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KR101105606B1 - 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치 및 방법 - Google Patents

이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치 및 방법 Download PDF

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KR101105606B1
KR101105606B1 KR1020110075942A KR20110075942A KR101105606B1 KR 101105606 B1 KR101105606 B1 KR 101105606B1 KR 1020110075942 A KR1020110075942 A KR 1020110075942A KR 20110075942 A KR20110075942 A KR 20110075942A KR 101105606 B1 KR101105606 B1 KR 101105606B1
Authority
KR
South Korea
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image
dimensional
coordinates
ccd camera
control unit
Prior art date
Application number
KR1020110075942A
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English (en)
Inventor
우종배
Original Assignee
(주)원지리정보
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Publication date
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Abstract

본 발명은 종래의 모바일매핑시스템이 기존 지형데이터와의 호환이 안되어 업데이트가 안되는 문제점과, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시키는 구성이 없어, 특정장소에 가서 수작업으로 따로 지형데이터 업데이트 작업을 해야 하므로, 작업시간이 많이 걸리고, 사용자에게 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 신속하게 제공하지 못하는 문제점을 개선하고자, GPS 수신기, INS, CCD(Change Coupled Device) 카메라, 레이저 스캐너(Laser Scanner), 멀티플렉스(Multiplex), MMS 제어부, 무선인터넷모듈로 이루어진 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)이 구성됨으로서, 차량의 상단에 구성된 CCD 카메라, GPS 수신기, INS를 동기화시켜 통합 시스템을 구축할 수 있고, 기존 지형데이터와 호환되어 업데이트시킬 수 있으며, 지상기준점을 후처리 과정에 추가하여 GPS/INS의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시킬 수 있으며, 이로 인해 사용자단말기로 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 송신시킬 수 있는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 모바일매핑장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치 및 방법{THE METHOD AND APPARATUS OF TOPOGRAPHICAL MAP DATA WITH MOVEMENT MULTI SENSOR MOUDLE}
본 발명은 관측 대상물의 위치를 영상으로 획득하여 동기화시킨 후, 목표로 하는 구조물을 주행하면서, 3차원 지형데이터로 생성시키는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
모바일매핑시스템은 지상형 이동장치 특히, 차량이나 비행기 등 이동매체에 다양한 센서를 장착하여 이동 중에 공간전보를 신속하게 취득할 수 있는 시스템이다.
이는 도시정보시스템을 위한 도로시설물 데이터베이스구축에 사용된다.
하지만, 국내에서는 인터넷 포탈업체에서 로드뷰(Road View)서비스를 제공하기 위해, 모바일 매핑시스템을 사용한 바 있으나, 이는 단순한 영상서비스만을 제공하는 정도에 불과했었다.
즉, 영상촬영 당시의 정확한 위치를 취득할 수 있는 장비가 구비되어 있지 않아, 토탈스테이션을 통해 제공된 기존 지형데이터와의 원활한 연계를 위한 영상과 좌표의 매핑 혹은 투영이 잘 안되어, 업데이트가 안되는 문제점이 있었다.
또한, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시키는 구성이 없어, 특정장소에 가서 수작업으로 따로 지형데이터 업데이트 작업을 해야 하므로, 작업시간이 많이 걸리고, 사용자에게 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 신속하게 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
국내등록특허공보 제10-0538339호(2005년12월21일 공고)
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 차량의 상단에 구성된 CCD 카메라, GPS 수신기, INS를 동기화시켜 통합 시스템을 구축할 수 있고, 기존 지형데이터와 호환되어 업데이트시킬 수 있으며, 지상기준점을 후처리 과정에 추가하여 GPS/INS의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시킬 수 있으며, 이로 인해 사용자단말기로 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 송신시킬 수 있는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 모바일매핑장치는
차량에 장착되어, 대상물에 대한 3차원 위치를 결정하고, 관측 대상물의 위치를 영상으로 획득하여 동기화시킨 후, 목표로 하는 구조물을 주행하면서, 3차원 지형데이터로 생성시키는 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)이 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
상기 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)은 차량 상단에 위치되어 GPS 위성신호를 수신하여 위치를 계산하는 GPS 수신기와,
GPS 수신기 일측에 위치되어, 차량의 각가속도/가속도를 측량, 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재위치와 속도, 진행방향을 계산하는 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)와,
INS 일측에 위치되고, 동·서·남·북 방향을 바라보면서 복수개로 설치되어, 대상물에서 반사된 빛을 감지함으로써, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환시켜 전자로 만들어 축적하여 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후, 전기신호로 변환하여 대상물의 영상을 저장시키는 CCD(Change Coupled Device) 카메라와,
CCD 카메라 일측에 위치되어, 레이저를 통해 2차원의 상대적인 위치를 취득하고, 차량이 이동함에 따라 2차원의 좌표값을 3차원 좌표로 측량하는 레이저 스캐너(Laser Scanner)와,
차량 내부에 위치되고, GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너와 연결되며, MMS 제어부의 제어하에 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너로부터 수신되는 다중 채널의 데이터를 분배하여 단일 채널로 동기화시키는 멀티플렉스(Multiplex)와,
GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너, 멀티플렉스와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, CCD 카메라에서 촬영된 영상을 영상번호와 촬영번호를 부여해 저장시키고, 멀티플렉스에 동기화신호를 보내며, 저장된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산해서 3차원 지형데이터를 생성시키도록 제어하며, 무선인터넷망을 통해 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시키도록 제어하는 MMS 제어부와,
차량 상단의 레이저 스캐너(Laser Scanner) 일측에 위치되어, MMS 제어부의 제어하에 구동되어, 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시키는 무선인터넷모듈이 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 기존 지형데이터와 호환되어 업데이트시킬 수 있으며, 차량의 상단에 구성된 CCD 카메라, GPS 수신기, INS를 동기화시켜 통합 시스템을 구축할 수 있고, 지상기준점을 후처리 과정에 추가하여 GPS/INS의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시킬 수 있어, 사용자단말기로 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 송신시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 GPS 수신기의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 멀티플렉스(Multiplex)(15)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 MMS 제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 3차원좌표연산모듈(161)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 모바일매핑데이터처리부(162)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 3차원좌표연산모듈(161)의 해석적 공간전방교회법엔진을 통해 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치를 통해 주행하면서, 대상물에 대한 3차원 위치를 결정하고, 관측 대상물의 위치를 영상으로 획득하여 동기화시킨 후, 3차원 지형데이터로 생성시키는 과정을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성방법을 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 차량에 장착되어, 대상물에 대한 3차원 위치를 결정하고, 관측 대상물의 위치를 영상으로 획득하여 동기화시킨 후, 목표로 하는 구조물을 주행하면서, 3차원 지형데이터로 생성시키는 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)(10)이 포함되어 구성된다.
본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)(10)은 GPS 수신기(11), INS(12), CCD(Change Coupled Device) 카메라(13), 레이저 스캐너(Laser Scanner)(14), 멀티플렉스(Multiplex)(15), MMS 제어부(16), 무선인터넷모듈(17)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 GPS 수신기(11)에 관해 설명한다.
상기 GPS 수신기(11)는 차량 상단에 위치되어 GPS 위성신호를 수신하여 위치를 계산하는 역할을 한다.
이는 GPS 안테나(111)와, GPS 수신모듈(112)로 구성된다.
상기 GPS 수신모듈(112)은 GPS 위성으로부터 수신된 항법 데이터를 사용하여 사용자의 위치 및 속도를 계산하며, GPS 수신모듈에 연결된 GPS 안테나는 위치추적알고리즘을 통해 GPS 위성신호를 추적함과 동시에, 하나의 위성 신호만 추적하면 그 GPS 위성으로부터 다른 GPS 위성들의 상대적인 위치에 관한 정보를 얻을 수 있으므로 짧은 시간 이내에 모든 가시 위성신호들을 추적하도록 구성된다.
본 발명에 따른 GPS 수신모듈은 GPS 위성 신호를 수신하여 계산한 위치 및 속도 정보는 기본적으로 이동체 항법 및 추적에 이용되며, ㎲(마이크로 세컨드)의 정확도로 계산되는 특징을 가진다.
다음으로, 본 발명에 따른 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)(12)에 관해 설명한다.
상기 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)(12)는 GPS 수신기 일측에 위치되어, 차량의 각가속도/가속도를 측량, 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재위치와 속도, 진행방향을 계산하는 역할을 한다.
이는 내부의 자이로 센서를 이용하여 관성공간에 대해 일정한 자세를 유지하는 기준 테이블을 만들고, 그 위에 정밀한 가속도계를 구성하여, 차량 상단에 설치된다.
본 발명에 따른 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)에서 제공하는 항법해는 적분에 의한 해이기 때문에, 고주파수 성분인 잡음이 제거된 깨끗한 항법해를 얻을 수 없지만, 짧은 시간동안 정확한 항법해를 보정하는 특성을 가진다.
그리고 외부환경 요소에 거의 영향을 받지 않고, 지속적인 항법해의 제공이 가능하며, 단독 항행장치로 사용할 수 있고, 항법해를 제공하는 속도가 보통 50Hz에서 10kHz로 매우 높아서 고기동 항체의 항법과 제어에 이용할 수가 있다.
본 발명에 따른 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)는 관성 센서가 안정대 구조없이 차량의 상단몸체에 직접부착되는 스트랩다운 관성항법시스템(SDINS : Strapdown INS)으로 구성된다.
상기 스트랩다운 관성항법시스템(SDINS : Strapdown INS)은 구조적으로 간단하고, 전력 소모가 적으며, 가격이 저렴하고, 저중량으로 소형 시스템을 구형하고 이를 유지보수하기가 용이한 특성을 가진다.
또한, 본 발명에서는 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)에 정밀한 자세 정보를 제공하기 위해, 차량 상단 일측에 관성측량장치(IMU : Inertial Measurement Unit)가 구성된다.
상기 관성측량장치(IMU : Inertial Measurement Unit)는 차량의 속도, 방향, 중력을 측량하고 기록하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 CCD(Change Coupled Device) 카메라(13)에 관해 설명한다.
상기 CCD(Change Coupled Device) 카메라(13)는 INS 일측에 위치되고, 동·서·남·북 방향을 바라보면서 복수개로 설치되어, 대상물에서 반사된 빛을 감지함으로써, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환시켜 전자로 만들어 축적하여 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후, 영상을 전기신호로 변환하여 대상물의 영상을 저장시키는 역할을 한다.
이는 바닥 중심부에 통공을 형성하고 개구부측에 나사를 형성한 직사각형상의 하부커버가 형성되고, 직사각형의 양측으로 보스부를 형성하고 중심부에 통공을 형성하며 하부커버의 바닥측에 위치하는 받침대가 형성되며, 기판상에 CCD 센서를 중심에 두고 볼트공과 접속단자를 형성하여 상기 보스부에 결합되는 CCD 기판모듈이 형성되고, 상,하가 개방되고 내측에 나사가 형성된 직사각형 하우징을 이루고, 그의 하부에 평면이 대응하며, 양측에 볼트공을 형성함과 아울러 두개의 측면은 전,후가 개구된 개구부를 형성하여 상기 하우징에 일체로 결합된 받침대로 이루어지는 안착부재가 형성되며, 소정구조의 촬영렌즈들이 일체로 내장되고 하부에 나사를 형성한 렌즈모듈이 형성되고, 걸림턱부를 형성하여 상기 렌즈모듈을 밀착/지지함과 아울러 상기 하부커버의 내접나사에 맞추어지는 외접나사를 형성한 상부커버가 형성되어 구성된다.
상기 CCD 기판모듈은 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 CCD 제어부와, 대상물의 영상을 저장시키는 메모리부가 포함되어 구성된다.
상기 촬영렌즈는 후단 일측에 촬영렌즈조절부가 구성된다.
여기서, 촬영렌즈조절부는 촬영렌즈를 대상물의 위치에 따라 노출시키면서 방향조절시키는 것으로, 이는 멀티플렉스로부터 촬영렌즈조절명령신호를 수신받아 CCD 제어부의 제어하에 구동된다.
본 발명에 따른 CCD 카메라는 포컬 길이(Focal Length)가 7.5m이고, 셀 사이즈가 4.4㎛×4.4㎛ 또는 4.6㎛×4.6㎛이며, 해상도(Resolution)가 1600×1200이고, 셔터스피드(Shutter Speed)가 1㎲~65㎲인 특성을 가진다.
본 발명에 따른 CCD 카메라는 동,서, 남, 북 방향으로 각각 1대씩 구성된다.
즉, 동쪽방향에 설치된 CCD 카메라와, 서쪽방향에 설치된 CCD 카메라와, 남쪽방향에 설치된 CCD 카메라와, 북쪽방향에 설치된 CCD 카메라로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 레이저 스캐너(Laser Scanner)(14)에 관해 설명한다.
상기 레이저 스캐너(Laser Scanner)(14)는 CCD 카메라 일측에 위치되어, 레이저를 통해 2차원의 상대적인 위치를 취득하고, 차량이 이동함에 따라 2차원의 좌표값을 3차원 좌표로 측량하는 역할을 한다.
이는 레이저스캐너 본체의 하단에 위치되어 360°회전시키는 회전모터와, 레이저빔을 주사하는 레이저부와, 반사되어 돌아오는 빛을 수광하는 수광부와, 레이저빔을 주사할 때에 대상물의 촬영을 행하는 카메라부로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 멀티플렉스(Multiplex)(15)에 관해 설명한다.
상기 멀티플렉스(Multiplex)(15)는 차량 내부에 위치되고, GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너와 연결되며, MMS 제어부의 제어하에 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너로부터 수신되는 다중 채널의 데이터를 분배하여 단일 채널로 동기화시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 멀티플렉스는 GPS 시간을 기준으로 INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너를 동기화시키고, 이로 인해 측량된 대상물의 위치데이터, 방향데이터, 촬영번호, 영상데이터, 영상번호를 하나로 그룹화한 수치영상데이터를 MMS 제어부로 전송시키는 역할을 한다.
이는 본체(151), PPS 입출력포트(152), GPS 입출력포트(153), 카메라 트리거포트(Camera Trigger)(154), 촬영렌즈조절포트(Lens)(155), MMS 제어부연결포트(156)로 구성된다.
상기 본체(151)는 사각 박스형상으로 이루어져 각 기기를 지지하는 역할을 한다.
상기 PPS 입출력포트(152)는 본체의 후단 일측에 GPS 수신기와 INS로부터 출력된 PPS 신호를 입력포트(IN)를 통해 입력받고, 출력포트(Out)를 통해 MMS 제어부로 출력시키는 역할을 한다.
상기 GPS 입출력포트(153)는 GPS 수신기로부터 출력되는 GPS 메시지를 입력포트(IN)를 통해 입력받고, 출력포트(Out)를 통해 MMS 제어부로 출력시키는 역할을 한다.
상기 카메라 트리거포트(Camera Trigger)(154)는 CCD 카메라와 연결되어, CCD카메라쪽으로 촬영신호를 보내는 역할을 한다.
상기 촬영렌즈조절포트(Lens)(155)는 CCD 카메라의 촬영렌즈조절부와 연결되어, 촬영렌즈를 대상물의 위치에 따라 노출시키면서 방향조절하는 명령을 보내는 역할을 한다.
상기 MMS 제어부연결포트(156)는 USB 포트로 이루어져 MMS 제어부와 연결되어, MMS 제어부로부터 각 포트의 동작을 제어하는 명령신호을 입력받고, 멀티플렉스의 수치영상데이터를 MMS 제어부로 출력시키도록 제어하는 역할을 한다.
여기서, 수치영상데이터는 GPS 시간을 기준으로 동기화된 INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너에서 측량된 대상물의 위치데이터, 방향데이터, 영상데이터를 그룹화한 데이터를 말한다.
다음으로, 본 발명에 따른 MMS 제어부(16)에 관해 설명한다.
상기 MMS 제어부(16)는 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너, 멀티플렉스와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, CCD 카메라에서 촬영된 영상을 영상번호와 촬영번호를 부여해 저장시키고, 멀티플렉스에 동기화신호를 보내며, 멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터에 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키며, 모바일매핑데이터 처리를 통해 3차원 지형데이터를 생성시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 PC 컴퓨터 또는 노트북으로 구성된다.
본 발명에 따른 MMS 제어부는 USB 포트를 통해 멀티플렉스(Multiplex)의 MMS 제어부연결포트와 연결되어, 멀티플렉스에 동기화신호를 출력시키고, 멀티플렉스로부터 수치영상데이터를 입력받는다.
본 발명에 따른 MMS 제어부(16)는 멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터에 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 3차원좌표연산모듈(161)이 포함되어 구성된다.
상기 3차원좌표연산모듈(161)은 도 5에 도시한 바와 같이, 수치영상기준좌표설정부(161a), 수치영상좌표측량부(161b), 3차원좌표변환부(161c)로 구성된다.
상기 수치영상기준좌표설정부(161a)는 수치영상데이터에서 X축과 Y축의 기준좌표를 설정한 후, 화소 좌표계를 겹쳐서 수치영상의 기준좌표를 설정하는 역할을 한다.
상기 수치영상좌표측량부(161b)는 수치영상의 기준좌표가 설정된 상태에서 수치영상 중 타깃영상의 좌표를 측량하는 역할을 한다.
여기서, 수치영상에서 타깃영상의 도심은 무게중심과 1차 모멘트를 통해 계산됨으로서 결정된다.
즉, 이진영상으로부터 얻어지는 타깃영상들의 초기위치는 타깃 주변의 작은 사각형 윈도우 내에 배열되고, 타깃으로부터 배경을 저하시키고자 적당한 역치처리가 이용되며, 화면상에서 타깃영상의 도심(M)은 다음의 수학식 1에 의해 계산된다.
Figure 112011058958933-pat00001
Figure 112011058958933-pat00002
Figure 112011058958933-pat00003
여기서, gij는 각 화소이 농담강도값이고, wij=gij이다.
상기 3차원좌표변환부(161c)는 수치영상좌표측량부를 통해 측량된 타깃영상의 좌표를 객체의 3차원 좌표로 연산시키는 역할을 하는 것으로, 이는 해석적 공간전방교회법엔진(Engine of method of foward intersection)이 구성된다.
상기 해석적 공간전방교회법엔진(Engine of method of foward intersection)은 2개 또는 3개 측점에 평판을 세우고 이들 점에서 측량하려는 목표물을 시준하여 방향선을 그을 때 그 교점으로 목표의 위치를 정해서 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 역할을 한다.
이는 타깃 영상의 객체(j)를 중심으로 바라보는 CCD 카메라 두 대가 이루는 촬영기선의 거리를 계산하고, 3차원 좌표결정에 필요한 각 요소들을 구하는 위치결정알고리즘이다.
여기서, CCD 카메라는 도 7에서 도시한 바와 같이, 차량의 동쪽방향에 위치한 CCD카메라(C1)와 서쪽방향에 위치한 CCD 카메라(C2) 두대로 구성된다.
이하, 타깃 영상의 객체(j)가 위치한 곳인 타깃 영상의 좌표를 3차원 좌표로 연산시키는 과정에 관해 설명한다.
먼저, 타깃 영상의 객체를 중심으로 바라보는 CCD 카메라 두 대가 이루는 촬영기선의 거리를 연산한다.
이는 수학식 2를 통해, 도 7에서 도시한 바와 같이, 수평위치(
Figure 112011058958933-pat00004
)와 (
Figure 112011058958933-pat00005
)에 위치한 CCD 카메라 두대 사이의 기선거리
Figure 112011058958933-pat00006
을 계산한다.
Figure 112011058958933-pat00007
이때, CCD 카메라 기선거리는 XY평면에서 기울기
Figure 112011058958933-pat00008
을 가진다.
Figure 112011058958933-pat00009
은 동쪽CCD카메라, 서쪽CCD카메라의 상대위치를 이용하여 다음의 수학식 3과 같이 계산되어진다.
Figure 112011058958933-pat00010
이어서, 타깃 영상의 객체를 바라보는 동쪽방향 CCD 카메라의 각도(
Figure 112011058958933-pat00011
), 타깃 영상의 객체를 바라보는 서쪽방향 CCD 카메라의 각도(
Figure 112011058958933-pat00012
), 타깃 영상의 객체에서 동쪽방향 CCD카메라와 서족방향 CCD카메라를 바라보는 각도(
Figure 112011058958933-pat00013
), 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선(AL1j), 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선(AL2j)를 연산한다.
이는 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112011058958933-pat00014
Figure 112011058958933-pat00015
Figure 112011058958933-pat00016
Figure 112011058958933-pat00017
Figure 112011058958933-pat00018
이어서, 타깃 영상 객체의 3차원 좌표(Xj,Yj,Zj)를 연산한다.
상기 타깃 영상 객체를 기준으로 하는 좌표계에서 객체공간상의 좌표 XA, YA는 평면위치로서, 동쪽방향 CCD 카메라와 서쪽방향 CCD 카메라 두대와 타깃 영상 객체로 이루어진 삼각형의 변과 그 사이각에 의해 연산된다.
이는 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112011058958933-pat00019
Figure 112011058958933-pat00020

그리고, 타깃 영상 객체의 수직위치 Zj는 동쪽방향 CCD 카메라에서 타깃 영상 객체를 바라보면서 촬영한 영상의 좌표
Figure 112011058958933-pat00021
와, 서쪽방향 CCD 카메라에서 타깃 영상 객체를 바라보면서 촬영한 영상의 좌표
Figure 112011058958933-pat00022
의 평균값에 의해 연산된다.
이는 수학식 6과 같이 표현된다.
Figure 112011058958933-pat00023
Figure 112011058958933-pat00024
Figure 112011058958933-pat00025
이러한 과정을 통해 타깃 영상 객체의 3차원 좌표(Xj,Yj,Zj)를 연산한다.
본 발명에 따른 MMS 제어부(16)는 GPS 수신기와 INS를 결합하여 대상물에 대한 위치를 결정하고, CCD 카메라를 통해 관측 대상물의 위치를 입체시 영상으로 획득한 후, 주행하면서 목표로 하는 구조물을 도면화하고, 도면화된 구조물에 3차원좌표변환부를 통해 연산된 3차원 좌표를 추가하여, 3차원 지형데이터를 생성시키는 모바일매핑데이터처리부(162)가 포함되어 구성된다.
상기 모바일매핑데이터처리부(162)는 도 6에 도시한 바와 같이, 수치지도·영상데이터 양방향 연계부(162a), 수치지도·영상데이터 연계분석부(162b), 수치지도·영상데이터 연계정보제공부(162c)로 구성된다.
상기 수치지도·영상데이터 양방향 연계부(162a)는 수치지도상의 공간지리객체와 영상데이터에 나타나는 공간 지리 객체가 양방향으로 참조되어 수치지도를 통한 영상데이터의 검색, 관리와 영상데이터를 통한 수치지도 객체의 검색 및 관리를 하는 역할을 한다.
이는 화면상에 특정 수치 지도 데이터의 실제 모습을 영상데이터를 통하여 확인할 수 있으며, 수치지도의 관리 및 분석을 보다 쉽게 할 수 있는 특성을 가진다.
수치지도와 영상 데이터의 양방향 연계를 위해서, 본 발명에서는 수치지도와 영상 데이터에서 취득한 상호 참조 정보를 효율적으로 모델링하도록 구성된다.
또한, 데이터 연계에 있어서 성능향상을 위해 수치지도 데이터와 영상데이터 및 연계정보를 미리 색인해서 데이터베이스에 저장시키도록 구성된다.
상기 수치지도·영상데이터 연계분석부(162b)는 영상데이터를 통한 수치지도의 공간분석 기능을 화면상에 표출시키는 역할을 한다.
이는 현실감 있는 공간검색을 보다 가시적으로 사용자에게 제공해 주는 역할을 한다.
본 발명에 따른 수치지도와 영상데이터의 연계 분석을 위해서 수치지도와 영상 데이터 사이의 연계정보를 사전에 구축하도록 구성된다.
본 발명에 따른 수치지도·영상데이터 연계분석부는 수치지도를 통한 영상데이터의 참조나 영상데이터를 수치지도의 참조를 제공함으로써, 영상데이터를 기반으로 하는 공간 분석 연산을 지원한다.
또한, 영상처리 및 패턴 인식을 통하여 영상데이터에서의 공간지리객체를 추출하고, 추출된 공간지리객체에서 실제 지상에서의 좌표계산을 한다.
상기 수치지도·영상데이터 연계정보제공부(162c)는 기존 지형데이터, 위치기반데이터에 관한 응용프로그램을 위한 영상데이터 및 수치지도와 영상데이터의 연계정보를 제공하는 역할을 한다.
이는 기존의 지형데이터에다가 GPS 수신기와 INS에서 측량한 대상물의 위치데이터와 자세데이터, 그리고, CCD 카메라에서 측량한 영상데이터, 그리고, 레이저 스캐너에서 스캔한 대상물의 스캔데이터, 그리고, 3차원좌표변환부를 통해 연산된 3차원 좌표를 제공하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 무선인터넷모듈(17)에 관해 설명한다.
상기 무선인터넷모듈(17)은 차량 상단의 레이저 스캐너(Laser Scanner) 일측에 위치되어, MMS 제어부의 제어하에 구동되어, 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시키는 역할을 한다.
이는 LTE / LTE-Advanced(기반)의 와이브로-에볼루션으로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성방법에 관해 설명한다.
먼저, GPS 수신기에서 GPS 위성신호를 수신하여 대상물의 현재 위치를 계산한다(S10).
이어서, INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)에서 차량의 각가속도/가속도를 측량, 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재위치와 속도, 진행방향을 계산한다(S20).
이어서, CCD(Change Coupled Device) 카메라에서 대상물에서 반사된 빛을 감지함으로써, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환시켜 전자로 만들어 축적하여 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후, 영상을 전기신호로 변환하여 대상물의 영상을 저장시킨다(S30).
이어서, 레이저 스캐너(Laser Scanner)에서 레이저를 통해 2차원의 상대적인 위치를 취득하고, 차량이 이동함에 따라 2차원의 좌표값을 3차원 좌표로 측량한다(S40).
이어서, 멀티플렉스(Multiplex)에서 MMS 제어부의 제어하에 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너로부터 수신되는 다중 채널의 데이터를 분배하여 단일 채널로 동기화시킨다(S50).
이어서, MMS 제어부에서 멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터로부터 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키며, 모바일매핑데이터 처리를 통해 3차원 지형데이터를 생성시키도록 제어한다(S60).
상기 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 것은 타깃 영상의 객체를 중심으로 바라보는 CCD 카메라 두 대가 이루는 촬영기선의 거리를 연산하는 단계와, 타깃 영상의 객체를 바라보는 동쪽방향 CCD 카메라의 각도(
Figure 112011058958933-pat00026
), 타깃 영상의 객체를 바라보는 서쪽방향 CCD 카메라의 각도(
Figure 112011058958933-pat00027
), 타깃 영상의 객체에서 동쪽방향 CCD카메라와 서족방향 CCD카메라를 바라보는 각도(
Figure 112011058958933-pat00028
), 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선(AL1j), 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선(AL2j)를 연산하는 단계와, 타깃 영상 객체의 3차원 좌표(Xj,Yj,Zj)를 연산하는 단계로 이루어진다.
상기 모바일매핑데이터 처리를 통해 3차원 지형데이터를 생성시키는 것은 수치지도·영상데이터 양방향 연계하는 단계와, 수치지도·영상데이터 연계분석단계와, 수치지도·영상데이터 연계정보제공단계로 이루어진다.
끝으로, MMS 제어부의 제어하에 무선인터넷모듈을 통해 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시킨다(S70).
여기서, 사용자단말기는 스마트폰, 휴대폰, PDA폰, 노트북을 말한다.
10 : 이동형 멀티측량센서모듈 11 : GPS 수신기
12 : INS 13 : CCD 카메라
14 : 레이저스캐너 15 : 멀티플렉스
16 : MMS 제어부 17 : 무선인터넷모듈

Claims (7)

  1. 차량에 장착되어, 대상물에 대한 3차원 위치를 결정하고, 관측 대상물의 위치를 영상으로 획득하여 동기화시킨 후, 목표로 하는 구조물을 주행하면서, 3차원 지형데이터로 생성시키는 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)(10)이 포함되어 구성되는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치에 있어서,
    상기 이동형 멀티측량센서모듈(Movement Multi Sensor Moudle)(10)은
    차량 상단에 위치되어 GPS 위성신호를 수신하여 위치를 계산하는 GPS 수신기(11)와,
    GPS 수신기 일측에 위치되어, 차량의 각가속도/가속도를 측량, 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재위치와 속도, 진행방향을 계산하는 INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)(12)와,
    INS 일측에 위치되고, 동·서·남·북 방향을 바라보면서 복수개로 설치되어, 대상물에서 반사된 빛을 감지함으로써, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환시켜 전자로 만들어 축적하여 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후, 영상을 전기신호로 변환하여 대상물의 영상을 저장시키는 CCD(Change Coupled Device) 카메라(13)와,
    CCD 카메라 일측에 위치되어, 레이저를 통해 2차원의 상대적인 위치를 취득하고, 차량이 이동함에 따라 2차원의 좌표값을 3차원 좌표로 측량하는 레이저 스캐너(Laser Scanner)(14)와,
    차량 내부에 위치되고, GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너와 연결되며, MMS 제어부의 제어하에 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너로부터 수신되는 다중 채널의 데이터를 분배하여 단일 채널로 동기화시키는 멀티플렉스(Multiplex)(15)와,
    GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너, 멀티플렉스와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, CCD 카메라에서 촬영된 영상을 영상번호와 촬영번호를 부여해 저장시키고, 멀티플렉스에 동기화신호를 보내며, 멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터에 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키며, 모바일매핑데이터 처리를 통해 3차원 지형데이터를 생성시키도록 제어하는 MMS 제어부(16)와,
    차량 상단의 레이저 스캐너(Laser Scanner) 일측에 위치되어, MMS 제어부의 제어하에 구동되어, 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시키는 무선인터넷모듈(17)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 멀티플렉스(Multiplex)(15)는
    사각 박스형상으로 이루어져 각 기기를 지지하는 본체(151)와,
    본체의 후단 일측에 GPS 수신기와 INS로부터 출력된 PPS 신호를 입력포트(IN)를 통해 입력받고, 출력포트(Out)를 통해 MMS 제어부로 출력시키는 PPS 입출력포트(152)와,
    GPS 수신기로부터 출력되는 GPS 메시지를 입력포트(IN)를 통해 입력받고, 출력포트(Out)를 통해 MMS 제어부로 출력시키는 GPS 입출력포트(153)와,
    CCD 카메라와 연결되어, CCD카메라쪽으로 촬영신호를 보내는 카메라 트리거포트(Camera Trigger)(154)와,
    CCD 카메라의 촬영렌즈조절부와 연결되어, 촬영렌즈를 대상물의 위치에 따라 노출시키면서 방향조절하는 촬영렌즈조절포트(Lens)(155)와,
    MMS 제어부와 연결되어, MMS 제어부로부터 전달된 명령신호에 따라 각 포트의 입출력동작을 제어하는 MMS 제어부연결포트(156)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 MMS 제어부(16)는
    멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터에 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 3차원좌표연산모듈(161)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 3차원좌표연산모듈(161)은
    수치영상데이터에서 X축과 Y축의 기준좌표를 설정한 후, 화소 좌표계를 겹쳐서 수치영상의 기준좌표를 설정하는 수치영상기준좌표설정부(161a)과,
    수치영상의 기준좌표가 설정된 상태에서 수치영상 중 타깃영상의 좌표를 측량하는 수치영상좌표측량부(161b)와,
    수치영상좌표측량부를 통해 측량된 타깃영상의 좌표를 객체의 3차원 좌표로 연산시키는 3차원좌표변환부(161c)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성장치.
  6. GPS 수신기에서 GPS 위성신호를 수신하여 대상물의 현재 위치를 계산하는 단계(S10)와,
    INS(Inertial Navigation Systems, 관성항법장치)에서 차량의 각가속도/가속도를 측량, 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재위치와 속도, 진행방향을 계산하는 단계(S20)와,
    CCD(Change Coupled Device) 카메라에서 대상물에서 반사된 빛을 감지함으로써, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환시켜 전자로 만들어 축적하여 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후, 영상을 전기신호로 변환하여 대상물의 영상을 저장시키는 단계(S30)와,
    레이저 스캐너(Laser Scanner)에서 레이저를 통해 2차원의 상대적인 위치를 취득하고, 차량이 이동함에 따라 2차원의 좌표값을 3차원 좌표로 측량하는 단계(S40)와,
    멀티플렉스(Multiplex)에서 MMS 제어부의 제어하에 GPS 수신기, INS, CCD 카메라, 레이저 스캐너로부터 수신되는 다중 채널의 데이터를 분배하여 단일 채널로 동기화시키는 단계(S50)와,
    MMS 제어부에서 멀티플렉스로부터 전송된 수치영상데이터로부터 영상좌표를 측량한 후, 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키며, 모바일매핑데이터 처리를 통해 3차원 지형데이터를 생성시키도록 제어하는 단계(S60)와,
    MMS 제어부의 제어하에 무선인터넷모듈을 통해 사용자 단말기로 3차원 지형데이터를 실시간 전송시키는 단계(S70)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 측량된 영상좌표를 통해 객체의 3차원 좌표를 연산시키는 것은
    타깃 영상의 객체를 중심으로 바라보는 CCD 카메라 두 대가 이루는 촬영기선의 거리를 연산하는 단계와,
    타깃 영상의 객체를 바라보는 동쪽방향 CCD 카메라의 각도, 타깃 영상의 객체를 바라보는 서쪽방향 CCD 카메라의 각도, 타깃 영상의 객체에서 동쪽방향 CCD카메라와 서족방향 CCD카메라를 바라보는 각도, 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선, 타깃 영상의 객체와 동쪽방향 CCD 카메라 사이의 시거선를 연산하는 단계와,
    타깃 영상 객체의 3차원 좌표(Xj,Yj,Zj)를 연산하는 단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동형 멀티측량센서모듈을 통한 3차원 지형데이터 생성방법.
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