KR20190049086A - Unmanned High-speed Flying Precision Position Image Acquisition Device and Accurate Position Acquisition Method Using the same - Google Patents

Unmanned High-speed Flying Precision Position Image Acquisition Device and Accurate Position Acquisition Method Using the same Download PDF

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Abstract

To solve disadvantages and problems in existing technologies, the present invention relates to a device for obtaining precision position images during a high speed flight of an unmanned aerial vehicle and a method for obtaining precision position using the same. The device is as follows: obtaining rapid 2D precision position data from ocean, wide rivers, farming information difficult in identification and information on forest of which shaking is acute; correcting optimally and physically locations, posture and angles of an unmanned aerial vehicle navigation system; enabling 2D ortho-arranging position verification in real time by images during a high speed flight of an unmanned aerial vehicle necessary for data position determination in real time and an image data map matching algorithm necessary for verification of sensor data position determination; and enabling 2D ortho-arrangement through the image obtained by the unmanned aerial vehicle and error correction of locations and angle arrangement of sensor data by means of an arrangement determination algorithm of image data for identification of the ground and the air in order to determine positions during a high speed flight of the unmanned aerial vehicle and to correct errors of navigation sensor information.

Description

무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치 및 그를 이용한 정밀위치 획득 방법{Unmanned High-speed Flying Precision Position Image Acquisition Device and Accurate Position Acquisition Method Using the same}[0001] The present invention relates to a precision position image acquisition apparatus and a precision position acquisition method using the same,

본 발명은 무인기를 이용한 정밀위치 영상 획득에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속비행중 영상 및 센서데이터 위치결정 오류 최적화 검증에 필요한 영상데이터 맵 매칭(Map matching) 알고리즘과 실시간 2차원(2D) 정사배치 위치검증 및 무인기 비행중 위치결정과 항법센서정보의 오차보정을 위한 영상데이터 배치결정 알고리즘을 통해 위치결정 항공식별 위치에 2차원 정사배치 방법으로 무인기 획득 영상의 위치, 각도 배치의 오차검증과 보정을 위한 2차원 정사배치와 준실시간 2D 정사처리를 위한 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치 및 그를 이용한 정밀위치 획득 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an image data map matching algorithm and a real-time two-dimensional (2D) orthogonal arrangement for high-speed in-flight image and sensor data positioning error optimization verification. Position verification and error correction of navigation information during position verification and UAV flight is performed through 2D image alignment decision algorithm. The present invention relates to an apparatus for acquiring a precise position image during a UAV and a method for acquiring an accurate position using the same.

공간정보는 지상·지하·수상·수중 등 공간상에 존재하는 자연적 또는 인공적인 객체에 대한 위치정보 및 이와 관련된 공간적 인지 및 의사결정에 필요한 정보(「국가공간정보기본법」 제2조 제1항 및 「국토지리정보원 공간정보 표준화지침」 제2조 제1항)로 공간에 존재하는 자연적, 인공적인 물체에 대한 위치정보 및 속성정보의 서비스시장이다.Spatial information includes location information on natural or artificial objects existing in space such as ground, underground, water, underwater, and spatial information related thereto and information necessary for decision making (Article 2 (1) and (Article 2, Paragraph 1 of the 「Guidelines for Standardization of Spatial Information of National Geographic Information Sources」), it is a service market of location information and attribute information about natural and artificial objects existing in the space.

공간정보 구축기술의 발전과 함께 공간정보취득 및 활용의 범위는 갈수록 확대되고 있으며, 특히 3차원 국토공간정보 분야는 항공사진측량 기술의 발전과 함께 급속하게 성장하고 있다. With the development of spatial information construction technology, the range of acquisition and utilization of spatial information has been expanding. Especially, 3D space information field is growing rapidly with the development of aerial photogrammetry technology.

기존 위성 영상과 항공사진 래스터 데이터 등은 넓은 범위를 제공한다는 장점이 있지만, 소규모 특정지역만을 반복 촬영할 수 없다는 단점과 더불어 공간해상도는 주로 11cm ∼ 1m급 영상으로서 객체 판독에 한계가 있고 이를 극복하기 위한 각종 신기술이 개발되면서 공간정보 구축의 패러다임이 빠르게 변화하고 있다. Conventional satellite images and aerial photograph raster data have a merit of providing a wide range, but they can not be repeatedly photographed only in a small specific area, and spatial resolution is mainly 11cm ~ 1m class image, With the development of various new technologies, the paradigm of spatial information construction is rapidly changing.

최근 국내에서도 위성과 항공에서 제공되지 못하던 5cm급 고해상도 영상을 무인기를 이용 편리하게 취득 할 수 있다는 장점이 있기 때문에 다양한 분야에서 기술개발이 진행되고 있다. In recent years, technology development has been progressing in various fields because it has the merit that it can acquire 5cm high resolution image which can not be provided in satellite and airline easily by using UAV.

또한 급변하는 공간정보 수요증가와 신속하고 높은 수준의 데이터 갱신이 요구되고 있고 적조, 녹조와 같은 지구온난화등 환경 GIS분야에서도 빠른 데이터 구축을 요구 하고 있다. 그러나 빠른 데이터 처리는 무인기 자체 센서오류제거의 한계로 획득 데이터의 빠른 정밀 배치에 많은 어려움이 있다.In addition, demand for rapidly changing spatial information and rapid and high-level data renewal are required, and rapid data construction is required in the environmental GIS field such as global warming such as red tide and green tide. However, the fast data processing is difficult to precisely arrange the acquired data due to the limit of eliminating the sensor error of the UAV.

최근 소형무인기 시장의 급성장으로 무인기를 이용한 공간정보 데이터 획득과 응용분야가 점차 확대 되고 있다. With the rapid growth of the small UAV market in recent years, acquisition of space information data and application fields using UAV have been gradually expanded.

특히 공간정보산업은 도심, 산림, 해양등 다양한 환경에서 정밀위치기반 영상 및 센서데이터 획득운용이 많이 활용되고 있으며 현재는 저가 소형무인기에 탑제된 임무장비의 영상 및 센서 데이터와 지피에스(GPS), 아이엠유(IMU), 지자기센서, 방위각센서로도 스테레오 이미지를 높은 중첩도로 이미지 오버레이 메핑처리(Image Overlay Mapping Process) 방식의 소프트웨어 처리방식이 일반적으로 사용되는 기술방법이다.Especially, the spatial information industry is widely used in various environments such as urban areas, forests, and oceans, and the acquisition and operation of precise location based image and sensor data is widely utilized. Currently, image and sensor data of the mission equipment installed in low cost small unmanned aerial vehicles, ImageUltra Mapping Process (IMU), geomagnetic sensor, and azimuth sensor are also commonly used.

최근의 무인기를 이용한 영상(Image) 또는 초분광센서(Hyper Spectra Sensor), 열화상센서와 같은 데이터 처리는 대부분 픽스포디(Pix4D) 멥퍼(mapper)와 같은 상용전문 소프트웨어를 통해 3차원 정사메핑처리(Overlay Mapping Process)가 이루어지고 있지만, 대부분 부정확한 지피에스(GPS), 아이엠유(IMU), 지자기센서(방위각센서)값으로 해상도가 높거나 높은 중첩도가 확보되어야 스테레오 방식의 후처리 정사영상처리가 이루어지는 것이 특징이다. Data processing such as Image or Hyper Spectra Sensor and thermal image sensor using latest UAV is mostly processed by 3D orthographic mapping processing through commercial specialized software such as Pix4D mapper Overlay Mapping Process is performed. However, it is necessary to secure high or high resolution with most incorrect GPS, IMU, and geomagnetic sensor (azimuth sensor) .

또한 정밀도가 높은 위치정확도를 위해 항공식별 기준점 측량의 다수 측지점 보정으로 정확도가 높아지고 있으나 후처리 시간이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다.In addition, although the accuracy is improved due to the correction of the multiple side points of the aerial identification reference point surveying for high precision position accuracy, it has a disadvantage of requiring a long post-processing time.

그리고 상용전문 소프트웨어에서 제공되는 정사영상처리(Mapping Process)를 위해서는 중첩도 높은 목표데이터를 가상공간에 정사배치하고, 중첩도에 의한 고도값 산출로 디지털 멥 엘리베이션(DME: Digital Map Elevation)을 구하며, 마지막 과정으로 3차원 모델에 영상을 입히는 디지털 서페이스 모델(DSM: Digital Seface Model) 과정을 통해 정밀한 후처리 3차원 지형정보를 구하는 것이 일반적으로 이루어지고 있는 종래 기술이다.Also, for the orthoimaging process provided by the commercial software, the target data with high overlapping is arranged in the virtual space, and the digital elevation (DME) is obtained by calculating the elevation value by the overlapping, As a final step, it is a conventional technique that a precise post-processing 3D terrain information is obtained through a digital surface model (DSM) process of applying a 3D image to a 3D model.

이러한 무인기의 부정확한 지피에스(GPS)와 아이엠유(IMU) 자세정보를 가지고 소프트웨어 후처리 보정이 이루어지고 있으나, 영상(Image) 또는 초분광센서(Hyper Spectra Sensor), 열화상이미지와 같은 데이터는 수풀이 우거진 산림, 광범위 농업지역, 움직임이 심한 강물, 해양환경과 같은 비정형화된 환경에서 지형데이터가 제대로 생성되지 않고 있다. 그리고, 이미지 센서 데이터 처리가 넓은 공간에서도 높은 중첩도를 요구하고 있어 빠른 데이터 획득이 어렵고, 반드시 중첩도가 높은 선형 공통 스테레오 정보 확보에서 정확위치의 정사영상 또는 지형정보 생성이 이루어지고 있다. Although software post-processing correction is performed with inaccurate GPS and IMU attitude information of such UAV, data such as image or Hyper Spectra sensor, thermal image, Terrain data is not being properly generated in non-standardized environments such as lush forests, extensive agricultural areas, high-impact rivers, and marine environments. Also, since the image sensor data processing requires a high degree of overlapping in a wide space, it is difficult to acquire fast data, and ortho image or terrain information of an accurate position is generated by ensuring linear common stereo information with high overlapping degree.

최근 무인기의 실시간 운영에 의한 2차원 정사 메핑 처리(Overlay Mapping Process)에 의한 지형정보시스템(GIS) 빅 데이터(big data) 구축 시장이 확대되고 있고, 동일지형의 중복된 실시간 1m 미만 정확도의 정사영상을 기반으로 지형변화 감시와 영상객체 분석데이터 활용도가 높아지고 있어 실시간 운영방법과 빠른 2차원 정사배치 또는 정사 메핑 처리(Overlay Mapping Process) 기술과 정밀 위치 보정방법이 필요해지고 있다.In recent years, there has been an increase in the market for construction of big data (GIS) by the 2-dimensional orthogonal mapping processing by the real-time operation of UAV, and the overlapping real- , The terrain change monitoring and image object analysis are increasingly utilized. Therefore, a real-time operation method, a fast two-dimensional orthogonal placement, an overlay mapping process, and a precise position correction method are required.

특히 수풀이 우거진 산림, 광범위 농업지역 등과 움직임이 심한 강물 해양환경과 같은 비정형화 또는 선형공통 스테레오 정보추출이 어려운 지상데이터 환경에서 중첩도를 최소화하여 빠른 데이터 획득에 의한 실시간 2차원(2D) 정사배치 기술의 개발이 요구되고 있다.Real-time two-dimensional (2D) orthogonal placement by minimizing overlap in a terrestrial data environment where it is difficult to extract non-standardized or linear common stereo information, such as bushy forests, extensive agricultural areas, Development of technology is required.

또한 무인비행기 개발에 있어 위성항법(GNSS), 관성센서는 자동비행에서 매우 중요하게 활용되고 있다. 그러나 무인기는 GNSS, 관성항법 이외 비행가속오차, 고도오차, 지자기오차, 비행제어오차, 짐벌제어오차, 영상셔터오차 요인 등으로 비행중 지상데이터의 정확한 위치정보 획득은 어렵기 때문에 실시간 처리를 위해서는 물리적 환경 최적화를 통한 소프트웨어 처리가 필요하다. In addition, satellite navigation (GNSS) and inertial sensors are very important in the development of unmanned airplanes. However, because it is difficult to acquire accurate position information of the ground data during flight due to GNSS, inertial navigation acceleration error, altitude error, geomagnetism error, flight control error, gimbal control error, and image shutter error factor, Software processing through environment optimization is needed.

그리고 실시간 처리는 빅데이터와 통신요인으로 실시간 정사배치가 어렵기 때문에 준 실시간 처리가 불가피하다. In real-time processing, real-time processing is inevitable because it is difficult to arrange real-time orthogonality due to communication with big data.

준실시간 정사처리는 소프트웨어 후처리 의존보다 무인기 오차요인 최적화가 우선 필요하고 획득된 영상의 2D 정사배치를 통해 보정 알고리즘이 꾸준히 개선될 경우 1m 이내 정확도가 보장되는 2D 정사배치가 가능할 것으로 예측된다.It is expected that quasi - real - time orthogonal processing will be more efficient than post - software dependency processing, and 2D rectangle positioning with accuracy of less than 1m will be possible if the correction algorithm is constantly improved through 2D orthogonal arrangement of acquired images.

하지만 무인기의 이동중 위성항법수신기와 관성항법 오차 검증이 어렵고 이동중 GPS 위치좌표 의존하는 영상처리는 수십m 이상 큰 위치오차 발생이 예상되고 복합적인 지자기, 자세, 속도 등 누적오차 요인으로 측지점 보정이 어려운 해상, 산림, 농사 등의 GIS구축이 현실적으로 어려운 상황이라는 문제가 있었다. However, it is difficult to verify the inertial navigation error with the satellite navigation receiver on the UAV, and it is expected that the GPS position coordinate dependent image processing will cause a large position error of several tens of meters or more and it is difficult to correct the side point because of cumulative error factors such as complex geomagnetism, There was a problem that the construction of GIS such as maritime, forest, and farming was difficult in reality.

대한민국 공개특허 2003-0068871호(2003년08월25일 공개) - 무인기를 이용한 원격탐색 시스템Korean Patent Publication No. 2003-0068871 (published on August 25, 2003) - Remote search system using UAV

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바다, 넓은강, 식별이 어려운 농사정보, 흔들림이 심한 산림정보에서 빠른 2차원 정밀위치 데이터 획득과 무인기 항법장치의 위치, 자세, 각도 물리적 최적 보정과 실시간 데이터 위치결정에 필요한 무인기 고속비행중 영상 및 센서데이터 위치결정 검증에 필요한 영상데이터 멥 매칭(Map matching) 알고리즘으로 실시간 2차원(2D) 정사배치 위치검증이 가능하고, 무인기 고속비행중 위치결정과 항법센서정보의 오차보정을 위해 지상 항공식별 영상데이터 배치결정 알고리즘으로 무인기 획득 영상과 센서데이터 위치, 각도 배치의 오차보정을 통한 2차원 정사배치가 가능한 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치 및 그를 이용한 정밀위치 획득 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for acquiring fast two-dimensional accurate position data from sea, wide river, difficult agricultural information, Real-time two-dimensional (2D) orthogonal placement position verification with image data matching algorithm (image matching) required for position, attitude, angle physical optimization and real-time data positioning UAVs that can be deployed in two dimensions by correcting errors in location, angle placement of sensor data, and acquiring UAVs with a decision algorithm of land aerial identification image data to correct errors in positioning and navigation sensor information during high speed UAV And a precise position acquisition method using the same It has its purpose.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치는 고속비행 중 정밀위치 영상 획득을 위한 무인기; 지상의 항공식별 이미지를 확인하여 상기 무인기에서 획득된 영상 정보와 센서정보에 대하여 상기 항공식별 이미지의 배치 오차를 보정하여 이미지 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치하기 위한 2D 정사배치 소프트웨어(2D 정사 알고리즘)가 구비되며, 상기 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조와 픽셀(Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘을 이용하되, 상기 무인기의 카메라에서 획득된 영상(Images)에 대한 픽셀 벡터 데이터 분석은 상기 무인기에서 상기 지상관제장비로 양방향 데이터 통신에 의해 영상이 전송되면 상기 지상관제장비는 원시데이터 영상변환(Image converting)을 통해 알고리즘 배치 좌표 결정과 가상공간의 지구중심 좌표계 위에 벡터데이터가 2차원(2D) 정사배치되며, 고도 위치방향을 포함하는 무인기 물리적 좌표를 기반으로 지상 2차원(2D) 좌표 픽셀데이터 크기변경과 상기 지구중심 좌표계 산출 알고리즘에 의해 분석된 픽셀 벡터 영상의 위치정확도 항법좌표를 산출하여 2차원(2D) 중첩 배치 메핑 처리(Overlay Mapping Process)를 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, there is provided an apparatus for acquiring a precise position image during a high speed flight of a UAV; (2) a virtual grid matching algorithm (2D) for arranging image or sensor information by correcting a placement error of the aerial identification image with respect to the image information and sensor information obtained from the UAV by checking the aerial identification image on the ground (2D) orthogonal arrangement algorithm processing structure and a pixel vector image grid matching (Grid Map matching) positioning algorithm are used, and the 2D (Orthogonal) When the image is transmitted by bidirectional data communication from the UAV to the ground control equipment, the ground control equipment performs algorithm mapping coordinate determination through image data conversion And vector data are arranged in a two-dimensional (2D) square on the geocentric coordinate system of the virtual space, (2D) coordinate pixel data size change based on unmanned physical coordinates including the position direction and position accuracy of the pixel vector image analyzed by the earth center coordinate system calculation algorithm, And performs an arrangement mapping process (Overlay Mapping Process).

여기서, 지상관제장비는 상기 무인기와 양방향 통신하기 위한 통신부를 통해 상기 무인기의 카메라로부터 전송된 영상 데이터가 수신되면 수신된 영상 데이터를 처리하는 영상 데이터 처리부와, 상기 무인기의 각종 센서로부터의 센서 데이터를 처리하는 센서 데이터 처리부와, 상기 영상 데이터 처리부와 센서 데이터 처리부의 데이터를 저장하는 메모리부와, 상기 영상 데이터 처리부에서 처리된 영상 데이터에서 정사 이미지 위치 데이터를 분석하는 정사 이미지 위치 데이터 분석부와, 상기 영상 데이터의 이미지를 분석하는 영상데이터 이미지 분석부와, 초분광센서, 열화상(IR)센서 데이터 분석부로 데이터 이미지변환 분석구조를 갖은 다음 픽셀 벡터 데이터의 동일구조로 변환하여 두 모듈과 결과데이터를 통합하여 2D 정사배치가 이루어지도록 하는 센서 데이터 분석부와, 상기 결과 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부 및 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.Here, the ground control equipment comprises an image data processing unit for processing the received image data when the image data transmitted from the camera of the UAV is received through a communication unit for bidirectional communication with the UAV, A memory unit for storing data of the image data processing unit and the sensor data processing unit; an ortho-image position data analyzing unit for analyzing ortho-image position data in the image data processed by the image data processing unit; An image data image analyzing unit for analyzing the image data of the image data and a sensor image data analyzing unit for converting the image data into an identical structure of pixel vector data having a data image conversion analysis structure, So that 2D rectangles can be It is characterized by configured by a display unit and a control unit for displaying the sensor data analysis unit, the resulting data.

그리고 무인기가 사전획득한 비행식별 정밀 위치 좌표인 상기 항공식별 이미지를 이용한 물리적 최적화 오차보정 방법으로 정사배치 알고리즘 처리는, 상기 지상관제장비에서 상기 무인기의 영상(images)에 포함된 고도에 따른 Boundary 계산, 거리 = 고도 x 기울기 값에 중심(ECEF 36.000, 127.000)값으로 피타고라스의 정리 및 삼각 계산법으로 데이터 획득 사각정보의 네점(A, B, C, D) ENU를 산출하고 ENU(East-North-Up) to ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed) 값을 ECEF to LLH(위/경도) 변환(Convert)하고 GPS Data를 이용한 이미지 정사 배치과정을 수행하여 정밀도 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 한다.And a physical optimization error correction method using the aerial identification image, which is a flight identification precise position coordinate acquired beforehand by the UAV, the orthogonal placement algorithm processing may be performed by a Boundary calculation according to an altitude included in images of the UAV (A, B, C, D) ENU of the square information and the ENU (East-North-Up) ) to ECEF (Earth-Centered Earth-Fixed) value to an ECEF to LLH (top / longitude) conversion and performs an image processing process using GPS data.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 정밀위치 획득 방법은 무인기가 고속비행 중 지상의 항공식별 이미지를 포함하는 정밀위치 영상을 획득하는 단계; 지상관제장비는 상기 무인기에서 획득된 영상 정보와 상기 항공식별 이미지의 배치 오차를 보정하여 영상정보 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치를 위하여 2D 정사배치 소프트웨어(2D 정사 알고리즘)가 구비되며, 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조와 픽셀 (Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘을 이용하되, 상기 지상관제장비는 원시데이터 영상변환(Image converting)기를 통해 알고리즘 배치 좌표 결정과 가상공간의 지구중심 좌표계위에 벡터데이터가 2차원(2D) 정사배치되며, 고도 위치방향과 같은 상기 무인기 물리적 좌표를 기반으로 지상 2차원(2D) 좌표 픽셀데이터 크기변경과 지구중심 좌표계 산출 알고리즘에 의해 분석된 픽셀 벡터 영상의 위치정확도 항법좌표를 2차원(2D) 중첩배치 메핑 처리(Overlay Mapping Process)하는 단계와, 상기 지상관제장비의 프로세서내에 설치된 소프트웨어는 순차처리 다이어그램의 영상 정보를 취합하여 한 개의 영상을 만들 수 있도록 Image Processing Function을 통해 2D 정사배치 취합 영상을 저장하고, 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 배치를 위해 위/경도 및 고도, 헤딩(Heading)을 이용하여 이미지 배치 후 정사처리 알고리즘을 적용하되, 상기 무인기(100)가 사전획득한 비행식별 정밀 위치 좌표인 항공식별 이미지를 이용한 물리적 최적화 오차보정 방법으로 상기 무인기(100)의 고도에 따른 Boundary 계산, 거리=고도x기울기 값에 중심값으로 피타고라스의 정리 및 삼각 계산법으로 데이터 획득 사각정보의 네점(A, B, C, D) ENU를 산출하고 ENU(East-North-Up) to ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed) 값을 ECEF to LLH 변환(Convert)하고 GPS Data를 이용한 이미지 정사 배치과정을 수행하는 단계;를 포함하여 영상획득 위치의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, there is provided a method for acquiring a precise position using a precise position image acquisition device in a UAV, comprising the steps of: acquiring a precise position image including an aerial identification image of a ground during a high-speed flight; The ground control equipment corrects the image information obtained from the UAV and the placement error of the aerial identification image to generate a virtual grid matching algorithm. (2D) orthogonal arrangement algorithm processing structure and a pixel vector image grid matching method (Grid Map matching) positioning algorithm are used as the above-mentioned ground control equipment, (2D) coordinates based on the unmanned physical coordinates such as the altitude position direction, and the size of the 2D 2D coordinate data And position accuracy of the pixel vector image analyzed by the geocentric coordinate system calculation algorithm. The software installed in the processor of the terrestrial control equipment collects the 2D image information of the sequential processing diagram through the image processing function so that one image can be created by collecting the image information of the sequential processing diagram. And an image processing algorithm is applied after arranging the image by using the position / length, altitude, and heading for the grid map matching arrangement, and the accuracy of the flight identification precision position coordinate obtained by the UAV 100 Boundary calculation according to the altitude of the UAV 100, data acquisition by Pythagorean theorem and the triangulation method with distance = altitude x slope value as the physical optimization error correction method using the aerial identification image, B, C, D) Calculate ENU, convert ECEF to Earth-Centered Earth-Fixed (ECU) to LF (ENU) Performing an image process using ortho arrangement; including features to improve the accuracy of the image acquisition position.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

첫째, 바다, 넓은강, 식별이 어려운 농사정보, 흔들림이 심한 산림정보에서 빠른 2차원 정밀위치 데이터 획득과 무인기 항법장치의 위치, 자세, 각도에 대한 물리적 최적 보정과, 실시간 데이터 위치결정에 필요한 무인기 고속비행중 영상 및 센서데이터 위치결정 검증에 필요한 영상데이터 멥 매칭(Map matching) 알고리즘으로 실시간 2차원(2D) 정사배치 위치검증이 가능하다.First, it is necessary to acquire fast two-dimensional precise position data from sea, wide river, difficult agricultural information, forest information with tremble tremor, physically optimal correction of position, posture and angle of UAV, It is possible to verify real-time two-dimensional (2D) orthogonal placement position by using image data matching algorithm.

둘째, 무인기 고속비행 중 위치결정과 항법센서정보의 오차보정을 위해 지상 항공식별 영상데이터 배치결정 알고리즘으로 무인기 획득 영상과 센서데이터 위치, 각도 배치의 오차보정을 통한 2차원 정사배치가 가능해지므로, 수풀이 우거진 산림, 광범위 농업지역 등과, 움직임이 심한 강물 해양환경과 같은 비정형화 또는 선형공통 스테레오 정보추출이 어려운 지형에서 무인기의 센서와 비행처리환경으로 정밀 지형정보 데이터 모델링 생성에 유용하게 활용될수 있다. Second, in order to correct the error of positioning and navigation sensor information during UAV flight, it is possible to arrange 2D aerial image by correcting errors of UAV acquisition image, It can be used to generate accurate terrain information data modeling from UAVs, wide agricultural areas, and UAV sensors and flight processing environments, where it is difficult to extract non-standardized or linear common stereo information such as moving river environments.

도 1은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치에서 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치 중 지상관제장비의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 해상환경에서 획득한 열화상센서 2D 정사배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 2D 정사배치 결과데이터의 일예를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 2D 정사배치 결과데이터에 대한 상용 후 처리 소프트웨어로 고해상도 영상을 확보한 예를 나타낸 사진이다.
FIG. 1 is a view for explaining an apparatus for acquiring a precise position image during a high speed UAV in accordance with the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a two-dimensional (2D) ortho placement algorithm processing structure in an apparatus for acquiring a precise position image of a UAV in high speed in flight according to the present invention.
3 is a view showing an example of a ground control apparatus among the apparatus for acquiring a precise position image in the UAV shown in FIG.
4 and 5 are views showing a 2D image arrangement of a thermal image sensor acquired in a marine environment using an apparatus for acquiring a precise position image in a UAV, according to the present invention.
FIG. 6 is a photograph showing an example of 2D rectangle placement result data using the apparatus for acquiring a precise position image during high speed flight in UAV according to the present invention.
FIG. 7 is a photograph showing an example in which a high-resolution image is acquired by commercial post-processing software for 2D rectangle placement result data using the apparatus for acquiring a precise position image in the UAV in accordance with the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. In addition, although the term used in the present invention is selected as a general term that is widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the relevant invention, It is to be understood that the present invention should be grasped as a meaning of a term that is not a name of the present invention. Further, in describing the embodiments, descriptions of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

앞에서도 설명한 바와 같이, 물리적 오차요인을 빠르게 검증 가능한 가상 표적 Map matching기법 알고리즘으로 각각의 오차요인을 예측하고 획득된 영상의 준실시간 2D정사배치를 통해 정확도 검증이 가능한 소프트웨어 개발이 우선 필요하다 하겠다.As described above, it is necessary to develop the software that can predict the error factors with the virtual target map matching technique algorithm that can quickly verify the physical error factors and verify the accuracy through the quasi-real-time 2D square placement of the acquired images.

무인기의 물리적 오차요인을 검증하기 위한 가상 표적 멥 매칭(Map matching) 알고리즘 기법을 구현하기 위해 데이터 처리배치(Grid), 데이터 분석 지형정보 멥핑(Mapping), 사용자인터페이스(GUI) 항목으로 설계된다. It is designed as a data processing arrangement (Grid), a data analysis topographical information mapping (mapping), and a user interface (GUI) item to implement a virtual matching algorithm for verifying the physical error factor of UAV.

도 1은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치에서 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조이다.FIG. 1 is a view for explaining an apparatus for acquiring a precise position image during a UAV in accordance with the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a two-dimensional (2D) to be.

본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치는 도 1에 나타낸 바와 같은데, 고속비행 중 정밀위치 영상 획득을 위한 무인기(100)에 대한 수집 데이터 처리는 데이터의 정확도 향상을 위해 원시데이터 기반으로 픽셀 벡터 위치정보 처리 방법으로 처리한다. FIG. 1 shows an apparatus for acquiring a precise position image during a high speed flight in the UAV according to the present invention. The collected data processing for the UAV 100 for acquiring a precise position image during high-speed flight is based on raw data Pixel vector position information processing method.

참고로 무인기는 GPS 수신기, 가속도계(accelerometer), 자이로센서, 지자계센서, 압력센서, 온도센서, 카메라 공기 흐름 센서(Flow Sensor Camera), 고도계 적외선(열화상) 카메라(IR Camera), 고화질 카메라(HD Camera), 짐벌(GIMBAL), 와이파이나 LTE 통신을 위한 USB 접속부, 카드 슬롯(예로서 SD Card), RS-232. RS-485 및 ADC 인터페이스 등으로 구성된다.For reference, the UAV is a GPS receiver, an accelerometer, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, a pressure sensor, a temperature sensor, a flow sensor camera, an altimeter infrared camera, HD camera, GIMBAL, USB connection for WiFi or LTE communication, card slot (eg SD card), RS-232. RS-485 and ADC interface.

무인기(100)는 무인 비행체(드론)이고, 지상관제장비(200)는 항공식별 이미지(300)를 확인하여 무인기(100)에서 획득된 영상 정보와 항공식별 이미지(300)의 배치 오차를 보정하여 영상정보 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치한다. 이를 위하여 지상관제장비(200)는 2D 정사배치 소프트웨어(2D 정사 알고리즘)가 구비되며, 후술되는 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조와 후술되는 수학식 1 내지 5에서와 같은 픽셀(Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘을 이용한다. 참고로 픽셀(Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘은 기존에 오픈된 자료를 본 발명에서 이용하는 것으로 신뢰도가 있다 할 것이다.The ground maneuvering apparatus 200 checks the aerial image 300 to correct the placement error of the aerial image 300 and the image information obtained from the UAV 100 The image information or the sensor information is arranged in a 2D square shape by a virtual grid matching algorithm. To this end, the ground control equipment 200 is provided with a 2D rectangle arrangement software (2D rectification algorithm) and includes a two-dimensional (2D) rectangle arrangement algorithm processing structure and a Pixel vector Image grid-matching (Grid Map matching) positioning algorithm is used. For reference, the Pixel Vector Image Grid Map matching location algorithm will be reliable as it utilizes existing open data in the present invention.

이러한 2D 정사배치를 위한 소프트웨어는 영상이미지 정사배치 이외 이미지 매칭이 어려운 열화상센서(IR) 데이터에서 특히 유용하게 적용 된다. 수집된 IR RAW 데이터(원자료, 원시자료)와 픽셀 속성의 RAW데이터를 이용하여 각각 픽셀별 기준절대 온도 보상 알고리즘을 적용하며, 해수 온도 편차를 측정할 수 있는 데이터 분석이 가능하고, 이렇게 수집된 IR RAW데이터를 이용하여 온도분포 이미지로 변환시키고 이미지의 위치데이터 및 로깅 정보를 2D정사 배치시키는 데이터 처리 와 마지막으로 산출된 결과 값을 이용하여 사용자에게 쉽게 표현 할 수 있도록 가시화를 하는 처리방법을 가진다. This software for 2D orthogonal placement is particularly useful in thermal image sensor (IR) data that is difficult to image match other than image image orthogonal placement. Using the collected IR RAW data (raw data, raw data) and RAW data of pixel attributes, it is possible to apply the reference absolute temperature compensation algorithm for each pixel and analyze the data that can measure the sea water temperature deviation. And a processing method for converting the IR RAW data into a temperature distribution image, performing data processing for arranging image position data and logging information in a 2D square shape, and visualizing the image data so that the image data can be easily displayed to the user using the final calculated result value .

여기서 데이터 처리는 영상처리 방법과 동일하게 IR RAW DATA Analyze와, EO/IR EXIF(위치정보 데이터) 처리가 수행되고, 데이터 분석은 IR raw data image converting과, IR/EO Image 2D 정사배치를 수행하며, GUI는 분석 Image GUI 표출 과 후처리 데이터 와 센서 데이터 UI 표출을 모두 수행할수 있다.In this case, IR RAW DATA Analyze and EO / IR EXIF (Position Information Data) processing are performed in the same manner as the image processing method, IR raw data image conversion and IR / EO Image 2D orthographic positioning are performed , The GUI can perform both the analysis image GUI display and the post processing data and the sensor data UI display.

이러한 데이터 분석 적용과, 센서데이터 처리 및 GUI는 영상배치 방법과 센서데이터 처리방법 과정을 거쳐 동일하게 2D정사배치 되며 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.The data analysis application, the sensor data processing and the GUI are arranged in the same 2D manner through the image arrangement method and the sensor data processing method, and will be described in detail later.

참고로 도 1에서 101은 무인기(100)에서 획득된 픽셀 4각형(A,B,C,D) 좌표 위치이고, 102는 이미 알고 있는 위치에서 항공식별 정밀 측지 좌표 및 헤딩위치이며, 103은 무인기에서 획득된 픽셀 4각형 기준위치(102와 위치좌표 좌표 오차보정 기준좌표)이고, 104는 항공식별좌표의 헤딩각과 무인기(100)에서 획득된 101의 사각형 헤딩각의 오차(102와 헤딩각 오차보정 기준좌표)이다.Reference numeral 101 in Fig. 1 denotes a pixel quadrangle (A, B, C, D) coordinate position obtained in the UAV 100. Reference numeral 102 denotes an aviation identification precision geographical coordinates and a heading position at an already known position, (102) and a positional coordinate error correction reference coordinate (104), and 104 denotes an error (102) between the heading angle of the airside identification coordinate and the square heading angle of 101 obtained in the UAV 100 Reference coordinates).

본 발명은 무인기(100)의 카메라에서 획득된 영상(Images)에 대한 픽셀 벡터 데이터 분석은 무인기(100)에서 지상관제장비(200)로 양방향 데이터 통신에 의해 전송된다. 지상관제장비의 원시데이터 영상변환(Image converting)기를 통해 알고리즘 배치 좌표 결정과 가상공간의 지구중심 좌표계위에 벡터데이터가 2차원(2D) 정사배치되며, 고도 위치방향과 같은 무인기 물리적 좌표를 기반으로 지상 2차원(2D) 좌표 픽셀데이터 크기변경과 지구중심 좌표계 산출 알고리즘에 의해 분석된 픽셀 벡터 영상의 위치정확도 항법좌표를 산출하는 구조를 갖는 2차원(2D) 중첩배치 메핑 처리(Overlay Mapping Process) 기술이다.The analysis of the pixel vector data for the images obtained from the camera of the UAV 100 is transmitted by the two-way data communication from the UAV 100 to the ground control equipment 200. Based on the unmanned physical coordinates such as the altitude position direction, the vector data is placed on the earth center coordinate system of the algorithm and the ground coordinate system of the virtual space through the image data converter of the ground control equipment. (2D) overlapped layout mapping processing technique having a structure for calculating the position accuracy navigation coordinates of a pixel vector image analyzed by a two-dimensional (2D) coordinate pixel data size change and an earth center coordinate system calculation algorithm .

지구중심 좌표계 산출 알고리즘 소프트웨어 아키텍처는 여러개의 함수(Function)로 구성되는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 이미지에 태깅(Tagging)된 위치데이터(EXIF)를 위치데이터 계층(EXIF Class)에서 계산하고, 이미지에 Tagging된 EXIF(위치데이터 정보)를 계산하여 처리하는 기능(Function)과, 수집한 Latitude / Longitude / Altitude 정보를 Pixel단위로 변환(Converting) 할 수 있는 LLH to PIXEL 기능(Fuction)과 픽셀을 하나의 이미지로 변환된 진북기준 헤딩(Heading) 정보를 이용하여 진북 방향을 기준으로 이미지를 Rotate 처리하기 위한 Rotate 기능(Function)으로 구성된다.Algorithm for Calculating the Earth-Centered Coordinate System The software architecture is composed of several functions. As shown in Fig. 2, the position data (EXIF) tagged in the image is calculated in the position data layer (EXIF Class) The function to calculate and process the tagged EXIF (position data information), the LLH to PIXEL function (Fuction) which can convert collected Latitude / Longitude / Altitude information into Pixel units, And a Rotate function (Function) for rotating the image based on the true north direction using heading information that is converted to an image.

이때, 도 2의 프로세서(PROC.)에서 방향을 결정하여 물리적 배치좌표를 통한 2D 정사배치를 결정한다.At this time, the processor (PROC.) Of FIG. 2 determines the direction and determines the 2D orthogonal arrangement through the physical arrangement coordinates.

특히 항공식별 지상기준 데이터를 취득하여 획득된 영상의 진북기준 헤딩(Heading) 센서정보와 지상기준 데이터의 오차를 보정하여 진북 방향 영상 Rotate 처리루틴을 위한 Rotate 기능은 추후 오차보정을 위한 항공식별표식에 의한 오차보정이 함께 반영되도록 구현할 수 있다.In particular, the rotation function for the true-north direction image rotation processing routine by correcting the difference between the heading sensor information of the north-north reference and the ground reference data of the image obtained by acquiring the aerial reference ground reference data, So that the error correction can be reflected.

오차보정이 적용되어 정사배치 알고리즘에 필요한 이미지는 무인기에서 수집된 위치데이터와 Logging정보를 보정하여 생성하며, 생성 시 EXIF(이미지 위치데이터)를 포함시켜 jpg 포맷에 맞게 Binary data를 도 2에서와 같이 구성한다.The error correction is applied so that the image required for the rectangle placement algorithm is generated by correcting the position data and the logging information collected from the UAV, and the binary data is included in the jpg format by including EXIF (image position data) .

2D 정사배치 시 고려해야 할 사항은 무인기의 위치데이터 및 센서 Logger 정보이다. 최소 필요 데이터는 Latitude(위도), Longitude(경도), Altitude(고도)데이터를 가지고 계산식에 의해 픽셀에 한 장씩 적용하여 배치한다.What you need to consider when deploying 2D rectangles is the position data and sensor logger information of the UAV. The minimum required data is laid out one by one to the pixels by calculation with Latitude, Longitude and Altitude data.

데이터 처리부는 영상처리와 IR과 같은 센서데이터 루틴으로 구성하며 센서 IR RAW Data 루틴에서 센서특성에 맞는 오차보정을 통해, 정확한 데이터의 이미지를 생성한다. 특히 IR RAW 데이터의 Pixel 별 온도데이터는 각 Pixel별 절대값 온도와/상대값 온도를 계산보정하고, 최종 결과 데이터는 픽셀 별 온도에 따른 온도펴현 색상으로 지정한다. 이를 이용하여 한 개의 IR raw 데이터 파일은 한 장의 jpg image와 같이 영상자료로 생성하며, 최종루틴에서 영상파일과 같이 jpg image에 EXIF값을 별도로 구성하여 보정된 이미지의 위치데이터를 작성한다.The data processing part consists of image processing and sensor data routines such as IR. In the sensor IR RAW data routine, correct data is generated by correcting the errors according to the sensor characteristics. In particular, the temperature data for each pixel of IR RAW data is calculated by calibrating the absolute value temperature and the relative value temperature for each pixel, and the final result data is designated as the temperature distribution color according to the pixel-specific temperature. Using this, one IR raw data file is generated as image data as one jpg image, and the EXIF value is separately formed in the jpg image as the image file in the final routine to create the position data of the corrected image.

그리고 프로세서내에 설치된 소프트웨어는 순차처리 다이어그램의 영상 정보를 취합하여 한 개의 영상을 만들 수 있도록 이미지 처리 기능(Image Processing Function)을 통해 2D 정사배치 취합 영상을 메모리에 저장하는 구조로 처리하였다.And the software installed in the processor processed the structure of storing the 2D rectangle arrangement collected image in the memory through the image processing function (Image Processing Function) so that the image information of the sequential processing diagram is collected and one image can be created.

이를 위하여 도 1에 나타낸 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치 중 지상관제장비(200)의 일 예를 도 3에서 나타내고 있는데, 2차원(2D) 정사배치는 무인기(100)와 양방향 통신하기 위한 통신부(210)를 통해 무인기(100)의 카메라로부터 전송된 영상 데이터가 수신되면 수신된 영상 데이터를 처리하는 영상 데이터 처리부(220)와 무인기(100)의 각종 센서로부터의 센서 데이터를 처리하는 센서 데이터 처리부(230)와, 영상 데이터 처리부(220) 및 센서 데이터 처리부(230)에서 처리된 데이터를 저장하는 메모리부(240)와, 영상 데이터 처리부(220)에서 처리된 영상 데이터에서 정사 이미지(images) 위치 데이터를 분석하는 정사 이미지 위치 데이터 분석부(250)와 영상 데이터의 이미지를 분석하는 영상데이터 이미지 분석부(260)로 구성하였고, 정사 이미지 위치데이터 분석부(250)는 무인기(100)의 영상촬영 정보와 위성항법 및 자세정보 분석구조를 갖고 있으며, 센서 데이터 분석부(270)는 주로 초분광센서, 열화상(IR)센서 데이터 분석부로 데이터 이미지변환 분석구조를 갖은 다음 픽셀 벡터 데이터의 동일구조로 변환하여 두 모듈과 결과데이터를 통합하여 2D 정사배치가 이루어지도록 하였다.FIG. 3 shows an example of the ground control device 200 among the apparatus for acquiring a precise position image shown in FIG. 1. The two-dimensional (2D) rectangle arrangement is a communication unit for bidirectional communication with the UAV 100 The image data processing unit 220 processes the received image data when the image data transmitted from the camera of the UAV 100 is received through the image sensor 210 and the sensor data processing unit 220 which processes the sensor data from various sensors of the UAV 100. [ A memory 240 for storing data processed by the image data processing unit 220 and the sensor data processing unit 230 and a memory 240 for storing image data of the image data in the image data processed by the image data processing unit 220. [ An orthographic image position data analyzing unit 250 for analyzing the data and an image data image analyzing unit 260 for analyzing the image data of the image data, The analysis unit 250 has imaging information of the UAV 100 and a satellite navigation and attitude information analysis structure. The sensor data analysis unit 270 mainly includes an ultra-spectral sensor and a thermal image (IR) Transformed into the same structure of the next pixel vector data having the transformation analysis structure, and the 2D square arrangement is made by integrating the two modules and the result data.

이러한 통합된 결과 데이터는 디스플레이부(280)에 디스플레이되며, 제어부(290)는 통신부(210), 영상 데이터 처리부(230), 메모리부(240), 정상 이미지 위치 데이터 분석부(250), 영상 데이터 이미지 분석부(260), 센서 데이터 분석부(270) 및 디스플레이부(280)를 제어한다.The integrated result data is displayed on the display unit 280. The control unit 290 includes a communication unit 210, an image data processing unit 230, a memory unit 240, a normal image position data analysis unit 250, The image analysis unit 260, the sensor data analysis unit 270, and the display unit 280. [

2D 정사배치 알고리즘의 지구중심 좌표 위치 결정은 일반적으로 Pixel 벡터이미지 패턴을 이용한 파노라마 사진배치 방식이 적용하기 어려운 구조이기 때문에 본 발명에 적용된 무인기 획득 정보는 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 배치를 위해 위/경도 및 고도, 헤딩(Heading)을 이용하여 이미지 배치후 정사처리 알고리즘을 적용하였다. Since the geocentric coordinate positioning of the 2D orthopedic placement algorithm is generally difficult to apply the panoramic image arrangement method using the pixel vector image pattern, the UAV acquisition information applied to the present invention can be used for the grid map matching placement / Alignment processing algorithm after image placement using hardness, altitude, and heading.

그러나 준 실시간 그리드 멥 매칭(Grid Map matching)은 데이터 위치 오차가 클수록 정사배치로 검증할 수 없기 때문에, 무인기(100)가 사전획득한 비행식별 정밀 위치 좌표인 항공식별 이미지(300)를 이용한 물리적 최적화 오차보정 방법으로 정사배치 알고리즘 처리는, 고도에 따른 Boundary 계산, 거리=고도x기울기 값에 중심(ECEF 36.000, 127.000)값으로 피타고라스의 정리 및 삼각 계산법으로 데이터 획득 사각정보의 네점(A, B, C, D) ENU를 산출하고 ENU(East-North-Up) to ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed) 값을 ECEF to LLH 변환(Convert)하고 GPS Data를 이용한 이미지 정사 배치과정을 수행하면 높은 정밀도 처리가 가능하다. However, since the quasi-real-time grid map matching can not be verified by orthogonal placement as the data position error is larger, the physical optimization using the aviation identification image 300, which is the flight identification precise position coordinate acquired beforehand by the UAV 100 Bentley calculation according to altitude, calculation by Pythagorean theorem and triangulation method with center value (ECEF 36.000, 127.000) at distance = altitude x slope value, and four points (A, B, C and D) ENU, ECEF to LLH conversion of East-North-Up (ENU) to Earth-Centered Earth-Fixed (ECEF) values and image rectification using GPS data, Is possible.

정사배치를 위해서 Image 또는 센서데이터의 중심좌표 계산은 픽셀의 위경도 산출 알고리즘을 나타낸 도 2에서는 다음 식 1 내지 식 5와 같이 극반지름 방정식(식1), 지심위도산출(식2)을 적용 하였고, 관측지의 고도가 아닌 곳에서 지심거리 계산(식3), 자전축과 관측지의 거리와 적도면 관측지 거리 산출(식 4) 및 피타고라스의 정리와 삼각법에 의한 관측지의지심거리, 위도 산출 알고리즘(식 5)으로 픽셀벡터 위치를 결정하였다.The center coordinate calculation of the image or sensor data for orthogonal placement is based on the pole radius calculation equation (equation 1) and the earthlength calculation (equation 2) as shown in the following equations 1 to 5 in FIG. (3), the distance between the axis of rotation and the distance of the equatorial plane (Equation 4), the distance of the observations by Pythagorean theorem and trigonometry, and the latitude calculation algorithm (Equation 5) To determine the pixel vector position.

Figure pat00001
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Figure pat00002
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Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
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데이터 분석 지형정보 멥핑(Mapping) 2D 정사배치 운용 소프트웨 기술은 영상/센서데이터 포함된 Latitude(위도), Longitude(경도), Altitude(고도) 비행Logging 정보를 기반으로 Pixel 위치결정 알고리즘이 수행되며, 수학식 1 내지 5에 의해 한장씩 2차원(2D) 순차배치되는 처리구조이다. Data Analysis Topographical Mapping 2D 2D mapping software software performs Pixel positioning algorithm based on Latitude, Longitude and Altitude flight log information including image / sensor data, (2D) sequential arrangement one by one according to equations (1) to (5).

특히 영상 데이터 처리부(220)에서 Pixel별 Raw Data의 위치데이터 생성과 위도, 경도의 최소, 최대값을 산출하여 이미지 규격과 고도 스케일에 따라 크기를 동일한 규격으로 규격화되도록 자동변환 결정 알고리즘이 수행된다. Particularly, in the image data processing unit 220, generation of location data of raw data per pixel, minimum and maximum values of latitude and longitude are calculated, and an automatic conversion decision algorithm is performed so that the sizes are standardized to the same standard according to the image standard and the altitude scale.

각 위경도의 최대 최소값은 동서남북(E/W/S/N)의 중심점을 구하고, Min/Max값을 기준으로 최종 이미지 스케일이 계산되며, 영상에 대한 이미지 처리는 가로 세로 Pixel값 계산과 Pixel 좌표계산, 실수 보정, 진북 헤딩(Heading) 값의 회전(rotate)을 무인기(100)가 사전에 항공식별위치에서 획득된 정밀위치와 오차 각도 편차를 보정하여 2D 정사배치 위치를 결정하도록 하였다. The maximum minimum value of each degree of latitude is obtained by calculating the center point of the east, west, north, south, and east / west sides, and the final image scale is calculated based on the Min / Max value. The 2D position is determined by the UAV 100 by correcting the precise position and the error angle deviation obtained beforehand by the UAV 100 in order to calculate, correct the real number, and rotate the heading value.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 해상환경에서 획득한 열화상센서 2D 정사배치를 나타낸 도면이다.4 and 5 are views showing a 2D image arrangement of a thermal image sensor acquired in a marine environment using an apparatus for acquiring a precise position image in a UAV, according to the present invention.

본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 해상환경에서 획득한 열화상센서 2D 정사배치는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은데, 영상 및 센서의 기본정보를 기반으로 정사배치를 반복처리하는 구조를 가지며, 도 4의 정사배치 소프트웨어로 해상위치에 열화상(IR)데이터 좌표를 구하여 2D 정사배치 하였다. The thermal image sensor 2D rectangle arrangement obtained in the marine environment using the apparatus for acquiring a precise position image of the UAV according to the present invention is as shown in FIG. 4 and FIG. 5. The rectangle arrangement is repeated based on the basic information of the image and the sensor And the thermal image (IR) data coordinates are obtained at the resolution position by the ortho arrangement software of Fig. 4, and 2D rectangle arrangement is performed.

이미지 정사가 어려운 해상환경에서 정밀측량 항공표지 지상측지점의 기준데이터 획득된 정사배치 정밀도는 다수의 항공식별 데이터 정보획득 보정처리로 정확도를 높이는 방법을 갖고 있다.Precision surveying in marine environment where image difficulty is difficult Reference data of ground side point Obtained orthocopy accuracy has a method of increasing accuracy by acquiring and correcting a plurality of aerial identification data information.

정사배치 소프트웨어 실험은 해상, 산림, 농사등의 GIS구축에서 유용화게 활용 될 수있도록 바다환경의 열화상 센서를 이용한 3km 비행을 통해 정사배치를 데이터를 검증하였으며, 도 5의 해수온도 측정 실험은 바람에 의한 영향이 있을 때와 바람에 의한 영향이 없을 때 획득된 데이터의 배치가 1m 이내로 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.In order to utilize the experiment of orthogonal placement software in GIS construction such as marine, forest, agricultural, etc., the data was verified through the 3 km flight using the thermal image sensor of the sea environment. It is confirmed that the arrangement of the acquired data is within 1m when there is no influence by wind and when there is influence by wind.

2차원(2D) 정사배치 소프트웨어를 통한 2D 정사배치는 2D 정사배치 소프트웨어에 무인기 탑재 임무장비 카메라 또는 센서정보를 입력하고, 지상 정밀 위치 보정을 위해 항공식별 측량위치좌표를 함께 입력하여 무인기가 항공식별 측량위치좌표에서 획득된 이미지 또는 센서데이터를 전송하면, 지상관제장비는 해당 항공식별 이미지를 확인하여 무인기에서 획득된 정보와 항공식별 이미지의 배치 오차를 보정하여 이미지 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치 하였다. 2D orthogonal placement through 2D (2D) orthographic placement software can be used to input UAV equipment or sensor information to 2D orthographic placement software, and to input aerial identification survey location coordinates together for ground accurate location calibration, When the acquired image or sensor data is transmitted from the measurement position coordinates, the ground control device confirms the corresponding aerial identification image and corrects the placement error of the aerial image and the information obtained from the UAV to match the image or sensor information to the virtual grid Grid Map matching algorithm.

도 6은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 2D 정사배치 결과데이터의 일예를 나타낸 사진이고, 도 7은 본 발명에 따른 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 2D 정사배치 결과데이터에 대한 상용 후 처리 소프트웨어로 고해상도 영상을 확보한 예를 나타낸 사진이다.FIG. 6 is a photograph showing an example of 2D square placement result data using the apparatus for acquiring a precise position image during a UAV in accordance with the present invention. This is a photograph showing an example in which a high-resolution image is ensured by commercial post-processing software for batch result data.

도 6의 2D정사배치 결과데이터는 천변(700m x 200m)을 비행하여 2개의 항공식별 정밀측지점으로 1회 15분(약5km) 비행으로 UHD중첩도 70%, FOV 40도 영상 약200개를 획득하여 정사배치된 이미지인데, 항공식별 정밀측지점이 많을수록 정사배치정밀도는 향상되며 별도의 이미지 2D 메핑알고리즘을 통해 근접영상의 빠른 2D 정사영상처리 알고리즘을 적용하여 준 실시간 빠른 지형정보 획득이 가능하다. 6, the flight data of the 2D orthogonal placement result is shown in FIG. 6, which is a flight of 700m x 200m, which is followed by flight 15 minute (about 5km) The accuracy of orthogonal positioning is improved as the number of aerial identification precision geodesic points is increased, and quick 2D terrain image processing algorithm of proximity image can be applied by separate image 2D mapping algorithm to obtain quasi-real time fast topographical information.

그리고 도 7은 상용 후처리 Pix4D Mapper 소프트웨어로 5cm급 고해상도 영상을 확보한 예를 사진으로 보여주고 있다.And FIG. 7 is a photograph showing an example of securing a 5 cm high-resolution image by commercial post-processing Pix 4 D Mapper software.

이와 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Various modifications may be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the examples disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100 : 무인기 200 : 지상관제장비
210 : 통신부 220 : 영상 데이터 처리부
230 : 센서 데이터 처리부 240 : 메모리부
250 : 정사 데이터 위치 데이터 분석부
260 : 영상 데이터 이미지 분석부 270 : 센서 데이터 분석부
280 : 디스플레이부 290 : 제어부
300 : 항공식별 이미지
100: UAV 200: Ground control equipment
210: communication unit 220: video data processing unit
230: sensor data processing unit 240: memory unit
250: ortho data location data analysis unit
260: image data image analysis unit 270: sensor data analysis unit
280: display unit 290:
300: aerial identification image

Claims (4)

고속비행 중 정밀위치 영상 획득을 위한 무인기(100);
지상의 항공식별 이미지(300)를 확인하여 상기 무인기(100)에서 획득된 영상 정보와 센서정보에 대하여 상기 항공식별 이미지(300)의 배치 오차를 보정하여 이미지 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치하기 위한 2D 정사배치 소프트웨어(2D 정사 알고리즘)가 구비되며, 상기 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조와 픽셀(Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘을 이용하되,
상기 무인기(100)의 카메라에서 획득된 영상(Images)에 대한 픽셀 벡터 데이터 분석은 상기 무인기(100)에서 상기 지상관제장비(200)로 양방향 데이터 통신에 의해 영상이 전송되면 상기 지상관제장비(200)는 원시데이터 영상변환(Image converting)을 통해 알고리즘 배치 좌표 결정과 가상공간의 지구중심 좌표계 위에 벡터데이터가 2차원(2D) 정사배치되며, 고도 위치방향을 포함하는 무인기 물리적 좌표를 기반으로 지상 2차원(2D) 좌표 픽셀데이터 크기변경과 상기 지구중심 좌표계 산출 알고리즘에 의해 분석된 픽셀 벡터 영상의 위치정확도 항법좌표를 산출하여 2차원(2D) 중첩 배치 메핑 처리(Overlay Mapping Process)를 수행하는 것을 특징으로 하는 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치.
UAV (100) for acquisition of precise position image during high - speed flight;
The image recognition unit 300 checks the aerial image 300 on the ground to correct the placement error of the aerial image 300 with respect to the image information and sensor information obtained from the UAV 100, Dimensional (2D) orthogonal arrangement algorithm processing structure and a pixel vector image grid matching (Grid Map matching) positioning (2D) square matching software Algorithm,
The analysis of the pixel vector data for the images acquired by the camera of the UAV 100 is performed when the image is transmitted by the bidirectional data communication from the UAV 100 to the ground control apparatus 200, ) Is based on the 2D coordinates of the algorithm coordinates and the vector coordinate data on the geocentric coordinate system of the virtual space through 2D image transformation, and based on the unmanned physical coordinates including the altitude position direction, (2D) coordinate pixel data size and a position accuracy navigation coordinate of a pixel vector image analyzed by the earth-center-coordinate-system calculation algorithm, and performs a two-dimensional (2D) overlapping mapping process Accurate position image acquisition device during UAV flight.
청구항 1에 있어서,
상기 지상관제장비(200)는,
상기 무인기(100)와 양방향 통신하기 위한 통신부(210)를 통해 상기 무인기(100)의 카메라로부터 전송된 영상 데이터가 수신되면 수신된 영상 데이터를 처리하는 영상 데이터 처리부(220)와,
상기 무인기(100)의 각종 센서로부터의 센서 데이터를 처리하는 센서 데이터 처리부(230)와,
상기 영상 데이터 처리부(220)와 센서 데이터 처리부(230)의 데이터를 저장하는 메모리부(240)와,
상기 영상 데이터 처리부(220)에서 처리된 영상 데이터에서 정사 이미지 위치 데이터를 분석하는 정사 이미지 위치 데이터 분석부(250)와,
상기 영상 데이터의 이미지를 분석하는 영상데이터 이미지 분석부(260)와,
초분광센서, 열화상(IR)센서 데이터 분석부로 데이터 이미지변환 분석구조를 갖은 다음 픽셀 벡터 데이터의 동일구조로 변환하여 두 모듈과 결과데이터를 통합하여 2D 정사배치가 이루어지도록 하는 센서 데이터 분석부(270)와,
상기 결과 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(280) 및 제어부(290)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치.
The method according to claim 1,
The ground control equipment (200)
An image data processing unit 220 for processing the received image data when the image data transmitted from the camera of the UAV 100 is received through the communication unit 210 for bidirectional communication with the UAV 100,
A sensor data processing unit 230 for processing sensor data from various sensors of the UAV 100,
A memory unit 240 for storing data of the image data processing unit 220 and the sensor data processing unit 230,
An orthographic image position data analyzer 250 for analyzing orthographic image position data from the image data processed by the image data processor 220,
An image data image analyzing unit 260 for analyzing the image of the image data,
A sensor data analysis unit for converting 2D image data into an identical structure of pixel vector data having a data image conversion analysis structure by using an ultrasound sensor and an infrared sensor data analysis unit, 270,
And a display unit (280) for displaying the result data and a control unit (290).
청구항 1에 있어서,
상기 무인기(100)가 사전획득한 비행식별 정밀 위치 좌표인 상기 항공식별 이미지(300)를 이용한 물리적 최적화 오차보정 방법으로 정사배치 알고리즘 처리는,
상기 지상관제장비(200)에서 상기 무인기(100)의 영상(images)에 포함된 고도에 따른 Boundary 계산, 거리=고도x기울기 값에 중심(ECEF 36.000, 127.000)값으로 피타고라스의 정리 및 삼각 계산법으로 데이터 획득 사각정보의 네점(A, B, C, D) ENU를 산출하고 ENU(East-North-Up) to ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed) 값을 ECEF to LLH 변환(Convert)하고 GPS Data를 이용한 이미지 정사 배치과정을 수행하여 정밀도 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치.
The method according to claim 1,
In the physical optimization error correction method using the aerial identification image 300, which is the flight identification precision position coordinate acquired by the UAV 100,
Boundary calculation according to the altitude included in the images of the UAV 100 in the ground control equipment 200, centering on the distance = altitude x inclination value and centering (ECEF 36.000, 127.000) of the Pythagorean theorem and triangulation (A, B, C, D) ENU and convert ECEF to LLH (Earth-Centered Earth-Fixed) to ENU (East-North-Up) Wherein the accuracy processing is performed by performing an image matching process using an image.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 기재된 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 정밀위치 획득 방법으로,
무인기(100)가 고속비행 중 지상의 항공식별 이미지(300)를 포함하는 정밀위치 영상을 획득하는 단계;
지상관제장비(200)는 상기 무인기(100)에서 획득된 영상 정보와 상기 항공식별 이미지(300)의 배치 오차를 보정하여 영상정보 또는 센서정보를 가상 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 알고리즘 2D 정사배치를 위하여 2D 정사배치 소프트웨어(2D 정사 알고리즘)가 구비되며, 2차원(2D) 정사배치 알고리즘 처리 구조와 픽셀 (Pixel) 벡터 이미지 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 위치결정 알고리즘을 이용하되,
상기 지상관제장비(200)는 원시데이터 영상변환(Image converting)기를 통해 알고리즘 배치 좌표 결정과 가상공간의 지구중심 좌표계위에 벡터데이터가 2차원(2D) 정사배치되며, 고도 위치방향과 같은 상기 무인기(100) 물리적 좌표를 기반으로 지상 2차원(2D) 좌표 픽셀데이터 크기변경과 지구중심 좌표계 산출 알고리즘에 의해 분석된 픽셀 벡터 영상의 위치정확도 항법좌표를 2차원(2D) 중첩배치 메핑 처리(Overlay Mapping Process)하는 단계와,
상기 지상관제장비(200)의 프로세서내에 설치된 소프트웨어는 순차처리 다이어그램의 영상 정보를 취합하여 한 개의 영상을 만들 수 있도록 Image Processing Function을 통해 2D 정사배치 취합 영상을 저장하고, 그리드 멥 매칭(Grid Map matching) 배치를 위해 위/경도 및 고도, 헤딩(Heading)을 이용하여 이미지 배치 후 정사처리 알고리즘을 적용하되,
상기 무인기(100)가 사전획득한 비행식별 정밀 위치 좌표인 항공식별 이미지(300)를 이용한 물리적 최적화 오차보정 방법으로 상기 무인기(100)의 고도에 따른 Boundary 계산, 거리=고도x기울기 값에 중심값으로 피타고라스의 정리 및 삼각 계산법으로 데이터 획득 사각정보의 네점(A, B, C, D) ENU를 산출하고 ENU(East-North-Up) to ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed) 값을 ECEF to LLH 변환(Convert)하고 GPS Data를 이용한 이미지 정사 배치과정을 수행하는 단계를 포함하여 영상획득 위치의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 무인기 고속비행 중 정밀위치 영상 획득 장치를 이용한 정밀위치 획득 방법.
A method of acquiring a precise position using the apparatus for obtaining a precise position image of a high speed unmanned aerial vehicle according to any one of claims 1 to 3,
Obtaining a fine position image including the aerial identification image (300) on the ground during high-speed flight;
The ground control apparatus 200 corrects the image information obtained from the UAV 100 and the placement error of the air ID image 300 so that the image information or the sensor information is subjected to a virtual grid matching algorithm, (2D) orthogonal arrangement algorithm processing structure and a pixel vector image grid matching algorithm (Grid Map matching) positioning algorithm,
The ground control equipment 200 receives the vector data in a two-dimensional (2D) square arrangement on the geocentric coordinate system of the algorithm and the geocentric coordinate system of the virtual space through an original image data converter, 100) Position accuracy of the pixel vector image analyzed by 2D 2D coordinate transformation based on physical coordinates and the earth center coordinate system Algorithm 2 dimensional (2D) overlapping mapping processing (Overlay Mapping Process ),
The software installed in the processor of the ground handling equipment 200 stores the 2D rectangle arrangement collected image through the image processing function so that the image information of the sequential processing diagram can be collected and one image can be generated and the grid map matching ) For placement, use image processing algorithm after placement of images using head / hardness, altitude, and heading,
A physical optimization error correction method using an aerial identification image 300 that is a flight identification precise position coordinate acquired by the UAV 100 according to an altitude of the UAV 100, (A, B, C, D) ENU and calculate the value of ENU (East-North-Up) to ECEF (Earth-Centered Earth-Fixed) to ECEF to LLH And performing an image matching process using GPS data to improve the accuracy of the image acquisition position. The method for acquiring the precise position using the precise position image acquiring device in the UAV.
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