KR102028324B1 - 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계 와 초기 측지 좌표를 이용하여, 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산하는 단계를 포함하여 비행 방향과 스퀸트 각도에 상관없이 정밀하게 영상 좌표의 지표면 좌표를 구할 수 있는 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법이 개시된다.

Description

영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법{Synthetic Aperture Radar Image Enhancement Method and Calculating Coordinates Method}
본 발명은 레이더의 영상 보정 방법에 관한 것으로, 특히 합성 개구 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 관한 것이다.
플랫폼의 요동은 SAR 영상 품질에 큰 영향을 미친다. 이를 위해서 요동보상을 하는데 요동보상에 사용되는 보상값은 표적의 거리, 방위, 높이에 따라 달라진다. 이런 차이는 SAR의 스퀸트 각도가 클수록 심해진다. 이를 보정하는 대표적인 방법은 aperture-and topography-dependent(ATD) 요동보상 중 하나인 Precise Topography and aperture dependent(PTA)이다.
ATD 요동보상을 수행할 때 영상 픽셀의 실제 DEM을 고려한 실제 좌표값이 필요하다. 좌표값의 맵핑은 플랫폼이 수평비행을 하지 않거나 큰 스퀸드 각도로 촬영될 수록 구하기가 어려워진다.
이에 따라, 실제 비행의 방향과 스퀸트 각도에 상관없이, 이 좌표를 구하고 이를 사용하여 PTA Mocom(Motion Compensation)을 하는 방법과 장치가 필요하다.
본 발명은 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법으로 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계와 지상 평면의 초기 측지 좌표를 이용하여, 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산하는 단계를 포함하여 비행 방향과 스퀸트 각도에 상관없이 정밀하게 영상 좌표의 지표면 좌표를 구하는데 그 목적이 있다.
또한, 영상 픽셀의 실제 DEM을 고려한 실제 좌표값을 구하여 ATD 요동보상을 수행하고 고품질의 SAR 영상 획득하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 영상 레이더의 영상 보정 방법은, 초기 좌표 계산부가 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계 및 정밀 좌표 계산부가 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표를 기반으로 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계를 포함한다.
여기서, 요동 보상부가 지구 표면 좌표를 이용하여 상기 SAR 영상에 추가적으로 요동 보상을 시행하는 단계를 더 포함한다.
여기서, 상기 영상 픽셀 좌표를 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는, 상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 계산하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하는 단계 및 상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계는, 상기 영상 레이더의 촬영 중심, 표적 중심 및 이동 방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성하고 상기 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타내는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는, 상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환하는 단계, 상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 지구 표면 좌표는, 상기 영상 픽셀 좌표가 위치한 지점의 위도와 경도로 표시되는 좌표이며, 상기 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계는, 상기 초기 측지 좌표의 상기 위도와 경도를 초기값으로 이용하여 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
여기서, 예외 상황 판단부가 상기 영상 레이더의 경사평면에서 촬영 중심점으로부터 표적 중심점까지의 벡터와 비행방향의 수직인 벡터 사이에 이루는 각도인 스퀸트 각도와 비행방향의 고각, 경사 평면좌표에서 비행방향 벡터와의 수직, 수평 거리를 이용하여 지구상에 좌표의 존재 유무를 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 레이더의 좌표 계산 방법은, 초기 좌표 계산부가 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 계산하는 단계, 상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하는 단계, 상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계, 정밀 좌표 계산부가 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표와 경사 평면에서 계산된 좌표를 사용하여 지구 표면 좌표를 계산하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계는, 상기 영상 레이더의 촬영 중심, 표적 중심 및 이동 방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성하는 단계 및 상기 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타내는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 경사면 좌표계를 지상 평면 좌표계로 변환하는 단계는, 근사화된 지상 평면의 기저벡터를 생성하는 단계 및 경사면의 벡터를 상기 지상 평면의 기저벡터로 나타내는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는, 상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환하는 단계, 상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 지구 표면 좌표는, 상기 영상 픽셀 좌표가 위치한 지점의 위도와 경도로 표시되는 좌표이며, 상기 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계는, 상기 초기 측지 좌표의 상기 위도와 경도를 초기값으로 이용하여 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계 와 상기 지상 평면의 초기 측지 좌표를 이용하여, 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산하는 단계를 포함하여 비행 방향과 스퀸트 각도에 상관없이 정밀하게 영상 좌표의 지표면 좌표를 구할 수 있다.
또한, 영상 픽셀의 실제 DEM을 고려한 실제 좌표값을 구하여 ATD 요동보상을 수행하고 고품질의 SAR 영상 획득할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 맵핑부를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 초기 좌표 계산부를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 계산 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 영상 레이더의 SAR 영상 획득 기하 모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 지구 표면 좌표를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 경사면(slant plane) 좌표 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 예외 상황 판단 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 지상 평면 좌표 변환 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 초기 좌표 계산 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관련된 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 이용되는 영상 레이더의 영상 보정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 영상 레이더의 영상 보정 시스템(10)은 좌표 맵핑부(100), 전처리부(200), SAR 영상 처리부(300), 요동 보상부(400), 오토 포커스 시행부(500)를 포함한다.
영상 레이더의 영상 보정 시스템(10)은 영상 레이더에서 요동을 보상 하기 위한 시스템이다. 플랫폼의 요동은 SAR 영상 품질에 큰 영향을 미친다. 이를 위해서 요동보상을 하는데 요동보상에 사용되는 보상값은 표적의 거리, 방위, 높이에 따라 달라진다. 이런 차이는 SAR의 스퀸트 각도가 클 수록 심해진다. 이를 보정하는 대표적인 방법은 aperture- and topography-dependent (ATD) 요동보상 중 하나인 Precise Topography and aperture dependent (PTA) 이다.
ATD 요동보상을 수행할 때 영상 픽셀의 실제 DEM을 고려한 실제 좌표값이 필요하다. 이 좌표값의 맵핑은 플랫폼이 수평비행을 하지 않거나 큰 스퀸트 각도로 촬영될 수록 구하기가 어려워 지는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 시스템은 실제 비행의 방향과 스퀸트 각도에 상관없이, 실제 DEM을 고려한 실제 좌표를 구하고 이를 사용하여 PTA Mocom(Motion Compensation)을 수행한다.
여기서, 스퀸트각은 경사평면에서 촬영 중심점으로부터 표적 중심점까지의 벡터와 비행방향의 수직인 벡터 사이에 이루는 각도를 의미한다.
DEM은 수치 표고 모델(Digital Elevation Model)이다. 수치표고모델은 수치지면자료(또는 불규칙삼각망자료)를 이용하여 격자형태로 제작한 지표모형이다. 즉, 지형의 위치에 대한 표고를 일정한 간격으로 배열한 수치정보이다.
지형 기본도 상에서의 표고 데이터의 디지털과 동등한 격자 형태의 규칙적인 공간 간격으로 기록되고 사변형에 의해 조직된 지형고도에 관한 파일로써 지형의 위치에 대한 고도를 일정한 간격으로 배열한 수치정보이다.
DEM을 구분해보면 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 가장 일반적인 것은 Point Model의 높이행렬로 표현하는 것이다. 지형정보는 경사방향, 경사도, 3차원 투시도 등의 지형특성을 표현하는데 사용되며, GIS 분야에서 다른 자료형태와 결합되어 이용되기도 한다. 수치 지도, 레이저 단명, 스캐너, 지상 측량 및 항공 사진과 위성 영상의 중첩 영상(Stereo Image)에서 모두 추출 가능하다. 수치 지형 모델(Digital Terrain Model)은 해발고도를 사용하는 DEM이다.
좌표 맵핑부(100)는 항공 및 위성용 레이더에 의해 획득된 영상에 포함된 영상 픽셀 좌표를 고도를 포함한 지구 표면 좌표로 맵핑한다.
좌표 맵핑부(100)는 SAR 의 PTA등의 aperture- and topography-dependent mocom 을 수행하기 위해, 영상 좌표를 실제 지구표면의 좌표로 맵핑한다. DEM, 영상좌표 정보(픽셀 간격, 개수 등), 임무 정보(촬영 시작 좌표, 종료 좌표, 표적 중심 좌표, 등)등을 획득하여 영상좌표를 지표면 좌표로 맵핑하게 된다. 계산된 지구 표면 좌표는 1차적으로 처리된 SAR 영상에 추가적으로 요동보상을 하는데 사용 된다.
여기서, SAR은 합성 개구 레이더(synthetic aperture radar)이다. 합성 개구 레이더는 전파의 간섭성(coherency)을 이용하여 각도방향의 분해력을 향상시키는 것을 최대의 장점으로 하는 레이더이다. 작은 안테나를 다수 배치 하고, 그 각 출력을 coherent로 합성하여 결과로서 큰 안테나를 실현하고 있다. 항공기나 인공위성에 탑재하여 사용하는 경우에는 1개의 작은 안테나가 직선상으로 이동하는 것을 이용하고 있다. 즉 일종의 기계주사(機械走査)에 의하여 등가적으로 큰 안테나를 실현하고 있다. 영어명으로 줄여서 SAR로 약칭하는 경우가 많다.
좌표 맵핑부(100)는 초기 좌표 계산부(110), 정밀 좌표 계산부(120)를 포함한다.
초기 좌표 계산부 (110)는 상기 영상 레이더의 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화 된 지상 평면상의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환한다.
여기서, 초기 측지 좌표는, 상기 영상 픽셀 좌표가 지상 평면상 위치한 지점의 위도와 경도로 표시되는 좌표이며, 상기 위도와 경도를 이용하여 상기 지구 표면 좌표를 계산하게 된다.
초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)는 지구상 한 지점의 위치를 경도, 위도 및 평균 해수면상의 고도로 표시한 좌표계이다.
정밀 좌표 계산부(120)는 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표와 경사 평면에서 계산된 좌표를 사용하여 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 경사 평면 상에서 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
PTA 같은 aperture- and topography-dependent 방식의 요동보상을 수행 하기 위해서는 SAR 영상의 각 픽셀마다 실제 지구평면의 맵핑된 좌표 값을 알아야 한다.
SAR 촬영비행이 지표면에 평행하지 않고, 촬영 Squint 각도가 클 때, 이런 맵핑은 단순하지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법은 좌표 맵핑부를 이용하여 DEM 등 지표면의 고도 정보를 알고 있을 때, 비행이 임의의 방향으로 되었을 때, 임의의 Squint 각도로 되었을 때의 SAR 영상 좌표를 지표면의 좌표로 맵핑할 수 있다.
기본적으로 비선형 연립 방정식을 비선형 Solver를 통해 지표면 좌표를 계산하게 되는데, 대부분의 비선형 Solver는 초기값을 필요로 한다. 또한 상기 비선형 연립 방정식에는 해가 존재하지 않는 경우, 2개 이상의 해가 존재하는 경우 등 다양한 상황이 발생 할 수 있다. 다수의 해가 존재하는 경우는 상기 비선형 Solver의 초기값을 정밀하게 계산 함으로써 원하는 하나의 해를 얻을 수 있다. 정밀한 초기값을 얻기 위해 영상 좌표를 경사 평면 좌표로 변환, 경사 평면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환, 지상 평면 좌표를 ECEF 좌표로 변환 하고, 이를 통해 비선형 Solver의 초기값과 파라미터들을 구하는 과정을 포함한다. 또한 초기값을 구하는 과정에서 해가 존재하지 않는 상황을 판단 할 수 있고, 이런 경우 예외처리를 수행한다.
전처리부(200)는 상기 위성용 레이더에 의해 획득된 원시 영상 데이터를 거리 압축, 도플러 처리 및 1차 요동보상 등 전처리를 시행한다.
전처리부(200)는 임무정보, SAR 원시 데이터, GPS-INS 정보 등 SAR 영상을 처리하기 위한 데이터를 입력 받는다.
SAR 영상 처리부(300)는 전처리부로부터 전처리된 SAR 데이터와 임무정보, GPS-INS 정보등을 입력 받아 영상을 형성하고, 경우에 따라 추가 요동 보상을 시행한다.
요동 보상부(400)는 상기 지구 표면 좌표를 이용하여 1차 처리된 영상 데이터에 추가적으로 요동 보상을 시행한다.
오토 포커스 시행부(500) 예측할 수 없는 시스템의 오차를 보정하기 위해 자동 초점을 시행한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 이용되는 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 맵핑부를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 좌표 맵핑부(100)는 초기 좌표 계산부(110), 정밀 좌표 계산부(120)를 포함한다.
좌표 맵핑부(100)는 항공 및 위성용 레이더에 의해 획득된 영상의 영상 픽셀 좌표를 고도를 포함한 지구 표면 좌표로 맵핑한다.
초기 좌표 계산부(110)는 상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면 좌표의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환한다.
정밀 좌표 계산부(120)는 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표와 경사 평면에서 계산된 좌표를 사용하여, 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 경사 평면 상에서 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 이용되는 영상 레이더의 영상 보정 장치의 초기 좌표 계산부를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 초기 좌표 계산부(110)는 경사면 좌표 변환부(111), 예외상황 판단부(112), 지상 평면 좌표 변환부(113), 지구 중심 고정 좌표 변환부(115), 측지 좌표 변환부(117)를 포함한다.
경사면 좌표 변환부(111)는 상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면(slant plane) 좌표를 계산한다.
경사면 좌표 변환부(111)는 경사면 기저 벡터 생성부, 경사면 벡터 생성부를 포함하며, 경사면 기저 벡터 생성부는 영상 레이더의 촬영 중심과 표적 중심, 비행체의 이동방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성한다.
경사면 벡터 생성부는 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타낸다.
예외 상황 판단부(112)는 상기 영상 레이더의 경사평면에서 촬영 중심점으로부터 표적 중심점까지의 벡터와 비행방향의 수직인 벡터 사이에 이루는 각도인 스퀸트 각도와 비행방향의 고각, 경사 평면좌표에서 비행방향 벡터와의 수직, 수평 거리를 이용하여 지구상에 좌표의 존재 유무를 판단한다.
지상 평면 좌표 변환부(113)는 상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환한다.
지구 중심 고정 좌표 변환부(115)는 상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환한다.
ECEF 좌표계(Earth-Centered-Earth-Fixed)는 GPS 수신기의 위치를 계산하는데 편리하게 적용되는 ECEF 좌표계로서 그 개념은 지구와 함께 회전하는 좌표로서 수신기상의 경도, 위도, 고도 표시에 편리하다.
ECEF는 ECI처럼 X-Y평면이 지구 적도면과 일치시키지만 X축은 경도 0°에 두고 Y축은 경도 90°의 방향에 두고 있는 양축 X, Y는 결국 지구 자전과 함께 회전(Rotation)된다.
측지 좌표 변환부는 상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법 및 좌표 계산 방법에 이용되는 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 계산 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 계산 방법은 좌표 맵핑부(100)에서 하나의 프로세서로 구현되거나, 다수의 프로세서에서 각각 수행될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 좌표 계산 방법은 항공 및 위성용 레이더에 의해 획득된 영상의 영상 좌표 정보, 임무 정보 및 항행 경로 정보 및 지표 고도 정보(DEM)를 획득하는 단계(S110)에서 시작한다.
단계 S120에서 영상 좌표계, Slant 평면 좌표계, Ground 평면 좌표계 각각의 기저 벡터(Basis Vector)를 생성한다.
단계 S190에서 좌표를 계산할 영상 픽셀의 유무를 판단한다. 있으면 단계 S130으로 진행하고 없으면 종료한다.
단계 S130에서 다음 영상 픽셀의 영상 좌표를 획득한다.
단계 S140에서 Slant 평면 좌표계 기저 벡터를 이용하여 Slant 평면 좌표로 변환한다.
단계 S150에서 해의 존재 유무에 따라 예외 상황을 판단한다.
단계 S160에서 예외 상황이 아니라고 판단되면, 변환된 상기 Slant 평면 좌표를 Ground 평면 좌표계 기저 벡터를 이용하여 Ground 평면으로 맵핑한다.
단계 S170에서 Ground 평면으로 맵핑된 Ground 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환하고, ECEF 좌표를 측지(Geodetic)좌표로 변환하며, 비선형 방정식에 사용될 초기값을 계산한다.
단계 S180에서 Slant 평면 좌표와 상기 초기값을 이용하여 상기 비선형 방정식을 계산하고, 다음 영상 픽셀의 계산으로 진행한다.
도 5는 영상 레이더의 SAR 영상 획득 기하 모델을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치가 적용될 수 있는 SAR 영상 획득 기하 모델을 예로 들어 나타낸 것으로, 본 기하 모델에 국한되지 않는다.
방위 방향(azimuth)으로 비행체(1) 비행 중 레이다 펄스의 송신 및 수신은 등 간격 위치에서 이루어질 수 있도록 PRF(Pulse Repetition Frequency) 실시간 제어를 수행하게 된다.
요구 해상도를 달성하기 위해서 합성 개구면 거리 (Synthetic Aperture Length, SAL)를 비행하면서 데이터를 획득하게 되며, Spotlight 모드로 영상을 획득하기 위해서 영상 획득 동안, SAR 안테나가 영상 중심점(scene center)을 바라보며 데이터 획득이 가능하도록, 전자적 또는 기계적 방식을 통해 빔을 실시간 조향 하면서 수신신호를 획득하게 된다. 실제로는 난기류나, 바람 등의 영향으로 인해 이상적인 직선 궤적(P1)(Rideal)(ideal linear trajectory)에서 벗어나게 되는 요동을 경험(actual trajectory)하며 실제 이동 궤적(Ractual)(P2)로 비행 하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 지구 표면 좌표를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
정밀 좌표 계산부(120)는 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표와 경사 평면에서 계산된 좌표를 사용하여 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
구체적으로, 도 6에서 특정 지점(
Figure 112019020278171-pat00001
)에서 이동 방향과 수직이고, 거리가 r인 지구상의 좌표(
Figure 112019020278171-pat00002
)를 구하게 된다. 각 영상 픽셀 별 특정 지점(
Figure 112019020278171-pat00003
)과 거리(r)은 경사 평면 좌표로 구할 수 있고, 이는 경사면 좌표 변환부에서 수행한다.
지구 표면 좌표를 계산하기 위해, 각 지구 표면의 측지 좌표값은 수학식 1을 이용하여 지구 중심 고정 좌표(ECEF)로 변환 할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00004
Figure 112019020278171-pat00005
여기서, 지구상의 좌표는 지구 표면 좌표이며,
Figure 112019020278171-pat00006
는 Earth Centered, Earth Fixed (ECEF) 좌표,
Figure 112019020278171-pat00007
는 geodetic 좌표의 (위도, 경도, 고도),
Figure 112019020278171-pat00008
은 ECEF 좌표의 비행 방향,
Figure 112019020278171-pat00009
는 미리 알고 있는 고도 정보(Digital Elevation Map(DEM) 등)이다.
특정 지점
Figure 112019020278171-pat00010
에서 영상 레이더의 이동 방향
Figure 112019020278171-pat00011
와 수직이고, 거리가 r인 위치
Figure 112019020278171-pat00012
를 찾기 위한 조건은 수학식 2와 같다.
Figure 112019020278171-pat00013
상기 수학식 2를 자세히 표현하면 수학식 3과 같다.
Figure 112019020278171-pat00014
수학식 3에서 x,y,z 는 지구 표면 상의 좌표 이므로 수학식 1에 표현된 x,y,z를 대입하면 된다.
수학식 3으로 구현되는 비선형 연립 방정식 Solver 를 통해 해
Figure 112019020278171-pat00015
를 구하게 되며, 구체적으로,
Figure 112019020278171-pat00016
좌표값을 구하게 된다.
여기서, 비선형 Solver는 Newton Method를 이용한 것을 예로 들며 수학식 4를 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00017
상기 수학식은
Figure 112019020278171-pat00018
를 초기값으로 하여 반복적인 계산으로 해를 구하는 방식을 나타낸다.
상기 수학식 4의 방정식을 풀 때 해가 없거나, 다수 존재 가능하며, 완전한 타원이라고 가정했을 때도 일반적으로 비행방향의 왼쪽과 오른쪽 2개 존재하게 된다.
상기 수학식 4에서, 단 하나의 해를 구하기 위해서, 해가 없을 경우 예외처리하고, 해가 다수 존재할 경우 정밀한 초기값 설정으로 하나의 해로 수렴하도록 하며, 초기값은 초기 좌표 계산부에서 계산된 좌표를 사용한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 경사면(slant plane) 좌표 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
경사면 좌표 변환부(111)는 상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면(slant plane) 좌표를 계산한다.
경사면 좌표 변환부(111)는 경사면 기저벡터 생성부와 경사면 벡터 생성부를 포함하며, 경사면 기저벡터 생성부는 레이더의 촬영중심과 표적중심 그리고 비행체의 이동방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성한다.
경사면 벡터 생성부는 상기 경사면 기저벡터 생성부에서 생성된 기저벡터를 사용하여 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타낸다.
영상 레이더의 영상 보정 장치의 경사면(slant plane) 좌표 계산 방법에서, 먼저 경사면 기저 벡터 생성부는 촬영 중심을 원점으로 하는 경사면의 기저벡터
Figure 112019020278171-pat00019
,
Figure 112019020278171-pat00020
를 생성한다. 수학식 5에서
Figure 112019020278171-pat00021
는 영상 레이더의 진행방향으로 정하고,
Figure 112019020278171-pat00022
은 촬영 중심(
Figure 112019020278171-pat00023
)에서 표적 중심(
Figure 112019020278171-pat00024
)으로의 벡터
Figure 112019020278171-pat00025
와 앞서 정의한
Figure 112019020278171-pat00026
를 사용하여 구한다.
Figure 112019020278171-pat00027
여기서,
Figure 112019020278171-pat00028
는 촬영 중심 좌표,
Figure 112019020278171-pat00029
는 표적 중심 좌표,
Figure 112019020278171-pat00030
는 촬영 중심에서 표적 중심의 벡터이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 SAR 영상의 기저 벡터 생성 및 영상 좌표를 Slant 평면 좌표로 변환하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는 Along Track - Cross Track 영상의 경우, 도 7의 (b)는 Range-Cross Range 영상의 경우를 나타낸 것이다.
도 7의 (a)에서 Along Track - Cross Track 영상의 영상 좌표를 Slant 평면 좌표로 변환하는 것은 수학식 6을 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00031
상기 수학식에서 Along Track - Cross Track 의 영상의 경우 영상 평면 좌표의 기저벡터
Figure 112019020278171-pat00032
,
Figure 112019020278171-pat00033
는 경사평면의 기저벡터와 동일하고 설정하고, 원점은
Figure 112019020278171-pat00034
로 한다.
이 기저벡터를 사용하여 영상 평면 좌표를 경사 평면 좌표 (r,L)로 변환한다.
도 7의 (b)에서 Range-Cross Range 영상의 영상 좌표를 Slant 평면 좌표로 변환하는 것은 수학식 7을 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00035
Range - Cross Range 영상의 경우 영상 평면 좌표의 기저벡터
Figure 112019020278171-pat00036
,
Figure 112019020278171-pat00037
는 경사평면의 기저벡터를 스퀸트 각도(
Figure 112019020278171-pat00038
)만큼 회전 변환하여 얻는다. 이 기저벡터를 사용하여 영상 평면 좌표를 경사 평면 좌표 (r,L)로 변환한다.
수학식 6,7에서 r은 각 영상픽셀 좌표의 레이더 진행방향과의 수직거리가 되고,
Figure 112019020278171-pat00039
는 각 영상픽셀의 수평거리가 레이더 진행방향에 위치한 좌표가 된다. 이는 정밀 좌표 계산부에서 특정위치(
Figure 112019020278171-pat00040
)와 거리(r)로 지구 표면의 좌표를 구할 때 이용된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 예외 상황 판단 방법을 설명하기 위한 도면이다.
예외 상황 판단부(112)는 상기 영상 레이더의 진행방향과 지표면이 이루는 각도인 고각과 경사 평편 좌표계에서 구한 위치(
Figure 112019020278171-pat00041
)와 거리(r)를 이용하여 지구상에 좌표의 존재 유무를 판단한다.
도 8의 (a)는 고각을 이용하여 예외상황을 판단하는 경우이며, 도 8의 (b)는 거리값을 이용하여 예외상황을 판단하는 경우이다.
도 8의 (a)에서 고각을 이용하여 예외상황을 판단하는 방법은 수학식 8를 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00042
여기서, Re은 지구를 구라고 가정하였을 때 지구의 반지름, R은 영상 레이더가 위치하는 특정 지점의 좌표에서 지구 중심까지의 거리이고, θ는 고각, θmax는 해가 존재하는 최대 고각이다.
제1 예외 상황 판단부는 레이더의 진행방향과 지표면이 이루는 각도인 고각과 상기 특정 지점에서 가질 수 있는 최대 고각의 크기를 비교하여 판단한다.
고각의 크기가 최대 고각의 크기보다 작을 경우, 해가 존재하여 예외 상황이 아니라고 판단한다.
도 8의 (b)에서 계측된 거리값을 이용하여 예외상황을 판단하는 방법은 수학식 9를 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00043
여기서, Re은 지구를 구라고 가정하였을 때 지구의 반지름, R은 영상 레이더가 위치하는 특정 지점의 좌표에서 지구의 중심까지의 거리이다.
제2 예외 상황 판단부는 레이더의 비행 방향에 수직인 지표면 좌표까지의 거리(r)가 구로 가정한 지구와 비행방향에 수직인 최소 거리와 최대 거리 사이에 존재하는지를 비교한다. 구체적으로, 지구를 구로 가정하였을 때 상기 레이더의 비행방향으로 수직인 지구표면까지의 가장 가까운 거리인 제1 지표면 사이의 거리와, 가장 먼 거리인 제2 거리를 포함하며, 레이더의 비행 방향에 수직인 지표면 좌표까지의 거리(r)가 상기 제1 거리보다 크고, 상기 제2 거리보다 작을 경우, 해가 존재하여 예외 상황이 아니라고 판단한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 장치의 지상 평면 좌표 변환 방법을 설명하기 위한 도면이다
도 9에서 (L,r)은 경사면(slant plane) 좌표, (x,y)는 지상 평면 좌표이다.
지상 평면 좌표 변환부(113)는 상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환한다.
지상 평면 좌표 변환부(113)는 지상 평면(Ground Plane)의 기저 벡터(basis vector)
Figure 112019020278171-pat00044
(
Figure 112019020278171-pat00045
) 를 설정하며, 수학식 10을 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00046
상기 수학식 10에서
Figure 112019020278171-pat00047
는 표적중심 좌표에서 ENU(East-North-Up) 좌표계의 Up방향의 단위 벡터를 ECEF로 좌표계로 변환한 것인다.
지상 평면 단위 벡터 설정 후 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하게 되며, 2개의 조건을 만족하는 좌표를 구하게 된다. 맵핑은 수학식 11을 이용하여 구현할 수 있다.
Figure 112019020278171-pat00048
여기서, H는 Ground 평면으로부터 촬영 중심까지 거리이며,
Figure 112019020278171-pat00049
이다.
Figure 112019020278171-pat00050
은 Slant 평면의 좌표와 비행 트랙상의 경로와 최단 거리가 되는 지점이며,
Figure 112019020278171-pat00051
이다. 수학식 12에서
Figure 112019020278171-pat00052
이다.
수학식 11를 전개할 때 경사 평면의 기저벡터와 지상 평면의 기저벡터의 내적을 미리 정의해두면 편리한데, 이 내적은
Figure 112019020278171-pat00053
,
Figure 112019020278171-pat00054
이다.
수학식 11에서 두 조건은
Figure 112019020278171-pat00055
는 비행방향
Figure 112019020278171-pat00056
에 수직이고 길이는 r 임을 의미한다.
+ 는 비행방향의 오른쪽 일때, -는 비행방향의 왼쪽일 때를 나타내는데, 이 부호는
Figure 112019020278171-pat00057
으로 표현 할 수 있다.
이후, 지구 중심 고정 좌표 변환부(115)는 상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환되며,
Figure 112019020278171-pat00058
로 변환한다.
측지 좌표 변환부는 상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환한다.
Figure 112019020278171-pat00059
→
Figure 112019020278171-pat00060
로 변환하며, 비선형 방정식의 초기값으로 설정된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 영상 보정 방법은 초기 좌표 계산부가 항공 및 위성 레이더에 의해 획득된 SAR 영상에 추가 적인 요동보상을 해야 할 픽셀이 있는가 판단하는 단계(S200)에서 시작한다.
단계 300에서 해당 픽셀의 영상 좌표를 경사면 좌표로 변환한다.
단계 400에서 이 경사면 좌표를 사용하여 해의 존재 유무를 판단한다.
예외 상황 판단부(112)는 상기 영상 레이더의 경사평면에서 촬영 중심점으로부터 표적 중심점까지의 벡터와 비행방향의 수직인 벡터 사이에 이루는 각도인 스퀸트 각도와 비행방향의 고각, 경사 평면좌표에서 비행방향 벡터와의 수직, 수평 거리를 이용하여 지구상에 좌표의 존재 유무를 판단한다.
도 8의 (a)는 레이더의 진행방향과 지표면이 이루는 각도인 고각과 가질 수 있는 최대 최대 고각의 크기를 비교하여 경우이며, 도 8의 (b)는 계측된 거리값을 이용하여 예외상황을 판단하는 경우이다.
도 8의 (a)에서 고각을 이용하여 예외상황을 판단하는 방법은 상기 수학식 8을 이용하여 구현할 수 있다.
도 8의 (b)에서 계측된 거리값을 이용하여 예외상황을 판단하는 방법은 상기 수학식 9를 이용하여 구현할 수 있다.
단계 S500 에서는 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하고 최종적으로 지상평면의 초기 측지 좌표를 계산한다.
단계 S600 에서 지구 표면 계산부가 상기 초기 측지 좌표를 이용하여, 상기 영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 계측된 거리값을 갖는 상기 지구 표면 좌표를 계산한다.
지구 표면 좌표를 계산하기 위해, 지구 표면의 측지 좌표를 ECEF 좌표로 변환할 필요가 있는데, 이는 상기 수학식 1에서 설명하였다.
영상 레이더의 이동 방향과 수직이고, 계측된 거리값을 갖는 조건은 상기 수학식 2와 같으며, 이를 다시 정리하면 상기 수학식 3으로 나타난다.
상기 수학식 3으로 구현되는 비선형 연립 방정식을 Solver 를 통해 해
Figure 112019020278171-pat00061
를 구하게 되며, 구체적으로,
Figure 112019020278171-pat00062
좌표값을 구하게 된다.
여기서, 비선형 Solver는 Newton Method를 이용한 것을 예로 들며 상기 수학식 4를 이용하여 구현할 수 있다.
상기 수학식 4의 방정식을 풀 때 해가 없거나, 다수 존재 가능하며, 완전한 타원이라고 가정했을 때도 일반적으로 비행방향의 왼쪽과 오른쪽 2개 존재하게 된다.
상기 수학식 4에서, 단 하나의 해를 구하기 위해서, 해가 없을 경우 예외처리하고, 해가 다수 존재할 경우 정밀한 초기값 설정으로 하나의 해로 수렴하도록 하며, 초기값은 초기 좌표 계산부에서 계산된 좌표를 사용한다.
단계 S700에서 요동 보상부가 상기 지구 표면 좌표를 이용하여 영상 데이터에 추가적으로 요동 보상을 시행한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 초기 좌표 계산 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 레이더의 초기 좌표 계산 방법은 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계 (S210)에서 시작한다.
경사면 좌표 변환부(111)는 상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면(slant plane) 좌표를 계산한다.
경사면 좌표 변환부(111)는 경사면 기저 벡터 생성부, 경사면 벡터 생성부를 포함하며, 경사면 기저 벡터 생성부는 영상 레이더의 촬영 중심과 표적 그리고 비행체의 이동방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성한고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성한다.
경사면 벡터 생성부는 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타낸다.
영상 레이더의 영상 보정 장치의 경사면(slant plane) 좌표 계산 방법에서, 먼저 레이더의 촬영중심과 표적중심 그리고 비행체의 이동방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성한 후, 생성된 기저벡터를 사용하여 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타낸다. 경상면과, 영상 좌표계의 기저벡터 생성과 벡터의 변환 과정은 상기 수학식 5, 수학식 6, 수학식 7에서 설명하였다.
단계 S220에서 현재 계산할 영상 픽셀의 좌표가 지구 표면 좌표로 맵핑이 가능한지를 판단하는 예외 상황을 판단한다. 이 예외 상황의 판단은 상기 수학식 8, 수학식 9로 구현된다.
단계 S230에서 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환한다.
지상 평면 좌표 변환부(113)는 상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환한다.
지상 평면 좌표 변환부(113)는 지상 평면(Ground Plane)의 기저벡터 (basis vector)를 설정하며, 상기 수학식 10을 이용하여 구현할 수 있다.
지상 평면 기저 벡터 설정 후 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하게 되며, 2개의 조건을 만족하는 좌표를 구하게 된다. 맵핑은 상기 수학식 11을 이용하여 구현할 수 있다.
단계 S240에서 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환한다.
지구 중심 고정 좌표 변환부(115)는 상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환되며,
Figure 112019020278171-pat00063
로 변환한다.
단계 S250에서 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환한다.
측지 좌표 변환부는 상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환한다.
Figure 112019020278171-pat00064
→
Figure 112019020278171-pat00065
로 변환하며, 비선형 방정식의 초기값으로 사용된다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 영상 레이더의 영상 보정 시스템
100: 좌표 맵핑부
110: 초기 좌표 계산부
120: 정밀 좌표 계산부
200: 전처리부
300: SAR 영상 처리부
400: 요동 보상부
500: 오토 포커스 시행부

Claims (13)

  1. 초기 좌표 계산부가 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표를 근사화된 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계; 및
    정밀 좌표 계산부가 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표를 기반으로 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계;를 포함하며,
    상기 영상 픽셀 좌표를 지상 평면의 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는,
    상기 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계; 및
    상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    요동 보상부가 지구 표면 좌표를 이용하여 상기 SAR 영상에 추가적으로 요동 보상을 시행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하는 단계; 및
    상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하는 단계는,
    상기 영상 레이더의 촬영 중심, 표적 중심 및 이동 방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성하고 상기 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는,
    상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환하는 단계;
    상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지구 표면 좌표는,
    상기 영상 픽셀 좌표가 위치한 지점의 위도와 경도로 표시되는 좌표이며,
    상기 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계는,
    상기 초기 측지 좌표의 상기 위도와 경도를 초기값으로 이용하여 상기 지구 표면 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    예외 상황 판단부가 상기 영상 레이더의 경사평면에서 촬영 중심점으로부터 표적 중심점까지의 벡터와 비행방향의 수직인 벡터 사이에 이루는 각도인 스퀸트 각도와 비행방향의 고각, 경사 평면좌표에서 비행방향 벡터와의 수직, 수평 거리를 이용하여 지구상에 좌표의 존재 유무를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 영상 보정 방법.
  9. 초기 좌표 계산부가 영상 레이더에서 획득한 SAR 영상의 영상 픽셀 좌표에 대하여 상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 계산하는 단계;
    상기 경사면(slant plane) 좌표계를 근사화된 지상 평면(Ground Plane)으로 맵핑하여 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하는 단계;
    상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계;
    정밀 좌표 계산부가 상기 초기 좌표 계산부에서 계산된 초기 측지 좌표를 기반으로 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 좌표 계산 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 SAR 영상의 좌표계를 경사면(slant plane) 좌표계로 변환하고, 상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 계산하는 단계는,
    상기 영상 레이더의 촬영 중심, 표적 중심 및 이동 방향 벡터로 경사면의 기저벡터를 생성하고, Along Track-Cross Track 또는 Range-Cross Range 중 하나에 해당하는 영상의 종류와 스퀸트 각도에 따라 영상 좌표계의 기저벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 영상 픽셀 좌표를 경사면 기저벡터로 나타내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 좌표 계산 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 영상 픽셀 좌표의 변환된 경사면 좌표를 지상 평면 좌표로 변환하는 단계는,
    근사화된 지상 평면의 기저벡터를 생성하는 단계; 및
    경사면의 벡터를 상기 지상 평면의 기저벡터로 나타내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 좌표 계산 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 지상 평면 좌표를 초기 측지 좌표(Geodetic Coordinate)로 변환하는 단계는,
    상기 지상 평면 좌표를 지구 중심 고정(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)좌표로 변환하는 단계;
    상기 지구 중심 고정 좌표를 상기 초기 측지 좌표로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 좌표 계산 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 지구 표면 좌표는,
    상기 영상 픽셀 좌표가 위치한 지점의 위도와 경도로 표시되는 좌표이며,
    상기 정밀한 지구 표면 좌표를 계산하는 단계는,
    상기 초기 측지 좌표의 상기 위도와 경도를 초기값으로 이용하여 지구 표면 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더의 좌표 계산 방법.
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