KR100671497B1

KR100671497B1 - 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의보정방법

Info

Publication number: KR100671497B1
Application number: KR1020060040922A
Authority: KR
Inventors: 이우호
Original assignee: (주)대한지적기술단
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-01-19

Abstract

본 발명은 임의의 지표영역에 대하여 소정의 이격 거리를 갖는 화상을 취득하는 단계; 상기 취득된 화상을 이용하여 오차율을 산출하고, 화상의 일그러짐을 보정하고, 왜곡을 보상하는 단계; 상기 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통해 2차원 또는 3차원 화상을 취득하는 단계를 포함하는 리얼 타임인 지상의 상태에 근거하여 지도 작성용 취득 화상의 일그러짐을 정확히 보정하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법은 항공사진의 이점인 높은 분해능을 가지면서, 왜곡현상을 통해 일그러짐이 발생되는 단점을 상쇄시켜 실시간으로 변화하는 지형지물의 파악이 용이하며 고정밀도의 지도를 만들 수 있는 효과가 있다.

항공사진, 초점 매칭, 일그러짐 보정, 왜곡 보상

Description

일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법 {Method for Correcting Photograph Image Using Distortion Correction and Distortion Compensation}

도 1은 공중사진의 수평방향의 일그러짐을 설명하기 위한 예시도를 도시한 것이다.

도 2는 공중사진 중의 입체물의 경사에 의한 일그러짐을 설명하기 위한 예시도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법의 개념도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법의 흐름도를 도시한 것이다.

발명의 분야

본 발명은 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임의의 지표영역에 대하여 소정의 이격거리를 갖는 화상을 취득하는 단계; 상기 취득된 화상을 이용하여 오차율을 산출하고, 화상의 일그러짐을 보정하고, 왜곡을 보상하는 단계; 상기 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통해 2차원 또는 3차원 화상을 취득하는 단계를 포함하는 리얼 타임인 지상의 상태에 근거하여 지도 작성용 취득 화상의 일그러짐을 정확히 보정하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로, 디지털 데이터로 구성되는 디지털 지도의 용도가 확대되어 있으며, 그 예로는 차량 등의 네비게이션 장치를 들 수 있다. 다양한 기능을 구비한 각종의 네비게이션 장치에는 전방 커브의 존재나 주행해야 할 레인을 운전자에게 전하는 것 등이 있으며, 네비게이션 기술을 응용하여, 도로 비탈이나 곡율에 따라서 차량을 제어하는 방법도 있다. 상기와 같이 사용되는 지도의 작성은 항공사진을 이용하여 행하는 것이 일반적이나, 항공사진은 높은 해상도에서 지표면을 촬영할 수 있다는 이점에도 불구하고, 항공사진의 시야각이 비교적 넓게 촬영되어 화상의 중앙부 이외에서는 일그러짐이 존재하여 해상도가 높아도 도로 등의 상세 형상을 파악하는 것이 어려운 단점이 있으므로, 지도작성 전에 항공사진의 일그러짐을 제거할 필요가 있다. 일그러짐 보정의 방법은 일그러짐을 발생시키는 오차량을 추정하여, 오차량에 근거하여 화상이 수정하는 것이 있으나, 항공사진의 높은 해상도에 알맞은 정밀도로 일그러짐을 제거하는 것은 어렵다.

상기 일그러짐 보정과 관련한 종래 기술로는 일본 특개평5-165402호 등이 있으나, 상기 특허는 촬영된 지역의 지도를 이용하여 항공 사진의 일그러짐을 보정하며, 지도와 화상이 일치하도록 아핀 변환 처리, 회전 처리 등을 행한다. 상기 기술을 응용하여 기존의 지도를 기준으로 사용하여 촬영 화상의 일그러짐을 제거하는 것이 가능하다. 그러나, 과거에 작성된 지도를 비교 대상으로서 사용하므로, 현재의 지형, 도로, 건물 등의 상태에 의거한 일그러짐의 보정은 불가능한 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 임의의 지표영역에 대하여 소정의 이격 거리를 갖는 화상을 취득하고, 상기 취득된 화상을 이용하여 오차율을 산출하고, 화상의 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통해 2차원 또는 3차원 화상을 취득하여, 리얼 타임인 지상의 상태에 근거하여 지도 작성용 취득 화상의 일그러짐을 정확히 보정할 수 있는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 주된 목적은 실시간으로 변화하는 지형지물의 파악이 용이하며 고정밀도의 지도를 만들 수 있는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 임의의 고도에서 임의의 지표영역에 대해 제1화상취득수단을 이용하여 제1촬영각도로 촬영한 화상을 취득하는 제1과정; 동일 고도에서 상기 제1화상취득수단과 소정의 이격거리를 갖는 제2화상취득수단을 이용하여 제2촬영각도로 촬영한 화상을 취득하는 제2과정; 상기 제1촬영각도로 촬영한 사진과 상기 제2촬영각도로 촬영한 사진을 오버랩하여 중심 초점을 매칭시켜 부분적 오차율을 산출하는 다음의 단계를 거쳐 화상의 일그러짐을 보정하는 제3과정: 상기 제1화상 취득수단 및 제2화상 취득수단의 중심 초점의 매칭 영역에 대응하는 두 개의 취득 영상을 서로 비교하여 기준 오차율을 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 산출된 오차율을 기준으로 촬영 영역별 비교 오차율을 산출하는 제2단계; 및 상기 기준 오차율 및 비교 오차율을 기준으로 두 개의 취득 영상을 서로 상 보합하여 하나의 전체적인 완성된 촬영 영상을 보정 생성하는 제3단계; 임의의 시야각으로 촬영된 사진에서 지상의 지형지물 후면의 왜곡이 심한 부분은 다른 시야각으로 촬영한 사진을 기준으로 해당 지형지물 후면의 왜곡을 보상하는 제4과정; 및 상기 화상의 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통해 고분해능 고위치 정밀도의 2차원 또는 3차원 화상을 취득하는 제5과정을 포함하고, 상기 제1촬영각도 및 제2촬영각도가 연동하여 일정 동일 영역에 대해 대향하는 소정 각도로 기울어져 서로 다른 시야각의 촬영 각도를 가지되 그 중심 초점이 지상의 임의의 포인트에 매칭되도록 촬영각도를 조정하여, 임의의 고도 수평상태에서 동시에 화상을 취득하도록 하는 것을 특징으로 하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1화상 취득수단 및 상기 제2화상 취득수단은 최소 2m이상의 이격 거리를 유지하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3과정의 제3단계 이후, 상기 촬영 영상을 3차원 디지털 화상으로 구현하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

먼저, 본 발명이 해소하고자 하는 종래기술의 문제점을 첨부한 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 항공사진은 비교적 저고도에서 촬영되므로 해상도가 높아, 5 ~ 30cm의 해상도도 실현 가능하다. 그러나 시야각이 넓기 때문에 화상의 중앙부로부터 주변부로 감에 따라서 일그러짐이 커진다.

도 1은 공중사진의 수평방향의 일그러짐을 설명하기 위한 예시도를 도시한 것으로, 화상의 중앙 이외 장소에서의 피사체 외관 길이(수평 방향)의 참값 및 다른 것을 도시하고 있다. H는 촬영고도(카메라 중심), O는 카메라의 바로 아래의 점, L은 피사체의 길이, D는 스윙 거리(swing distance)(촬영 중심으로부터 피사체까지의 거리)이며, H=3000m, L=100m으로 한다. 피사체가 카메라의 바로 아래에 있을 때, 피사체의 길이는 실제의 길이와 같은 100m에서 보인다. 그러나 피사체가 촬영 중심으로부터 300m 떨어지면(D=300m), 피사체의 외관 길이(d)가 99.2m가 되고, D=400m일 때 외관 길이(d)는 98.7m가 된다. 상기 외관 길이(d) 및 실제 길이의 상위가 화상의 일그러짐의 원인이며, 중심으로부터 멀어질수록 외관 길이(d)가 짧아져 일그러짐이 커진다. 따라서 오차 목표를 1m 이내로 설정하면, 촬영 고도가 3000m일 때, 촬영 화상의 300m 정도의 범위밖에 사용할 수 없게 된다.

첨부한 도 1의 다른 기호를 살펴보면, α는 피사체의 관측 각도, θ는 스윙 각도, β는 최대 앙각, σ(=β-θ)는 원시점 시각, X는 스윙 거리(카메라 중심으로부터 피사체까지의 거리)이다. 따라서, D=0일 때(카메라 바로 아래), α=β=σ=1.91도, θ=0도, X=3000m이고, D=300m일 때, θ=5.71도, β=7.59도, σ=1.88도, X=3014.96m이다. 또한, D= 300m에서의 오차 배율(d/L)은 0.992이다.

도 2는 공중사진 중의 입체물의 경사에 의한 일그러짐을 설명하기 위한 예시도를 도시한 것으로, 화상의 위치에 따라서 건물 등의 입체물이 외관상 경사져 버리는 것을 도시하고 있다. H는 촬영 고도(카메라 중심), h는 건물의 높이이며, H=3000m, h=30m로 한다. 스윙 거리 D=500m, 스윙 각도θ=9.46도, 즉 카메라 바로 아래로부터 500m 떨어진 곳에서는 경사량(m)이 4.93m가 되며, 높이 30m의 건물이 4.93m 경사져 보인다. 경사각도(a)는 9.34도이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 항공사진에는 큰 일그러짐이 있어, 중심 부근이 좁은 부분 외에는 지도 작성에 사용할 수 없다. 일그러짐 보정 없이 지도를 작성하고자 하면, 대부분이 다수의 사진을 준비할 필요가 있으며, 이는 지도 작성 비용을 증가시킨다. 그러므로 일그러짐을 보정하여, 사진의 넓은 범위를 지도 작성에 사용할 수 있도록 하는 것이 필요하다.일그러짐의 보정은 오차량의 추정에 근거하여 행하는 것이 가능하나, 항공사진의 높은 해상도에 알맞도록 오차량을 고정밀도로 추정하기는 어려워 높은 해상도를 가지는 항공사진의 이점을 살릴 수 없는 단점이 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 종래 기술의 문제점은 근본적으로 하나의 카메라를 이용하여 항공사진을 촬영하므 로, 고해상도의 카메라를 사용하더라도, 시야각이 넓기 때문에 오차의 보정을 위해 기준점을 제공하는 것이 필요하다.

따라서 본 발명은 피사체 인식을 통한 인간의 시각 메커니즘을 이용하여 2개 이상의 카메라를 통해 동일 영역의 항공사진을 촬영하되, 동일 촬영영역의 중심에 카메라의 초점이 맞추어진 상태로 서로 다른 각도에서 촬영하도록 함으로써, 하나의 카메라에서 촬영된 영상의 오차량 증가 부분은 다른 카메라의 촬영 영상 중 오차량이 적은 영역을 기준으로 보정하여 오차량의 정보를 인식하여 보정할 수 있을 것이라는데 착안한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법의 개념도를 도시한 것으로, 항공사진 촬영을 위한 비행기에는 2대의 카메라를 구비하되 상기 카메라들은 일정한 거리를 유지하도록 비행기의 앞쪽과 뒤쪽에 설치하고, 카메라 간의 거리(CD)는 최소 2m이상의 거리를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이때 비행기는 자체적으로 고도계와 수평계를 구비하고 있으므로 비행기 고도에 대한 정보는 자동으로 인식할 수 있으며, 2대의 카메라 중심 초점이 지상의 일점에 매칭되도록 카메라의 각도를 조정한다. 따라서 2대의 카메라가 하나의 영역에 대해 서로 다른 각도에서 촬영한 영상을 취득하는데, 상기 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 지표면 및 연직 방향의 일정 영역을 벗어나는 거리에 기초하여 화상의 일그러짐이 발생되는데, 그에 따라 제1카메라에서 취득되는 영상은 일그러짐 왜곡이 a → b → c의 순서로 커지게 되고, 제2카메라에서 취득되는 영상은 일그러짐 왜곡이 c → b → a의 순서로 커지게 된다. 그러므로 동일 영역에 대해 취득된 두 개의 영상을 오버랩시키면, 각 영상의 중심(카메라 초점)을 기준으로 왜곡 발생 포인트별로 비교대상이 발생된다. 이때, 상기 제1카메라 및 제2카메라에서 각각 취득한 영상은 전체적으로는 왜곡 현상이 발생되므로 어느 하나의 영상만을 기준으로 지도를 작성하는 것은 어렵다. 예를 들면, 영역 a에 대해서는 제1카메라의 취득 영상의 왜곡이 최소화되어 있는 부분이며, 반대로 해당 영역에 대해서는 제2카메라의 취득 영상의 왜곡이 최대화되어 있는 부분이다. 따라서 두 개의 취득 영상을 서로 상 보합하여 하나의 전체적인 완성된 촬영 영상을 생성한다. 상기 두 개의 취득 영상을 영역 b를 기준으로 상 보합된 기준 상 보합률 및 오차 보정률을 설정하고, 이를 기준으로 주변부인 영역 a 및 영역 c를 보정하여, 2차원 또는 3차원 영상을 취득한다.

도 4는 본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법의 흐름도를 도시한 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 항공기에 구비된 제1카메라로 사진 촬영을 하여, 고해상도(고분해능)의 영상을 취득한다(S101 및 S103). 동시에, 동일 항공기에 소정의 이격거리를 갖는 임의의 위치에 설치된 제2카메라로 사진 촬영을 하여, 고해상도(고분해능)의 영상을 취득한다(S102 및 S104). 이후 상기 제1카메라 및 제2카메라에서 촬영된 화상은 지도 작성용 화상 처리 장치에 취득된다(S201).

다음으로, 서로 다른 각도에서 촬영된 두 개 영상을 기준으로 기하 보정 처 리를 수행하여 취득된 영상의 일그러짐을 보정하고(S202), 화상을 보완한다(S203). 상기 일그러짐 보정 및 화상 보완을 통해 고분해능으로 고위치 정밀도화상이 취득되고(S204), 상기 취득한 화상을 사용하여 지도 작성 처리가 수행될 수도 있다. 이 과정에서 일그러짐 보정(S202) 및 화상 보완(S203)은 동시에 수행되는 것이다. 화상 보완은 통상 건물의 상부 옥상 등에 의해 촬영각에서 바라보는 후면의 영상이 사라지는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 보정은 이종의 촬영 각도를 갖는 촬영 영상에서 어느 하나의 영상에서 건물 후면의 왜곡이 심한 경우 다른 한 장의 영상에는 해당 건물의 후면에 대해 왜곡이 적은 상태로, 화상보완은 해당 영역의 촬영 각도가 작은 영상을 기준으로 후면의 왜곡을 보상한다.

본 발명에 있어서, 지도 작성은 새로운 지도를 만드는 것과 기존 지도를 갱신하는 것을 포함하며, 후자의 경우, 상기 취득한 화상을 지도와 비교하여 변화 부분이 지도에 반영될 수 있으며, S204단계에서 취득한 화상은 지도 작성 이외의 용도에도 이용가능하며, 항공사진의 제공 서비스 등에도 이용할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일그러짐 보정 처리는 지도 작성에만 한정되는 것은 아니다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법은 항공사진의 이점인 높은 분해능을 가지면서, 왜곡현상을 통해 일그러짐이 발생되는 단점을 상쇄시켜 실시간으로 변화하는 지형지물의 파악이 용이하며 고정밀도의 지도를 만들 수 있는 효과가 있다.

Claims

높은 곳에서 지상을 촬영한 항공사진 화상의 보정방법에 있어서,

임의의 고도에서 임의의 지표영역에 대해 제1화상취득수단을 이용하여 제1촬영각도로 촬영한 화상을 취득하는 제1과정;

동일 고도에서 상기 제1화상취득수단과 소정의 이격거리를 갖는 제2화상취득수단을 이용하여 제2촬영각도로 촬영한 화상을 취득하는 제2과정;

상기 제1촬영각도로 촬영한 사진과 상기 제2촬영각도로 촬영한 사진을 오버랩하여 중심 초점을 매칭시켜 부분적 오차율을 산출하는 다음의 단계를 거쳐 화상의 일그러짐을 보정하는 제3과정:

상기 제1화상 취득수단 및 제2화상 취득수단의 중심 초점의 매칭 영역에 대응하는 두 개의 취득 영상을 서로 비교하여 기준 오차율을 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 산출된 오차율을 기준으로 촬영 영역별 비교 오차율을 산출하는 제2단계; 및 상기 기준 오차율 및 비교 오차율을 기준으로 두 개의 취득 영상을 서로 상 보합하여 하나의 전체적인 완성된 촬영 영상을 보정 생성하는 제3단계;

임의의 시야각으로 촬영된 사진에서 지상의 지형지물 후면의 왜곡이 심한 부분은 다른 시야각으로 촬영한 사진을 기준으로 해당 지형지물 후면의 왜곡을 보상하는 제4과정; 및

상기 화상의 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통해 고분해능 고위치 정밀도의 2차원 또는 3차원 화상을 취득하는 제5과정을 포함하고,

상기 제1촬영각도 및 제2촬영각도가 연동하여 일정 동일 영역에 대해 대향하는 소정 각도로 기울어져 서로 다른 시야각의 촬영 각도를 가지되 그 중심 초점이 지상의 임의의 포인트에 매칭되도록 촬영각도를 조정하여, 임의의 고도 수평상태에서 동시에 화상을 취득하는 것을 특징으로 하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1화상 취득수단 및 상기 제2화상 취득수단은 최소 2m이상의 이격 거리를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 제3과정의 제3단계 이후, 상기 촬영 영상을 3차원 디지털 화상으로 구현하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 일그러짐 보정 및 왜곡 보상을 통한 항공사진 화상의 보정방법.