KR102648440B1 - 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치 - Google Patents

항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치가 개시된다. 항공 수심 라이다 보정 장치는, (a) 항공 수심 라이다로부터 실시간 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색하는 단계; (b) 상기 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 상기 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정하는 단계; (d) 상기 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬을 갱신하는 단계; 및 (e) 상기 갱신된 분산-공분산 행렬을 반영하여 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 각 포인트에 대한 오차를 보정하는 단계를 포함한다.

Description

항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치{Lidar calibration method and apparatus}
본 발명은 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
라이다(LIDAR: light Detection and Ranging)는 목표에 레이저 광을 조사하여 거리를 측정하는 기술이다. 항공 라이다 시스템(Airbone LIDAR)은 연안 지역의 지형 및 수심정보를 효율적으로 추출할 수 있는 기술이다. 수심측량을 위한 다른 기술로는 소나(SONAR: Sound Navigation And Ranging SONAR)와 SAR(Synthetic Aperture Radar) 등이 있다. SONAR는 얕은 연안 수심 지역 접근이 힘들며, SAR 은 라이다와 같은 정도의 정확성을 얻기 위해서는 보다 높은 사양의 시스템이 요구된다. 이에 반해, 수심측량 항공 라이다는 해양의 탁도에 따라 약 1.5 m의 얕은 수심부터 60 m 까지의 해저 정보를 높은 해상도로 얻을 수 있다는 장점이 있다. 라이다 시스템의 수신부에 도달한 반사 빔의 세기는 시간에 따른 파형으로 변환되며, 이 파형을 분석해 수심 정보를 추출해낸다. 수신파형은 수면의 파고, 물의 탁도, 해저 지형 등의 환경 변수에 의해 왜곡되며, 현재까지 다양한 변수들이 라이다 신호에 미치는 영향에 관한 연구가 진행되었다.
다양한 파형 왜곡 원인 중, 해저 지형의 기울기 변화는 라이다 신호의 피크 이동을 발생시키며, 신호의 피크 이동은 부정확한 수심 정보의 원인이 된다. 하지만, 해저 지형의 기울기가 라이다 신호에 미치는 영향에 관한 연구는 드물다. Anis Bouhdaoui et al.의 지형 기울기에 의한 파형의 피크 이동 연구는 지형을 깊이 정보를 갖는 점들로 이루어진 선으로 가정하여 3차원 지형에 의한 피크 이동과 빔의 수중에서의 산란에 의한 빔의 broadening(퍼짐)을 고려하지 않아 실제 라이다 신호의 보정에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수중에서의 레이저 빔 확산을 고려하여 라이다 신호 보정에 적용할 수 있는 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수중 굴절 각도 변화량을 고려하여 라이다 신호 보정에 적용할 수 있는 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 항공 수심 라이다 보정 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 항공 수심 라이다로부터 실시간 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색하는 단계; (b) 상기 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 상기 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정하는 단계; (d) 상기 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬을 갱신하는 단계; 및 (e) 상기 갱신된 분산-공분산 행렬을 반영하여 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 각 포인트에 대한 오차를 보정하는 단계를 포함하는 항공 수심 라이다 보정 방법이 제공될 수 있다.
상기 (b) 단계는, 상기 해수면 포인트를 이용하여 상기 항공 수심 라이다의 역방향 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 역방향 벡터를 이용하여 해수면 입사각을 계산하는 단계; 상기 역방향 벡터 및 상기 해수면 입사각을 이용하여 상기 해수면 입사각의 분산과 스캔 각도의 분산을 계산하되, 상기 해수면 입사각의 분산과 상기 스캔 각도의 분산을 이용하여 상기 확산 크기를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 역방향 벡터를 계산하는 단계는, 상기 해수면 포인트들을 이용하여 해수면을 결정하고, 상기 결정된 해수면에 대한 법선 벡터를 계산하는 단계; 상기 법선 벡터를 이용하여 팁 각도를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 팁 각도를 이용하여 상기 역방향 벡터를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 법선 벡터를 계산하는 단계는, 상기 해수면 포인트들에 대한 가중 최소 제곱을 사용하여 상기 해수면에 대한 법선 벡터를 계산할 수 있다.
상기 분산-공분산 행렬은 대각선 엘리먼트를 기준으로 대칭이며, 상기 대각선 엘리먼트는 항공기 좌표값, 항공기 방향값, 조준값, 레버 암 거리값, 스캔 각도, 공중 각도, 공중 거리, 수중 거리 및 해수면 입사각이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 항공 수심 라이다 보정 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 명령어를 저장하는 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서에 의해 실행된 명령어는, (a) 항공 수심 라이다로부터 실시간 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색하는 단계; (b) 상기 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 상기 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정하는 단계; (d) 상기 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬을 갱신하는 단계; 및 (e) 상기 갱신된 분산-공분산 행렬을 반영하여 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 각 포인트에 대한 오차를 보정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 수중에서의 레이저 빔 확산을 고려하여 라이다 신호를 보정함으로써 해저 좌표 및 수심 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심라이다 보정 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수면 3D 포인트 클라우드 데이터의 일 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 법선 벡터 계산을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 각도 및 수중 각도를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 각도 분산 및 스캔 각도 분산을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 포인트 클라우드 데이터의 일 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 법선 벡터를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 각도 및 수중 굴절 각도를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5 및 도 6은는 본 발명의 일 실시예에 따른 공중 각도 및 수중 굴절 각도의 분산을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
단계 110에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 항공 수심 라이다 장치로부터 3D 포인트 클라우드 데이터를 획득한다. 항공 수심 라이다는 IR 및 두개의 녹색광 파장의 레이저 펄스를 사용하여 항공에서 수심과 하상을 측량할 수 있다.
이에 따라, 항공 수심 라이다에서 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터에서 각각의 포인트는 3채널로 획득될 수 있다. 여기서, 3채널은 IR(적외선) 채널, 제1 녹색(옅은 녹색) 채널, 제2 녹색(짙은 녹색) 채널일 수 있다.
도 2에는 3D 포인트 클라우드 데이터의 일 예가 도시되어 있다.
항공 수심 라이다 장치는 3채널 레이저를 송신한 후 이에 따른 3D 포인트 클라우드 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 3D 포인트 클라우드 데이터는 LLA 좌표일 수 있다.
단계 115에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색한다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 항공 수심 라이다로부터 획득되는 각 채널(3D 포인트 클라우드 데이터)에서 해수면 좌표를 각각 검색하고, 해당 해수면 좌표에 대해 인접 지역의 모든 이웃 포인트들을 검색한다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 해수면 좌표에 대해 소정의 시간, 위도 및 경도 차이가 있는 인접 지역의 이웃 포인트들을 검색할 수 있다(도 2참조). 즉, 해수면 좌표에 대해 +/- 0.7 시간 차이를 가지고, +/-3m 위도/경도 차이를 가지는 인접 지역내의 이웃 포인트들을 검색할 수 있다. 해당 해수면 좌표 및 해당 이웃 포인트들을 포함하여 해수면 포인트라 칭하기로 한다.
단계 120에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 해당 포인트들을 LLA 좌표에서 센서 좌표계로 변환한다.
항공 수심 라이다 특성상 항공기와 센서 부착 위치로 인한 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 오차를 최소화하기 위해 LLA 좌표를 센서(즉, 항공 수심 라이다)를 기준으로 하는 센서 좌표계로 변환할 필요가 있다.
LLA 좌표계를 센서 좌표계로 변환하는 방법 자체는 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다. 이하에서 설명되는 각각의 포인트는 센서 좌표계로 변환된 값으로 이해되어야 할 것이다.
단계 125에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 확산 크기를 각각 계산한다.
이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 해수면 좌표에 인접한 이웃 포인트들에 대해 가중 최소 제곱을 사용하여 해수면 좌표에 대한 법선 벡터를 추정할 수 있다.
예를 들어, 해수면 좌표와 이웃 포인트들이 도 3과 같다고 가정하기로 한다. 이때, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 가중 최소 제곱을 사용하여 오차가 최소인 평면 면적(항공 수심 라이다의 평면 면적)을 해수면 포인트들(이웃 포인트들)에 맞춘 후 법선 벡터를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 각 채널의 가중치를 부여함에 있어, IR 채널>제1 녹색 채널(옅은 녹색)> 제2 녹색 채널(짙은 녹색)과 같이 가중치를 부여할 수 있다.
인접 지역내에 포함된 모든 포인트들에 대한 가중 최소 제곱을 사용한 법선 관련 방정식은 수학식 1과 같다.
이어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 평면 면적에 대한 역방향 벡터(공중 각도) 및 해수면 입사각(수중 각도)를 각각 계산할 수 있다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 법선 벡터의 해수면 좌표에서 항공 수심 라이다의 포인팅 좌표의 방향으로 팁 각도(tip angle)를 계산한다(도 4 참조).
이를 수학식으로 나타내면, 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
또한, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 계산된 팁 각도를 이용하여 역방향 벡터(공중 각도)를 계산할 수 있다. 즉, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 수학식 3을 이용하여 역방향 벡터(공중 각도)를 계산할 수 있다.
이어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 계산된 공중 각도를 기초로 스넬(snell) 법칙을 사용하여 수중 각도(해수면 입사각)를 계산할 수 있다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 수학식 4를 이용하여 수중 각도를 계산할 수 있다.
수중 각도를 계산하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 역방향 벡터를 계산한 후 이를 이용하여 수중 각도를 계산할 수 있다. 즉, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 항공 수심 라이다 포인팅 좌표의 방향으로 팁 앵글을 산출하고, 이를 이용하여 공중 각도(역방향 벡터)를 계산한 후 스넬 법칙에 따른 수중 각도를 산출할 수 있다.
항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 도 4와 같이 도출된 역방향 벡터와 해수면 입사각을 이용하여 해수면 입사각의 분산과 스캔 각도의 분산을 각각 계산할 수 있다.
해수면 입사각의 분산은 레이저 빔이 비치는 공간 내에서 포인트 위치의 불확실성에 의해 좌우될 수 있다. 도 5에서 보여지는 바와 같이, 빔 확산에 의해 수중에서의 빔 확산 크기가 달라지되, 수중에서의 거리()(편의상 수중 거리라 칭하기로 함)에 따라 빔 확산 크기 또한 증가될 수 있다.
따라서, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 수학식 5를 이용하여 수중 각도의 분산을 계산할 수 있다.
여기서, 는 공중 거리(range)를 나타내고, 는 수중 거리(range)를 나타내며, 는 공중 각도를 나타내고, 는 수중 각도를 나타내며, 는 확대된 풋프린트를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 해수면에서의 빔 확산 크기에 따라 스캔 각도가 변동될 수 있다. 빔 확산으로 인한 빔 확산 크기는 수중 거리()에 따라 증가될 수 있다.
따라서, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 역방향 벡터와 해수면 입사각을 이용하여 스캔 각도의 분산을 계산하되, 수학식 6과 같이 스캔 각도의 분산을 계산할 수 있다.

여기서, 는 확대된 풋 프린트를 나타낸다.
단계 130에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정한다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 수중 각도의 분산과 스캔 각도의 분산을 이용하여 해저 좌표를 추정할 수 있다.
예를 들어, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 수학식 7을 이용하여 해저 좌표를 추정 계산할 수 있다.
여기서, , , 는 각각 해저면의 라이다 포인트 위도 좌표, 경도 좌표, 하방 좌표를 나타내고, k는 항공기 헤딩(heading)값을 나타내며, 는 항공기 피치(pitch)값을 나타내고, 는 항공기 롤(roll)값을 나타내며, , , 는 각각 라이다의 위도 좌표, 경도 좌표 및 하방 좌표를 나타내고, 는 x좌표 변환의 회전 행렬을 나타내고, 는 y좌표 변환의 회전 행렬을 나타내며, 는 z좌표 변환의 회전 행렬을 나타낸다. 즉, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 도출된 수중 각도를 이용하여 해저 좌표를 추정할 수 있다.
이어, 단계 135에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬의 일부 분산을 갱신한 후 TPU 행렬을 계산한다.
TPU 행렬은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
여기서,는 라이다의 위도 표준 편차를 나타내고, 는 라이다의 경도 표준 편차를 나타내고, 는 라이다의 하방 표준 편차를 나타내고, 는 라이다의 위도 분산을 나타내고, 는 라이다의 경도 분산을 나타내고, 는 라이다의 하방 분산을 나타내며, J는 각 포인트의 3차원 좌표의 편도 함수로 구성된 야코비언 행렬을 나타낸다. 또한, 는 관측 데이터에 대한 분산-공분산 행렬을 나타낸다.
여기서, 분산-공분산 행렬()은 대각선 엘리먼트를 기준으로 대칭이며, 대각선 엘리먼트는 각각 3개의 항공기 좌표값(northing(), easting(), elevation()), 항공기 방향값(heading(), pitch(), roll()), 조준값(heading offset(), pitch offset(), roll offset()), 레버 암 거리값(X offset(), Y offset(), Z offset()), 스캔 각(), 레이저 출사각(), 공중 거리(), 수중 거리(), 해수면 입사각()을 포함한다.
즉, TPU 행렬은 관측 데이터의 분산을 좌표로 전파하여 각 포인트의 3개 좌표에 대한 분산-공분산 행렬을 생성하며, 이는 실제 위치가 특정 거리 내에 있을 확률을 설명하는데 익숙한 정확도 측정값을 계산하는데 사용될 수 있다.
분산-공분산 행렬은 상술한 17개 관측값의 분산을 각 포인트의 좌표로 전파할 수 있다. 따라서, 분산-공분산 행렬은 17 x 17 행렬일 수 있다. 17개의 분산 중 대다수는 상수이며, 역방향 벡터 및 해수면 입사각은 일정할 수 있다.
따라서, 분산-공분산 행렬을 갱신하고, 이에 대한 TPU 행렬을 계산하여 최종 해저 좌표를 계산할 수 있다.
단계 140에서 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 갱신된 분산-공분산 행렬을 이용하여 각 포인트에 대한 TPU 행렬을 계산함으로써 각 3D 포인트 클라우드 데이터의 오차를 보정할 수 있다.
이어, 센서 좌표계의 3D 포인트 클라우드 데이터를 LLA 좌표계로 변환한다.
이를 수학식으로 나타내면 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 메모리(710) 및 프로세서(720)를 포함하여 구성된다. 도 7에는 포함되지 않았으나, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 통신부 등을 더 포함할 수도 있음은 당연하다.
메모리(710)는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 방법을 수행하기 위한 명령어들을 저장한다.
프로세서(720)는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공 수심 라이다 보정 장치(100)의 내부 구성 요소(메모리(710) 등)을 제어하기 위한 수단이다.
또한, 프로세서(720)는 메모리(710)에 저장된 명령어를 실행할 수 있다. 프로세서(720)에 의해 실행된 명령어는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 항공 수심 라이다 보정 방법의 각각의 단계를 수행할 수 있다.
항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 항공 수심 라이다로부터 항공기 좌표 정보, 방향 정보, 라이다 설치 관련 정보, 항공 수심 라이다로부터 획득되는 실시간 3D 포인트 클라우드 데이터 등을 실시간으로 획득 가능한 것을 가정하기로 한다.
따라서, 항공 수심 라이다 보정 장치(100)는 이미 전술한 바와 같이, 3D 포인트 클라우드 데이터를 기반으로 해수면 기울기를 계산하고, 이를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하여 해저 좌표를 추정한 후 분산-공분산 행렬을 갱신하여 각 포인트를 보정할 수 있다.
이에 대해서는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 항공 수심 라이다로부터 실시간 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색하는 단계;
    (b) 상기 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 상기 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하는 단계;
    (c) 상기 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정하는 단계;
    (d) 상기 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬을 갱신하는 단계; 및
    (e) 상기 갱신된 분산-공분산 행렬을 반영하여 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 각 포인트에 대한 오차를 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    상기 해수면 포인트를 이용하여 상기 항공 수심 라이다의 역방향 벡터를 계산하는 단계;
    상기 역방향 벡터를 이용하여 해수면 입사각을 계산하는 단계; 및
    상기 역방향 벡터 및 상기 해수면 입사각을 이용하여 상기 해수면 입사각의 분산과 스캔 각도의 분산을 계산하되, 상기 해수면 입사각의 분산과 상기 스캔 각도의 분산을 이용하여 상기 확산 크기를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 역방향 벡터를 계산하는 단계는,
    상기 해수면 포인트들을 이용하여 해수면을 결정하고, 상기 결정된 해수면에 대한 법선 벡터를 계산하는 단계;
    상기 법선 벡터를 이용하여 팁 각도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 팁 각도를 이용하여 상기 역방향 벡터를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 법선 벡터를 계산하는 단계는,
    상기 해수면 포인트들에 대한 가중 최소 제곱을 사용하여 상기 해수면에 대한 법선 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분산-공분산 행렬은 대각선 엘리먼트를 기준으로 대칭이며, 상기 대각선 엘리먼트는 항공기 좌표값, 항공기 방향값, 조준값, 레버 암 거리값, 스캔 각도, 공중 각도, 공중 거리, 수중 거리 및 해수면 입사각인 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 방법.
  6. 제1 항, 제3항 내지 제5 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  7. 적어도 하나의 명령어를 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서에 의해 실행된 명령어는,
    (a) 항공 수심 라이다로부터 실시간 획득되는 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 해수면 포인트를 탐색하는 단계;
    (b) 상기 해수면 포인트를 이용하여 해수면 기울기를 계산하고, 상기 해수면 기울기를 이용하여 해수 투과시 레이저 빔의 해수면 입사각과 레이저 빔의 확산 크기를 계산하는 단계;
    (c) 상기 계산된 확산 크기를 이용하여 해저 좌표를 추정하는 단계;
    (d) 상기 추정된 해저 좌표를 이용하여 분산-공분산 행렬을 갱신하는 단계; 및
    (e) 상기 갱신된 분산-공분산 행렬을 반영하여 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 각 포인트에 대한 오차를 보정하는 단계를 수행하되,
    상기 (b) 단계는,
    상기 해수면 포인트를 이용하여 상기 항공 수심 라이다의 역방향 벡터를 계산하는 단계;
    상기 역방향 벡터를 이용하여 해수면 입사각을 계산하는 단계; 및
    상기 역방향 벡터 및 상기 해수면 입사각을 이용하여 상기 해수면 입사각의 분산과 스캔 각도의 분산을 계산하되, 상기 해수면 입사각의 분산과 상기 스캔 각도의 분산을 이용하여 상기 확산 크기를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 해수면 포인트를 이용하여 상기 항공 수심 라이다의 역방향 벡터를 계산하는 단계; 및
    상기 역방향 벡터를 이용하여 해수면 입사각을 계산하는 단계;
    상기 역방향 벡터 및 상기 해수면 입사각을 이용하여 상기 해수면 입사각의 분산과 스캔 각도의 분산을 계산하되, 상기 해수면 입사각의 분산과 상기 스캔 각도의 분산을 이용하여 상기 확산 크기를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 역방향 벡터를 계산하는 단계는,
    상기 해수면 포인트들을 이용하여 해수면을 결정하고, 상기 결정된 해수면에 대한 법선 벡터를 계산하는 단계;
    상기 법선 벡터를 이용하여 팁 각도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 팁 각도를 이용하여 상기 역방향 벡터를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 법선 벡터를 계산하는 단계는,
    상기 해수면 포인트들에 대한 가중 최소 제곱을 사용하여 상기 해수면에 대한 법선 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 분산-공분산 행렬은 대각선 엘리먼트를 기준으로 대칭이며, 상기 대각선 엘리먼트는 항공기 좌표값, 항공기 방향값, 조준값, 레버 암 거리값, 스캔 각도, 공중 각도, 공중 거리, 수중 거리 및 해수면 입사각인 것을 특징으로 하는 항공 수심 라이다 보정 장치.

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