KR20090003787A - 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보추출 방법, 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체 및공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보추출 시스템 - Google Patents

공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보추출 방법, 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체 및공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보추출 시스템 Download PDF

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Abstract

간단하고 용이하게 개체의 3차원 정보를 추출할 수 있는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법, 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체 및 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템이 개시된다. 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하고, 추가 데이터에서 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출한 후 사진좌표 및 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을(collinearity condition equation)을 이용하여 제1 개체의 수직절대좌표를 추출한다. 따라서, 한 장의 항공사진으로 개체의 3차원 정보를 간단하고 용이하게 추출할 수 있다.
항공사진, 공선, 공선조건식, 정사영상, 수치지도, 수치표고모델, 표정요소

Description

공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법, 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체 및 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템{Method for measuring 3D information of object in single image using collinearity condition equation, Recorded Medium for performing the same and System for measuring 3D information of object in single image using collinearity condition equation}
본 발명은 수치도화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공선조건식을 이용하여 한 장의 항공사진으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법, 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체 및 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 항공사진에서 건물의 3차원 정보를 추출하기 위해서는 상기 건물을 포함하는 동일한 지역을 다른 위치에서 촬영한 또 하나의 항공사진이 필요하다. 즉, 사진측량의 원리를 이용하여 동일 지역을 다른 위치에서 촬영한 중복된 두 장의 항공사진을 마련하고, 상기 두 장의 항공사진에 포함된 소정지역의 건물을 입체 시로 관측함으로써 건물에 대한 3차원 정보를 추출한다.
상기와 같이 종래의 항공사진에서 3차원 정보를 추출하는 방법에서는 두 장의 중복된 항공사진에 기초하여 건물의 3차원 정보를 추출하기 때문에 동일 지역을 촬영한 두 장의 항공사진이 필요하고, 상기 두 장의 항공사진을 입체 영상으로 보기 위한 입체시 장비 및 숙련된 전문 도화사가 필요하게 되어 항공사진 구입 및 입체시 장비를 구축하기 위한 비용이 과다하게 지출되는 단점이 있다. 또한, 종래의 3차원 정보 추출 방법에서는 숙련된 도화사에 의해 작업이 수행되기 때문에 작업 과정이 복잡하고 작업 시간이 증가하게 되어 작업 효율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 항공사진으로부터 간단하고 용이하게 개체의 3차원 정보를 추출할 수 있는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법을 수행하는 기록매체를 제공하는 것이다.또한, 본 발명의 제3 목적은 항공사진으로부터 간단하고 용이하게 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출할 수 있는 공선조건식을 이용한 개체의 3차원 정보 추출 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법은, 항공사진에서 선 정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계와, 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계 및 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을(collinearity condition equation)을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계를 포함한다. 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계는, 상기 항공사진에서 제1 개체을 선정하는 단계 및 상기 선정된 제1 개체의 소정의 모서리의 상단 및 하단의 사진좌표를 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는, 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 정사영상에서 검색하는 단계 및 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 정사영상에서 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는, 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 수치지도에서 검색하는 단계 및 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치지도에서 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는, 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 수치표고모델에서 검색하는 단계 및 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치표고모델에 광선추적법을 적용하여 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계는, 상기 공선조건식을 수직 절대좌표를 미지수로 하여 선형화하고 관측방정식으로 정리한 식에 상기 사진좌표, 상기 수평절대좌표 및 표정요소를 적용하여 추출할 수 있다. 상기 공선조건식을 이용한 제1 개체의 3차원 정보 추출 방법은 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체의 외곽선을 추출하는 단계 및 상기 외곽선 및 상기 수직절대좌표에 기초하여 3차원 정보를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체는, 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계와 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계 및 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계를 수행하는 프로그램을 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템은, 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하고, 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 영상처리모듈 및 영상처리모듈로부터 제공된 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하고 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 수직절대좌표 연산 모듈을 포함한다. 상기 영상처리모듈은 상기 제1 개체의 소정의 모서리의 상단 및 하단의 사진좌표를 추출하고, 정사영상에서 상기 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 검색한 후, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 정사영상에서 추출할 수 있 다. 상기 공선조건식을 이용한 개체의 3차원 정보 추출 시스템은, 상기 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 수치지도에서 검색하고, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치지도에서 추출하는 벡터 처리 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 공선조건식을 이용한 개체의 3차원 정보 추출 시스템은, 상기 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 수치표고모델에서 검색하고, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 광선추적법을 적용하여 상기 검색된 수치표고모델에서 추출하는 수치표고모델 처리 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 수직절대좌표 연산 모듈은 상기 공선조건식을 수직절대좌표를 미지수로 하여 선형화하고 관측방정식으로 정리한 식에 상기 사진좌표, 상기 수평절대좌표 및 표정요소를 적용하여 추출할 수 있다.
상기와 같은 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법 및 시스템에 따르면, 한 장의 항공사진에서 선정된 개체의 모서리의 사진좌표에 대응되는 수평절대좌표를 정사영상, 수치지도 또는 수치표고모델에서 획득하고, 획득한 상기 사진좌표 및 수평절대좌표를 공선조건식에 적용하여 상기 항공사진에서 선정된 개체의 수직절대좌표를 획득한다.
따라서, 한 장의 항공사진으로 개체의 3차원 정보를 추출할 수 있고, 이로 인해 항공사진 구입비용을 절감할 수 있다. 또한, 한 장의 항공사진으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하기 때문에 입체시 장비가 필요하지 않고 숙련된 도화사가 아니더라도 용이하게 개체의 3차원 정보를 추출할 수 있다. 또한, 적은 비용으로 간단하고 용이하게 3차원 공간 정보를 구축할 수 있고, 3차원 공간 정보 구축의 작업 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예들에서는 공선조건식(Collinearity Condition Equation)을 이용하여 한 장의 항공사진에서 개체의 3차원 정보를 추출하는 것을 예를 들어 설명한다. 여기서, 개체는 상기 항공사진에 포함된 지형 및 지물 등이 될 수 있고, 본 발명의 실시예들에서는 3차원 정보를 추출하기 위한 개체의 예로서 항공사진에 포함된 소정의 건물을 예를 들어 설명한다.
공간상의 임의의 대상점과 그에 대응하는 사진의 대응점 및 센서의 투영중심이 동일한 직선상에 존재하는 조건을 공선조건(Collinearity Condition)이라 하고, 공선조건에 의해 수립되는 사진 좌표와 대상점 좌표, 투영중심 좌표 사이의 관계식을 공선조건식(Collinearity Condition Equation)이라 한다.
공선조건식은 항공사진측량에서 가장 기본적으로 적용되는 기하학적 관계를 규정한 것으로 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112007048659924-PAT00001
상기 수학식 1에서, x, y는 항공사진에 포함된 개체(예를 들면, 건물)의 사진 좌표이며, f는 카메라의 초점거리를 나타낸다. 또한, XL, YL, ZL은 항공사진 촬영당시의 투영중심의 지상좌표를 나타낸다. X, Y, Z는 대상 개체의 지상좌표이며, m11 내지 m33은 촬영당시의 카메라의 각 방향에 대한 회전각(ω, φ, κ)에 의한 회전행렬로 각각의 요소들은 수학식 2와 같다.
Figure 112007048659924-PAT00002
본 발명의 실시예들에서는 한 장의 항공사진 및 추가 데이터에 기초하여 항공사진에 포함된 소정 개체의 고도 즉, 수직절대좌표(Z)를 추출한다. 즉, 항공사진에서 선정된 소정 개체의 사진좌표(x, y) 및 표정요소(XL, YL, ZL, ω, φ, κ) 그리고, 추가 데이터(예를 들면, 정사영상, 수치지도 또는 수치표고모델)에서 관측된 수평절대좌표(X, Y)를 공선조건식에 적용하여 상기 항공사진에서 선정된 소정 개체의 수직절대좌표(Z)를 구한다.
상기와 같이 공선조건식을 이용한 소정 개체의 수직절대좌표(Z)의 추출을 위해 비선형 특성을 가지는 공선조건식(즉, 수학식 1)을 테일러 급수를 통해 선형화한 후 최소제곱법을 이용한다.
먼저, 공선조건식의 기본식인 수학식 1의 각 식을 F, G로 치환하여 수학식 3과 같이 정리한다.
Figure 112007048659924-PAT00003
상기 수학식 3에서 항공사진에서 선정된 소정 개체의 사진좌표(x, y), 카메라의 초점거리(f), 외부표정요소(즉, 투영중심의 지상좌표(XL, YL, ZL) 및 회전각(ω, φ, κ))는 알 수 있기 때문에 수직절대좌표(Z)를 미지변수로 하여 1차 미분항만으로 정리하면, 수학식 4와 같이 최소제곱법 적용을 위한 관측방정식을 얻을 수 있다.
Figure 112007048659924-PAT00004
상기 수학식 4에서 vx 및 vy는 관측방정식의 잔차이고, 상기 관측방정식에 대해 최소제곱법을 적용하여 구한 해가 항공사진에서 선정된 소정 개체에 대한 수직절대좌표(Z)가 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템은 데이터 입력 관리 모듈(110), 영상 처리 모듈(120), 수직절대좌표 연산 모듈(130), 벡터 처리 모듈(140), 수치표고모델 처리 모듈(150) 및 3차원 개체정보 생성 모듈(160)을 포함한다.
데이터 입력 관리 모듈(110)은 단일 항공사진으로부터 공선조건식을 이용하여 3차원 정보를 추출하는 과정에서 필요한 항공사진, 표정요소 및 추가 데이터 등과 같은 다양한 데이터의 입력을 위한 사용자 인터페이스를 제공하고, 사용자로부터 상기 사용자 인터페이스를 통해 제공된 데이터를 저장 및 설정하고, 3차원 정보의 추출과정에서 데이터의 추가 및 삭제 등과 같은 데이터의 목록을 관리한다.
영상 처리 모듈(120)은 데이터 입력 관리 모듈(110)로부터 항공사진 및 추가 데이터(예를 들면, 정사영상, 수치지도 및 수치표고모델)를 제공받고, 제공된 항공사진 및 추가 데이터에서 선정된 개체의 좌표 추출 등의 작업을 수행한다. 예를 들어, 영상 처리 모듈(120)은 사용자가 항공사진에서 소정 개체의 모서리를 선정하면 선정된 모서리에 상응하는 사진좌표를 추출한다.
또한, 영상 처리 모듈(120)은 사용자의 명령 및/또는 기설정된 방법에 따라 자동으로 디스플레이장치(예를 들면, 모니터, 미도시)에 표시되는 영상을 강조함으로써 영상의 밝기를 향상시키거나, 영상의 기하학적 변환 등과 같은 처리를 수행하여 사용자가 용이하게 3차원 정보 추출 작업을 수행할 수 있도록 한다.
수직절대좌표 연산 모듈(130)은 표정요소를 공선조건식의 매개 변수로 이용하고, 항공사진에서 추출된 사진좌표와 추가 데이터에서 획득한 수평절대좌표를 공선조건식에 적용하여 건물의 3차원 정보 즉, 수직절대좌표를 연산한다. 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 수학식 4를 이용하여 상기 수직절대좌표를 연산한다.
벡터 처리 모듈(140)은 추가 데이터로 입력한 수치지도의 관리 및 처리를 위한 모듈로서 수치지도 데이터의 레이어 관리, 화면 출력, 저장 등의 기능을 수행한다.
예를 들어, 벡터 처리 모듈(140)은 항공사진에서 선정된 개체와 동일한 개체의 폴리곤을 수치지도에서 검색하고, 항공사진에서 선정된 개체와 동일한 개체 폴리곤을 가지는 수치지도에서 항공사진에서 선정된 개체의 모서리와 동일한 모서리의 수평절대좌표를 추출한다.
수치표고모델 처리 모듈(150)은 추가 데이터로 입력한 수치표고모델(DEM: Digital Elevation Model)의 데이터 관리 및 처리를 수행하는 모듈로서 수치표고 모델의 좌표 추출, 화면 출력 저장 등의 기능을 수행한다.
예를 들어, 수치표고모델 처리 모듈(150)은 사용자가 항공사진에서 선정한 개체에 상응하는 수치표고모델을 검색한 후, 검색된 수치표고모델에 광선추적법(Ray-Tracing Method)을 적용하여 항공사진에서 선정된 개체의 모서리 하단의 지형에 해당하는 수평절대좌표를 수치표고모델로부터 추출한다.
3차원 개체정보 생성 모듈(160)은 소정의 개체에 대해 추출한 건물의 3차원 정보를 사용자가 원하는 데이터 형태로 저장하거나 화면으로 출력하는 기능을 수행한다.
상기 데이터 입력 관리 모듈(110), 영상 처리 모듈(120), 수직절대좌표 연산 모듈(130), 벡터 처리 모듈(140), 수치표고모델 처리 모듈(150) 및 3차원 개체정보 생성 모듈(160)은 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있고, 일반적인 컴퓨터에 설 치되어 컴퓨터를 통해 실행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이고, 도 5는 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 3차원 정보 추출 과정에서는 한 장의 항공사진(230)과 추가 데이터로 정사영상(240)을 사용하는 경우를 나타낸다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 먼저 공선조건식을 이용하여 항공사진에서 개체의 3차원 정보를 추출하기 위하여 한 장의 항공사진, 표정요소 및 추가 데이터를 입력한다(단계 201).
여기서, 상기 추가 데이터는 상기 항공사진(230)에 포함된 지형 및/또는 지물이 포함되고 상기 지형 및/또는 지물에 상응하는 실제 수평좌표를 포함하는 정사영상(240)이다. 상기 표정요소는 내부표정요소 및 외부표정요소를 포함하며 항공사진에 대한 전처리 과정을 통해 획득하거나 표정요소가 미리 저장된 데이터베이스로부터 독출하여 획득할 수 있다. 상기 내부표정요소는 항공사진의 촬영에 이용된 카메라의 내부 왜곡이나 렌즈 왜곡, 보정값 등을 나타내는 파라미터로써 고정된 값을 가진다. 상기 외부표정요소는 투영중심의 지상좌표(XL, YL, ZL) 및 각 방향에 대한 회전각(ω, φ, κ)을 의미한다.
상기 항공사진(230), 표정요소 및 정사영상(240)의 입력은 도 3에 도시된 바와 같이 데이터 입력 관리 모듈(110)이 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 입력할 수 있고, 입력된 항공사진(230), 표정요소 및 정사영상(240)은 저장장치(미도시)에 저장될 수 있고, 개체의 3차원 정보 추출을 위해 해당 처리 모듈에 제공될 수 있다.
이후, 영상 처리 모듈(120)은 데이터 관리 입력 모듈로부터 상기 항공사진(230)을 제공받고, 상기 항공사진(230)에서 3차원 정보를 추출하고자 하는 소정의 개체(231)가 사용자에 의해 선정되면, 도 4에 도시된 바와 같이 선정된 개체(231)의 소정의 옆면 모서리의 하단 사진좌표(x1, y1) 및 상단 사진좌표(x2, y2)를 추출한다(단계 203). 여기서, 상기 소정의 개체(231)는 상기 항공사진(230)에 포함된 소정의 건물이 될 수 있다.
다음으로, 영상 처리 모듈(120)은 사용자가 항공사진(230)에서 선정한 개체(231)와 동일한 개체(241)를 정사영상(240)에서 검색한 후, 항공사진(230)에서 추출한 개체의 모서리 하단의 사진좌표(x1, y1)에 상응하는 위치의 수평절대좌표(X1, Y1)를 정사영상(240)에서 추출한다(단계 205).
이후, 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 영상 처리 모듈(120)로부터 제공된 사진좌표(즉, (x1, y1) 및 (x2, y2)) 및 수평절대좌표(X1, Y1)에 기초하여 항공사진(230)에서 선정된 개체(231)의 수직절대좌표을 구한다(단계 207). 여기서, 수 직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 수학식 4를 이용하여 상기 수직절대좌표을 구할 수 있다.
여기서, 상기 수평절대좌표는 상기 개체(231 및 241)의 실제 지상좌표 중 수평좌표를 의미하고, 상기 수직절대좌표는 상기 개체(231 및 241)의 실제 지상좌표 중 수직좌표 즉, 상기 개체의 높이를 의미한다.
이후, 영상 처리 모듈(120)은 항공사진(230)과 정사영상(240)을 이용하여 선정된 개체(230)의 지붕의 외곽선을 벡터 폴리곤으로 추출한다(단계 209).
3차원 개체정보 생성 모듈(160)은 영상 처리 모듈(120) 및 수직절대좌표 연산 모듈(130)에서 처리된 결과 즉, 개체(231)의 외곽선 및 수직절대좌표에 기초하여 도 5에 도시된 바와 같이 개체(231)에 대한 3차원 정보를 추출하고, 추출된 정보를 수치화하여 저장한다(단계 211).
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이고, 도 7은 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다. 또한, 도 8는 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이고, 도 9는 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
도 6 내지 도 9에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정에서는 한 장의 항공사진(330)과 추가 데이터로 수치지도(340)를 사용하는 경우를 나타낸다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 먼저 공선조건식을 이용하여 항공사진에서 개체의 3차원 정보를 추출하기 위하여 한 장의 항공사진, 표정요소 및 추가 데이터를 입력한다(단계 301).
여기서, 상기 추가 데이터는 상기 항공사진(330)에 포함된 개체에 상응하는 개체 및/또는 개체 정보가 포함된 수치지도(340)이다. 상기 표정요소는 내부표정요소 및 외부표정요소를 포함하며 항공사진에 대한 전처리 과정을 통해 획득하거나 표정요소가 미리 저장된 데이터베이스로부터 독출하여 획득할 수 있다. 상기 내부표정요소는 항공사진의 촬영에 이용된 카메라의 내부 왜곡이나 렌즈 왜곡, 보정값 등을 나타내는 파라미터로써 고정된 값을 가진다. 상기 외부표정요소는 투영중심의 지상좌표(XL, YL, ZL) 및 각 방향에 대한 회전각(ω, φ, κ)을 의미한다.
상기 항공사진(330), 표정요소 및 수치지도(340)의 입력은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 입력 관리 모듈(110)이 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 입력할 수 있고, 입력된 항공사진(330), 표정요소 및 수치지도(340)는 저장장치(미도시)에 저장될 수 있고, 개체의 3차원 정보를 추출하기 위해 해당 처리 모듈에 제공될 수 있다.
이후, 영상 처리 모듈(120)은 데이터 관리 입력 모듈로부터 상기 항공사진(330)을 제공받고, 상기 항공사진(330)에서 3차원 정보를 추출하고자 하는 소정의 개체(331)가 사용자에 의해 선정되면, 도 8에 도시된 바와 같이 선정된 개체(331)의 옆면 모서리의 하단 사진좌표(x1, y1) 및 상단 사진좌표(x2, y2)를 추출 한다(단계 303). 여기서, 상기 소정의 개체(331)는 상기 항공사진(330)에 포함된 소정의 건물이 될 수 있다.
다음으로, 벡터 처리 모듈(140)은 사용자가 항공사진(330)에서 선정한 개체(331)와 동일한 개체(341)의 폴리곤을 수치지도(340)에서 검색한다. 그리고, 항공사진(330)에서 선정된 개체(331)와 동일한 개체(341) 폴리곤을 가지는 수치지도(340)에서 항공사진(330)의 모서리와 동일한 모서리의 수평절대좌표를 수치지도(340)의 개체 폴리곤으로부터 추출한다(단계 305).
이후, 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 영상 처리 모듈(120)로부터 제공된 사진좌표(즉, (x1, y1) 및 (x2, y2)) 및 수평절대좌표(X1, Y1)에 기초하여 항공사진(330)에서 선정된 개체의 수직절대좌표을 구한다(단계 307). 여기서, 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 수학식 4를 이용하여 상기 수직절대좌표을 구할 수 있다.
이후, 벡터 처리 모듈(140) 및/또는 영상 처리 모듈(120)은 항공사진(330)과 정사영상(340)을 이용하여 선정된 개체(331)의 지붕의 외곽선을 벡터 폴리곤으로 추출한다(단계 309).
3차원 개체정보 생성 모듈(160)은 벡터 처리 모듈(140) 및 수직절대좌표 연산 모듈(130)에서 처리된 결과 즉, 개체(331)의 외곽선 및 수직절대좌표에 기초하여 도 9에 도시된 바와 같이 개체(331)에 대한 3차원 정보를 추출하고, 추출된 정보를 수치화하여 저장한다(단계 311).
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로 부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이고, 도 11은 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다. 또한, 도 12는 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이고, 도 13은 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
도 10 내지 도 13에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정에서는 한 장의 항공사진(430)과 추가 데이터로 수치표고모델을 사용하는 경우를 나타낸다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 먼저 공선조건식을 이용하여 항공사진에서 개체의 3차원 정보를 추출하기 위하여 한 장의 항공사진(430), 표정요소 및 추가 데이터를 입력한다(단계 401).
여기서, 상기 추가 데이터는 상기 항공사진(430)에 포함된 개체에 상응하는 개체 및/또는 개체정보가 포함된 수치표고모델이다. 상기 표정요소는 내부표정요소 및 외부표정요소를 포함하며 항공사진에 대한 전처리 과정을 통해 획득하거나 표정요소가 미리 저장된 데이터베이스로부터 독출하여 획득할 수 있다. 상기 내부표정요소는 항공사진의 촬영에 이용된 카메라의 내부 왜곡이나 렌즈 왜곡, 보정값 등을 나타내는 파라미터로써 고정된 값을 가진다. 상기 외부표정요소는 투영중심의 지상좌표(XL, YL, ZL) 및 각 방향에 대한 회전각(ω, φ, κ)을 의미한다.
상기 항공사진(430), 표정요소 및 수치표고모델의 입력은 도 11에 도시된 바 와 같이 데이터 입력 관리 모듈(110)이 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 입력할 수 있고, 입력된 항공사진(430), 표정요소 및 수치표고모델은 저장장치(미도시)에 저장될 수 있고, 개체의 3차원 정보를 추출하기 위해 해당 처리 모듈에 제공될 수 있다.
이후, 영상 처리 모듈(120)은 데이터 관리 입력 모듈(110)로부터 상기 항공사진(430)을 제공받고, 상기 항공사진(430)에서 3차원 정보를 추출하고자 하는 소정의 개체(431)가 사용자에 의해 선정되면, 도 12에 도시된 바와 같이 선정된 개체(431)의 옆면 모서리의 하단 사진좌표(x1, y1) 및 상단 사진좌표(x2, y2)를 추출한다(단계 403). 여기서, 상기 소정의 개체(431)는 상기 항공사진(430)에 포함된 소정의 건물이 될 수 있다.
다음으로, 수치표고모델 처리 모듈(150)은 사용자가 항공사진(430)에서 선정한 개체(431)에 상응하는 수치표고모델을 검색한 후, 검색된 수치표고모델에 광선추적법(Ray-Tracing Method)을 적용하여 항공사진(430)에서 선정된 개체(431)의 모서리 하단의 지형에 해당하는 수평절대좌표를 수치표고모델로부터 추출한다(단계 405).
여기서, 광선추적법은 공지된 기술에 해당하므로 상세하게 설명하지는 않았으나, 영상의 투영중심과 사진좌표를 잇는 연장선을 수치표고모델에 투영했을 때 사진좌표에 대응되는 지상좌표를 계산하는 방법이다.
이후, 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 영상 처리 모듈(120)로부터 제공된 사진좌표(즉, (x1, y1) 및 (x2, y2)) 및 수평절대좌표(X1, Y1)에 기초하여 항공 사진(430)에서 선정된 개체(431)의 수직절대좌표을 구한다(단계 407). 여기서, 수직절대좌표 연산 모듈(130)은 상기 수학식 4를 이용하여 상기 수직절대좌표을 구할 수 있다.
이후, 벡터 처리 모듈(140) 및/또는 영상 처리 모듈(120)은 항공사진(430)과 수치표고모델을 이용하여 선정된 개체(431)의 지붕의 외곽선을 벡터 폴리곤으로 추출한다(단계 409).
3차원 개체정보 생성 모듈(160)은 수치표고모델 처리 모듈(150) 및 수직절대좌표 연산모듈(130)에서 처리된 결과 즉, 개체(430)의 외곽선 및 수직절대좌표에 기초하여 도 13에 도시된 바와 같이 개체(431)에 대한 3차원 정보를 추출하고, 추출된 정보를 수치화하여 저장한다(단계 411).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다.
도 4는 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이다.
도 5는 도 2에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다.
도 8은 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이다.
도 9는 도 6에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공선조건식을 이용한 단영상으로 부터 개체의 3차원 정보 추출 과정을 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정에서 데이터 입력을 나타내는 사용자 인터페이스 화면이다.
도 12는 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 과정을 나타내는 화면이다.
도 13은 도 10에 도시된 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보를 추출과정에 따라 추출된 결과를 나타내는 화면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 데이터 입력 관리 모듈 120 : 영상 처리 모듈
130 : 수직절대좌표 연산 모듈 140 : 벡터 처리 모듈
150 : 수치표고모델 처리 모듈 160 : 3차원 개체정보 생성 모듈

Claims (13)

  1. 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계;
    추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계; 및
    상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을(collinearity condition equation)을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계를 포함하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계는,
    상기 항공사진에서 제1 개체을 선정하는 단계; 및
    상기 선정된 제1 개체의 소정의 모서리의 상단 및 하단의 사진좌표를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는,
    상기 항공사진에서 선정된 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 정사영상에서 검색하는 단계; 및
    상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 정사영상에서 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는,
    상기 항공사진에서 선정된 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 수치지도에서 검색하는 단계; 및
    상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치지도에서 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계는,
    상기 항공사진에서 선정된 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 수치표고모델에서 검색하는 단계; 및
    상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치표고모델에 광선추적법을 적용하여 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계는,
    상기 공선조건식을 수직절대좌표를 미지수로 하여 선형화하고 관측방정식으로 정리한 식에 상기 사진좌표, 상기 수평절대좌표 및 표정요소를 적용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공선조건식을 이용한 제1 개체의 3차원 정보 추출 방법은
    상기 항공사진에서 선정된 제1 개체의 외곽선을 추출하는 단계; 및
    상기 외곽선 및 상기 수직절대좌표에 기초하여 3차원 정보를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 방법.
  8. 공선조건식을 이용하여 한 장의 항공사진으로부터 개체의 3차원 정보를 추출하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,
    항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하는 단계;
    추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 단계; 및
    상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하여 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 단계를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  9. 항공사진에서 선정된 제1 개체의 사진좌표를 추출하고, 추가 데이터에서 상기 사진좌표에 상응하는 수평절대좌표를 추출하는 영상처리모듈; 및
    영상처리모듈로부터 제공된 상기 사진좌표 및 상기 수평절대좌표에 기초하고 공선조건식을 이용하여 상기 제1 개체의 수직절대좌표를 추출하는 수직절대좌표 연산 모듈을 포함하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 영상처리모듈은
    상기 제1 개체의 소정의 모서리의 상단 및 하단의 사진좌표를 추출하고, 정사영상에서 상기 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 검색한 후, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 정사영상에서 추출하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템은,
    상기 제1 개체와 상응하는 제2 개체를 수치지도에서 검색하고, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 상기 검색된 수치지도에서 추출하는 벡터 처리 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템은,
    상기 제1 개체에 상응하는 제2 개체를 수치표고모델에서 검색하고, 상기 제2 개체에서 상기 제1 개체의 모서리에 상응하는 위치의 수평절대좌표를 광선추적법을 적용하여 상기 검색된 수치표고모델에서 추출하는 수치표고모델 처리 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 수직절대좌표 연산 모듈은
    상기 공선조건식을 수직절대좌표를 미지수로 하여 선형화하고 관측방정식으로 정리한 식에 상기 사진좌표, 상기 수평절대좌표 및 표정요소를 적용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 공선조건식을 이용한 단영상으로부터 개체의 3차원 정보 추출 시스템.
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