KR100782152B1 - 3차원 수치지도를 제작하기 위하여 항공사진 ｄｂ로부터건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법 - Google Patents

Abstract

3차원 수치지도를 제작하기 위하여 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법이 개시된다. 상기 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법은 3차원 데이터 산출 프로그램이 탑재된 컴퓨터에서, 항공사진의 촬영점, 기준점, 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 포함하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서, 상기 항공사진 DB로부터 항공사진의 촬영점, 기준점, 특정 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 각각 추출하는 단계; 상기 추출된 좌표들을 이용하여 상기 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 각각 산출하는 단계; 및 상기 특정 건물의 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들과 상기 산출된 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 건물데이터 DB에 저장하는 단계를 포함한다.

항공사진, 건물, 3차원, 수치지도, 지리정보시스템

Description

3차원 수치지도를 제작하기 위하여 항공사진 ＤＢ로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법{Method For Obtaining 3-Dimensional Building Data From Aerial Photograph DB}

본 발명은 지리정보 시스템의 3차원 수치지도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 수치지도를 제작하기 위하여 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법에 관한 것이다.

최근 사회 각 부문에서 지리정보시스템에 대한 관심과 이용이 급속도로 늘고 있다. 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)이란 공간에 관련된 문제를 해결하기 위하여 지리자료를 이용하고 관리하는 컴퓨터 기반의 시스템을 의미한다. 1960년대 초반 GIS가 처음 개발되었을 때만 하더라도 GIS는 단지 지도 자료를 처리하기 위한 컴퓨터 기반의 프로그램에 지나지 않았다. 그러나 오늘날 GIS는 그 자체로 중요한 학문 연구 분야의 하나로 자리 잡고 있을 뿐만 아니라, 최신 정보기술(IT; Information Technology)과 결합하면서 사회 각 부문에 활발히 적용되고 있다.

GIS의 기본적인 특성은 공간적인, 즉 지리적 공간(geographic space) 상에서 객체들의 위치와 관련된 속성정보를 다룰 수 있다는 것이다. 지도는 공간적으로 분포하는 객체들의 위치 및 속성을 나타내는 가장 효율적인 방법이다. 따라서 GIS 구축에 있어서 가장 기초적인 자료는 수치지도(digital map)이다. 수치지도는 고전적인 종이지도와 달리, 측량지도, 항공사진, 위성영상 등에 의하여 얻어진 각종 지형 자료들을 해석하고 수치 편집하여 색인화한 것이다.

수치지도의 구축 과정은 구체적으로 다음과 같이 여러 복잡한 과정을 거치게 된다. 먼저 종이지도가 디지타이징(digitizing)이나 스캐닝(scanning)을 거쳐 수지지도의 형태가 된 후, 각종 입력 오차를 수정하기 위한 절차를 거친다. 그리고 좌표 변환을 통한 사용자의 목적에 맞도록 실제 좌표계로 변환을 거친 다음, 공간 객체 간의 상호 위치성과 연관성을 파악하기 위한 위상 구조를 정립하게 된다. 이어서 위상 구조의 정립을 거친 수치지도에 각각의 도형자료와 관련된 속성자료를 입력시킨다.

그런데 종래의 수치지도는 대부분 2차원적인 지리정보를 표현하는데 그치고 있어서 사실감이 떨어지는 문제가 있다. 이에 3차원 지리정보를 표현한 3차원 수치지도의 제작에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 3차원 수치지도를 제작하기 위해서는 우선 3차원 데이터를 획득하는 과정이 선행되어야 하며, 이와 관련하여 다양한 방법들이 제시되고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 항공사진을 이용하여 건물의 3차원 데이터를 간편하게 획득할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 데이터 산출 프로그램이 탑재된 컴퓨터에서, 항공사진의 촬영점, 기준점, 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 포함하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서, 상기 항공사진 DB로부터 항공사진의 촬영점, 기준점, 특정 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 각각 추출하는 단계; 상기 추출된 좌표들을 이용하여 상기 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 각각 산출하는 단계; 및 상기 특정 건물의 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들과 상기 산출된 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 건물데이터 DB에 저장하는 단계를 포함하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서, 상기 촬영점의 좌표를 (x, y, z), 상기 기준점의 좌표를 (x, y, 0), 상기 제1 하단점의 좌표를 (x+a, y+a', 0), 상기 제2 하단점의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', 0), 상기 제1 상단점의 좌표를 (x+a, y+a', h), 상기 제2 상단점의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', h), 상기 제1 투영점의 좌표를 (x+a+b, y+a'+b', 0), 상기 제2 투영점의 좌표를 (x+a+b+c, y+a'+b'+c', 0)이라 할 때, 상기 산출 단계는 다음 식

에 의하여 "h" 값을 산출하고, 다음 식

에 의하여 "l" 값을 산출하고, 다음 식

에 의하여 "l'" 값을 산출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 항공사진 상의 모든 건물에 대하여 그 3차원 데이터를 간편하게 획득할 수 있으며, 이렇게 획득된 건물 3차원 데이터를 3차원 수치지도의 제작에 효과적으로 이용할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고 자 한다.

실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법을 수행하는 시스템의 구성 예시도이다.

도 1을 참조하면, 항공사진으로부터 건물에 대한 3차원 데이터를 획득하는데 사용되는 시스템(10)은 항공사진 DB(11), 건물데이터 DB(12), UI부(13), 추출부(14), 연산부(15), 제어부(16)로 구성된다. 본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법은 3차원 데이터 산출 프로그램이 탑재된 컴퓨터에서 실행되는 것으로 이해하는 것이 바람직하다.

항공사진 DB(11)는 다수의 항공사진 및 각 항공사진의 촬영점과 기준점에 대한 좌표값이 저장된다. 촬영점은 해당 항공사진을 촬영한 지점을 일컬으며, 기준점은 촬영점의 높이를 제거한 지점, 즉 촬영점으로부터 수직 하방의 지표지점을 가리킨다. 또한, 항공사진 DB(11)에는 각 항공사진에 포함된 건물의 제1 하단점, 제1 투영점, 제2 투영점의 좌표값들이 저장된다. 상기 건물의 제1 하단점, 제1 투영점, 제2 투영점의 좌표값들은 통상적인 도화작업에 의하여 획득될 수 있다. 즉, 항공사진의 기준점을 측량하여 좌표값을 획득한 후, 이를 바탕으로 도화기를 이용하여 항 공사진상에 위치한 특정건물의 제1 하단점, 제1 투영점, 제2 투영점의 좌표값들을 확인한다.

건물데이터 DB(12)는 개개의 항공사진에 포함된 건물들의 3차원 데이터가 저장된다. 각 건물의 3차원 데이터는 제1, 제2 하단점, 제1, 제2 상단점, 제1, 제2 투영점 등의 좌표값이 있으며, 이들 중에서 제1 하단점과 제1, 제2 투영점에 대한 좌표값은 항공사진에 이미 포함되어 있으나, 제2 하단점과 제1, 제2 상단점에 대한 좌표값은 본 발명의 산출 과정을 거쳐 획득된다. 이들에 대해서도 후술한다.

UI부(13)는 사용자 인터페이스(user interface)를 담당하는 입력장치, 표시장치 등을 총칭한다. 입력장치는 키보드, 마우스 등으로서, 사용자의 입력을 받아들여 해당하는 입력신호를 생성한다. 표시장치는 모니터 등으로서, 시스템의 처리과정을 시각적으로 출력한다.

추출부(14)는 제어부(16)의 제어 하에 항공사진 DB(11)에 접근하고, 필요한 항공사진으로부터 필요한 좌표값들을 추출한다. 추출된 좌표값들은 연산부(15)로 보내진다.

연산부(15)는 제어부(16)의 제어 하에 추출부(14)에서 추출한 좌표값을 이용하여 건물의 3차원 데이터를 산출하고, 산출된 데이터를 건물데이터 DB(12)에 저장한다.

제어부(16)는 UI부(13)의 동작을 제어하고, 항공사진 DB(11)와 건물데이터 DB(12)에 대한 데이터 입출력을 제어한다. 또한, 제어부(16)는 추출부(14)와 연산부(15)의 동작을 제어한다.

이어서, 항공사진을 이용한 건물 3차원 데이터 획득 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도이다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 특정 건물(20)에 대하여 항공사진 촬영이 이루어진다고 가정하자. 실제로 건물(20)은 3차원적으로 존재하지만, 그 영상(21)은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 2차원적으로 항공사진에 표현된다.

도 2에서 촬영점 P의 좌표를 (x, 0, z), 기준점 S의 좌표를 (x, 0, 0)이라 한다. 또한, 건물(20) 중에서 제1 하단점 A의 좌표를 (x+a, 0, 0), 제2 하단점 B의 좌표를 (x+a+l, 0, 0), 제1 상단점 C의 좌표를 (x+a, 0, h), 제2 상단점 D의 좌표를 (x+a+l, 0, h), 제1 투영점 E의 좌표를 (x+a+b, 0, 0), 제2 투영점 F의 좌표를 (x+a+b+c, 0, 0)이라 한다.

이때, 촬영점 P의 좌표는 항공사진의 촬영시 미리 정해지는 값이고, 기준점 S의 좌표는 촬영점 P의 좌표로부터 알 수 있다. 또한, 제1 하단점 A, 제1 투영점 E, 제2 투영점 F의 좌표는 각각 항공사진에 나타난 건물 영상(21)으로부터 알 수 있다. 따라서 본 발명은 이미 알고 있는 상기 좌표값들로부터 나머지 좌표값들인 제2 하단점 B, 제1 상단점 C, 제2 상단점 D의 좌표값들을 구하는 것이다. 즉, 본 발명은 건물(20)의 길이(l)와 높이(h)를 산출하는 것이다. 도면 및 산출식을 간명하게 표현하고 이해를 돕기 위해 본 명세서에서는 상기 각 지점들이 x축 위(즉, y값이 0)에 있다고 가정한다.

도 1과 도 2를 참조하여 건물 3차원 데이터 획득 방법에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저 제어부(16)는 UI부(13)의 입력장치로부터 사용자 입력을 받아 추출부(14)를 구동한다. 추출부(14)는 제어부(16)의 제어 하에 항공사진 DB(11)에 접근하여 필요한 데이터를 불러와서 연산부(15)로 보낸다. 이때 추출되는 데이터는 항공사진의 촬영점 P(x, 0, z), 기준점 S(x, 0, 0), 건물(20)의 제1 하단점 A(x+a, 0, 0), 제1 투영점 E(x+a+b, 0, 0), 제2 투영점 F(x+a+b+c, 0, 0)이다.

이어서, 연산부(15)는 제어부(16)의 제어 하에 추출부(14)로부터 받은 데이터를 이용하여 건물의 3차원 데이터를 산출하고, 산출된 데이터를 포함하여 3차원 건물 데이터를 건물데이터 DB(12)에 저장한다. 연산부(15)에서 산출되는 데이터는 건물(20)의 제2 하단점 B(x+a+l, 0, 0), 제1 상단점 C(x+a, 0, h), 제2 상단점 D(x+a+l, 0, h)이다. 이하, 연산부(15)의 산출 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 연산부(15)는 다음 수학식 1을 이용하여 미지수인 "h" 값을 계산한다.

수학식 1은 도 2의 (a)에서 삼각형 PSE와 삼각형 CAE 사이의 관계를 이용하여 도출한 식이다. 이어서, 연산부(15)는 다음 수학식 2를 이용하여 나머지 미지수인 "l" 값을 계산한다.

수학식 2는 도 2의 (a)에서 삼각형 PSF와 삼각형 PTD 사이의 관계를 이용하여 도출한 식이다. 이상과 같이, "h" 값과 "l" 값을 구함으로써 제2 하단점 B(x+a+l, 0, 0), 제1 상단점 C(x+a, 0, h), 제2 상단점 D(x+a+l, 0, h)의 값을 구할 수 있다. 결론적으로, 항공사진의 건물 영상(21)의 2차원 데이터로부터 건물(20)의 3차원 데이터를 획득하게 된다.

이상의 설명 및 산출식은 각각의 지점들이 x축 위에 있다는 가정을 토대로 한 것이지만, 각 지점들이 x축 위에 없는 보다 일반적인 경우(즉, y값이 0이 아닌 경우)에도 동일한 원리를 적용할 수 있다. 이하에서는 위 원리를 적용하여 보다 일반적인 경우의 건물 3차원 데이터 획득 방법을 설명한다.

촬영점 P의 좌표를 (x, y, z), 기준점 S의 좌표를 (x, y, 0), 건물에서 제1 하단점 A의 좌표를 (x+a, y+a', 0), 제2 하단점 B의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', 0), 제1 상단점 C의 좌표를 (x+a, y+a', h), 제2 상단점 D의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', h), 제1 투영점 E의 좌표를 (x+a+b, y+a'+b', 0), 제2 투영점 F의 좌표를 (x+a+b+c, y+a'+b'+c', 0)이라 한다.

이때, "h" 값은 전술한 수학식 1을 이용하여 구할 수 있고, "l" 값은 전술한 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다. 한편, 또 다른 미지수 "l'" 값은 다음 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.

이상과 같이, 항공사진 상의 모든 건물들에 대하여 그 3차원 데이터들을 구할 수 있으며, 이렇게 하여 구해진 건물 3차원 데이터는 3차원 수치지도의 제작에 효과적으로 이용할 수 있다.

지금까지 실시예를 통하여 본 발명에 따른 항공사진을 이용한 건물 3차원 데이터 획득 방법에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법을 수행하는 시스템의 구성 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도.

Claims (2)

1. 3차원 데이터 산출 프로그램이 탑재된 컴퓨터에서 항공사진의 촬영점, 기준점, 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 포함하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서,

   상기 항공사진 DB로부터 항공사진의 촬영점, 기준점, 특정 건물에 대한 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들을 각각 추출하는 단계;

   상기 추출된 좌표들을 이용하여 상기 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 각각 산출하는 단계; 및

   상기 특정 건물의 제1 하단점, 제1 투영점 및 제2 투영점에 대한 좌표들과 상기 산출된 특정 건물의 제2 하단점, 제1 상단점 및 제2 상단점에 대한 좌표들을 건물데이터 DB에 저장하는 단계를 포함하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 촬영점의 좌표를 (x, y, z), 상기 기준점의 좌표를 (x, y, 0), 상기 제1 하단점의 좌표를 (x+a, y+a', 0), 상기 제2 하단점의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', 0), 상기 제1 상단점의 좌표를 (x+a, y+a', h), 상기 제2 상단점의 좌표를 (x+a+l, y+a'+l', h), 상기 제1 투영점의 좌표를 (x+a+b, y+a'+b', 0), 상기 제2 투영점의 좌표를 (x+a+b+c, y+a'+b'+c', 0)이라 할 때,

   상기 산출 단계는 다음 식

   

   에 의하여 "h" 값을 산출하고, 다음 식

   

   에 의하여 "l" 값을 산출하고, 다음 식

   

   에 의하여 "l'" 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 항공사진 DB로부터 건물의 3차원 데이터를 획득하는 방법.

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