KR101258560B1 - 항공삼각측량을 위한 지상기준점 설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공삼각측량(AT)을 위한 지상기준점 설정시스템과 이를 기반으로 한 설정방법에 관한 것으로, 지상기준점을 설정할 지역의 해당 DSM이미지가 DSM이미지DB(112)에서 검색되고, 출력수단(130)에 출력된 상기 DSM이미지 내에서 선택된 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지에 표시되는 DSM이미지확인단계; 상기 DSM이미지의 대상 지역과 동일한 반사강도이미지가 반사강도이미지DB(113)에서 검색되고, 상기 임의 지상기준점이 표시된 상기 DSM이미지와 겹치도록 출력수단(130)에 의해 출력되는 반사강도이미지확인단계; 및 상기 임의 지상기준점의 표시 위치와 반사강도이미지의 해당 위치 간의 일치 여부가 확인되고, 일치 확인시 상기 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지 또는 반사강도이미지의 최종 지상기준점으로 설정되는 기준점 설정단계;를 포함하는 것이다.

Description

항공삼각측량을 위한 지상기준점 설정방법{Setting method of Ground Control Point by Aerial Triangulation}

본 발명은 항공삼각측량(AT)을 위한 지상기준점 설정시스템과 이를 기반으로 한 설정방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 항공삼각측량(AT; Aerial Triangulation)은 항공사진을 사용하여 사진상의 점 및 좌표를 정하기 위한 사진 측량기술로, 수치지도 제작기술에서 보편적이면서 필수적으로 활용되는 공지,공용기술이다.

항공기에서 촬영한 항공촬영이미지는 단순한 이미지에 불과하다. 그러나, 이러한 항공촬영이미지에 위도와 경도 및 높이에 대한 좌표값을 합성하면, 종래 도화이미지를 배경으로 제작된 지도보다 사실감이 우수한 지도를 완성할 수 있다. 그런데, 상기 항공촬영이미지는 촬영각도와 렌즈에 의한 광학적 굴곡으로 인해서 완전한 평면모습으로 촬영될 수 없다. 결국, 항공기는 연직 방향의 지상을 지속적으로 촬영하면서 다양한 항공촬영이미지를 수집하고, 이렇게 수집한 항공촬영이미지를 서로 중첩 및 합성해서 항공촬영이미지의 평면효율을 높인다.

계속해서, 이렇게 완성된 항공촬영이미지에 좌표값을 합성한다. 물론, 상기 항공촬영이미지에 수많은 좌표값을 일일이 적용할 수 없으므로, 종래에는 둘 이상의 지상기준점을 항공촬영이미지에 우선 적용하고, 상기 지상기준점을 기준으로 좌표값을 설정하는 방식을 적용했다(항공삼각측량).

그런데, 항공촬영이미지에 지상기준점을 설정하는 것은 인간이 직접 이미지 내에서 선택할 수밖에 없는 한계가 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 항공촬영이미지는 단순한 촬영이미지에 불과하고, 지상기준점은 위도, 경도 및 수준 등의 정보를 갖는 좌표값인데, 촬영이미지와 좌표값은 서로 상이한 데이터로서 연관관계가 없으므로, 컴퓨터는 촬영이미지와 좌표값의 자동 합성이 불가능하다. 따라서, 설정자는 좌표값을 알고 있는 항공촬영이미지 내에 일 지점을 지상기준점으로 정하고, 이렇게 정해진 지상기준점을 기준으로 일정한 좌표를 적용했던 것이다. 물론, 상기 지점에 대한 좌표값은 설정자가 직접 현장에 방문해서, GPS/INS 등의 통상적인 위치 측정을 통해 확인하거나, 수치지형도에서 간접적으로 확인했었다.

그러나, 이상 설명한 방식에 따른 종래 기준점 설정방식은, 앞서 언급한 바와 같이 설정자가 직접 지상기준점에 해당하는 실제 위치에 방문해서 지상기준점으로 설정할 지점의 좌표값을 측정 및 수집해야 하므로, 시간적으로나 비용적으로 비효율적일 수밖에 없었다. 물론, 이러한 비효율성을 보완하기 위해 수치지형도를 활용해 간접적으로 지상기준점을 설정할 수도 있었다. 그러나, 설정자가 어떠한 기준도 없이 육안으로 수치지형도와 항공촬영이미지의 동일지점을 선택하는 것은 정확도에 있어 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라, 수치지형도와 항공촬영이미지의 동일지점을 구분하는 것 자체도 쉽지 않은 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 실제 현장에 직접 방문하지 않고도 항공촬영이미지의 정확한 위치에 지상기준점을 설정할 수 있도록 하는 항공삼각측량을 위한 지상기준점 설정시스템과 이를 기반으로 한 설정방법의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

지상기준점을 설정할 지역의 해당 DSM이미지가 DSM이미지DB에서 검색되고, 출력수단에 출력된 상기 DSM이미지 내에서 선택된 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지에 표시되는 DSM이미지확인단계;

상기 DSM이미지의 대상 지역과 동일한 반사강도이미지가 반사강도이미지DB에서 검색되고, 상기 임의 지상기준점이 표시된 상기 DSM이미지와 겹치도록 출력수단에 의해 출력되는 반사강도이미지확인단계; 및

상기 임의 지상기준점의 표시 위치와 반사강도이미지의 해당 위치 간의 일치 여부가 확인되고, 일치 확인시 상기 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지 또는 반사강도이미지의 최종 지상기준점으로 설정되는 기준점 설정단계;

를 포함하는 항공삼각측량을 위한 지상기준점 설정방법이다.

상기의 본 발명은, 설정자가 직접 현장에 방문해 좌표값을 측정하지 않고도 항공촬영이미지의 원하는 지점을 지상기준점으로 정확히 지정할 수 있고, 이를 통해 항공삼각측량시 소비되는 비용과 시간을 획기적으로 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 설정시스템의 모습을 도시한 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 설정시스템을 기반으로 지도에 대한 항공삼각측량 과정을 순차 도시한 플로차트이고,
도 3은 본 발명에 따른 설정방법이 진행되는 절대표정 단계를 세분화해 도시한 플로차트이고,
도 4는 다수의 항공촬영이미지를 합성한 모습을 보인 이미지이고,
도 5는 임의 지역의 DSM이미지를 보인 이미지이고,
도 6은 도 5에서 보인 지역의 반사강도이미지를 보인 이미지이고,
도 7은 DSM이미지와 반사강도이미지를 활용해 지상기준점을 추출한 모습을 보인 이미지이고,
도 8은 DSM이미지에 컬러링 처리한 모습을 보인 이미지이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 설정시스템의 모습을 도시한 블록도 인바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 설정시스템은 항공기(A)를 이용한 공중에서 통상적인 디지털 방식의 촬영수단(11)과 라이다(12; lidar)를 이용해 지상을 촬영하고, 이렇게 촬영해서 획득한 이미지를 저장하는 데이터베이스(110)와, 데이터베이스(110)에 저장된 이미지 데이터를 검색해서 출력수단(130)을 통해 출력하고 입력수단(140)으로 입력된 처리신호에 따라 상기 이미지 데이터를 편집하는 처리수단(120)과, 데이터베이스(110)의 이미지를 출력하는 출력수단(130)과, 이미지 검색 및 출력된 이미지 편집 등에 대한 처리신호를 생성하는 입력수단(140)과, 설정자의 입력수단(140) 조작에 따라 지상기준점의 추출 처리를 진행하는 지상기준점 추출수단(150)과, 지상기준점을 이용하여 항공삼각측량(AT)을 진행하는 항공삼각측량수단(160)으로 구성되고, 설정자에 의한 지상기준점의 추출 정확도를 보다 높이기 위한 반사강도이미지를 컬러링 처리하는 컬러링수단(170)이 더 포함될 수 있다.

데이터베이스(110)는 통상적인 디지털 카메라인 촬영수단(11)의 항공촬영이미지를 저장하는 항공촬영이미지DB(111)와, 통상적인 라이다(12)의 DSM이미지를 저장하는 DSM이미지DB(112)와, 통상적인 라이다(12)의 반사강도이미지를 저장하는 반사강도이미지DB(113)로 구성된다.

항공촬영이미지DB(111)에 저장되는 항공촬영이미지는 촬영수단(11)이 촬영한 모든 이미지가 저장될 수도 있을 것이나, 도 4(다수의 항공촬영이미지를 합성한 모습을 보인 이미지)에서 보인 바와 같이, 특정 지역에 대한 정확한 촬영이미지 모습을 완성하기 위해 상기 지역의 다수 촬영이미지를 중복 처리한 항공촬영이미지들만이 저장될 수도 있을 것이다. 항공촬영이미지 간의 상기 중복 비율은 항공촬영이미지의 변형률에 따라 다양할 수 있다.

참고로, 다수의 항공촬영이미지를 중복 처리하는 이유는, 항공기(A)에서 지상을 촬영하는 촬영수단(11)의 렌즈 곡률과 빛의 굴절 등으로 인해 촬영수단(11)이 곧바로 촬영한 지점을 제외한 그 둘레는 변형이 불가피하고, 이로 인해 촬영수단(11)이 촬영한 항공촬영이미지 자체는 지도로의 직접 활용에 적절치 않기 때문이다. 또한, 지도를 완성하기 위해서는 다수의 항공촬영이미지를 연결해야 하는데, 이때도 역시 항공촬영이미지 간의 중복 연결은 불가피하다.

다수의 항공촬영이미지를 중복해서 하나의 항공촬영이미지로 완성하는 기술은 공지,공용의 기술로서, 항공촬영이미지 중복을 위한 절차와 방법 등에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

DSM이미지DB(112)에 저장되는 DSM이미지는 공지,공용의 라이다 데이터를 격자형태로 나열해 이미지화한 것이다. 여기서, DSM이란, Digital surface model의 약자로, 수치표고자료의 일종이다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, DSM은 라이다(12)가 제공하는 원시 데이터인 3차원 점의 집합이나 이러한 3차원 점을 도 5(임의 지역의 DSM이미지를 보인 이미지)에 도시한 바와 같이, 격자화해서 생성한 데이터이다.

반사강도이미지DB(113)에 저장되는 반사강도이미지는 라이다 반사강도(LIDAR Intensity)를 확인해서 이를 이미지화한 것이다.

상기 라이다 반사강도는 라이다를 취득할 당시의 고유 속성으로, 물체는 그 재질에 따라 특정한 반사값을 갖는다는 성질을 응용해서, 토지 피복 분류와 지표상 건물 추출과 도로 분류 등에 활용된다.

도 6(도 5에서 보인 지역의 반사강도이미지를 보인 이미지)에 도시한 바와 같이, 도로와 건물에 대한 라이다 반사강도의 차이가 명확하므로, 설정자의 육안으로도 지상 구조물들과 도로의 식별이 가능하다. 그러나 분류 대상(도로와 건물 등)에 적합하지 않은 파장대의 레이저를 활용할 경우 지상 구조물에 대한 식별이 불확실할 수도 있다. 물론, 다양한 재질로 구성된 지상에 대해 상기 재질들의 분류에 적합한 다양한 파장대의 레이저를 조사할 수는 없으므로, 반사강도이미지만으로도 지상 구조물 각각을 치밀하게 구분할 수는 없을 것이다.

처리수단(120)은 항공촬영이미지ㆍDSM이미지ㆍ반사강도이미지의 출력과, 처리신호에 따른 상기 이미지들의 편집 등을 수행하는 것으로, 처리수단(120)의 구체적인 기능은 본 발명에 따른 지상기준점 설정방법을 설명하면서 상세히 기술한다.

출력수단(130)은 상기 이미지들을 설정자에게 보이기 위한 통상적인 장치로, 처리수단(120)의 제어에 따라 상기 이미지들을 각각 출력할 수도 있고, 서로 겹치도록 출력할 수도 있다.

입력수단(140)은 설정자의 조작에 의해 본 발명에 따른 설정시스템의 구동을 위한 처리신호를 생성시키는 통상적인 장치이다.

지상기준점 추출수단(150)은 지상기준점 설정을 위해 이미지를 출력하고, 임의 지상기준점 등의 표식을 처리하는 장치로, 설정자의 조작에 의한 입력수단(140)의 처리신호에 따라 DSM이미지에서 임의 지상기준점을 표시한 후 반사강도이미지에서 상기 임의 지상기준점의 위치에 매칭되는 지점을 지상기준점으로 추출할 수 있도록 하며, 이렇게 추출된 지상기준점이 정확한 위치에 설정되었는지 여부도 확인할 수 있도록 한다. 계속해서, 지상기준점 추출수단(150)은 이렇게 확인된 지상기준점을 항공촬영이미지의 해당 지점에 적용해서, 상기 지상기준점이 항공촬영이미지에도 적용돼 설정되도록 할 수도 있다. 본 발명에 따른 지상기준점 설정방법을 설명하면서 상세히 기술한다.

항공삼각측량수단(160)은 설정된 지상기준점을 기준으로 삼각측량을 진행해서, 완성된 지도에 대한 정확성 여부를 검사하고, 아울러 설정된 지상기준점을 기준으로 절대좌표로 환산하는 장치로, 이러한 항공삼각측량수단(160)은 널리 알려진 공지,공용의 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

컬러링수단(170)은 반사강도에 따라 특정 색상을 컬러링해서, 출력수단(130)을 통해 출력되는 반사강도이미지의 식별이 용이하도록 하는 것으로, 설정자가 지상기준점 추출수단(150)을 통해 반사강도이미지로부터 지상기준점을 추출할 때, DSM이미지와 반사강도이미지의 위치적 상호 매칭을 정확히 할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 설정시스템을 기반으로 지도에 대한 항공삼각측량 과정을 순차 도시한 플로차트이고, 도 3은 본 발명에 따른 설정방법이 진행되는 절대표정 단계를 세분화해 도시한 플로차트인 바, 이를 참조해 설명한다.

S10; 데이터 입력단계

항공기(A)는 동일 지점의 상공을 동일한 고도와 속도로 수회 통과하면서 촬영수단(11)과 라이다(12)를 이용해 촬영한다. 따라서, 상기 지점은 물론 그 근방에 대한 이미지 데이터를 수집할 수 있고, 이렇게 수집된 이미지 데이터는 무선 또는 유선을 통해 데이터베이스(110)로 전달돼 저장된다.

물론, 촬영수단(11)이 촬영한 항공촬영이미지는 항공촬영이미지DB(111)에 저장될 것이고, 라이다(12)가 촬영한 DSM이미지와 반사강도이미지는 각각 DSM이미지DB(112)와 반사강도이미지DB(113)에 저장될 것이다.

S20; 내부표정 단계

내부표정(內部標定, interior orientation, inner orien- tation)이란, 동일 지점 및 인접 지점을 촬영한 항공촬영이미지들의 위치를 일치시켜서 이미지들의 중복을 위한 기준을 설정 및 조정하는 작업으로, 지상기준점을 설정하고자 하는 대상 지역의 이미지들을 처리수단(120)이 데이터베이스(110)에서 검색하고, 이렇게 검색된 이미지들에 대한 내부표정 작업을 지상기준점 추출수단(150)이 진행한다.

내부표정 작업은 항공촬영이미지들을 중복 및 연결해서 연속된 항공촬영이미지를 완성할 수 있도록 준비하는 초기 작업이다. 본 단계는 DSM이미지 및 반사강도이미지에도 적용될 수 있을 것이다.

S30; 상호표정 단계

지상기준점 추출수단(150)은 입체사진의 일종인 항공촬영이미지 한 쌍의 투영관계가 동일하도록 재현한다. 본 단계에서는 항공촬영이미지의 축적과 공간 내의 위치 및 경사가 정해지진 않는다.

이상 설명한 내부표정 단계(S20)와 상호표정 단계(S30)는 지상기준점을 설정하기 위해 지상기준점 추출수단(150)이 수행하는 이미지 데이터에 대한 통상적인 가공 단계로, 이에 대한 추가 설명은 생략한다.

S40; 절대표정 단계

지상기준점 추출수단(150)은 상기 상호표정 단계에서 재현된 모상의 축척, 경사, 방위 등을 수정하여 실제좌표값에 대응하도록 한다. 이 과정에서 지상기준점의 설정이 요구된다.

내부표정 단계(S20)와 상호표정 단계(S30)를 통해 처리된 이미지에서 최종 지상기준점을 설정하기 위해서는 DSM이미지와 반사강도이미지 내 임의 지상기준점 추출이 선행된다.

도 5와 도 6은 동일한 지점의 DSM이미지와 반사강도이미지를 각각 보인 것으로, DSM이미지는 점들이 격자형태로 배치된 모습을 이루고, 반사강도이미지는 지상 구조물의 상이한 반사값에 따라 구분된 모습으로 표현된다.

도 3을 참조해 좀 더 상세히 설명하면,

S42, 43; DSM이미지 및 반사강도이미지 확인단계

설정자는 입력수단(140)을 조작해서 임의 지상기준점을 추출할 이미지를 데이터베이스(110)에서 검색하는 처리신호를 생성시키고, 처리수단(120)은 상기 처리신호에 따라 해당 이미지를 검색한 후 출력수단(130)을 통해 출력시킨다. 한편 지상기준점 추출수단(150)은 출력수단(130)에 출력되고 있는 이미지의 일 지점을 설정자가 입력수단(140)을 활용해 임의 지상기준점으로 선택하면, 이를 인식해서 표식을 출력한다.

참고로, 반사강도이미지는 백색과 회색으로 이루어진 영상이므로, 임의 지상기준점 추출시에 지형 및 지물 등을 구별하기 힘들 수 있다. 따라서, DSM이미지를 통해 임의 지상기준점을 표식할 지점의 위치를 우선 정확히 파악한 후 반사강도이미지를 출력해서 지상기준점을 추출할 수 있도록 한다. 이때, 지상기준점 추출수단(150)은 DSM이미지와 반사강도이미지를 겹치게 출력시켜서, 설정자가 DSM이미지에서 선택한 임의 지상기준점이 적절했는지 여부가 반사강도이미지를 기준으로 확인될 수 있도록 한다.

S44; 기준점 설정단계

설정자는 출력수단(130)을 통해 출력되는 DSM이미지와 반사강도이미지를 확인해서 상기 임의 지상기준점의 정확도를 확인하고, 지상기준점 추출수단(150)은 상기 설정자에 의한 입력수단(140)의 처리신호에 따라 상기 임의 지상기준점을 최종 지상기준점으로 설정한다. 참고로, 지상기준점(GCP, Ground Control Point, 地上基準點)이란, 원격 탐사에서 화상 좌표계와 지도 좌표계 사이의 좌표 변환식을 구하기 위해 사용하는 기준점으로, 지상기준점을 선정할 때에는 화상과 지도의 두 좌표계에서 공통적으로 분명한 좌표를 선정한다.

또한, 지상기준점 추출수단(150)은 도 7(DSM이미지와 반사강도이미지를 활용해 지상기준점을 추출한 모습을 보인 이미지)에 보인 바와 같이, 설정된 상기 최종 지상기준점을 항공촬영이미지 내 해당 위치에 표시해서 출력수단(130)을 통해 출력할 수도 있다.

본 발명에 따른 실시예에서는 설정자가 지상기준점의 위치를 현실적으로 확인하고 이해할 수 있도록, 출력수단(130)에서 항공영상이미지를 출력한 후 설정된 지상기준점이 표시되도록 했지만, 출력수단(130)을 통한 항공촬영이미지의 출력이 반드시 이루어져야 하는 것은 아니다.

S45; 실제좌표값 적용단계

설정된 최종 지상기준점의 실제좌표값을 확인해서 상기 실제좌표값 데이터를 상기 설정된 최종 지상기준점에 링크시키고, 이를 기준으로 통상적인 절대표정 작업을 진행할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 설정방법은 컬러링 단계(S41)를 더 포함할 수 있다. 컬러링 단계(S41)를 진행하기 위한 컬러링수단(170)은 설정자가 반사강도이미지DB(113)를 육안으로 이해하고 이를 확인할 수 있도록 반사강도에 따라 다양한 색상을 적용 처리하는 것으로, 입력수단(140)의 검색 처리신호에 대응해서 처리수단(120)이 검색한 반사강도이미지 내 반사강도에 따라 특정 색상을 컬러링하고, 출력수단(130)을 통해 다색성 반사강도이미지가 출력되도록 한다.

설정자는 반사강도를 명확히 구분할 수 있는 다색의 반사강도이미지를 통해 지상기준점 설정을 보다 정확히 할 수 있다.

S50; 항공삼각측량단계

절대표정 단계(S40)에서 처리된 지상기준점을 기준으로 관측된 점들의 좌표를 전산기 및 도해적 방법으로 절대좌표로 환산한다.

S60; 이미지 출력단계

절대좌표가 적용된 도화지도 또는 항공촬영이미지를 검색자의 요청에 따라 출력수단(130)을 통해 출력할 수 있다.

Claims (2)

1. 지상기준점을 설정할 지역의 해당 DSM이미지가 DSM이미지DB(112)에서 검색되고, 출력수단(130)에 출력된 상기 DSM이미지 내에서 선택된 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지에 표시되는 DSM이미지확인단계;
   상기 DSM이미지의 대상 지역과 동일한 반사강도이미지가 반사강도이미지DB(113)에서 검색되는 단계, 반사강도에 따라 특정 색상이 컬러링 되어서 상기 반사강도이미지가 다색으로 출력되도록 하는 컬러링 단계, 상기 임의 지상기준점이 표시된 상기 DSM이미지와 겹치도록 상기 반사강도이미지가 출력수단(130)에 의해 출력되는 단계로 구성된 반사강도이미지확인단계; 및
   상기 임의 지상기준점의 표시 위치와 반사강도이미지의 해당 위치 간의 일치 여부가 확인되고, 일치 확인시 상기 임의 지상기준점이 상기 DSM이미지 또는 반사강도이미지의 최종 지상기준점으로 설정되는 기준점 설정단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공삼각측량을 위한 지상기준점 설정방법.
   
2. 삭제

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