KR20070096370A - Ｌｏｓ벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법 및 그장치 - Google Patents

Ｌｏｓ벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법 및 그장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지표면의 특성을 탐사하기 위해서 촬영한 영상에 대한 왜곡을 보정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서의 LOS벡터를 조정하여 오차보정자료를 얻고, 이 오차보정자료와 영상의 보조자료를 이용하여 영상의 각 영상좌표에 정확한 지상좌표를 부여하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법은,
(a) 지표면을 촬영한 영상과, 이 영상에 대한 보조자료를 취득하는 단계; (b) 지상기준점의 지상좌표
Figure 112006020490151-PAT00001
와, 이 지상좌표에 매칭되는 영상의 영상좌표(i,j)를 취득하는 단계; (c) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (b)단계의 지상좌표 및 영상좌표를 이용하여 영상을 촬영한 촬영기구 센서의 LOS벡터를 조정함으로써 오차보정자료를 취득하는 단계; (d) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (c)단계의 오차보정자료를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 지상좌표를 부여함으로서 영상의 왜곡을 보정하는 외부표정을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명의 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 장치는,
지표면을 촬영한 영상의 보조자료로부터 촬영기구의 위치, 속도, 자세 및 센서의 LOS벡터에 대한 정보를 추출하는 영상정보 추출수단; 지상기준점에 대한 지상좌표와 이에 매칭되는 영상좌표를 입력받고 이를 저장하는 지상기준점 추출수단; 상기 영상정보 추출수단 및 상기 지상기준점 추출수단으로부터 데이터를 제공받아 센서의 LOS벡터 조정에 따른 오차보정자료를 생성하는 오차보정자료 추출수단; 상기 영상정보 추출수단 및 오차보정자료 추출수단으로부터 데이터를 제공받고 이를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 대한 지상좌표를 연산하는 외부표정 연산수단;을 포함하여 이루어진다.
영상, 보조자료, LOS벡터, 센서모델

Description

ＬＯＳ벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS OF GEOMETRIC CORRECTION OF IMAGE USING LOS VECTOR ADJUSTMENT MODEL}
도 1 은 촬영기구와 지표면의 기하를 도시한 기하 예시도.
도 2 는 LOS벡터 조정에 대한 기하 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 기하보정 방법의 절차 흐름도.
도 4 는 본 발명에 따른 기하보정 장치의 개략적인 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 영상정보 추출수단
20 : 지상기준점 추출수단
30 : 오차보정자료 추출수단
40 : 센서모델 연산수단
50 : 외부표정 연산수단
본 발명은 지표면의 특성을 탐사하기 위해서 촬영한 영상에 대한 왜곡을 보정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서의 LOS벡터를 조정하여 오차보정자료를 얻고, 이 오차보정자료와 영상의 보조자료를 이용하여 영상의 각 영상좌표에 정확한 지상좌표를 부여하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재 지표면이 촬영된 영상은 주로 지표면으로부터 일정한 높이를 지니는 비행기와 위성에 탑재된 카메라와 센서에 의해서 얻어진다. 비행기는 수백 m에서 수 Km로 상대적으로 낮은 고도를 지니지만, 인공위성에 비해 속도와 자세가 비교적 불안정하다. 반면, 인공위성은 대기권 밖에서 움직이는 촬영기구로 수백 Km의 매우 높은 고도를 지니지만, 속도와 자세가 비교적 안정적이며, 잘 정의된 궤도 타원체를 따라 움직인다. 또한, 비행기에 의해서 얻어진 항공사진은 매우 고해상도의 영상으로 소∼중축척의 지형도, 영상지도, 수치표고자료 등을 제작하는데 주로 이용하고 있고, 위성에 의해 촬영된 영상은 최근에 들어서는 고해상으로 얻어지고 있지만, 대체로 낮은 해상도로 인해 중∼대축척의 지형도, 영상지도, 수치표고자료 등의 지도 제작관련에 사용되고 있다. 이러한 위성에는 SPOT, IRS, ALOS, LANDSAT IKONOS 및 QUICKBIRD 등이 있으며, 지표면의 관측과 관련된 변화탐지, 산불 재해 모니터링 등의 수많은 응용분야에서 이용되고 있다.
비행기나 위성과 같은 촬영기구를 이용하여 촬영된 지표면 영상은 곧바로 군사용이나 산업으로 활용되지는 아니한다. 그 이유는 촬영방법상 이 지표면 영상 은 왜곡되어 있기 때문이다.
따라서 이 왜곡을 보정하고, 보정된 영상을 기초로 정확한 정사영상, 수치지형도 또는 3차원 영상 등을 제작하여 군사용, 산업용으로 활용하게 된다.
여기서, 영상의 왜곡을 보정한다는 것은 영상의 각 좌표에 정확한 실제 지상의 지상좌표를 부여하는 것을 의미한다.
영상의 왜곡을 보정(즉, 기하 보정)하는 일반적인 방법은 센서모델을 이용하는 것이다. 상기 센서모델은 도1과 같이 지구중심을 기준으로 촬영기구의 위치(
Figure 112006020490151-PAT00002
)와 지상점의 위치(
Figure 112006020490151-PAT00003
)와의 관계로부터 유도한 수학식으로서, 영상의 좌표 (i, j)와 지상의 좌표
Figure 112006020490151-PAT00004
에 대한 함수이다.
센서모델을 이용해서 지상좌표를 부여하기 위해서는 영상좌표 뿐만 아니라 촬영기구의 위치, 속도, 자세, 촬영각 등의 보조자료가 필요하다. 이 보조자료는 촬영기구가 영상과 함께 제공한다.
그런데 문제는 이 보조자료가 정확하지 않다는 것이다. 도2에서 보는 바와 같이 실제 촬영기구의 촬영위치(
Figure 112006020490151-PAT00005
), 촬영각(
Figure 112006020490151-PAT00006
)과 보조자료에 의한 촬영위치(
Figure 112006020490151-PAT00007
), 촬영각(
Figure 112006020490151-PAT00008
)에 오차가 있다. 그리고 도면에 도시되어 있진 않으나 촬영기구의 실제 자세와 보조자료에 의한 자세에도 오차가 있다.
이러한 오차로 인해 도2에 도시된 것과 같이 촬영기구가 실제 촬영한 지 표면의 좌표(
Figure 112006020490151-PAT00009
)와 센서모델에 의해 구해지는 지표면의 좌표(
Figure 112006020490151-PAT00010
)는 상이하게 된다.
그래서 부정확한 보조자료에 의해 오는 지표면 지상좌표의 오차를 최소화하기 위하여 센서모델을 수정하는 방안에 제안되었다.
종래에 제시된 센서모델의 수정방법은 보조자료에 의한 촬영기구의 위치 또는 자세 또는 이들 모두를 실제 촬영기구에 근접하도록 수정하는 것이다.
이에 대한 대표적인 것이 한국특허 출원번호 제10-2005-51358호 "촬영기구회전모델을 이용한 선형 스캐닝 영상의 기하 보정방법"이다.
하지만, 현재는 GPS(Global Positioning System)나 DORIS(Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) 등과 같은 시스템을 이용하여 비교적 정확한 촬영기구의 촬영위치, 촬영속도, 촬영자세 등을 알 수 있다. 즉, 이러한 정확한 정보로 인해 촬영기구의 위치 또는 자세를 조정하여 센서모델을 수정하는 것이 오히려 지상좌표의 오차를 더 크게 할 수 있다. 그래서 이 정확한 정보들을 최대한 이용하여 보다 쉽고 정확하게 지표면 촬영 영상의 기하왜곡을 보정하는 것이 필요하게 되었다.
본 발명은 위와 같은 필요에 의해 안출된 것으로서, 촬영기구 센서의 촬영각(LOS벡터)을 조정하여 수립된 LOS벡터 조정모델을 이용하여 보다 정확한 기하 보정 이 가능하도록 함을 목적으로 하고, 기하 보정을 위한 시간 및 비용을 절약할 수 있도록 함을 또 다른 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 방법은,
(a) 지표면을 촬영한 영상과, 이 영상에 대한 보조자료를 취득하는 단계;
(b) 지상기준점의 지상좌표
Figure 112006020490151-PAT00011
와, 이 지상좌표에 매칭되는 영상의 영상좌표(i,j)를 취득하는 단계;
(c) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (b)단계의 지상좌표 및 영상좌표를 이용하여 영상을 촬영한 촬영기구 센서의 LOS벡터를 조정함으로써 오차보정자료를 취득하는 단계;
(d) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (c)단계의 오차보정자료를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 지상좌표를 부여함으로서 영상의 왜곡을 보정하는 외부표정을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명의 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 장치는,
지표면을 촬영한 영상의 보조자료로부터 촬영기구의 위치, 속도, 자세 및 센서의 LOS벡터에 대한 정보를 추출하는 영상정보 추출수단;
지상기준점에 대한 지상좌표와 이에 매칭되는 영상좌표를 입력받고 이를 저 장하는 지상기준점 추출수단;
상기 영상정보 추출수단 및 상기 지상기준점 추출수단으로부터 데이터를 제공받아 센서의 LOS벡터 조정에 따른 오차보정자료를 생성하는 오차보정자료 추출수단;
상기 영상정보 추출수단 및 오차보정자료 추출수단으로부터 데이터를 제공받고 이를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 대한 지상좌표를 연산하는 외부표정 연산수단;을 포함하여 이루어진다.
도2에 도시된 것과 같이 본 발명은 영상의 보조자료 중 센서의 촬영각(LOS벡터)을 조정함으로서, 실제 촬영기구가 촬영한 지표면의 위치(
Figure 112006020490151-PAT00012
)와 조정된 촬영각(
Figure 112006020490151-PAT00013
)을 포함한 보조자료를 LOS벡터 조정모델에 적용했을 경우 구해지는 지표면 위치의 오차가 최소화 되도록 한 것이다.
우선, 본 발명에서 수립한 LOS벡터 조정 모델에 대해 설명한다.
지표면을 촬영하는 기구는 도 1에 표현된 것과 같이 촬영기구의 위치
Figure 112006020490151-PAT00014
로부터 LOS(촬영방향, Line-Of-Sight) 벡터
Figure 112006020490151-PAT00015
를 지니고 지표면
Figure 112006020490151-PAT00016
를 촬영한다. 지구 중심으로부터 촬영기구의 위치를 벡터
Figure 112006020490151-PAT00017
로 표현하고 지구 중심으로부터 지표면의 위치를 벡터
Figure 112006020490151-PAT00018
로 표현하여 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
수학식 1
Figure 112006020490151-PAT00019
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00020
는 매개변수를 나타낸다. 하지만 우리가 일반적으로 알고 있는
Figure 112006020490151-PAT00021
의 값과
Figure 112006020490151-PAT00022
의 값은 지심좌표계(Earth-Centered Earth-Fixed Coordinate System; ECEF) 또는 관성좌표계(Earth-Centered Inertia Coordinate System; ECI)로 표현되고,
Figure 112006020490151-PAT00023
는 위성자세 좌표계(Attitude Coordinate System)로 표현된다. 이들 세 벡터가 서로 다른 좌표계를 지니고 있으므로 동일한 좌표계로 맞추어 주어야 하며, 이들 좌표계는 국지궤도 좌표계(Local Orbital Coordinate System)로 맞추어주기 위해서 위성자세 좌표계를 국지궤도 좌표계로 바꾸어주는 자세좌표 회전행렬(
Figure 112006020490151-PAT00024
)과 국지궤도 좌표계를 지심좌표계로 변환하는 위치좌표 회전행렬(
Figure 112006020490151-PAT00025
)을 이용하게 된다. 자세좌표 회전행렬(
Figure 112006020490151-PAT00026
) 및 위치좌표 회전행렬(
Figure 112006020490151-PAT00027
)은 아래의 수학식2 및 수학식3과 같으며, 이들을 이용하여 수학식1을 다시 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.
수학식 2-1(비행기의 경우)
Figure 112006020490151-PAT00028
수학식 2-2(위성의 경우)
Figure 112006020490151-PAT00029
수학식 3
Figure 112006020490151-PAT00030
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00031
는 롤각,
Figure 112006020490151-PAT00032
는 피치각,
Figure 112006020490151-PAT00033
는 요각이고,
Figure 112006020490151-PAT00034
는 촬영기구의 위치벡터,
Figure 112006020490151-PAT00035
는 촬영기구의 속도벡터이고,
Figure 112006020490151-PAT00036
는 승교점 경도,
Figure 112006020490151-PAT00037
는 궤도 경사각,
Figure 112006020490151-PAT00038
는 위성 위도인수로 케플러의 요소이다.
수학식 4
Figure 112006020490151-PAT00039
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00040
,
Figure 112006020490151-PAT00041
,
Figure 112006020490151-PAT00042
및
Figure 112006020490151-PAT00043
,
Figure 112006020490151-PAT00044
,
Figure 112006020490151-PAT00045
는 각각
Figure 112006020490151-PAT00046
와
Figure 112006020490151-PAT00047
의 요소이고,
Figure 112006020490151-PAT00048
는 지구중심에서 촬영기구까지의 거리로
Figure 112006020490151-PAT00049
와 동일하다. 그리고 x, y, z는 방향성분으로 z는 지구중심에서 촬영기구를 향하는 방향이고, x는 촬영기구의 진행방향이고, y는 x 및 z에 수직으로 오른손 법칙에 따르는 방향이다.
수학식 4의 우변에서 좌표변환행렬
Figure 112006020490151-PAT00050
를 제거하고,
Figure 112006020490151-PAT00051
=
Figure 112006020490151-PAT00052
와
Figure 112006020490151-PAT00053
=
Figure 112006020490151-PAT00054
인 성질을 이용하면, 수학식 4은 아래와 같이 다시 표현할 수 있다.
수학식 5
Figure 112006020490151-PAT00055
상기 수학식5를 단순화하여 표현하면 아래와 같다.
수학식 6
Figure 112006020490151-PAT00056
여기서
Figure 112006020490151-PAT00057
는 회전행렬
Figure 112006020490151-PAT00058
의 요소이고,
Figure 112006020490151-PAT00059
은 행렬
Figure 112006020490151-PAT00060
의 요소이고,
Figure 112006020490151-PAT00061
와
Figure 112006020490151-PAT00062
는 각각 x와 y 방향으로의 촬영각이다.
상기 수학식6에서
Figure 112006020490151-PAT00063
를 소거하면, 아래와 같이 촬영각에 의해서 정의된 센서모델인 두 방정식이 성립한다.
수학식 7
Figure 112006020490151-PAT00064
수학식 8
Figure 112006020490151-PAT00065
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00066
및
Figure 112006020490151-PAT00067
는 보조자료 중 촬영기구의 위치, 속도 및 자세에 의하여 구해지는 센서의 촬영각이다.
상기 수학식7,8로 표현되는 본발명의 센서모델은 기존의 센서모델(공선조건식, 한국특허 출원번호 제10-2005-51358호의 센서모델 등)들과는 다른 새로운 형식의 센서모델이다.
참고로, 상기 센서모델에서
Figure 112006020490151-PAT00068
와
Figure 112006020490151-PAT00069
은 영상의 촬영시간(t)에 대한 함수이고, 촬영시간 t는 라인수 i에 비례하고,
Figure 112006020490151-PAT00070
및
Figure 112006020490151-PAT00071
는 픽셀수 j에 대한 함수이다. 따라서 상기 센서모델은 영상좌표(i, j)와 지상좌표
Figure 112006020490151-PAT00072
의 관계를 표현한다.
영상에 왜곡이 없다면, 어느 한 점에 대한 정확한 지상좌표와 영상좌표를 상기 수학식7,8에 대입하면
Figure 112006020490151-PAT00073
=
Figure 112006020490151-PAT00074
=0이 될 것이다. 그러나 왜곡으로 인해
Figure 112006020490151-PAT00075
,
Figure 112006020490151-PAT00076
는 0이 아닌 값을 갖게 된다. 이 값이 영상의 왜곡량을 나타낸다. 수학식7,8의 단위는 각도(degree)이다. 따라서 왜곡량도 각도로 표현되는데, 이 각도에 의해서는 왜곡의 정도를 파악하는데 어려움이 있다. 그래서 상기 수학식7,8에 스케일계수 k를 곱해주어(k
Figure 112006020490151-PAT00077
, k
Figure 112006020490151-PAT00078
) 이 각도를 거리로 바꿔주는 것이 좋다. 상기 스케일계수는 위성의 높이(h)와 영상중심 촬영각(
Figure 112006020490151-PAT00079
)에 의해서 k=h/cos(
Figure 112006020490151-PAT00080
)로 정의된다.
전술한 바와 같이 영상의 보조자료는 부정확하기 때문에 상기 센서모델을 이용하여 각 영상좌표(i, j)에 지상좌표
Figure 112006020490151-PAT00081
를 부여하게 되면, 상당한 오차가 있다. 따라서 이 오차를 상쇄하기 위한 요소가 상기 센서모델에 추가되어야 한다.
이와 같이 오차를 상쇄하기 위한 요소가 추가된 LOS벡터 조정모델은 아래의 두 수학식과 같다.
수학식9
Figure 112006020490151-PAT00082
수학식10
Figure 112006020490151-PAT00083
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00084
및
Figure 112006020490151-PAT00085
는 오차보정자료로서, 각각 보조자료인 촬영기구 센서의 촬영각이 갖고 있는 x와 y 방향으로의 오차를 상쇄시키는 값이다.
상기 오차보정자료는 영상의 라인수(i)와 라인당 픽셀수(j)에 의해서 결정되며, 이들은 아래와 같이 표현될 수 있다.
수학식11
Figure 112006020490151-PAT00086
수학식12
Figure 112006020490151-PAT00087
여기서,
Figure 112006020490151-PAT00088
,
Figure 112006020490151-PAT00089
,
Figure 112006020490151-PAT00090
,
Figure 112006020490151-PAT00091
,
Figure 112006020490151-PAT00092
,
Figure 112006020490151-PAT00093
은 지상기준점에 의해 보정되는 LOS벡터의 계수이다.
이하에서는 본 발명의 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 방법의 절차 흐름도를 도시한 도3을 참조하여 설명한다.
우선, (a) 지표면을 촬영한 영상과, 이 영상에 대한 보조자료를 취득한다.
상기 영상과 보조자료는 비행기나 인공위성 등의 촬영기구를 통해 얻는다. 여기서 보조자료는 영상을 촬영한 촬영기구의 위치정보, 촬영기구의 속도정보, 영상의 중심라인촬영시간, 영상의 라인당 촬영시간, 촬영기구의 자세정보(요, 피치 및 롤) 및 X, Y 방향으로의 촬영각, 렌즈의 왜곡 등에 대한 정보이다.
(a)단계를 수행한 후에는, (b) 지상기준점을 선정하고 이 지상기준점의 지상좌표
Figure 112006020490151-PAT00094
와 이 지상좌표에 매칭되는 영상의 영상좌표(i,j) 취득한다.
지상기준점의 선정은 영상에서 쉽게 확인이 가능하도록 교량, 건물 등을 선정하는 것이 바람직하다. 지상기준점에 대한 지상좌표는 현장에서 GPS측량을 통해 얻거나, 수치표고자료를 통해 취득하고, 이 지상좌표에 매칭되는 영상좌표는 작업자가 영상을 확인하여 직접 취득한다.
이때, 지상좌표에 매칭되는 영상좌표의 취득을 위해 상기 센서모델(수학식7,8)을 이용하는 것이 좋다. 영상은 상당히 넓은 지역을 포함하고 있으므로 작업자가 지상기준점에 대응하는 영상좌표를 어떠한 정보도 없이 영상에서 찾는다는 것은 쉬운 일이 아니다. 그래서 지상기준점에 대한 지상좌표를 상기 센서모델에 대입하여 센서모델에 의한 영상좌표를 구하고, 영상에서 이 센서모델에 의한 영상좌표 주의를 검색하면, 지상좌표에 매칭되는 영상좌표의 취득이 수월해진다.
(b)단계를 수행한 후에는, (c) 상기 보조자료와 상기 지상좌표 및 영상좌표를 이용하여 영상을 촬영한 촬영기구 센서의 LOS벡터를 조정함으로써 오차보정자료
Figure 112006020490151-PAT00095
및
Figure 112006020490151-PAT00096
를 취득한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 지상기준점에 대한 지상좌표 및 영상좌표, 그리고 영상의 보조자료를 상기 수학식9,10에 대입하면 미지수는
Figure 112006020490151-PAT00097
및
Figure 112006020490151-PAT00098
가 되고, 상기
Figure 112006020490151-PAT00099
및
Figure 112006020490151-PAT00100
는 상기 수학식11,12에서 보는 바와 같이 영상좌표 (i, j)에 대한 함수이므로 미지수는 LOS벡터의 계수인
Figure 112006020490151-PAT00101
,
Figure 112006020490151-PAT00102
,
Figure 112006020490151-PAT00103
,
Figure 112006020490151-PAT00104
,
Figure 112006020490151-PAT00105
,
Figure 112006020490151-PAT00106
가 된다. 결국 이들 LOS벡터의 계수가 결정되면 오차보정자료는 취득되는 것이다.
지상기준점이 1개이면, i와 j의 0차항까지(즉,
Figure 112006020490151-PAT00107
,
Figure 112006020490151-PAT00108
) 계산되고, 지상기준점이 2개이면 i와 j의 1차항까지(즉,
Figure 112006020490151-PAT00109
Figure 112006020490151-PAT00110
Figure 112006020490151-PAT00111
Figure 112006020490151-PAT00112
Figure 112006020490151-PAT00113
Figure 112006020490151-PAT00114
)계산되고, 지상기준점이 n개이면 i와 j의 n-1차항까지 계산되어
Figure 112006020490151-PAT00115
및
Figure 112006020490151-PAT00116
가 구해진다.
여기서
Figure 112006020490151-PAT00117
및
Figure 112006020490151-PAT00118
는 i와 j의 1차항까지(즉, 지상기준점 2개) 계산되는 것이 바람직하다. 실험결과 0차항까지 계산하는 경우에는 오차가 많이 발생하였으며, 2차항 이상 계산하는 경우 계산과정이 복잡하고 과보정되는 오류가 발생하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이 오차보정자료
Figure 112006020490151-PAT00119
및
Figure 112006020490151-PAT00120
는 상기 수학식9,10,11,12을 이용하여 구해지는데, 그 계수 값은 공학분야에서 많이 사용되는 정규방정식을 이용하여 구한다. 정규방정식에 의한 계산과정은 일반적인 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
(c)단계를 수행한 후에는, (d) 영상의 보조자료와 오차보정자료를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 지상좌표를 부여함으로서 영상의 왜곡을 보정하는 외부표정을 수행한다.
보조자료, 오차보정자료 및 영상좌표를 상기 수학식9,10에 대입하여 지상좌 표
Figure 112006020490151-PAT00121
를 구하게 되는데, 방정식은 2개이고 미지수는 3개이다. 따라서 지표면을 촬영한 영상 하나만으로는 지상좌표를 계산할 수 없고, 동일한 지표면을 촬영한 또 다른 영상이 더 필요하다. 그러면 첫 번째 영상에서 방정식 2개, 두 번째 영상에서 방정식이 2개 구해지므로 지상좌표를 계산할 있게 된다.
이와 같이 (d)단계를 거치면 영상은 지상좌표에 대한 정보를 갖게 된다. 그리하여 이를 기초로 3차원 영상의 제작이 가능하고, 픽셀의 위치를 재구성하여 정사영상의 제작이 가능하고, 수치지형도, 수치표고자료 등의 제작이 가능하게 된다.
그리고 참고로, 촬영기구의 자세를 조정하면 외적으로는 센서의 촬영각을 조정한 것과 비슷한 결과를 가져온다. 그러나 촬영기구의 자세를 조정하는 경우,
그 계산과정이 상당히 복잡해져 지상좌표의 추출에 시간이 많이 소요되고,
시간(t)에 대한 함수로 즉, 라인방향(i 또는 y 방향)의 함수로 픽셀방향(j 또는 x 방향)의 오차를 효과적으로 보정하지 못한다.
이하에서는 본 발명의 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 장치를 블록도로 도시한 도4를 참조하여 설명한다.
영상의 기하보정을 수작업으로 행한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 그래서 컴퓨터와 같은 장치를 이용하여 기하를 보정하게 된다. 본 발명의 기하보정 장 치는 이를 위한 것이다.
도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 기하보정 장치는 영상정보 추출수단(10), 지상기준점 추출수단(20), 오차보정자료 추출수단(30), 그리고 외부표정 연산수단(50)과 센서모델 연산수단(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 영상정보 추출수단(10)은 입력된 영상의 보조자료로부터 기하왜곡 보정에 필요한 정보인 촬영기구의 위치, 속도, 자세, 그리고 촬영기구 센서의 LOS벡터를 추출한다.
상기 지상기준점 추출수단(20)은 다수의 지상기준점에 대한 지상좌표 및 영상좌표를 입력받고 이를 저장한다. 이 지상좌표 및 영상좌표는 작업자가 입력하게 된다.
상기 센서모델 연산수단(40)은 작업자가 지상좌표에 매칭되는 영상좌표를 쉽게 찾을 수 있도록 하기 위한 것이다. 영상좌표는 작업자가 영상을 보고 찾게 되는데, 광범위한 지역을 촬영한 영상에서 지상기준점에 해당하는 어느 한 점을 찾는 다는 것은 그리 쉬운 일이 아니다. 그래서 센서모델 연산수단(40)은 영상정보 추출수단으로부터 데이터를 제공받고 지상기준점 추출수단으로부터 지상좌표를 제공받아 연산하여 영상좌표 구한다. 이 센서모델에 따른 영상좌표는 오차가 있으나 정확한 영상좌표에 근접한다. 따라서 작업자는 영상에서 센서모델에 의해 연산된 영상좌표 주의를 탐색하여 정확한 영상좌표를 쉽게 찾게 된다.
상기 오차정보 추출수단(30)은 상기 영상정보 추출수단(10) 및 상기 지상기준점 추출수단(20)으로부터 데이터를 제공받아 촬영기구 센서의 LOS벡터 조정에 따 른 오차보정자료
Figure 112006020490151-PAT00122
및
Figure 112006020490151-PAT00123
를 생성한다.
상기 외부표정 연산수단(50)은 상기 영상정보 추출수단(10) 및 오차보정자료 추출수단(30)으로부터 데이터를 제공받고, 이를 LOS벡터 조정모델인 상기 수학식9,10에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 대한 지상좌표를 연산한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 지상좌표의 추출을 위한 계산과정을 보다 단순화 하여 기하보정을 위한 비용 및 시간을 절약할 수 있으며, 추출된 지상좌표의 정확도를 획기적으로 높였다. 그리하여 정사영상, 영상지도, 수치지형도 및 수치표고자료 제작의 작업공정 등이 단순화되어 작업시간의 단축 등의 효과를 가져온다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 단계와 구성요소를 갖는 LOS벡터 조정을 통한 영상의 기하보정 방법 및 그 장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. (a) 지표면을 촬영한 영상과, 이 영상에 대한 보조자료를 취득하는 단계;
    (b) 지상기준점의 지상좌표
    Figure 112006020490151-PAT00124
    와, 이 지상좌표에 매칭되는 영상의 영상좌표(i,j)를 취득하는 단계;
    (c) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (b)단계의 지상좌표 및 영상좌표를 이용하여 영상을 촬영한 촬영기구 센서의 LOS벡터를 조정함으로써 오차보정자료를 취득하는 단계;
    (d) 상기 (a)단계의 보조자료와 상기 (c)단계의 오차보정자료를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 지상좌표를 부여함으로서 영상의 왜곡을 보정하는 외부표정을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어진 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계의 지상좌표에 매칭되는 영상좌표의 취득은 하기의 수학식7,8로 표현되는 센서모델을 이용하여 취득되는 센서모델에 의한 영상좌표를 활용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법으로,
    상기 수학식7은
    Figure 112006020490151-PAT00125
    이고,
    상기 수학식8은
    Figure 112006020490151-PAT00126
    로서,
    여기서,
    Figure 112006020490151-PAT00127
    및
    Figure 112006020490151-PAT00128
    는 보조자료 중 센서의 촬영각(즉, LOS벡터)이고,
    Figure 112006020490151-PAT00129
    및
    Figure 112006020490151-PAT00130
    는 보조자료 중 촬영기구의 위치, 속도 및 자세에 의하여 구해지는 센서의 촬영각이다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 LOS벡터 조정모델은 하기의 수학식9 및 수학식10인 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법으로,
    상기 수학식9는
    Figure 112006020490151-PAT00131
    이고,
    상기 수학식10은
    Figure 112006020490151-PAT00132
    로서,
    여기서,
    Figure 112006020490151-PAT00133
    및
    Figure 112006020490151-PAT00134
    는 x 및 y 방향의 오차보정자료이다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오차보정자료는 하기의 수학식11및 수학식12에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법으로,
    상기 수학식11는
    Figure 112006020490151-PAT00135
    이고,
    상기 수학식12는
    Figure 112006020490151-PAT00136
    로서,
    여기서,
    Figure 112006020490151-PAT00137
    ,
    Figure 112006020490151-PAT00138
    ,
    Figure 112006020490151-PAT00139
    ,
    Figure 112006020490151-PAT00140
    ,
    Figure 112006020490151-PAT00141
    ,
    Figure 112006020490151-PAT00142
    은 지상기준점에 의해 보정되는 LOS벡터의 계수이고, i는 영상의 라인이고, j는 영상의 픽셀이다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오차보정자료는 i와 j의 1차항까지 계산된 값인 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법.
  6. 지표면을 촬영한 영상의 보조자료로부터 촬영기구의 위치, 속도, 자세 및 센서의 LOS벡터에 대한 정보를 추출하는 영상정보 추출수단;
    지상기준점에 대한 지상좌표와 이에 매칭되는 영상좌표를 입력받고 이를 저장하는 지상기준점 추출수단;
    상기 영상정보 추출수단 및 상기 지상기준점 추출수단으로부터 데이터를 제공받아 센서의 LOS벡터 조정에 따른 오차보정자료를 생성하는 오차보정자료 추출수단;
    상기 영상정보 추출수단 및 오차보정자료 추출수단으로부터 데이터를 제공받고 이를 LOS벡터 조정모델에 적용하여 영상의 각 영상좌표에 대한 지상좌표를 연 산하는 외부표정 연산수단;을 포함하여 이루어진 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    지상좌표에 매칭되는 영상좌표를 신속하게 찾을 수 있도록 하기 위한 것으로,
    상기 영상정보 추출수단으로부터 데이터를 제공받고, 지상기준점 추출수단으로부터 지상좌표를 입력받아 센서모델에 따른 영상좌표를 연산하는 센서모델 연산수단;을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 외부표정 연산수단에 사용되는 LOS벡터 조정모델 상기 제3항에 기재된 수학식9 및 수학식10 인 것을 특징으로 하는 LOS벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 장치.
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