KR20110046574A - 지구관측위성 영상의 압축 - Google Patents

지구관측위성 영상의 압축 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성 영상을 취득, 압축, 전송하는 방법에 관한 것으로서, (101) 영상이 취득되고, (102) 취득된 영상 내의 자연물을 인식함으로써 전처리된 영상의 특징값을 출력하고 상기 자연물을 표준화된 객체로 교체하는 영상 전처리 단계에 의해 상기 영상을 처리하고, (103) 상기 특징값을 참조표(참조표의 각 값은 영상압축 알고리즘에 연계되어 있음)와 비교하고, (104) 상기 특징값에 연계된 상기 압축 알고리즘을 이용하여 상기 전처리된 영상을 압축하고, (105) 전송수단을 이용하여 상기 압축된 영상을 원격지의 영상수신 장치로 전송한다.

Description

지구관측위성 영상의 압축{COMPRESSION OF EARTH OBSERVATION SATELLITE IMAGES}
본 발명은 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 위성체(특히, 저궤도 위성)에 적용되는 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법에 관한 것이다.
지구의 체계적인 영상을 취득하는 지구관측위성(특히, 저궤도 위성)은 비교적 짧은 시간동안에 많은 수의 다양한 영상을 취득할 수 있다. 이러한 다양한 영상은, 구체적으로, 이들 인공위성이 그 궤도를 돌면서 지구상의 다양한 영역(그 중에서도 특히, 바다, 사막, 도시, 삼림, 극지방 등)을 지나가기 때문에 가능하다. 한 군데의 특정 영역만을 취득하기 위해 위성체에 설치되는 장치들이 현존한다. 예를 들어 바다 색상을 측정하기 위한 ENVISAT 위성에 설치되는 MERIS 장치를 들 수 있다. 이 장치의 목적 관측대상에 해당되지 않는 잉여 영역에 대해서 위성에 탑재된 데이터취득 장치(구체적으로, 영상취득 장치)가 영상을 취득하지 말아야 하는 기간을 결정하는 수단을 위성에 탑재하는 기술이 공지되어 있다. 더불어, 이 기술에 따르면, 대역폭을 제한할 수 있고 자원을 불필요하게 사용하지 않도록 할 수 있다. 각 장치에 대해서, 이러한 무관측 기간은 일반적으로, 관측되지 않아야 할 영역의 좌표로써 정의된다. 장치의 목표 대상에 따라 다르지만, 이러한 제외 영역은 바다, 삼림, 도시, 극지방 등이 될 수 있다. 더욱이, 가시광선대에서 동작하는 장치에 있어서 이러한 제외 영역에 야간관측이 포함될 수 있다. 왜냐하면, 위성의 회전 궤도 중 일부에서는 야간 영역이 되고 이에 대해서는 영상 취득이 관심 사항이 아니기 때문이다.
따라서, 이러한 공지 방법에 있어서,
- 잉여 영역을 식별하는 수단이 잉여 영역의 영상을 취득해야 할지 여부를 결정하고,
- 이 잉여 영역의 영상을 취득하여야 한다고 상기 식별수단이 판단한 경우에는 이 영역에 대한 영상을 취득하고,
- 이 영상이 영상압축 수단에 의해 압축되고,
- 압축된 영상이 원격지의 영상 수신 장치로 전송된다.
잉여 영역을 식별하는 수단은 소정 개소의 지역을 제외할 수 있다. 소정의 지역을 제외하는 기술은 장치가 취득한 데이터를 지상으로 전송하는데 필요한 대역폭을 제한하기 위한 조치의 핵심을 이룬다. 이러한 대역폭 제한은 또한, 실제 취득한 영상을 지상으로 전송하기 전에 영상을 압축함으로써 얻어진다. 이러한 영상 압축은 아주 다양한 압축 알고리즘(특히 말하자면, JPEG, JPEG2000 형태의 알고리즘 등)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명자들은 이러한 종래기술의 단점이, 한편으로는 지구상의 소정 영역이 관심대상일 수 있음에도 불구하고 완전히 누락된다는 사실에 있으며, 다른 한편으로는, 압축 알고리즘이 취득 영상에는 적용되지 않는다는 사실에 있다고 판단하였다. 이러한 경우는 예를 들어 바다의 경우를 들 수 있다. 이러한 바다 영역에도 적정하고 유용한 데이터들(가령, 선박, 유전 등)이 있을 수 있음에도 불구하고 인간 활동의 영역을 관측하는 프로토콜에서는 일반적으로 제외되고 있다.
또한, 제외 대상 지역을 결정하는 것은, 특히 위성 궤도에 지구의 자전이 포함되는 저궤도 위성의 경우에는 상대적으로 복잡한 과제가 된다. 더욱이, 위싱과 지속적으로 기상 데이터 통신이 이루어지지 않는다면 기상 상태를 위성이 알 수가 없으므로, 관심대상이 되지 않는 구름 영상을 취득해서 전송해야 할 경우도 생긴다.
더욱이, 공지의 압축방법에 의한 영상압축의 품질은 압축대상 영상에 의존한다. 구체적으로, 본 발명자들은 대도시 영상을 압축하는데 효과적인 알고리즘이 열대 삼림 영상을 압축하는데는 적절치 않다고 판단하였다.
미국특허 US6031939에는, 압축 조건을 자동으로 선택하여 영상 압축을 최적화하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서, 다수의 압축 알고리즘을 압축대상 영상 또는 테스트 영상에 관련하여 평가한다. 그리고 각 알고리즘의 평가 후에, 사용자의 목적을 나타내며 사용자에 의해 선택된 파라미터에 근거하여 사용해야 할 알고리즘을 자동으로 결정한다. 다양한 알고리즘을 동일한 영상의 다른 부분에 적용할 수 있다. 이와 유사하게, 공개 자료 XP004011783 "위성영상의 무손실 영상데이터 압축을 최대화하는 적응 기술(An adaptive technique to maximize lossless image data compression of satellite images)"에는 영상의 기술적 파라미터(무질서도(엔트로피), 질감, 패턴의 규칙성 등)를 분석하는 것만으로 위성 영상의 무손실 압축을 수행하는 기술이 공개되어 있다. 영상의 서로 다른 영역의 다양한 무질서도에 따라서 다양한 코딩 기술이 적용된다. 그러나 이러한 방법에서는, 영상의 순수한 기술적 분석(휘도, 질감, 대비(콘트라스트) 등)만에 의존하기 때문에 그 압축 성능에는 한계가 있다.
따라서 대역폭의 축소율을 한층 더 올려서(즉, 우수한 압축 성능을 갖도록 하여) 전송하기 위해서, 지구상의 어떠한 영역의 영상이라도 취득할 수 있으며 관측 대상의 유형에 따른 영상 압축을 수행할 수 있는, 지구관측영상 취득, 압축, 전송 방법에 대한 진정한 요구가 있다.
본 발명의 목적은, 공간 시스템에 통합되는 호환성을 갖는 방법을 제공하는 것으로서, 특히, 단순하고 표준적인 디지털 처리 자원에 의해서 신속하게 적용가능하다.
본 발명의 목적은 또한, 전송되는 정보량은 동등하면서도 사용 대역폭을 줄일 수 있는, 위성체에 적용된 상기 지구관측영상 취득, 압축, 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 동등한 대역폭이면서도 종래의 방법보다 많은 정보를 전송할 수 있는, 위성체에 채용된 상기 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 위성에 의해서 취득된 잉여 영역에 적용되는, 지구관측영상의 취득, 압축, 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 위성이 취득한 각 영상에 따라 특정의 압축 방식을 사용하는, 상기 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 야간 이미지(imagery)를 방지하는 특정 주간/야간 프로그램을 위성에서 실행할 필요성이 없는 상기 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 구름이 이미지(imagery)를 가리고 있는지 여부를 판단하기 위하여 기상 예보를 분석하는 특정 프로그램을 위성에 설치할 필요성이 없는 상기 방법에 관한 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명은 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법을 제공한다. 이 방법에 있어서는, 시스템적으로,
- 영상이 위성에 탑재된 장치에 의해서 취득된다.
- 이 영상은 영상 전처리 단계에서 영상처리되어, 전처리된 영상 및 영상의 내용을 나타내는 적어도 하나의 디지털값(영상의 특징값)이 출력된다. 이 전처리 단계는 취득 영상 내에서 소정의 자연물을 인식하는 단계와 이들 자연물을 표준화된 객체로 치환(substitute)하는 단계를 포함한다.
- 상기 특징값을 참조표와 비교한다. 참조표에 있는 각 수치에는 압축 알고리즘이 연계되어 있다.
- 상기 전처리된 영상을 압축하는 압축수단에 상기 특징값에 연계되어 있는 압축 알고리즘을 적용한다.
- 상기 압축된 영상은 전송수단에 의해서 원격지의 영상수신 장치로 전송된다.
본 발명에 따른 방법은 위성에 탑재된 모든 형태의 광학장치로 하여금 잉여 영역의 영상을 시스템적으로 취득하도록 해주지만 이 영상을 원격지 장치로 전송하는데 필요한 대역폭에 과부하를 주지는 않도록 해준다.
더욱이, 본 발명에 따른 방법에 의해서, 영상 취득을 하기 전에 잉여 영역에 대한 영상을 취득할지 여부에 대해서 판단할 필요가 없어진다. 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 관측장치를 통하여 각 취득 영상의 특징값을 산출한다. 이 특징값은 영상의 스펙트럼, 대비(콘트라스트), 휘도, 또는 질감일 수 있으며, 모든 형태의 영상처리 알고리즘에 의해서 통상적으로 정해질 수 있다. 다음에, 이 특징값은 사전에 정의된 특징값 표(참조표)와 비교된다. 이들 사전 정의된 값들은 장치가 취득할 수 있는 모든 형태의 영상들에 상응하는 값들이다. 예를 들어, 구름에 의해 완전히 가려진 영상에 해당되는 특징값, 바다의 영상에 해당되는 특징값, 사막의 영상에 해당되는 특징값 등이 있다. 이들 사전 정의된 특징값들은 경험적으로 정해지며, 위성체에 설치된 메모리에 저장된다. 상기 참조표는, 따라서, 영상 취득을 수행하기 전에 각 취득 영상에 무관하게 설정 및 저장된다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 각 특징값에, 처리 대상 영상의 유형에 특히 적합한 특정 압축 알고리즘을 연계시킨다.
본 발명에 따른 방법은 자원의 이용을 최적화시킬 수 있으며 지상으로 전송하는 데이터량을 줄이는 포괄적인 목적을 갖는다. 본 발명에 따른 방법은 단순한 영상 압축 그 이상이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 방법에서는, 영상을 지상에 전송하기 전에 감축한다. 이러한 영상 감축은 영상 처리 단계(본 명세서에서 전처리 단계라고 명명함)와, 이 전처리된 영상을 압축하는 단계를 포함한다. 이 초기 처리단계에서는 영상, 즉, 전처리된 영상을 출력한다. 이 단계는 영상의 공간 필터링, 영상의 스레숄딩(threasholding), 영상 일부의 차폐(suppression), 이 밖에 사람이 알 필요가 없는 영상 데이터를 차폐하기 위한 통상의 영상처리를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 각 영상에 대하여, 영상 속에 있는 사전 정의된 자연물(구체적으로, 풍경의 사전 정의된 형태 및/또는 질감 등)(원본 객체라 명명함)을 인식하는 단계, 및 이들 원본 객체를 치환 객체로 치환하는 후속 단계를 포함하는 것이 유리하다. 이들 치환 객체는 사전 정의된 객체들 또는 원본 객체에 근거하여 결정될 수 있다.
이들 단계들은 영상의 전처리 단계 중에 수행되는 것이 유리하다. 따라서, 전처리 단계는 영상 속에 있는 풍경의 원본 객체를 인식하는 단계를 포함한다. 이들 원본 객체는, 예를 들어, 구름, 수목지역, 해변, 연못, 건물, 풀밭, 눈덮인 곳, 도로, 숲길 등이다. 다음에, 이 전처리 단계는 인식된 각 원본 객체를, 예를 들어, 이 검출된 원본 객체의 특징을 갖는 하나 이상의 픽셀로 치환한다. 이 전처리 단계는 관측하고자 하는 객체에 특화될 수 있다. 구체적으로, 취득되고 전처리된 영상에서 녹색지대만을 원한다면, 전처리 단계에서는 녹색이 아닌 객체(연못, 해변 등)만을 검출하고(구체적으로, 특정 형태 및/또는 질감을 통해서) 이들 각 객체를 특징적인 색상을 갖는 하나 이상의 픽셀(균일한 영역(들))로 치환할 수 있다. 따라서 이 균일한 영역은, 치환 처리 전보다 적은 수의 바이트로 코딩할 수 있지만, 관측의 대상 객체를 목적으로 하는 영상의 품질을 저하시키지는 않는다.
다른 변형예에 따르면, 상기 치환은 검출된 영상을 사전 정의된 영상으로 교체하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출된 각 해변을, 영상의 인상은 유지한채로 사전 정의된 해변 영상으로 교체한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에서, 상기 표준화된 객체는 사전 정의된 영상과 균일한 영역으로부터 선택되는 것이 유리하다.
이 치환 단계는 영상을 코딩하는데 필요한 바이트 수를 획기적으로 줄일 수 있다. 그리고/또는, 치환되지 않은 요소의 화질은 높아지도록 할 수 있다. 왜냐하면, 치환된 영역에는 바이트수가 적기 때문에, 치환되지 않은 영역을 전체 영상에 대한 등가의 바이트수보다 더 정밀하게 코딩할 수 있기 때문이다.
다음 단계로서, 본 발명에 따른 방법은 전처리된 영상을 압축하는 단계를 포함한다. 압축 알고리즘은 모든 형태로 구현할 수 있으며, 그 이미지(imagery)의 원하는 객체에 따라 결정될 수 있다. 압축 알고리즘은 본 발명에 따른 방법을 구현하는 위성에 의해 전송되는 단위시간당 데이터량이 사전 정의된 한도 내에서 변화되도록 결정될 수 있다. 이 알고리즘은 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하는 위성에 의해 전송되는 평균 데이터 속도가 일정하도록 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 알고리즘 - 구체적으로, 특징값에 연계된 알고리즘 - 은 시각심리형(psycho-visual) 압축 알고리즘인 것이 유리하다.
시각심리형 압축, 즉, 인간이 영상을 이해하는데 유용한 정보만을 유지하기 위한 압축은 원격지의 영상수신 장치로 전송할 데이터량을 대폭 감소시킬 수 있는 기능을 제공하는 것 뿐만 아니라, 취득된 영상(예를 들어 구름이 덮여 있는 영상, 바다 영상)을 처리하는 추가적 기능을 제공한다는 점에서 특히 효과적이다. 이러한 경우에 만일 위성이 짙은 구름으로 가려진 영상을 취득한다면, 시각심리형 압축 알고리즘에 의해 특정 절차없이도 높은 영상 압축을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 시각심리형 압축에 의해서, 본 발명에 따른 장치에 야간 이미지(imagery)를 방지하는 특정 주간/야간 프로그램을 설치할 필요성이 없어진다. 왜냐하면 야간에 촬영한 영상은 이 시각심리형 압축 모듈에 의해서 강하게 압축되기 때문이다.
만일 영상의 특징값이 해상 영역의 영상을 나타내고 있다면, 선정된 압축 알고리즘은 그 영상이 해상 영역임을 사용자가 충분히 알 수 있는 상태로 이 영상을 매우 강하게 압축하게 된다. 더욱이, 이 시각심리형 압축 알고리즘은 과잉된 정보만을 제거하기 때문에, 만약 영상에 선박이 포함되어 있더라도 이 선박은 유지된다.
본 발명에 따른 방법은 취득된 영상의 유형별로 압축률과 압축 형태를 적응시킨다. 압축률(데이터의 원래 크기에 대한 압축된 크기를 나타냄)은 최득 영상에 따라 매우 크게 변화될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 도시 지역인 경우에 압축률은 0.15 정도이며, 구름있는 지역의 경우에는 0.95 정도이다.
본 발명에 따른 취득, 압축, 전송 방법에 의해서, 잉여 영역의 조직적(systematic) 영상을 취득하는 저궤도 위성은 지상으로 전송할 데이터량을 궤도당 평균 50% 이상 줄일 수 있다. 본 발명자들은 조직적인 영상을 취득하며 본 발명에 따른 방법을 구현하는 저궤도 위성에 의해 전송될 데이터량이, 위성의 전체 궤도가 영상화되기 때문에 전송데이터에 포함된 정보량이 훨씬 큼에도 불구하고, 선택적(selective) 영상을 취득하는 저궤도 위성에 의해 전송될 데이터량과 유사하다는 결과를 얻게 되었다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 구현하는 위성은 종래 기술의 방법을 구현하는 위성보다도 훨씬 많은 유용한 정보를 동등한 대역폭으로써 제공할 수 있다. 즉, 지상으로 동등한 양의 정보를 전송하는데 있어서, 본 발명에 따른 방법을 구현하는 위성은, 종래의 방법을 구현하는 위성에 비해서 대역폭을 더 적게 이용한다.
본 발명에 따른 방법은 지구 전체의 영상을 취득하고자 하는 장치에 특히 적합하다.
영상의 내용을 나타내는 영상 특징값들은 모든 형태로 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 영상 특징값은 아래 특징들 중 하나를 나타내는 것이 유리하다.
- 영상의 질감,
- 영상의 공간 주파수 출력,
- 영상의 평균 휘도,
- 영상의 평균 대비(콘트라스트),
- 영상의 주된 색상,
- 영상의 색상 균일도,
- 영상의 복잡도,
- 영상의 무질서도.
본 발명의 변형예에 따르면, 영상 특징값은 위의 특징 들 중 하나 이상에 의존한다.
본 발명에 따른 방법은 압축 최적화를 위해, 전처리 단계에서, 취득 영상에서 아래와 같은 자연물을 검출하는 응용(즉, 지상 풍경의 관측)에 특화된 의미론적 파라미터(semantic parameter)에 관련하여, 영상 내용을 분석하는 것을 가능케 함을 알아야 한다.
- 수상 영역 (바다, 호수, 강 등),
- 눈 덮인 표면,
- 빙하,
- 구름,
- 균일한 사막 지역(모래언덕 등),
- 균일한 식물 지대(삼림, 경작지 등),
- 영상의 압축률을 높이고 압축 성능을 보강하기 위하여 적용하는 효과적인 메커니즘(치환 단계)을 가능케하는 모든 통상의 특정 자연물.
본 발명에 따르면, 압축 알고리즘은 아래의 그룹들 중에서 선택되는 것이 유리하다.
- DCT(Discrete Cosine Transform) 압축,
- 웨이블릿 압축,
- 프랙털 압축.
본 발명에 따르면, 각 영상에 대하여, 이 영상 전에 취득되었던 일련의 영상을 처리하도록 영상처리 수단을 사용함으로써, 이 영상의 특징값이 이 영상 및 이 영상 이전에 취득된 일련의 영상에 의존하도록 하는 것이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은, 영상의 고유 내용에 따라서 영상의 특징값을 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 이 영상 이전에 취득한 영상의 내용에 따라서도 영상의 특징값을 결정할 수 있다. 구체적으로, 만일 연속되는 영상들이 그 내용면에서 밀접하다면, 일련의 영상들의 전체 내용을 보존할 필요가 없다. 따라서, 영상 처리 과정 중에, 만일 이전에 취득된 영상들이 현재 영상과 내용이 유사하다고 판단되면 - 이는 비교적 균일한 넓은 지역 상공을 위성이 지나가는 경우임 - 전처리된 영상은 이전 영상들과 다른 요소들만을 포함할 수 있다. 여기서, 이들 요소들은, 초기 영상이 이전 영상과 이들 추가적인 요소들을 합친 것을 나타낸다.
본 발명은 또한, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 장치를 제공한다. 이 장치는,
- 영상을 시스템적으로 취득하는 수단,
- 전처리된 영상 및 영상의 내용을 나타내는 적어도 하나의 영상 특징값을 출력하기 위한 각 취득 영상처리 수단 (여기서 이 영상처리 수단은 취득된 영상 내에서 사전 정의된 자연물을 인식하고 이들 자연물을 표준화된 객체로 교체함)
- 특징값을 참조표(참조표의 각 값은 특정 영상압축 알고리즘에 연계되어 있음)와 비교하는 수단,
- 영상 특징값에 연계된 압축 알고리즘을 이용하여, 각 전처리된 영상을 압축하는 수단,
- 압축된 영상을 원격지의 영상수신 장치로 전송하는 수단을 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 장치의 영상취득수단은 CCD 센서가 설치된 광학카메라인 것이 유리하다. 처리수단은 마이크로프로세서와 연관된 디지털 수단인 것이 유리하다. 비교수단은 참조표에 값을 저장하는 수단(이는 해당 장치 내에 국부적으로 있을 수도 있고 원격지에 있을 수도 있음)에 연관된 디지털 수단인 것이 유리하다. 압축수단은 마이크로프로세서에 연관된 디지털 수단인 것이 유리하다. 전송수단은 위성과 지구 사이에서 데이터를 전송하는 무선통신(RF) 수단인 것이 유리하다.
본 발명에 따른 장치는 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것이 유리하고, 본 발명에 따른 방법은 본 발명에 따른 장치에 의해 구현되는 것이 유리하다.
본 발명은 또한, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법, 및 이 방법을 구현하는 장치에 관한 것으로서, 이들은 앞에서 또는 이하에서 설명한 특징들의 조합 또는 일부에 의해 특징지어진다.
본 발명의 다른 특징, 목적, 그리고 장점은 이하의 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다. 상세한 설명은 비한정적인 예시만을 통해서 그리고 아래와 같은 첨부 도면을 참조하여 기재되어 있다.
- 도 1은 본 발명에 따른 위성영상의 취득, 압축, 전송 방법의 개괄적인 흐름도이다.
- 도 2a는 도시 지역의 영상의 모식도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 방법에 의해 일차 처리된 도 2a의 영상의 모식도이다.
본 발명에 따른 위성영상의 취득, 압축, 전송 방법은 도 1에 나타낸 것과 같이, 첫번째 단계로서 장치에 의해서 영상을 취득하는 단계(101)를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 후속 단계로서, 이 영상의 내용을 나타내는 수치값(영상의 특징값)을 출력하기 위하여 영상을 처리하는 단계(102)를 포함한다. 이 특징값은 모든 형태의 값일 수 있다. 이 값은 각 영상에 대하여, 영상의 질감, 영상의 공간 주파수 출력, 영상의 평균 휘도, 영상의 평균 대비(콘트라스트), 영상의 주된 색상, 영상의 색상 균일도, 영상의 복잡도, 영상의 무질서도, 또는 이들 파라미터들의 두 가지 이상의 함수에 해당될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상을 다수의 부속영상(subimage)으로 분할할 수 있고, 이들 각 부속영상에 대해서 영상 특징값을 산출할 수 있다.
이 처리단계(102)는 또한, 영상을 전처리하여 출력할 수 있다. 이 전처리에는 영상의 공간 필터링, 영상의 스레숄딩, 영상의 소정 객체의 차폐, 및 지상으로 전송되는 데이터량을 감축시키되 인간에게 유용한 정보는 손실되지 않도록 하는 소정의 처리기능이 사용될 수 있다.
도 2a와 2b는 각각, 위성체에 설치된 장치에 의해 취득된 영상의 예 및 이 영상을 본 발명에 따른 방법에 의해 전처리한 후의 영상을 나타낸다.
도 2a는 에펠탑과, 그 주위의 구름(2), 세느강(Seine)의 일부(3), 수목 지역(4, 5, 6), 잔디밭(7)을 나타내고 있다.
도 2b는 도 2a의 영상과 동일한 풍경을 나타내는데, 상기 영상이 본 발명에 따른 방법의 전처리단계(102)에서 전처리된 것을 나타낸다. 구름(2)이 검출되어 균일한 백색 영역(22)으로 치환되었음을 볼 수 있다. 마찬가지로, 세느강 일부(3)가 검출되어 균일한 영역(33)으로 치환되었다. 또한, 수목 지역(4, 5, 6)이 검출되어 균일한 영역(44, 55, 66)으로 치환되었다. 본 발명에 따른 방법은, 자연물을 인식하고 이들을 표준화된 객체(균일한 영역 22, 33, 44, 55, 66, 77)로 치환함으로써 도 2b의 영상을 저장하는데 필요한 데이터량이 도 2a 영상을 저장하는데 필요한 데이터량보다 훨씬 적도록 처리할 수 있었다. 게다가, 도 2a 영상의 해당 데이터는 도 2b의 영상에 보존되어 있다.
일반적으로, 전처리단계(102)는 특히, 풍경의 특정 형태 및/또는 질감에 의해서 영상 속 객체를 인식하도록 할 수 있다. 이러한 인식은, 객체를 식별케 할 수 있는 당해 파라미터를 이용하여, 영상내 객체 인식 방법에 의해 자동으로 또는 수동으로(인간의 개입에 의해) 수행될 수 있다. 이들 객체들은 예를 들어 구름, 수목 지역, 해변, 연못, 건물, 풀밭, 눈덮인 지역, 도로, 숲길 등을 들 수 있다. 이 전처리 단계는 각 검출 객체를 사전에 정의된 표준화된 객체 - 구체적으로, 사전 정의된 영상 또는 사전 정의된 균일한 영역 (이는 검출된 자연물의 균일한 표현에 해당되거나, 삭제되어 차폐된 영상 영역에 해당될 수 있음) - 로 치환하는 것이 유리하다. 예를 들어, 도 2a의 영상에서 검출된 각 구름(2)은 사전 정의된 구름 영상으로 치환되어, 영상을 저장매체에 저장하는데 필요한 바이트수를 대폭 줄이면서도 도 2b 영상에 대한 시각적 인상이 도 2a의 영상과 실질적으로 동일해진다.
다음 단계로서, 본 발명에 따른 방법은 단계(102)에서 산출한 특징값을 수치표(참조표라 부르기로 함. 참조표의 각 항목은 특정 압축 알고리즘과 연계되어 있음)와 비교하는 단계(103)를 포함한다. 영상 특징값의 목적 또는 기능은, 취득된 영상을 압축하기 위하여 영상의 유형을 특징짓는 것이다. 참조표의 각 수치에 특정 알고리즘이 연계되어 있다. 참조표에 서로 다른 많은 수의 알고리즘을 연계시킬 수 있다. 또한, 동일한 알고리즘이 서로 다른 수치들에 연계될 수도 있는데, 이 때에는 이 알고리즘의 파라미터들(예컨대 압축률)에 대해서만 연계된다(이 파라미터에 의해서 각각 다른 수치들에 대해서 이 알고리즘을 구별할 수 있는 경우).
예를 들어, 참조표는 다수의 수치 범위(각 범위에 압축 알고리즘이 연계되어 있음)를 정의한다. 따라서, 단계(102)에서 산출된 특징값이 소정의 수치 범위에 속할 경우에, 단계(104)에서 사용되는 압축 알고리즘은 영상의 특징값이 속하는 이 수치 범위에 연계된다.
다음 단계로서, 본 발명에 따른 방법은 전처리된 영상을 단계(102)에서 결정된 특징값에 연계된 압축 알고리즘을 이용하여 압축하는 단계(104)를 포함한다. 사용되는 알고리즘은 공지된 모든 형태의 것이 가능하다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단계(103)에 지정된 알고리즘은 시각심리형 압축 알고리즘이다. 이러한 알고리즘은, 예를 들어, 소정 특징값에 대해서 "JPEG 2000"이라는 이름으로 알려져 있는 알고리즘이다.
다음 단계로서, 본 발명에 따른 방법은 단계(104)에서 압축된 영상을 원격지 영상수신 장치로 전송하는 단계(105)를 포함한다. 이 영상수신 장치는, 예를 들어, 지상 수신국이다.
본 발명에 따르면, 영상 취득은 모든 공지 수단을 통해 수행될 수 있다.
취득된 영상에 대한 영상처리는 마이크로프로세서에 연관된 디지털 수단으로 수행하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 영상에서 이 영상을 나타내는 적어도 하나의 영상 특징값을 추출하기 위한 영상분석이 이 영상처리에 포함된다. 영상의 특징값은 영상의 질감, 영상의 공간 주파수 출력, 영상의 평균 휘도, 영상의 평균 대비(콘트라스트), 영상의 주된 색상, 영상의 색상 균일도, 영상의 복잡도 등일 수 있다.
압축 알고리즘은 DCT, 웨이블릿(wavelet), 프랙털(fractal) 압축 알고리즘 등일 수 있다. 이들 알고리즘은 당업자에게 공지되어 있으므로 여기서 상세히 설명하지 않는다.
본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 장치로 확장된다. 이러한 위성 영상의 취득, 압축, 전송 장치는 조직적인 영상을 취득하는 수단, 각 영상을 처리하여 영상 전처리를 수행하고 영상의 내용을 나타내는 적어도 하나의 디지털값(영상의 특징값)을 출력하는 수단, 특징값을 참조표(참조표의 각 값은 특정 영상압축 알고리즘에 연계되어 있음)와 비교하는 수단, 영상 특징값에 연계된 압축 알고리즘을 이용하여 전처리된 영상을 압축하는 수단, 및 영상을 원격지의 영상수신 장치로 전송하는 수단을 포함한다.
영상 취득 수단은 모든 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 영상 취득 수단은 위성에 탑재되어 지표면을 촬영할 수 있는 디지털 카메라이다. 바람직한 실시예에 따르면, 전처리 수단 , 영상처리 수단, 영상압축 수단은 소프트웨어로 구현된다. 영상전송 수단은 당업자에게 공지되어 있으므로 여기서는 상세히 설명하지 않는다.
본 발명에 따른 장치는 본 발명에 따른 방법을 수행하고, 본 발명에 따른 방법은 본 발명에 따른 장치에 의해 수행되는 것이 효과적이다.
본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것이 아니다. 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 검출한 자연물을 영상 전처리 단계 동안에 모든 형태의 치환물로 치환할 수 있다. 자연물을 검출하는 수단도 또한 모든 형태로 구현될 수 있다. 구체적으로 자연물의 형태, 색상, 질감, 주파수 출력, 대비(콘트라스트), 주된 색상, 색상 균일도, 복잡도 등에 따라 구현가능하다.

Claims (9)

  1. 시스템적으로,
    - (101) 영상이 위성에 탑재된 장치에 의해 취득되고,
    - (102) 상기 취득된 영상이, 영상을 전처리하고 영상의 내용을 나타내는 적어도 하나의 수치값(영상 특징값으로 명명함)을 출력하기 위한 영상 전처리 단계에 의해 전처리되고, 상기 전처리 단계는 상기 취득된 영상 내에서 사전 정의된 자연물을 인식하는 단계와 상기 자연물을 표준화된 객체로 치환하는 후속 단계를 포함하며,
    - (103) 상기 특징값을 참조표(참조표의 각 값은 영상압축 알고리즘에 연계되어 있음)와 비교하고,
    - (104) 상기 특징값에 연계된 압축 알고리즘을 이용하여 상기 전처리된 영상을 압축하여 압축된 영상을 출력하고,
    - (105) 상기 압축된 영상을 원격지의 영상수신 장치로 전송하는 수단에 의해 전송하는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표준화된 객체는 사전 정의된 영상들과 균일한 영역들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표준화된 객체는
    - 수상 영역 (바다, 호수, 강 등),
    - 눈 덮인 표면,
    - 빙하,
    - 구름,
    - 균일한 사막 지역(모래언덕 등),
    - 균일한 식물 지대(삼림, 경작지 등)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취득된 영상에 대하여, 상기 영상 전처리 단계는 상기 취득된 영상 이전에 취득되었던 일련의 영상들을 처리함으로써, 상기 취득된 영상의 상기 특징값이 상기 취득된 영상 및 상기 취득된 영상 이전에 취득된 상기 일련의 영상에 의존하도록 하는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 압축 알고리즘은 시각심리형 압축 알고리즘인 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 압축 알고리즘은 시각심리형 압축 알고리즘인 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상의 상기 특징값은 상기 취득된 영상의 질감, 상기 취득된 영상의 공간 주파수 출력, 상기 취득된 영상의 평균 휘도, 상기 취득된 영상의 평균 대비(콘트라스트), 상기 취득된 영상의 주된 색상, 상기 취득된 영상의 색상 균일도, 상기 취득된 영상의 복잡도, 영상의 무질서도로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특징값에 연계되는 압축 알고리즘은 DCT, 웨이블릿 알고리즘, 및 프랙털 알고리즘으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 지구관측위성 영상의 취득, 압축, 전송 방법.
  9. - 영상을 시스템적으로 취득하는 수단,
    - 영상을 전처리하고, 영상의 내용을 나타내는 적어도 하나의 영상 특징값을 출력하기 위한 영상처리 수단 (여기서 영상처리 수단은 취득된 영상 내의 사전 정의된 자연물을 인식하고 이들 자연물을 표준화된 객체로 교체함)
    - 특징값을 참조표(참조표의 각 값은 특정 영상압축 알고리즘에 연계되어 있음)와 비교하는 수단,
    - 영상 특징값에 연계된 압축 알고리즘을 이용하여, 각 영상을 압축하는 수단,
    - 영상을 원격지의 영상수신 장치로 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 위성 영상의 취득, 압축, 전송 장치.
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