KR19990016091A - 합성개구 레이다시스템에 있어서 지형적인 왜곡 보정방법 - Google Patents

합성개구 레이다시스템에 있어서 지형적인 왜곡 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SAR시스템에 있어서 영상신호 재구성시 포쇼트닝에 의한 지형적인 왜곡을 해당 지점의 반사기여도를 고려하여 보정하기 위한 지형적인 왜곡 보정방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 방법은, 소정의 목표물에 대해 획득된 최단거리영상을 지상거리영상으로 매핑하여 영상을 획득하는 합성개구 레이다시스템에 있어서, 목표물에 대한 고주파측정 왜곡을 보정한 신호가 인가되면, 합성개구 레이다시스템에 대한 최단거리영상의 시작점과 끝점을 이용하여 지상거리영상의 위치를 계산하는 단계; 지상거리영상내의 소정의 지상제어점의 높이를 해당 지역의 표본화된 높이정보로 이루어진 맵(DEM)을 참조하여 계산하는 단계; 높이계산단계에서 획득된 소정 지상제어점의 높이를 이용하여 소정 지상제어점의 지상거리상에서의 실질적인 위치와 합성개구 레이다시스템간의 거리를 이용하여 소정의 지상제어점에 대응되는 최단거리를 계산하는 단계; 대응되는 최단거리에 위치한 화소에 대해 소정 지상제어점의 반사기여도를 계산하는 단계; 반사기여도와 대응되는 최단거리에 위치한 화소값을 곱하여 얻어진 값을 소정 지상제어점의 화소값으로 매핑하는 단계; 획득된 최단거리영상에 대한 지상거리영상의 매핑이 모두 완료될 때까지 높이정보를 계산하는 단계 내지 매핑하는 단계를 반복 수행하는 단계를 포함하는 포함하여 수행된다.

Description

합성개구 레이다시스템에 있어서 지형적인 왜곡 보정방법
본 발명은 합성개구 레이다(Synthetic Aperture Radar, 이하 SAR이라 약함)시스템에 있어서 지형적인 왜곡을 보정하는 방법에 관한 것으로, 특히 포쇼트닝(Foreshortning)에 의한 SAR영상의 지형적인 왜곡을 보정하기 위한 지형적인 왜곡보정방법에 관한 것이다.
SAR시스템은 거리에 관계없이 일정한 방위각 해상도를 유지할 수 있으며, 초고주파를 사용하여 영상을 얻어내기 때문에 가시광의 유무와 날씨, 구름 등에 영향을 받지 않고 소기의 지역에 대한 정보를 얻어낼 수 있는 특징이 있다. 특히 도플러 효과를 이용하기 때문에 기존의 SLAR(Side Looking Aperture Radar)시스템보다 방위각방향으로 훨씬 더 높은 고해상도를 실현한 시스템이다.
이러한 SAR시스템은 목표물에 대해 도 1에 도시된 바와 같이 최단 거리(Slant Range)에 근거하여 영상을 획득하기 때문에 SAR시스템의 높이 H에 의해 최단거리 영상은 지상거리(Ground Range)영상과 다른 값을 가지게 된다. 특히, 도 1에 도시된 바와같이 SAR시스템 방향으로 α와 같은 경사면이 존재하는 경우에, α경사면에 대한 지상거리상에서의 영상의 길이 a보다 최단 거리 영상의 길이 a'가 작게 표현된다. 이러한 현상을 포쇼트닝이라 한다.
이러한 포쇼트닝에 따른 지형적인 왜곡을 보정하기 위하여 기존의 SAR시스템에서는 사전에 취득된 그 지역에 대한 표본화된 높이 정보로 이루어진 DEM(Digital Elevation Map, 이하 DEM이라 약함)을 이용하여 최단거리 영상을 지상거리 영상으로 매핑한다. 예를 들어 지상거리 영상에서의 b지점에 대해 DEM을 참조하여 해당 높이 h를 얻어낸다. 그리고 얻어낸 높이 h를 이용하여 최단거리 b'를 계산해 낸다. 그리고 계산된 b'지점의 최단 거리 영상의 화소값을 지상거리 영상의 화소값 b에 대입하도록 한다.
그러나 도 1에 도시된 α와 같은 경사면의 경우 상술한 바와 같이 최단 거리상에서의 거리 a'보다 지상 거리상에서의 거리 a가 크기 때문에 지상거리상의 몇 개의 점들이 최단거리 영상의 한점에 모여 최단 거리상의 해당 화소값을 크게 할 가능성이 높다. 즉, 지상거리상의 b지점외에 경사면에 존재하는 인접한 지점에 대해 상술한 DEM을 참조하여 해당 최단거리를 계산한 결과, b'지점에 해당되는 경우에, 상술한 b지점을 비롯한 인접한 지점의 반사된 신호에 의해 최단거리상의 b' 지점의 화소값이 결정되어 b'지점의 화소값은 큰 값을 갖게 되고, 이러한 b'지점의 큰 화소값이 상술한 매핑과정에 의해 지상거리상의 b지점을 비롯한 인접한 지점의 화소값으로 매핑되어, 지상거리 영상의 b지점을 비롯한 인접한 점들의 화소값은 원래의 화소값보다 더 큰 값으로 표현되는 지형적인 왜곡이 발생된다.
본 발명은 상술한 결점을 개선하기 위하여 안출한 것으로서, SAR시스템에 있어서 영상신호 재구성시 포쇼트닝에 의한 지형적인 왜곡을 해당 지점의 반사기여도를 고려하여 보정하기 위한 지형적인 왜곡 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지형적인 왜곡보정방법은, 소정의 목표물에 대해 획득된 최단거리영상을 지상거리영상으로 매핑하여 영상을 획득하는 합성개구 레이다시스템에서 지형적인 왜곡을 보정하는 방법에 있어서, 목표물에 대한 고주파측정 왜곡을 보정한 신호가 인가되면, 합성개구 레이다시스템에 대한 최단거리영상의 시작점과 끝점을 이용하여 지상거리영상의 위치를 계산하는 단계; 지상거리영상내의 소정의 지상제어점의 높이를 해당 지역의 표본화된 높이정보로 이루어진 맵(DEM)을 참조하여 계산하는 단계; 높이계산단계에서 획득된 소정 지상제어점의 높이를 이용하여 소정 지상제어점의 지상거리상에서의 실질적인 위치와 합성개구 레이다시스템간의 거리를 이용하여 소정의 지상제어점에 대응되는 최단거리를 계산하는 단계; 대응되는 최단거리에 위치한 화소에 대해 소정 지상제어점의 반사기여도를 계산하는 단계; 반사기여도와 대응되는 최단거리에 위치한 화소값을 곱하여 얻어진 값을 소정 지상제어점의 화소값으로 매핑하는 단계; 획득된 최단거리영상에 대한 지상거리영상의 매핑이 모두 완료될 때까지 높이정보를 계산하는 단계 내지 매핑하는 단계를 반복 수행하는 단계를 포함하는 포함하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 기존의 합성개구 레이다시스템을 통해 얻어지는 영상의 기하학적인 모델 예시도,
도 2는 일반적인 합성개구 레이다시스템의 개략적인 블럭도,
도 3은 합성개구 레이다 시스템에 적용되는 본 발명에 따른 지형적인 왜곡보정방법의 동작 흐름도,
도 4는 도 3의 동작 흐름도에 따른 동작을 설명하기 위한 합성개구 레이다시스템을 통해 얻어지는 영상의 기하학적인 모델 예시도.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200:원(Raw)신호 제공부 210:압축신호 처리부
220:고주파 측정(Radiometric) 왜곡 보정부 230:지형적 왜곡 보정부
본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 일반적인 합성개구 레이다(이하 SAR이라 약함)시스템의 블럭도로서, 원하는 지형으로 발사된 초고주파의 반사되는 신호를 수신하여 소정의 원(Raw)신호를 생성하여 제공하는 원신호 제공부(200), 원신호 제공부(200)로부터 제공되는 원신호에 대한 거리방향 압축, 방위각방향 압축처리를하여 해상도를 향상시키는 압축 신호처리부(210), 압축 신호처리부(210)에서 압축된 원신호에 대한 출력변화, 수신단 이득변환, 안테나 패턴 및 거리에 따른 손실과 같은 고주파측정 왜곡에 대한 보정처리를하는 고주파 측정(Radiometric) 왜곡 보정부(220), 고주파 측정 왜곡 보정부(220)에서 보정되어 출력되는 원신호의 지형적인 왜곡을 본 발명에 따라 보정하기 위한 지형적 왜곡 보정부(230)로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 지형적인 왜곡 보정방법에 대한 동작 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 지형적인 왜곡보정을 설명하기 위한 SAR영상의 기하학적인 모델 예시도이다.
그러면 도 2 및 도 4를 참조하여 도 3에 도시된 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 원신호 제공부(200)와 압축신호 처리부(210) 및 고주파 측정 왜곡 보정부(220)는 기존의 SAR시스템에서 이루어진 바와 동일하므로 여기서 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 지형적인 왜곡 보정부(230)의 동작을 중심으로 설명하기로 한다.
즉, 지형적 왜곡 보정부(230)는 고주파측정 왜곡 보정부(220)로부터 고주파 왜곡이 보정된 영상이 전송되면, 제 301 단계로 진행되어 지상거리의 영상의 위치를 계산한다. 지상거리의 영상의 위치는 최단거리의 영상의 시작점과 끝점을 이용하여 계산한다. 즉, SAR시스템으로부터 최단거리상의 영상의 시작점간의 거리와 대응되는 SAR시스템과 지상거리상의 거리를 갖는 지상거리상의 지점을 지상거리 영상의 시작점으로 하고 최단거리상의 영상의 끝점과 일치하는 지상거리상의 지점을 지상거리 영상의 끝지점으로 한다.
이와 같이 지상거리 영상에 대한 위치가 계산되면, 지형적 왜곡 보정부(230)는 제 302 단계로 진행되어 현 지상제어점(Ground Control Point)의 높이를 계산한다. 여기서 현 지상제어점은 지상거리영상의 시작점부터 끝지점중 임의의 한 지점으로 순차적으로 선택된다. 예를 들어 현 지상제어점이 도 4에 도시된 바와 같이 c지점인 경우에 지형적 왜곡 보정부(230)는 h'에 해당되는 높이를 계산하게 된다. 높이는 상술한 바와 같이 사전에 획득된 해당 지역에 대한 표본화된 높이정보로 구성된 DEM을 참조한다.
즉, DEM은 2차원의 맵의 형태로 해당 지형에 대한 표본화된 높이정보를 보유하고 있으므로 지상거리 영상상에서 현 지상제어점의 2차원 좌표계를 이용하여 해당 DEM정보를 액세스하게 된다. 이 때, 해당 좌표지점에 대한 DEM정보가 존재하지 않는 경우에는 인접한 높이정보들의 인터폴레이션(Interpolation)에 의해 얻어진 높이정보를 현 지상제어점에서의 높이 h'로 획득한다. 해당 높이 h'가 획득되면, 지형적 왜곡 보정부(230)는 제 303 단계로 진행된다.
제 303 단계에서 지형적 왜곡 보정부(230)는 해당되는 최단거리 RA'를 계산한다. 이 최단거리 계산은 c지점의 구해진 높이 h'를 이용하여 얻어진 SAR시스템과 실질적인 지상제어점간의 거리(RA)계산에 의해 얻어진다. 즉, 거리(RA)는 최단거리 RA'와 동일하기 때문에 지상거리상에서 높이 h'인 지점과 SAR시스템간의 거리가 구해지면 SAR시스템와 최단거리간의 거리로 대입하면 된다. 이러한 거리계산은 최단거리상의 해당 화소의 값()을 획득하기 위함이다. 그러나 이 때, 해당 지점에 화소값이 존재하지 않는 경우에는 인접한 위치에 높인 화소들의 인터폴레이션에 의해 해당 화소값을 결정한다.
그 다음 제 304 단계로 진행되어 최단거리 RA'를 갖는 c'화소값에 대한 c지점의 반사기여도를 계산한다. 이 때, 반사기여도는 최단거리가 동일한 것으로 계산된 지상거리상의 인접한 점들의 반사도를 고려하여 계산된다. 동일한 최단거리상의 화소값을 형성하는 지점 검출은 지상거리 영상의 시작점에서 끝점까지에 존재하는 모든 점들에 대해 제 303단계와 같이 최단거리르 계산하여 지상제어점과 같은 최단거리를 가지는 지점을 찾아내는 방법으로 이루어진다. 즉 도 4의 경우에는 지상거리에서 c, d, e지점이 최단거리상의 c'지점으로 반사되므로 c지점의 c'지점에 대한 반사기여도는 수학식 1과 같이 계산된다.
이와 같은 반사기여도는 d지점에 대해 계산될 때에는 수학식 1의 분자가에서로 변경되어 계산되고, e지점에 대해 계산될 때에는 수학식 1의 분자가 가에서로 변경되어 계산된다.
c지점에 대한 반사기여도가 계산되면, 제 305 단계로 진행되어 제 303 단계에서 계산된 최단거리상에 위치한 c'화소의 값와 제 304 단계에서 계산된 반사기여도를 수학식 2와 같이 결합하여 지상거리의 c지점에 매핑할 화소값을 결정한다.
이에 따라 지상거리상의 c지점에 대한 최단거리 영상간의 매핑처리가 완료된다.
그러나 전 지상거리상의 모든 픽셀에 대한 최단거리 영상과의 매핑처리를 위해 지형적 왜곡보정부는 제 306 단계로 진행되어 모든 지상거리상의 화소값이 결정되었는 지를 체크하고, 결정되지 않은 경우에는 제 302 단계로 진행되어 상술한 과정을 반복 수행한다. 이 때, 그 다음의 지상제어점은 스캐닝순서에 의해 결정된다. 그리고 제 306 단계의 체크결과, 지상거리영상의 모든 화소값이 결정되면 지형적인 왜곡보정작업을 종료한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 합성개구 레이다시스템에 있어서 포쇼트닝에 의한 지형적인 왜곡을 해당 최단거리의 화소값에 대한 해당 지상거리 지점의 반사기여도를 이용하여 보정함으로써, 거의 원래의 값에 근사한 값을 갖는 SAR영상을 획득할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 실시예로서 설명되었으나 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 상술한 실시예에서는 3개의 지상거리상의 지점이 동일한 최단거리를 갖는 경우를 예시하였으나 동일한 최단거리를 갖는 지점이 3개 미만이거나 3개 이상이 존재하는 경우에는 동일한 방식으로 반사기여도를 계산할 수 있다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의하여 정하여져야 한다.

Claims (2)

  1. 소정의 목표물에 대해 획득된 최단거리영상을 지상거리영상으로 매핑하여 영상을 획득하는 합성개구 레이다시스템에서 지형적인 왜곡을 보정하는 방법에 있어서,
    상기 목표물에 대한 고주파측정 왜곡을 보정한 신호가 인가되면, 상기 합성개구 레이다시스템에 대한 상기 최단거리영상의 시작점과 끝점을 이용하여 지상거리영상의 위치를 계산하는 단계;
    상기 지상거리영상내의 소정의 지상제어점의 높이를 해당 지역의 표본화된 높이정보로 이루어진 맵(DEM)을 참조하여 계산하는 단계;
    상기 높이계산단계에서 획득된 상기 소정 지상제어점의 높이를 이용하여 상기 소정 지상제어점의 지상거리상에서의 실질적인 위치와 상기 합성개구 레이다시스템간의 거리를 이용하여 상기 소정의 지상제어점에 대응되는 최단거리를 계산하는 단계;
    상기 대응되는 최단거리에 위치한 화소에 대해 상기 소정 지상제어점의 반사기여도를 계산하는 단계;
    상기 반사기여도와 상기 대응되는 최단거리에 위치한 화소값을 곱하여 얻어진 값을 상기 소정 지상제어점의 화소값으로 매핑하는 단계;
    상기 획득된 최단거리영상에 대한 상기 지상거리영상의 매핑이 모두 완료될 때까지 상기 높이정보를 계산하는 단계 내지 상기 매핑하는 단계를 반복 수행하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 합성개구 레이다시스템에 있어서 지형적인 왜곡 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기여도를 계산하는 단계는 상기 지상거리상에서 상기 소정 지상제어점과 동일한 최단거리를 갖는 지점의 반사도()와 상기 소정 지상제어점의 반사도()를 하기 수학식과 같이 고려하여 계산하는 것을 특징으로 하는 합성개구 레이다시스템에 있어서 지형적인 왜곡 보정방법.
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WO2023004628A1 (zh) * 2021-07-28 2023-02-02 深圳市速腾聚创科技有限公司 反射率校正方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备

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