정의 개략적인 블록도를 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 자료 입력 및 전처리 단계를 나타낸 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 자동 초기시드 포인트 생성 단계를 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 초기 영상분할을 수행하는 단계를 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 영역병합 단계를 나타낸 도면.
도 6 은 도 4 및 도 5를 이용하여 초기 영상분할과 영역병합의 일실시예를 나타낸 도면.
1 shows a schematic block diagram of a process according to the invention;
FIG. 2 illustrates data input and preprocessing steps in accordance with the present invention. FIG.
3 is a diagram illustrating an automatic initial seed point generation step according to the present invention.
Figure 4 illustrates performing initial image segmentation in accordance with the present invention.
5 illustrates the merging of regions according to the present invention.
FIG. 6 illustrates an embodiment of an initial image segmentation and region merging using FIGS. 4 and 5. FIG.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 영상 분할 방법은 영역기반 분할 방법의 일반적인 접근법에 의거하여 영상분할에 앞서 영상품질 개선 및 분할에 필요한 특성(feature)정보 추출하는 전처리 단계, 영상 내에 의미 있는 초기 시드(Seed) 포인트 추출단계, 추출된 시드 포인트로부터 공간/분광 특성에 기반한 초기 영상분할 단계, 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계로 분해하고 각 단계별로 대응되는 방법론을 통하여 영상 내에서 특성정보를 추출하여 적용한다.The image segmentation method of the present invention includes a preprocessing step of extracting feature information necessary for image quality improvement and segmentation prior to image segmentation based on a general approach of a region-based segmentation method, a step of extracting a meaningful initial seeded point An initial image segmentation step based on the spatial / spectral characteristics from the extracted seed point, and an area merging step for improving the initial image segmentation result, and extracts and applies characteristic information in the image through the corresponding methodology for each step.

도 1은 상기 발명의 구성을 바탕으로 제안하는 과정의 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 다중분광 영상(10)과 고해상도 흑백영상(20)의 두 영상 데이터의 입력 및 다중분광 영상의 공간해상도 향상을 위한 영상융합과정 및 전처리 단계(100), 영상분할 단계의 입력값으로 사용되는 초기시드 포인트 생성단계(200), 추출된 시드 포인트를 이용한 초기 영상분할을 수행하는 단계(300), 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합을 수행하는 단계(400)와 각각의 과정에서 사용되는 방법론으로 구성된다. 이들 단계별 목적은 아래와 같다.
1 is a schematic block diagram of a proposed process based on the configuration of the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention includes an image fusion process and a pre-processing step (100) for inputting two image data of a multispectral image (10) and a high resolution monochrome image (20) An initial seed point generation step 200 used as an input value of the segmentation step, an initial image segmentation using an extracted seed point 300, a region merging 400 for improving an initial image segmentation result, And the methodology used in each process. These step-by-step objectives are as follows.

(100) 자료 입력 및 전처리 단계 : 고해상도 흑백영상과 다중분광영상을 동시에 제공하는 지오아이(Geoeye-1), 아이코노스(IKONOS-2), 퀵버드(Quickbird-2) 등과 같은 위성영상들의 효과적인 사용을 위하여 다중분광데이터의 공간해상도를 강제적으로 증가시키는 영상융합과정과 영상의 대비(Contrast)향상을 위한 전처리 과정을 수행한다. 또한 영상분할 단계에서 특성정보로 사용되어지는 에지정보와 텍스처(Texture) 정보를 생성한다.(100) Data input and preprocessing stage: Effective use of satellite images such as Geoeye-1, IKONOS-2 and Quickbird-2 which provide high-resolution monochrome and multispectral images at the same time The image fusion process for forcibly increasing the spatial resolution of the multispectral data and the preprocessing process for improving the contrast of the image are performed. Also, edge information and texture information used as characteristic information are generated in the image segmentation step.

(200) 자동 초기시드 포인트 생성 단계 : 상기 전처리과정을 통해 처리된 고해상도 다중분광영상의 분광정보와 에지정보를 통합한 균질지수(Homogeneity index)를 바탕으로 영상 전역에서 초기 시드포인트를 자동으로 추출하는 과정을 수행한다.(200) Automatic initial seed point generation step: Automatically extract initial seed points from a whole image based on a homogeneity index that integrates spectral information and edge information of a high-resolution multispectral image processed through the preprocessing process .

(300) 초기 영상분할을 수행하는 단계 : 앞서 추출된 초기시드정보를 이용하여 영상의 분광정보와 에지정보를 동시에 고려할 수 있게 수정 보완된 SRG(Seeded Region Growing, 이하 MSRG)기법을 이용하여 초기 영상분할을 수행한다.(300) Performing the initial image segmentation: Modifying the initial seed image information so that the spectral information and the edge information of the image can be simultaneously considered Using the supplemented SRG (Seeded Region Growing) Perform segmentation.

(400) 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계 : 초기 분할결과는 분할영역이 지나치게 많이 발생하는 과분할(Over-segmentation)문제를 갖는다. 이러한 초기 분할결과를 개선하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph, 이하 RAG) 자료구조에 기반한 영역병합과정을 수행한다.
(400) Area merging step to improve initial image segmentation result: The initial segmentation result has an over-segmentation problem in which a divided region occurs too much. In order to improve the initial segmentation result, a region merging process based on a Region Adjacency Graph (RAG) data structure is performed.

이하에서는 이러한 영상분할 절차를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the image segmentation procedure will be described in detail.

1. 자료 입력 및 전처리 단계1. Data entry and preprocessing steps

고해상도 위성에서 제공하는 두 영상(10,20)은 동일한 좌표를 가지고 있음에도 불구하고 공간해상도 차이로 인하여 다중분광영상(10)의 크기는 흑백영상(20)에 대하여 두 영상간의 공간해상도 차이만큼 작은 영상으로 존재한다. 기존의 고해상도 위성영상을 이용한 대부분의 영상분할 기법들의 경우 해상도가 높은 흑백영상만을 이용하여 영상분할을 수행하여 왔다. 하지만 보다 정확한 영상분할을 위해서는 다중분광데이터의 분광정보 또한 사용하는 것이 바람직하다.Although the two images 10 and 20 provided by the high resolution satellite have the same coordinates, the size of the multispectral image 10 due to the spatial resolution difference is smaller than the spatial resolution difference between the two images with respect to the monochrome image 20 Lt; / RTI > Most of image segmentation methods using existing high resolution satellite images have been performed using only high resolution black and white images. However, it is preferable to use spectroscopic information of multispectral data for more accurate image segmentation.

고해상도 다중분광영상 제작(분광정보 생성)을 위해, 고해상도 위성에서 제공하는 다중분광영상과 흑백영상을 입력자료로 하여 정확도 높은 융합기법으로 알려져 있는 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법을 이용하여 융합영상을 제작한다(101). 여기서, 상기 다중분광영상(10)과 흑백영상(20)은 전처리 과정을 위해 입력자료로 메인 메모리에 입력되어 지고, 융합영상인 고해상도 다중분광영상도 메인 메모리에 저장된다.In order to produce a high-resolution multispectral image (spectral information generation), the Gram-Schmidt technique, which is known as a highly accurate fusion technique using multispectral images and monochrome images provided by high-resolution satellites, (101). Here, the multispectral image 10 and the monochrome image 20 are input to the main memory as input data for the preprocessing process, and the high resolution multispectral image, which is a fusion image, is also stored in the main memory.

한편, 상기 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.The Gram-Schmidt technique is performed by a program stored in the main memory by directly coding an algorithm through a programming language to perform the Gram-Schmidt technique.

1) 에지보존 영상개선 1) Edge preservation image improvement

일반적으로 융합영상의 경우 분광정보가 왜곡되어 융합영상의 색상이 변질되는 문제점을 갖는다. 이러한 문제는 향후 영상분할 단계에서 많은 문제점을 야기하므로 영상을 개선 시켜야 할 필요가 있다. 일반적인 영상 스무딩(Image Smoothing)기법의 경우 에지 영역에 심한 블러링(Blurring)이 발생하여 추후 에지 추출 과정에 영향을 미친다.Generally, in the case of a fusion image, the spectral information is distorted and the color of the fusion image is deteriorated. Such a problem causes many problems in the image segmentation step in the future, so it is necessary to improve the image. In the case of general image smoothing, severe blurring occurs in the edge region, which affects the edge extraction process.

이러한 문제를 해결하기 위해 융합영상의 에지정보를 보존시키면서 다중분광 융합영상을 개선할 수 있도록 기존의 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법을 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정하여 영상개선을 수행한다(102). 이 기법은 오각형 4개, 육각형 4개, 사각형 1개로 구성된 9개의 윈도우 마스크(Window Mask)를 이용하고, 영상개선은 이 9개의 윈도우 마스크 중에서 최대 동질성을 갖는 마스크의 평균분광벡터로 융합영상의 원래의 값을 대체하는 방법이다. 그 구체적인 실행 방법은 다음과 같다.In order to solve this problem, the existing maximum homogeneity neighbors technique is modified to consider multidimensional data in order to improve the multispectral fusion image while preserving the edge information of the fusion image (102 ). This technique uses nine window masks composed of four pentagons, four hexagons, and one rectangle, and the image enhancement is the average spectral vector of the mask having the greatest homogeneity among the nine window masks, Is replaced with a value of. The specific implementation method is as follows.

① 우선 각 윈도우 마스크에 대해 평균 분광벡터(

Figure 112010041440031-pat00001
)를 다음의 수학식 1로 계산한다.First, the average spectral vector (
Figure 112010041440031-pat00001
) Is calculated by the following equation (1).

Figure 112010041440031-pat00002
Figure 112010041440031-pat00002

여기서, N은 사용된 윈도우 마스크의 개수를 나타내고, Sk는 윈도우 영역내에 포함된 화소들의 집합, f(i,j)는 i,j 지점의 화소의 분광벡터, m은 마스크 영역내에 포함된 화소들의 개수를 나타낸다.Here, N denotes the number of window masks used, S k denotes a set of pixels included in the window region, f (i, j) denotes a spectral vector of a pixel at i, j, m denotes a pixel Lt; / RTI >

② 다음의 수학식 2인 분산벡터(V(k))를 이용하여 각 윈도우 마스크 영역에 대한 동질성을 계산하여 분산벡터가 가장 큰 값을 갖는 윈도우 마스크의 평균 분광벡터로 원래의 분광벡터를 대체한다.(2) The homogeneity for each window mask region is calculated using the dispersion vector V (k) shown in Equation 2 and the original spectral vector is substituted for the average spectral vector of the window mask having the largest variance vector .

Figure 112010041440031-pat00003
Figure 112010041440031-pat00003

여기서, f(x,y)는 윈도우 마스크 중심 위치의 분광벡터이다.Here, f (x, y) is a spectral vector at the center position of the window mask.

③ 융합영상의 모든 화소에 대해 ①과②의 과정을 반복한다.(3) Repeat steps (1) and (2) for all pixels of the converged image.

여기서, 상기 영상개선 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.Here, the image enhancement process is performed by a program stored in the main memory by directly coding an algorithm through a program language to perform the image enhancement process with a computer.

2) 다중분광 에지 추출 및 텍스처 정보 생성 2) Multi-spectral edge extraction and texture information generation

영상의 에지정보와 텍스처 정보는 영상의 기하학적인 구조와 공간적 정보를 포함하고 있으므로 초기 시드포인트 추출 및 영상분할 단계에 유용한 정보로 사용될 수 있다.Since the edge information and texture information of the image include the geometric structure and spatial information of the image, it can be used as information useful for the extraction of the initial seed point and the image segmentation step.

에지정보의 경우 일반적으로 고해상도 흑백영상(20)을 이용하여 추출하는데 에지검출 오류와 연속적인 경계선의 일부가 끊기는 문제가 자주 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보를 추출한다(103). 단일 밴드의 특정 윈도우 마스크 영역 안의 엔트로피 측정치(E)는 다음과 수학식 3과 같이 정의된다.Generally, edge information is extracted using a high resolution black and white image (20), and edge detection error and a part of a continuous boundary line are frequently disconnected. To solve this problem, we extract edge information that integrates all band information of multispectral image using entropy-based multi-spectral edge extraction operator (103). The entropy measurement (E) in a particular window mask area of a single band is defined as: < EMI ID = 3.0 >

Figure 112010041440031-pat00004
Figure 112010041440031-pat00004

여기서, ai는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 화소값을 나타내고, pi는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 확률값을 나타낸다. 위의 엔트로피 측정치를 다차원 분광특징공간으로 확장한 결과는 다음의 수학식 4와 같이 개별차원의 엔트로피 측정치들의 선형결합으로 나타내어진다.Here, a i denotes a pixel value of n neighboring pixels existing in the window region, and p i denotes a probability value of n neighboring pixels existing in the window region. The result of extending the above entropy measure to the multidimensional spectral feature space is represented by a linear combination of the entropy measurements of the individual dimensions as:

Figure 112010041440031-pat00005
Figure 112010041440031-pat00005

여기서, bk는 윈도우 중심화소의 화소값을 나타내고 qk는 윈도우 중심화소의 확률값, 그리고 N은 영상의 밴드수를 나타낸다. 상기 에지강도(H)는 0부터 1사이의 값을 갖고 값이 클수록 강한 에지정보를 표현하는 것이고 각각의 화소위치에 할당된다.Here, b k represents the pixel value of the center pixel of the window, q k represents the probability value of the center pixel of the window, and N represents the number of bands of the image. The edge intensity H has a value between 0 and 1. The larger the value, the stronger the edge information is to be represented and assigned to each pixel position.

텍스처 정보의 경우 영상의 에지와 국부적인 특성을 잘 반영하는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities, 수학식 5)알고리즘을 이용하여 고해상도 흑백영상에서 추출하고(104) 각각의 화소위치에 할당된다(도 2).In the case of the texture information, the texture information is extracted from the high-resolution black-and-white image using the block difference inverse probabilities (Equation 5) algorithm that well reflects the edges of the image and the local characteristics (104) (Fig. 2).

Figure 112010041440031-pat00006
Figure 112010041440031-pat00006

여기서, B 는 사용자가 지정한 고정된 블록영역안의 화소들의 집합, f(i,j)은 (i,j)지점에서의 밝기값(intensity), M은 블록사이즈를 나타낸다.Where B is the set of pixels in the fixed block area specified by the user, f (i, j) is the intensity at (i, j) and M is the block size.

또한, 상기 다중분광 에지추출 및 텍스처 정보 생성의 수행도 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
Also, the multi-spectral edge extraction and texture information generation are performed by a program stored in the main memory by directly coding an algorithm through a program language to perform the multi-spectral edge extraction and the texture information generation.

2. 자동 2. Automatic 초기시드Initial seed 포인트 생성 단계 Point creation step

대다수 영역기반의 영상분할 방법과 마찬가지로 본 발명에서 제안한 MSRG 기법 또한 초기시드 포인트의 선택에 따라 다른 분할 결과를 가져올 수 있다. 특히, 초기시드가 칼라의 변화가 심한 에지부분에 놓일 경우, 서로 다른 객체들과 병합될 수 있기 때문에 잘못된 분할결과가 발생될 수 있다. 따라서 MSRG 기법을 통한 성공적인 영상분할을 수행하기 위해서는 영상에서 의미있는 초기시드 포인트를 추출하는 것이 가장 중요하다.Similar to the majority-area-based image segmentation method, the MSRG technique proposed by the present invention can also result in different segmentation results depending on the selection of the initial seed point. Particularly, if the initial seed is placed at the edge portion where the color change is severe, an incorrect division result may occur because it can be merged with different objects. Therefore, in order to perform successful image segmentation through the MSRG technique, it is most important to extract meaningful initial seed points from an image.

자동 초기시드 포인트 추출을 위해, 초기 입력영상(119,129)들을 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누고(201), 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)를 계산하고(202), 이 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치를 초기시드 포인트로 선택한다(219). 여기서 상기 특정값인 임계값의 설정은 전문가의 경험과 주관적인 판단을 바탕으로 설정 가능하지만 다양한 실험결과 0.8~1 사이의 값을 설정했을 때 신뢰할 만한 결과를 도출할 수 있다. 도 3은 이에 대한 자세한 세부과정을 나타낸다.In order to extract the automatic initial seed point, the initial input images 119 and 129 are divided into blocks of a size designated by the user (201), and a homogeneity index generated by integrating the spectral information and the edge information in each block is calculated (202), and the center position of the block whose value is greater than or equal to a specific value is selected as the initial seed point (219). Here, the threshold value can be set based on expert experience and subjective judgment. However, when various values are set between 0.8 and 1, a reliable result can be obtained. FIG. 3 shows a detailed process for this.

초기 M×N 크기의 입력영상을 p×q 크기의 블록으로 나누면 원영상은 m×n(m=[M/p], n=[N/q])개의 블록으로 분할되고 각 블록의 균질 지수는 블록내의 특성(feature)정보들의 정규화된 전체 표준편차(normalized total standard deviation)정보로부터 유도한다. 우선 각 블록 내의 다중분광 이미지정보에 대한 정규화된 전체 표준편차 σNTS 는 다음의 수학식 6과 같이 정의된다.The original image is divided into m × n (m = [M / p], n = [N / q]) blocks and the homogeneity index Derives from the normalized total standard deviation information of the feature information in the block. First, the normalized total standard deviation? NTS for the multispectral image information in each block is defined as the following Equation (6).

Figure 112010041440031-pat00007
Figure 112010041440031-pat00007

여기서, σtotal은 블록내의 밴드별 표준편차의 총합을 나타내고,Here, σ denotes the sum total of each band the standard deviation in the block,

σmax=max(σi) 는 다중분광이미지의 전체 밴드별 표준편차 중 가장 큰 값을 나타낸다. 각 블록 내 에지정보에 대한 정규화된 전체 표준편차 σETS는 다음의 수학식 7과 같이 정의된다.σ max = max (σ i ) represents the largest value among the standard deviations of all bands in the multispectral image. The normalized total standard deviation [sigma] ETS for the edge information in each block is defined as Equation (7).

Figure 112010041440031-pat00008
Figure 112010041440031-pat00008

여기서, σblock은 블록 내의 표준편차, σEdgemap은 에지영상의 전체 표준편차를 각각 나타낸다. 각 블록에 대한 σETS, σNTS는 0 부터 1사이의 값을 갖고, 값이 클수록 해당영역의 불균질의 정도가 높다 할 수 있다.Here, σ block represents a standard deviation within a block , and σ Edgemap represents an overall standard deviation of an edge image, respectively. For each block, σ ETS , σ NTS has a value between 0 and 1, and the larger the value, the higher the degree of heterogeneity of the region.

다중분광 이미지의 분광정보와 에지정보를 통합한 각 블록의 균질지수 HI를 다음의 수학식 8과 같이 정의한다.The homogeneity index HI of each block combining the spectroscopic information and the edge information of the multispectral image is defined as the following Equation (8).

Figure 112010041440031-pat00009
Figure 112010041440031-pat00009

균질지수 HI 또한 0부터 1사이의 값을 갖고, 값이 클수록 해당영역이 균질함을 나타낸다.The homogeneity index HI also has a value between 0 and 1. The larger the value, the more homogeneous the region is.

여기서도, 상기 초기시드 포인트 생성 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
Also, the execution of the initial seed point generation process is performed by a program stored in the main memory by directly coding an algorithm through a programming language to perform the initial seed point generation process.

3. 초기 영상분할을 수행하는 단계3. Performing initial image segmentation

SRG 영상분할은 초기시드 포인트로부터 유사한 성질을 가지는 이웃화소들을 그룹화하여 점차적으로 영역을 병합시켜 나가는 방법으로 전체적인 영역 확장은 모든 화소가 병합기준에 따라 영역들에 포함될 때까지 반복적으로 수행된다. 아담스(Adams,1994)는 SRG 알고리즘 구현에 있어 집합 T의 원소들을 정렬을 위해 단순 연결리스트 구조인 순차적 정렬 리스트(Sequentially Sorted List: SSL)를 자료구조로 사용하였고 이웃하는 화소들과 유사성을 판단하는 기준함수로는 그레이 레벨에서의 화소값의 차이를 이용하였다. 하지만 리스트 자료구조(data structure)인 SSL은 SRG 영역성장의 매 단계마다 발생하는 자료의 삽입 및 정렬시, 메모리 관리가 복잡해지고 자료의 양이 증가할 수록 처리속도가 느려지는 단점을 갖는다.The SRG image segmentation is a method of grouping neighboring pixels having similar properties from the initial seed point and gradually merging the regions. The overall region expansion is repeatedly performed until all the pixels are included in the regions according to the merging criterion. Adams (1994) used a sequential sorted list (SSL) as a data structure for sorting the elements of the set T in the implementation of the SRG algorithm, and judged similarity with neighboring pixels As a reference function, the difference of pixel values at gray level was used. However, SSL, a list data structure, has a disadvantage in that memory management becomes complicated when inserting and sorting data occurring at every stage of SRG region growth, and the processing speed is slower as the amount of data increases.

이러한 문제를 해결하기 위해, 효율적인 메모리 관리와 처리속도 개선을 위해 자료의 우선순위에 중요도에 따라 대기열 안에서의 자료의 위치를 저장 관리하는 자료구조인 우선순위 대기열(priority queue: PQ)을 사용하고, 그 구현에 있어 자료의 삽입 및 삭제 시에 모든 자료의 정렬이 자동으로 이루어지는 특별한 이진 트리 형태인 힙(heap)을 이용한다. 또한 자료의 우선순위를 판단하는 비용함수를

Figure 112010041440031-pat00010
로 설정하고, 단순 밝기값의 차이를 이용하는 기존기법과는 달리 분광정보 뿐 아니라 에지정보를 고려할 수 있도록 다음의 수학식 9와 같이 정의한다.In order to solve this problem, the priority queue (PQ), which is a data structure for storing and managing the location of data in the queue according to the priority of the data, is used for efficient memory management and improvement of the processing speed, The implementation uses a heap, which is a special binary tree type in which all data is automatically sorted when inserting and deleting data. The cost function to determine the priority of the data
Figure 112010041440031-pat00010
And is defined as Equation (9) so as to consider not only spectral information but also edge information, unlike the conventional technique using difference of simple brightness values.

Figure 112010041440031-pat00011
Figure 112010041440031-pat00011

여기서,

Figure 112010041440031-pat00012
Figure 112010041440031-pat00013
는 각각 영역의 평균벡터와 인접한 이웃화소의 벡터를 나타내고, Gc와 Gp는 해당영역의 평균 에지강도와 이웃화소의 에지강도를 나타낸다. 구체적인 실행과정은 아래의 과정, 즉, 도 4와 같고, 도 6의 (b)는 상기 방법론이 실제 자료에 적용되었을 때의 예시를 보여준다.here,
Figure 112010041440031-pat00012
Wow
Figure 112010041440031-pat00013
Where G c and G p represent the average edge intensity of the corresponding region and the edge strength of neighboring pixels, respectively. The concrete procedure is shown in the following process, that is, as shown in FIG. 4, and FIG. 6 (b) shows an example when the methodology is applied to actual data.

① 모든 초기시드포인트를 우선순위 대기열에 삽입Insert all initial seed points into the priority queue

② 우선순위 대기열에서 비용함수

Figure 112010041440031-pat00014
가 가장 낮은 초기시드포인트 데이터를 추출② Cost function in priority queue
Figure 112010041440031-pat00014
Extracts the lowest initial seed point data

③ 상기 ②번에서 추출한 초기시드포인트 데이터 영역할당여부를 체크하고 영역정보(분광, 에지)갱신(3) Check whether or not the initial seed point data area extracted in (2) is allocated and update the area information (spectroscopic edge)

④ 상기 ②번에서 추출된 초기시드포인트 데이터와 인접한 8방향의 화소들에 대해 비용함수

Figure 112010041440031-pat00015
를 계산하여 다시 우선순위 대기열에 삽입(4) For the 8-directional pixels adjacent to the initial seed point data extracted in (2) above, the cost function
Figure 112010041440031-pat00015
Into the priority queue again

⑤ 우선순위 대기열이 공집합이 될 때 까지 ②-④과정을 반복 ⑤ Repeat steps ②-④ until the priority queue becomes empty.

한편, 상기 MSRG 과정을 수행한 초기영상분할결과는 초기시드포인트 개수와 같은 수의 영역들로 전체 영상이 분할되므로 도 6의 (b)에서 볼 수 있듯이 과분할 문제를 가지고 있고, 상기 MSRG 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
Meanwhile, since the initial image segmentation result obtained by performing the MSRG process is divided into the same number of regions as the initial seed points, the MSRG process has a problem of overdrawing as shown in FIG. 6 (b) The execution is performed by a program stored in the main memory by coding the algorithm directly through the program language to perform it with the computer.

4. 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계4. Region merging step to improve initial image segmentation result

MSRG 기반의 초기영상분할 결과는 여전히 분할영역이 지나치게 많이 발생하는 과분할 (over-segmentation)문제를 갖는다. 이러한 초기 영상분할 결과를 개선하기 위해 본 발명에서는 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정을 이용하여 최종분할 결과 영상(초기 분할된 영상으로부터 영역병합된 영상)을 생성한다. 영역인접 그래프 자료구조는 그래프 노드(graph node)에 분할된 영역을 할당하고 그래프 에지(graph edge)에 인접한 두 분할영역 사이의 상이함을 나타내는 비용을 할당하는 가중치 그래프이다. 인접한 두 영역 사이의 상이함을 나타내는 비용(수학식 10)을 분광정보와 텍스처 정보를 통합하여 계산하고 그 값을 에지에 할당한다.The initial image segmentation result based on MSRG still has an over-segmentation problem in which an excessive number of partitions occur. In order to improve the initial image segmentation result, the present invention generates a final segmentation result image (region-merged image from the initially segmented image) using the iterative region merging process based on the Region Adjacency Graph (RAG) data structure do. The area adjacency graph data structure is a weight graph that allocates a divided area to a graph node and assigns a cost indicating the difference between two adjacent areas on the graph edge. The cost (Equation 10) representing the difference between two adjacent areas is calculated by integrating the spectral information and the texture information, and the value is assigned to the edge.

Figure 112010041440031-pat00016
Figure 112010041440031-pat00016

여기서 CD(Ri,Rj)는 영역 Ri 와 Rj간의 평균 분광벡터의 차이를 반영하는 함수, TD(Ri,Rj)은 영역 Ri 와 Rj 간의 텍스처 강도 차이를 반영하는 함수를 나타내고 N은 영상의 밴드수를 나타낸다. CD(Ri,Rj)와 TD(Ri,Rj) 값의 변동(variation)을 조절하기 위해 데이터 정규화과정을 수행하였기 때문에 Hf(Ri,Rj)값의 범위는 0~1사이의 값을 갖는다.Where CD (R i , R j ) is the area R i And R average spectral vector function, TD, which reflects the difference between j (R i, R j) is a region R i And R j And N represents the number of bands in the image. Since the data normalization process is performed to adjust the variation of the values of CD (R i , R j ) and TD (R i , R j ), the range of Hf (R i , R j ) Lt; / RTI >

인접영역의 병합조건의 임계치를 설정하여 임계치보다 작은 영역들에 대해 Hf(Ri,Rj) 가 최소가 되는 인접영역으로 병합을 수행한다. 임계치 설정은 다양한 실험결과 0.3 이하의 값에서 신뢰할 만한 결과를 도출하지만 전문가의 경험에 의하여 설정가능하다. 매 영역병합 수행 후 결합된 영역과 연결된 모든 에지의 비용 및 RAG 정보를 갱신하고 더 이상 병합이 발생하지 않을 때까지 반복하여 최종분할 영상을 제작한다. 구체적인 실행과정은 아래의 과정, 즉, 도 5와 같고, 도 6의 (c)는 상기 방법론이 실제 자료에 적용되었을 때의 예시를 보여준다.The threshold value of the merge condition of the adjacent region is set and the merge is performed to the adjacent region where Hf (R i , R j ) is minimum for the regions smaller than the threshold value. Threshold settings can yield reliable results at values below 0.3 in a variety of experiments, but can be set by expert experience. After merging each region, update the cost and RAG information of all edges connected to the merged region, and repeat the process until the merging no longer occurs. The concrete procedure of execution is as follows, that is, as shown in FIG. 5, and FIG. 6 (c) shows an example when the methodology is applied to actual data.

① 초기 영상분할결과를 이용한 RAG의 작성① Creation of RAG using initial image segmentation result

② 영역별 평균분광벡터와 텍스처 강도 계산② Average spectral vector and texture intensity calculation by region

③ RAG를 통한 영역 Ri 의 모든 인접영역 선택③ Select all adjacent areas of area R i through RAG

④ 분광벡터와 텍스처 정보를 통합한 측정지수 Hf(Ri,Rj)에 의한 영역 Ri과 인접영역사이의 병합여부 결정④ Determine whether the region R i and the neighboring region are merged by the measurement index Hf (R i , R j ) that integrates the spectral vector and the texture information

⑤ 영역 Ri과 병합되는 영역 Rj가 존재할 경우 다음의 정보를 갱신⑤ if present, the region R i and R j are merged area updates the following information:

- 영역 Rj의 인접영역정보를 영역 Ri의 인접영역정보에 추가- Adds the neighboring region information of the region R j to the neighboring region information of the region R i

- 영역 Ri및 Rj의 평균분광벡터를 평균하여 영역 Ri의 평균분광벡터와 텍스처 강도 갱신- averaging the average spectral vectors of the regions R i and R j to update the average spectral vector and the texture intensity of the region R i

⑥ 영역 Rj의 인접영역을 삭제⑥ Delete the adjacent region of the region R j

⑦ 초기 분할된 영상의 각각의 영역에 대해 ③-⑥번 과정을 반복⑦ Repeat steps ③-⑥ for each region of the initially segmented image

⑧ 영역병합이 더 이상 발생하지 않을 때까지 ③-⑦번 과정을 반복⑧ Repeat steps ③-⑦ until area merging no longer occurs

또한, 상기 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.In addition, the execution of the above process is performed by a program stored in the main memory by directly coding the algorithm through the program language to perform the process with a computer.

상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. You will be able to make various changes without departing.

Claims (6)

(a) 위성에서 제공되는 다중분광영상과 흑백영상이 입력자료로 메인 메모리에 입력되고, 상기 두 영상을 이용한 융합영상의 제작이 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;
(b) 상기 단계(a)의 융합영상의 에지정보 보존은 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정된 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고, 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보가 추출되며, 텍스처 정보는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities)알고리즘이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하여 흑백영상에서 추출되는 단계와;
(c) 상기 단계(b)를 거친 융합영상과 에지영상이 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누어지고, 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)가 계산되며, 상기 균질지수 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치가 초기시드 포인트로 선택되어지되, 상기 초기시드 포인트의 선택 과정은 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;
(d) 상기 단계(c)에서의 초기시드 포인트와 MSRG 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 영상분할이 수행되는 단계, 및
(e) 상기 단계(d)의 초기 분할된 영상을 영역병합하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 분할된 영상으로부터 영역병합된 영상이 생성되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
(a) Multispectral images and monochrome images provided by satellites are input to the main memory as input data, and a fusion image using the two images is generated using a program in the main memory including a Gram-Schmidt technique ;
(b) preserving edge information of the fused image of step (a) is performed using a program in a main memory including a modified maximum homogeneity neighbors technique capable of considering multidimensional data, and entropy-based multi-spectroscopy Edge information combining all the band information of the multispectral image is extracted by using the edge extraction operator. The texture information is extracted by using a program in the main memory including the Block Difference of Inverse Probabilities algorithm Extracting from a monochrome image;
(c) dividing the fusion image and the edge image through the step (b) into blocks of a size designated by the user, and calculating a homogeneity index generated by integrating the spectral information and the edge information in each block for each block A center position of a block having the homogeneity index value of a specific value or more is selected as an initial seed point, the selection of the initial seed point is performed using a program in the main memory;
(d) performing an initial image segmentation using a program in a main memory including an initial seed point and an MSRG technique in step (c); and
(e) analyzing an initial segmented image using a program in a main memory including an iterative region merging process based on a Region Adjacency Graph (RAG) data structure for region merging of the initially segmented image of the step (d) And generating an area-merged image. The method of claim 1,
제 1 항에 있어서,
상기 단계(b)의 수정된 최대 동질성 인접 기법은
(f) 오각형 4개, 육각형 4개, 사각형 1개로 구성된 9개의 각 윈도우 마스크에 대해 다음의 수학식이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 평균 분광벡터(
Figure 112011102447475-pat00017
)가 계산되는 단계와;
Figure 112011102447475-pat00018

(여기서, N은 사용된 윈도우 마스크의 개수, Sk는 윈도우 영역내에 포함된 화소들의 집합, f(i,j)는 i,j 지점의 화소의 분광벡터, m은 마스크 영역내에 포함된 화소들의 개수)
(g) 다음의 수학식이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 분산벡터(V(k))가 가장 큰 값을 갖는 윈도우 마스크의 평균 분광벡터로 융합영상의 원래의 분광벡터가 대체되는 단계, 및
Figure 112011102447475-pat00019

(여기서, f(x,y)는 윈도우 마스크 중심 위치의 분광벡터)
(h) 상기 단계(f)와 (g)가 융합영상의 모든 화소에 대해 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method according to claim 1,
The modified maximum homogeneous proximity scheme of step (b)
(f) For each of the nine window masks consisting of four pentagons, four hexagons, and one rectangle, the average spectral vector (
Figure 112011102447475-pat00017
≪ / RTI >
Figure 112011102447475-pat00018

(Where, N is the number of window masks used, S k is the set of pixels contained in the window region, f (i, j) is the spectral vector of the pixel at i, j, Count)
(g) replacing the original spectral vector of the fusion image with an average spectral vector of the window mask having the largest value of the variance vector (V (k)) using a program in main memory,
Figure 112011102447475-pat00019

(Where f (x, y) is the spectral vector at the window mask center position)
(h) repeating steps (f) and (g) for all pixels of the fusion image.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(b)의 에지 정보 추출은 다음의 수학식, 즉,
Figure 112011102447475-pat00020
(여기서, H는 에지강도, bk는 윈도우 중심화소의 화소값, qk는 윈도우 중심화소의 확률값, 그리고 N은 영상의 밴드수,
Figure 112011102447475-pat00021
, ai는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 화소값, pi는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 확률값)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고,
텍스처 정보의 추출은 다음의 수학식, 즉,
Figure 112011102447475-pat00022
(여기서, BDIP는 전도확률블럭차, B 는 사용자가 지정한 고정된 블록영역안의 화소들의 집합, f(i,j)은 (i,j)지점에서의 밝기값(intensity), M은 블록사이즈)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method according to claim 1,
The edge information extraction of step (b) may be performed using the following equation:
Figure 112011102447475-pat00020
(Where H is the edge intensity, b k is the pixel value of the window center pixel, q k is the probability value of the window center pixel, and N is the number of bands of the image,
Figure 112011102447475-pat00021
, a i is a pixel value of n neighboring pixels existing in a window region, and p i is a probability value of n neighboring pixels existing in a window region)
The extraction of the texture information is performed by the following equation:
Figure 112011102447475-pat00022
(I, j) is a brightness value at a point (i, j), and M is a block size), where BDIP is a conduction probability block difference, B is a set of pixels in a fixed block area designated by the user, f Wherein the program is executed using a program in the main memory.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(c)의 균질지수(HI)의 계산은 다음의 수학식, 즉,
Figure 112011102447475-pat00023
(여기서,
Figure 112011102447475-pat00024
, σblock은 블록 내의 표준편차, σEdgemap은 에지영상의 전체 표준편차,
Figure 112011102447475-pat00025
, σtotal은 블록내의 밴드별 표준편차의 총합, σmax=max(σi) 는 다중분광이미지의 전체 밴드별 표준편차 중 가장 큰 값)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하고, 상기 특정값인 임계값은 0.8~1 사이의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method according to claim 1,
The calculation of the homogeneity index (HI) in the step (c) can be performed by the following equation:
Figure 112011102447475-pat00023
(here,
Figure 112011102447475-pat00024
, σ block is the standard deviation in the block, σ Edgemap is the total standard deviation of the edge image,
Figure 112011102447475-pat00025
, σ total is the sum of the standard deviations of the bands in the block, and σ max = max (σ i ) is the largest value among the standard deviations of all the bands of the multispectral image) Wherein the threshold value is set to a value between 0.8 and 1. The automatic image segmentation method for object-based analysis using a satellite image.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(d)의 MSRG 기법은
(i) 모든 초기시드포인트가 우선순위 대기열에 삽입되는 단계와;
(j) 우선순위 대기열에서 비용함수
Figure 112011102447475-pat00026
(여기서,
Figure 112011102447475-pat00027
Figure 112011102447475-pat00028
는 각각 영역의 평균벡터와 인접한 이웃화소의 벡터, Gc와 Gp는 해당영역의 평균 에지강도와 이웃화소의 에지강도)가 가장 낮은 초기시드포인트 데이터가 추출되는 단계와;
(k) 상기 단계(j)에서 추출된 초기시드포인트 데이터 영역할당여부를 체크하고 영역정보(분광, 에지)갱신되는 단계와;
(l) 상기 단계(j)에서 추출된 초기시드포인트 데이터와 인접한 8방향의 화소들에 대해 비용함수
Figure 112011102447475-pat00029
를 계산하여 다시 우선순위 대기열에 삽입되는 단계, 및
(m) 우선순위 대기열이 공집합이 될 때 까지 상기 단계(j) 내지 (l)과정이 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method according to claim 1,
The MSRG scheme of step (d)
(i) all initial seed points are inserted into a priority queue;
(j) cost function in priority queue
Figure 112011102447475-pat00026
(here,
Figure 112011102447475-pat00027
Wow
Figure 112011102447475-pat00028
Is a step in which the lowest initial seed point data is an edge strength of the vector, G c and G p is the average edge strength of the neighboring pixels of the corresponding area of neighboring pixels close to the mean vector of each zone) extraction;
(k) checking whether or not the initial seed point data area allocated in step (j) is allocated and updating the area information (spectroscopic edge);
(i) calculating a cost function for the pixels in eight directions adjacent to the initial seed point data extracted in the step (j)
Figure 112011102447475-pat00029
And then inserted into the priority queue again, and
(m) repeating the steps (j) to (l) until the priority queue becomes an empty set. The automatic image segmentation method for object-based analysis using satellite images.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(e)의 영역병합 과정은
(n) 초기 분할된 영상을 이용한 영역인접그래프(RAG)가 작성되는 단계와;
(o) 영역별 평균분광벡터와 텍스처 강도가 계산되는 단계와;
(p) 상기 단계(n)의 영역인접그래프(RAG)를 통한 영역 Ri 의 모든 인접영역이 선택되는 단계와;
(q) 상기 단계(o)의 분광벡터와 텍스처 정보를 통합한 측정지수
Figure 112011102447475-pat00030
(여기서 CD(Ri,Rj)는 영역 Ri 와 Rj간의 평균 분광벡터의 차이를 반영하는 함수, TD(Ri,Rj)은 영역 Ri 와 Rj 간의 텍스처 강도 차이를 반영하는 함수, N은 영상의 밴드수)에 의한 영역 Ri과 인접영역 사이의 병합여부가 결정되어 지되, 인접영역의 병합조건의 임계치를 설정하여 임계치보다 작은 영역들에 대해 상기 Hf(Ri,Rj) 가 최소가 되는 인접영역으로 병합이 수행되고 상기 Hf(Ri,Rj)의 임계치는 0~0.3 사이의 값으로 설정되는 단계와;
(r) 영역 Ri과 병합되는 영역 Rj가 존재할 경우, 영역 Rj의 인접영역정보를 영역 Ri의 인접영역정보에 추가하고 영역 Ri및 Rj의 평균분광벡터를 평균하여 영역 Ri의 평균분광벡터와 텍스처 강도가 갱신되는 단계와;
(s) 영역 Rj의 인접영역이 삭제되는 단계와;
(t) 초기 분할된 영상의 각각의 영역에 대해 상기 단계(p) 내지 (s) 과정이 반복되는 단계, 및
(u) 영역병합이 더 이상 발생하지 않을 때까지 상기 단계(p) 내지 (t) 과정이 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method according to claim 1,
The area merging process of the step (e)
(n) generating an area neighborhood graph (RAG) using an initially divided image;
(o) calculating a mean spectral vector and a texture intensity for each region;
(p) selecting all contiguous regions of region R i through the region proximity graph (RAG) of step (n);
(q) integrating the spectral vector of step (o) with texture information,
Figure 112011102447475-pat00030
(Where CD (R i, R j) is a function reflecting the difference of the average spectral vector between the regions R i and R j, TD (R i, R j) is reflecting the texture intensity difference between the regions R i and R j function, N is the number of bands in the image) above for the according region R i and jidoe merge is whether the decision between the adjacent areas, area smaller than the threshold value by setting the threshold value of the merge condition of a region adjacent to the Hf (R i, R j) is the merged adjacent region is minimum is performed, the threshold value of the Hf (R i, R j) step is set to a value between 0 and 0.3;
(r) region R i and being merged area if there is R j, region R j adding the adjacent region information to the adjacent region information of the region R i and region R i and R j average spectral vector average to region R i of the The average spectral vector and the texture intensity of the texture are updated;
(s) the adjacent region of the region R j is deleted;
(t) repeating the steps (p) to (s) for each region of the initially segmented image, and
wherein the steps (p) to (t) are repeated until the merging of the (u) regions is no longer generated.
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