KR102665566B1 - Method and apparatus for analyzing river confluence shaer layer using rgb images - Google Patents

Method and apparatus for analyzing river confluence shaer layer using rgb images Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치에 있어서, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로그램이 저장된 메모리 및 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는 본류와 적어도 하나 이상의 지류가 만나는 하천의 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여, 전처리 영상을 생성하고, 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상에 포함된 합류부로부터 하천의 본류 및 지류를 분리하고, 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 각각의 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여, 하천 곡선 정보를 생성하고, 하천의 픽셀을 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시키고, 곡선 좌표계로부터 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 장치이다.In an apparatus for analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river according to an embodiment of the present invention, a memory storing a program for analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river is stored, and the program stored in the memory is executed to determine the extent of the river. It includes a processor that interprets the shear layer at the confluence in the RGB image. The processor preprocesses the RGB image of the confluence where the main stream and at least one tributary meet, generates a preprocessed image, and uses a Gaussian mixture model. The main stream and tributaries of the river are separated from the confluence included in the preprocessed image, and the shape of the main stream and tributaries of each river is projected into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM) to generate river curve information. It is a device that generates, converts river pixels into a curved coordinate system through river curve information and the image pixel coordinate system, and extracts the geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system.

Figure 112022009316333-pat00116
Figure 112022009316333-pat00116

Description

RGB 영상을 이용한 하천의 합류부 전단층 해석 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING RIVER CONFLUENCE SHAER LAYER USING RGB IMAGES}Apparatus and method for analyzing shear fault layers at river confluence using RGB images {METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING RIVER CONFLUENCE SHAER LAYER USING RGB IMAGES}

본 발명은 인공위성이나 무인항공체(드론)를 이용하여 하천을 촬영한 RGB 영상으로부터 인공지능을 이용하여 하천 합류부 전단층을 해석하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for analyzing the shear layer of a river confluence using artificial intelligence from RGB images taken of a river using a satellite or unmanned aerial vehicle (drone).

자연하천망은 다양한 지류가 본류로 합류하는 부분으로 연결되어 있으며, 자연하천의 합류부에서는 매우 복잡한 지형적 특성과 수리지형학적 특성이 전단층을 따라 나타나게 된다. 특히, 합류부 주변에서는 급격한 지형 변화가 나타나거나 오염물질의 혼합이 복잡하게 발생할 수 있기에 하천 개발 및 운영 측면에서 합류부에서의 흐름에 대한 특성을 규명하는 것이 매우 중요한 사항으로 대두된다. The natural river network is connected where various tributaries join the main stream, and at the confluence of natural rivers, very complex topographical and hydrogeographic characteristics appear along the shear layer. In particular, rapid topographical changes or complex mixing of pollutants may occur around the confluence, so identifying the characteristics of the flow at the confluence is very important in terms of river development and operation.

종래에는 하천의 합류부를 분석하는 방법으로는 초음파 유속계 등을 이용해 유속과 하상고를 계측하는 방법, 용존성 물질을 주입한 후 접촉식 농도 계측기로 물질의 농도를 계측해 혼합 양상을 분석하는 방법 등을 이용하고 있다. 상술한 두 접촉식 계측방법들은 하천에 계측기가 설치되거나 물살이 통과하는 영역에 한해 합류부의 흐름에 대한 기작을 분석할 수 있다. 그렇기에 하천 전단층의 길이와 폭과 같은 넓은 구간에 걸친 기하학적 특성을 얻을 수 없다는 한계가 있다. 또한, 접촉식 계측을 위해서는 하천 안으로 계측자가 직접 들어가야 하기 때문에 높은 위험성을 안고 있다. Conventionally, methods for analyzing river confluence include measuring flow velocity and river bed height using ultrasonic velocimeters, and analyzing mixing patterns by injecting dissolved substances and measuring the concentration of the substances with a contact concentration meter. is using. The two contact measurement methods described above can analyze the mechanism of flow at the confluence only in the area where the instrument is installed in the river or where the water current passes. Therefore, there is a limitation in that it is not possible to obtain geometric characteristics over wide sections such as the length and width of the river shear layer. In addition, contact measurement involves a high risk because the measurer must enter the river directly.

한편, 최근 인공위성이나 무인항공체(드론)에 대한 지속적인 기술 개발 및 보급에 의해, 위성과 드론 영상을 통해 하천 수리 분석에 활발하게 이용되고 있다. 특히, 위성과 드론을 이용해 취득된 고해상도의 RGB 영상을 이용하면 하천 정보를 원하는 장소에서 광범위하게 저비용으로 취득할 수 있다. Meanwhile, with the recent continuous development and distribution of technology for satellites and unmanned aerial vehicles (drones), satellite and drone images are being actively used for river hydraulic analysis. In particular, using high-resolution RGB images acquired using satellites and drones, river information can be acquired in a wide range of desired locations at low cost.

대한민국 등록특허공보 제10-2193108호(2020.12.18.공고)에서 (a) 추적자실험을 수행함과 동시에 무인항공체를 이용하여 하천의 RGB 영상자료를 취득하는 단계(S10)와; (b) 영상좌표 추적 모듈(11)이 상기 RGB 영상자료의 첫번째 프레임에 대한 지상기준점의 영상좌표를 기준으로 이후 프레임에 대한 지상기준점의 영상좌표를 추출하는 단계(S20)와; (c) 좌표변환 모듈(12)이 상기 단계(b)에서 추출된 각 프레임에서의 지상기준점의 영상좌표와 해당 지상기준점 의 UTM 좌표로 일정개수의 좌표쌍을 구축하고 RGB 영상자료의 모든 영상좌표의 화소강도를 UTM 좌표계상의 화소 강도에 투영하는 단계(S30), 및 (d) 인공신경망 구축 모듈(13)이 농도측정기기에 의해 측정된 추적자물질의 농도값과 RGB 영상의 화소 강도를 이용하여 인공신경망을 구축하고, 구축된 인공신경망을 통해 RGB 영상자료의 각 프레임에서 농도측정기기가 설치 되지 않은 지점의 화소 강도를 추적자물질의 농도값으로 변환하는 단계를 포함한 구성이 개시되어 있다. 그러나 기술을 구현하기 위해서는 추적자실험을 수행함과 동시에 실험 장면을 촬영하여야 하고, 알고리즘 자체로 합류부에서 발생하는 전단층의 기하학적 특성을 추출하기에는 한계가 있다.In Republic of Korea Patent Publication No. 10-2193108 (announced on December 18, 2020), (a) performing a tracer experiment and simultaneously acquiring RGB image data of the river using an unmanned aerial vehicle (S10); (b) the image coordinate tracking module 11 extracts the image coordinates of the ground control point for the next frame based on the image coordinates of the ground control point for the first frame of the RGB image data (S20); (c) The coordinate conversion module 12 constructs a certain number of coordinate pairs with the image coordinates of the ground control point in each frame extracted in step (b) and the UTM coordinates of the corresponding ground control point, and converts all image coordinates of the RGB image data. Projecting the pixel intensity onto the pixel intensity on the UTM coordinate system (S30), and (d) the artificial neural network construction module 13 uses the concentration value of the tracer material measured by the concentration measuring device and the pixel intensity of the RGB image. A configuration including the step of constructing an artificial neural network and converting the pixel intensity at a point where a concentration measuring device is not installed in each frame of RGB image data into a concentration value of a tracer material through the constructed artificial neural network is disclosed. However, in order to implement the technology, the tracer experiment must be performed and the experimental scene must be filmed at the same time, and the algorithm itself has limitations in extracting the geometric characteristics of the shear layer that occurs at the confluence.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 위성 또는 드론을 이용해 촬영된 RGB 영상을 이용해 탁도가 서로 다른 두 자연하천의 합류부에서 전단층을 기준으로 본류와 지류를 구분하게 된다. 또한, 본 발명은 기계학습 기법을 이용해 전단층과 두 하천을 구분해내어 전단층 특성을 추출하고, 종래의 하천 조사 기술로 관측이 어려웠던 전단층의 공간적 특성을 추출 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.The present invention was designed to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to identify the main stream and tributaries based on the shear layer at the confluence of two natural rivers with different turbidity using RGB images captured using satellites or drones. differentiated. In addition, the present invention aims to extract shear layer characteristics by distinguishing between shear layers and two rivers using machine learning techniques, and to extract spatial characteristics of shear layers that were difficult to observe using conventional river survey techniques.

대한민국 등록특허공보 제10-2193108호(발명의 명칭: 무인항공체로부터 취득된 RGB영상을 이용한 2차원 하천혼합거동 계측 방법)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2193108 (Title of invention: Two-dimensional river mixing behavior measurement method using RGB images acquired from unmanned aerial vehicles)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 하천의 합류부가 촬영된 RGB영상으로부터 합류부 전단층의 기하학적 특징을 도출하는 합류부 전단층 해석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a confluence shear fault analysis device and method that derives the geometric characteristics of the confluence shear layer from RGB images captured at the confluence of a river.

구체적으로 본 발명에서 제시하는 RGB 영상 기반 합류부 전단층 해석법은 위성이나 드론으로 하천의 합류부를 촬영한 고해상도의 RGB 사진을 이용해 하천에 직접 들어가서 계측하는 기존 방법에 비해 효율적이고 안전하게 하천 합류부의 수리 특성의 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.Specifically, the RGB image-based confluence shear layer analysis method presented in the present invention is more efficient and safer than the existing method of directly entering the river and measuring the hydraulic characteristics of the river confluence using high-resolution RGB photos taken of the river confluence with a satellite or drone. It has the effect of enabling analysis.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법에 있어서, (a) 본류와 적어도 하나 이상의 지류가 만나는 하천의 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여, 전처리 영상을 생성하는 단계; (b) 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상에 포함된 합류부로부터 하천의 본류 및 지류를 분리하는 단계; (c) 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 각각의 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여, 하천 곡선 정보를 생성하는 단계; (d) 하천의 픽셀을 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시키는 단계; 및 (e) 곡선 좌표계로부터 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 단계;로 구성될 수 있다.In the method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river according to an embodiment of the present invention to achieve the above technical problem, (a) photographing the confluence of the river where the main stream and at least one tributary meet; Preprocessing the merged RGB image to generate a preprocessed image; (b) separating the main stream and tributaries of the river from the confluence included in the preprocessed image through a Gaussian mixture model; (c) generating river curve information by projecting the shape of the main stream and tributaries of each river into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM); (d) converting the pixels of the river into a curved coordinate system through the river curve information and the image pixel coordinate system; and (e) extracting the geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system.

또한,(a) 단계는 (a1) 합류부 RGB영상에 포함된 합류부에서 하천의 픽셀을 분리하는 단계; (a2) 기설정된 축척을 통해 하천의 픽셀의 좌표계 상의 길이와 실제 하천의 길이를 통합하는 단계; 및 (a3) 합류부 RGB영상에서 분리된 하천의 영역을 제외한 나머지 영역을 삭제한 전처리 영상을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, step (a) includes (a1) separating pixels of the river from the confluence included in the confluence RGB image; (a2) integrating the length of the pixel of the river in the coordinate system and the actual length of the river through a preset scale; and (a3) generating a preprocessing image in which the remaining areas excluding the separated river area are deleted from the confluence RGB image.

또한, (b) 단계는 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상으로부터 하천을 표현하는 픽셀을 구분하되, 전처리 영상 내에 포함된 픽셀의 RGB화소 강도 값을 K개의 가우스 분포가 포함된 확률밀도함수로 가정 후 각각의 픽셀을 군집화 하여 하천의 본류와 지류의 영역을 구분할 수 있다.In addition, in step (b), pixels representing a river are distinguished from the preprocessed image through a Gaussian mixture model, and the RGB pixel intensity values of the pixels included in the preprocessed image are assumed to be probability density functions containing K Gaussian distributions, respectively. By clustering the pixels, the main stream and tributary areas of the river can be distinguished.

또한, (c) 단계는 전처리 영상으로부터 (b) 단계에서 추출된 각각의 하천의 이미지에 포함된 픽셀들의 위치를 자기조직화지도로 학습시켜, 1차원 격자를 갖는 하천 곡선 정보를 생성할 수 있고, 자기조직화지도의 격자의 개수는 격자의 수

Figure 112022009316333-pat00001
를 2개에서 늘려가며, [수학식]:
Figure 112022009316333-pat00002
가 최소한의 값을 갖도록 격자의 수를 찾아 산출할 수 있다.In addition, step (c) can generate river curve information with a one-dimensional grid by learning the positions of pixels included in each river image extracted in step (b) from the preprocessed image as a self-organization map, The number of grids in a self-organizing map is the number of grids.
Figure 112022009316333-pat00001
By increasing from 2, [Equation]:
Figure 112022009316333-pat00002
It can be calculated by finding the number of grids so that has the minimum value.

또한, 1 차원 격자를 완만하게 형성하기 위해 자기조직화지도에 포함되는 격자에 비스플라인(B-spline)내삽 기법을 적용하고, 내삽 격자는 1 차원 격자가 최대한 완만한 값을 갖는 최소한의 개수는 자기조직화지도의 격자의 개수로부터 늘려가되 [수학식]:

Figure 112022009316333-pat00003
가 최소화 되는 격자의 수를 산출할 수 있다.In addition, in order to gently form a one-dimensional grid, a B-spline interpolation technique is applied to the grid included in the self-organization map, and the interpolation grid is a one-dimensional grid that has the minimum number of smooth values as possible. Increase from the number of grids in the organization map [Equation]:
Figure 112022009316333-pat00003
The number of grids for which is minimized can be calculated.

또한, 곡선 좌표계는 하천의 흐름방향 좌표

Figure 112022009316333-pat00004
및 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00005
로 구성되고, (e) 단계는 합류부 전단층의 영역은
Figure 112022009316333-pat00006
좌표를 기준으로 하천의 상류에서 하류 방향으로 모든 픽셀 간의 거리를 산정하되, 모든 픽셀은 서로 접촉 중인 픽셀을 모두 포함하고, 합류부 전단층의 픽셀 중 본류를 기준으로 하천의 상류에서 가장 가까운 픽셀을 시작영역인
Figure 112022009316333-pat00007
로, 하천의 하류에서 가장 가까운 픽셀을 종료영역인
Figure 112022009316333-pat00008
로 정의할 수 있다.In addition, the curved coordinate system is the coordinates of the flow direction of the river.
Figure 112022009316333-pat00004
and width direction coordinates
Figure 112022009316333-pat00005
It consists of, and in step (e), the area of the confluence shear layer is
Figure 112022009316333-pat00006
Calculate the distance between all pixels from the upstream to the downstream direction of the river based on the coordinates, but all pixels include all pixels in contact with each other, and among the pixels in the confluence shear layer, the pixel closest to the upstream of the river based on the main stream is selected. The starting area
Figure 112022009316333-pat00007
The end area is the pixel closest to the downstream of the river.
Figure 112022009316333-pat00008
It can be defined as:

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 각 하천이 이루는 합류각

Figure 112022009316333-pat00009
는 자기조직화지도의 격자 구간 중 본류 및 지류에서 각각의
Figure 112022009316333-pat00010
와 가장 인접한 2개의 자기조직화지도의 격자 구간이 이루는 사잇각으로 정의할 수 있다.In addition, as a geometric feature, the confluence angle formed by each river in the confluence shear layer
Figure 112022009316333-pat00009
In each main stream and tributary among the grid sections of the self-organization map,
Figure 112022009316333-pat00010
It can be defined as the angle between the grid sections of the two most adjacent self-organization maps.

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 길이인

Figure 112022009316333-pat00011
Figure 112022009316333-pat00012
Figure 112022009316333-pat00013
Figure 112022009316333-pat00014
좌표 상 거리를 통해 산출할 수 있다.In addition, as a geometric feature, the length of the confluence shear layer is
Figure 112022009316333-pat00011
Is
Figure 112022009316333-pat00012
and
Figure 112022009316333-pat00013
of
Figure 112022009316333-pat00014
It can be calculated through the distance on coordinates.

또한, 기하학적 특징으로 하천의 하폭은 하천이 합류되기 직전의 본류의 하폭

Figure 112022009316333-pat00015
와 지류의 하폭
Figure 112022009316333-pat00016
가 곡선 좌표계 상에서 합류부 전단층이 시작되는 영역의 폭을 통해 산출되고, 하천이 합류된 이후 하폭
Figure 112022009316333-pat00017
는 합류부 전단층이 끝나는 지점의 하폭을 통해 산출할 수 있다.In addition, due to its geometrical characteristics, the width of the river is the width of the main stream just before the river joins.
Figure 112022009316333-pat00015
and the lower width of the tributary
Figure 112022009316333-pat00016
It is calculated from the width of the area where the confluence shear layer begins on a curved coordinate system, and the river width after the river joins
Figure 112022009316333-pat00017
can be calculated through the width of the drop at the point where the confluence shear layer ends.

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 최대 두께

Figure 112022009316333-pat00018
는 지류에서의 곡선 좌표계에서 합류부 전단층의 각각의 구간에서 최대 하폭을 통해 산출할 수 있다.Additionally, the maximum thickness of the confluence shear layer is a geometrical feature.
Figure 112022009316333-pat00018
can be calculated through the maximum drop width in each section of the confluence shear layer in the curved coordinate system of the tributary.

또한, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치에 있어서, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로그램이 저장된 메모리 및 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는 본류와 적어도 하나 이상의 지류가 만나는 하천의 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여, 전처리 영상을 생성하고, 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상에 포함된 합류부로부터 하천의 본류 및 지류를 분리하고, 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 각각의 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여, 하천 곡선 정보를 생성하고, 하천의 픽셀을 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시키고, 곡선 좌표계로부터 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 장치일 수 있다.In addition, in the device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river, a memory in which a program for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river is stored and the program stored in the memory is executed to determine the confluence shear layer in the RGB image of the river. It includes a processor that interprets faults, and the processor preprocesses the RGB image of the confluence where the main stream and at least one tributary meet, to generate a preprocessed image, and generates a preprocessed image of the confluence included in the preprocessed image through a Gaussian mixture model. Separate the main stream and tributaries of the river from the main stream, project the shape of the main stream and tributaries of each river into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM), generate river curve information, and create river curve information. It may be a device that converts pixels into a curved coordinate system through river curve information and an image pixel coordinate system, and extracts the geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system.

또한, 전처리 영상을 생성하는 과정은 합류부 RGB영상에 포함된 합류부에서 하천의 픽셀을 분리하고, 기설정된 축척을 통해 하천의 픽셀의 좌표계 상의 길이와 실제 하천의 길이를 통합하고, 합류부 RGB영상에서 분리된 하천의 영역을 제외한 나머지 영역을 삭제한 전처리 영상을 생성하는 장치일 수 있다.In addition, the process of generating a preprocessed image separates the pixels of the river from the confluence included in the RGB image of the confluence, integrates the length on the coordinate system of the pixels of the river and the actual length of the river through a preset scale, and integrates the length of the actual river into the RGB of the confluence. It may be a device that generates a preprocessed image in which the remaining areas other than the separated river area are deleted from the image.

또한, 하천의 본류 및 지류를 분리하는 과정은 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상으로부터 하천을 표현하는 픽셀을 구분하되, 전처리 영상 내에 포함된 픽셀의 RGB화소 강도 값을 K개의 가우스 분포가 포함된 확률밀도함수로 가정 후 각각의 픽셀을 군집화 하여 하천의 본류와 지류의 영역을 구분하는 장치일 수 있다.In addition, the process of separating the main stream and tributaries of a river is to distinguish pixels representing the river from the pre-processed image through a Gaussian mixture model, and the RGB pixel intensity values of the pixels included in the pre-processed image are converted into a probability density containing K Gaussian distributions. It can be a device that classifies the main stream and tributary areas of a river by assuming a function and then clustering each pixel.

또한, 하천 곡선 정보를 생성하는 과정은 전처리 영상으로부터 하천의 본류 및 지류를 분리하는 과정에서 추출된 각각의 하천의 이미지에 포함된 픽셀들의 위치를 자기조직화지도로 학습시켜, 1차원 격자를 갖는 하천 곡선 정보를 생성하고, 자기조직화지도의 격자의 개수는 격자의 수

Figure 112022009316333-pat00019
를 2개에서 늘려가며, [수학식]:
Figure 112022009316333-pat00020
가 최소한의 값을 갖도록 격자의 수를 찾아 산출할 수 있는 장치일 수 있다.In addition, the process of generating river curve information involves learning the positions of pixels included in the image of each river extracted in the process of separating the main stream and tributaries of the river from the pre-processed image as a self-organization map, thereby creating a river with a one-dimensional grid. Generate curve information, and the number of grids in the self-organizing map is the number of grids.
Figure 112022009316333-pat00019
By increasing from 2, [Equation]:
Figure 112022009316333-pat00020
It may be a device that can find and calculate the number of grids so that has a minimum value.

또한, 1 차원 격자를 완만하게 형성하기 위해 자기조직화지도에 포함되는 격자에 비스플라인(B-spline)내삽 기법을 적용하고, 내삽 격자는 1 차원 격자가 최대한 완만한 값을 갖는 최소한의 개수는 자기조직화지도의 격자의 개수로부터 늘려가되 [수학식]:

Figure 112022009316333-pat00021
가 최소화 되는 격자의 수를 산출하는 장치일 수 있다.In addition, in order to gently form a one-dimensional grid, a B-spline interpolation technique is applied to the grid included in the self-organization map, and the interpolation grid is a one-dimensional grid that has the minimum number of smooth values as possible. Increase from the number of grids in the organization map [Equation]:
Figure 112022009316333-pat00021
It may be a device that calculates the number of grids where is minimized.

또한, 곡선 좌표계는 하천의 흐름방향 좌표

Figure 112022009316333-pat00022
및 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00023
로 구성되고, 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 과정은 합류부 전단층의 영역은
Figure 112022009316333-pat00024
좌표를 기준으로 하천의 상류에서 하류 방향으로 모든 픽셀 간의 거리를 산정하되, 모든 픽셀은 서로 접촉 중인 픽셀을 모두 포함하고, 합류부 전단층의 픽셀 중 본류를 기준으로 하천의 상류에서 가장 가까운 픽셀을 시작영역인
Figure 112022009316333-pat00025
로, 하천의 하류에서 가장 가까운 픽셀을 종료영역인
Figure 112022009316333-pat00026
로 정의하는 장치일 수 있다.In addition, the curved coordinate system is the coordinates of the flow direction of the river.
Figure 112022009316333-pat00022
and width direction coordinates
Figure 112022009316333-pat00023
The process of extracting the geometric characteristics of the confluence shear layer consists of the area of the confluence shear layer.
Figure 112022009316333-pat00024
Calculate the distance between all pixels from the upstream to the downstream direction of the river based on the coordinates, but all pixels include all pixels in contact with each other, and among the pixels in the confluence shear layer, the pixel closest to the upstream of the river based on the main stream is selected. The starting area
Figure 112022009316333-pat00025
The end area is the pixel closest to the downstream of the river.
Figure 112022009316333-pat00026
It may be a device defined as .

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 각 하천이 이루는 합류각

Figure 112022009316333-pat00027
는 자기조직화지도의 격자 구간 중 본류 및 지류에서 각각의
Figure 112022009316333-pat00028
와 가장 인접한 2개의 자기조직화지도의 격자 구간이 이루는 사잇각으로 정의하는 장치일 수 있다.In addition, as a geometric feature, the confluence angle formed by each river in the confluence shear layer
Figure 112022009316333-pat00027
In each main stream and tributary among the grid sections of the self-organization map,
Figure 112022009316333-pat00028
It may be a device that defines the angle between the grid sections of the two most adjacent self-organization maps.

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 길이인

Figure 112022009316333-pat00029
Figure 112022009316333-pat00030
Figure 112022009316333-pat00031
Figure 112022009316333-pat00032
좌표 상 거리를 통해 산출하는 장치일 수 있다.In addition, as a geometric feature, the length of the confluence shear layer is
Figure 112022009316333-pat00029
Is
Figure 112022009316333-pat00030
and
Figure 112022009316333-pat00031
of
Figure 112022009316333-pat00032
It may be a device that calculates distance through coordinates.

또한, 기하학적 특징으로 하천의 하폭은 하천이 합류되기 직전의 본류의 하폭

Figure 112022009316333-pat00033
와 지류의 하폭
Figure 112022009316333-pat00034
가 곡선 좌표계 상에서 합류부 전단층이 시작되는 영역의 폭을 통해 산출되고, 하천이 합류된 이후 하폭
Figure 112022009316333-pat00035
는 합류부 전단층이 끝나는 지점의 하폭을 통해 산출하는 장치일 수 있다.In addition, due to its geometrical characteristics, the width of the river is the width of the main stream just before the river joins.
Figure 112022009316333-pat00033
and the lower width of the tributary
Figure 112022009316333-pat00034
It is calculated from the width of the area where the confluence shear layer begins on a curved coordinate system, and the river width after the river joins
Figure 112022009316333-pat00035
may be a device that calculates the width at the point where the confluence shear layer ends.

또한, 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 최대 두께

Figure 112022009316333-pat00036
는 지류에서의 곡선 좌표계에서 합류부 전단층의 각각의 구간에서 최대 하폭을 통해 산출하는 장치일 수 있다.Additionally, the maximum thickness of the confluence shear layer is a geometrical feature.
Figure 112022009316333-pat00036
may be a device that calculates the maximum down width in each section of the confluence shear layer in the curved coordinate system of the tributary.

또한, 제 1 항에 의한 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 저장매체일 수 있다.Additionally, it may be a computer-readable storage medium on which a program for performing the method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river according to claim 1 is recorded.

본 발명의 일 실시예에 따른, 하천의 합류부가 촬영된 RGB영상으로부터 합류부 전단층의 기하학적 특징을 도출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the geometric characteristics of the shear layer at the confluence can be derived from the RGB image captured at the confluence of the river.

구체적으로 본 발명에서 제시하는 RGB 영상 기반 합류부 전단층 해석법은 위성이나 드론으로 하천의 합류부를 촬영한 고해상도의 RGB 사진을 이용해 하천에 직접 들어가서 계측하는 기존 방법에 비해 효율적이고 안전하게 하천 합류부의 수리 특성의 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.Specifically, the RGB image-based confluence shear layer analysis method presented in the present invention is more efficient and safer than the existing method of directly entering the river and measuring the hydraulic characteristics of the river confluence using high-resolution RGB photos taken of the river confluence with a satellite or drone. It has the effect of enabling analysis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 해석 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 과정을 나타낸 동작흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 합류부 RGB영상의 전처리 과정의 전후를 나타낸 예시 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 전처리 영상에서 가우시안 혼합모형을 적용한 결과를 나타낸 예시 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기조직화지도의 격자 수에 따른 투영 형상의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전처리 영상 내에 두 하천을 자기조직화지도의 격자를 투영한 결과를 나타낸 예시 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전처리 영상 내에 두 하천을 곡선 좌표계에 투영한 결과를 나타낸 예시 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 합류부 전단층의 기하학적 인자를 표시한 예시 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 합류부 전단층 기하학 인자 산정의 결과값의 예시를 나타낸 표이다.
Figure 1 is a diagram showing the configuration of an analysis device for analyzing a confluence shear layer in an RGB image of a river, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an operation flowchart showing the process of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, according to an embodiment of the present invention.
Figures 3a and 3b are exemplary diagrams showing before and after the pre-processing process of the convergence RGB image according to an embodiment of the present invention.
Figures 4a to 4c are example diagrams showing the results of applying a Gaussian mixture model to a preprocessed image.
Figure 5 is a diagram showing an example of a projection shape according to the number of grids of a self-organization map, according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example diagram showing the results of projecting a grid of self-organization maps of two rivers into a preprocessed image according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an example diagram showing the results of projecting two rivers in a preprocessed image onto a curved coordinate system according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an example diagram showing geometric parameters of a confluence shear layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a table showing an example of the results of calculating the geometric factor of the confluence shear layer according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it does not exclude other components, but may further include other components, unless specifically stated to the contrary, and one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions to aid understanding of the present invention and do not limit the scope of the present invention. Therefore, inventions of the same scope and performing the same function as the present invention will also fall within the scope of rights of the present invention.

본 명세서 전체에서, '해석 장치(100)'는 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하기 위한 장치를 의미할 수 있다. 이때, 해석 장치(100)는 일종의 단말의 형태로 구비되거나, 네트워크 서버 장치 중 어느 하나의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 해석 장치(100)는 하천의 합류부가 촬영된 RGB영상을 인공지능 기술을 접목하여 각각의 하천이 만나게 되는 합류부의 전단층이 갖는 기하학적 특징을 해석하기 위한 기술일 수 있다.Throughout this specification, 'analysis device 100' may refer to a device for analyzing a confluence shear layer in an RGB image of a river. At this time, the analysis device 100 may be provided in the form of a type of terminal or may be implemented in the form of a network server device. In addition, the analysis device 100 may be a technology for analyzing the geometric characteristics of the shear layer of the confluence where each river meets by applying artificial intelligence technology to the RGB image captured at the confluence of the rivers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 해석 장치의 구성을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of an analysis device for analyzing a confluence shear layer in an RGB image of a river, according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해석 장치(100)는 통신 모듈(110), 메모리(120), 프로세서(130) 및 데이터베이스(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention includes a communication module 110, a memory 120, a processor 130, and a database 140.

통신 모듈(110)은 통신망과 연동하여 해석 장치(100)와 촬영장치 간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다. 나아가, 통신 모듈(110)은 RGB영상을 생성하는 촬영장치로부터 데이터 요청을 수신하고, 이에 대한 응답으로서 데이터를 송신하는 역할을 수행할 수 있다.The communication module 110 provides a communication interface necessary to provide transmission and reception signals between the analysis device 100 and the imaging device in the form of packet data in conjunction with a communication network. Furthermore, the communication module 110 may receive a data request from a photographing device that generates an RGB image and transmit data in response.

여기서, 통신 모듈(110)은 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.Here, the communication module 110 may be a device that includes hardware and software necessary to transmit and receive signals such as control signals or data signals through wired or wireless connections with other network devices.

한편, 통신망은 해석 장치와 촬영장치 간의 데이터의 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 통신망을 의미한다. 통신망은 예컨대 LANs(Local Area Networks), WANs(Wide Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks), ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, a communication network refers to a communication network that provides a connection path to transmit and receive data between an analysis device and an imaging device. Communication networks include, for example, wired networks such as LANs (Local Area Networks), WANs (Wide Area Networks), MANs (Metropolitan Area Networks), and ISDNs (Integrated Service Digital Networks), or wireless networks such as wireless LANs, CDMA, Bluetooth, and satellite communications. may encompass, but the scope of the present invention is not limited thereto.

메모리(120)는 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하기 위한 프로그램이 기록된다. 또한, 메모리(120)는 프로세서(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(120)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The memory 120 records a program for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river. Additionally, the memory 120 functions to temporarily or permanently store data processed by the processor 130. Here, the memory 120 may include magnetic storage media or flash storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto.

프로세서(130)는 일종의 중앙처리장치로서 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하기 위한 전체 과정을 제어한다. 프로세서(130)가 수행하는 각 단계에 대해서는 후술할 도 2의 과정을 참조하도록 한다.The processor 130 is a type of central processing unit that controls the entire process for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river. For each step performed by the processor 130, refer to the process of FIG. 2, which will be described later.

여기서, 프로세서(130)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the processor 130 may include all types of devices that can process data, such as a processor. Here, 'processor' may mean, for example, a data processing device built into hardware that has a physically structured circuit to perform a function expressed by code or instructions included in a program. Examples of data processing devices built into hardware include a microprocessor, central processing unit (CPU), processor core, multiprocessor, and application-specific integrated (ASIC). circuit) and processing devices such as FPGA (field programmable gate array), but the scope of the present invention is not limited thereto.

데이터베이스(140)는 하천의 합류부가 포함된 RGB영상과 합류부 전단층의 기하학적 특징이 저장된다. The database 140 stores an RGB image including a confluence of a river and the geometric characteristics of a shear layer at the confluence.

비록 도 1에는 도시하지 아니하였으나, RGB영상과 기하학적 특징에 대한 데이터 중 일부는 데이터베이스(140)와 물리적 또는 개념적으로 분리된 데이터베이스(미도시)에 저장될 수 있다.Although not shown in FIG. 1, some of the data on RGB images and geometric features may be stored in a database (not shown) that is physically or conceptually separate from the database 140.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 과정을 나타낸 동작흐름도이다.Figure 2 is an operation flowchart showing the process of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, according to an embodiment of the present invention.

기술을 설명하기에 앞서 본 발명의 해석 장치는 위성이나 무인항공체 등과 같은 촬영 장치에 의해 촬영된 하천의 RGB영상으로부터 합류부 전단층의 기하학적 특징을 산출하게 된다. 이때, 명세서에서 기술의 원활한 설명을 위해 낙동강-남강 합류부의 RGB 항공 촬영 사진을 도면으로 이용하여 설명하도록 한다.Before explaining the technology, the analysis device of the present invention calculates the geometric characteristics of the confluence shear layer from the RGB image of the river captured by an imaging device such as a satellite or unmanned aerial vehicle. At this time, for smooth explanation of the technology in the specification, an RGB aerial photograph of the Nakdong River-Nam River confluence will be used as a drawing for explanation.

도 2를 참고하면, 해석 장치(100)는 적어도 둘 이상의 하천이 만나는 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여, 전처리 영상을 생성할 수 있다(S110).Referring to FIG. 2, the analysis device 100 may preprocess the RGB image of the confluence where at least two or more rivers meet to generate a preprocessed image (S110).

이때, 해석 장치에 의해 합류부 RGB영상을 전처리하는 과정은 이하의 3가지 단계를 거칠 수 있다.At this time, the process of preprocessing the confluence RGB image by the analysis device may go through the following three steps.

1. 해석 장치(100)는 합류부 RGB영상에 포함된 합류부에서 하천의 픽셀을 분리할 수 있다.1. The analysis device 100 can separate pixels of the river from the confluence included in the RGB image of the confluence.

2. 해석 장치(100)는 기설정된 축척을 통해 상기 하천의 픽셀의 좌표계 상의 길이와 실제 상기 하천의 길이를 통합할 수 있다.2. The analysis device 100 may integrate the length of the pixel of the river in the coordinate system and the actual length of the river through a preset scale.

3. 해석 장치(100)는 합류부 RGB영상에서 분리된 하천의 영역을 제외한 나머지 영역을 삭제한 전처리 영상을 생성할 수 있다.3. The analysis device 100 can generate a preprocessed image in which the remaining areas other than the separated river area are deleted from the confluence RGB image.

도 3a 및 도 3b를 예로 들어 상기의 3단계 과정을 설명하면, 해석 장치(100)는 도 3a에 도시된 합류부 RGB영상에서 픽셀 길이를 실제 길이로 변환하기 위해 축척바의 길이와 픽셀의 길이를 매치하게 된다. 또한, 원활한 분석을 위해 사각형과 직선 프레임을 이용하여 분석이 필요한 부분을 남기고 나머지 영역을 삭제하게 된다. 이러한 전처리 과정은 해석 장치(100)를 이용하는 사용자가 직접 대상 지역을 지정하거나, 해석 장치가 자동으로 지정할 수도 있고, 전처리 과정을 거처 도 3a에 도시된 합류부 RGB영상은 도 3b에 도시된 형태를 갖게 된다.When explaining the above three-step process using FIGS. 3A and 3B as an example, the analysis device 100 uses the length of the scale bar and the length of the pixel to convert the pixel length to the actual length in the confluence RGB image shown in FIG. 3A. matches. In addition, for smooth analysis, square and straight frames are used to delete the remaining area, leaving the part that needs to be analyzed. In this preprocessing process, the user using the analysis device 100 may directly designate the target area, or the analysis device may automatically designate it. After the preprocessing process, the confluence RGB image shown in FIG. 3A has the form shown in FIG. 3B. have it

다음으로 해석 장치는 가우시안 혼합모형을 통해 상기 전처리 영상에 포함된 합류부로부터 하천의 본류 및 지류를 분리할 수 있다(S120).Next, the analysis device can separate the main stream and tributaries of the river from the confluence included in the preprocessed image through a Gaussian mixture model (S120).

단계(S120)에서 해석 장치는 도 3b와 같이 전처리 영상에서 가우시안 혼합모형을 이용하여, 원본 영상과 유사도가 높은 RGB화소 강도를 가진 구역의 이미지 내에 분포된 모든 픽셀들을 구분하게 된다.In step S120, the analysis device uses a Gaussian mixture model in the preprocessed image as shown in FIG. 3b to distinguish all pixels distributed in the image in a region with RGB pixel intensities that are highly similar to the original image.

구체적으로, 해석 장치는 가우시안 혼합모형을 통해 전처리 영상으로부터 하천을 표현하는 픽셀을 구분할 수 있다. 이때, 해석 장치는 전처리 영상 내에 포함된 픽셀의 RGB화소 강도 값을 K개의 가우스 분포가 포함된 확률밀도함수로 가정 후 각각의 픽셀을 군집화하여 하천의 본류와 지류의 영역을 구분할 수 있다.Specifically, the analysis device can distinguish pixels representing a river from the preprocessed image through a Gaussian mixture model. At this time, the analysis device can classify the main stream and tributary areas of the river by clustering each pixel after assuming the RGB pixel intensity value of the pixel included in the preprocessed image as a probability density function containing K Gaussian distributions.

이때, 해석 장치는 RGB화소 강도 값에 대한 확률분포는 [수학식1]에 기초하여 산출할 수 있다.At this time, the analysis device can calculate the probability distribution for the RGB pixel intensity value based on [Equation 1].

[수학식1]:

Figure 112022009316333-pat00037
[Equation 1]:
Figure 112022009316333-pat00037

K: 총 가우스 분포의 개수K: total number of Gaussian distributions

Figure 112022009316333-pat00038
: k번째 가우스 분포의 기여도
Figure 112022009316333-pat00038
: Contribution of the kth Gaussian distribution

Figure 112022009316333-pat00039
:
Figure 112022009316333-pat00040
Figure 112022009316333-pat00041
를 각각 평균과 공분산 행렬로 가지는 다변량 가우스 분포
Figure 112022009316333-pat00039
:
Figure 112022009316333-pat00040
and
Figure 112022009316333-pat00041
Multivariate Gaussian distribution with mean and covariance matrices, respectively.

또한, 해석 장치는 군집화된 픽셀을 병합하기 위해 연속 픽셀 병합 기법을 적용할 수 있다. 이때, 해석 장치는 하천의 픽셀과 기 설정된 유사도를 갖는 육역 픽셀을 삭제하고, 수체 픽셀만을 병합하여 하천의 본류와 지류를 구분할 수 있다.Additionally, the analysis device may apply a continuous pixel merging technique to merge clustered pixels. At this time, the analysis device can distinguish between the main stream and tributaries of the river by deleting land area pixels that have a preset similarity to the pixels of the river and merging only the water body pixels.

예를 들어, 도 4a 및 도 4b는 전처리 영상에서 가우시안 혼합모형을 적용한 후 연속 픽셀 병합 기법이 적용될 픽셀을 자주색과 노란색 동그라미로 표시한 도면의 예시가 될 수 있다. 이때, 도 4a 및 도 4b는 가우시안 혼합모형의 군집 수를 10개로 지정한 결과이며, 회색조 영상 처리가 수행되면 해석 장치를 이용하는 사용자는 본류와 지류의 픽셀을 구분하기 위해 본류와 지류에 해당되는 픽셀을 선택하게 된다. For example, FIGS. 4A and 4B may be an example of a drawing in which pixels to which a continuous pixel merging technique is to be applied after applying a Gaussian mixture model to a preprocessed image are indicated with purple and yellow circles. At this time, Figures 4a and 4b are the results of specifying the number of clusters of the Gaussian mixture model as 10, and when grayscale image processing is performed, the user using the analysis device selects pixels corresponding to the main stream and tributaries to distinguish between the pixels of the main stream and tributaries. You get to choose.

군집화 과정에서 서로 다른 군집으로 구분된 본류 및 지류의 픽셀에서 군집화되지 못하고 누락된 픽셀이 발생할 수 있다. 따라서, 선택적 실시예로 사용자가 특정 픽셀을 입력하게 되면 선택된 특정 픽셀과 인접한 픽셀 중 동일한 군집으로 연결된 모든 픽셀이 함께 선택되도록 해석 장치가 설계하는 것으로 해결할 수 있다. 이때, 도 4a에서 자주색과 노란색으로 표시된 작은 원들은 각각 본류와 지류의 픽셀로서 병합되도록 입력된 부분을 뜻하게 된다.During the clustering process, pixels in the main stream and tributaries that are divided into different clusters may not be clustered and missing pixels may occur. Therefore, in an optional embodiment, this can be solved by designing the analysis device so that when a user inputs a specific pixel, all pixels connected to the same cluster among the pixels adjacent to the selected specific pixel are selected together. At this time, the small circles shown in purple and yellow in FIG. 4A represent the input portions to be merged as pixels of the main stream and tributary streams, respectively.

다음으로, 해석 장치는 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여, 하천 곡선 정보를 생성할 수 있다(S130).Next, the analysis device can generate river curve information by projecting the shape of the main stream and tributaries of the river into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM) (S130).

이때, 자기조직화지도란 입력 벡터를 훈련 집합에서 일치되도록 가중치를 조정하는 인공 신경망에 기초한 자율학습의 한 방법이다.At this time, a self-organizing map is a method of unsupervised learning based on an artificial neural network that adjusts the weights of input vectors so that they match in the training set.

단계(S130)에서 해석 장치는 전처리 영상으로부터 단계(S120)에서 추출된 각각의 하천의 이미지에 포함된 픽셀들의 위치를 자기조직화지도로 학습시켜, 1차원 격자를 갖는 하천 곡선 정보를 생성할 수 있다.In step S130, the analysis device learns the positions of pixels included in each river image extracted in step S120 from the preprocessed image as a self-organization map to generate river curve information with a one-dimensional grid. .

또한, 해석 장치는 픽셀들의 위치를 1차원 격자를 투영하는 과정에서 곡선의 격자 개수를 최적화하기 위해 격자의 개수를 2개부터 단계적으로 증가시킬 수 있다. Additionally, in the process of projecting the positions of pixels onto a one-dimensional grid, the analysis device may gradually increase the number of grids starting from two to optimize the number of grids of the curve.

이때, 해석 장치는 격자의 개수가 적어도 2이상을 갖되, 최소한의 개수를 갖는 격자의 개수를 [수학식2]을 통해 산출할 수 있다.At this time, the analysis device has at least 2 grids, but can calculate the number of grids with the minimum number through [Equation 2].

[수학식2]:

Figure 112022009316333-pat00042
[Equation 2]:
Figure 112022009316333-pat00042

Figure 112022009316333-pat00043
: 하천의 흐름방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00043
: Coordinates of the flow direction of the river

Figure 112022009316333-pat00044
: 하천의 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00044
: Coordinates of the width direction of the river

또한, 해석 장치는 1 차원 격자를 완만하게 형성하기 위해 자기조직화지도에 포함되는 격자에 비스플라인(B-spline)내삽 기법을 적용할 수 있다. Additionally, the analysis device can apply a B-spline interpolation technique to the grid included in the self-organization map to gently form a one-dimensional grid.

이때, 비스플라인 내삽 기법이란 베지어(bezier)-스플라인(spline) 곡선으로 스플라인의 곡률을 조절하기 위한 기법 중 하나이다. At this time, the non-spline interpolation technique is one of the techniques for controlling the curvature of a spline with a Bezier-spline curve.

이를 통해, 비스플라인 내삽 기법과 [수학식2]를 통해 해석 장치는 내삽 격자가 1 차원 격자에서 최대한 완만한 값을 갖는 최소한의 개수를 산출할 수 있게 된다.Through this, through the non-spline interpolation technique and [Equation 2], the analysis device is able to calculate the minimum number of interpolation grids with the smoothest possible value in a one-dimensional grid.

예를 들어, 해석 장치는 단계(S120)의 과정을 거쳐 도 4b에 도시된 예시와 같이 본류(a; main channel)와 지류(b; tributary)의 형상을 추출할 수 있다. For example, the analysis device can extract the shapes of the main channel (a) and the tributary (b) as shown in the example shown in FIG. 4B through the process of step S120.

이때, 하천의 본류와 지류의 형상이 추출되면 자기조직화지도를 통해 하천의 형상을 1차원 격자로 투영하게 된다.At this time, when the shapes of the river's main stream and tributaries are extracted, the shape of the river is projected onto a one-dimensional grid through a self-organization map.

추가 실시예로 자기조직화지도가 하천의 형상을 1차원 격자로 투영하기 위해서 [수학식6]이 이용될 수 있다. As an additional example, [Equation 6] can be used for the self-organizing map to project the shape of the river into a one-dimensional grid.

[수학식6]:

Figure 112022009316333-pat00045
[Equation 6]:
Figure 112022009316333-pat00045

t: 학습 단계t: learning phase

Figure 112022009316333-pat00046
: 학습률
Figure 112022009316333-pat00046
: learning rate

Figure 112022009316333-pat00047
: 이웃함수
Figure 112022009316333-pat00047
: Neighbor function

Figure 112022009316333-pat00048
: 무작위로 선택된 자료
Figure 112022009316333-pat00048
: Randomly selected data

이때,

Figure 112022009316333-pat00049
는 승자 노드와 이웃한 노드와 이웃한 노드의 위치가 조정되는 정도를 조절하기 위한 커널에 해당될 수 있다. 또한, 승자 노드와 나머지 노드의 거리
Figure 112022009316333-pat00050
, 이웃 함수의 유효 반경을
Figure 112022009316333-pat00051
라고 가정하면, 아래의 [수학식7]을 통해 이웃함수
Figure 112022009316333-pat00052
를 산출할 수 있다.At this time,
Figure 112022009316333-pat00049
may correspond to a kernel for controlling the degree to which the positions of the winner node and the neighboring nodes are adjusted. Also, the distance between the winner node and the remaining nodes
Figure 112022009316333-pat00050
, the effective radius of the neighborhood function is
Figure 112022009316333-pat00051
Assuming that, the neighboring function is calculated through [Equation 7] below.
Figure 112022009316333-pat00052
can be calculated.

[수학식7]:

Figure 112022009316333-pat00053
[Equation 7]:
Figure 112022009316333-pat00053

이때, 학습률

Figure 112022009316333-pat00054
와 이웃함수
Figure 112022009316333-pat00055
의 유효 반경
Figure 112022009316333-pat00056
는 학습이 진행됨에 따라 지수함수적으로 감소할 수 있다. 따라서, 자기조직화지도의 학습이 진행될수록 협력 단계의 승자 노드와 함께 조정되는 그리드의 개수가 점점 감소할 수 있다. 그에 따라, 자기조직화지도는 두 단계의 학습 과정을 사용자 정의 횟수만큼 반복하게 된다. At this time, learning rate
Figure 112022009316333-pat00054
and neighboring functions
Figure 112022009316333-pat00055
effective radius of
Figure 112022009316333-pat00056
may decrease exponentially as learning progresses. Therefore, as learning of the self-organizing map progresses, the number of grids coordinated with the winner node in the cooperation stage may gradually decrease. Accordingly, the self-organizing map repeats the two-step learning process a user-defined number of times.

상기의 격자 개수에 따른 하천의 투영 형상을 나타낸 예시가 도 5에 해당 될 수 있다. An example showing the projected shape of a river according to the number of grids above may be shown in Figure 5.

도 5를 참고하면, 자기조직화지도의 격자수가 (a)와 같이 너무 적으면 하천의 형상을 제대로 투영할 수 없고, (c) 혹은 (d)와 같이 너무 많으면 페아노 곡선 형태로 픽셀 공간이 채워지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 일차적으로 앞서 설명한 [수학식2]를 목적함수로서 격자의 숫자를 3개부터 늘려가되, 그 숫자를 최소화하는 격자의 개수를 찾게 된다(예를 들면 도 5의 (b)가 해당될 수 있다.). Referring to Figure 5, if the number of grids in the self-organizing map is too small, as in (a), the shape of the river cannot be properly projected, and if it is too large, as in (c) or (d), the pixel space is filled in the form of a Peano curve. This phenomenon may occur. Therefore, the number of grids is increased from 3 using [Equation 2] described above as the objective function, and the number of grids that minimizes the number is found (for example, (b) in Figure 5 corresponds to can.).

앞서 설명한 바와 같이, 해석 장치(100)는 자기조직화지도의 격자가 결정되면 비스플라인 내삽 기법을 통해 격자를 완만하게 변형할 수 있다. 도 6을 참조하면 1차원 격자 형상을 본류에는 파란색과 자주색으로 표현하고, 지류에는 초록색과 노란색으로 표현하고 있다. 이는 비스플라인 내삽 기법을 통해 결정된 1차원 격자 형상을 각각의 하천에 적용한 예시에 해당될 수 있다.As described above, once the grid of the self-organization map is determined, the analysis device 100 can gently deform the grid through a non-spline interpolation technique. Referring to Figure 6, the one-dimensional grid shape is expressed in blue and purple for the main stream, and in green and yellow for the tributaries. This may correspond to an example of applying the one-dimensional grid shape determined through the non-spline interpolation technique to each river.

다음으로, 해석 장치(100)는 하천 이미지의 픽셀을 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시킬 수 있다(S140).Next, the analysis device 100 can change the pixels of the river image into a curved coordinate system through the river curve information and the image pixel coordinate system (S140).

구체적으로 곡선 좌표계는 하천의 흐름방향 좌표

Figure 112022009316333-pat00057
및 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00058
로 구성될 수 있다. 따라서, 해석 장치(100)는 아래의 [수학식3] 및 [수학식4]를 적용하여 곡선 좌표계를 산출할 수 있다.Specifically, the curved coordinate system is the coordinates of the flow direction of the river.
Figure 112022009316333-pat00057
and width direction coordinates
Figure 112022009316333-pat00058
It can be composed of: Therefore, the analysis device 100 can calculate a curved coordinate system by applying [Equation 3] and [Equation 4] below.

[수학식3]:

Figure 112022009316333-pat00059
[Equation 3]:
Figure 112022009316333-pat00059

[수학식4]:

Figure 112022009316333-pat00060
[Equation 4]:
Figure 112022009316333-pat00060

Figure 112022009316333-pat00061
: i번째 격자와 i+1번째 격자가 이루는 구간의 방향 코사인벡터
Figure 112022009316333-pat00061
: Direction cosine vector of the section formed by the i-th grid and the i+1-th grid

Figure 112022009316333-pat00062
:
Figure 112022009316333-pat00063
의 노름
Figure 112022009316333-pat00062
:
Figure 112022009316333-pat00063
gambling

Figure 112022009316333-pat00064
: i번째 격자의 벡터
Figure 112022009316333-pat00064
: vector of ith grid

Figure 112022009316333-pat00065
:
Figure 112022009316333-pat00066
Figure 112022009316333-pat00067
가 이루는 사잇각
Figure 112022009316333-pat00065
:
Figure 112022009316333-pat00066
and
Figure 112022009316333-pat00067
The angle formed by

이때, 이미지 픽셀 좌표계에서 구간별 투영 대상이 되는 픽셀은

Figure 112022009316333-pat00068
평면과
Figure 112022009316333-pat00069
평면 사이에 위치한 픽셀을 이용하게 된다.At this time, the pixel subject to projection for each section in the image pixel coordinate system is
Figure 112022009316333-pat00068
plane and
Figure 112022009316333-pat00069
Pixels located between planes are used.

단계(S140)를 통해 하천의 본류와 지류의 격자가 각각 투영되면, [수학식3]과 [수학식4]를 이용하여 하천에 포함된 픽셀을 영상의 좌표계에서 1차원 격자에 따른 곡선 좌표계로 변경할 수 있게 된다. When the grids of the main stream and tributaries of the river are respectively projected through step (S140), the pixels included in the river are converted from the coordinate system of the image to the curved coordinate system according to the one-dimensional grid using [Equation 3] and [Equation 4]. It becomes possible to change.

예를 들어, 도 7은 합류부 RGB영상 내에서 합류하는 두 하천을 자기조직화지도의 격자에 따른 곡선 좌표계 및 내삽하는 격자에 따른 곡선 좌표계로 각각 투영한 결과를 나타낸 것이다.For example, Figure 7 shows the results of projecting two rivers joining in an RGB image of the confluence into a curved coordinate system according to the grid of the self-organization map and a curved coordinate system according to the interpolating grid, respectively.

마지막으로 해석 장치(100)는 곡선 좌표계로부터 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출할 수 있다(S150).Finally, the analysis device 100 can extract the geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system (S150).

단계(S150)에서 해석 장치(100)가 산출하게 되는 합류부 전단층의 기하학적 특성으로 하천간의 합류각, 전단층의 길이, 합류부 전단층의 하폭 및 최대 두께 등이 포함될 수 있다.Geometrical characteristics of the confluence shear layer calculated by the analysis device 100 in step S150 may include the confluence angle between rivers, the length of the shear layer, the down width and maximum thickness of the confluence shear layer, etc.

단계(S150)에서, 해석 장치(100)는 기하학적 특성을 추출하기 위해 합류부 전단층의 영역을

Figure 112022009316333-pat00070
좌표를 기준으로 하천의 상류에서 하류 방향으로의 모든 픽셀 간의 거리를 산정할 수 있다. 여기서, 모든 픽셀은 서로 접촉 중인 픽셀을 모두 포함할 수 있다. In step S150, the analysis device 100 selects the area of the confluence shear layer to extract geometric characteristics.
Figure 112022009316333-pat00070
Based on the coordinates, the distance between all pixels from the upstream to the downstream direction of the river can be calculated. Here, all pixels may include all pixels that are in contact with each other.

또한, 해석 장치(100)는 기하학적 특성을 추출하기 위해 사전에 합류부 전단층의 픽셀 중 본류를 기준으로 하천의 상류에서 가장 가까운 픽셀을 시작영역인

Figure 112022009316333-pat00071
로, 상기 하천의 하류에서 가장 가까운 픽셀을 종료영역인
Figure 112022009316333-pat00072
로 정의할 수 있다.In addition, in order to extract geometric characteristics, the analysis device 100 selects the pixel closest to the upstream of the river based on the main stream among the pixels of the confluence shear layer as the start area.
Figure 112022009316333-pat00071
In this way, the pixel closest to the downstream of the river is the end area.
Figure 112022009316333-pat00072
It can be defined as:

첫 번째 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 각 하천이 이루는 합류각

Figure 112022009316333-pat00073
는 자기조직화지도의 격자 구간 중 본류 및 지류에서 각각의
Figure 112022009316333-pat00074
와 가장 인접한 2개의 자기조직화지도의 격자 구간이 이루는 사잇각으로 정의한 것일 수 있다.The first geometric feature is the confluence angle formed by each stream in the confluence shear layer.
Figure 112022009316333-pat00073
In each main stream and tributary among the grid sections of the self-organization map,
Figure 112022009316333-pat00074
It may be defined as the angle between the grid sections of the two most adjacent self-organization maps.

두 번째 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 길이인

Figure 112022009316333-pat00075
는 상기
Figure 112022009316333-pat00076
Figure 112022009316333-pat00077
Figure 112022009316333-pat00078
좌표 상 거리를 통해 산출될 수 있다.The second geometric feature is the length of the confluence shear layer.
Figure 112022009316333-pat00075
above
Figure 112022009316333-pat00076
and
Figure 112022009316333-pat00077
of
Figure 112022009316333-pat00078
It can be calculated through distance on coordinates.

세 번째 기하학적 특징으로 하천의 하폭은 곡선 좌표계인

Figure 112022009316333-pat00079
에 대한 임의의 흐름방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00080
가 주어지면, [수학식5]를 통해 산출될 수 있다. The third geometric feature is that the river width is a curved coordinate system.
Figure 112022009316333-pat00079
Random flow direction coordinates for
Figure 112022009316333-pat00080
If is given, it can be calculated through [Equation 5].

[수학식5]:

Figure 112022009316333-pat00081
[Equation 5]:
Figure 112022009316333-pat00081

이때, 하천이 합류되기 직전의 상기 본류의 하폭

Figure 112022009316333-pat00082
와 지류의 하폭
Figure 112022009316333-pat00083
는 곡선 좌표계 상에서 합류부 전단층이 시작되는 영역의 폭을 통해 산출될 수 있다. 또한, 하천이 합류된 이후 하폭
Figure 112022009316333-pat00084
는 합류부 전단층이 끝나는 지점의 하폭을 통해 산출될 수 있다.At this time, the width of the main stream just before the river joins
Figure 112022009316333-pat00082
and the lower width of the tributary
Figure 112022009316333-pat00083
Can be calculated through the width of the area where the confluence shear layer begins on a curved coordinate system. Additionally, after the rivers joined, the
Figure 112022009316333-pat00084
can be calculated through the lower width at the point where the confluence shear layer ends.

세 번째 기하학적 특징으로 합류부 전단층의 최대 두께

Figure 112022009316333-pat00085
는 지류에서의 곡선 좌표계에서 합류부 전단층의 각각의 구간에서 최대 하폭을 통해 산출될 수 있다.The third geometric feature is the maximum thickness of the confluence shear layer.
Figure 112022009316333-pat00085
can be calculated through the maximum drop width in each section of the confluence shear layer in the curved coordinate system of the tributary.

예를 들어, 도 8의 예시 도면을 참고하면 합류부 전단층의 경계면을 파란색으로 표시하고, 합류부 전단층의 기하학적 인자를 표시한 것이다. 이때, 단계(S150)을 거치는 경우 도 9에 표에 기재된 바와 같은 합류부 전단층의 기하학적 인자를 추출할 수 있게 된다.For example, referring to the example drawing of FIG. 8, the boundary surface of the confluence shear layer is indicated in blue and the geometric parameters of the confluence shear layer are indicated. At this time, when going through step S150, it is possible to extract the geometric factors of the confluence shear layer as shown in the table in FIG. 9.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.One embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium containing instructions executable by a computer, such as program modules executed by a computer. Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and non-volatile media, removable and non-removable media. Additionally, computer-readable media may include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and non-volatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules or other data.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the methods and systems of the present invention have been described with respect to specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general-purpose hardware architecture.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 해석 장치
110: 통신 모듈
120: 메모리
130: 프로세서
140: 데이터베이스
100: analysis device
110: communication module
120: memory
130: processor
140: database

Claims (21)

하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치에 있어서,
상기 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로그램이 저장된 메모리 및
상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여 상기 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 본류와 적어도 하나 이상의 지류가 만나는 하천의 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여 전처리 영상을 생성하고, 가우시안 혼합모형을 통해 상기 전처리 영상에 포함된 합류부로부터 상기 하천의 본류 및 지류를 분리하고, 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 각각의 상기 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여 하천 곡선 정보를 생성하고, 상기 하천의 픽셀을 상기 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시키고, 상기 곡선 좌표계로부터 상기 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
In the device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river,
A memory storing a program to analyze the confluence shear layer in the RGB image of the river, and
A processor that executes a program stored in the memory to analyze the confluence shear layer in the RGB image of the river,
The processor generates a preprocessed image by preprocessing an RGB image of the confluence where the main stream and at least one tributary meet, and produces a preprocessed image from the confluence included in the preprocessed image through a Gaussian mixture model. Separate and project the shape of the main stream and tributaries of each river into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM) to generate river curve information, and convert pixels of the river into the river curve information A device for analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river, which converts the image pixel coordinate system into a curved coordinate system and extracts the geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system.
제 1 항에 있어서,
상기 전처리 영상을 생성하는 과정은 상기 합류부 RGB영상에 포함된 상기 합류부에서 상기 하천의 픽셀을 분리하고, 기설정된 축척을 통해 상기 하천의 픽셀의 좌표계 상의 길이와 실제 상기 하천의 길이를 통합하고, 상기 합류부 RGB영상에서 분리된 상기 하천의 영역을 제외한 나머지 영역을 삭제한 상기 전처리 영상을 생성하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 1,
The process of generating the preprocessed image separates the pixels of the river from the confluence included in the RGB image of the confluence, integrates the length on the coordinate system of the pixel of the river and the actual length of the river through a preset scale, , A device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which generates the preprocessed image by deleting the remaining areas except for the separated area of the river in the confluence RGB image.
제 2 항에 있어서,
상기 하천의 본류 및 지류를 분리하는 과정은 상기 가우시안 혼합모형을 통해 상기 전처리 영상으로부터 상기 하천을 표현하는 픽셀을 구분하되, 상기 전처리 영상 내에 포함된 픽셀의 RGB화소 강도 값을 K개의 가우스 분포가 포함된 확률밀도함수로 가정 후 각각의 상기 픽셀을 군집화 하여 상기 하천의 본류와 지류의 영역을 구분하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 2,
The process of separating the main stream and tributaries of the river distinguishes pixels representing the river from the pre-processed image through the Gaussian mixture model, and K Gaussian distributions are included for the RGB pixel intensity values of the pixels included in the pre-processed image. A device for analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river, which classifies the areas of the main stream and tributaries of the river by clustering each pixel after assuming a probability density function.
제 1 항에 있어서,
하천 곡선 정보를 생성하는 과정은 상기 전처리 영상으로부터 상기 하천의 본류 및 지류를 분리하는 과정에서 추출된 각각의 상기 하천의 이미지에 포함된 픽셀들의 위치를 상기 자기조직화지도로 학습시켜, 1차원 격자를 갖는 상기 하천 곡선 정보를 생성하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 1,
The process of generating river curve information involves learning the positions of pixels included in each image of the river extracted in the process of separating the main stream and tributaries of the river from the pre-processed image using the self-organization map to create a one-dimensional grid. A device for analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river, which generates the river curve information.
제 4 항에 있어서,
상기 1 차원 격자를 완만하게 형성하기 위해 상기 자기조직화지도에 포함되는 격자에 비스플라인(B-spline)내삽 기법을 적용하고, 내삽 격자는 상기 1 차원 격자가 최대한 완만한 값을 갖는 최소한의 개수를 산출하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 4,
In order to gently form the one-dimensional grid, a B-spline interpolation technique is applied to the grid included in the self-organization map, and the interpolation grid has the minimum number of the one-dimensional grid having the maximum gentle value. A device that analyzes the confluence shear layer in the RGB image of the river.
제 1 항에 있어서,
상기 곡선 좌표계는 상기 하천의 흐름방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00086
및 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00087
로 구성되고,
상기 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 과정은 상기 합류부 전단층의 영역은 상기
Figure 112022009316333-pat00088
좌표를 기준으로 상기 하천의 상류에서 하류 방향으로 모든 픽셀 간의 거리를 산정하되, 상기 모든 픽셀은 서로 접촉 중인 픽셀을 모두 포함하고,
상기 합류부 전단층의 픽셀 중 본류를 기준으로 상기 하천의 상류에서 가장 가까운 픽셀을 시작영역인
Figure 112022009316333-pat00089
로, 상기 하천의 하류에서 가장 가까운 픽셀을 종료영역인
Figure 112022009316333-pat00090
로 정의하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 1,
The curved coordinate system is the flow direction coordinate of the river
Figure 112022009316333-pat00086
and width direction coordinates
Figure 112022009316333-pat00087
It consists of,
The process of extracting the geometric characteristics of the confluence shear layer is that the area of the confluence shear layer is
Figure 112022009316333-pat00088
Calculate the distance between all pixels from upstream to downstream of the river based on coordinates, where all pixels include all pixels in contact with each other,
Among the pixels of the confluence shear layer, the pixel closest to the upstream of the river relative to the main stream is the starting area.
Figure 112022009316333-pat00089
In this way, the pixel closest to the downstream of the river is the end area.
Figure 112022009316333-pat00090
A device that analyzes the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is defined as .
제 6 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 각 상기 하천이 이루는 합류각
Figure 112023147340187-pat00091
는 상기 자기조직화지도의 격자 구간 중 상기 본류 및 지류에서 각각의 상기
Figure 112023147340187-pat00092
와 가장 인접한 2개의 상기 자기조직화지도의 격자 구간이 이루는 사잇각으로 정의한 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 6,
The confluence angle formed by each of the rivers of the confluence shear layer with the geometric characteristics
Figure 112023147340187-pat00091
In each of the main streams and tributaries among the grid sections of the self-organization map,
Figure 112023147340187-pat00092
A device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, defined as the angle formed by the two most adjacent grid sections of the self-organization map.
제 6 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 길이인
Figure 112023147340187-pat00093
는 상기
Figure 112023147340187-pat00094
Figure 112023147340187-pat00095
Figure 112023147340187-pat00096
좌표 상 거리를 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 6,
The geometric characteristic is the length of the confluence shear layer,
Figure 112023147340187-pat00093
above
Figure 112023147340187-pat00094
and
Figure 112023147340187-pat00095
of
Figure 112023147340187-pat00096
A device that analyzes the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the coordinate distance.
제 6 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 하천의 하폭은 상기 하천이 합류되기 직전의 상기 본류의 하폭
Figure 112023147340187-pat00097
와 지류의 하폭
Figure 112023147340187-pat00098
가 상기 곡선 좌표계 상에서 상기 합류부 전단층이 시작되는 영역의 폭을 통해 산출되고,
상기 하천이 합류된 이후 하폭
Figure 112023147340187-pat00099
는 상기 합류부 전단층이 끝나는 지점의 하폭을 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 6,
Based on the geometrical characteristics, the width of the river is the width of the main stream just before the river joins.
Figure 112023147340187-pat00097
and the lower width of the tributary
Figure 112023147340187-pat00098
is calculated through the width of the area where the confluence shear layer begins on the curved coordinate system,
After the above rivers joined,
Figure 112023147340187-pat00099
is a device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the river width at the point where the confluence shear layer ends.
제 6 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 최대 두께
Figure 112023147340187-pat00100
는 상기 지류에서의 상기 곡선 좌표계에서 상기 합류부 전단층의 각각의 구간에서 최대 하폭을 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 장치.
According to claim 6,
Maximum thickness of the confluence shear layer with the geometric properties
Figure 112023147340187-pat00100
is a device for analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the maximum river width in each section of the confluence shear layer in the curved coordinate system of the tributary.
제 1 항에 의한 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 저장매체.A computer-readable storage medium on which a program for performing the method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river according to claim 1 is recorded. 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법에 있어서,
(a) 본류와 적어도 하나 이상의 지류가 만나는 하천의 합류부가 촬영된 합류부 RGB영상을 전처리하여, 전처리 영상을 생성하는 단계;
(b) 가우시안 혼합모형을 통해 상기 전처리 영상에 포함된 상기 합류부로부터 상기 하천의 본류 및 지류를 분리하는 단계;
(c) 자기조직화지도(self-organizing map; som)를 통해 각각의 상기 하천의 본류 및 지류의 형상을 1차원 곡선으로 투영하여, 하천 곡선 정보를 생성하는 단계;
(d) 상기 하천의 픽셀을 상기 하천 곡선 정보와 이미지 픽셀 좌표계를 통해 곡선 좌표계로 변화시키는 단계; 및
(e) 상기 곡선 좌표계로부터 상기 합류부 전단층의 기하학적 특성을 추출하는 단계;로 구성되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
In the method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river,
(a) preprocessing the confluence RGB image captured at the confluence of the river where the main stream and at least one tributary meet, and generating a preprocessed image;
(b) separating the main stream and tributaries of the river from the confluence included in the preprocessed image through a Gaussian mixture model;
(c) generating river curve information by projecting the shapes of the main stream and tributaries of each river into a one-dimensional curve through a self-organizing map (SOM);
(d) converting the pixels of the river into a curved coordinate system through the river curve information and the image pixel coordinate system; and
(e) extracting geometric characteristics of the confluence shear layer from the curved coordinate system; a method of analyzing the confluence shear layer in an RGB image of a river.
제 12 항에 있어서,
상기 (a) 단계는.
(a1) 상기 합류부 RGB영상에 포함된 상기 합류부에서 상기 하천의 픽셀을 분리하는 단계;
(a2) 기설정된 축척을 통해 상기 하천의 픽셀의 좌표계 상의 길이와 실제 상기 하천의 길이를 통합하는 단계; 및
(a3) 상기 합류부 RGB영상에서 분리된 상기 하천의 영역을 제외한 나머지 영역을 삭제한 상기 전처리 영상을 생성하는 단계;를 포함하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 12,
Step (a) above.
(a1) separating pixels of the river from the confluence included in the confluence RGB image;
(a2) integrating the length of the pixel of the river in a coordinate system and the actual length of the river through a preset scale; and
(a3) generating the pre-processed image by deleting the remaining areas except for the separated area of the river in the confluence RGB image. A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of the river.
제 13 항에 있어서,
상기 (b) 단계는
상기 가우시안 혼합모형을 통해 상기 전처리 영상으로부터 상기 하천을 표현하는 픽셀을 구분하되, 상기 전처리 영상 내에 포함된 픽셀의 RGB화소 강도 값을 K개의 가우스 분포가 포함된 확률밀도함수로 가정 후 각각의 상기 픽셀을 군집화 하여 상기 하천의 본류와 지류의 영역을 구분하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 13,
Step (b) above is
The Gaussian mixture model distinguishes pixels representing the river from the pre-processed image, and assumes that the RGB pixel intensity value of the pixel included in the pre-processed image is a probability density function containing K Gaussian distributions, and then each pixel A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which clusters the areas of the river's main stream and tributaries.
제 12 항에 있어서,
상기 (c) 단계는
상기 전처리 영상으로부터 상기 (b) 단계에서 추출된 각각의 상기 하천의 이미지에 포함된 픽셀들의 위치를 상기 자기조직화지도로 학습시켜, 1차원 격자를 갖는 상기 하천 곡선 정보를 생성하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 12,
The step (c) is
The position of the pixels included in each image of the river extracted in step (b) from the pre-processed image is learned using the self-organization map to generate the river curve information with a one-dimensional grid. Method for analyzing confluence shear layers in RGB images.
제 15 항에 있어서,
상기 1 차원 격자를 완만하게 형성하기 위해 상기 자기조직화지도에 포함되는 격자에 비스플라인(B-spline)내삽 기법을 적용하고, 내삽 격자는 상기 1 차원 격자가 최대한 완만한 값을 갖는 최소한의 개수를 산출하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 15,
In order to gently form the one-dimensional grid, a B-spline interpolation technique is applied to the grid included in the self-organization map, and the interpolation grid has the minimum number of the one-dimensional grid having the maximum gentle value. A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river.
제 12 항에 있어서,
상기 곡선 좌표계는 상기 하천의 흐름방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00101
및 폭방향 좌표
Figure 112022009316333-pat00102
로 구성되고,
상기 (e) 단계는
상기 합류부 전단층의 영역은 상기
Figure 112022009316333-pat00103
좌표를 기준으로 상기 하천의 상류에서 하류 방향으로 모든 픽셀 간의 거리를 산정하되, 상기 모든 픽셀은 서로 접촉 중인 픽셀을 모두 포함하고,
상기 합류부 전단층의 픽셀 중 본류를 기준으로 상기 하천의 상류에서 가장 가까운 픽셀을 시작영역인
Figure 112022009316333-pat00104
로, 상기 하천의 하류에서 가장 가까운 픽셀을 종료영역인
Figure 112022009316333-pat00105
로 정의하는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 12,
The curved coordinate system is the flow direction coordinate of the river
Figure 112022009316333-pat00101
and width direction coordinates
Figure 112022009316333-pat00102
It consists of,
The step (e) is
The area of the confluence shear layer is
Figure 112022009316333-pat00103
Calculate the distance between all pixels from upstream to downstream of the river based on coordinates, where all pixels include all pixels in contact with each other,
Among the pixels of the confluence shear layer, the pixel closest to the upstream of the river relative to the main stream is the starting area.
Figure 112022009316333-pat00104
In this way, the pixel closest to the downstream of the river is the end area.
Figure 112022009316333-pat00105
A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is defined as .
제 17 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 각 상기 하천이 이루는 합류각
Figure 112023147340187-pat00106
는 상기 자기조직화지도의 격자 구간 중 상기 본류 및 지류에서 각각의 상기
Figure 112023147340187-pat00107
와 가장 인접한 2개의 상기 자기조직화지도의 격자 구간이 이루는 사잇각으로 정의한 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 17,
The confluence angle formed by each of the rivers of the confluence shear layer with the geometric characteristics
Figure 112023147340187-pat00106
In each of the main streams and tributaries among the grid sections of the self-organization map,
Figure 112023147340187-pat00107
A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, defined as the angle between the two most adjacent grid sections of the self-organization map.
제 17 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 길이인
Figure 112023147340187-pat00108
는 상기
Figure 112023147340187-pat00109
Figure 112023147340187-pat00110
Figure 112023147340187-pat00111
좌표 상 거리를 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 17,
The geometric characteristic is the length of the confluence shear layer,
Figure 112023147340187-pat00108
above
Figure 112023147340187-pat00109
and
Figure 112023147340187-pat00110
of
Figure 112023147340187-pat00111
A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the coordinate distance.
제 17 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 하천의 하폭은 상기 하천이 합류되기 직전의 상기 본류의 하폭
Figure 112023147340187-pat00112
와 지류의 하폭
Figure 112023147340187-pat00113
가 상기 곡선 좌표계 상에서 상기 합류부 전단층이 시작되는 영역의 폭을 통해 산출되고,
상기 하천이 합류된 이후 하폭
Figure 112023147340187-pat00114
는 상기 합류부 전단층이 끝나는 지점의 하폭을 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 17,
Based on the geometrical characteristics, the width of the river is the width of the main stream just before the river joins.
Figure 112023147340187-pat00112
and the lower width of the tributary
Figure 112023147340187-pat00113
is calculated through the width of the area where the confluence shear layer begins on the curved coordinate system,
After the above rivers joined,
Figure 112023147340187-pat00114
is a method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the river width at the point where the confluence shear layer ends.
제 17 항에 있어서,
상기 기하학적 특성으로 상기 합류부 전단층의 최대 두께
Figure 112023147340187-pat00115
는 상기 지류에서의 상기 곡선 좌표계에서 상기 합류부 전단층의 각각의 구간에서 최대 하폭을 통해 산출되는 것인, 하천의 RGB영상에서 합류부 전단층을 해석하는 방법.
According to claim 17,
Maximum thickness of the confluence shear layer with the geometric properties
Figure 112023147340187-pat00115
A method of analyzing the confluence shear layer in the RGB image of a river, which is calculated through the maximum river width in each section of the confluence shear layer in the curved coordinate system of the tributary.
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KR102003187B1 (en) 2019-06-13 2019-07-23 주식회사 디지털커브 Method and apparatus for modeling resultant image to which each of ground control points including location information of survey site is matched using images captured by unmanned air vehicle
KR102193108B1 (en) 2019-10-10 2020-12-18 서울대학교산학협력단 Observation method for two-dimensional river mixing using RGB image acquired by the unmanned aerial vehicle
KR102195051B1 (en) 2020-09-25 2020-12-24 김화경 System and method for creating spatial information using image information from drone and computer program for the same

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