KR101291219B1 - 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치 - Google Patents

전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR101291219B1
KR101291219B1 KR1020120027167A KR20120027167A KR101291219B1 KR 101291219 B1 KR101291219 B1 KR 101291219B1 KR 1020120027167 A KR1020120027167 A KR 1020120027167A KR 20120027167 A KR20120027167 A KR 20120027167A KR 101291219 B1 KR101291219 B1 KR 101291219B1
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정형섭
이광재
김윤수
오관영
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 단계와, 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 단계와, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 단계와, 상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과 상기 밴드별 가중치를 이용하여 저주파 전정색영상을 형성하는 단계와, 상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성하는 단계와, 상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 단계, 및 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득하는 단계를 포함하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법을 제공한다.
상기 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 따르면, 고해상도의 전정색영상이 지니는 고해상도 특성과 저해상도의 다분광영상이 지니는 분광정보를 효과적으로 보존하면서 전정색영상과 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득할 수 있는 이점이 있다.

Description

전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치{Method for data fusion of panchromatic and multi-spectral images and apparatus thereof}
본 발명은 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전정색영상과 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득할 수 있는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광학센서의 민감도는 광학센서로 유입되는 복사에너지의 크기에 따라 결정된다. 이러한 복사에너지의 크기는 분광대역, 화소 내의 공간영역 크기, 그리고 노출시간에 따라 결정된다. 더 상세하게는 분광대역이 클수록, 화소 내의 공간영역 크기가 클수록, 그리고 노출시간이 많을수록 복사에너지의 양은 커진다.
일반적으로 광학 위성영상은 전정색영상과 다분광영상을 동시에 제공한다. 전정색영상은 센서가 요구하는 복사에너지의 크기를 만족시키기 위하여 넓은 분광대역을 이용하는 대신 좁은 공간영역을 이용하여 만들어지므로, 낮은 분광해상도 및 높은 공간해상도를 지닌다. 이와 달리, 다분광영상은 좁은 분광대역을 이용하는 대신 넓은 공간영역을 이용하여 만들어지므로, 높은 분광해상도 및 낮은 공간해상도를 지닌다.
실질적으로 객체인식의 향상이나 변화탐지의 효율성을 위해서는 높은 공간해상도와 높은 분광해상도를 지니는 영상이 요구된다. 그러나, 앞서와 같은 센서의 물리적 한계로 인하여 높은 공간해상도 및 높은 분광해상도의 영상을 촬영하는 것은 불가능하다. 따라서, 높은 공간해상도의 전정색영상과 높은 분광해상도의 다분광영상의 효과적인 융합 방법의 개발은 효율적인 영상의 활용을 위하여 매우 중요하게 다루어지고 있다.
현재까지 잘 알려진 영상 융합 기법에는 HPF(high-pass filter) 기법, IHS(intensity-hue-saturation) 기반 기법, 웨이블렛(wavelet) 기반 기법 등이 있다. IHS 기반 기법을 이용한 위성 영상 융합 방법에 관해서는 특허공개 제2009-0096142호에 개시되어 있다. 그런데, 이러한 기존의 영상 융합 기법들은 분광정보와 해상력의 보존 측면에서 충분하지 못한 결과를 보여주고 있다.
본 발명은, 고해상도의 전정색영상이 지니는 고해상도 특성과 저해상도의 다분광영상이 지니는 분광정보를 효과적으로 보존하면서 전정색영상과 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득할 수 있는, 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 단계와, 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 단계와, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 단계와, 상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과 상기 밴드별 가중치를 이용하여 저주파 전정색영상을 형성하는 단계와, 상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성하는 단계와, 상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 단계, 및 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득하는 단계를 포함하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법을 제공한다.
여기서, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 단계는, 저해상도 전정색영상을 이용하여 상기 밴드별 가중치를 계산하며, 상기 저해상도 전정색영상은 아래의 수학식으로 각각 정의될 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00001
,
Figure 112012021461966-pat00002
여기서, Pl(x,y)는 상기 저해상도 전정색영상이다. 첫 번째 Pl(x,y) 식에서, ci는 상기 저해상도 다분광영상의 i번째 밴드의 가중치, Nb는 상기 밴드의 개수, Mi l(x,y)는 i번째 밴드에서의 저해상도 다분광영상의 밝기, x와 y는 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, l은 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도의 표현, c0는 상기 밝기의 오프셋이다. 또한, 두 번째 Pl(x,y) 식에서, Ph(u,v)는 상기 고해상도 전정색영상, h는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도의 표현, u와 v는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, r은 상기 고해상도 전정색영상과 상기 저해상도 다분광영상의 공간 해상도 간의 비이다.
그리고, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치는 아래의 수학식으로 계산될 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00003
,
Figure 112012021461966-pat00004
여기서, c는 상기 밴드별 가중치를 나타내는 벡터, p는 상기 저해상도 전정색영상을 나타내는 벡터, M은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기를 나타내는 행렬이다.
또한, 상기 저주파 전정색영상을 형성하는 단계는, 상기 저주파 전정색영상을 아래의 수학식으로 계산할 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00005
여기서,
Figure 112012021461966-pat00006
은 상기 저주파 전정색영상,
Figure 112012021461966-pat00007
은 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기 값을 나타낸다.
또한, 상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 단계는, 상기 밴드별 융합 계수를 아래의 수학식으로 계산할 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00008
여기서, αi는 i번째 밴드의 융합 계수,
Figure 112012021461966-pat00009
는 상기 고해상도 전정색영상을 상기 내삽형 다분광영상의 평균 및 분산과 동일하도록 변환한 전정색영상을 나타낸다.
그리고, 상기 고해상도 다분광영상을 획득하는 단계는, 상기 고해상도 다분광영상을 아래의 수학식으로 획득할 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00010
여기서,
Figure 112012021461966-pat00011
은 상기 고해상도 다분광영상,
Figure 112012021461966-pat00012
는 상기 고주파 전정색영상을 나타낸다.
그리고, 본 발명은, 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 영상 획득부와, 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 위치 정합부와, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 가중치 계산부와, 상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과 상기 밴드별 가중치를 이용하여 저주파 전정색영상을 형성하는 제1 영상 형성부와, 상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성하는 제2 영상 형성부와, 상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 융합 계수 계산부, 및 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득하는 융합 영상 획득부를 포함하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 따르면, 고해상도의 전정색영상이 지니는 고해상도 특성과 저해상도의 다분광영상이 지니는 분광정보를 효과적으로 보존하면서 전정색영상과 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1을 이용한 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 S250 단계를 설명하기 위한 영상이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저해상도 다분광영상과 고해상도 다분광영상의 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저해상도 다분광영상과 고해상도 다분광영상을 칼라로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 고해상도 다분광영상과, 기존의 기법을 통해 제작된 고해상도 다분광영상을 비교한 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
일반적으로 전정색영상은 고해상도 특성을 가지며 다분광영상은 저해상도 특성을 갖는다. 본 발명은 이러한 고해상도의 전정색영상과 저해상도의 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득하기 위한 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법과 그 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치의 구성도이다. 상기 장치(100)는 영상 획득부(110), 영상 정합부(120), 가중치 계산부(130), 제1 영상 형성부(140), 제2 영상 형성부(150), 융합 계수 계산부(160), 영상 융합부(170)를 포함한다.
상기 영상 획득부(110)는 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 부분이다. 이러한 영상 획득부(110)는 광학센서를 포함한다.
상기 영상 정합부(120)는 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 역할을 한다. 이와 같은 정합은 다분광영상과 전정색영상이 서로 다른 센서에 의하여 촬영된 경우에 요구되며, 동일 센서에 의하여 동시에 촬영된 경우에는 일반적으로 요구되지 않는다.
그 예로서, 최근에 발사되어 운영되고 있는 IKONOS, Quickbird, WorldView, 또는 KOMPSAT-2에 의하여 동시에 촬영된 다분광영상과 전정색영상의 경우, 두 영상은 거의 동일한 위치를 지니고 있기 때문에 일반적으로 정합 과정이 요구되지 않는다.
반면, 서로 다른 위성에 의한 서로 다른 센서에 의하여 촬영된 경우, 예를 들어 LANDSAT-TM센서에 의하여 촬영된 다분광영상과 SPOT-4센서에 의하여 촬영된 전정색영상의 융합의 경우에는 서로 다른 두 영상의 위치 정합이 요구된다. 이러한 정합은 영역기반 매칭 기법에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 영역기반 매칭기법은 본 발명이 속하는 기술분야의 기 공지된 기술로서 보다 구체적인 설명은 생략한다.
상기 가중치 계산부(130)는 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 부분이다.
상기 제1 영상 형성부(140)는 상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과, 상기 밴드별 가중치를 이용하여, 저주파 전정색영상을 형성한다. 그리고, 상기 제2 영상 형성부(150)는 상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성한다.
상기 융합 계수 계산부(160)는 상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산한다. 그리고, 상기 융합 영상 획득부(110)는 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득한다.
이러한 과정을 통해 본 발명은, 다중 밴드로 구성되는 저해상도의 다분광영상의 분광정보를 그대로 유지하면서 전정색영상의 높은 공간해상도를 지니는 고해상도의 다분광영상을 생성할 수 있다.
도 2는 도 1을 이용한 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 2를 참조로 하여 상기 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법에 관하여 상세히 알아본다.
먼저, 영상 획득부(110)에서는 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득한다(S210).
이후, 영상 정합부(120)는 상기 획득된 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합한다(S220). 이러한 위치 정합은 영역기반 매칭 기법을 사용한다.
다음, 상기 가중치 계산부(130)에서는 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산한다(S230). 이러한 S230 단계는 고해상도의 전정색영상의 분광 대역폭에 포함되는 저해상도 다분광영상의 밴드에 대해 가중치를 계산하는 단계에 해당된다.
일반적으로, 전정색영상은 블루, 그린, 레드 및 근적외선(NIR) 영역까지의 넓은 분광대역에서 영상을 촬영한다. 이와 달리, 다분광영상은 블루, 그린, 레드 및 근적외선 영역의 좁은 분광대역에서 각각 다른 밴드별로 영상을 촬영한다. 이 때문에 다분광영상의 밴드별 영상의 좁은 분광대역의 합은 전정색영상의 분광대역과 유사하게 된다.
따라서, 저해상도 전정색영상의 밝기 Pl은 저해상도 다분광영상의 밝기의 합으로 표현할 수 있다(수학식 1 참조). 이와 관련하여, 가중치 계산부(130)는 저해상도 전정색영상을 이용하여 밴드별 가중치를 계산한다. 저해상도 전정색영상인 Pl(x,y)은 아래의 수학식 1로 정의된다.
Figure 112012021461966-pat00013
보다 정확하게는 Pl(x,y)은 저해상도 전정색영상의 밝기를 나타낸다.
이러한 수학식 1에서, ci는 상기 저해상도 다분광영상의 i번째 밴드의 가중치, Nb는 상기 밴드의 개수이다. Mi l(x,y)는 i번째 밴드에서의 저해상도 다분광영상의 밝기, x와 y는 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, l 첨자는 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도의 표현이다. c0는 밝기의 오프셋으로서 임의의 값이 사용될 수 있다.
이러한 저해상도 전정색영상 Pl(x,y)는 고해상도 전정색영상 Ph(u,v)로부터 정의될 수 있으며, 그 정의는 수학식 2와 같다.
Figure 112012021461966-pat00014
즉, Ph(u,v)는 상기 고해상도 전정색영상의 밝기를 나타낸다. 또한, h 첨자는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도의 표현, u와 v는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향이다. 그리고, r은 상기 고해상도 전정색영상과 상기 저해상도 다분광영상의 공간 해상도 간의 비를 나타낸다.
수학식 1과 수학식 2로부터 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치 ci는 정규방정식을 이용하여 아래의 수학식 3과 같은 행렬로 계산된다.
Figure 112012021461966-pat00015
여기서, c는 상기 밴드별 가중치를 나타내는 벡터, p는 상기 저해상도 전정색영상을 나타내는 벡터, M은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기를 나타내는 행렬이다.
이러한 벡터 c, 벡터 p, 그리고 행렬 M은 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure 112012021461966-pat00016
이상과 같이, 밴드별 가중치를 계산한 다음, 상기 제1 영상 형성부(140)에서는, 상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과, 상기 밴드별 가중치를 이용하여, 저주파 전정색영상을 형성한다(S240).
상기 내삽(interpolation)은 기 공지된 스플라인 내삽 기법을 이용할 수 있다. 예를 들어 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상의 동일한 크기로 내삽한다.
상기 내삽형 다분광 영상의 밴드별 밝기 값과, 상기 밴드별 가중치 ci를 이용하여 계산되는 저주파 전정색영상
Figure 112012021461966-pat00017
은 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112012021461966-pat00018
여기서,
Figure 112012021461966-pat00019
은 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기 값을 나타내는 것으로서, 보다 상세하게는 i번째 밴드에서의 내삽형 다분광영상의 밝기를 나타낸다. 수학식 5는 앞서 수학식 1의 형태와 유사한 것을 알 수 있다. 수학식 5의 나열하지 않은 기호들은 앞서 수학식 1의 기호 설명을 참조한다. 즉, 이러한 수학식 5에 따른 저주파 전정색영상은 저해상도 다분광영상이 지니는 해상도 특성에 맞춘 저주파 대역의 전정색영상을 의미한다.
이후, 상기 제2 영상 형성부(150)에서는 고해상도 전정색영상으로부터 수학식 5의 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성한다(S250). 다르게 설명하면, 고해상도 전정색영상은 저주파 전정색영상과 고주파 전정색영상의 합과 같다.
이러한 고주파 전정색영상 δ(u,v)는 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112012021461966-pat00020
여기서, 앞서 Ph(u,v)는 고해상도 전정색영상에 해당됨을 설명한 바 있다.
도 3은 도 2의 S250 단계를 설명하기 위한 영상이다. 도 3의 (a)는 고해상도 전정색영상 Ph(u,v)이다. 도 3의 (b)는 상기 밴드별 가중치를 이용하여 제작된 저주파 전정색영상
Figure 112012021461966-pat00021
를 나타낸다. 그리고, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에서 (b)를 뺀 영상으로서, 상기 S250 단계를 통해 제작되는 고주파 전정색영상 δ(u,v)을 나타낸다.
도 3의 (c)와 같이 제작된 고주파 전정색영상은 고해상도 전정색영상과 저해상도 다분광영상의 해상도와 분광특성을 고려하여 제작된 것으로서, 건물과 건물의 경계, 도로 경계, 논밭의 경계, 비닐하우스의 경계 부분이 선명하게 나타남을 알 수 있다.
이러한 S250 단계 이후, 융합 계수 계산부(160)에서는 상기 고주파 전정색영상 δ(u,v)의 밴드별 융합 계수를 계산한다(S260).
여기서, 상기 밴드별 융합 계수는 아래의 수학식 7을 통해 계산한다.
Figure 112012021461966-pat00022
여기서, αi는 i번째 밴드의 융합 계수,
Figure 112012021461966-pat00023
는 상기 고해상도 전정색영상을 상기 내삽형 다분광영상의 평균 및 분산과 동일하도록 변환한 전정색영상을 나타낸다.
다음, 상기 영상 융합부(170)에서는 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기 값
Figure 112012021461966-pat00024
, 상기 밴드별 융합 계수 αi, 그리고 상기 고주파 전정색영상 δ(u,v)을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득한다(S270).
획득된 상기 고해상도 다분광영상
Figure 112012021461966-pat00025
은 아래의 수학식 8과 같이 정의된다.
Figure 112012021461966-pat00026
이러한 고해상도 다분광영상은 고주파 전정색영상 δ(u,v)에 밴드별 융합 계수 αi를 곱한 후, 그 결과를 내삽형 다분광영상
Figure 112012021461966-pat00027
과 더하여 획득할 수 있다. 여기서, i는 0에서 Nb까지의 밴드 개수에 의하여 정의된다.
수학식 8에 사용된 밴드별 융합 계수 αi는 고주파 전정색영상 δ(u,v)을 내삽형 다분광영상
Figure 112012021461966-pat00028
에 더할 때, 각 밴드별 내삽형 다분광영상의 평균과 분산을 고려하면서 고해상도 다분광영상을 제작할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
이러한 고해상도 다분광영상의 제작은 수학식 8을 이용하여 다분광영상의 각 밴드별로 모든 화소에 대하여 이루어지며, 제작된 고해상 다분광영상은 높은 공간해상도와 높은 분광해상도를 동시에 지니는 특징이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저해상도 다분광영상과 고해상도 다분광영상의 예를 나타낸다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 실시예에 사용된 저해상도 다분광영상의 블루밴드, 그린밴드, 레드밴드, 근적외선밴드를 나타낸 것이다. 도 4의 (e) 내지 (h)는 본 발명에 의해 최종 제작된 고해상도 다분광영상의 블루밴드, 그린밴드, 레드밴드, 근적외선밴드를 나타낸 것이다. 이러한 도 4의 (e) 내지 (h)는 도 4의 (a) 내지 (d)의 영상에 대해 각각 도 3의 (c)의 영상을 더한 개념에 해당된다.
본 발명에 의해 제작된 고해상도 다분광영상의 밴드별 영상은 저해상도 다분광영상의 밴드별 영상의 분광특성을 그대로 보존하면서 높은 공간해상도를 지닌다. 이러한 특성은 더욱 정확한 객체인식, 변화탐지, 영상 지도 제작, 도시 분석 등의 수행을 가능하게 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저해상도 다분광영상과 고해상도 다분광영상을 칼라로 도시한 것이다. 도 5의 (a)와 (b)는 각각 저해상도 다분광영상과 고해상 다분광영상의 블루밴드, 그린밴드, 레드밴드를 각각 블루, 그린, 레드의 조합에 따른 칼라로 도시한 것이다. 도 5의 (c)와 (d)는 각각 저해상도 다분광영상과 고해상도 다분광영상의 그린밴드, 레드밴드, 근적외선밴드를 각각 블루, 그린, 레드의 조합에 따른 칼라로 도시한 것이다.
본 발명에 의해 제작된 고해상도 다분광영상은 저해상도 다분광영상의 칼라톤을 그대로 유지하면서 높은 공간해상도를 지니고 있음을 확인할 수 있다. 이는 높은 공간해상도의 전정색영상과 높은 분광해상도의 다분광영상을 효과적으로 융합하고 있음을 증명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 고해상도 다분광영상과, 기존의 기법을 통해 제작된 고해상도 다분광영상을 비교한 것이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 실시예에 사용된 고해상도 전정색영상이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 실시예에 사용된 저해상도 다분광영상을 나타낸다. 이는 S210 단계에 따른 최초 영상을 나타낸다.
도 6의 (c)는 본 발명의 실시예에 다라 제작된 고해상도 다분광영상이다. 그리고, 도 6의 (d), (e), (f)는 각각 기존의 IHS기반 기법, HPF기법, 웨이블렛 기반 기법에 의하여 제작된 고해상도 다분광영상을 나타낸다.
본 발명에 따라 제작된 고해상도 다분광영상은 기존 고해상도 전정색영상의 높은 공간해상도를 지니면서, 저해상도 다분광영상의 높은 분광해상도를 분광특성의 왜곡없이 제대로 나타낸다. 반면, 현재까지 잘 알려진 기법인 IHS기반 기법, HPF기법, 웨이블렛 기반 기법의 경우는 분광정보와 해상력의 보존 측면에서 충분하지 못한 결과를 보임을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법 및 그 장치에 따르면, 고해상도의 전정색영상이 지니는 고해상도 특성과 저해상도의 다분광영상이 지니는 분광정보를 효과적으로 보존하면서 전정색영상과 다분광영상을 융합하여 고해상도의 다분광영상을 획득할 수 있는 이점이 있다. 이러한 본 발명은 객체인식, 변화탐지, 영상 지도 제작, 도시 분석 등 다양한 분야에 활용되어 보다 향상된 결과를 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치
110: 영상 획득부 120: 영상 정합부
130: 가중치 계산부 140: 제1 영상 형성부
150: 제2 영상 형성부 160: 융합 계수 계산부
170: 영상 융합부

Claims (12)

  1. 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 단계;
    영역기반 매칭 기법을 이용하여 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 단계;
    상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 단계;
    상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과 상기 밴드별 가중치를 이용하여 저주파 전정색영상을 형성하는 단계;
    상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성하는 단계;
    상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 단계; 및
    상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득하는 단계를 포함하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 단계는,
    저해상도 전정색영상을 이용하여 상기 밴드별 가중치를 계산하며,
    상기 저해상도 전정색영상은 아래의 수학식으로 각각 정의되는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법:
    Figure 112013055556622-pat00029
    ,
    Figure 112013055556622-pat00030

    여기서, Pl(x,y)는 상기 저해상도 전정색영상이며, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치는 첫 번째 Pl(x,y) 식과 두 번째 Pl(x,y) 식의 연립으로 계산되고,
    상기 첫 번째 Pl(x,y) 식은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기의 합으로 정의되는 저해상도 전정색영상 식으로서, ci는 상기 저해상도 다분광영상의 i번째 밴드의 가중치, Nb는 상기 밴드의 개수, Mi l(x,y)는 i번째 밴드에서의 저해상도 다분광영상의 밝기, x와 y는 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, l은 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도의 표현, c0는 상기 밝기의 오프셋이고,
    상기 두 번째 Pl(x,y) 식은 상기 고해상도 전정색영상으로부터 정의되는 저해상도 전정색영상 식으로서, Ph(u,v)는 상기 고해상도 전정색영상, h는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도의 표현, u와 v는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, r은 상기 고해상도 전정색영상과 상기 저해상도 다분광영상의 공간 해상도 간의 비이다.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치는 아래의 수학식으로 계산되는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법:
    Figure 112012021461966-pat00031
    ,
    Figure 112012021461966-pat00032

    여기서, c는 상기 밴드별 가중치를 나타내는 벡터, p는 상기 저해상도 전정색영상을 나타내는 벡터, M은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기를 나타내는 행렬이다.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 저주파 전정색영상을 형성하는 단계는,
    상기 저주파 전정색영상을 아래의 수학식으로 계산하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법:
    Figure 112012021461966-pat00033

    여기서,
    Figure 112012021461966-pat00034
    은 상기 저주파 전정색영상,
    Figure 112012021461966-pat00035
    은 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기 값을 나타낸다.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 단계는,
    상기 밴드별 융합 계수를 아래의 수학식으로 계산하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법:
    Figure 112012021461966-pat00036

    여기서, αi는 i번째 밴드의 융합 계수,
    Figure 112012021461966-pat00037
    는 상기 고해상도 전정색영상을 상기 내삽형 다분광영상의 평균 및 분산과 동일하도록 변환한 전정색영상을 나타낸다.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고해상도 다분광영상을 획득하는 단계는,
    상기 고해상도 다분광영상을 아래의 수학식으로 획득하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 방법:
    Figure 112012021461966-pat00038

    여기서,
    Figure 112012021461966-pat00039
    은 상기 고해상도 다분광영상,
    Figure 112012021461966-pat00040
    는 상기 고주파 전정색영상을 나타낸다.
  7. 특정 물체를 촬상하여 얻어진 저해상도 다분광영상과 고해상도 전정색영상을 각각 획득하는 영상 획득부;
    영역기반 매칭 기법을 이용하여 상기 저해상도 다분광영상을 상기 고해상도 전정색영상의 위치로 정합하는 위치 정합부;
    상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치를 계산하는 가중치 계산부;
    상기 고해상도 전정색영상에 상기 저해상도 다분광영상을 내삽하여 얻어진 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값과 상기 밴드별 가중치를 이용하여 저주파 전정색영상을 형성하는 제1 영상 형성부;
    상기 고해상도 전정색영상으로부터 상기 저주파 전정색영상을 감산하여 고주파 전정색영상을 형성하는 제2 영상 형성부;
    상기 고주파 전정색영상의 밴드별 융합 계수를 계산하는 융합 계수 계산부; 및
    상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기값, 상기 밴드별 융합 계수, 그리고 상기 고주파 전정색영상을 이용하여 고해상도 다분광영상을 획득하는 융합 영상 획득부를 포함하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가중치 계산부는,
    저해상도 전정색영상을 이용하여 상기 밴드별 가중치를 계산하며,
    상기 저해상도 전정색영상은 아래의 수학식으로 각각 정의되는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치:
    Figure 112013055556622-pat00041
    ,
    Figure 112013055556622-pat00042

    여기서, Pl(x,y)는 상기 저해상도 전정색영상이며, 상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치는 첫 번째 Pl(x,y) 식과 두 번째 Pl(x,y) 식의 연립으로 계산되고,
    상기 첫 번째 Pl(x,y) 식은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기의 합으로 정의되는 저해상도 전정색영상 식으로서, ci는 상기 저해상도 다분광영상의 i번째 밴드의 가중치, Nb는 상기 밴드의 개수, Mi l(x,y)는 i번째 밴드에서의 저해상도 다분광영상의 밝기, x와 y는 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, l은 상기 저해상도 다분광영상의 공간해상도의 표현, c0는 상기 밝기의 오프셋이고,
    상기 두 번째 Pl(x,y) 식은 상기 고해상도 전정색영상으로부터 정의되는 저해상도 전정색영상 식으로서, Ph(u,v)는 상기 고해상도 전정색영상, h는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도의 표현, u와 v는 상기 고해상도 전정색영상의 공간해상도에서의 픽셀과 라인 방향, r은 상기 고해상도 전정색영상과 상기 저해상도 다분광영상의 공간 해상도 간의 비이다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저해상도 다분광영상의 밴드별 가중치는 아래의 수학식으로 계산되는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치:
    Figure 112012021461966-pat00043
    ,
    Figure 112012021461966-pat00044

    여기서, c는 상기 밴드별 가중치를 나타내는 벡터, p는 상기 저해상도 전정색영상을 나타내는 벡터, M은 상기 저해상도 다분광영상의 밝기를 나타내는 행렬이다.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 영상 형성부는,
    상기 저주파 전정색영상을 아래의 수학식으로 계산하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치:
    Figure 112012021461966-pat00045

    여기서,
    Figure 112012021461966-pat00046
    은 상기 저주파 전정색영상,
    Figure 112012021461966-pat00047
    은 상기 내삽형 다분광영상의 밴드별 밝기 값을 나타낸다.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 융합 계수 계산부는,
    상기 밴드별 융합 계수를 아래의 수학식으로 계산하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치:
    Figure 112012021461966-pat00048

    여기서, αi는 i번째 밴드의 융합 계수,
    Figure 112012021461966-pat00049
    는 상기 고해상도 전정색영상을 상기 내삽형 다분광영상의 평균 및 분산과 동일하도록 변환한 전정색영상을 나타낸다.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 영상 융합부는,
    상기 고해상도 다분광영상을 아래의 수학식으로 획득하는 전정색영상과 다분광영상의 융합 장치:
    Figure 112012021461966-pat00050

    여기서,
    Figure 112012021461966-pat00051
    은 상기 고해상도 다분광영상,
    Figure 112012021461966-pat00052
    는 상기 고주파 전정색영상을 나타낸다.
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