KR20180040175A - 선박 위치 결정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 선박 위치 결정 방법은, 해상의 선박을 촬영하는 촬영 장치에 의해 취득된 영상으로부터 상기 선박의 영상점 좌표를 산출하는 단계; 상기 촬영 장치와 관련된 GPS/INS의 위치 및 자세 센서 데이터로부터 상기 선박의 영상에 대한 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱 단계; 및 상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선박 위치 결정 방법 및 시스템{Ship Positioning Method and System}
본 발명은 선박 위치 결정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 영상 촬영 장치인 카메라와 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)를 장착한 무인항공기(Unmanned Aero Vehicle: UAV) 또는 유인 항공기에 의해 취득된 영상을 활용하여 해상의 선박의 위치를 정밀하게 결정할 수 있는 선박 위치 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 공해상에서 선박 식별을 위해 사용되는 선박자동식별장치(Automatic Identification System; AIS)는 선박의 위치, 침로, 속력 등 항해 정보를 실시간으로 제공하여 선박의 충돌을 방지하기 위한 장치로 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO)에서 장착을 권고하고 있는 장치이다.
하지만 AIS는 선박의 운항 정보를 선박 자체에서 그 주위로 일방향(one-way) 브로드캐스팅(broadcasting)하고, 이를 수신한 선박에서만 해석할 수 있기 때문에 해상에서 운항 중인 선박을 관제하기 위한 양방향(two-way) 정보로 활용하기 어려운 측면이 있다.
또한, AIS에서 발신하는 전파의 도달범위가 한정적이기 때문에 이를 선박 관제에 이용하기 위해서는 일정한 거리마다 기지국을 세워야 하는데 공해상에서는 선박자동식별정보를 수신하기 위한 기지국을 세우기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 AIS는 운항 중인 선박을 관제하기 위한 목적이 아니라 주위에서 운항 중인 선박을 탐지하고 충돌로부터 회피하도록 하는 목적 또는 국토 방위를 위한 목적으로 경비함 등에서 주변 선박을 정확히 식별하기 위한 목적으로 주로 사용된다.
한국 특허등록번호 제10-0760979호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 선박에 장착된 시스템과는 독립적으로, 그리고 선박의 위치에 관계없이 항공 사진 측량을 통한 공중 감시에 기초하여 선박의 위치를 정밀하게 결정 및 추적하고, 이를 통해 불법 또는 이상 선박, 조사선 등의 위치를 보다 정확하게 탐지 및 추적할 수 있는 선박 위치 결정 방법 및 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 선박 위치 결정 방법은, 해상의 선박을 촬영하는 촬영 장치에 의해 취득된 영상으로부터 상기 선박의 영상점 좌표를 산출하는 단계; 상기 촬영 장치와 관련된 GPS/INS의 위치 및 자세 센서 데이터로부터 상기 선박의 영상에 대한 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱 단계; 및 상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 단계는, 상기 영상점 좌표와 상기 외부 표정 요소와 관련된 공선방정식 이용하여 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 산출하는 단계; 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 이용하여 상기 외부 표정 요소를 보정하는 정밀 지오레퍼런싱 단계; 상기 보정된 외부 표정 요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 보정하는 단계; 상기 보정된 지상점 위치 및 상기 선박으로부터 전송된 AIS 신호로부터 상기 선박의 불법 선박 여부를 판별하는 단계; 및 상기 보정된 지상점 위치를 상기 선박의 최종 지상점 위치로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정밀 지오레퍼런싱 단계, 상기 지상점 위치를 보정하는 단계 및 상기 불법 선박 여부를 판별하는 단계는 상기 선박의 보정된 지상점 위치가 소정의 정밀도에 도달할 때까지 반복하되, 상기 정밀 지오레퍼런싱 단계는 상기 선박의 지상점 위치의 초기값 대신 상기 지상점 위치를 보정하는 단계에서 보정된 지상점 위치를 이용하여 상기 외부표정요소를 보정할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 선박 위치 결정 시스템은, 해상의 선박을 촬영하는 촬영 장치 및 상기 촬영 장치와 관련된 GPS/INS를 포함하는 센서 데이터 취득부; 상기 촬영 장치에 의해 취득된 영상으로부터 상기 선박의 영상점 좌표를 산출하는 선박 영상점 좌표 산출부; 상기 GPS/INS에 의해 취득된 위치 및 자세 센서 데이터로부터 상기 선박의 영상에 대한 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱부; 및 상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 선박 위치 결정부;를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서 상기 선박 위치 결정부는, 상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 산출하는 선박 지상점 초기 위치 산출부; 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 이용하여 상기 외부표정요소를 보정하는 정밀 지오레퍼런싱부; 상기 보정된 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 보정하는 선박의 지상점 위치 보정부; 및 상기 보정된 선박의 지상점 위치 및 상기 선박으로부터 전송된 AIS 신호로부터 상기 선박의 불법 선박 여부를 판별하는 선박 식별부를 포함할 수 있다.
또한 상기 정밀 지오레퍼런싱부의 외부표정요소의 보정, 상기 선박의 지상점 위치 보정부의 지상점 위치의 보정 및 상기 선박식별부의 불법선박 여부 판별은, 상기 선박의 보정된 지상점 위치가 소정의 정밀도에 도달할 때까지 반복되되, 상기 정밀 지오레퍼런싱부는 상기 선박의 지상점 위치의 초기값 대신 상기 보정된 지상점 위치를 이용하여 상기 외부표정요소를 보정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 선박에 장착된 시스템과는 전혀 무관하게 독립적으로 무인 또는 유인 항공기의 항공 영상을 이용하여 선박의 위치를 정밀하게 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 해양 감시 시스템에 적용되어 해상에 운항 중인 선박의 위치를 결정 및 추적할 수 있고, 불법 또는 이상 선박, 조사선 등의 위치를 보다 정확하게 탐지 및 추적할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 무인항공기 또는 유인 항공기에 적용되어 우리나라 관할 해양영토에서의 불법 선박 감시는 물론, 예를 들어 대형 유류 사고, 대형 해난 사고 등과 같은 국가적 해양 재해/재난 사고 발생시 즉각적인 감시 정보를 제공하고 이를 지원함으로써 대책 수립 및 피해 저감이 가능한 모니터링 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선박 영상점 좌표 산출부(20)의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 선박 위치 결정부(40)의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정 방법을 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다. 먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 발명에서 ““포함하다”” 또는 ““가지다”” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정 시스템은, 센서 데이터 취득부(10), 선박 영상점 좌표 산출부(20), 직접 지오레퍼런싱부(30) 및 선박 위치 결정부(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 데이터 취득부(10)는, 예를 들어 무인 항공기 또는 유인 항공기에 장착된 촬영 장치로서의 광학 카메라, 적외선 카메라, GPS/INS 등과 같은 다중 센서를 포함하고, 이러한 센서와 관련된 제어 및 데이터 저장 기능을 수행할 수 있다. 상기 센서 데이터 취득부(10)에 따르면 해상 공중에서 촬영 장치에 의해 촬영된 광학 영상, 열화상 영상 등과 같은 영상 데이터, 항공 플랫폼의 위치 및 자세 센서 데이터 등을 취득할 수 있다.
선박 영상점 좌표 산출부(20)는 상기 촬영 장치로부터 취득된 영상 데이터로부터 운항 중인 선박을 포함하는 선박 영역을 탐지하고, 탐지된 선박 영역에 대한 다양한 영상 처리 기법과 머신 러닝 기법 등을 적용하여, 탐지된 선박의 형태, 크기, 방향과 함께, 상기 탐지된 선박의 영상점 좌표 등의 속성 정보를 추출한다.
직접 지오레퍼런싱부(30)는 상기 센서 데이터 취득부(10)의 GPS/INS와 같은 위치 및 자세 데이터를 활용하여 탑재 변수를 고려하여 상기 촬영 장치에 의해 촬영된 영상의 외부표정요소(Exterior Orientation; EO)를 결정한다.
여기서 탑재변수는 GPS/INS 좌표계와 촬영장치의 카메라 좌표계 사이의 원점에 대한 이동 벡터, 즉 이격거리(lever arm)와, 좌표계 간 각 축의 회전각에 대한 회전 변환 행렬(boresight)을 의미한다. 따라서, GPS/INS 데이터로부터 INS 좌표계의 위치 및 자세를 산출하고 이후 탑재 변수를 고려하면 촬영 장치의 카메라 좌표계의 위치 및 자세를 산출할 수 있다.
일반적으로 항공사진측량은 수치지도, 정사영상, DEM 등과 같은 공간정보를 생성하기 위하여 이용되고 있다. 공간정보를 생성하기 위해서는 영상으로부터 지상 객체의 3차원 좌표를 정확하게 획득해야하고 이를 위해 영상의 외부표정요소를 정확하게 확보하는 것이 중요하다. 종래의 항공사진측량에서는 다수의 지상기준점을 이용하는 전통적인 항공삼각측량 기법으로 영상의 외부표정요소를 결정하였지만, GPS/INS 시스템의 개발 및 성능 향상으로 인해 이를 통해 획득된 위치/자세 데이터와 소수의 지상기준점을 이용하여 외부표정요소를 결정할 수 있다. 또한, 최근에는 지상기준점 없이 GPS/INS 시스템을 통해 획득된 위치/자세 데이터만을 이용하여 영상의 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱(direct geo-referencing) 방법이 개발되어 이용되고 있다.
이와 같이 항공사진 각각의 위치와 자세정보를 취득하는 통합센서를 운영하는 경우에는 카메라와 GPS 및 INS에 대한 각각의 특징과 센서 상호간 미치는 영향을 정확하게 이해하여야 한다.
이를 보다 상세히 살펴보면, INS를 설치하면 카메라와 INS 좌표계의 방향이 정확하게 일치하지 않는데 이를 보어사이트 각(Boresight Angle) 또는 보어사이트 정렬 오차(Boresight Misalignment)라고 한다. 보어사이트 각은 INS로 측정한 회전각도를 카메라의 외부표정요소로 사용할 때 오차 요인이 되므로 이를 미리 측정하여 GPS/INS 자료를 처리할 때 적용하여야 정확하게 계산될 수 있다. 본 발명과 같이 직접 지오레퍼런싱이 가능한 통합센서를 사용하는 경우 GPS/INS를 통해 각 사진에 대한 자세정보를 직접 계산할 수 있기 때문에 보다 정확한 자세 및 위치 정보를 즉시 획득할 수 있게 된다.
도 1의 선박 위치 결정부(40)는 아래에서 보다 자세히 설명하는 바와 같이 상기 선박 영상점 좌표 산출부(20)에서 산출된 선박의 영상점 좌표와 상기 직접 지오레퍼러싱부(30)에서 산출된 영상의 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점위치의 좌표를 결정할 수 있다.
상기 선박의 지상점 좌표는 일반적으로 공선 방정식을 이용하여 결정할 수 있다. 공선방정식(Collinearity equation)은 공간상의 임의 대상점과 그에 대응하는 촬영된 영상의 대응점 및 촬영 센서의 투영중심이 동일한 직선상에 존재한다는 공선조건에 의해 수립되는 영상점 좌표와 대상점 좌표, 투영중심 사이의 관계식을 일컫는다. 본 발명에서는 상기 공선 방정식을 이용하여 대상점으로서 지상점(Xp, Yp, Zp)이 투영된 영상점 좌표(x, y)를 결정하는데, 그 일반적인 형식은 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서 (x, y)는 row 및 column으로 표현되는 영상 좌표계(image coordidate system) 또는 사진기 내부의 사진 지표(fiducial mark)에 의해 정의되는 사진 지표 좌표계(Fiducial Coordinate System; FCS)에서의 영상점(image point) 좌표를 나타내며, (xp,yp, c)는 촬영장치인 카메라의 내부표정요소로서의 영상 좌표계 또는 사진 지표 좌표계에서의 카메라 주점(principal point)의 위치 좌표 및 초점거리(c)를 가리키며, (ω,φ,κ)는 촬영된 영상의 외부표정요소의 일부로서 각각 지상 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 x축, y축 및 z축 회전각, (Xc, Yc, Zc)는촬영된 영상의 외부표정요소의 일부로서 각각 지상 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 원점, 즉 투영 중심(projection center)의 위치 좌표를 나타내며, (Xp, Yp, Zp)는 지상 좌표계(Ground CoordinateSystem; GCS)에서의 지상점(object point) 좌표를 나타낸다.
상술한 공선방정식의 해는 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서 r11,……, r33은 카메라 좌표계의 x축, y축, z축 회전 각도인 (ω,φ,κ)의 함수인 회전행렬계수들이다.
카메라의 내부표정요소(xp, yp, c)는 카메라 캘리브레이션 수행 결과로부터 미리 알 수 있으므로, 지상 좌표계 상의 선박 위치 좌표(Xp, Yp, Zp)는, 상기 선박 영상점 좌표 산출부(20)에 의해 산출된 선박 영상점 좌표(x, y)와 상기 직접 지오레퍼런싱부(30)에 의해 산출된 외부표정요소(ω, φ, κ, Xc, Yc, Zc)를 상술한 공선 방정식에 대입하여 결정할 수 있다.
다만, Zp를 평균 해수면 높이로 고정하면, 상술한 바와 같은 공선 방정식으로부터 직접 지상 좌표계 상의 선박 위치 좌표(Xp, Yp, Zp)를 구할 수 있다. 그러나 보다 정밀하게 Zp의 값까지 구하려면 다음 수학식 2와 같이 하나의 지상점이 중복된 서로 다른 영상에 투영된 경우의 공선방정식을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00004
여기서(x1, y1) 및(x2, y2)는 각각 제 1 영상 및 제 2 영상의 영상점좌표를 나타내며, (ω1, φ1, κ1) 및 (ω2, φ2, κ2)는 각각 제 1 영상 및 제 2 영상의 카메라 좌표계의 x축, y축, z축 회전각, (Xc1, Yc1, Zc1) 및 (Xc2, Yc2, Zc2)는 각각 제 1 영상 및 제 2 영상의 카메라 좌표계의 투영 중심의 위치 좌표를 나타낸다.
상술한 수학식 2와 같은 공선방정식의 해는 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
여기서 (r'11,……, r'33 )및 (r''11,……, r''33) 은 각각 제 1 영상 및 제 2 영상의 카메라 좌표계의 회전행렬계수들이다.
상술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2장의 영상에 대한 카메라의 외부표정요소와 내부표정요소, 영상 좌표계 기준의 선박 영상점 좌표 산출부(20)로부터 산출된 선박 영상점좌표쌍(x1, y1, x2, y2)을 수학식 2와 같은 공선방정식에 대입하면 선박의 지상점 위치를 결정할 수 있게 된다. 또한 보다 정밀한 위치 결정을 위해서는 3장 이상의 영상을 이용하는 것도 가능하다. 선박 영상점 좌표 산출부(20) 및 상기 직접 지오레퍼런싱부(30)에서 입력된 변수들을 이용하여 결정된 선박의 지상점 위치(Xp, Yp, Zp)는 후술하는 바와 같은 정밀 지오레퍼런싱을 위한 번들 조정에서 초기값으로 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 선박 영상점 좌표 산출부(20)의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 선박 영상점 좌표 산출부(20)는 선박 탐지부(21), 선박 속성 정보 추출부(22) 및 선박 좌표 추출부(23)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 선박 탐지부(21)는 촬영 장치로부터 취득된 영상에 대하여 노이즈 감소, 화질 결점 제거 등의 전처리를 수행하고, 전처리된 영상으로부터 정적 또는 동적인 객체를 탐지한다. 예를 들어 상기 선박 탐지부(21)는 객체 검출 알고리즘을 이용하여 이동 중인 선박을 탐지하여 선박 전체를 감싸거나 선박 일부를 포함하는 관심 영역의 좌표를 선박 속성 정보 추출부(22)로 전달한다.
상기 선박 속성 정보 추출부(22)는 탐지된 선박 영역에 대하여 다양한 영상 처리 기법과 머신 러닝 기법 등을 적용하여, 탐지된 선박의 형태, 크기, 방향, 진행방향 등의 속성 정보를 추출한다.
영상 처리 기법에 의한 속성 정보 추출은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면 선박의 형태에 대해서는 선박 영역의 윤곽선 추출 기법(예를 들어 edge detection algorithm)을 이용하거나 다양한 선박 영상을 학습시킨 후 영상 매칭을 통해 형태 정보를 추출할 수 있다. 또한 선박의 크기에 대해서는 촬영된 영상에서 선박 영역에 해당하는 픽셀의 개수와 한 픽셀의 지상 커버리지를 고려하여 추출할 수 있다. 또한 선박의 방향에 대해서는 예를 들어 선박 영역을 타원으로 근사화시키고 근사화시킨 타원의 장축을 선박으로 길이 방향으로 추출하고 단축을 선박의 너비 방향으로 추출한 후, 장축 방향을 선박의 방향으로 결정할 수 있다. 한편, 선박의 진행 방향은 촬영된 영상에서 추출되는 물보라의 꼬리 반대방향을 선박의 진행 방향으로 결정하거나, 연속하여 촬영된 영상에서 추적되는 선박의 위치 변경으로부터 선박의 진행방향을 결정할 수도 있다.
상기 선박 좌표 추출부(23)는 촬영된 영상에서 선박의 영상점 좌표를 산출한다. 촬영된 영상에서의 선박의 영상점 좌표는, 예를 들어 영상 좌표계를 기준으로 선박의 장축과 단축이 교차하는 중심점에 해당하는 영상점 좌표, 또는 선박의 윤곽선 상의 영상점 좌표나 선박 영역에 해당하는 모든 픽셀의 영상점 좌표를 사용하여 산출될 수도 있다. 또한 상기 선박 좌표 추출부(23)는 복수의 영상에 걸쳐서 동일한 선박이 나타난 경우에는 선박의 속성 정보를 추적하는 기능을 수행할 수도 있다.
선박의 형태, 크기, 진행 방향, 영상점 좌표 등을 포함하는 속성 정보의 종류나 이러한 속성 정보의 추출 방법은 상술한 바와 같은 방법에 의해 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 공지된 다양한 방법을 사용하여 산출될 수 있음을 이해할 것이다.
도 3은 도 1의 선박 위치 결정부(40)의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정부(40)는 선박 지상점 위치 초기값 산출부(41), 정밀 지오레퍼런싱부(42), 선박 지상점 위치 보정부(43) 및 선박 식별부(44)를 포함하여 이루어질 수 있다.
선박 지상점 위치 초기값 산출부(41)는, 상술한 바와 같이 GPS/INS 시스템을 통해 획득된 위치/자세 데이터만을 이용하여 직접 지오레퍼런싱부(30)에서 결정된 영상의 외부표정요소와, 상기 선박 영상점 좌표 산출부(20)에서 산출된 선박의 영상점 좌표를 이용하여 선박 지상점 위치의 초기값을 산출한다. 선박 지상점 위치의 초기값은 상술한 바와 같은 공선방정식을 이용하여 산출할 수 있다.
정밀 지오레퍼런싱부(42)는 선박의 영상점좌표쌍과 같은 공액점과 지상 기준 정보, 예를 들어 선박의 영상점에 대응하는 절대 좌표 또는 후술하는 바와 같이 이전의 지오레퍼런싱을 통해 결정된 영상의 외부표정요소를 활용하여 번들 조정을 수행함으로써 보다 정밀한 외부표정요소를 결정하는 역할을 수행한다.
여기서 번들이란 사진측량에서 가장 기초적인 기하학적 단위로서 영상점과 카메라의 주점, 지상점을 연결하는 광선(ray)들의 집합을 일컬으며, 번들 조정이란 영상 간의 공액점의 측정으로 광선들이 형성되고 그 광선의 교차로 산출되는 지상점이 주어진 지상기준점과 일치할 때, 번들의 위치 및 자세, 즉 영상의 외부표정 요소를 결정하는 과정을 말한다.
상술한 바와 같은 번들 조정은 공지된 임의의 조정 방법을 이용할 수 있는데, 번들 조정이 일반적으로 많은 연산 시간이 소요되는 점을 감안하여 해상에서 영상 취득과 동시에 선박 탐지를 수행하기 위하여 고속 번들의 방법인 연속 번들 조정을 적용할 수 있다. 상술한 바와 같은 연속 번들 조정 방법은, 비록 이에 한정되지는 아니하나, 본 발명의 출원일 전에 공개된 한국 특허번호 제10-1105362호 등에 개시된 방법을 사용할 수도 있다. 상기 특허문헌의 전체 기재 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
상기 정밀 지오레퍼선싱부(42)는 동일한 선박에 대한 영상점들을 이용하여 영상 간의 상대적인 외부표정요소를 결정하는 상대적 조정 방법을 사용할 수도 있고, 선박에 대한 영상점들 중 절대 위치를 아는 것에 대하여 지상 기준점으로 활용함으로써 영상의 외부 표정요소를 결정하는 절대적 조정방법을 사용할 수도 있다. 그러나 개념적으로는 정밀 지오레퍼선싱부(42)에서 수행하는 정밀 지오레퍼런싱 과정은 상술한 바와 같은 상대적 조정 방법과 절대적 조정방법이 개별적으로 실행되는 것이 아니라 일괄적으로 동시에 이루어질 수도 있다.
선박 지상점 위치 보정부(43)는 상기 정밀 지오레퍼런싱부(42)에 의해 보정된 외부표정요소를 기초로, 상술한 바와 같은 공선방정식을 이용하여 보다 정밀하게 보정된 선박의 지상점 위치를 산출한다.
선박식별부(44)는, 상기 선박 지상점 위치 보정(43)에서 보정된 선박의 지상점 위치를 포함하는 선박에 대한 속성정보와, 상기 선박으로부터 수신된 AIS(Automatic Identification System) 또는 VRS(Vessel Reporting System) 등의 신호와 비교하고, 선박으로부터 수신된 AIS 또는 VRS 등의 신호 등이 없는 선박들은 불법 또는 이상 선박으로 식별한다.
또한 상기 선박식별부(44)는 상기 선박 지상점 위치 보정부(43)에서 보정된 선박 지상점 위치를 최종적인 선박의 지상점 위치로 결정한다. 이 경우 선박식별부(44)에 입력되는 보정된 선박의 지상점 위치는 정밀 지오레퍼런싱부(42)에 의해 외부표정요소를 결정하는데 다시 이용될 수도 있다. 즉 정밀 지오레퍼런싱부(42)에서는 상기 선박 지상점 위치 초기값 산출부(41)에서 산출된 지상점 위치 초기값 대신에 상기 선박 지상점위치 보정부(43)에서의 보정된 선박의 지상점 위치를 사용하여 보다 정밀하게 외부표정요소를 결정할 수 있다. 또한, 상기 정밀 지오레퍼런싱부(42)에 의한 외부표정 요소의 보정, 상기 선박 지상점 위치 보정부(43)에 의한 선박의 지상점 위치의 보정 및 상기 선박 식별부(44)에 의한 선박 식별 과정은, 보정된 선박의 지상점 위치가 소정 정밀도에 도달할 때까지 반복될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 위치 결정 방법을 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 단계 S41의 선박 영상점 좌표 추출 단계에서는 센서 데이터 취득부(10)의 촬영 장치에 의해 촬영된 영상에 기초하여 선박의 형태, 크기, 방향, 영상점 좌표 등의 속성 정보를 추출한다.
이어서 단계 S42의 직접 지오레퍼런싱 단계에서는 센서 데이터 취득부(10)의 GPS/INS로부터의 위치 및 자세 센서 데이터를 기초하여 카메라의 외부표정요소(ω, φ, κ, Xc, Yc, Zc)를 결정한다.
이후 단계 S43의 선박 지상점 위치 초기값 산출 단계에서는, 단계 S41에서 추출된 선박의 속성 정보에 포함된 선박의 영상점 좌표와, 단계 S42에서 결정된 카메라의 외부표정요소로부터 선박 지상점 위치의 초기값을 산출한다. 선박 지상점 위치의 초기값은 상술한 바와 같은 공선 방정식을 이용하여 산출할 수 있다.
다음 단계 S44의 정밀 지오레퍼런싱 단계에서는 상기 단계 S43에서 산출된 선박 지상점 위치의 초기값을 지상기준점으로 이용하여 카메라의 외부표정요소를 보정한다.
이후 단계 S45의 선박 지상점 위치 보정 단계에서는 단계 S44에서 보정된 카메라의 외부표정요소를 기초로 선박의 지상점 위치를 보정한다.
단계 S46의 불법 선박 판별 단계에서는, 단계 45에서 보정된 선박의지상점 위치와, 선박으로부터 수신된 AIS 또는 VRS 등의 신호를 이용하여상기 선박이 불법 선박인지의 여부를 판별한다. 불법 선박인지의 여부는 예를 들어 선박으로부터 수신된 AIS 또는 VRS 등의 신호 등이 없는 선박의 경우에는 불법 또는 이상 선박으로 판별할 수 있다.
상기 단계 S44 내지 S46은 요구되는 정밀도로 선박의 위치가 보정될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다(단계 S47). 이 경우 단계 44의 정밀 지오레퍼런싱 단계에서 이용되는 선박의 위치값은 단계 S43의 선박의 지상점 위치의 초기값 대신에 단계 S45에 의해 보정된 선박의 지상점 위치값을 이용한다. 예를 들어 상술한 한국특허번호 제10-1105362에 개시된 방법을 사용하는 경우, 공액점의 관측값과 GPS/INS로부터 수신된 외부표정요소의 관측값을 이용하여 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표가 포함되도록 설정된 관측 방정식(observation equation)(이는 선형화된 공선조건식에 기초하여 설정됨)에서 오차가 최소가 될 때까지 정밀 지오레퍼런싱 및 지상점 위치 보정 단계를 반복적으로 실시하고, 그 오차가 최소가 될 때의 후보 외부표정요소 및 후보 지상점 좌표를 최종 외부표정요소 및 최종 지상점 좌표로 결정할 수 있다(단계 S48).
AIS 등만을 이용한 종래의 선박 위치 결정방법에 따라 결정된 선박 위치의 경우 그 오차가 평균적으로 약 10m 정도이었으나, 본 발명에 따른 선박 위치 결정 방법에 따르면, 센서 데이터 취득부의 촬영 장치, GPS/INS 등의 성능에 따라 상이하지만, GPS/INS의 위치 및 자세 오차가 각각 0.1m, 0.1deg이고, 초점거리는 25mm, 픽셀 사이즈가 5㎛인 카메라를 이용하여 500m의 고도에서 취득한 영상을 이용하는 경우에 선박의 위치 오차는 약 1m이었다.
따라서 본 발명에 따르면 AIS 신호를 송신하지 않는 선박의 위치를 보다 능동적으로 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 AIS 기반의 선박 위치 결정 방법보다 약 10배 이상의 정확도를 가지고 선박의 위치를 결정할 수 있다.
상술한 실시예에서 사용된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
또한 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
또한 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로 제공되거나 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 센서 데이터 취득부
20: 선박 영상점 좌표 추출부
30: 직접 지오레퍼런싱부
40: 선박 위치 결정부
41: 선박 지상점 위치 초기값 산출부,
42: 정밀 지오레퍼런싱부
43: 선박 지상점 위치 보정부
44: 선박 식별부

Claims (7)

  1. 해상의 선박을 촬영하는 촬영 장치에 의해 취득된 영상으로부터 상기 선박의 영상점 좌표를 산출하는 단계;
    상기 촬영 장치와 관련된 GPS/INS의 위치 및 자세 센서 데이터로부터 상기 선박의 영상에 대한 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱 단계; 및
    상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 단계는,
    상기 영상점 좌표와 상기 외부 표정 요소와 관련된 공선방정식 이용하여 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 산출하는 단계;
    상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 이용하여 상기 외부 표정 요소를 보정하는 정밀 지오레퍼런싱 단계;
    상기 보정된 외부 표정 요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 지상점 위치 및 상기 선박으로부터 전송된 AIS 신호로부터 상기 선박의 불법 선박 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 보정된 지상점 위치를 상기 선박의 최종 지상점 위치로 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정밀 지오레퍼런싱 단계, 상기 지상점 위치를 보정하는 단계 및 상기 불법 선박 여부를 판별하는 단계는 상기 선박의 보정된 지상점 위치가 소정의 정밀도에 도달할 때까지 반복하되, 상기 정밀 지오레퍼런싱 단계는 상기 선박의 지상점 위치의 초기값 대신 상기 지상점 위치를 보정하는 단계에서 보정된 지상점 위치를 이용하여 상기 외부표정요소를 보정하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 방법.
  4. 하드웨어와 결합되어 제 1 항에 따른 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  5. 해상의 선박을 촬영하는 촬영 장치 및 상기 촬영 장치와 관련된 GPS/INS를 포함하는 센서 데이터 취득부;
    상기 촬영 장치에 의해 취득된 영상으로부터 상기 선박의 영상점 좌표를 산출하는 선박 영상점 좌표 산출부;
    상기 GPS/INS에 의해 취득된 위치 및 자세 센서 데이터로부터 상기 선박의 영상에 대한 외부표정요소를 결정하는 직접 지오레퍼런싱부; 및
    상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 결정하는 선박 위치 결정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선박 위치 결정부는
    상기 영상점 좌표와 상기 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 산출하는 선박 지상점 초기 위치 산출부;
    상기 선박의 지상점 위치의 초기값을 이용하여 상기 외부표정요소를 보정하는 정밀 지오레퍼런싱부;
    상기 보정된 외부표정요소를 이용하여 상기 선박의 지상점 위치를 보정하는 선박의 지상점 위치 보정부; 및
    상기 보정된 선박의 지상점 위치 및 상기 선박으로부터 전송된 AIS 신호로부터 상기 선박의 불법 선박 여부를 판별하는 선박식별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정밀 지오레퍼런싱부의 외부표정요소의 보정, 상기 선박의 지상점 위치 보정부의 지상점 위치의 보정 및 상기 선박식별부의 불법선박 여부 판별은, 상기 선박의 보정된 지상점 위치가 소정의 정밀도에 도달할 때까지 반복되되, 상기 정밀 지오레퍼런싱부는 상기 선박의 지상점 위치의 초기값 대신 상기 보정된 지상점 위치를 이용하여 상기 외부표정요소를 보정하는 것을 특징으로 하는 선박 위치 결정 시스템.
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