KR101663642B1 - Ap와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크 브룸 센서 모델 방법 및 장치 - Google Patents

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고진우
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Abstract

본 발명은 센서 모델에 관한 것으로서, 더 상세하게는 휘스크브룸(Whiskbroom) 센서로 원격 촬영한 영상을 이용하여 지표면에 위치한 지형지물의 3차원 위치를 결정하기 위한 센서모델을 구축하는 방법 및 장치에 대한 것이다.

Description

AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크 브룸 센서 모델 방법 및 장치{Method and Apparatus for constructing Whiskbroom Sensor Model Using Direct Georeferencing and Adjustable Parameter}
본 발명은 센서 모델에 관한 것으로서, 더 상세하게는 휘스크브룸(Whiskbroom) 센서로 원격 촬영한 영상을 이용하여 지표면에 위치한 지형지물의 3차원 위치를 결정하기 위한 센서모델을 구축하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
특히, 본 발명은 영상과 함께 제공되는 영상보조자료에 포함된 센서의 위치와 자세정보를 이용하여 위치를 결정하는 직접변환(Direct Georeferencing) 방법으로 센서모델을 구축하고, 지상기준점(Ground Control Point;GCP)과 조정가능모수(Adjustable Parameter;AP)를 이용하여 센서모델을 보정하여 위치정확도를 향상시키는 방법 및 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 휘스크브룸 센서모델을 이용하여 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 모델 계수를 생성하고 RPC 모델의 오차정보인 ERR_BIAS와 ERR_RAND를 결정하는 방법에 대한 것이다.
최근 디지털 센서기술의 발달로 원격탐사를 위한 영상획득 센서는 일반적으로 푸시브룸 센서가 주로 이용된다. 푸시브룸 센서는 다수의 검출기를 일렬로 배치시킨 선형 검출기를 이용하여 플랫폼의 직하방향 또는 그 주변지역에 대해 한 번의 노출시 하나의 라인을 생성하여 반복적인 노출을 통해 2차원 영상을 획득하는 디지털 영상 획득센서를 말한다. 일반적으로 선형 어레이가 플랫폼의 진행방향과 직각방향으로 배치되어 있어 플렛폼이 진행하는 방향으로 스캔하여 영상라인을 생성하므로, 센서의 이동방향에 대해 변위가 발생되어 센서의 물리적 특성을 고려한 센서모델은 시간에 대한 함수로 표현된다.
그렇지만 센서가 접근할 수 있는 지역이 제한되어 촬영하고자 하는 영역을 센서의 직하방향에서 촬영할 수 없는 경우, 푸시브룸 센서를 사용하지 않고 원거리에서 경사촬영을 할 수 있는 휘스크브룸 센서를 사용한다. 휘스크브룸 센서는 하나 또는 여러 개의 검출기를 이용하여 플랫폼의 진행방향에 대해 직각방향으로 스캔하여 영상을 획득하는 디지털 영상 획득센서를 말한다.
사용하는 검출기의 수에 따라 한 번의 스캔시 하나의 영상 라인(line) 또는 여러 개의 영상 라인(line)을 촬영한다. 휘스크브룸 센서모델은 푸시브룸 센서모델과 같이 시간의 함수로 표현되지만, 전체 영상이 스캔 시간과 플랫폼의 이동시간에 의한 변위로 생성되므로 푸시브룸 센서모델에 비해 더 복잡한 물리적 특징을 갖는다.
외부 표정 요소(Exterior Orientation Parameter;EOP)는 영상촬영시점의 센서 위치와 자세를 나타내는 모수로서 센서에 장착된 관성장치 및 위성수신장치를 이용하여 측정되며 영상과 함께 제공된다. 과거엔 EOP 값이 부정확하였기 때문에 지상 기준점(Ground Control Point;GCP)을 이용하여 공선조건의 오차를 최소화하도록 EOP를 계산하는 엄밀 센서모델링 방법이 사용되었다.
그렇지만 최근엔 센서자세 및 위치 제어기술의 발달로 비교적 정확하게 EOP를 측정할 수 있게 되면서 지상 기준점 없이 영상과 함께 제공되는 EOP만을 이용하는 직접변환(Direct Georeferencing) 방법을 사용할 수 있게 되었다. 직접변환 방법 역시 정확한 지상기준점을 이용할 수 있다면 모델의 정확도를 개선시킬 수 있다.
일반적으로 직접변환 모델에서 정확도를 개선하는 방법은 영상전반에 걸쳐 유사한 방향과 크기로 나타나는 직접변환 센서모델 고유의 오차 특성을 이용하여 계산된 좌표와 지상 기준점 좌표를 직접 비교하고 보정하는 것이다.
그렇지만 이 방법은 일반적으로 수직촬영 항공영상이나 경사각이 크지 않은 위성영상에 적합하며, 경사 촬영각이 큰 영상의 경우 영상이 촬영된 근거리 영역과 원거리 영역의 축척 차이가 매우 크기 때문에 계산된 좌표를 직접 보정할 경우 오차가 더 크게 발생될 수도 있다.
RPC(Rational Polynomial Coefficient) 모델은 물리적 센서모델의 대체모델인 다항식비례함수모델(Rational Funtion Model;RFM)중 대표적인 모델로서 미 지형공간정보국의 기준 영상포멧 중 하나인 NITF(National Imagery Transmission Format)의 RPC00B TRE(Tagged Registered Extension)에 포함된 계수를 사용한다.
RPC 모델은 경위도 형태의 지상좌표를 입력하여 영상좌표를 계산하는 Ground-to-Image 형태의 함수로서 비교적 간단하고 계산시간이 짧아, 최근 물리적 센서모델을 대체하여 사용되고 있다.
RPC 모델의 불확성치인 RPC00B TRE의 ERR_BIAS와 ERR_RAND는 촬영센서의 외부표정요소(External Orientation Parameter;EOP)를 알고 있는 경우, 영상의 물리적 모델 오차의 핵심요소인 EOP의 공분산과 RPC 함수식을 이용하여 수평방향에서의 90% 신뢰구간의 원형오차 CE90(Circular Error 90)를 계산하고, 이로부터 CE90/2.146를 계산하여 1σ 수평위치 정오차인 ERR_BIAS를 계산한다. ERR_RAND는 1σ 수평위치 우연오차로서 RPC 계수 피팅(fitting)오차와 물리모델 우연오차를 이용하여 우연오차의 CE90을 우선 계산한 후 CE90/2.146를 계산한다.
1. 한국등록특허번호 제10-1439213호 2. 한국등록특허번호 제10-0709142호
1. 정해진, "입체 세그먼트 영상을 이용한 3차원 모형의 정확도 평가"명지대학교 학위논문(박사), 2007년.
본 발명은 배경 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 고경사 촬영을 하는 휘스크브룸 센서에 대해 지상기준점 없이 센서모델을 생성한 후, 지상기준점과 조정가능모수를 이용하여 센서모델의 정확도를 향상시키는 휘스크 브룸 센서 모델 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개선된 센서모델을 이용하여 대체모델인 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 모델을 생성하고 그 불확성치인 오차 정보(ERR_BIAS 및 ERR_RAND)를 결정하는 휘스크 브룸 센서 모델 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해 직접변환 모델링 방법을 적용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성한 후, 지상기준점을 이용하여 센서모델의 정확도를 향상시키고, RPC00B TRE(Tagged Registered Extension) 정보를 생성하는 휘스크 브룸 센서 모델 방법을 제공한다.
상기 휘스크 브룸 센서 모델 방법은,
(a) 센서에 의해 촬영되는 원영상과 함께 제공되는 영상촬영시점의 영상보조자료를 이용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성하는 단계;
(b) 상기 휘스크브룸 센서모델을 이용하여 특정지점의 영상좌표를 관측하는 단계;
(c) 상기 영상좌표 및 상기 특정지점의 고도값을 이용하여 특정지점의 평면좌표를 계산하는 단계;
(d) 상기 영상보조자료의 보정량값을 조정가능모수로 설정하는 단계;
(e) 상기 휘스크브룸 센서모델의 정확도를 향상하기 위해 지상기준점을 이용하여 상기 조정가능모수를 보정하는 단계;
(f) 상기 원영상의 직접변환 센서모델을 이용하여 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 센서모델을 생성하는 단계; 및
(g) 상기 RPC 센서모델의 정오차 성분의 수평 정확도 및 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 오차 정보를 계산하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 특정지점은 사용자가 선택한 임의 지점일 수 있으며, 상기 영상보조자료는 상기 센서의 자세정보 및 위치정보를 포함하며, 상기 특성치는 상기 자세정보에 따른 센서 방향각을 나타내는 특성치 및 상기 위치정보에 따른 센서 위치를 나타내는 특성치인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계는, 센서의 촬영시각 및 해당 시각에서의 센서 위치, 자세 정보와 공선조건을 이용한 직접변환 모델의 센서모델을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 조정가능모수에 대한 보정은 상기 지상 좌표를 알고 있는 지상 기준점을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계는, 상기 센서의 외부표정요소를 이용하여 다수의 영상공간 그리드 및 지상공간의 지상공간 그리드를 생성하는 단계; 및
또한, 상기 영상공간 그리드 및 지상공간 그리드를 기반으로 상기 영상좌표와 지상좌표의 관계를 정규 분수 다항식 형태의 함수 모델로 구성하여 RPC 계수를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 RPC 계수는 지형 독립적 RPC 계수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 오차 정보는 상기 정오차 성분의 수평 정확도를 이용하여 생성되는 상기 RPC 센서 모델의 제 1 오차(ERR_BIAS) 및 상기 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 생성되는 상기 RPC 모델의 제 2 오차(ERR_RAND)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 오차(ERR_BIAS)는 상기 원영상 중 경사촬영한 영상에 대해 지상좌표의 변화에 대한 영상좌표의 변화량 계산시 센서 모델식을 편미분하는 해석적인 방식을 이용하지 않고 영상좌표의 변화량에 대한 지상좌표의 변화량을 차분방식으로 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 오차(ERR_BIAS)는 상기 원영상의 직접변환 센서모델의 외부표정요소의 공분산과 상기 공분산에서 전파되는 90% 신뢰수준의 수평정확도를 계산하고 계산된 수평 정확도를 이용하여 1σ 수평오차를 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 오차(ERR_RAND)는 센서모델의 우연오차와 RPC 모델의 우연오차를 이용하여 산출되며, 상기 센서모델의 우연오차는 수학식(
Figure 112015089199220-pat00001
)로 정의되고, 상기 RPC 모델의 우연오차는 수학식 (
Figure 112015089199220-pat00002
)로 정의되는 것을 특징으로 하 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 센서에 의해 생성되는 원영상과 함께 제공되는 영상촬영시 영상보조자료를 이용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성하는 센서 모델 생성부; 특정지점의 영상좌표를 관측하고, 상기 관측한 영상좌표 및 상기 특정지점의 고도값을 이용하여 특정지점의 평면좌표를 계산하는 계산부; 상기 영상보조자료 특성치들 중 일부를 조정가능모수로 설정하는 설정부; 상기 휘스크브룸 센서모델의 정확도를 향상하기 위해 지상기준점을 이용하여 상기 조정가능모수를 보정하는 보정부; 및 상기 원영상의 직접변환 센서모델을 이용하여 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 센서모델을 생성하고, 상기 RPC 센서모델의 정오차 성분의 수평 정확도 및 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 오차 정보를 계산하는 오차 계산부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP(Adjustable Parameter)와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크 브룸 센서 모델 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상에 대해 지구표면 위 특정 지형지물의 3차원 지상좌표를 이용하여 영상좌표를 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상에서 특정 지형지물의 영상좌표와 그 고도값을 이용하여 지상좌표를 계산할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상에 대해 소수의 기준점을 이용하여 센서모델을 개선함으로써, 센서모델을 통해 계산되는 영상좌표 및 지상좌표의 정확도를 향상시킬 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상에 대한 RPC00B TRE 정보를 생성할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휘스크브룸(Whiskbroom) 센서로 원격 촬영한 영상을 이용하여 지표면에 위치한 지형지물의 3차원 위치를 결정하기 위한 센서모델을 구축하는 휘스크 브룸 센서 모델 장치의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상을 이용하여 직접변환 센서모델을 구성하고 지상기준점을 이용하여 모델의 정확도를 개선하고 RPC00B TRE(Tagged Registered Extension)를 생성하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 휘스크브룸 센서로 영상을 촬영할 때 센서의 자세 및 위치의 변화를 설명하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 4는 직접변환 모델을 이용하여 영상공간 그리드와 지상공간의 고도층에 따른 지상공간 그리드를 생성하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 5는 영상공간 그리드를 보여주는 도면이다.
도 6은 직접변환 모델과 영상공간 그리드를 이용하여 계산한 고도층에 따른 지상공간 그리드를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 AP와 직접변환 방법을 이용한 휘스크 브룸 센서 모델 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
우선 본 발명의 개념을 간단히 설명하면, 최근 관성항법 및 GPS 기술의 발달로 비교적 정확하게 제공되는 센서의 위치 및 자세정보를 이용하는 직접변환 방법을 적용하여 센서모델을 생성할 수 있다.
직접변환 모델은 센서의 위치 및 자세 정보를 정확하게 측정할 수 있게 되면서 소개되었으며, 특히 지상기준점을 활용할 수 없는 지역 영상의 센서모델 생성을 위해 매우 유용한 방법이다. 이 모델은 빛의 직진성을 기반으로 하는 공선조건과 센서의 정확한 위치 및 자세정보를 이용하며, 센서 탑재체 중심과 센서 노출중심의 상대적인 위치와 센서의 자세를 물리적으로 해석하여 센서에서 지상으로의 시선벡터를 추정하는 모델이다. 계산된 시선벡터는 영상 촬영중심의 위치와 지구타원체 방정식을 연립하여 지표면 위 특정 지형지물의 3차원 절대위치를 계산하는데 사용된다.
직접변환 센서모델을 생성하는 데 필요한 영상 촬영시점에서의 센서 위치와 자세정보는 영상과 함께 제공되는 영상보조자료에 포함되어 있다. 위치 및 자세정보에 포함된 오차는 센서모델을 이용하여 계산된 3차원 좌표의 정확도를 저하시키는 요인이 된다. 따라서 센서모델을 이용하여 계산되는 3차원 좌표의 정확도를 향상시키기 위해서는 센서의 자세 및 위치 정보에 포함된 오차를 보정하는 것이 필요하다. 본 발명의 일실시예에서는 지상기준점과 조정가능모수를 이용하여 오차를 보정하였다.
본 발명의 일실시예에서 적용한 간단한 보정방법은 영상 촬영특성에 따라 roll 방향의 오차가 정확도에 가장 크게 작용하므로 roll 방향의 오차를 개선할 수 있도록 최소 한 개의 지상기준점을 이용하여 한 개의 조정가능모수를 적용하는 방법이다. 본 발명에서 적용한 보다 정확한 보정방법은 두 개 이상의 지상기준점을 이용하여 roll, pitch, yaw 방향의 오차를 조정하기 위한 세 개의 조정가능모수를 사용하는 방법과 세 개 이상의 지상기준점을 이용하여 roll, pitch, yaw 방향의 오차 및 센서의 3차원 위치 오차를 조정하기 위한 여섯 개의 조정가능 모수를 사용하는 방법이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휘스크브룸(Whiskbroom) 센서로 원격 촬영한 영상을 이용하여 지표면에 위치한 지형지물의 3차원 위치를 결정하기 위한 센서모델을 구축하는 휘스크브룸 센서 모델 장치의 구성 블록도이다. 도 1을 참조하면, 휘스크브룸 센서 모델 장치(100)는 센서(10)로부터 센서에 의해 생성되는 원영상과 함께 제공되는 영상촬영시 영상보조자료를 이용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성하는 센서 모델 생성부(110), 상기 휘스크브룸 센서모델을 이용하여 특정지점의 영상좌표를 관측하고, 상기 영상좌표 및 상기 특정지점의 고도값을 이용하여 특정지점의 평면좌표를 계산하는 계산부(120), 상기 영상보조자료 특성치들 중 일부를 조정가능모수로 설정하는 설정부(130), 상기 휘스크브룸 센서모델의 정확도를 향상하기 위해 지상기준점을 이용하여 상기 조정가능모수를 보정하는 보정부(140), 및 상기 원영상의 직접변환 센서모델을 이용하여 RPC 센서모델을 생성하고, 상기 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 센서모델의 정오차 성분의 수평 정확도 및 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 오차 정보를 계산하는 오차 계산부(150) 등을 포함하여 구성된다.
센서(10)는 영상 촬영 센서로서 휘스크브룸 센서가 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상을 이용하여 직접변환 센서모델을 구성하고 지상기준점을 이용하여 모델의 정확도를 개선하고 RPC00B TRE(Tagged Registered Extension)를 생성하는 과정을 설명하는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 센서를 이용하여 생성되는 원영상 및 이에 대한 영상보조 자료를 획득한다(단계 S201,S202).
이러한 원영상 및 영상보조자료를 기반으로 직접변환 센서모델을 생성한다(단계 S210,S220). 휘스크브룸 센서 모델을 구축하기 위한 직접변환 모델은 다음식과 같이 특정지점을 관측한 영상좌표를 이용하여 특정지점의 지상좌표를 게산하는 공선 조건식을 이용한다.
Figure 112015089199220-pat00003
Figure 112015089199220-pat00004
여기서, λ : 시선벡터의 축척
Xp,Yp,Zp : P점의 지상좌표
xp,yp,zp : P점의 영상좌표
XL,YL,ZL : 센서의 위치
ω, φ, κ : 센서의 방향각
ω : roll 회전각(도 3의 320,330)
φ : pitch 회전각, κ : yaw 회전각
ω = spline_ω(t), φ = spline_φ(t), κ = spline_κ(t)
XL= spline_XL(t), YL= spline_YL(t), ZL = spline_ZL(t)이다.
도 3에 도시된 바와 같이 영상 촬영 센서(310)가 비행하면서 촬영되는 휘스크부름 센서의 특성에 따라 영상의 각 라인(line)에 대해 자세각과 센서의 위치가 달라지기 때문에 센서 자세 및 센서 위치는 시간의 함수로 표현할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 높은 고도에서 대기의 영향으로 짧은 시간에도 센서의 변위가 크다는 특성을 고려하여 시간에 대한 spline 함수를 적용하였다.
위 수학식을 이용하면 지상 기준점을 사용하지 않고 지상의 임의 위치 P 점에 대해 영상좌표와 그 고도값을 이용하여 지상의 위치를 계산할 수 있으며, 그 반대로 지상좌표를 이용하여 영상좌표를 계산할 수도 있다.
촬영된 영상 영역에 정확한 지상좌표를 알고 있는 지상 기준점(Ground Control Point;GCP)이 존재할 경우 지상 기준점을 이용하여 위 수학식의 직접변환 모델의 정확도를 개선하는 다음식을 구성할 수 있다(단계 S230,S240). 여기에서 센서 방향각의 보정량 값 Δω, Δφ, Δκ와 센서 위치의 보정량 값 ΔXL, ΔYL, ΔZL는 조정가능모수(Adjustable Parameter)를 나타낸다.
Figure 112015089199220-pat00005
Figure 112015089199220-pat00006
여기서, Δω, Δφ, Δκ : 센서 방향각의 보정량값
ΔXL, ΔYL, ΔZL : 센서 위치의 보정량값이다.
본 발명의 일실시예에서 휘스크브룸 센서로 촬영된 영상의 RPC 모델은 직접변환 모델을 이용하여 제작한다. 도 4는 지형 독립적(Terrain Independent) RPC 계수 생성 방식이라고 하는 방법을 설명한다. 부연하면, 영상 촬영 센서(도 3의 310)의 외부표정요소를 이용하여 다수의 영상공간 그리드와 지상공간의 지상공간 그리드를 생성하여 영상/지상좌표의 관계를 정규 분수다항식 형태의 함수로 모델을 구성하여 RPC 계수를 결정하는 방법이다. 일례로 도 5에서와 같이 10×10 개의 영상 그리드를 생성하고 각 영상 그리드 점에 대해 고도값을 변경하면서 도 6과 같이 고도층에 따른 지상공간 그리드를 생성한다. 고도층이 5개라면 지상공간 그리드 점은 10×10×5 개가 생성된다.
NITF(National Imagery Transmission Format) 영상의 RPC00B TRE(Tagged Registered Extension)는 RPC 모델의 오차를 표현하는 ERR_BIAS와 ERR_RAND 값을 포함한다.
경사 촬영 영상의 경우 센서위치로부터 멀리 떨어진 지역은 센서모델 식을 이용한 해석적 방법으로 계산된 편미분 계수의 값이 매우 작아 오차전파식을 적용한 불확성치 계산시 오류를 유발하기 때문에, 수치적인 방법으로 차분 값을 계산하여 거리에 따른 편미분 계수 값의 민감도를 줄이는 방법을 적용하여 불확성치 계산에서의 오류를 방지할 수 있다.
RPC 모델의 ERR_BIAS는 원영상 센서 모델의 정오차 또는 편의 성분의 오차로부터 전파되는 1σ 값을 나타내므로 원영상 센서 모델 외부표정요소의 공분산과 그 공분산에서 전파되는 90% 신뢰수준의 수평정확도인 CE(90)을 계산하고 이를 이용하여 1σ 수평오차를 계산한다. 부연하면, RPC 모델의 불확성치인 ERR_BIAS와 ERR_RAND는 물리적 센서모델이 있는 경우, 지상좌표의 변화에 대한 영상좌표의 변화량과 센서의 자세 및 위치의 변화에 대한 영상좌표의 변화량으로부터 해석적으로 계산되는 편미분 계수를 이용하여 계산한다. 영상의 물리적 모델 오차의 핵심 요소인 EOP의 공분산과 RPC 함수식을 이용하여 수평방향에서의 90% 신뢰구간의 원형오차 CE90(Circular Error 90)을 계산하고 CE90의 1/2.146을 계산하여 1σ 수평위치 오차인 ERR_BIAS를 계산하며, RPC 계수 fitting 오차와 물리모델 우연오차를 이용하여 우연오차의 CE90를 계산한 후 1σ 값인 ERR_RAND를 계산한다.
RPC 모델 수평정확도는 RPC 계수를 생성하는 데 사용한 모든 지상 공간 그리드에 대해 다음식과 같이 계산된다.
Figure 112015089199220-pat00007
위 수학식에서 조정가능모수에 대한 영상좌표의 변화를 나타내는 편미분 값인 과 지상좌표에 대한 영상좌표의 변화를 나타내는 편미분 값인 에 대해, 특히 의 값이 센서의 위치에 대해 원거리에 있을수록 오차가 크게 나타날 수 있다.
부연하면, 경사 촬영 영상의 경우 센서위치로부터 멀리 떨어진 지역은 센서모델 식을 이용한 해석적 방법으로 계산된 편미분 계수의 값이 매우 작아 오차 전파식을 적용한 불확성치 계산시 오류를 유발하기 때문에, 수치적인 방법으로 차분 값을 계산하여 거리에 따른 편미분 계수 값의 민감도를 줄이는 방법을 적용하여 불확성치 계산에서의 오류를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 다음식 6과 같은 센서모델 식을 직접 편미분하는 해석적인 방법을 사용하지 않고, 다음식 7과 같은 영상좌표차이와 지상좌표 차이를 이용하는 차분값을 사용한다.
Figure 112015089199220-pat00008
Figure 112015089199220-pat00009
모든 지상그리드 점에 대해 계산된 CE90은 다음 수학식과 같이 전체 영상에 대한 ERR_BIAS 값인 1σ 평면오차는 CE90 값의 1/2.146 배와 같다.
Figure 112015089199220-pat00010
RPC 모델의 ERR_RAND는 RPC 모델의 우연오차 성분의 오차로써 RPC 계수 다항식 피팅 우연오차와 지상 그리드의 지상좌표를 계산할 때 포함된 센서 모델의 우연오차를 포함한다. 수학식 9는 센서모델의 우연오차를 나타내며, 수학식 10은 RPC 모델의 우연오차를 나타낸다.
Figure 112015089199220-pat00011
Figure 112015089199220-pat00012
ERR_RAND는 RPC 계수를 계산할 때 사용한 지상 그리드 점을 이용하지 않고 임의로 생성한 지상좌표를 대상으로 다음식과 같이 센서모델의 우연오차와 RPC 계수 피팅오차를 합산하여 계산한다.
Figure 112015089199220-pat00013
도 3은 휘스크브룸 센서로 영상을 촬영할 때 센서의 자세 및 위치의 변화를 설명하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 4는 직접변환 모델을 이용하여 영상공간 그리드와 지상공간의 고도층에 따른 지상공간 그리드를 생성하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 5와 도 6은 영상공간 그리드와 지상공간 그리드를 보여주는 도면이다.
10: 센서
100: 휘스크브룸 센서 모델 장치
110: 센서 모델 생성부
120: 계산부
130: 설정부
140: 보정부
150: 오차 계산부

Claims (11)

  1. AP(Adjustable Parameter)와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서모델 방법에 있어서,
    (a) 센서에 의해 생성되는 원영상과 함께 제공되는 영상촬영시 영상보조자료를 이용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성하는 단계;
    (b) 상기 휘스크브룸 센서모델을 이용하여 특정지점의 영상좌표를 관측하는 단계;
    (c ) 상기 영상좌표 및 상기 특정지점의 고도값을 이용하여 특정지점의 평면좌표를 계산하는 단계;
    (d) 상기 영상보조자료의 보정량값을 조정가능모수로 설정하는 단계;
    (e) 상기 휘스크브룸 센서모델의 정확도를 향상하기 위해 지상기준점을 이용하여 상기 조정가능모수를 보정하는 단계;
    (f) 상기 원영상의 직접변환 센서모델을 이용하여 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 센서모델을 생성하는 단계; 및
    (g) 상기 RPC 센서모델의 정오차 성분의 수평 정확도 및 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 오차 정보를 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP(Adjustable Parameter)와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상보조자료는 상기 센서의 자세정보 및 위치정보를 포함하며, 상기 보정량 값은 상기 자세정보에 따른 센서 방향각의 보정량값 및 상기 위치정보에 따른 센서 위치의 보정량값인 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 센서의 촬영시각 및 해당 시각에서의 센서 위치, 자세 정보와 공선조건을 이용한 직접변환 모델의 센서모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정가능모수에 대한 보정은 지상 좌표를 알고 있는 지상 기준점을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 센서의 외부표정요소를 이용하여 다수의 영상공간 그리드 및 지상공간의 지상공간 그리드를 생성하는 단계; 및
    상기 영상공간 그리드 및 지상공간 그리드를 기반으로 상기 영상좌표와 지상좌표의 관계를 정규 분수 다항식 형태의 함수 모델로 구성하여 RPC 계수를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 RPC 계수는 지형 독립적 방법으로 RPC 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오차 정보는 상기 정오차 성분의 수평 정확도를 이용하여 생성되는 상기 RPC 센서 모델의 제 1 오차(ERR_BIAS) 및 상기 우연오차 성분의 수평정확도를 생성되는 상기 RPC 센서 모델의 제 2 오차(ERR_RAND)인 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 오차(ERR_BIAS)는 상기 원영상 중 경사촬영한 영상에 대해 지상좌표의 변화에 대한 영상좌표의 변화량 계산시 센서 모델식을 편미분하는 해석적인 방식을 이용하지 않고 영상좌표의 변화량에 대한 지상좌표의 변화량을 차분방식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 오차(ERR_BIAS)는 상기 원영상의 직접변환 센서모델의 외부표정요소의 공분산과 상기 공분산에서 전파되는 90% 신뢰수준의 수평정확도를 계산하고 계산된 수평 정확도를 이용하여 수평오차를 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 오차(ERR_RAND)는 휘스크브룸 센서모델의 우연오차와 RPC 모델의 우연오차를 이용하여 산출되며, 상기 휘스크브룸 센서모델의 우연오차는 수학식(
    Figure 112016079750043-pat00022
    )로 정의되고, 상기 RPC 모델의 우연오차는 수학식 (
    Figure 112016079750043-pat00015
    )로 정의되는 것을 특징으로 하는 AP와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 방법.
  11. AP(Adjustable Parameter)와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서모델 장치에 있어서,
    센서에 의해 생성되는 원영상과 함께 제공되는 영상촬영시 영상보조자료를 이용하여 휘스크브룸 센서모델을 생성하는 센서 모델 생성부;
    상기 휘스크브룸 센서모델을 이용하여 지상좌표로부터 영상좌표를 계산하고, 상기 영상좌표 및 상기 영상좌표의 고도값을 이용하여 지상의 평면좌표를 계산하는 계산부;
    상기 영상보조자료의 보정량 값을 조정가능모수로 설정하는 설정부;
    상기 휘스크브룸 센서모델의 정확도를 향상하기 위해 지상기준점을 이용하여 상기 조정가능모수를 보정하는 보정부; 및
    상기 원영상의 직접변환 센서모델을 이용하여 RPC(Rational Polynomial Coefficient) 센서모델을 생성하고, 상기 RPC 센서모델의 정오차 성분의 수평 정확도 및 우연오차 성분의 수평정확도를 이용하여 오차 정보를 계산하는 오차 계산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP(Adjustable Parameter)와 직접변환 센서 모델 기법을 이용한 휘스크브룸 센서 모델 장치.
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