KR100520275B1 - Method for correcting geometry of pushbroom image using solidbody rotation model - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 스캐닝 영상의 기하보정기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행기 또는 인공위성과 같은 촬영기구에서 촬영된 항공사진 또는 위성영상 등의 선형 스캐닝 영상을 영상보조자료로부터 촬영기구의 위치정보(X,Y,Z), 촬영기구의 속도정보(Vx, Vy, Vz), 영상의 중심라인촬영시간, 영상의 라인당 촬영시간, 촬영기구의 자세정보(요, 피치 및 롤) 및 X, Y 방향으로의 촬영각 등을 이용하여 센서모델을 수립하고, 국지궤도 좌표계를 기준으로 지구중심에서 촬영기구를 Y축 방향으로 회전시키고, 지구중심에서 촬영기구를 Z축 상에서 거리를 변화시킨 새로운 촬영기구의 위치에서의 보정된 센서모델인 촬영기구회전모델을 이용하여 영상의 기하 왜곡을 보정하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a geometric correction technology of a linear scanning image, and more particularly, to linearly scan a linear scanning image such as an aerial photograph or a satellite image photographed by a photographing apparatus such as an airplane or a satellite, from the image auxiliary data. , Y, Z), speed information of the shooting device (Vx, Vy, Vz), center line shooting time of the image, shooting time per line of the image, posture information (yaw, pitch and roll) of the shooting device, and X, Y direction The sensor model was established by using the photographing angle, etc., the rotation of the photographing device in the Y-axis direction from the earth center based on the local orbit coordinate system, The present invention relates to a technique for correcting geometric distortion of an image using a photographing device rotation model, which is a corrected sensor model at a position.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 촬영기구회전모델을 이용한 선형 스캐닝 영상의 기하 보정 방법은, 선형 스캐닝 영상의 영상보조자료를 취득하는 제1단계; GPS 측량에 의해 얻어진 두 개 이상의 정확한 지상기준점을 선정하고 하기의 수학식13 및 정규방정식 수학식 17을 이용하여 영상좌표와 지상자표의 관계를 표현하는 촬영기구회전모델의 파라미터인 및 를 결정하는 제2단계;상기 제1단계의 영상보조자료 및 제2단계에 의해 결정된 및 를 촬영기구회전모델인 하기의 수학식10 및 수학식11에 적용하여 영상의 외부표정을 수행하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a geometrical correction method of a linear scanning image using the photographing apparatus rotating model includes: a first step of acquiring image auxiliary data of a linear scanning image; Selecting two or more accurate ground control points obtained by GPS surveying, and using the following equation (13) and equation (17), the parameters of the photographing instrument rotation model expressing the relationship between the image coordinates and the ground coordinates And Determining a second step; Determined by the image auxiliary data of the first step and the second step And And a third step of performing external expression of the image by applying the following equations (10) and (11), which are the photographing mechanism rotation models.
본 발명에 의하면, GPS 측량에 의해서 얻어진 두 개 이상의 정확한 지상기준점을 이용하여 촬영기구회전모델로부터 영상이 지니는 왜곡을 효과적으로 보정할 수 있으며, 이를 이용하여 수치지형도, 영상지도 및 수치표고자료 등의 정밀한 지도를 제작할 수 있다.According to the present invention, two or more accurate ground reference points obtained by GPS surveying can effectively correct distortion of an image from a photographic instrument rotation model, and use it to accurately correct digital topographic maps, image maps, and digital elevation data. Maps can be made.
Description
본 발명은 선형 스캐닝 영상의 기하보정기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행기 또는 인공위성과 같은 촬영기구에서 촬영된 항공사진 또는 위성영상 등의 선형 스캐닝 영상을 영상보조자료로부터 촬영기구의 위치정보(X,Y,Z), 촬영기구의 속도정보(Vx, Vy, Vz), 영상의 중심라인촬영시간, 영상의 라인당 촬영시간, 촬영기구의 자세정보(요, 피치 및 롤) 및 X, Y 방향으로의 촬영각 등을 이용하여 센서모델을 수립하고, 국지궤도 좌표계를 기준으로 지구중심에서 촬영기구를 Y축 방향으로 회전시키고, 지구중심에서 촬영기구를 Z축 상에서 거리를 변화시킨 새로운 촬영기구의 위치에서의 보정된 센서모델인 촬영기구회전모델을 이용하여 영상의 기하 왜곡을 보정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a geometric correction technology of a linear scanning image, and more particularly, to linearly scan a linear scanning image such as an aerial photograph or a satellite image photographed by a photographing apparatus such as an airplane or a satellite, from the image auxiliary data. , Y, Z), speed information of the shooting device (Vx, Vy, Vz), center line shooting time of the image, shooting time per line of the image, posture information (yaw, pitch and roll) of the shooting device, and X, Y direction The sensor model was established by using the photographing angle, etc., the rotation of the photographing device in the Y-axis direction from the earth center based on the local orbit coordinate system, The present invention relates to a technique for correcting geometric distortion of an image using a photographing device rotation model, which is a corrected sensor model at a position.
지난 수십년간 촬영되어온 항공사진과 더불어 지표면을 관측하도록 제작된 위성영상으로는 크게 수동센서를 지닌 위성과 능동센서를 지닌 위성으로 구분할 수 있다. 수동센서를 지닌 가장 일반적인 위성은 지닌 SPOT, IRS, ALOS 및 QUICKBIRD 등이 있으며, 능동센서를 지닌 가장 일반적인 위성은 RADARSAT, JERS, ERS 및 ENVISAT등이 있다. 이러한 위성영상은 지표면의 관측과 관련된 영상지도제작, 수치표고자료 제작 및 수치지도 제작 등의 수많은 응용분야에서 사용되고 있으며, 무엇보다도 이러한 각종 위성 영상으로부터 정확한 위치 정보를 추출하는 것은 거의 대부분의 응용분야에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.In addition to aerial photographs taken over the past several decades, satellite images produced to observe the earth's surface can be divided into satellites with passive sensors and satellites with active sensors. The most common satellites with passive sensors are SPOT, IRS, ALOS and QUICKBIRD. The most common satellites with active sensor are RADARSAT, JERS, ERS and ENVISAT. These satellite images are used in numerous applications such as image mapping, digital elevation data production, and digital mapping, which are related to the observation of the surface of the earth. It is a very important issue.
기존의 선형 스캐닝 영상의 기하를 보정하는 방법은 일반적으로 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 첫 번째로, 항공사진측량에서 널리 이용되고 있는 공선조건식을 이용하여 확장하는 방법이다. 이 방법은 선형 스캐닝 영상에 의해서 촬영된 영상을 라인별로 다른 위치와 자세를 지니는 한 장의 사진으로 가정하고, 라인별로의 위치와 자세가 라인에 따라 변하는 다항식으로 접근하는 것이다. 두 번째 방법은 촬영기구의 위치, 속도 및 자세 정보가 없을 때 유용하게 사용되는 방법으로 카메라가 등속 직선운동을 한다고 가정하여 투시변환을 이용한 방법이다. 이러한 방법은 DLT(Direct Linear Transform)이라고 불리기도 하며, 항공사진에 더욱 잘 적용된다. 마지막 세 번째 방법은 위성에 적용되는 방법으로 위성이 케플러 궤도를 이루어 잘 정의된 타원체를 따라 움직인다는 가정하여 궤도요소를 이용하는 방법으로 궤도 파라미터 방법으로 불린다. There are three general methods to calibrate the geometry of a conventional linear scanning image. First, it is extended by the collinear condition equation which is widely used in aerial survey. This method assumes an image taken by a linear scanning image as a single picture having different positions and postures for each line, and approaches the polynomial where the positions and postures for each line change along the lines. The second method is a method that is useful when there is no position, speed, and posture information of a photographing apparatus. This method, also called DLT (Direct Linear Transform), is better applied to aerial photography. The third method, which is applied to satellites, is called the orbital parameter method, which uses the orbital element assuming that the satellites move in a Kepler orbit and follow a well-defined ellipsoid.
이러한 방법들은 서로 장점과 단점을 지니고 있으며, 이용하려는 목적에 따라 방법을 달리하여 사용된다. 위성 헤더 정보를 이용할 수 없다면, DLT방법이 사용될 것이며, 대규모 데이터를 제작하는 작업을 수행할 경우에는 GPS측량에 의한 지상기준점이 많이 필요하지만, 지표면의 특성과 위성헤더의 정보에 크게 의존하지 않고, 위치정보를 추출할 수 있는 확장된 번들조정법을 이용하게 된다. 하지만, 단 몇 개의 GPS측량으로부터 얻어진 정확한 지상기준점만을 이용하여 정확한 위치정보를 추출하는 것이 필요하며, 이러한 상황에 대한 문제점을 해결하기 위해서 영상보조자료에서 제공하는 정보를 최대한 이용하여 영상의 기하 왜곡을 보정할 필요성이 있다.These methods have advantages and disadvantages, and are used in different ways depending on the intended purpose. If the satellite header information is not available, the DLT method will be used, and when performing large-scale data production, many ground control points are required by GPS surveying, but do not rely heavily on the characteristics of the ground surface and satellite header information. An extended bundle adjustment method that can extract location information is used. However, it is necessary to extract accurate location information using only the exact ground reference points obtained from only a few GPS surveys.In order to solve this problem, the geometric distortion of the image is minimized by using the information provided in the image assistance data. There is a need for correction.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 영상좌표와 지상좌표의 관계를 나타내는 센서모델로서 촬영기구회전모델을 수립하고, 촬영기구회전모델의 파라미터인 및 를 두 개 이상의 지상기준점을 이용하여 결정한 후에 상기 촬영기구회전모델을 이용하여 외부표정을 수행함으로서 정확한 지상좌표를 부여하고, 이로 인해 영상의 기하 왜곡을 보정하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.The present invention is to solve the above problems, to establish a photographing mechanism rotation model as a sensor model showing the relationship between image coordinates and ground coordinates, which is a parameter of the imaging mechanism rotation model And It is an object of the present invention to determine the geometric coordinates of an image by correcting the geometric distortion of the image by determining the using two or more ground reference points and then performing external expression using the photographing mechanism rotation model.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 촬영기구회전모델을 이용한 선형 스캐닝 영상의 기하 보정 방법은, Geometric correction method of the linear scanning image using the photographing mechanism rotation model of the present invention for achieving the above object,
선형 스캐닝 영상의 영상보조자료를 취득하는 제1단계;A first step of acquiring image auxiliary data of the linear scanning image;
GPS 측량에 의한 정확한 두 개 이상의 지상기준점을 선정하고 하기의 수학식13 및 정규방정식 수학식17을 이용하여 영상좌표와 지상좌표의 관계를 표현하는 촬영기구회전모델의 파라미터인 및 를 결정하는 제2단계; Selecting two or more accurate ground control points by GPS surveying and using the following equations (13) and (17), And Determining a second step;
상기 제1단계의 영상보조자료 및 제2단계에 의해 결정된 및 를 촬영기구회전모델인 하기의 수학식10 및 수학식11에 적용하여 영상의 외부표정을 수행하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다. 여기서, 외부표정이라 함은 영상의 영상좌표(i,j)에 지상좌표(,,)를 부여하는 것을 말한다.Determined by the image auxiliary data of the first step and the second step And And a third step of performing external expression of the image by applying the following equations (10) and (11), which are the photographing mechanism rotation models. Here, the external coordinate means the ground coordinate (i) in the image coordinate (i, j) of the image. , , To say).
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명에 따른 개략적인 절차 흐름도로, 이를 참조하면 본 발명은 영상의 보조자료를 취득하고(S10), GPS측량에 의해 정확한 지상기준점을 선정하고(S20) 이를 이용해 파라미터를 결정한 후에(S30), 영상좌표를 추출하여(S40) 상기 보조자료와 파라미터 그리고 영상좌표를 촬영기구회전모델에 적용하여(S50) 영상좌표에 지상좌표를 부여하는 외부표정을 수행(S60)하는 절차로 이루어진다. 1 is a schematic process flow diagram according to the present invention. Referring to the present invention, the present invention acquires auxiliary data of an image (S10), selects an accurate ground reference point by GPS surveying (S20), and then determines parameters using it (S20). S30), by extracting the image coordinates (S40) by applying the auxiliary data and the parameters and the image coordinates to the photographing instrument rotation model (S50) is performed a procedure of performing an external coordinate to give the ground coordinates to the image coordinates (S60).
도2는 촬영기구가 ECI 좌표계(Earth-Centered Inertia Coordinate System)에서 볼 때 잘 정의된 회전 타원체를 따라 움직인다고 가정 하에 촬영기구와 지구, 그리고 촬영 위치의 관계를 표현한 것으로, 그 관계는 하기의 수학식1과 같다. 참고로, 상기 촬영기구는 일반적으로 위성을 지칭하나 위성과 유사한 운동을 하는 항공기도 이에 포함된다.FIG. 2 represents the relationship between the photographing apparatus, the earth, and the photographing position under the assumption that the photographing apparatus moves along a well-defined ellipsoid when viewed in an ECI coordinate system (Earth-Centered Inertia Coordinate System). Same as 1. For reference, the photographing apparatus generally refers to a satellite, but includes an aircraft that has a similar motion to the satellite.
수학식 1Equation 1
여기서, 는 촬영기구의 위치, 는 지구 위에서의 촬영위치이며, 는 촬영기구에서의 촬영방향(LOS: Line-Of-Sight)를 표현하고, 는 매개변수를 나타낸다.here, Location of the shooting mechanism, Is the shooting position on the earth, Expresses the shooting direction (LOS: Line-Of-Sight) in the photographing apparatus, Represents a parameter.
하지만, 우리가 일반적으로 알고 있는 의 값과 의 값은 지심좌표계(Earth-Centered Earth-Fixed Coordinate System)로 표현되고, 는 촬영기구자세 좌표계(Attitude Coordinate System)로 표현된다. 우리는 수학식 1의 각 변수를 동일한 좌표계로 표현하기위해서는 촬영기구자세 좌표계를 국지궤도 좌표계(Local Orbital Coordinate System)로 변환하는 좌표변환행렬()과 지심 좌표계를 국지궤도 좌표계로 변환하는 좌표변환행렬()이 정의되어야 한다. 그 정의는 하기의 수학식2 및 수학식3과 같다.But what we usually know And the value of The value of is expressed in Earth-Centered Earth-Fixed Coordinate System, Is represented by the Attitude Coordinate System. In order to represent each variable of Equation 1 in the same coordinate system, we use a coordinate transformation matrix that converts the photographing instrument attitude coordinate system into a local orbital coordinate system. ) And coordinate transformation matrix for converting the geocentric coordinate system to the local orbit coordinate system ( ) Must be defined. The definitions are as shown in Equations 2 and 3 below.
수학식 2Equation 2
수학식 3Equation 3
여기서, 는 롤각이고, 는 피치각이며, 는 요각이다. 또한, 는 촬영기구의 위치벡터를 나타내며, 는 촬영기구의 속도벡터를 표현한다.here, Is the roll angle, Is the pitch angle, Is the plinth. Also, Represents the position vector of the shooting device, Represents the velocity vector of the photographing apparatus.
먼저, 수학식 2와 수학식 3에 의해서 표현된 변환행렬을 이용하여 수학식 1을 국지궤도 좌표계 상에서 다시 표현하면, 수학식4와 같다.First, Equation 1 is re-expressed on the local orbit coordinate system using the transformation matrix represented by Equations 2 and 3, as shown in Equation 4.
수학식 4Equation 4
여기서, , …는 행렬의 요소이고, …는행렬의 요소이며, ,, 및 ,,는 각각 와의 요소이다.here, , … Is Is an element of a matrix … Is Is an element of a matrix , , And , , Are each Wow It is an element of.
수학식4를 통해 하기의 수학식5 및 수학식6과 같이 영상좌표(i, j)와 지상좌표( ,,)의 대응관계를 표시하는 센서모델이 성립된다. 여기서 영상좌표의 'i'는 가로방향의 라인수이고 'j'는 세로방향의 컬럼수 이다.Through the equation 4, the image coordinates (i, j) and the ground coordinate ( , , The sensor model indicating the correspondence relationship is established. Where 'i' in the image coordinates is the number of lines in the horizontal direction and 'j' is the number of columns in the vertical direction.
수학식 5Equation 5
수학식 6Equation 6
수학식 7Equation 7
상기의 수학식5 및 수학식6의 센서모델을 통하여 결정되는 영상좌표와 지상좌표의 관계는 원하는 정도의 정확도에 비하여 한참 떨어진다. 이는 영상의 보조자료로 위성의 위치, 자세, 속도 등의 부정확(즉, 오차)에서 오는 것으로 상기 센서모델로는 영상지도 제작, 수치표고자료로서 요구되는 오차범위를 만족하기 어렵다. 따라서 영상좌표와 지상좌표에 대한 관계의 정확도를 향상시키기 위해 촬영기구의 궤도를 수정해서 새로운 센서모델을 성립시킬 필요가 있다. The relationship between the image coordinate and the ground coordinate determined through the sensor models of Equations 5 and 6 is far lower than the desired accuracy. This is an auxiliary data of the image, which comes from inaccuracy (ie, error) such as the position, attitude, and speed of the satellite. The sensor model does not satisfy the error range required for image mapping and numerical elevation data. Therefore, in order to improve the accuracy of the relationship between the image coordinates and the ground coordinates, it is necessary to modify the trajectory of the imaging device to establish a new sensor model.
이를 위해 우리는 촬영기구회전모델을 성립시켰다. 여기서 촬영기구회전모델이란 촬영기구를 Solidbody로 간주하여 보조자료에 의한 초기 촬영기구의 위치를 지구중심을 회전중심으로 하여 위성의 진행방향의 수직으로 만큼 회전시키고, 지구중심에서부터 촬영기구까지의 거리를 의 비율로 변화시킨 수정된 궤도(위치)에서의 센서모델을 말한다.To this end, we established a rotating model of the photographing apparatus. Here, the rotation model of the photographing apparatus regards the photographing apparatus as a solidbody, and the position of the initial photographing apparatus based on the auxiliary data is set in the direction of the satellite in the direction of the satellite. Rotate it by as much as The sensor model at the modified trajectory (position) changed by the ratio of.
도3은 촬영기구회전모델을 설명하기 위한 개념도이다. 이를 참조하면,3 is a conceptual diagram illustrating a photographing mechanism rotation model. Referring to this,
초기 궤도 벡터()의 크기를 만큼 증가시키고, 벡터 와 벡터 가 이루는 평면상에서 만큼 회전시켰을 때, 즉, 국지궤도 좌표계 상에서 지구 중심을 회전중심으로 하여 촬영기구의 진행방향의 수직(Y축)으로 회전시키고, 지구중심에서부터 촬영기구까지의 거리를 변화(Z축)시켰을 때, 새로운 위치벡터는 아래의 수학식8과 같이 정의될 수 있다.Initial trajectory vector ( ) Size Increase by, vector Vector with On the plane When rotated as much as possible, that is, when the center of the earth is rotated on the local orbit coordinate system in the vertical direction (Y axis) in the direction of travel of the photographing apparatus, and the distance from the earth center to the photographing apparatus is changed (Z axis), The new position vector may be defined as in Equation 8 below.
수학식 8Equation 8
여기서 으로, 시간 t에 대한 함수이면서 동시에 라인수 i에 대한 함수이다. 이는 영상의 라인당 촬영시간은 일정하므로, 시간 t와 라인수 i는 비례하기 때문이다. 그리고 는 3차원 공간상에서 한 선에 대한 회전문제로서 하기의 수학식9와 같이 표현될 수 있다.here Is a function of time t and a number of lines i. This is because the shooting time per line of the image is constant, so the time t and the number of lines i are proportional. And May be expressed as Equation 9 below as a rotation problem about a line in a three-dimensional space.
수학식 9Equation 9
여기서, 로 시간 t의 함수이고, ,,는 벡터의 방향 코사인 성분이다.here, Is a function of time t, , , Is Directional cosine component of the vector.
와 를 고려하고 수학식5 및 수학식6을 이용하면 촬영기구회전모델에 대한 식은 하기의 수학식10 및 수학식11과 같이 표현된다. Wow In consideration of Equation 5 and Equation 6, the equation for the photographing apparatus rotation model is expressed as Equation 10 and Equation 11 below.
수학식 10Equation 10
수학식 11Equation 11
여기서, ,…은 아래의 수학식12의 변환행렬의 요소이다.here, , … Is the transformation matrix of Equation 12 below It is an element of.
수학식 12Equation 12
상기의 수학식10 및 수학식11은 새롭게 수정된 촬영기구의 위치에서의 영상좌표와 촬영된 지역의 지상좌표의 대응관계를 나타내는 센서모델로서 촬영기구회전모델이다. Equation 10 and Equation 11 are sensor model indicating a correspondence relationship between the image coordinate at the position of the newly-modified photographing apparatus and the ground coordinate of the photographed region.
상기 촬영기구회전모델에 의해 영상의 영상좌표(i, j)에 정확한 지상좌표(,,)를 부여하는 외부표정을 수행하기 위해서는 파라미터 및가 결정되어야 한다.The ground coordinates accurate to the image coordinates (i, j) of the image by the photographing apparatus rotation model ( , , In order to perform external expression And Should be determined.
파라미터 및는 GPS측량에 의해 정확한 지상기준점을 선정하고, 선정된 지상기준점을 이용하여 하기의 수학식13 내지 수학식17을 이용하여 결정된다. 이때 지상기준점은 한 개를 선정할 수도 있으나 그럴 경우 정확도가 영상지도 제작이나 수치표고자료로 요구되는 수준에 미치지 못하므로 두 개 이상 선정하는 것이 바람직하다. 또한 파라미터 및는 시간 t에 대한 1차 다항식 까지 계산하여 값을 결정하는 것이 오차 범위가 적게 나타났다. 이는 시간 t에 대하 4차, 5차 이상의 다항식 까지 계산하는 경우 과 보정에 의해 오차가 커지는 위험 때문이다.parameter And The exact ground reference point is selected by GPS surveying, and is determined using the following equations (13) to (17) using the selected ground reference point. At this time, one ground reference point may be selected, but in this case, it is preferable to select two or more because the accuracy does not reach the level required for image mapping or digital elevation data. Also parameters And The range of error was found to be determined by calculating up to the first order polynomial for time t. This is due to the risk that the error increases due to overcorrection when calculating up to 4th and 5th order polynomials for time t.
촬영기구회전모델 파라미터인 및를 구하기 위한 식은 하기의 수학식13과 같다.Shooting mechanism rotation model parameter And The equation for obtaining is as shown in Equation 13 below.
수학식 13 Equation 13
여기서 는 잔차이며, , 및 는 아래의 수학식 14 내지 수학식16으로 정의된다.here Is the residual, , And Is defined by Equations 14 to 16 below.
수학식 14Equation 14
수학식 15 Equation 15
수학식 16Equation 16
여기서 n은 지상기준점의 개수이며, m은 ,에 사용된 차수로서 n≥m+1이다.Where n is the number of ground control points and m is , The order used for n > m + 1.
우리는 아래의 정규방정식인 수학식17로부터 값을 구하고, 를 만족할 때까지 수학식13을 반복하여 및값을 결정하게 된다.From the following equation (17) Get the value, Equation 13 is repeated until And The value will be determined.
수학식 17Equation 17
상기의 수학식13 내지 수학식17에 의한 파라미터 및의 결정은 수치사진측량학에서 일반적으로 사용하고 있는 것으로 테일러 급수에 의한 전개방식 및 뉴튼-랍슨 방법(Newton-Rapson Method)이다. 지상기준점을 선정하면 이에 대응하는 영상에서의 영상좌표(i,j)가 결정되고, 상기 지상기준점에서 GPS측량을 하면 그 점의 지상좌표( ,,)가 결정된다. 이 좌표 값 들을 수학식10 및 수학식11에 대입하면 및 는 및에 대한 함수가 되는데, 이 함수는 비선형 방정식이므로 이를 선형 방정식화 하기 위해 테일러 급수 전개를 하게 된다. 그 결과가 수학식13이다.그런데, 수학식13으로부터 곧바로 및를 구할 수 없으므로 뉴튼-랍슨 방법에 의해 및를 결정하게 된다. 즉, 및를 임의로 결정(보통 0 으로 한다.)하여 수학식13에 대입하면 새로운 값의 및가 구해지고, 이 값을 다시 수학식13에 대입하면 다시 새로운 값의 및가 구해진다. 이와 같이 수학식13을 반복하여 및를 결정하는데, 수학식17의 가 기준값보다 작을때까지( 가 0에 근접할수록 보다 정확해진다) 반복하게 된다. Parameters according to Equations 13 to 17 described above And The decision of is commonly used in numerical photogrammetry, such as the Taylor series expansion and the Newton-Rapson method. When the ground reference point is selected, the image coordinates (i, j) in the image corresponding to the ground reference point are determined. When GPS surveying is performed at the ground reference point, the ground coordinates of the point ( , , ) Is determined. Substituting these coordinate values into equation (10) and equation (11) And Is And It is a function of, which is a nonlinear equation, so we have a Taylor series expansion to linearize it. The result is Equation 13. However, immediately from Equation 13 And Can't be obtained by the Newton-Lobson method And Will be determined. In other words, And Is arbitrarily determined (usually set to 0) and substituted into Eq. And Is obtained. Substituting this value into Equation 13 again yields the new value. And Is obtained. Equation 13 is repeated as above And To determine the equation, Until is less than the reference value ( Becomes closer to 0).
위와 같이 GPS측량으로부터 구해진 정확한 지상기준점을 이용하여 상기 수학식13 내지 수학식17로부터 촬영기구회전모델의 파라미터인 및값이 결정되면, 기취득한 영상보조자료와 상기 및 값을 촬영기구회전모델인 상기 수학식10 및 수학식11에 대입함으로서 영상의 각각의 영상점 (i, j)에 지상점 (,, )을 부여할 수 있게 된다.하지만, 상기 수학식10 및 수학식11은 3차원 위치를 2차원 영상에 매칭시키는 것이기 때문에 3차원 지상점 (,, )가 주어진다면, 이 3차원 지상점에 대응하는 2차원 영상의 영상점 (i,j)는 계산이 가능하지만, 2차원 영상점이 주어진 경우에는 바로 3차원 지상점 (,, )을 계산할 수는 없고 동일 지역을 포함하는 영상이 하나 더 필요하다. 즉, 동일 지역을 다른 위치에서 촬영한 영상이 하나 더 존재하는 경우, 동일한 지상점 (,, )에 대하여 두 영상내에서 각각의 영상점을 지니게 되어 각각의 영상이 수학식10과 수학식11을 지니게 되므로, 총 네 개의 방정식을 얻게 되므로 영상의 영상좌표 (i,j)에 지상좌표 (,, )를 부여할 수 있다. 이러한 과정을 상세히 기술해보면, GPS에 의하여 추출한 지상기준점을 첫 번째 영상에 대입하여 촬영기구회전모델의 파라미터인 와의 값을 결정하고, 두 번째 영상에 대하여도 동일하게 적용한 후, 첫 번째 영상과 두 번째 영상에서 동일한 위치의 점을 추출하여 각각의 영상점을 수학식10과 수학식11에 대입하면, 우리는 총 네 개의 방정식을 얻게 되고, 세 개의 미지수인 지상점 (,, )를 상기 방정식으로부터 계산할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 영상의 모든 좌표 (i,j)에 지상좌표 (,, )를 부여할 수 있으며, 더욱이 지상에 대한 높이를 나타내는 수치표고자료를 제작할 수 있다.Using the exact ground reference point obtained from the GPS survey as described above is a parameter of the imaging device rotation model from Equations 13 to 17 And Once the value is determined, the acquired video aid and the And By substituting the values into the above equations (10) and (11), which are photographing mechanism rotation models, the ground point ( , , However, since Equations 10 and 11 match three-dimensional positions with two-dimensional images, three-dimensional ground points ( , , ), The image point (i, j) of the two-dimensional image corresponding to the three-dimensional ground point can be calculated, but if the two-dimensional image point is given, the three-dimensional ground point ( , , ) Cannot be calculated, but we need one more image that contains the same region. In other words, if there is another video taken from another location in the same area, the same ground point ( , , Since each image has two image points within two images, and each image has Equations 10 and 11, a total of four equations are obtained. , , ) Can be given. To describe this process in detail, the ground reference point extracted by GPS is substituted into the first image, which is a parameter of the photographing device rotation model. Wow After determining the value of, apply the same to the second image, and extract the points of the same position in the first image and the second image and assign each image point into equation (10) and equation (11), We get a total of four equations, three unknown ground points ( , , ) Can be calculated from the above equation. Through this process, all ground coordinates (i, j) of the ground coordinates ( , , ), And moreover, it is possible to produce numerical elevation data indicating the height of the ground.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 특정한 내용을 상세히 기술하였는바, 본 발명은 촬영기구회전모델을 이용한 선형스캐닝 영상의 기하보정방법을 설명한 하나의 실시 예에 불과한 것으로써, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다고 할 것이다.What has been described above has been described in detail the specific content of the present invention, the present invention is only one embodiment for explaining the geometric correction method of the linear scanning image using a photographing mechanism rotation model, the present invention is in the above embodiment Without departing from the gist of the invention as claimed in the following claims, those skilled in the art to which the invention belongs to the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made Will be said.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 단 몇 개의 GPS측량으로부터 얻어진 정확한 지상기준점과 영상헤더에서 제공하는 정보를 이용하여 촬영기구회전모델에 적용함으로서 선형 스캐닝 영상의 기하로부터 정확한 위치정보를 추출하는 효과가 있다. 또한, 기존의 일반적인 방법에 비해 적은 지상기준점을 사용하게 되므로, 선형 스캐닝 영상의 영상지도 제작 및 수치표고 자료 제작 등의 작업 공정을 단순화하여 작업시간을 단축시키는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, by applying the information provided from the accurate ground reference point and the image header obtained from only a few GPS surveys to the imaging device rotation model to extract the exact position information from the geometry of the linear scanning image It works. In addition, the use of less ground reference point than the conventional method, it is effective to shorten the work time by simplifying the work process, such as the image map production and digital elevation data production of the linear scanning image.
도 1 은 본 발명에 따른 개략적인 절차 흐름도.1 is a schematic process flow diagram in accordance with the present invention.
도 2 는 ECI 좌표계에서 촬영기구와 지구, 그리고 촬영 위치의 관계를 표현한 것.2 is a representation of the relationship between the photographing mechanism, the earth, and the photographing position in the ECI coordinate system.
도 3 은 촬영기구회전모델을 설명하기 위한 개념도.3 is a conceptual diagram for explaining a photographing mechanism rotation model.
Claims (2)
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