KR100678395B1 - 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간위치보정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간위치보정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득하는 영상 획득부와; 획득된 위성영상과 항공영상을 보정하는 영상 보정부와; 보정된 위성영상과 항공영상을 입력받아 공간 데이터로 디지타이징화하는 디지타이징부와; 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시키는 좌표 변환부와; GPS를 통해 실시간 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부와; GPS를 통해 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력하는 지도 표시부와; 실시간으로 수신한 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 출력된 지도 영상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장할 수 있도록 하는 위치 보정부와; 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하는 실시간 위치 전송부;를 포함하여 구성함으로서, 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행할 수 있게 되는 것이다.
위성영상, 항공영상, 지리정보시스템, 위치보정, GIS

Description

위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법{System and method for real time position correction of geometric information data using satellite and aerospace image}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 방법을 보인 흐름도이다.
도 3은 종래 지리정보 데이터의 실시간 업데이트 방법을 보인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전처리부 11 : 영상 획득부
12 : 영상 보정부 13 : 디지타이징부
14 : 좌표 변환부 20 : 실시간 위치 보정부
21 : GPS 수신부 22 : 지도 표시부
23 : 위치 보정부 30 : 전송부
31 : 실시간 위치 전송부
본 발명은 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS)에 관한 것으로, 특히 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행하기에 적당하도록 한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS)은 지도에 관한 속성 정보를 컴퓨터를 이용해서 해석하는 시스템을 말한다. 이는 지도 정보 시스템이라고도 한다. 취급하는 정보는 인구 밀도나 토지 이용 등의 인위적 요소, 기상 조건이나 지질 등의 자연적 환경 요소 등 다양하다. 속성 정보를 가공하여 특정 목적을 위해 해석하고 계획 수립을 지원하는 것을 목적으로 하며, 지리정보시스템은 도시 계획, 토지 관리, 기업의 판매 전략 계획 등 여러 가지 용도로 활용된다.
그래서 종래의 지리정보시스템의 지리정보 데이터를 실시간 업데이트하기 위한 기술로는 대한민국특허청 등록번호 10-557747('지리정보 데이터의 실시간 업데이트 방법)'이 있었다.
도 3은 종래 지리정보 데이터의 실시간 업데이트 방법을 보인 흐름도이다.
그래서 먼저 이동 단말기를 통해 정보 센터로부터 현재 위치에서 목적지까지의 최적 경로에 포함되는 지형지물에 대한 전체 지리정보 데이터를 수신받아 지리 정보 데이터 저장부에 저장한다(ST11).
다음으로, GPS 수신기를 통해 위성으로부터 현 위치에 대한 위치 데이터를 수신받는다(ST12).
다음으로, 제어부를 통해 위치 데이터에 따른 전체 지리정보 데이터 중 현 위치를 포함한 단위 셀 영역에 해당하는 지리정보 데이터를 그래픽 처리기를 통해 표시부에 지도 영상으로 출력하고, 실시간으로 위치 데이터를 수신하여 지도 영상 상에 중첩시켜 표시한다(ST13).
이때 네비게이션 시스템을 사용하는 사용자의 이동 중 표시부에 출력된 지형지물에 대한 수정 사항이 있는 경우에는 조작부를 통해 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 불러들여 수정한다(ST14).
그러나 이러한 종래기술은 실시간 위치보정 수행시 위성영상과 항공영상을 이용하지 못한 한계 등이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행할 수 있는 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명, 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템의 블록구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득하는 영상 획득부(11)와; 상기 영상 획득부(11)에서 획득된 위성영상에 대해 전자파 소음 제거와 오류를 정정하는 전처리, 영상의 화질을 강화시키는 강조처리, 영상에 대한 주제별 분석을 수행하는 주제별 분석처리, 지표면의 정보를 추출하는 후처리를 수행하여 위성영상에 대한 보정을 수행하고, 상기 영상 획득부(11)에서 획득된 항공영상에 대해 위치, 크기, 형상을 결정하는 정량분석 처리, 자원 및 환경을 포함한 정보 조사에 이용되는 정성분석 처리를 수행하여 항공영상에 대한 보정을 수행하는 영상 보정부(12)와; 상기 영상 보정부(12)에서 보정된 위성영상과 항공영상을 입력받아 공간 데이터로 디지타이징화하는 디지타이징부(13)와; 상기 디지타이징부(13)에서 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시키는 좌표 변환부(14)와; GPS(Global Positioning System)를 통해 실시간 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부(21)와; 상기 GPS 수신부(21)를 통해 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력하는 지도 표시부(22)와; 상기 좌표 변환부(13)에서 실시간으로 수신한 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 상기 지도 표시부(22)에 의해 출력된 지도 영상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지 리정보 데이터를 수정하고 저장할 수 있도록 하는 위치 보정부(23)와; 상기 위치 보정부(23)에서 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하여 상기 지리정보제공 서버에서 지리정보 데이터의 위치보정이 수행되고 반영되도록 하는 실시간 위치 전송부(31);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 획득된 위성영상에 대해 전자파 소음 제거와 오류를 정정하는 전처리, 영상의 화질을 강화시키는 강조처리, 영상에 대한 주제별 분석을 수행하는 주제별 분석처리, 지표면의 정보를 추출하는 후처리를 수행하여 위성영상에 대한 보정을 수행하고, 상기 제 1 단계에서 획득된 항공영상에 대해 위치, 크기, 형상을 결정하는 정량분석 처리, 자원 및 환경을 포함한 정보 조사에 이용되는 정성분석 처리를 수행하여 항공영상에 대한 보정을 수행하는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계에서 보정된 위성영상과 항공영상을 공간 데이터로 디지타이징화하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계에서 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시키는 제 4 단계(ST4)와; GPS를 통해 실시간 위치 정보를 수신하는 제 5 단계(ST5)와; 상기 제 5 단계에서 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력하는 제 6 단계(ST6)와; 상기 제 4 단계에서 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 상기 제 6 단계에서 출력된 지도 영상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장 할 수 있도록 하는 제 7 단계(ST7)와; 상기 제 7 단계에서 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하여 상기 지리정보제공 서버에서 지리정보 데이터의 위치보정이 수행되고 반영되도록 하는 제 8 단계(ST8);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행하고자 한 것이다.
이를 위해 전처리부(10)의 영상 획득부(11)에서는 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득한다(ST1).
그리고 영상 보정부(12)에서는 영상 획득부(11)에서 획득된 위성영상에 대해 전자파 소음 제거와 오류를 정정하는 전처리, 영상의 화질을 강화시키는 강조처리, 영상에 대한 주제별 분석을 수행하는 주제별 분석처리, 지표면의 정보를 추출하는 후처리를 수행하여 위성영상에 대한 보정을 수행하고, 영상 획득부(11)에서 획득된 항공영상에 대해 위치, 크기, 형상을 결정하는 정량분석 처리, 자원 및 환경을 포함한 정보 조사에 이용되는 정성분석 처리를 수행하여 항공영상에 대한 보정을 수행하게 된다.
여기서 위성영상은 인공위성에 탑재된 탐지기에서 지표의 대상물이 반사 또는 방사하는 전자파 에너지를 탐지하여 이를 디지털 형태로 기록한 것으로서, 영상 보정부(12)에서는 이러한 데이터를 처리하여 대상물 또는 현상에 대한 정보를 얻는다. 이때 영상 보정부(12)에서는 가시광선 영역 뿐만 아니라 적외선 및 자외선 영역에 대한 정보도 취득한 위성영상을 분석하고, 정보를 여러 개의 파장대별로 분할하여 취득하여 지리정보의 분광특성을 이용한 다양한 분석을 포함하여 수행할 수 있다.
위성영상을 GIS에 사용할 수 있는 형태의 자료로 만들기 위해서는 영상 보정부(12)에서 복잡한 과정을 거치게 된다.
우선 위성으로부터 전송받은 영상에는 위성과 지표면간의 대기 중에서 발생되는 산란과 반사 및 규칙적으로 발생하는 계통적인 잡음과 우주공간의 특성상 발생하는 우연적인 잡음 등이 포함된다. 그래서 수집된 위성영상 자료는 위성과 지구의 움직임, 센서의 흔들림, 대기조건에 의해 발생하는 기하학적인 오류나 방사오류를 제거하기 위해서는 전처리 과정이 필요 하다 . 그래서 전처리 과정에서는 방사보정(Radiometric Correction)과 기하보정(Geometric Correction)을 수행한다. 방사보정이란 탐지기들 간의 미세한 감도차의 영향을 보정하고, 서로 다른 시기에 관측된 데이터를 모자이크할 때 태양고도의 영향을 보정하는 것이다. 방사오류를 보정하는 기술은 대부분의 이미지 처리 소프트웨어에서 쉽게 사용될 수 있다. 또한 위성영상은 기하학적 왜곡과 오차가 생기기 때문에 위치를 보정하여 지상의 지도 좌표체계와 일치시켜야 한다. 그래서 기하보정은 데이터 취득 당시의 지구의 자전영향, 지구곡률 등의 영향을 보정하여 일반 지도의 투영과 같도록 보정하는 것이다. 위성영상의 기하학적 왜곡은 영상에서의 각 픽셀 위치좌표와 지도좌표계에서의 대상물 좌표와의 차이로 나타낼 수 있는데, 이러한 기하학적 왜곡을 보정하기 위한 기하보정을 수행하기 위해서는 영상에서 확실히 식별되는 지상통제점(Ground Control Point, GOP)을 선정하고, 지상통제점에 대한 영상좌표와 지상좌표를 구하고, 두 좌표 간의 변환식을 설정하여 보정하게 된다. 변환식으로는 주로 일차식인 아핀(affine) 변환식을 사용할 수 있는데, 대상영역이 넓을 경우에는 2차 이상의 고차 다항식을 사용할 수 있다. 이때 픽셀의 재배열(resampling)이 이루어지게 된다.
또한 영상 보정부(12)는 위성영상을 통해 보다 나은 정보획득을 위해 영상을 화질을 강화시키는 강조처리 과정을 수행한다. 이는 영상의 판독성을 높이기 위하여 영상이 갖고 있는 특징을 강조시키는 것으로, 이를 통해 영상의 시각의 판독성을 높일 뿐만 아니라 이후의 분석과 분류 작업을 원활하게 수행할 수 있게 해준다. 이는 대조(Contrast) 확장, 휘도 증폭(Contrast Stretching), 픽셀간 여과(Filtering), 영상간 연산처리 등의 기술에 의해 수행한다. 영상을 강조시키는 방법에는 여러 가지가 있다. 그래서 대조(contrast) 확장 방법은 모니터 화면 상에 시각적 강조를 주는 것으로, 데이터 값 자체를 변화시키지는 않는다. 영상의 농도를 분할하여 농담을 강조하는 농담 분할 처리 방법의 경우 밝은 색부터 어두운 색조로 나타난 영상에서 특정의 농도를 가진 영상만을 강조시켜서 주변의 대상물로부터 농도의 차가 두드러지게 하여 그 경계를 쉽게 분별할 수 있다. 또한 휘도가 나쁜 영상을 보다 선명하게 하기 위해 농도가 가장 높은 것은 백색에, 농도가 가장 낮은 것은 검은색에 대응하도록 증폭시켜서 영상의 화질이 뚜렷하게 나타나도록 하는 휘도 증폭(contrast stretching) 방법도 이용할 수 있다. 또 다른 방법으로는 인접한 픽셀간의 여과(filtering) 기법을 활용하여 각각의 픽셀에 대하여 주변의 픽셀 값을 참조하여 농담의 차를 강조시켜서 경계부분을 눈에 두드러지게 하여 가장자리나 경계선 등을 추출하는 특징 추출법과 두 개 이상의 밴드 데이터에 대해 연산처리를 하여 영상자료를 구축하는 영상간 연산처리 방법을 이용할 수도 있다.
또한 영상 보정부(12)는 영상에 대한 주제별 분석 단계를 수행한다. 이는 강조처리된 데이터를 선정한 주제들(themes)로 분석하는 것이다. 예를 들면, 경관을 나타낸 영상은 다양한 토지 피복요소(여러 유형의 식생과 토지용도에 따른 특성)를 포함하고 있는데, 주제별 분석에서는 이렇게 서로 다른 피복유형을 각각의 주제도로 나누고, 그룹화시켜 통계분석을 통해 래스터 셀로부터 공통 주제들을 찾아내게 된다. 여기서 주제도(thematic maps)란 과학적, 사회적 자료들의 공간적 분포특성을 나타내는 지도로서, 기후도, 식생도, 지질도, 무역도 등이 있다. 이러한 주제도는 특정된 주제에 대한 공간적 차이와 지역간의 다양성에 관한 정보를 제공하는데 초점을 둔 지도로서, 어떤 특정한 현상에 관한 공간적 분포 패턴을 나타내게 된다. 따라서 주제도는 그 주제의 특성에 따라 지질도, 삼림도, 토양도, 토지이용도, 강수도, 기온도, 인구분포도, 경제지도, 관광지도, 교통도, 도시계획도 등으로 구분할 수 있다. 주제의 선정에는 제한이 없으며, 대개 자연적, 사회/경제적, 역사/문화적인 현상들의 지역간 특성을 비교하기 위해 사용된다.
또한 영상 보정부(12)는 지표면의 정보를 추출하기 위한 후처리 과정을 수행한다. 이러한 후처리는 뚜렷한 범주로 주제를 분류하는 것으로, 예를 들면 식생 주제도는 전체 토지 피복(삼림, 농경지, 불모지)으로부터, 군락(활엽수립, 침엽수립) 수준, 그리고 개별 종(Species)의 면적으로 분류할 수 있다. 이와 같은 지표면의 정보를 추출하는 방법으로는 감독분류(supervised classification)와 무감독분류(unsupervised classification)를 사용할 수 있다. 감독분류는 판별하고자 하는 대상물의 전자파 특성을 알고 있거나 또는 그 대표적인 위치의 픽셀을 명백하게 하는 경우 그 값을 기준으로 하여 그 픽셀의 특성과 같은 대상물을 추출하는 방법이다. 여기서 판별의 기준이 되는 픽셀들을 각 항목별로 참조지(training field)로 정하고, 각 항목별로 데이터를 입력하여 판별의 기준을 만든다. 이를 바탕으로 하여 각각의 픽셀들이 어느 항목에 속하게 되는가는 연산판별방법(최대우도법, 평균치 거리비교법, 최단거리법, 최근린법 등을 사용할 수 있다)에 의해 식별되어 가장 근접한 항목에 포함되도록 한다. 만약 어떠한 참조지 자료에도 만족할 만큼 유사하지 않다면, 미상(unknown)으로 처리한다. 감독분류의 결과는 참조지의 영향을 많이 받으므로 참조지의 선정이 매우 중요하다. 따라서 분류된 결과에 대해서는 현지 조사 등을 통하여 분류 정확도를 검증해야 하며, 이는 시행착오적 반복 분석 방법으로 진행되도록 하면 된다. 일반적으로는 최대우도법의 분류정확도가 가장 높은 것으로 알려져 있기 때문에 이를 주로 사용할 수 있다. 최대우도법은 각 항목별 실습지의 평균값과 공분산행렬로부터 확률밀도함수를 설정한 후 가장 확률이 높은 항목으로 분류하는 방법으로서, 가장 정확하지만 연산시간이 많이 소요된다. 또한 무감독분류는 참조할 지상 참조자료가 없는 경우에 활용할 수 있는 것으로, 컴퓨터 자체의 데이터 분석에 의해 분석하는 것이다. 무감독분류에 의할 경우, 대상물의 분광특성을 이용하여 비슷한 그룹끼리 유형화하게 되는데, 서로 다른 군집을 형성하는 군집화 방법에는 순차적 군집화(sequential clustering), 통계적 군집화, ISODATA(International Organization for Standardization Data), RGB(red, green, blue) 군집화 등이 있다. 컴퓨터가 임의로 각 군집의 중심을 설정한 후 최적중심을 찾을 때까지 반복 계산하여 분류하는 것이다.
또한 영상 보정부(12)는 항공영상으로부터 얻어진 여러 대상물의 특성들을 목적에 따라 적절하게 해석하고, 이를 토대로 분석하여 대상물의 형상, 지질, 식생, 토양 등에 대한 정보를 획득하게 된다. 항공사진 판독은 항공사진 상에서 지형도 제작에서와 같이 논, 밭의 구분, 도로의 포장상태, 식생 등과 같이 직접 판독하여 정보를 얻어낼 수도 있고, 지질 판독과 같이 간접적인 관측으로부터 귀납적 혹은 연역적 방법을 통해 필요한 정보를 판정하고 수정할 수 있다. 항공사진 판독은 사진영상에 피사된 도로, 철도, 하천, 가옥, 지질, 수림 등의 대상물에 대한 특성을 판별하는 것이다.
그래서 영상 보정부(12)는 항공영상에 대한 판독을 위해 정량분석과 정성분석을 수행한다. 즉, 위치, 크기, 형상 들을 결정하는 정량적인 항공영상 판독과, 자원 및 환경 등의 정보 조사에 이용되는 정성적인 항공영상 판독을 수행한다.
항공영상을 판독할 때는 사진영상의 크기, 형상(Shape), 음영(Shadow), 색조(Tone), 질감(Texture), 모양(Pattern)을 기본 요소로 하여 분석하고, 상호위치관계(Association), 과고감(Vertical exaggeration) 등의 요소를 부가적으로 조합하여 판독하도록 한다. 여기서 과고감이란 항공영상을 입체시하여 얻은 입체상의 높이가 실제보다 산지는 돌출하여 높고 기복이 심하게 보이고 계곡은 실제보다 깊고 경사면은 실제 경사보다 급하게 보이는 것을 말한다. 이러한 과고감은 지표의 기복을 과장하여 나타내기 때문에, 평탄한 지역에서의 지형판독과 사면의 경사를 갖는 지역에서의 지형판독시 고려되도록 한다(ST2).
그래서 항공사진상의 크기와 형상은 판독에서 매우 중요한 요소인데, 크기는 단일 형태 또는 단일 색조가 갖는 입체적, 평면적인 넓이나 길이를 말하며, 형상은 개체나 목표물의 윤곽, 구성, 배치 및 일반적인 형태 등을 뜻한다. 사진상의 실제 크기는 사진촬영 코도와 사진기 렌즈의 초점거리를 이용하여 계산이 가능하다. 항공사진 영상은 지표면 바로 위로부터 촬영한 영상이기 때문에 일반적으로 지상에서 옆으로 보는 시각과는 다르므로, 수직으로 보았을 때의 형태에 의해 판독되어야 한다.
또한 항공사진 판독에서 음영은 높은 탑과 같은 지물의 판독, 주위 색조와의 대조가 어려운 지형의 판독시에 중요한 요소가 된다. 항공사진을 판독할 때 광선의 방향과 촬영시의 태양광선의 방향을 일치시키며 음영의 관계로부터 입체감이 얻어지고, 반대로 하면 반대의 느낌이 얻어지므로, 북반구의 항공사진을 볼 때는 일반 지도와는 반대로 남쪽을 위로 본 상태에서 판독하도록 한다. 그러나 일반적으로 항공사진에서 그림자 부분은 상세한 판독에 저해가 되므로 항공사진 촬영에서 고도가 적절하게 설정된 상태에서 항공사진이 촬영되도록 한다.
한편 항공사진의 색조는 주로 태양광선의 반사율에 의한 것으로, 식생의 군란 등의 대상물 판별에 이용한다. 흑백사진에서는 색과 명암이 백색으로부터 흑색까지의 단일색조로 기록된다. 항공사진의 색조는 또한 태양에 대한 피사체의 위치, 각도, 촬영시기와 기후, 필름의 감광성, 필터의 성질, 인화 처리법, 인화지의 종류 등에 영향을 받는다. 이와 같이 동일한 대상물에 대해서도 색조가 여러 가지로 변화하기 때문에 항공사진의 농도의 절대값 보다는 색조의 차이에 중점을 두고 항공사진을 판독한다. 특히 항공사진의 축척이 작을 경우 입체시를 통하여도 세부사항을 정확하게 알 수 없으므로, 판독에 있어 색조의 중요성은 더욱 부각된다. 흑백사진이 흰색에서 검은쌕까지 단일색조로 나타내는 것에 비해 천연색사진은 대상물의 색을 그대로 재현하기 때문에 흑백사진 보다 판독 범위가 넓다고 할 수 있다.
항공사진의 질감은 크기, 음영, 형상, 색조 등의 여러 요소가 모여 표현되는 영상명의 세밀하고 거치른 정도를 나타내는 것으로, 개개의 상태로는 식별하기 어려운 작은 대상물의 집합이 사진상에 나타나는 미세한 색조 변화이다. 질감의 표현은 거칠거나 조밀함, 또는 울퉁불퉁하거나 평평함으로 구분되며, 축척에 따라서 질감의 판독대상이 달라진다.
항공사진 상에 나타난 식생, 지형 또는 지표면 색조 등의 공간적인 배열상태를 모양이라 한다. 인공 또는 자연적인 여러 물체는 기본적인 형상의 반복 또는 관련성을 갖고 있어 판독에 도움이 된다. 또한 대상물의 구조와 성질, 종류, 용도 등은 그 배치상태에 의해 판독할 수 있다. 예를 들면, 수계 모양이나 공장의 규모 및 배치형태 등은 쉽게 판독할 수 있다.
그 밖에도 어떤 영상이 주위 영상과 어떤 관계가 있는가를 파악하는 것은 항공사진 판독에서 중요하다. 한 형상은 일반적으로 주위의 영상과 연관되어 있으므로, 어느 특정한 영상만을 보고 다른 사진과의 관련사항을 고려하지 않으면 올바르게 판독하기 어려운 경우도 있다. 특히 항공사진의 축척이 작아서 각각의 사진에 대한 관찰이 어려울 때는 특히 대상물의 상호간의 관계를 이용하도록 한다.
또한 항공사진을 입체시하여 얻은 입체상의 높이가 실제보다 산지는 돌출하여 높고 기복이 심하게 보이며, 계곡은 실제보다 깊고 경사면은 실제 경사보다 급하게 보이게 된다. 이러한 과고감은 판독에 사용된 렌즈의 초점거리, 중복도 등에 의해 변한다. 과고감은 지표의 기복을 과장하여 나타나기 때문에 낮고, 평탄한 지역에서의 지형판독에 크게 도움이 되는 반면, 사면의 경사가 실제보다 급하게 보이기 때문에 오판하지 않도록 한다.
그리고 디지타이징부(13)에서는 영상 보정부(12)에서 보정된 위성영상과 항공영상을 입력받아 공간 데이터로 디지타이징화 하게 된다. 이러한 디지타이징은 래스터 데이터 모델로 구축할 수도 있으며, 벡터 데이터 모델로 구축할 수도 있다(ST3). 여기서 래스터 데이터 모델이란 실세계의 객체를 그리드(grid), 셀(cell) 도는 픽셀(pixel)이라고 불리우는 최소지도화단위(minimum maping unit)들의 집합으로 나타내는 것을 말한다. 래스터 데이터 구조의 경우 셀이 객체의 형상을 나타내는 최소 크기이다. 이와 같이 규칙적인 공간배열로 표현되는 래스터 데이터는 전체 면을 일정크기의 단위 셀로 분할하고, 각 셀에 속성값을 입력하고 저장하여 연산하는 구조이다. 그래서 각 셀별로 정보의 유무에 따라 "1" 또는 "0"으로 주어진 객체의 이미지를 저장하며, 위치정보를 행과 열에 의해 자동적으로 결정할 수 있다. 또한 벡터 데이터 모델은 실세계에서 나타나는 다양한 대상물이나 현상을 점, 선, 다각형을 사용하여 표현하는 것으로, 벡터 데이터 구조(data structure)는 객체들의 지리적 위치를 방향과 크기로 나타낸다. 벡터 데이터 모델에서 객체들은 그들의 지리적 위치와 속성에 의해서 데이터 구조가 설계된다. 예를 들면, 유정(oil well)은 하나의 점 좌표(x, y)와 라벨로 표현되며, 송유관은 시작되는 노드(x, y)와 끝나는 노드(x, y) 그리고 라벨로 구성된 선형으로 표현될 수 있다. 또한 정유공장은 일련의 점 좌표(x, y)와 라벨을 포함하는 폴리콘으로 표현될 수 있다.
또한 디지타이징부(13)에서 디지타이징화를 수행할 때 데이터에는 여러 가지 유형의 오류들이 발생하게 된다. 즉, 폐곡된 폴리곤이 디지타이징되고 나면 실버(Silver) 폴리곤이 생성되는 오류가 발생한다. 이는 하나의 경계선으로 두 개의 폴리곤이 접하여 있은 경우 경계선을 두 번 디지타이징하는 경우에 정밀하게 디지타이징하지 못하기 때문에 실버 폴리곤이 형성된다. 또한 교차점을 지나서 선이 끝나게 되는 오버슈트(Overshoot)나 역으로 교차점을 만나지 못하고 선이 끝나는 언더슈트(Undershoot), 그리고 교차점에서 두 선이 만나는 과정에서 스파이크(Spike)가 생기기도 한다. 또한 폴리곤의 형성시에도 여러 가지 유형의 오류가 발생한다. 예를 들면, 폴리곤이 폐곡되지 않은 경우, 라벨이 이중으로 입력되는 경우, 또는 호수와 같이 다른 폴리곤 내에 포함되어 있는 폴리곤에 라벨이 빠져있는 경우, 그리고 인접한 폴리곤의 경계가 두 번씩 디지타이징되면서 생기는 오류 등등이 있다. 이렇게 발생되는 각종 오류들을 디지타이징부(13)에서는 수정하여 자동으로 디지타이징 데이터에 대한 수정작업을 할 수 있게 한다(ST3).
그래서 언더슈트나 오버슈트는 두 선이 목표지점을 벗어나거나 못미치는 오류인데, 이를 수정하기 위해서는 선분의 길이를 늘려주거나 줄여줌으로서 수정한다. 잘못된 선분을 선택한 다음, 교차점 또는 목표선분까지 끌고간 다음 그것을 적절하게 연결해주는 수정 프로그램을 실행시킨다.
또한 라벨 오류의 경우, 폴리곤의 라벨 입력은 디지타이징하는 중이거나 또는 입력한 후에 붙일 수 있는데 어떤 폴리곤에는 라벨이 없거나 도는 여러 개의 라벨이 붙어 있거나 잘못된 라벨이 붙는 오류들이 나타난다. 그래서 잘못된 라벨을 선택해서 지우거나 첨가하거나 제 위치로 옮겨주어 수정하면 된다.
또한 선의 중복의 경우, 입력 내용이 복잡한 경우 같은 선이 두 번씩 입력되는 경우가 발생할 수 있다. 이렇게 선이 중복되어 있는 경우에는 하나의 선을 제거함으로서 쉽게 오류를 수정할 수 있다.
또한 실버 폴리곤의 경우, 실버 폴리곤이 형성되는 것은 복잡한 지도에서 디지타이징 하는 경우에 발생하는데, 이를 수정하는 방법은 발생한 오류에 따라 다르다. 폴리곤이 겹치지 않게 적절하게 위치를 이동시킴으로서 제거될 수 있는 경우도 있고, 폴리곤을 형성하고 있는 부정확하게 입력된 선분을 만든 버틱스들을 제거함으로서 수정할 수도 있다.
그런 다음 좌표 변환부(14)에서는 디지타이징부(13)에서 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시킨다. 여기서 지도는 3차원의 지구를 2차원의 평면으로 투영한 것으로, 이러한 투영 과정에서 이미 형태, 면적, 거리, 방향 등이 변형된다. 그래서 좌표 변환부(14)는 디지타이징부(13)를 통해 입력된 데이터의 좌표를 실세계의 좌표계로 맞추는 작업을 수행하게 된다(ST4).
이러한 좌표변환에서 가장 중요한 것은 좌표변환의 기준이 되는 등록점 도는 기준점을 정하는 것이다. 일반적으로 디지타이징 작업을 시작할 때 반드시 적어도 네 개 이상의 기준점(tick mark)을 정하게 되며, 이 기준점 좌표를 토대로 하여 다른 대상물들의 위치가 좌표로 인식되는 것이다. 따라서 기준점의 갯수는 많을수록 좋으며, 가장 중요한 것은 기준점의 좌표값이 정확하고 정밀하게 측정되어야 한다는 점이다.
그래서 일차식의 변환식을 이용하는 아핀(affine) 변환방법과 2차식의 변환식을 이용한 정각(conformal) 변환방법을 이용할 수 있다. 기본적으로 변환(translation), 회전(rotation), 축척 변화(scale change)의 3가지 과정이 발생한다.
변환은 데카르트 좌표평면 위의 다른 위치로 대상물 개체의 전체나 일부를 이동시키는 것으로, 개체의 X, Y 좌표에 필요한 좌표값을 더하거나 빼는 과정을 통해 이루어진다(X' = X + Tx, Y' = Y + Ty).
축척 변화는 축척이 서로 다른 지도를 비교하거나 서로 다른 축척으로 결과물을 산출할 필요가 있는 경우에 사용할 수 있다. 이 경우 축척의 변화비율인 축척요소(sx, sy)를 곱하면 된다(X' = X * sx, Y' = Y * sy).
회전은 투영과 역투영 과정에서 사용할 수 있는데, 삼각함수를 사용한다. 즉, 회전되는 각도를 θ라고 하면 X 좌표에는 cosθ, Y 좌표에는 sinθ를 곱하여 합친 값으로 바뀌어진다(X' = Xcosθ + Ysinθ, Y' = -Xcosθ + Ysinθ).
한편 실시간 위치 보정부(20)에서 GPS 수신부(21)는 GPS를 통해 실시간 위치 정보를 수신한다(ST5).
그러면 지도 표시부(22)는 GPS 수신부(21)를 통해 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력한다(ST6).
그리고 위치 보정부(23)는 좌표 변환부(13)에서 실시간으로 수신한 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 지도 표시부(22)에 의해 출력된 지도 영 상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장할 수 있도록 한다(ST7).
그런 다음 전송부(30)의 실시간 위치 전송부(31)에서는 위치 보정부(23)에서 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하여 지리정보제공 서버에서 지리정보 데이터의 위치보정이 수행되고 반영되도록 한다(ST8).
이처럼 본 발명은 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행하게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템 및 그 방법은 실시간으로 획득한 위성영상과 항공영상을 보정처리하고 좌표변환하여 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장함으로써 지리정보 데이터에 대한 효율적인 실시간 위치보정을 수행할 수 있는 효과가 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims (2)

  1. 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득하는 영상 획득부(11)와;
    상기 영상 획득부(11)에서 획득된 위성영상에 대해 전자파 소음 제거와 오류를 정정하는 전처리, 영상의 화질을 강화시키는 강조처리, 영상에 대한 주제별 분석을 수행하는 주제별 분석처리, 지표면의 정보를 추출하는 후처리를 수행하여 위성영상에 대한 보정을 수행하고, 상기 영상 획득부(11)에서 획득된 항공영상에 대해 위치, 크기, 형상을 결정하는 정량분석 처리, 자원 및 환경을 포함한 정보 조사에 이용되는 정성분석 처리를 수행하여 항공영상에 대한 보정을 수행하는 영상 보정부(12)와;
    상기 영상 보정부(12)에서 보정된 위성영상과 항공영상을 입력받아 공간 데이터로 디지타이징화하는 디지타이징부(13)와;
    상기 디지타이징부(13)에서 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시키는 좌표 변환부(14)와;
    GPS를 통해 실시간 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부(21)와;
    상기 GPS 수신부(21)를 통해 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력하는 지도 표시부(22)와;
    상기 좌표 변환부(13)에서 실시간으로 수신한 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 상기 지도 표시부(22)에 의해 출력된 지도 영상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장할 수 있도록 하는 위치 보정부(23)와;
    상기 위치 보정부(23)에서 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하여 상기 지리정보제공 서버에서 지리정보 데이터의 위치보정이 수행되고 반영되도록 하는 실시간 위치 전송부(31);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 시스템.
  2. 소정 영역에 대한 위성영상과 항공영상을 획득하는 제 1 단계(ST1)와;
    상기 제 1 단계 후 획득된 위성영상에 대해 전자파 소음 제거와 오류를 정정하는 전처리, 영상의 화질을 강화시키는 강조처리, 영상에 대한 주제별 분석을 수행하는 주제별 분석처리, 지표면의 정보를 추출하는 후처리를 수행하여 위성영상에 대한 보정을 수행하고, 상기 제 1 단계에서 획득된 항공영상에 대해 위치, 크기, 형상을 결정하는 정량분석 처리, 자원 및 환경을 포함한 정보 조사에 이용되는 정성분석 처리를 수행하여 항공영상에 대한 보정을 수행하는 제 2 단계(ST2)와;
    상기 제 2 단계에서 보정된 위성영상과 항공영상을 공간 데이터로 디지타이징화하는 제 3 단계(ST3)와;
    상기 제 3 단계에서 디지타이징화된 공간 데이터를 좌표변환하여 수치지도를 형성시키는 제 4 단계(ST4)와;
    GPS를 통해 실시간 위치 정보를 수신하는 제 5 단계(ST5)와;
    상기 제 5 단계에서 수신한 위치 정보에 의해 지도 영상을 출력하는 제 6 단계(ST6)와;
    상기 제 4 단계에서 위성영상과 항공영상에 대한 좌표변환된 데이터를 상기 제 6 단계에서 출력된 지도 영상에 표시하고, 사용자가 수정하고자 하는 지점에 해당하는 지리정보 데이터를 수정하고 저장할 수 있도록 하는 제 7 단계(ST7)와;
    상기 제 7 단계에서 수정하고 저장된 지리정보 데이터를 지리정보제공 서버로 전송하여 상기 지리정보제공 서버에서 지리정보 데이터의 위치보정이 수행되고 반영되도록 하는 제 8 단계(ST8);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 위성영상과 항공영상을 이용한 지리정보 데이터의 실시간 위치보정 방법.
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