KR101252680B1 - 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템은 GPS 위성 신호를 수신하여 항공기의 위치 정보를 생성하는 GPS 수신부, 상기 항공기의 이동시 항공기의 자세정보를 생성하는 자세측정부, 상기 항공기에 설치되어 촬영지점의 상대적 거리를 검출하는 거리 측정센서, 상기 항공기에 설치되어 도화이미지 대상을 촬영하는 제 1 및 제 2 카메라, 상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 촬영된 정보를 디지털 처리하는 디지털 영상처리부, 상기 항공기에 설치되어 비주얼 오도메트리(Visual Odometry)를 수행하는 스테레오 카메라, 상기 항공기의 회전각에 대응하는 항공기의 방향 및 틸팅 각도를 검출하는 INS(Information Network System), 상기 항공기의 고도 값을 측정하는 고도계 및 상기 GPS 수신부와 상기 자세측정부 그리고 상기 스테레오 카메라로부터 수신된 상기 항공기의 위치 데이터 및 자세 데이터를 융합하고, 상기 거리 측정센서 및 상기 카메라 센서로부터 수신된 거리 데이터와 색 데이터를 동기화 및 보정하여 3차원 절대좌표값이 포함된 도화이미지를 생성하는 중앙처리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템{Drawing system of an aerial photograph}

본 발명은 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공사진 이미지에 중첩라인을 자동으로 생성시켜 항공사진에서의 중첩지역을 표시하므로 합성을 신속하고 용이하게 하며 지형지물의 일그러져 촬영된 상태를 보정하여 사용자가 정확하게 이해하도록 하고 항공기에 설치된 카메라의 설치각도를 자유롭게 조절시키는 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에 관한 것이다.

지도제작에 있어 도화란, 지리정보를 근거로 2차원 또는 3차원 이미지의 지도를 도시하는 작업을 지칭하는 것으로, 디지털 출력기술의 개발과 더불어 근래에는 디지털 이미지 또는 3차원 그래픽 이미지로 도시할 수 있게 되면서 실사와 같다는 의미로 영상도화라고도 불린다.

한편, 이러한 영상도화 기술이 발달하면서 보다 사실적이면서도 정밀한 지도제작이 가능해졌고, 또한 지형 및 지리정보의 변화에 따른 영상도화 정보의 갱신이 용이해졌다. 결국, 일급정보로 관리되면서 제한적으로 이용되던 지리정보는 오늘날 대중적인 정보로 널리 활용되고 있고, 정확성과 갱신효율이 크게 향상되면서 그 활용에 대한 신뢰도까지 높은 유용한 정보로 다양한 분야에서 널리 적용되고 있다.

그런데, 영상도화 기술에 대한 전술한 유용성은 영상도화된 지도의 정밀성과 정확도가 전제되어야 한다는 제한이 있다. 즉, 지도제작을 함에 있어서 영상도화 작업이 효율적이고 효과적으로 진행되어야 한다는 것이다. 더불어, 영상도화 작업을 개선하기 위해서는 작업에 적용되는 자료의 정밀도 및 다양성이 필수적으로 요구된다.

하지만, 영상도화 작업을 진행하는 종래 시스템은 영상도화를 위한 자료의 정밀도가 충분치 못하고, 그 내용이 획일적이고 제한되었다.

한편, 영상도화를 위한 시스템은 항공촬영이미지를 기반으로 도화작업이 진행되는데, 한 번의 촬영으로 지도제작 지점 전체를 촬영할 수는 없으므로, 항공촬영시 여러 컷의 이미지를 촬영하고, 이렇게 촬영된 다수의 촬영이미지를 연결해서 도화작업을 진행해야 한다. 그런데, 여러 번에 걸쳐 다수의 촬영이미지를 확보한 후 이들을 서로 합성하는 과정에서 촬영각도와 항공기의 고도변화에 따른 해상도에 차이가 발생한다. 결국, 종래 시스템은 촬영각이 다른 촬영이미지와 해상도가 다른 촬영이미지들을 서로 합성하면서, 이미지 전체가 통일되지도 않고 균일하지도 못한 정보를 근거로 영상도화작업 진행해야 하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하고자, 대한민국 등록특허 제10-0881349호(2009년01월23일, 등록)의 "디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템"이 소개되어 있다.

그러나, 상기 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템은 항공 사진 이미지들을 상호 합성이 어려우며, 항공사진 이미지 간 중첩 라인을 자동 생성할 수 없는 문제가 있다. 또한, 항공기의 위치가 변할 경우, 정확한 항공기의 좌표를 인지할 수 없는 문제가 있다.

또한, 실사를 촬영한 항공촬영화상을 기반으로 하는지도 제작시, 실시간으로 변화하는 지형지물 화상의 일그러짐을 보정하지 못하며, 건물 등의 지상설치물의 배치 모습을 사용자가 정확히 확인하지 못하는 문제가 있다.

KR10-0881349호(2009.01.23)

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 항공 사진 이미지들을 상호 합성하기 용이하도록 각 사진 이미지 간 중첩 라인을 자동 생성할 수 있는 인접된 항공사진들 간의 중첩지역 표시할 수 있는 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템을 제공하는 것이다.

또한, 실사를 촬영한 항공촬영화상을 기반으로 하는 지도 제작시, 실시간으로 변화하는 지형지물 화상의 일그러짐을 보정 하고, 건물 등의 지상설치물의 배치 모습을 사용자가 정확히 확인해 이해할 수 있도록 보정하는 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템을 제공하는 것이다.

이에 더해, 지지아암의 안착부에는 좌우로 회전되는 지지 브라켓을 설치하고, 지지 브라켓의 상측에는 틸트 브라켓을 설치하며, 틸트 브라켓에는 카메라를 고정 설치함으로써 항공기에 설치된 카메라의 설치각도를 자유롭게 조절할 수 있는 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템은 GPS 위성 신호를 수신하여 항공기의 위치 정보를 생성하는 GPS 수신부; 상기 항공기의 이동시 항공기의 자세정보를 생성하는 자세측정부; 상기 항공기에 설치되어 촬영지점의 상대적 거리를 검출하는 거리 측정센서; 상기 항공기에 설치되어 도화이미지 대상을 촬영하는 제 1 및 제 2 카메라; 상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 촬영된 정보를 디지털 처리하는 디지털 영상처리부; 상기 항공기에 설치되어 비주얼 오도메트리를 수행하는 스테레오 카메라; 상기 항공기의 회전각에 대응하는 항공기의 방향 및 틸팅 각도를 검출하는 INS; 상기 항공기의 고도 값을 측정하는 고도계; 상기 GPS 수신부와 상기 자세측정부 그리고 상기 스테레오 카메라로부터 수신된 상기 항공기의 위치 데이터 및 자세 데이터를 융합하고, 상기 거리 측정센서 및 상기 카메라 센서로부터 수신된 거리 데이터와 색 데이터를 동기화 및 보정하여 3차원 절대좌표값이 포함된 도화이미지를 생성하는 중앙처리 제어부를 포함하되; 상기 중앙처리 제어부는 상기 디지털 영상처리부에서 제공되는 디지털 항공사진의 좌표를 산출하는 중심좌표 산출부; 상기 디지털 항공사진의 면적 및 상기 디지털 항공사진의 외주면에 해당하는 라인에 대한 좌표 또는 상기 디지털 항공사진이 사각형 구조일 경우 사각형 면적의 각 꼭지점에 대응하는 좌표를 산출하는 면적좌표 산출부; 상기 디지털 항공사진 및 상기 항공기의 위치 관련정보를 등록 저장하는 데이터베이스; 상기 카메라로 임의의 지역에 대한 항공 촬영 지시와 동시에, 현재 항공기에 대한 위치 관련정보로서 상기 GPS 수신부로부터 현재 좌표값을 제공받고, 상기 INS로부터 항공기의 틸팅 각도를 접수하며, 상기 고도계로부터 항공기의 고도값을 제공받은 후, 상기 디지털 영상처리부에 의한 항공사진의 디지털화를 수행하고, 상기 데이터베이스로 이에 대한 데이터 등록을 수행하며, 상기 고도 값 및 틸팅 각도에 근거하여 디지털 항공사진의 면적 및 중심좌표를 산출한 후, 현재 좌표값을 기초로 해당 디지털 항공사진의 좌표를 보정하고, 보정된 좌표 및 항공기 방향 정보에 기초하여 인접 촬영된 디지털 항공사진과의 중첩 면적을 산출하며, 중첩 면적에 대응하는 중첩 라인을 추출하여, 해당 디지털 항공 사진상으로 상기 중첩 라인을 그래픽화된 정보로 제공하는 중첩이미지 보정부; 상기 제 1 카메라 및 상기 제 1 카메라와 소정의 이격거리를 갖는 임의의 위치에 설치된 제 2 카메라로부터 촬영된 촬영 이미지를 생성하고, 생성된 촬영이미지의 촬영시간정보를 이용해 상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 동일 지역을 촬영한 촬영이미지를 하나의 화상세트로 생성하는 화상 생성부; 상기 화상 생성부로부터 화상세트를 전달받고, 상기 화상세트의 두 항공 촬영이미지를 오버랩하여 상기 두 촬영이미지의 중심 초점을 매칭시켜 기준 오차율을 구하고, 상기 기준 오차율을 기준으로 촬영된 영역별 비교오차율을 산출한 후, 상기 기준 오차율 및 비교 오차율을 기준으로 상기 두 항공촬영화상을 서로 상, 보합하여 제1 촬영이미지으로 보정하는 제 1 화상 보정부; 상기 제 1 화상 보정부로부터 보정된 제 1 촬영이미지를 전달받고, 상기 제1 촬영이미지에서 평면부 폭을 보정할 수정대상물 이미지를 선택하고, 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부의 각 모서리를 추출하여 좌표값을 확인하며, 상기 좌표값을 이용해 수정대상물 이미지의 평면부 폭을 확인하고, 상기 수정대상물 이미지의 실제 평면부 폭을 산출하여 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부를 상기 실제 평면부 폭에 맞춰 크기를 조정하고, 남는 이미지는 제거하여 실제 평면부 폭을 보정하는 제 2 화상 보정부; 상기 수정대상물 이미지가 포함된 다른 항공촬영 이미지를 검색해서, 상기 수정대상물 이미지의 남는 이미지 제거로 형성된 음영부분에 실제이미지를 합성하는 화상 합성부 및 보정된 수정대상물 이미지가 합성되어 형성한 도화 이미지의 유효 여부를 해당 지역의 실제 현장 측량 정보를 이용하여 판단하는 유효성 판단부를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 카메라는 항공기의 하측에 고정될 수 있도록 양측에는 볼트홀을 갖는 플랜지가 형성되고, 중간에는 상기 제 1 및 제 2 카메라의 설치각도를 조절할 수 있도록 하방으로 만곡부가 형성된 틸트 브라켓; 상기 틸트 브라켓이 안착되도록 일측에는 안착부가 형성되고, 타측에는 베이스에 고정되도록 고정부가 형성된 지지아암; 상기 틸트 브라켓과 지지아암 사이에 개재되어 상기 틸트 브라켓의 설치각도를 전후 좌우로 조절하는 지지 브라켓; 상기 제 1 및 제 2 카메라의 설치각도를 전후, 좌우로 조절한 상태에서 상기 제 1 및 제 2 카메라의 하측에 고정된 틸트 브라켓을 상기 지지 브라켓과 함께 상기 지지아암에 고정하는 고정수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 본 발명에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템은 항공 사진 이미지들을 상호 합성하기 용이하도록 각 사진 이미지 간 중첩 라인을 자동 생성할 수 있는 인접된 항공사진들 간의 중첩지역 표시할 수 있는 효과가 있다. 또한, 실사를 촬영한 항공촬영화상을 기반으로 하는 지도 제작시, 실시간으로 변화하는 지형지물 화상의 일그러짐을 보정 하고, 건물 등의 지상설치물의 배치 모습을 사용자가 정확히 확인해 이해할 수 있도록 보정하는 효과가 있다.

또한, 항공기에 카메라가 고정설치 될 수 있도록 지지아암의 안착부에는 좌우로 회전되는 지지 브라켓을 설치하고, 지지 브라켓의 상측에는 틸트 브라켓을 설치하며, 틸트 브라켓에는 카메라를 고정 설치함으로써 항공기에 설치된 카메라의 설치각도를 자유롭게 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템의 구성도
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에서의 중앙처리 제어부(190)의 구성도
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템을 설명하기 위한 예시도
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에서 카메라를 항공기에 고정하기 위한 고정장치를 설명하기 위한 구성도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템은 GPS 위성 신호를 수신하여 항공기의 위치 정보를 생성하는 GPS 수신부(110)와, 항공기의 이동시 항공기의 자세정보를 생성하는 자세측정부(120), 항공기에 설치되어 촬영지점의 상대적 거리를 검출하는 거리 측정센서(140), 항공기에 설치되어 도화이미지 대상을 촬영하는 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b), 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)로부터 촬영된 정보를 디지털 처리하는 디지털 영상처리부(150), 항공기에 설치되어 비주얼 오도메트리(Visual Odometry)를 수행하는 스테레오 카메라(160), 항공기의 회전각에 대응하는 항공기의 방향 및 틸팅 각도를 검출하는 INS(170: Information Network System), 항공기의 고도 값을 측정하는 고도계(180), GPS 수신부(110)와 상기 자세측정부(120) 그리고 상기 스테레오 카메라(160)로부터 수신된 항공기의 위치 데이터 및 자세 데이터를 융합하고, 거리 측정센서(140) 및 카메라 센서(140)로부터 수신된 거리 데이터와 색 데이터를 동기화 및 보정하여 3차원 절대좌표값이 포함된 도화이미지를 생성하는 중앙처리 제어부(190)를 포함한다.

여기서, 상기 GPS 수신부(110)는 GPS 위성신호의 전리층 통과에 의해 발생되는 GPS 오차를 보정하여 GPS 오차 보정데이터를 생성하는 기준국으로부터, 상기 GPS 오차 보정데이터에 상응하는 GPS 오차 보정신호를 수신하기 위한 DGPS 수신장치인 것이 바람직하다.

또한, 상기 자세측정부(120)는 항공기의 롤, 요, 피치 각도 및 각속도의 자세정보를 생성하는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit, “IMU")일 수 있다. 롤(Roll)은 x축을 중심으로, 피치(Pitch)는 Y축을 중심으로, 요(Yaw)는 Z축을 중심으로 반 시계 방향으로 회전하는 각도로 정의한다. 요(Yaw)값을 이용해서 항공기의 이동 방향을 알 수 있다. 자세측정장치(120)의 설치 위치는 크게 제한되지 않는데, 다른 센서와 통일성을 주기 위해서 X축 방향이 항공기의 진행 방향이 되고, Z축 방향이 지면과 항공기가 수직한 방향이 되게 설치할 수 있다.

그리고, 상술한 거리측정 센서(140)는 레이저 거리 측정 장치(Lase Range Finder)일 수 있다. 레이저 거리 측정 센서는 레이저와 물체(반사체)에 의한 반사파를 수신하는 수신기의 결합체로, 레이저 빔을 보내고 반사되어 돌아온 레이저 빔을 수신하여 물체의 이격 거리를 산출한다. 레이저 빔이 발사되는 각도를 알고 있기 때문에 레이저 거리 측정 센서와 물체 사이의 상대적 거리를 계산할 수 있다.

이러한 거리 값은 상술한 GPS 수신부(110) 및 자섹측정부(120)로부터 얻어진 절대 좌표와 합해져서 물체의 절대 좌표를 수득하게 된다. 본 발명에서 항공기에 설치된 거리 측정 센서(140)는 상하로 빠르게 레이저를 보내고 받으며, 2차원적인 거리와 각도만을 취득하는2차원 거리 측정 센서이지만, 항공기에 의해 이동되면서 지면의 3차원절대좌표값을 취득하게 된다.

상술한 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)는 주어진 영상 상의 관심 지점의 색 정보를 추출할 수 있다.

또한, 스테레오 카메라(160)는 IEEE1394를 이용해 중앙 처리 제어부(190)에 이미지를 전송한다. 거리 측정 센서(140)는 RS-422 통신으로 중앙 처리 제어부(190)와 통신하는데, 중앙 처리 제어부(150)가 RS-422 포트가 없으므로 USB to RS-422 컨버터를 이용하여 통신할 수 있다. 자세측정부(120)와 GPS 수신부(110)는 RS-232통신으로 중앙 처리 제어부(150)와 통신하는데, 중앙 처리 제어부(150)가 RS-232 포트가 없으므로 USB to RS-232 컨버터를 이용하여 통신할 수 있다.

또한, 본 발명에서 스테레오 카메라(160)는 위성 신호가 수신되지 않는 지역에서는 이동체의 정면에 설치되어 Visual Odometry에 의해 이동체의 위치를 구할 수 있다.

오드메트리(odmetry)는 오도메트리로도 불리우며 일정시간이 지난 후에 위치변화를 예측하기 위하여 엑추에이터의 움직임 데이터를 기반으로 사용하는

비주얼 오도메트리는 위치인식을 위한 별도의 센서를 필요로 하지 않고 촬영된 이미지를 분석하여 자기의 위치를 인식하는 기술이며 일반적으로 알려져 있는 기술을 사용할 수 있다.

또한, 상기 INS(170:Information Network System)에서 제공되는 틸팅 각도는 항공사진을 촬영할 시점에서 항공기에 대한 기울기를 나타내는 것으로, 틸팅 각도는 X축 및 Y축으로 식별된다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 틸팅 각도에 대한 연산은 임의의 한 축(X축 또는 Y축)에 대한 연산 방법만을 설명하며, 나머지 한 축(Y축 또는 X축)에 대한 동일한 연산방법은 생략할 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 고도계(180)를 통해 항공기의 고도 값(H)을 추출하고, INS(170)를 이용한 항공기의 틸팅 각도 및 GPS 수신부(110)를 통한 현재의 GPS 좌표 값을 인지한다. 상기 틸팅 각도는 지표면과의 수직선을 중심으로 각도가 설정되며, 틸팅 각도가 '0'이라 함은 지표면으로부터 수직 상태를 나타낸다. 수치지도 생성을 위해 중앙처리 제어부(190)는 상기 과정에 따른 각각의 데이터를 수집함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b) 및 스테레오 카메라(160)로 촬영을 지시하며, 상기 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b) 및 스테레오 카메라는 컴퓨터(201)의 지시하에 설정된 위치에서 항공사진을 촬영한다.

이와 같이, 중앙처리 제어부(190)는 항공사진이 촬영 완료됨을 인지할 경우, 상기 디지털 영상처리부(150)로 해당 항공사진 정보를 제공한다.

여기서, 중앙처리 제어부(190)는 소프트웨어를 실행시킬 수 있는 임의의 유형의 프로세서, 이를테면 마이크로프로세서, 디지털신호 처리기(DSP), 마이크로컨트롤러 등과 같은 것일 수 있다. 컴퓨터 하드웨어에 하나 이상의 프로세서가 존재할 수 있으며, 하나 이상의 프로세서는 다중 쓰레드, 다중 코어 등을 포함할 수 있다.

그리고, 중앙처리 제어부(190)는 상기 센서 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 소정의 프로그램을 저장하고 있으며, 촬영 데이터를 수집하고 도화이미지를 작성하기 위한 프로그램을 저장하고, 상기 센서 시스템의 전반적인 동작이 수행될 때 입출력되는 데이터 및 처리되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부(미도시), 사용자로부터 각종 정보나 명령을 입력받기 위한 입력부(미도시), 상기 센서 시스템의 상태 혹은 각종 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙처리 제어부(190)의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 중앙처리 제어부(190)는 디지털 영상처리부(에서 제공되는 디지털 항공사진의 좌표를 산출하는 중심좌표 산출부(191), 디지털 항공사진의 면적 및 디지털 항공사진의 외주면에 해당하는 라인에 대한 좌표 또는 디지털 항공사진이 사각형 구조일 경우 사각형 면적의 각 꼭지점에 대응하는 좌표를 산출하는 면적좌표 산출부(192), 디지털 항공사진 및 상기 항공기의 위치 관련정보를 등록 저장하는 데이터베이스(193), 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)로 임의의 지역에 대한 항공 촬영 지시와 동시에, 현재 항공기에 대한 위치 관련정보로서 상기 GPS 수신부(110)로부터 현재 좌표값을 제공받고, 상기 INS(170)로부터 항공기의 틸팅 각도를 접수하며, 상기 고도계(180)로부터 항공기의 고도값을 제공받은 후, 상기 디지털 영상처리부(150)에 의한 항공사진의 디지털화를 수행하고, 상기 데이터베이스(193)로 이에 대한 데이터 등록을 수행하며, 상기 고도 값 및 틸팅 각도에 근거하여 디지털 항공사진의 면적 및 중심좌표를 산출한 후, 현재 좌표값을 기초로 해당 디지털 항공사진의 좌표를 보정하고, 보정된 좌표 및 항공기 방향 정보에 기초하여 인접 촬영된 디지털 항공사진과의 중첩 면적을 산출하며, 중첩 면적에 대응하는 중첩 라인을 추출하여, 해당 디지털 항공 사진상으로 상기 중첩 라인을 그래픽화된 정보로 제공하는 중첩이미지 보정부(194)를 포함한다.

또한, 상기 제 1 카메라(130a) 및 상기 제 1 카메라(130a)와 소정의 이격거리를 갖는 임의의 위치에 설치된 제 2 카메라(130b)로부터 촬영된 (항공)촬영 이미지를 생성하고, 생성된 촬영이미지의 촬영시간정보를 이용해 상기 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)로부터 동일 지역을 촬영한 촬영이미지를 하나의 화상세트로 생성하는 화상 생성부(195)와, 상기 화상 생성부(195)로부터 화상세트를 전달받고, 상기 화상세트의 두 항공 촬영이미지를 오버랩하여 상기 두 촬영이미지의 중심 초점을 매칭시켜 기준 오차율을 구하고, 상기 기준 오차율을 기준으로 촬영된 영역별 비교오차율을 산출한 후, 상기 기준 오차율 및 비교 오차율을 기준으로 상기 두 항공촬영화상을 서로 상, 보합하여 제 1 촬영이미지으로 보정하는 제 1 화상 보정부(196) 및 상기 제 1 화상 보정부(196)로부터 보정된 제 1 촬영이미지를 전달받고, 상기 제1 촬영이미지에서 평면부 폭을 보정할 수정대상물 이미지를 선택하고, 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부의 각 모서리를 추출하여 좌표값을 확인하며, 상기 좌표값을 이용해 수정대상물 이미지의 평면부 폭을 확인하고, 상기 수정대상물 이미지의 실제 평면부 폭을 산출하여 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부를 상기 실제 평면부 폭에 맞춰 크기를 조정하고, 남는 이미지는 제거하여 실제 평면부 폭을 보정하는 제 2 화상 보정부(197)를 포함한다.

이에 더해, 중앙 처리부(190)는 수정대상물 이미지가 포함된 다른 항공촬영 이미지를 검색해서, 상기 수정대상물 이미지의 남는 이미지 제거로 형성된 음영부분에 실제이미지를 합성하는 화상 합성부(198) 및 보정된 수정대상물 이미지가 합성되어 형성한 도화 이미지의 유효 여부를 해당 지역의 실제 현장 측량 정보를 이용하여 판단하는 유효성 판단부(199)를 포함한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템을 설명하기 위한 예시도이다.

도시된 바와 같이, 중심좌표 산출부(191)를 이용하여 중심좌표를 산출하는 것은 촬영된 면적의 중심좌표를 현재의 GPS 좌표 값으로부터 보정하여, 촬영지역의 중첩지역을 판단하기 위한 것이다. 먼저, 도 4와 같이 항공기가 소정 각도로 기울어진 상태에서 촬영할 경우, 그리고 항공기의 고도 값(H)가 유지되고, INS(170)에 의해 검출된 틸팅 각도가 존재할 경우, 카메라가 주시하는 지표면의 위치로부터 항공기와의 거리(H)를 산출할 수 있다.

또한, 항공기의 틸팅 각도에 기초하여 지표면 상에서의 촬영 면적 및 중심좌표를 인지하게 되며, 상기 면적좌표 산출부(192)는 항공기의 고도 값(H) 및 촬영 렌즈의 배율을 토대로 촬영된 면적의 좌표를 산출한다. 촬영 면적 좌표는 사각형 면적의 각 꼭지점을 좌표로 인지하는 것으로, 중심좌표로부터 각 꼭지점 좌표를 산출한다. 그리고, 이와 같이 촬영된 항공사진은 적어도 둘 이상 보유하며, 각 항공사진에 대한 중첩 지역을 판단한다.

상기 INS(170)에서 검출되는 항공사진의 방향 정보와, 두 개의 항공사진에 대한 중심좌표(X2) 및 면적 좌표를 토대로 중첩 지역을 판단한다. 즉, 두 개의 항공사진 P1, P2의 방향 예컨대, 정북 방향을 일치한 후, 두 항공사진의 꼭지점 좌표가 어느 한 항공사진의 면적에 포함되는지를 판단하여 상호 중첩된 면적(D)을 인지한다.

여기서, 항공기의 진행방향에 따라 중첩된 항공사진(A1,A2)이 촬영된다. 이후, 상기 중앙처리 제어부(190)는 이와 같이 두 항공사진에 대한 중접 면적을 토대로 중첩 라인(L)을 형성한다. 그리고, 중첩 라인(L)이 형성된 디지털 항공사진을 별도의 디스플레이부(미도시) 통해 출력한다.

화상 생성부(195)는 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)에서 각각 촬영된 고해상도의 항공촬영화상을 생성하고, 생성된 항공촬영화상을 촬영시간정보를 이용해 한 쌍의 화상세트로 묶은 후 제1 화상 보정부(196)로 전달한다.

이때, 상기 제1 화상 보정부(196)는 오차율 산출 및 오차 보정을 수행하고, 서로 다른 각도에서 촬영된 두 개 화상을 기준으로 기하 보정 처리를 수행하여 생성된 화상의 일그러짐을 보정한다. 즉, 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)로부터 동시에 생성된 두 개의 화상(a,c)을 오버랩시키고, 각 화상의 중심을 기준으로 왜곡 발생 포인트별로 비교대상을 추출하고, 두 개의 생성 화상을 영역 b를 기준으로 상, 보합된 기준 상보합률 및 오차 보정률을 산출하여 설정한다.

제 2 화상 보정부(197)는 제1 화상 보정부(196)에서 보정된 항공촬영화상에 포함된 지상설치물의 측면부를 보정하여 항공촬영화상이 지상설치물의 평면만을 정확히 표시하도록 보정한다. 즉, 다양한 설치물이 출력되는 항공촬영화상에서 수정하고자 하는 수정대상물을 선택한다. 이때, 항공촬영화상은 이미지데이터의 출력과 편집 기능을 갖는 공지, 공용의 애플리케이션에 의해 출력될 수 있으며, 이러한 애플리케이션에는 주지된 '포토샵(어도비 시스템즈사에서 개발한 레스터 그래픽 편집기)'과 같은 이미지 에디터 프로그램이제시될 수 있을 것이다. 수정대상물을 선택한 후, 항공촬영화상에서 수정대상물의 수정대상물 이미지가 점유하고 있는 범위를 확인하고, 수정대상물 이미지가 갖는 모서리를 기준점으로 설정한다. 참고로, 기준점이 설정되면 애플리케이션은 해당 지점에 대한 좌표값을 확인하게 되는데, 이 좌표값들을 이용해 공지, 공용의 연산방법으로 수정대상물 이미지의 전체 폭과 평면부 폭을 연산할 수 있다.

여기서, 전체 폭과 평면부 폭이란, 수정대상물 이미지의 기울어진 방향으로의 전체 및 평면부의 길이가 될 것이다.

그리고, 수정대상물의 측면이 보이게 기울어진 방향과 동일직선상에 위치하는 지상설치물을 기준대상물로 선택한다. 이때, 기준대상물이 선택되면, 촬영중인 항공기가 기준대상물의 직상방에 위치하면서 해당 기준대상물을 촬영하는 것으로 구조화한다. 또한, 기준대상물을 선택한 후, 항공촬영화상에서 기준대상물이미지가 점유하고 있는 범위를 확인하고, 기준대상물이미지가 갖는 모서리를 기준점으로 설정한다. 또한, 기준점을 설정한 후, 기준점을 기준으로, 애플리케이션의 기능을 활용해 기준 대상물이미지의 평면 폭을 연산한다.

그리고, 기준대상물과 수정대상물 간의 실제 중심거리를 산출한다. 즉, 기준대상물이미지의 기준점 내 중심점과 수정대상물 이미지의 평면부의 기준점 내 중심점 간 거리를 연산한 후, 그 결과값을 항공촬영화상의 축척 정도로 환산해 얻을 수 있다. 아울러, 항공촬영화상 촬영시 항공기의 고도와, 수정대상물의 실제 높이를 확인한다. 항공기에서 촬영된 수정대상물의 촬영각을 연산한다. 여기서, 촬영각이란 카메라의 촬영방향과 수정대상물의 배치방향의 각을 가리키는 것이다. 따라서, 항공기가 기준대상물의 직상방에 위치하면서 항공기의 카메라가 기준대상물을 촬영하는 촬영각은 '0도'가 될 것이다.

구체적으로, 보정된 수정대상물 이미지의 도화 과정을 설명하면, 우선, 기존의 수정대상물 이미지의 평면부만을 절개해 독립된 평면이미지로 확보한다. 이렇게 확보된 평면이미지는 기존의 수정대상물 이미지 평면부의 폭 대비 수정된 수정대상물 이미지의 수정된 평면부 폭의 비율에 따라 변형되는데, 이러한 변형은 공지, 공용의 이미지변형기술을 적용할 수 있다.

그리고, 화상 합성부(198)는 수정대상물 이미지의 보정이 완료되면, 기존의 수정대상물 이미지가 점유해 출력되지 못했던 음영부분을 처리한다. 이를 위해 화상 합성부(198)는 음영부분의 실제이미지가 촬영된 다른 항공촬영화상을 검색해서 애플리케이션을 이용해 출력하고, 이렇게 출력된 다른 항공촬영화상에서 상기 실제이미지를 절개해 음영부분의 크기와 해상도로 수정한다. 이때, 화상 합성부(198)는 실제이미지와 항공촬영화상의 크기 및 해상도가 일치하면, 다른 항공촬영화상에서 절개된 음영부분의 실제이미지를 수정대상물 이미지를 포함한 항공촬영화상의 음영부분에 합성해서, 음영부분을 제거하고, 완전한 수직화상이 출력되도록 한다.

또한, 화상 합성부(198)는 수정대상물 이미지의 합성이 완료되면, 합성된 항공촬영 이미지에 대한 유효성 판단을 수행하도록 유효성 판단부(199)에 합성된 항공촬영 이미지를 전달한다.

그러면, 유효성 판단부(199)는 평면부 및 측면부 폭이 보정된 수정대상물 이미지가 합성된 항공촬영 이미지가 실제 건물의 폭을 정확하게 반영하여 일치하는지 그 유효성을 판단한다. 이를 위해, 유효성 판단부(199)는 항공촬영 이미지가 촬영된 해당 지역에 대한 실제 현장 측량 정보를 이용한다. 여기서, 현장 측량 정보는

건물에 대한 개발시 작성되는 일반 측량정보이거나, 실시간 진행되는 공공 측량정보일 수 있다.

상기 유효성 판단부(199)에서 유효성 판단의 기준은 미리 설정한 오차의 범위에 따라 달라질 수 있으나, 실제 건물의 폭과 보정된 수정대상물 이미지가 합성된 항공촬영 이미지에서의 폭의 차이가 2㎝ 이하인 경우, 유효성이 있다고 판단할 수 있다. 그리고, 유효성 판단 결과, 보정된 수정대상물 이미지가 실제 건물의 폭과 일치하면, 실제이미지가 합성된 항공촬영화상을 저장하도록 데이터 베이스(193)에 전달한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템에서 고정장치를 설명하기 위한 예시도이다.

도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)하측에 고정될 수 있도록 양측에는 볼트홀(22a)을 갖는 플랜지(22)가 형성되고, 중간에는 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 설치각도를 조절할 수 있도록 하방으로 만곡부(24)가 형성된 틸트 브라켓(20); 상기 틸트 브라켓(20)이 안착되도록 일측에는 안착부(32)가 형성되고, 타측에는 베이스에 고정되도록 고정부(34)가 형성된 지지아암(30); 상기 틸트 브라켓(20)과 지지아암(30) 사이에 개재되어 상기 틸트 브라켓(20)의 설치각도를 전후 좌우로 조절하는 지지 브라켓(40); 상기 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 설치각도를 전후, 좌우로 조절한 상태에서 상기 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 하측에 고정된 틸트 브라켓(20)을 상기 지지 브라켓(40)과 함께 상기 지지아암(30)에 고정하는 고정수단으로 구성된다.

상술한 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 하측에는 틸트 브라켓(20)이 고정 설치되는 바, 플랜지(22)의 볼트홀(22a)에 볼트(10)를 관통하여 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)에 틸트 브라켓(20)을 고정하도록 구성되어 있다.

즉, 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 하측에 고정될 수 있도록 틸트 브라켓(20)의 양측에는 볼트홀(22a)을 갖는 플랜지(22)가 형성되어 있고, 틸트 브라켓(20)의 중간에는 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 설치각도를 조절할 수 있도록 하방으로 만곡부(24)가 형성되어 있다. 만곡부(24)에는 가이드 장홈(24a)이 형성되는 바, 가이드 장홈(24a)은 틸트 브라켓(20)을 전후로 조절할 수 있도록 하는 역할을 한다.

틸트 브라켓(20)이 안착되도록 지지아암(30)의 일측에는 안착부(32)가 형성되어 있고, 지지아암(30)의 타측에는 베이스에 고정되도록 고정부(34)가 형성되어 있다. 안착부(32)의 중간에는 볼트(10)가 삽입되는 볼트홀(30a)이 형성되며, 이 볼트홀(30a)은 상기 틸트 브라켓(20)의 가이드 장홈(24a)과 연통된다.

지지 브라켓(40)은 틸트 브라켓(20)과 지지아암(30) 사이에 개재되어 있으며, 틸트 브라켓(20)의 설치각도를 전후 좌우로 조절하는 역할을 한다. 다시 말하면, 틸트 브라켓(20)의 만곡부(24)는 지지 브라켓(40)의 안착부(42)에 안착되어 있으며, 지지 브라켓(40)은 다시 지지아암(30)의 안착부(32)에 놓여진다.

지지 브라켓(40)은 틸트 브라켓(20)이 전후로 회전될 수 있도록 함과 동시에 자신이 지지아암(30)의 안착부(32)상에서 좌우로 회전되도록 구성됨으로써 결과적으로 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 설치각도를 전후,좌우로 조절할 수 있도록 구성된다.

전술한 지지아암(30)의 안착부(32) 중간에는 틸트 브라켓(20)의 가이드 장홈(24a)과, 지지브라켓(40)의 볼트홀(40a)과 연통되는 볼트홀(30a)이 형성되어 있다. 볼트(10)를 하방으로 부터 상방으로 진행하여 볼트홀(30a)(40a) 및 가이드 장홈(24a)을 순차적으로 관통한 후, 틸트 브라켓(20)의 가이드 장홈(24a) 상측에서 너트(20)를 조여서 틸트 브라켓(20)을 지지아암(30)에 고정한다.

틸트 브라켓(20)은 플랜지(22)의 볼트홀(22a)에 볼트(10)를 관통시켜서 제 1 및 제 2 카메라(130a,130b)의 하측에 고정되는 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100: GPS 위성
110: GPS 수신부
120: 자세 측정부
130a: 제 1 카메라 130b: 제 2 카메라
140: 거리 측정센서
150: 디지털 영상처리부
160: 스테레오 카메라
170: INS
180: 고도계
190: 중앙처리부

Claims (1)

1. 항공기에 설치되어 GPS 위성 신호를 수신하여 항공기의 위치 정보를 생성하는 GPS 수신부;
   상기 항공기에 설치되어 상기 항공기의 이동시 항공기의 자세정보를 생성하는 자세측정부;
   상기 항공기에 설치되어 촬영지점의 상대적 거리를 검출하는 거리 측정센서;
   상기 항공기에 설치되어 도화이미지 대상이 되는 지상의 지형지물을 촬영하는 제 1 및 제 2 카메라;
   상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 촬영된 이미지 정보를 디지털 신호로 변환 처리하는 디지털 영상처리부;
   상기 항공기에 설치되어 비주얼 오도메트리(Visual Odometry)를 수행하는 스테레오 카메라;
   상기 항공기에 설치되어 상기 항공기의 회전각에 대응하는 항공기의 비행 방향 및 틸팅 각도를 검출하는 INS(Information Network System);
   상기 항공기에 설치되어 상기 항공기의 비행 고도 값을 측정하는 고도계;
   상기 GPS 수신부와 상기 자세측정부 그리고 상기 스테레오 카메라로부터 수신된 상기 항공기의 위치 데이터 및 자세 데이터를 하나의 포맷으로 융합하고, 상기 거리 측정센서 및 상기 제 1, 제 2 카메라로부터 수신된 거리 데이터와 색상에 의한 이미지 데이터를 동기화 및 보정하여 3차원 절대좌표값이 포함된 도화이미지를 생성하는 중앙처리 제어부를 포함하되;
   상기 중앙처리 제어부는 상기 디지털 영상처리부에서 제공되는 디지털 항공사진의 좌표를 산출하는 중심좌표 산출부;
   상기 디지털 항공사진의 면적 및 상기 디지털 항공사진의 외주면에 해당하는 라인에 대한 좌표 또는 상기 디지털 항공사진이 사각형 구조일 경우 사각형 면적의 각 꼭지점에 대응하는 좌표를 산출하는 면적좌표 산출부;
   상기 디지털 항공사진 및 상기 항공기의 위치 관련정보를 등록 저장하는 데이터베이스;
   상기 제 1, 제 2 카메라가 임의 지정된 지역을 항공 촬영하도록 지시하고 상기 GPS 수신부로부터 현재 좌표값을 현재 항공기에 대한 위치 관련정보로 제공받고, 상기 INS로부터 항공기의 틸팅 각도를 입력받으며, 상기 고도계로부터 항공기의 고도값을 제공받은 후, 상기 디지털 영상처리부를 제어하여 항공사진의 이미지를 디지털화 신호로 변환시키고, 상기 데이터베이스의 할당된 영역에 저장시키며, 상기 고도 값 및 틸팅 각도 값에 근거하여 디지털 항공사진이 촬영한 지상의 면적 및 중심좌표를 산출한 후, 현재 좌표값을 기초로 해당 디지털 항공사진의 좌표를 보정하고, 보정된 좌표 및 항공기 방향 정보에 기초하여 인접 촬영된 디지털 항공사진과의 중첩 면적을 산출하며, 중첩 면적에 대응하는 중첩 라인을 추출하여 해당 디지털 항공 사진상으로 상기 중첩 라인을 그래픽화된 정보로 제공하는 중첩이미지 보정부;
   상기 제 1 카메라와 소정의 이격거리를 갖는 임의의 위치에 설치된 제 2 카메라로부터 항공촬영된 신호를 입력하여 촬영 이미지 신호를 생성하고, 촬영이미지의 촬영시간정보를 이용해 상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 동일 지역을 각각 촬영한 두 개의 촬영이미지를 하나로 연결시켜 화상세트로 생성시키는 화상 생성부;
   상기 화상 생성부로부터 화상세트를 전달받고, 상기 화상세트에 의한 두 개의 항공촬영 이미지를 오버랩시켜 상기 두 개 촬영이미지가 촬영된 초점에 의한 중심 부분을 매칭시키며 해당 분석으로 기준 오차율을 구하고, 상기 기준 오차율을 기준으로 촬영된 영역별 비교오차율을 산출한 후, 상기 기준 오차율 및 비교 오차율을 기준으로 상기 두 항공촬영화상을 서로 상, 보합하여 제1 촬영이미지로 보정하는 제 1 화상 보정부;
   상기 제 1 화상 보정부로부터 보정된 제 1 촬영이미지를 전달받고, 상기 제1 촬영이미지에서 평면부 폭을 보정할 수정대상물 이미지를 선택하고, 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부의 각 모서리를 추출하여 좌표값을 확인하며, 상기 좌표값을 이용해 수정대상물 이미지의 평면부 폭을 확인하고, 상기 수정대상물 이미지의 실제 평면부 폭을 산출하여 상기 수정대상물 이미지의 평면부와 측면부를 상기 실제 평면부 폭에 맞춰 크기를 조정하고, 남는 이미지는 제거하여 실제 평면부 폭을 보정하는 제 2 화상 보정부;
   상기 수정대상물 이미지가 포함된 다른 항공촬영 이미지를 검색해서, 상기 수정대상물 이미지의 남는 이미지를 제거하여 형성된 음영부분에 실제이미지를 합성하는 화상 합성부; 및
   상기 수정대상물 이미지가 보정되고 합성되어 형성한 도화 이미지의 유효 여부를 해당 지역의 실제 현장 측량 정보를 이용하여 판단하는 유효성 판단부를 포함하고,
   상기 제 1 및 제 2 카메라는 항공기의 하측에 고정될 수 있도록 양측에는 볼트홀을 갖는 플랜지가 형성되고, 중간에는 상기 제 1 및 제 2 카메라의 설치각도를 조절할 수 있도록 하방으로 만곡부가 형성된 틸트 브라켓;
   상기 틸트 브라켓이 안착되도록 일측에는 안착부가 형성되고, 타측에는 베이스에 고정되도록 고정부가 형성된 지지아암;
   상기 틸트 브라켓과 지지아암 사이에 개재되어 상기 틸트 브라켓의 설치각도를 전후 좌우로 조절하는 지지 브라켓;
   상기 제 1 및 제 2 카메라의 설치각도를 전후, 좌우로 조절한 상태에서 상기 제 1 및 제 2 카메라의 하측에 고정된 틸트 브라켓을 상기 지지 브라켓과 함께 상기 지지아암에 고정하는 고정수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 항공이미지를 이용한 영상도화시스템.
   

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