KR20120041819A - Method for generating 3-d high resolution ndvi urban model - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시 모델 생성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 도시 모델 제작 기법과 정규화식생지수 영상 제작 기법을 결합한 3차원 정규화식생지수 도시 모델 제작 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-dimensional high-resolution normalized vegetation index urban model generation method, and more particularly to a three-dimensional normalized vegetation index urban model production method combining the three-dimensional urban model production method and the normalized vegetation index image production method.
도화(drawing)란 항공촬영, 기준점측량 및 항공영상의 내부표정, 상호표정과 절대표정 산출 공정을 거쳐 수행한 항공삼각측량 정확도 성과를 바탕으로 입체적인 환경에서 보여지는 관심 사상들의 추출을 범주화하여 정리한 후 필요한 공간적 형태를 묘사하고 속성값들을 추출하는 공정이다. 수치도화 (digital drawing)는 도화업무의 전산화 완성 단계로 GPS/INS 시스템 및 디지털모듈카메라 장비로부터 취득되는 재료와 디지털 환경에서 영상정보기반의 공간정보 생성과 관련한 모든 작업이 디지털화 되어 있어 응용 및 확장이 뛰어나다.Drawing is a categorization of the extraction of the ideas of interest shown in the three-dimensional environment based on the performance of aerial triangulation accuracy performed through aerial photography, reference point survey and aerial image internal expression, mutual expression and absolute expression calculation process. After that, it is a process of describing the required spatial form and extracting the attribute values. Digital drawing is the computerization completion phase of drawing business, and all work related to the generation of spatial information based on image information in digital environment and materials acquired from GPS / INS system and digital module camera equipment are digitized. outstanding.
GPS/INS (Global Positioning System/Inertial Navigation System) 는 정확한 위치 및 자세를 구하기 위해 GPS로부터 위치정보의 해석 및 보정 기술과 INS의 자세 정보 기록 기술을 함께 결합하여 해석함으로써 두 시스템의 단점을 보완하고 강점을 증가시킨 시스템이다. GPS는 센서의 위치를 결정하는 것으로 인공위성을 이용하는 첨단 항법시스템으로 지구상 어디에서나 기후에 구애받지 않고 기준 좌표계에서의 위치, 속도 및 시간을 측정할 수 있는 시스템이다. INS 시스템은 3축 자이로와 가속도계가 부착된 IMU(Inertial Measurement Unit)를 사용하여 자세를 3축의 방향으로 계측하는 장비이다. 항공기의 표정요소를 결정하기 위해서 INS는 비행 중에 항공기에서 발생하는 좌우요동(, roll), 전후요동(, pitch) 및 수평요동(, yaw) 등과 같은 자세의 왜곡 상태를 기록하게 된다. 레이저 스캐너에 의한 관측 시간 간격은 GPS의 1초 수신간격에 비해 매우 짧기 때문에 관측된 자료는 항공기의 자세에 따라서 영향을 받게 된다. 이러한 영향을 최소화하기 위해서는 GPS 수신간격에 비해 짧은 간격으로 센서의 자세를 측정하기 위해 INS가 사용된다.GPS / INS (Global Positioning System / Inertial Navigation System) complements the weaknesses and strengths of both systems by combining the interpretation and correction of location information from GPS and INS's attitude information recording technology to obtain accurate position and attitude. The system is increased. GPS is a state-of-the-art navigation system that uses satellites to determine the position of sensors. It is a system that can measure position, velocity and time in a reference coordinate system regardless of climate anywhere on earth. The INS system is a device that measures postures in three axes using a three-axis gyro and an Inertial Measurement Unit (IMU) with an accelerometer. To determine the facial expressions of an aircraft, the INS simulates the fluctuations in the aircraft during flight. , roll), swing back and forth ( , pitch) and horizontal fluctuations ( , yaw) and the like to record the distortion state of the posture. Since the observation time interval by the laser scanner is very short compared to the GPS one second reception interval, the observed data is affected by the attitude of the aircraft. To minimize this effect, INS is used to measure the attitude of the sensor at shorter intervals than the GPS interval.
항공디지털 촬영 (Aerial Digital Surveying) 이란 항공기에 항공디지털모듈카메라(Aerial Digital Modular Camera)로 대표되는 디지털 영상 취득 장치를 장착하여 지구 표면의 전자파 정보를 영상화 하여 취득하는 공정을 말한다. 항공 디지털 카메라는 8개 이상의 다중 카메라로 구성되어 있다. 태양으로부터 입사되어 지구 표면으로부터 반사된 전자파 정보를 8개 이상의 각각의 CCD 센서에서 신호의 크기로해석 및 정보화한다. 카메라는 접합(Mosaic)을 통해 고해상도의 흑백영상(Panchromatic Image)을 생성하기 위한 카메라 군 (4개 이상)과 이렇게 생성된 고해상도 항공사진으로부터 영상 융합 (Image Fusion)을 통해 고해상도 칼라 영상을 생성 할 수 있는 카메라 군(4개 이상)으로 구성되어 있다.Aerial digital surveying refers to a process of imaging and acquiring electromagnetic wave information of the earth's surface by attaching a digital image acquisition device represented by an aerial digital modular camera to an aircraft. Aviation digital cameras consist of more than eight multiple cameras. Electromagnetic wave information incident from the sun and reflected from the earth's surface is analyzed and informed by the magnitude of the signal in each of eight or more CCD sensors. The camera can generate high resolution color images through image fusion from a group of cameras (more than 4) for generating high resolution panchromatic images through mosaic and high resolution aerial photographs. It consists of a group of cameras (four or more).
3차원 도시 모델이란 복잡한 현실 공간의 도시(real urban) 또는 비현실 도시를 간략화 하여 쉽게 인지할 수 있도록 3차원적인 형태로 모델화하여 구현하는 것이다. 방법론적으로는 실세계를 좌표계와 투영계 기반 측량 자료를 이용해 구축하는 방법과 비현실 세계를 가상의 좌표계와 투영계 기반 구축 방법으로 구분되어진다. 과거에는 현실세계의 측량성과 기반 3차원 묘사 구축방법이 비효율적으로 간주되어 지상사진촬영과 현장답사를 통한 목측에 근거하여 대략적인 3D 모델링이 이뤄졌으나 근래에는 측량기술의 발달과 디지털 촬영을 통한 수치도화 기술의 발전으로 실제 도시를 정확히 만들어내고 검토되고 있으나 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 파장대로 대표되는 가시광선대역의 센서들을 이용해 추출된 항공영상만을 이용하여 도시모델을 생성함으로써 사람의 눈으로 보이는 입체적인 구조만을 파악할 수밖에 없어 도시의 녹색자원의 분포를 녹색의 사진으로만 파악할 수 있었다. 도시의 구조는 형태적으로도 매우 복잡하지만 도시를 구성하는 재질(material) 면에서도 매우 다양한데 가시광선 영을 통해서 도시를 보게 되면 녹색의 인조피복이 깔린 축구장과 천연잔디가 깔린 축구장의 구분이나, 녹색의 페인트로 칠한 건물의 옥상과 잔디 및 식물들을 포장하여 만든 옥상의 구분이 매우 어렵다. 이는 사람의 눈이 모두 녹색의 정보로 인식하기 때문이며 근래에는 플라스틱이나 철근에도 녹색을 많이 활용하기 때문에 천연색의 항공사진들로부터 도시 녹화계획 수립 및 설계를 위한 현재의 도시 녹화 상태를 파악하고자 조사 할 때 판단의 오류를 일으키는 중요한 부분이 되고 있다. 더불어 근래에 도시의 구조는 보다 고층화 및 입체화 되고 있어 관련 조사를 더욱 어렵게 한다.The 3D city model is a model of the real city or the unreal city in a complex real world in a three-dimensional form so that it can be easily recognized. Methodologically, the real world can be constructed by using coordinate and projection-based survey data, and the unreal world can be divided into virtual coordinate and projection-based construction. In the past, 3D modeling was performed based on the observation of real-world surveying and three-dimensional description construction based on inefficiency. In recent years, the development of surveying technology and digitalization through digital photography have been performed. Although the actual city is created and reviewed through the development of technology, the city model is generated using only the aerial image extracted using the visible light band sensors represented by the red (R), green (G), and blue (B) wavelengths. Only the three-dimensional structure visible to the human eye can be identified, and the distribution of green resources in the city can be identified only with green photographs. The structure of the city is very complicated in form, but it is also very diverse in terms of the materials that make up the city. When you see the city through visible light, you can see the distinction between the green artificial cloth soccer field and the natural grass soccer field. It is very difficult to distinguish rooftops of buildings painted with paints and rooftops made of paved grass and plants. This is because all eyes are recognized as green information. Recently, green is also used for plastics and rebars. When surveying the current urban greening conditions for urban greening planning and design from natural color aerial photographs It is an important part that causes errors in judgment. In addition, in recent years, the structure of cities has become higher and three-dimensional, making it more difficult to investigate.
따라서, 입체적인 도시의 녹색자원 분포 정보를 3D 도시 모델 구축 기술과 접목하여 입체적이면서 녹색자원의 분포 상태를 정확하게 나타내 주고 정량화 할 수 있는 기술 개발에 대한 필요성이 커지고 있다.Therefore, there is a growing need to develop a technology capable of accurately indicating and quantifying the distribution state of three-dimensional and green resources by integrating three-dimensional city green resource distribution information with 3D city model construction technology.
이에 본 발명자들을 3차원 도시 모델링 기술에 도시의 녹색자원을 정량적으로 파악할 수 있는 정규화식생지수 제작 기법에 접목한 기술을 개발하고자 예의 노력한 결과, 항공디지털촬영을 통해 획득한 영상을 이용하여 수치도화를 실시한 후, 다중 영상들로부터 밴드간의 연산을 통해 추출한 정규화식생지수를 결합함으로써 천연색 영상으로부터 판단의 오류를 범하기 쉬운 재질을 정확하게 구분하고, 정량화 할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Therefore, as a result of our efforts to develop 3D urban modeling technology into a technique for producing a normalized vegetation index capable of quantitatively grasping the green resources of a city, the present inventors have made numerical diagrams using images acquired through aerial digital photography. After the implementation, by combining normalized vegetation index extracted through the calculation between bands from multiple images, it was confirmed that it is possible to accurately classify and quantify a material prone to error of determination from color images, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 입체적인 환경에서 도시의 녹색자원을 일목요연하게 파악할 수 있는 3차원 고해상도 정규화식생지수(NDVI) 도시 모델을 생성하는 방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a method for generating a three-dimensional high-resolution normalized vegetation index (NDVI) urban model that can grasp the green resources of a city in a three-dimensional environment.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 다중 밴드 영상을 획득하는 단계; (b) 상기 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 영상을 획득하는 시점에서의 촬영시간, 항공기 및 카메라의 위치와 자세 정보를 GPS/INS 시스템을 통하여 획득하고, 외부표정 요소를 산출하는 단계; (c) 상기 외부표정 요소와 지상기준점 측량 성과를 이용하여 항공삼각측량을 수행하는 단계; (d) 상기 (a)~(c) 단계의 결과를 바탕으로 수치도화를 수행하여 3차원 도시모델을 생성하는 단계; (e) 상기 다중 밴드 영상으로부터 고해상도 NDVI 영상을 생성하는 단계; 및 (f) 상기 생성된 고해상도 NDVI 영상과 3차원 도시 모델을 결합하여 3차원 고해상도 NDVI 도시 모델을 생성하는 단계를 포함하는 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시모델 제작방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) acquiring a multi-band image using an aerial digital module camera; (b) acquiring the shooting time at the time of acquiring the image using the aviation digital module camera, the position and attitude information of the aircraft and the camera through a GPS / INS system, and calculating an external expression element; (c) performing aerial triangulation using the external expression elements and ground control point survey results; (d) generating a three-dimensional urban model by performing numerical mapping based on the results of steps (a) to (c); (e) generating a high resolution NDVI image from the multi-band image; And (f) combining the generated high resolution NDVI image with a 3D city model to generate a 3D high resolution NDVI city model.
본 발명에 따르면 3차원 도시 모델을 만드는 기술과 디지털 카메라를 이용한 고해상도 NDVI 영상 지도 제작 및 매핑 기술을 이용하여 도시의 식생분포에 관련한 3차원 도시모델을 개발하여 배포함으로써 눈으로 판독할 수 있는 가시광선대역 밖의 식생에 대한 분포구조를 도시의 입체적인 구조와 함께 파악할 수 있다. 이는 입체적인 도시 구조물의 최적 가용지인 옥상 부분에 대한 활용도를 파악하고 평면적인 정보로부터 구할 수 없는 도시의 입체적인 녹색자원 정보를 파악할 수 있도록 지원함으로써 친환경 도시를 만들기 위한 신재생 에너지 활용 계획 수립, 친환경 도시 설계 엔지니어링을 위한 3차원 도시녹색정보 제공에 기여할 것이다.
According to the present invention, by developing and distributing 3D city model related to vegetation distribution of a city by using a technology of creating a 3D city model and a high resolution NDVI image mapping and mapping technology using a digital camera, visible light that can be read by the eyes The distribution structure for vegetation outside the band can be identified along with the three-dimensional structure of the city. This program helps to grasp the utilization of the rooftop part, which is the best available place for the three-dimensional urban structure, and to identify the three-dimensional green resource information of the city that cannot be obtained from the planar information. It will contribute to providing 3D urban green information for engineering.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 정규화식생지수 도시모델 제작 방법의 흐름도이다.
도 2는 항공디지털모듈카메라로 다중 밴드 고해상도 항공사진 영상을 획득 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 항공 GPS/INS 데이터를 이용한 위치보정을 통한 정확한 외부표정(Exterior Orientation, EO)요소 산출과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 항공삼각측량 및 수치도화를 통한 3차원 도시 모델 생성과정 보여주는 흐름도이다.
도 5는 고해상도 항공사진 다중영상 자료를 이용하여 정규화식생지수영상을 생성하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 일반 항공사진 영상과 정규화식생지수 영상 차이를 비교한 설명도이다.
도 7은 수치도화를 통해 구축한 3차원 도시 모델에 고해상도 NDVI 영상을 결합시킨 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시 모델 제작 방법에 대한 흐름도이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a 3D normalized vegetation index urban model according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a process of acquiring a multi-band high resolution aerial photograph with a aviation digital module camera.
3 is a flowchart illustrating a process of calculating an accurate exterior orientation (EO) element through position correction using aviation GPS / INS data.
4 is a flowchart illustrating a process of generating a 3D city model through aerial triangulation and numerical mapping.
5 is a flowchart illustrating a process of generating a normalized vegetation index image using high resolution aerial photograph multi-image data.
6 is an explanatory diagram comparing the difference between the normal aerial image and the normalized vegetation index image.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 3D high resolution normalized vegetation index urban model in which a high resolution NDVI image is combined with a 3D urban model constructed through numerical mapping.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 정규화식생지수 도시모델 제작 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a 3D normalized vegetation index urban model according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시모델 제작방법은 항공디지털 카메라를 이용하여 다중밴드영상자료를 획득하는 단계(101), GPS/INS 신호와 개개 영상의 촬영 위치를 결합하여 계산을 통한 위치 및 자세보정을 하는 단계(102), 상기 과정을 통해 다수의 영상자료 위치를 해석하여 3차원적으로 정렬하는 단계(103), 인접영상과의 위치적 상호연결성을 수치적으로 결정하는 상호표정 단계(104), 지상기준점들(GCPs)과 각 영상의 위치적 상호연결성을 결정해주는 절대표정 단계(105), 입체적인 환경에서 3차원 건물의 형상을 묘사하는 수치묘사 단계(106), 수치묘사 결과를 통합한 3차원 건물모델 Database 구축단계(107), 지형(DEM)과 3차원 건물 모델을 이용한 입체적인 3차원 도시모델 생성 단계 (108) 및 고해상도 NDVI영상을 결합한 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시모델 생성 단계(109)로 구성될 수 있다.As shown in Figure 1, the method for producing a three-dimensional high-resolution normalized vegetation index urban model according to the invention step of obtaining a multi-band image data using an aviation
즉, 본 발명은 (a) 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 다중 밴드 영상을 획득하는 단계; (b) 상기 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 영상을 획득하는 시점에서의 촬영시간, 항공기 및 카메라의 위치와 자세 정보를 GPS/INS 시스템을 통하여 획득하고, 외부표정 요소를 산출하는 단계; (c) 상기 외부표정 요소와 지상기준점 측량 성과를 이용하여 항공삼각측량을 수행하는 단계; (d) 상기 (a)~(c) 단계의 결과를 바탕으로 수치도화를 수행하여 3차원 도시모델을 생성하는 단계; (e) 상기 다중 밴드 영상으로부터 고해상도 NDVI 영상을 생성하는 단계; 및 (f) 상기 생성된 고해상도 NDVI 영상과 3차원 도시 모델을 결합하여 3차원 고해상도 NDVI 도시 모델을 생성하는 단계를 포함하는 3차원 고해상도 정규화식생지수 도시모델 제작방법에 관한 것이다.That is, the present invention comprises the steps of: (a) acquiring a multi-band image using an aerial digital module camera; (b) acquiring the shooting time at the time of acquiring the image using the aviation digital module camera, the position and attitude information of the aircraft and the camera through a GPS / INS system, and calculating an external expression element; (c) performing aerial triangulation using the external expression elements and ground control point survey results; (d) generating a three-dimensional urban model by performing numerical mapping based on the results of steps (a) to (c); (e) generating a high resolution NDVI image from the multi-band image; And (f) combining the generated high resolution NDVI image with the 3D city model to generate a 3D high resolution NDVI city model.
보다 상세히 설명하면, 통상적으로 알려진 바와 같이 상기 (b) 단계의 외부표정 요소를 산출하는 것은 기계적인 외부표정 요소 (, , , , , )를 산출하는 것이고, 상기 외부표정 요소와 지상기준점 측량 성과(, , )를 절대기준으로 참조하는 항공삼각측량을 수행하면 외부표정 요소의 자세부분을 교정하는 상호표정 (, , , , , )및 외부표정 요소의 위치부분을 교정하는 절대표정(, , , , , )을 산출할 수 있다.In more detail, as is generally known, the calculation of the external expression element of step (b) may include mechanical external expression element ( , , , , , ), And the external expression factors and ground control point survey performance ( , , When performing an aerial triangulation referencing the absolute reference, the cross-reference ( , , , , , ) And absolute expressions to correct the positional part of the external expression element. , , , , , ) Can be calculated.
도 2는 항공 디지털 모듈 카메라로 다중 밴드 고해상도 항공사진 영상을 획득 과정을 나타낸 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a process of acquiring a multi-band high resolution aerial photograph with an aerial digital module camera.
본 발명에 있어서, 상기 항공 디지털 모듈 카메라는 카메라 제어장치(201), 카메라 몸통(202), 및 렌즈콘을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 렌즈를 감싸고 있는 렌즈콘(203)은 4개의 전정색성(panchromatic) 카메라 헤드(204) 및 4개의 다중밴드(multispectral) 카메라 헤드(205)를 포함한다. 상기 항공 디지털 모듈 카메라를 이용해 구해지는 디지털 영상 각 밴드의 파장대역 및 센서의 개수는 하기 [표 1]과 같다. In the present invention, the aviation digital module camera is characterized in that it comprises a
상기 4개의 전정색성(panchromatic) 카메라 헤드(204)는 2×2 배열로 구성되며, 각 카메라는 backward left(B/L) looking, backward right(B/R) looking, forward left(F/L) looking, forward right(F/R) looking으로 대상 지역을 촬영 할 수 있도록 조금씩 기울어져 있으며 촬영과 동시에 각각의 영상(211)을 획득할 수 있다. 4개의 sub-image를 촬영하는 것은 하나의 CCD에 대한 면적이 작다는 단점을 보완하기 위한 것이므로 서로 약 1% 정도의 중복영역(212)을 가지는 것이 바람직하다. 중복영역 내에 접합점들 (tie points)(213)을 생성하고, 시스템적인 모자이크를 통해 하나의 영상(214)을 생성한다. The four
이렇게 생성된 고해상도 흑백 영상(215)들은 항공삼각측량 및 수치도화를 통한 3차원 도시모델 제작 작업에 사용되어진다. The high-resolution black and
또한, 상기 4개의 다중밴드 카메라 헤드(205)는 2×2 배열로 구성되며, 각각 적색, 녹색, 청색, 및 근적외선 대역 정보를 취득할 수 있다. 각각의 카메라 헤드를 통해 취득된 녹색, 적색, 청색, 근적외색 파장 대역 (band)의 영상(221)은 4개의 밴드가 합쳐진 하나의 이미지로 결합된 다중 밴드 영상(222)으로 생성되며, 이후 정규화식생지수(NDVI)영상을 생성(223)하여 3차원 도시모델과 결합에 사용되어진다.
In addition, the four
본 발명에 있어서, 항공 디지털 모듈 카메라는 항공 촬영시 흑백 영상 외에 적색, 녹색, 청색, 및 근적외선 대역의 영상을 취득하도록 설정된다. 도시가 발전할수록 입체적인 변화가 심하기 때문에 3차원 도시모델 생성을 위해서는 촬영 시 비행방향으로 약 75% 중복 (overlap) 및 인접방향으로 약 50% 중복(sidelap)이 이루지는 것이 바람직하다. 초고층 건물과 같은 특이 지역에서는 별도의 촬영 중복도를 적용해야 하는데 예를들면 서울의 테란로 일대와 같은 초고층 건물 밀집 특수지역에서는 수직적으로 발달한 공간구조로 인하여 건물의 입면 정보 획득이 어려우므로, 지상 촬영 등 별도의 촬영의 통해 입면의 영상정보를 획득할 수 있다. In the present invention, the aviation digital module camera is set to acquire images of red, green, blue, and near infrared bands in addition to the black and white images during aerial photography. Since the three-dimensional change is severe as the city develops, it is preferable that about 75% overlap in the flight direction and about 50% overlap in the adjacent direction to generate the 3D city model. In unusual areas such as high-rise buildings, separate redundancy should be applied. For example, in high-rise buildings such as the Terran Road area in Seoul, it is difficult to obtain elevation information of buildings due to the vertically developed spatial structure. The image information of the elevation may be acquired through separate shooting such as shooting.
항공 GPS/INS 시스템은 항공 센서 시스템인 디지털 모듈 카메라 셔터가 열리는 순간(사진영상이 생성되는 시점)에 기록될 영상 ID, 시간정보, 카메라의 위치정보(X, Y, Z), 자세정보(ω, φ, κ), 사용된 지구좌표 시스템 등을 영상과 함께 저장 매체에 기록하는 시스템이다.The aviation GPS / INS system uses the video ID, time information, camera position information (X, Y, Z), and posture information (ω) to be recorded at the moment the digital module camera shutter, which is an aviation sensor system, is opened. , φ, κ), and the geocoordinate system used are recorded on the storage medium along with the images.
도 3은 항공 GPS/INS 데이터를 이용한 위치보정을 통한 기계적인 외부표정(Exterior Orientation, EO)요소 산출과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하여 외부표정 요소(, , , , , ) 산출과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 항공 GPS/INS 시스템에서 항공 GPS/INS 원시 데이터 (301)가 생성된다. 다중 밴드 영상은 고속으로 움직이는 비행기에서 촬영되므로 정밀한 수치도화를 위해서는 GPS 위치보정이 수행되어져야 하며 이를 위해 항공 GPS/INS 원시 데이터는 새로운 GPS 데이터(302)와 INS 데이터(303)로 물리적으로 분할된다. 이 중 항공 GPS 데이터는 동일 시간에 지상에 미리 고정되어 세워져 있던 지상 기준국 GPS로부터 수신된 데이터(304)와 결합하여 항공기의 정확한 자세를 보정하여 계산한 Differential GPS 데이터 (305)를 생성하며 이는 항공 GPS 데이터 보정에 대한 최종 해(解)가 된다. 상기 Differential GPS 데이터 (305)는 항공 INS 데이터(303)와 다시 결합하여 보정이 완료된 최종 GPS/INS 데이터(306)를 생성하게 되며, 이로부터 항공삼각측량에 필요한 GPS/INS 외부표정요소(307)를 산출하게 된다. 3 is a flowchart illustrating a process of calculating a mechanical exterior orientation (EO) element through position correction using aeronautical GPS / INS data. Referring to FIG. 3, the external expression element ( , , , , , The calculation process is as follows. First, aviation GPS / INS
도 4는 항공삼각측량을 통한 교정된 외부표정요소(, , , , , ) 산출 및 수치도화를 통한 3차원 도시 모델 생성과정 보여주는 흐름도이다.Figure 4 shows the corrected external marking elements (by air triangulation) , , , , , ) This is a flow chart showing the process of creating a 3D city model through calculation and numerical mapping.
상기 공정을 통해 생성된 항공사진 흑백영상(401), GPS/INS 보정 결과로부터 구한 외부표정요소 자료(402), 및 대상지역에 대해서 GPS/Level 측량을 통해서 구한 지상기준점 성과(403)를 이용하여 내부표정(inner orientation), 상호표정(relative orientation), 절대표정(absolute orientation) 공정을 모두 포함하는 항공삼각측량(Aerial Triangulation, AT) 공정을 수행하며(404), 수행결과에 대한 정확도 평가(405) 수행 후, 수치도화 및 3차원 도시모델 생성을 수행(406)하게 된다. 상기 정확도 평가 단계에서는 위치 정확도가 허용 범위에 들어오지 않으면 항공삼각측량 단계로 다시 돌아가 과대오차 원인 소거 및 조정과정을 거치며, 항공삼각측량 결과가 허용 범위 내에 들어오게 되면 관련 작업환경 및 최종 조정결과를 저장하고 관련 공정이 완료된다.
By using the aerial photograph black-and-
도 5는 고해상도 항공사진 다중영상 자료를 이용하여 NDVI 영상을 생성하는 과정을 보여주는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a process of generating an NDVI image using high resolution aerial photographic image data.
본 발명에서는 다중밴드 카메라 헤드(205)에서 생성된 고해상도 항공사진 다중 밴드 영상(501)으로부터 적색밴드(RED)와 근적외선 밴드(NIR)를 추출(502)하고, 두 밴드의 연산 식(503)을 적용하여 NDVI를 각각의 셀(cell)에 대하여 계산하고, 이를 [표 2]에 근거하여 범주화(category) 한 후, 새로운 래스터 영상에 써서(writing) 고해상도 NDVI 영상 및 NDVI 범주화 영상(504)을 생성한다. In the present invention, a red band (RED) and a near infrared band (NIR) are extracted from the high resolution aerial photograph
본 발명에 있어서, NDVI 및 NDVI 영상이라 함은 가시광선과 근적외선 대의 두 영상으로부터 차이를 구하여 식생의 반사특성을 강조하고, 이를 두 영상의 합으로 나누어 정규화하는 지수로 천연색에서는 나타나지 않는 도시의 녹색자원 분포를 정확하게 파악할 수 있는 지수 및 지수화된 영상자료를 의미한다. In the present invention, the NDVI and NDVI images are obtained by obtaining a difference from two images of visible light and near infrared ray, and emphasize the reflection characteristics of vegetation, and normalize them by dividing them by the sum of the two images. Refers to the exponential and indexed image data that can be accurately identified.
다중 밴드 영상으로부터 NDVI를 구하기 위해서는 근적외선 (NIR) 파장대역 이미지 (0.7 ~ 1.1㎛에 대한 반사도)와 적색(RED) 파장 대역 이미지 (0.6 ~ 0.7㎛의 반사도)가 필요하다. 실수형 NDVI 계산은 하기 [수학식 1]에 따라 구할 수 있으며 이를 통해서 구해진 NDVI 영상은 범위가 -1 ? 1인 실수형 (Float) 영상으로 저장된다. In order to obtain NDVI from a multi-band image, a near infrared (NIR) wavelength band image (reflectance of 0.7 to 1.1 μm) and a red (RED) wavelength band image (reflection of 0.6 to 0.7 μm) are required. Real NDVI calculations can be obtained according to Equation 1 below. It is stored as a float image.
[수학식 1][Equation 1]
실수형 NDVI 영상은 동일한 정보 표출에 많은 용량을 소모하므로 NDVI를 범위가 0?255인 정수형(Integer) 자료로 계산하여 정수형 영상으로 저장하여야 하며, 정수형 NDVI 계산은 하기 [수학식 2]에 따라 구할 수 있다.
Since real NDVI image consumes a lot of capacity for the same information display, NDVI should be stored as integer image by calculating integer data with a range of 0 to 255, and integer NDVI calculation is calculated according to [Equation 2]. Can be.
[수학식 2][Equation 2]
본 발명에 있어서, 상기 정수형 NDVI 영상 생성은 동일한 촬영시점에서 취득된 적색밴드와 근적외선 밴드의 비율 연산을 통해 수행되므로 모든 영상에서 편이가 최소화된 정규화 수치를 가질 수 있으며, NDVI 범주화 영상에서 식생 활력도를 계급화된 색상을 통하여 손쉽게 판독할 수 있다.
In the present invention, since the integer NDVI image generation is performed through a ratio calculation of a red band and a near infrared band obtained at the same point of photographing, the integer NDVI image may have a normalized value with minimum deviation in all images, and vegetation vitality in the NDVI categorized image. Can be easily read through the graded colors.
도 6은 일반 항공사진 영상과 NDVI 영상 차이를 비교한 설명도이다.6 is an explanatory diagram comparing the difference between the normal aerial image and the NDVI image.
천연색 영상에서는 밝은색 지붕(601)은 식별이 되지만, 녹색 페인트 방수포장을 한 아파트 옥상(612)과 인근 삼림(611)은 같은 녹색으로 구분이 명확하지 않다. 반면 NDVI 영상(602)에서는 밝은색 지붕(601)과 녹색 페인트 방수포장을 한 아파트 옥상(612) 모두 강한 적색과 노랑색(622)으로 나타나고, 숲은 파란색(621)으로 나타나 식생 활력도가 시각적으로 판독된다. 즉, 항공사진으로부터 적색, 녹색, 청색 밴드를 통해 만들어진 천연색 영상에서는 잔디밭의 색과 아파트 옥상에 방수처리를 위해 칠한 페인트의 색이 같은 녹색으로 나타나지만, NDVI를 이용하면 잔디밭의 색 값은 크게 (0~255의 수치값 중 192 내외), 아파트 옥상 녹색 페인트 영역 색 값은 작게 (0~255의 수치값 중 53 내외)나타나 녹색자원의 분포 위치와 식생의 활력도를 정량적으로 파악할 수 있다.
In the color image, the
본 발명에 있어서, 식생 활력도를 시각적으로 판독할 수 있는 3차원 고해상도 NDVI 도시 모델은 상기 생성된 고해상도 NDVI 영상과 3차원 도시 모델을 결합하여 생성할 수 있는데, 상기 생성된 고해상도 NDVI 영상과 3차원 도시 모델의 결합은 기하학적인 형태만을 가진 도시모델에 NDVI 범주화 영상을 겹쳐서 (drape) 올려놓음으로써 수행할 수 있다. In the present invention, the three-dimensional high-resolution NDVI urban model capable of visually reading vegetation vitality may be generated by combining the generated high-resolution NDVI image and the three-dimensional urban model, wherein the generated high-resolution NDVI image and the three-dimensional The combination of urban models can be performed by overlaying NDVI categorized images on urban models having only geometric shapes.
도 7은 수치도화를 통해 구축한 3차원 도시 모델에 고해상도 NDVI 영상을 결합시킨 3차원 고해상도 NDVI 도시모델 제작 방법에 대한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 3D high resolution NDVI urban model in which a high resolution NDVI image is combined with a 3D urban model constructed through numerical mapping.
항공삼각측량이 완료된 결과로부터 중복도가 충분히 확보되어 있는 두 개의 인접한 다중밴드영상을 열어 입체시 환경(701)에서 수치도화 과정을 거쳐 3차원 도시 생성을 위해 필요한 건물의 형상을 각 지붕면(facet)(711)을 하나하나 묘사하여 3차원 건물 모델(712)을 생성한 후 앞서 제작된 NDVI 범주화 영상과 결합하여 NDVI 건물모델(713)을 생성한다. 입체적인 형태를 지니는 다리 및 고가도로(702) 등 기타 시설물들 역시 수치도화 환경에서 3차원적인 형태를 분할된 면(facet) 형태를 연결하여 3차원 모델(703) 형태로 만든 후, 정규화식생지도 영상과 결합하여 NDVI 모델(704)을 생성한다. 마지막으로, 기하학적인 형태만을 가진 도시모델(721)에 NDVI 범주화 영상(723)을 겹쳐서(drape) 올려놓음으로써 식생 활력도를 시각적으로 판독할 수 있는 3차원 고해상도 도시모델을 생성한다.
From the result of the completion of aerial triangulation, two adjacent multi-band images with sufficient redundancy are opened, and the shape of the building required to generate the three-dimensional city is processed through the numerical mapping process in the stereoscopic environment 701. ) 711 is described one by one to generate a three-
201: 카메라 제어장치 202: 카메라 몸통
203: 렌즈콘 204: 전정색성(panchromatic) 카메라 헤드
205: 다중밴드(multispectral) 카메라 헤드 201: camera control unit 202: camera body
203: lens cone 204: panchromatic camera head
205: multispectral camera head
Claims (6)
(a) 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 다중 밴드 영상을 획득하는 단계;
(b) 상기 항공 디지털 모듈 카메라를 이용하여 영상을 획득하는 시점에서의 촬영시간, 항공기 및 카메라의 위치와 자세 정보를 GPS/INS 시스템을 통하여 획득하고, 외부표정 요소를 산출하는 단계;
(c) 상기 외부표정 요소와 지상기준점 측량 성과를 이용하여 항공삼각측량을 수행하는 단계;
(d) 상기 (a)~(c) 단계의 결과를 바탕으로 수치도화를 수행하여 3차원 도시모델을 생성하는 단계;
(e) 상기 다중 밴드 영상으로부터 고해상도 NDVI 영상을 생성하는 단계; 및
(f) 상기 생성된 고해상도 NDVI 영상과 3차원 도시 모델을 결합하여 3차원 고해상도 NDVI 도시 모델을 생성하는 단계.
3D high resolution NDVI city model including the following steps:
(a) acquiring a multi-band image using an aerial digital module camera;
(b) acquiring the shooting time at the time of acquiring the image using the aviation digital module camera, the position and attitude information of the aircraft and the camera through a GPS / INS system, and calculating an external expression element;
(c) performing aerial triangulation using the external expression elements and ground control point survey results;
(d) generating a three-dimensional urban model by performing numerical mapping based on the results of steps (a) to (c);
(e) generating a high resolution NDVI image from the multi-band image; And
(f) generating a 3D high resolution NDVI urban model by combining the generated high resolution NDVI image and a 3D urban model.
The method of claim 1, wherein the aerial digital module camera comprises a camera controller, a camera body and a lens cone.
3. The method of claim 2, wherein the lens cone comprises four panchromatic camera heads and four multispectral camera heads.
[수학식 2]
The method of claim 1, wherein the generating of the high resolution NDVI image comprises extracting a red band (RED) and a near infrared band (NIR) from the multi-band image, calculating an integer NDVI using Equation 2, and then categorizing the high resolution NDVI. Method for producing a categorized image:
[Equation 2]
5. The method of claim 4, wherein the categorization is based on Table 3 below.
The method of claim 1, wherein combining the generated high-resolution NDVI image and the three-dimensional urban model comprises stacking the NDVI categorized image on an urban model having only geometric shapes.
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