KR20130096854A - 수중음파필터링과 3차원 해저표고모델을 이용하여 3차원 해저지형정보를 생성하는 시스템 - Google Patents

수중음파필터링과 3차원 해저표고모델을 이용하여 3차원 해저지형정보를 생성하는 시스템 Download PDF

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(주)지오투정보기술
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Abstract

본 발명은, 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부 내의 사이드 스캔 소나 영상 정보로부터 정규시가지화지수를 이용하여 비 해저지형 정보를 획득하고, 상기 비 해저지형 정보 중 2차원 해저 케이블 객체의 경계에 대해 경계 강화 필터를 이용하여 필터링을 수행하되, 비 해저지형 정보 중 해저 케이블를 나타내는 부분에 대해 RGB(Red,Green,Blue) 밴드 강조와 IHS(Intensity,Hue,Saturation) 색채 변환을 이용하여 채도를 강조함으로써 해저 케이블를 나타내는 부분과 상기 2차원 해저 케이블 객체의 경계를 구분하는 경계 강화 필터링부; 멀티빔 음파 측량 데이터 저장부 내의 멀티빔 음파 측량 데이터로부터 표고 정보를 산출하되, 상기 표고 정보는 상기 2차원 해저 케이블 객체에 대응되는 수치 고도 데이터를 나타내는 표고 정보 산출부; 상기 필터링된 2차원 해저 케이블 객체의 공간 좌표 정보와 상기 산출된 표고 정보를 이용하여 3차원 해저 케이블 객체 정보를 획득하는 3차원 객체 정보 생성부; 상기 3차원 해저 케이블 객체 정보로부터 복수개의 특정 좌표 정보를 추출하되, 상기 특정 좌표 정보는 기설정된 영역 내에서 상기 특정 좌표 정보가 가리키는 영역의 밝기 값이 그에 이웃하는 좌표 정보가 가리키는 영역들의 밝기 값보다 큰 경우의 좌표 정보를 나타내고, 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 정보 및 각도 정보를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하고, 상기 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 상기 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정하되, 상기 기설정된 영역은 영상 내 전체 영역을 동일한 크기를 갖는 격자 형태로 분할한 경우 분할된 하나의 격자 영역을 나타내고, 상기 밝기 값은 영역 내 픽셀들의 평균 픽셀값을 나타내는 평탄화 수행부; 및 상기 수정된 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 이용하여 생성된 3차원 해저 지형공간 정보를 디스플레이하는 3차원 영상 출력부를 포함하되, 상기 비 해저지형 정보는 정규시가지화지수를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템을 제공한다.

Description

수중음파필터링과 3차원 해저표고모델을 이용하여 3차원 해저지형정보를 생성하는 시스템{A SYSTEM FOR GENERATING SEAFLOOR 3-DIMENSIONAL GEOSPATIAL INFORMATION USING INTENSIVE FILTERING AN EDGE OF PIPE LINE OBJECT AND DIGITAL ELEVATION VALUE}
본 발명은 수중음파필터링과 3차원 해저표고모델을 이용하여 3차원 해저지형정보를 생성하는 시스템에 관한 것이다.
최근 해양지질, 영해 관리 등 해양자원관리의 필요성과 중요성이 증가함에 따라 신속하고 정확한 해양 공간정보를 취득하기 위한 기술이 고도화되고 있으며, 취득된 해양공간정보는 해양지질도 및 국가 해양기본도, 해저지형 등을 구축하여 활용되어지고 있다.
해양 공간정보를 이용하는 분야는 육상 공간정보만큼이나 관심이 대두되고 있으며 이를 이용하여 구글 및 마이크로소프트 사에서는 인터넷 기반의 3차원 해저지형 지도서비스를 제공하고 있다. 또한 음향 또는 레이저를 이용하여 취득된 해양 공간정보를 처리할 수 있는 소프트웨어 산업시장은 다양성 및 전문성을 접목하여 공간정보 기반기술의 응용 분야를 창출하는데 기여하고 있다.
이러한 해양 공간정보의 기초 자료인 해저지형측량 측량 데이터, 해양지층탐사 정보, 멀티빔 음파 측량 정보, 수중 음파 시스템 정보 등에 대해 보다 정확히 취득하고 분석하기 위한 툴들을 이용하여 효과적으로 실감있고 정확한 공간정보를 생성하기 위하여 멀티빔 및 사이트 소나 스캔으로 취득된 정보를 이용한 분석 기법들이 증가하고 있는 실정이다.
이러한 수중 또는 지상의 공간정보의 기초 자료인 멀티빔 및 사이드 소나 스탠, 사이드 소나 스캔 영상 및 항공 라이다 측량 데이터 등에 대해 보다 정확한 분석 툴들을 이용하여 보다 실감있고 정확한 수중 및 지상 공간 정보를 생성하기 위하여 사이드 소나 스캔 사진을 이용한 분석 기법들이 증가하고 있는 실정이다. 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터는 점 형태로서 정확도 높은 3차원 해저면 좌표를 제공하지만, 풍부한 텍스쳐 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 보다 정확하고 현실감 있는 해저 지형공간 정보를 제공하기 위해서는 사이드 소나 스캔 또는 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터의 단점을 보완하거나 장점을 융합시킬 필요가 있다.
본 발명은, 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부 내의 사이드 스캔 소나 영상 정보로부터 정규시가지화지수를 이용하여 비 해저지형 정보를 획득하고, 상기 비 해저지형 정보 중 2차원 해저 케이블 객체의 경계에 대해 경계 강화 필터를 이용하여 필터링을 수행하되, 비 해저지형 정보 중 해저 케이블를 나타내는 부분에 대해 RGB(Red,Green,Blue) 밴드 강조와 IHS(Intensity,Hue,Saturation) 색채 변환을 이용하여 채도를 강조함으로써 해저 케이블를 나타내는 부분과 상기 2차원 해저 케이블 객체의 경계를 구분하는 경계 강화 필터링부; 멀티빔 음파 측량 데이터 저장부 내의 멀티빔 음파 측량 데이터로부터 표고 정보를 산출하되, 상기 표고 정보는 상기 2차원 해저 케이블 객체에 대응되는 수치 고도 데이터를 나타내는 표고 정보 산출부; 상기 필터링된 2차원 해저 케이블 객체의 공간 좌표 정보와 상기 산출된 표고 정보를 이용하여 3차원 해저 케이블 객체 정보를 획득하는 3차원 객체 정보 생성부; 상기 3차원 해저 케이블 객체 정보로부터 복수개의 특정 좌표 정보를 추출하되, 상기 특정 좌표 정보는 기설정된 영역 내에서 상기 특정 좌표 정보가 가리키는 영역의 밝기 값이 그에 이웃하는 좌표 정보가 가리키는 영역들의 밝기 값보다 큰 경우의 좌표 정보를 나타내고, 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 정보 및 각도 정보를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하고, 상기 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 상기 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정하되, 상기 기설정된 영역은 영상 내 전체 영역을 동일한 크기를 갖는 격자 형태로 분할한 경우 분할된 하나의 격자 영역을 나타내고, 상기 밝기 값은 영역 내 픽셀들의 평균 픽셀값을 나타내는 평탄화 수행부; 및 상기 수정된 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 이용하여 생성된 3차원 해저 지형공간 정보를 디스플레이하는 3차원 영상 출력부를 포함하되, 상기 비 해저지형 정보는 정규시가지화지수를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서, 상기 평탄화 좌표 정보는, 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 정보가 기설정된 거리 임계값보다 작고 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 각도 정보가 기설정된 각도 임계값보다 큰 경우에 획득되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 기설정된 거리 임계값은 5m이고, 상기 기설정된 각도 임계값은 45도인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 서버를 통하여 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터를 수신하는 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터 수신부; 상기 수신된 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터의 탐색 영역을 설정하고 상기 탐색 영역 내에서 주변 점들의 좌표값을 기준으로 기설정된 오차값 범위를 초과하는 오차 데이터를 제거하는 오차 제거부; 상기 오차 데이터가 제거된 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터에 대해 필터링 과정을 수행하여 해저면 데이터와 비해저면 데이터로 분류하되, 상기 필터링 과정은 다음 수학식들( Rij - Rl _ min > T, 여기서, Rij은 특정 영역 내의 임의의 셀을 가리키고, Rl _ min은 반복회수 l번째에서의 특정 영역 내의 최소 높이값을 가리키며, T는 제1임계값을 나타냄. 상기 제1임계값은 수학식 T = sMl 에 의해서 결정되며, 여기서, s는 대상 영역의 최대 경사를 나타내고, Ml 은 반복회수 l번째의 윈도우 크기를 나타냄.)에 의해 수행되는 제1필터링부;상기 분류된 해저면 데이터 및 비해저면 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 상기 추출된 해저면 데이터로부터 상기 해저면 데이터의 연속성 검색을 위한 변수를 산출하되, 상기 변수는 다음 수학식
Figure pat00001
(H는 해저면 데이터의 연속성 검색을 위한 변수, Max(h)는 격자 내 가장 높은 점의 높이값, Min(h)는 가장 낮은 점의 높이값, L은 격자의 크기를 나타냄)에 의해 산출되는 변수 산출부; 상기 산출된 변수가 기설정된 제2임계값보다 크면 해당 격자의 데이터는 부적합한 해저면 데이터로 판단되어 경사도 판별부로 전송되고, 상기 산출된 변수가 상기 기설정된 제2임계값보다 작거나 같으면 적합한 해저면 데이터로 판단되어 데이터 결정부로 전송하는 임계값 비교부; 상기 전송된 부적합한 해저면 데이터의 경사도를 계산하여 다시 상기 변수 산출부로 전송하는 경사도 판별부; 상기 경사도 판별부로부터 수신한 경사도를 반영하여 다음 수학식
Figure pat00002
(mod_H는 수정된 변수, H는 기획득된 변수, θ는 경사 각도, C는 경사도 팩터를 나타냄)에 의해 수정된 변수를 산출하는 상기 변수 산출부; 상기 수정된 변수가 상기 기설정된 제2임계값보다 크면 다시 부적합한 해저면 데이터로 판단하여 상기의 과정을 반복하게 되고, 상기 수정된 변수가 상기 기설정된 제2임계값보다 작거나 같으면 적합한 해저면 데이터로 판단하여 데이터 결정부로 전송하는 상기 임계값 비교부; 상기 임계값 비교부로부터 수신된 데이터를 최종 해저면 데이터로 결정하는 데이터 결정부; 및 상기 해저면 데이터를 이용하여 3차원 해저 지형공간정보를 생성하는 3차원 해저 지형공간정보 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 음파 측량 데이터 데이터의 필터링을 이용한 3차원 해저지형공간정보 구축 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서, 상기 필터링 과정은 특정 영역 내에 있는 점의 높이값 중 최소값을 획득하고 상기 최소값보다 큰 높이값을 가진 점들만을 비교 대상값으로 설정한 후, 상기 비교 대상값이 기설정된 제1임계값보다 큰 경우 비해저면 데이터로 분류하고, 상기 비교 대상값이 상기 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면 해저면 데이터로 분류되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 경사도 팩터는 0.7의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 멀티빔 음파 측량 데이터와 사이드 스캔 소나 영상 정보만으로 평탄화 좌표 정보를 획득할 수 있고, 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 상기 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정함으로써 평탄화된 3차원 해저 지형공간 정보를 획득할 수 있다. 이러한 평탄화 작업을 통해 해저 케이블 객체와 지표면과의 표고 차이를 보정함으로써 돌출된 지표면 위로 해저 케이블 객체가 위치하게 되는 경우를 방지할 수 있고, 이를 통해 보다 명확한 3차원 해저 지형공간 정보를 생성할 수 있게 된다. 또한, 기존의 3차원 해저 지형공간 정보를 구축하기 위한 비용도 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 실시예로서, 평탄화된 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명이 적용되는 실시예로서, 해저 케이블 객체에 대하여 외곽선 자동 벡터라이징을 수행한 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 적용되는 실시예로서, 3차원 객체 정보 생성부에서 2차원 객체 정보와 표고 정보를 이용하여 3차원 객체 정보를 생성하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 실시예로서, 객체의 표고 변화의 특징이 되는 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명이 적용되는 실시예로서, 평탄화 좌표 정보를 이용하여 3차원 해저 지형공간 정보를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하
며, 도면에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적
인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용하여 설명한다. 그러한 경우에는 해당 부분의 상세 설명에서 그 의미를 명확히 기재하므로, 본 발명의 설명에서 사용된 용어의 명칭만으로 단순 해석되어서는 안 될 것이며 그 해당 용어의 의미까지 파악하여 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다. 특히, 본 명세서에서 정보(information)란, 값(values), 파라미터(parameters), 계수(coefficients), 성분(elements) 등을 모두 아우르는 용어로서, 경우에 따라 그 의미는 달리 해석될 수 있다.
해저 지형공간 정보 시스템(Seafloor Geospatial Information Systems)은 공간상 위치를 점유하는 도형 자료와 이에 관련된 속성 자료를 통합하여 처리하는 정보 시스템으로서 다양한 형태의 지형공간 정보를 효율적으로 수집, 저장, 갱신, 처리, 분석, 출력하기 위해 이용되는 하드웨어, 소프트웨어, 지리자료, 인적자원의 총체적 조직체라고 정의할 수 있다. 상기 해저 지형공간 정보 시스템의 이용에 따라 공간 정보의 다양한 활용이 용이해졌다. 그리고, 기존에 구축된 일정 수준의 시설물에 대한 정보와 사이드 스캔 소나 영상 및 수치 해저 지형도를 이용하여 대상 지역에 대한 3차원 해저 지형공간 정보를 생성할 수 있게 되었고, 그에 따라 기존의 평면적인 분석에서 3차원적 분석이 가능하게 되었다. 따라서, 보다 효율적인 3차원 해저 지형공간 정보를 생성하기 위해 멀티빔 음파 측량 데이터와 사이드 스캔 소나 영상 정보만을 활용하는 실시예들을 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 실시예로서, 평탄화된 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템의 개략적인 구조를 나타낸다.
상기 도 1을 참조하면, 평탄화된 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템은 데이터 저장부(110), 경계 강화 필터링부(120), 2차원 객체 정보 생성부(130), 표고 정보 추출부(140), 3차원 객체 정보 생성부(150), 평탄화 좌표 정보 획득부(160), 평탄화 수행부(170) 및 3차원 영상 출력부(180)로 구성된다.
먼저, 상기 데이터 저장부(110)는 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부(111)와 멀티빔 음향 측량 데이터 저장부(112)로 구성되고, 상기 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부(111)는 외부로부터 사이드 스캔 소나 영상 정보를 수신하여 저장하고, 멀티빔 음파 측량 데이터 저장부(112)는 외부로부터 멀티빔 음파 측량 데이터를 수신하여 저장한다.
여기서, 사이드 스캔 소나 영상 정보라 함은, 사이드 스캔 소나 영상으로부터 획득될 수 있는 2차원 좌표 정보 및 속성 정보를 의미한다. 예를 들어, 사이드 스캔 소나 영상의 픽셀 좌표계에서 카메라의 물리적인 좌표계를 산출할 때 사용되는 변수인 내부 표정 측점 정보, 입체 모델 생성시 사용되는 변수인 상호 표정 정보, 사이드 스캔 소나 영상 상의 위치에 대해 지상 좌표를 산출할 경우 사용되는 변수인 절대 표정 정보, 상호 표정 및 절대 표정 작업이 완료되면 사이드 스캔 소나 영상 상에 임의의 위치에 해당하는 지상 좌표값을 산출할 때 사용되는 수학식의 상수인 외부 표정 요소를 포함할 수 있다.
그리고, 멀티빔 음파 측량 데이터라 함은, 멀티빔 음파 측량 시스템을 선박에 장착하여 음파 펄스를 지표면에 주사하고, 반사된 음파의 도달 시간을 이용하여 반사되는 지점과 관련된 3차원 데이터 정보를 의미한다. 예를 들어, 측심에 의한 위치 좌표값, 멀티빔 음파 측량시 발생하는 X축 또는 Y축의 회전량 오차 정보, 멀티빔 음파 측량 데이터의 진입점의 좌표값과 해저 케이블 최외곽 지상 측량 좌표값의 거리 정보, 스케일 보정 팩터, 지상기준점과 멀티빔 음파 측량 데이터와의 일정한 높이 차이 정보 등이 있을 수 있다.
사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부(111)로부터 특정 지역의 영상에 대한 2차원 좌표 정보 및 속성 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 상기 특정 지역의 영상에 대한 2차원 좌표 정보 및 속성 정보로부터 아래 수학식 1에 의한 정규시가지화지수(NDBI : Normalized Difference Built-up Index)를 이용하여 비 해저지형 정보를 추출할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, Band X 는 스펙트럴 밴드 범위 1.55~1.75μm 를 나타내며, Band Y 는 스펙트럴 밴드 범위 0.76~0.90μm 를 나타낸다.
경계 강화 필터링부(120)에서는 상기 수학식 1에 의한 정규시가지화지수를 이용하여 추출된 비 해저지형 정보로부터 비 해저 케이블 객체와 해저 케이블 객체를 추출하기 위한 영상 강조 작업을 수행할 수 있다. 먼저, 비 해저 케이블는 해저 케이블에 비해 상대적으로 어두운 색을 띄게 되므로 RGB 밴드 강조와 IHS 변환을 이용하여 채도를 강조할 수 있다. 그리고, 객체의 경계를 명확히 하기 위해 비 해저 케이블 객체와 해저 케이블 객체에 대하여 경계 강화 필터링을 적용할 수 있다. 상기 경계 강화 필터링을 위한 필터링 계수(α)(3x3)는 아래 수학식 2와 같다.
Figure pat00004
그리고, 상기 수학식 2의 필터링 계수(α)를 이용하여 비 해저 케이블 객체와 해저 케이블 객체의 경계를 명확히 한 후, 상기 경계 강화 필터링부(120)는 비 해저 케이블 및 해저 케이블가 될 수 없는 노이즈를 제거하게 된다.
상기 2차원 객체 정보 생성부(130)에서는 비 해저 케이블 및 해저 케이블가 될 수 없는 노이즈가 제거되고, 경계가 명확해진 해저 케이블 객체에 대하여 외곽선 자동 벡터라이징을 수행함으로써 2차원의 해저 케이블 객체 정보와 비 해저 케이블 객체 정보를 생성할 수 있다. 상기 해저 케이블 객체에 대하여 외곽선 자동 벡터라이징을 수행한 결과를 도 2에서 확인할 수 있다.
한편, 표고 정보 추출부(140)는 상기 멀티빔 음향 측량 자료 저장부(112)로부터 획득된 3차원 데이터 정보를 이용하여 평면 좌표를 기준으로 하는 표고 정보를 추출할 수 있다. 3차원 객체 정보 생성부(150)는 상기 2차원 객체 정보 생성부(130)로부터 생성된 2차원의 해저 케이블 객체 정보와 해저 케이블 객체 정보, 그리고 상기 표고 정보 추출부(140)로부터 추출된 표고 정보를 이용하여 3차원 해저 케이블 객체 정보 및 비 해저 케이블 객체 정보로 합성할 수 있다. 이에 대해서는 도 3에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
상기 3차원 객체 정보 생성부(150)에서는 상기 합성된 3차원 해저 케이블 객체 정보와 비 해저 케이블 객체 정보로부터 객체의 표고 변화의 특징이 되는 특정 좌표 정보만을 추출할 수 있다. 예를 들어, 상기 해저 케이블 객체 정보와 비 해저 케이블 객체 정보로부터 밝기 값이 급격하게 변하는 지점의 좌표 정보를 특정 좌표 정보로 추출할 수 있다. 즉, 일정 영역 내에서 이웃하는 좌표의 밝기 값보다 현저하게 크거나 작은 좌표를 의미할 수 있다. 여기서, 현저하게 크거나 작은 정도는 기설정된 임계값에 따라 결정될 수 있다. 또는 상기 특정 좌표 정보는 기설정된 영역 내에서 상기 특정 좌표 정보가 가리키는 영역의 밝기 값이 그에 이웃하는 좌표 정보가 가리키는 영역들의 밝기 값보다 큰 경우의 좌표 정보를 나타낸다. 여기서, 기설정된 영역은 영상 내 전체 영역을 동일한 크기를 갖는 격자 형태로 분할한 경우 분할된 하나의 격자 영역을 의미하거나, 하나의 객체임을 추정할 수 있는 유사한 밝기 값 분포를 갖는 영역을 의미할 수도 있다. 그리고, 상기 밝기 값은 해당 영역 내 픽셀들의 평균 픽셀값을 나타낸다. 상기 특정 좌표 정보는 해저 케이블의 경계선을 나타내는 좌표 정보일 수 있고, 또는 해저 케이블가 교차하는 지점의 좌표 정보를 나타낼 수 있다.
평탄화 좌표 정보 획득부(160)에서는 상기 특정 좌표 정보들로부터 상기 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득할 수 있다. 이에 대해서는 도 4에서 상세히 설명하도록 한다. 그리고, 상기 평탄화 좌표 정보를 이용하여 해저 케이블 객체 정보 또는 해저 케이블 객체 정보에 대해 평탄화 작업을 수행함으로써 보다 명확한 해저 수치 지도를 생성할 수 있다.
평탄화 수행부(170)는 상기 평탄화 좌표 정보 획득부(160)로부터 생성된 해저 케이블 객체 및 해저 케이블 객체의 평탄화 좌표 정보와 상기 멀티빔 음파 측량 데이터 저장부(112)로부터 획득된 3차원 데이터 정보에 기초하여 평탄화 작업을 수행할 수 있다. 이때, 해저 케이블 객체는 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 해저 케이블 객체의 고도 좌표 값을 수정할 수 있다. 이러한 평탄화 작업을 통해 해저 케이블 객체와 지표면과의 표고 차이를 보정함으로써 돌출된 지표면 위로 해저 케이블 객체가 위치하게 되는 경우를 방지할 수 있고, 평탄화된 해저 케이블 객체 정보를 생성함으로써 보다 명확한 3차원 해저 지형공간 정보를 생성할 수 있게 된다.
이렇게 생성된 3차원 해저 지형공간 정보는 3차원 영상 출력부(180)를 통하여 디스플레이될 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용되는 실시예로서, 3차원 객체 정보 생성부에서 2차원 객체 정보와 표고 정보를 이용하여 3차원 객체 정보를 생성하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 것이다.
상기 도 1에서 살펴본 바와 같이, 3차원 객체 정보 생성부(150)에서는 2차원 객체 정보와 표고 정보를 이용하여 3차원 객체 정보를 생성한다. 도 3을 살펴보면, 2차원 객체 정보 생성부(130)로부터 생성된 2차원 객체 정보(151)는 공간 좌표 정보와 객체 속성 정보를 포함할 수 있다. 상기 공간 좌표 정보는 객체의 2차원 공간 좌표 정보를 나타내며, 예를 들어, 영상 내 객체의 위치를 나타내는 X 좌표, Y 좌표를 의미할 수 있다. 그리고, 상기 객체 속성 정보는 객체가 가지는 고유의 속성 정보를 나타내며, 예를 들어, 객체가 해저 케이블인 경우 해저 케이블명, 층수, 주소 등을 의미할 수 있다.
그리고, 표고 정보 추출부(140)로부터 추출된 표고 정보는 수치 표고 모델(152)을 의미할 수 있다. 수치 표고 모델(Digital Elevation Model, DEM)은 지표면에서 관측된 불연속점의 정보를 자료 처리 과정을 거쳐 기하학적으로 재현하고 수치적으로 해석하는 수치 지형 모형 중 표고만을 취급하는 좁은 의미의 모형을 의미하며, 수치 표고 모형, 수치 고도 모형, 또는 수치 고도 데이터 등으로 불릴 수 있다. 상기 수치 표고 모델(152)은 상기 멀티빔 음향 측량 자료 저장부(112)로부터 획득된 3차원 데이터 정보를 이용하여 평면 좌표를 기준으로 하는 표고 정보들을 나타낸다. 여기서, 상기 표고 정보는 수치 고도 데이터를 의미하고, 3차원 데이터 정보는 상기 도 1에서 설명한 바 있다.
따라서, 상기 2차원 객체 정보(151), 즉 영상 객체의 위치를 나타내는 X 좌표, Y 좌표 정보와 상기 표고 정보, 즉 상기 X 좌표, Y 좌표에 대응되는 위치의 수치 고도 데이터를 합성하여 3차원 객체 정보(153)를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 3차원 해저 케이블 객체 정보로부터 객체의 표고 변화의 특징이 되는 특정 좌표 정보만을 선택하고, 상기 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득할 수 있다. 이하, 도 4에서는 평탄화 좌표 정보를 획득하는 구체적인 실시예를 살펴보도록 한다.
도 4는 본 발명이 적용되는 실시예로서, 객체의 표고 변화의 특징이 되는 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 상기 도 4에서, 실선은 동일한 고도를 갖는 점들의 집합을 나타내며, 이들 중 밝기 값의 변화가 가장 큰 위치, 즉 특정 좌표 정보로서 A(x1,y1,z1), B(x2,y2,z2), C(x3,y3,z3) 3개의 위치가 있다고 하자. 이 경우, 상기 3개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 추출할 수 있다.
좌표 A와 좌표 B 사이의 거리를 Dab 라 하고, 좌표 A와 좌표 C 사이의 거리를 Dac 라고 하면, Dab 및 Dac 는 아래 수학식 3에 의해 획득될 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
그리고, 좌표 A를 기준으로 좌표 B의 각도를 Φ1, 좌표 C의 각도를 Φ2 라 하면, Φ1 및 Φ2는 아래 수학식 4에 의해 획득될 수 있다.
Figure pat00007
상기 수학식 3, 4를 이용하여 계산된 상기 Dab, Dac 및 상기 Φ1, Φ2 를 기설정된 거리 임계값 및 기설정된 각도 임계값과 각각 비교하여 두 좌표 사이의 거리가 상기 거리 임계값보다 작고, 두 좌표가 이루는 각도가 상기 각도 임계값보다 큰 경우라면, 해당 좌표를 평탄화 좌표 정보로 설정할 수 있다. 왜냐하면, 두 좌표 사이의 거리가 기설정된 거리 임계값보다 작고, 두 좌표가 이루는 각도가 기설정된 각도 임계값보다 크다는 것은 지형의 변화가 크다는 것을 의미하기 때문이다. 여기서, 상기 기설정된 거리 임계값은 1m~5m가 바람직하고, 상기 기설정된 각도 임계값은 30도~45도가 바람직하다. 이렇게 생성된 평탄화 좌표 정보는 상기 평탄화 수행부(170)에서 평탄화 작업을 수행하기 위해 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명이 적용되는 실시예로서, 평탄화 좌표 정보를 이용하여 3차원 해저 지형공간 정보를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
먼저, 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부(111)로부터 사이드 스캔 소나 영상 정보를 추출할 수 있다(S510). 여기서, 상기 사이드 스캔 소나 영상 정보라 함은, 특정 지역의 영상에 대한 2차원 좌표 정보 및 속성 정보를 의미할 수 있다. 상기 특정 지역의 영상에 대한 2차원 좌표 정보 및 속성 정보로부터 정규시가지화지수(NDBI : Normalized Difference Built-up Index)를 이용하여 비 해저지형 정보를 추출할 수 있다(S540). 그리고, 경계 강화 필터를 이용하여 상기 비 해저지형 정보 중 해저 케이블 객체의 경계에 대해 필터링을 수행한다(S550).
상기 경계 강화 필터링 수행 후, 해저 케이블이 될 수 없는 노이즈를 제거하고, 경계가 명확해진 해저 케이블 객체에 대하여 외곽선 자동 벡터라이징을 수행함으로써 2차원의 해저 케이블 객체 정보를 생성할 수 있다(S560).
한편, 상기 멀티빔 음향 측량 자료 저장부(112)로부터 멀티빔 음파 측량 데이터를 추출할 수 있고(S520), 상기 멀티빔 음파 측량 데이터로부터 평면 좌표를 기준으로 하는 표고 정보를 추출할 수 있다(S530).
상기 2차원의 해저 케이블 객체 정보와 상기 표고 정보를 이용하여 3차원 해저 케이블 객체 정보로 합성할 수 있다(S570). 그리고, 상기 합성된 3차원 해저 케이블 객체 정보로부터 객체의 표고 변화의 특징이 되는 특정 좌표 정보만을 추출할 수 있다(S580). 그리고, 상기 특정 좌표 정보들 간의 거리 및 각도 차이를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득할 수 있다. 상기 특정 좌표 정보의 거리 정보와 각도 정보를 기설정된 거리 임계값 및 기설정된 각도 임계값과 각각 비교할 수 있다(S581). 이때, 두 좌표 사이의 거리가 상기 거리 임계값보다 작고, 두 좌표가 이루는 각도가 상기 각도 임계값보다 큰 경우라면, 해당 좌표를 평탄화 좌표 정보로 설정할 수 있다. 그리고, 상기 해저 케이블 객체의 평탄화 좌표 정보를 이용하여 상기 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정할 수 있다(S582). 이때, 해저 케이블 객체의 경우 상기 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 값을 갖는 좌표 정보를 기준으로 하여 평탄화할 수 있다. 이러한 평탄화 작업을 통해 해저 케이블 객체와 지표면과의 표고 차이를 보정할 수 있고, 평탄화된 해저 케이블 객체 정보를 생성함으로써 보다 명확한 3차원 해저 지형공간 정보를 생성할 수 있게 된다(S590). 이렇게 생성된 3차원 해저 지형공간 정보는 3차원 영상으로 디스플레이될 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 사이드 스캔 소나 영상 정보로부터 획득된 2차원 객체 정보와, 멀티빔 음파 측량 데이터로부터 획득된 표고 정보를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하고, 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정하여 평탄화 작업을 수행함으로써 보다 편리하고 적은 비용으로 3차원 해저 지형공간 정보를 생성할 수 있다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 사이드 스캔 소나 영상 정보 저장부 내의 사이드 스캔 소나 영상 정보로부터 정규시가지화지수를 이용하여 비 해저지형 정보를 획득하고, 상기 비 해저지형 정보 중 2차원 해저 케이블 객체의 경계에 대해 경계 강화 필터를 이용하여 필터링을 수행하되, 비 해저지형 정보 중 해저 케이블를 나타내는 부분에 대해 RGB(Red,Green,Blue) 밴드 강조와 IHS(Intensity,Hue,Saturation) 색채 변환을 이용하여 채도를 강조함으로써 해저 케이블를 나타내는 부분과 상기 2차원 해저 케이블 객체의 경계를 구분하는 경계 강화 필터링부;
    멀티빔 음파 측량 데이터 저장부 내의 멀티빔 음파 측량 데이터로부터 표고 정보를 산출하되, 상기 표고 정보는 상기 2차원 해저 케이블 객체에 대응되는 수치 고도 데이터를 나타내는 표고 정보 산출부;
    상기 필터링된 2차원 해저 케이블 객체의 공간 좌표 정보와 상기 산출된 표고 정보를 이용하여 3차원 해저 케이블 객체 정보를 획득하는 3차원 객체 정보 생성부;
    상기 3차원 해저 케이블 객체 정보로부터 복수개의 특정 좌표 정보를 추출하되, 상기 특정 좌표 정보는 기설정된 영역 내에서 상기 특정 좌표 정보가 가리키는 영역의 밝기 값이 그에 이웃하는 좌표 정보가 가리키는 영역들의 밝기 값보다 큰 경우의 좌표 정보를 나타내고, 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 정보 및 각도 정보를 이용하여 평탄화 좌표 정보를 획득하고, 상기 평탄화 좌표 정보 중 최저 고도 좌표값을 가지는 평탄화 좌표 정보를 기준으로 상기 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 수정하되, 상기 기설정된 영역은 영상 내 전체 영역을 동일한 크기를 갖는 격자 형태로 분할한 경우 분할된 하나의 격자 영역을 나타내고, 상기 밝기 값은 영역 내 픽셀들의 평균 픽셀값을 나타내는 평탄화 수행부; 및
    상기 수정된 3차원 해저 케이블 객체의 표고 정보를 이용하여 생성된 3차원 해저 지형공간 정보를 디스플레이하는 3차원 영상 출력부
    를 포함하되,
    상기 비 해저지형 정보는 정규시가지화지수를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템.
    (여기서, 정규시가지화지수 = {(1.55~1.75μm) - (0.76~0.90μm)} / {(1.55~1.75μm) + (0.76~0.90μm)} )
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화 좌표 정보는, 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 거리 정보가 기설정된 거리 임계값보다 작고 상기 복수개의 특정 좌표 정보들 간의 각도 정보가 기설정된 각도 임계값보다 큰 경우에 획득되는 것을 특징으로 하는 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 거리 임계값은 5m이고, 상기 기설정된 각도 임계값은 45도인 것을 특징으로 하는 3차원 해저 지형공간 정보 생성 시스템.
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