모바일매핑시스템은 차량에 GPS, IMU, CCD카메라 등을 장착하여 대상물의 위치 및 영상정보를 획득할 수 있는 효율적인 시스템으로 도로 시설물의 유지$\cdot$관리, 수치지도의 갱신 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 이러한 모바일매핑시스템을 통해 획득한 지리정보를 실시간으로 기준국에 전송하면 사용자는 최신의 정보를 이용해 자신이 원하는 형태의 가공 및 처리를 하는 것이 가능해 진다. 본 연구에서는 모바일매핑시스템을 통해 취득되는 위치정보, 자세정보, 영상정보 등의 지리정보를 무선인터넷 환경에서 실시간으로 전송하기 위한 효율적인 방안에 대해 제시하고자 한다.
모바일매핑시스템은 차량에 GPS, IMU, CCD카메라 등을 장착하여 대상물의 위치 및 영상정보를 획득할 수 있는 효율적인 시스템으로 도로 시설물의 유지$\cdot$관리, 수치지도의 갱신 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 이러한 모바일매핑시스템을 통해 획득한 지리정보를 실시간으로 기준국에 전송하면 사용자는 최신의 정보를 이용해 자신이 원하는 형태의 가공 및 처리를 하는 것이 가능해 진다. 본 연구에서는 모바일매핑시스템을 통해 취득되는 위치정보, 자세정보, 영상정보 등의 지리정보를 무선인터넷 환경에서 실시간으로 전송하기 위한 효율적인 방안에 대해 제시하고자 한다.
The Mobile Mapping System using the vehicle equipped the GPS, IMU, CCD Cameras is the effective system for the management of the road facilities, update of the digital map, and etc. If the geographic information which is acquired by the Mobile mapping System can be transmitted in realtime, users can...
The Mobile Mapping System using the vehicle equipped the GPS, IMU, CCD Cameras is the effective system for the management of the road facilities, update of the digital map, and etc. If the geographic information which is acquired by the Mobile mapping System can be transmitted in realtime, users can process what they want using the latest data. In this research, the effective method was suggested for the transmission of the geographic information acquired by mobile mapping System such as position data, attitude data, and image data in the wireless internet environment in realtime.
The Mobile Mapping System using the vehicle equipped the GPS, IMU, CCD Cameras is the effective system for the management of the road facilities, update of the digital map, and etc. If the geographic information which is acquired by the Mobile mapping System can be transmitted in realtime, users can process what they want using the latest data. In this research, the effective method was suggested for the transmission of the geographic information acquired by mobile mapping System such as position data, attitude data, and image data in the wireless internet environment in realtime.
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문제 정의
하지만 모바일매핑시스템의 특성상 유선이 아닌 무선 인터넷을 사용해야 하기 때문에 이에 따른 전송 속도 및 전송 데이터 용량등을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 모바일매핑시스템을 통해 취득되는 위치정보, 자세정보, 영상정보 등 각각의 지리정보에 대한 효율적인 전송 방법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 웨이블릿 변환과 엔트로피 코딩을 이용해 영상정보를 인코딩/디코 딩하여 그 용량을 효과적으로 압축 . 해제하는 방법에 대해 알아보았다. 또한 모바일매핑시스템을 통해 획득된 지리정보 중 지리정보 중 무선 인터넷 RTK GPS기술을 이용하여 정밀 측정된 위치정보를 실시간으로 기준국에 전송하는 방법에 대해 제안하였다.
본 연구에서는 모바일매핑시스템을 이용해 획득한 지리정보를 실시간으로 전송하기 위한 방법에 대해 제안하고자 하였다. GPS를 통해 획득된 위치정보의 경우에는 무선인터넷 RTK-GPS 기술을 이용해 이동 국에서 기준국으로 데이터를 전송하였으며, 용량이 큰 영상정보의 경우에는 효율적인 전송을 위해 웨이블릿 변환과 허프만코딩을 통해 데이터를 압축하였다.
제안 방법
본 연구에서는 웨이블릿 변환과 엔트로피 코딩을 이용해 영상정보를 인코딩/디코 딩하여 그 용량을 효과적으로 압축 . 해제하는 방법에 대해 알아보았다.
해제하는 방법에 대해 알아보았다. 또한 모바일매핑시스템을 통해 획득된 지리정보 중 지리정보 중 무선 인터넷 RTK GPS기술을 이용하여 정밀 측정된 위치정보를 실시간으로 기준국에 전송하는 방법에 대해 제안하였다. [그림 2]는 본 연구에서 이루어진 연구 내용을 간단히 표현한 그림이다.
앞에서 언급한 웨이블릿 변환과 엔트로피 코딩 기법을 이용하여 모바일매핑시스 템으로부터 획득된 영상정보를 압축하는 모듈을 개발하였다. 개발한 모듈을 테스트하기 위해서 480x480 크기의 BMP 영상 을 사용하였다.
영상의 용량은 231, 478 bytes 이며 8bit의 gray level 화소값을 갖는다. 2-Level의 웨이블릿 변환을 실행한 뒤 허프만 인코딩을 이용하여 영상을 압축하였고, 이와 반대의 과정을 거쳐 원래의 영상으로 복원해 보았다. 실험의 전체적인 흐름은 다음의 [그림 7]과 같다.
GPS 보정정보의 경우 신뢰성이 보장되어야 하며 일정 양의 정보를 지속적으로 전송해야 하기 때문에, 본 연구에서는 보정 정보의 전송을 위하여 TCP/IP 프로토콜을 사용하였다.
TCP/IP프로토콜에 의하여 전달되는 보정 정보의 포맷은 RTCM 2.1 버전을 사용하였다. RTCM 포맷은 실시간 DGPS를 위하여 제안된 바이너리 형태의 포맷으로서, Radio Technical Commission For Maritime Services 에서 정한 표준 포맷이다.
현재 영상정보를 효율적으로 전송하기 위한 방법에 대해서는 계속적으로 연구를 진행하고 있다. 무선인터넷 전송을 위한 실험은 무선랜카 드가 장착된 노트북을 이용하여 AP가 설치된 지역에서 실시되었다. 하지만 모바일매핑시스템의 경우 측정하는 대상 지역에 AP가 설치되어 있지 않을 경우 무선인터넷을 사용하는 것이 거의 불가능하다는 단점이 있다.
대상 데이터
앞에서 언급한 웨이블릿 변환과 엔트로피 코딩 기법을 이용하여 모바일매핑시스 템으로부터 획득된 영상정보를 압축하는 모듈을 개발하였다. 개발한 모듈을 테스트하기 위해서 480x480 크기의 BMP 영상 을 사용하였다. 영상의 용량은 231, 478 bytes 이며 8bit의 gray level 화소값을 갖는다.
본 연구에서 실험한 RTK-GPS 시스템의 구성도는 아래의 [그림 1이과 같 다. 시스템은 크게 기준국과 이동국으로 나누어지며 기준국은 GPS 수신기, 보정 정보 전송 서버 역할을 하는 데스크탑 컴퓨터, 그리고 정보 전송을 담당하는 인터넷 랜 케이블 장비로 구성된다. 이동국은 기준국과 같은 성능의 GPS 수신기, 이동성 있는 PDA 또는 노트북 컴퓨터, 그리고 통신을 위한 장비로 구성된다.
이렇게 정밀하게 측정된 위치정보는 이동국의 클라이언트 컴퓨터에서 무선인터넷을 통해 다시 기준국의 서버 컴퓨터로 전송된다. 본 연구에서는 무선통신을 위한 장비로 무선랜 카드가 탑재된 노트북 컴퓨터를 사용하였으며 실험은 무선인터넷을 사용할 수 있는 AP(Access Point)가 설치된 장소에서 실 시하였다.
본 연구에서는 모바일매핑시스템을 이용해 획득한 지리정보를 실시간으로 전송하기 위한 방법에 대해 제안하고자 하였다. GPS를 통해 획득된 위치정보의 경우에는 무선인터넷 RTK-GPS 기술을 이용해 이동 국에서 기준국으로 데이터를 전송하였으며, 용량이 큰 영상정보의 경우에는 효율적인 전송을 위해 웨이블릿 변환과 허프만코딩을 통해 데이터를 압축하였다. 현재 영상정보를 효율적으로 전송하기 위한 방법에 대해서는 계속적으로 연구를 진행하고 있다.
이론/모형
따라서 이를 효율적으로 전송하기 위해서는 인코딩/디코딩 기술을 적용하는 것이 효과적이다. 본 연구에서는 영상정보의 인코딩 및 디코딩을 위해 최근 여러 분야에서 널리 사용되고 있는 웨이블릿 변환과 엔트로피 코딩을 사용하였다.
Wavelet 변환은 시간과 주파수에 대하여 국부성(locality)을 가지고 신호를 표현할 수 있어 비정상적인 신호 해석 (nonstationary signal analysis)에 유리하며, 이를 이용하여 표현된 영상은 인간의 시각 특성과 비슷하여 최근 영상 처리 분야에서 각광을 받기 시작하였다. Wavelet 변환을 응용하는 방법은 Mallat에 의해 영상처리에 처음으로 적용된 이래, Wavelet 변환은 다해상도 분석 (multiresolution analysis)의 개념으로 이루어진 Mallat의 피라미드 알고리즘을 이용하여 영상을 다해 상도(multiresolution)로 분해한다. 다해상도 분석을 이용한 영상의 웨이블릿 변환에 대해 알아보기 위해 다음의 [그림 3]을 살펴보면 동일한 함수 f(혹은 이산적인 신호)가 서로 다른 기저 함수들의 조합으로 재구성 가능하다는 것을 알 수 있다.
Fourier 변환은 주어진 시간에 대한 함수를 적당한 주파수 간격의 사인, 코사인 함수를 이용해서 주파수 영역의 함수로 만들어내는 변환이기 때문에, 신호를 주파수 영역에서만 분석할 수 있으며, 결국 신호의 시간 정보와 주파수 정보를 동시에 파악할 수 없다는 단점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 제안된 변환 방법이 Short-Time Fourier 변환 혹은 Windowed Fourier 변환이다. 이 방법은 Fourier 기저 함 수에 시간에 의존하는 창문 함수(Window fbnction)를 붙여서 분석 영역이 시간과 주파수 영역에 대해서 일정하게 만드는 것이며, 대표적인 예로 Gabor 변환이 있다.
본 연구에서는 이와 같이 다양한 부호화 방법 중에서 Huffinan Coding 방법을 사용하였다.
성능/효과
위의 [그림 7]과 같이 원 영상을 웨이블릿 변환과 허프만 코딩을 통해 인코딩/디코딩 한 결과 정보의 손실 없이 다시 원래의 영상으로 복원되었다. 즉 영상의 크기 및 용량에 아무런 변화 없이 영상이 인코딩/디코딩 되는 것을 알 수 있었다. 한편 허프만 코딩을 통해 영상을 압축하는 경우 웨이블릿 변환을 거친 영상과 웨이블릿 변환을 거치지 않은 영상간에는 다음의 [그림 8]에서와 같이 압축율에서 현저한 차이를 보였다.
한편 허프만 코딩을 통해 영상을 압축하는 경우 웨이블릿 변환을 거친 영상과 웨이블릿 변환을 거치지 않은 영상간에는 다음의 [그림 8]에서와 같이 압축율에서 현저한 차이를 보였다. 즉, 웨이블릿 변환을 거친 영상의 크기는 원 영상의42.85%인데 반해, 웨이블릿 변환을 거치치 않고 압축된 영상의 크기는 원영상의 93.38%로 2배가 넘는 압축율에서의 효과를 보였다.
후속연구
모바일매핑시스템에 장착된 GPS/INS시스템을 이용하면 표정을 하지 않고 직접위치참조기법 을 통해 곧바로 대상체의 3차원 위치정보를 구할 수 있다. 따라서 실시간으로 획득되는 지리정보를 이용하여 대상체의 위치를 파악 할 수 있으므로 좀 더 다양한 연구가 이루어진다면 이동객체의 인식 및 추적기술 등과 연계하여 사용될 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 서두에 언급한 바와 같이 본 연구를 통해 새로운 정보를 실시간으로 획득함에 따라 보다 빠르고 효율적인 작업이 가능해져 모바일매핑시스템을 이용한 지리정보의 활용성이 크게 증대될 것으로 기대된다.
따라서 실시간으로 획득되는 지리정보를 이용하여 대상체의 위치를 파악 할 수 있으므로 좀 더 다양한 연구가 이루어진다면 이동객체의 인식 및 추적기술 등과 연계하여 사용될 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 서두에 언급한 바와 같이 본 연구를 통해 새로운 정보를 실시간으로 획득함에 따라 보다 빠르고 효율적인 작업이 가능해져 모바일매핑시스템을 이용한 지리정보의 활용성이 크게 증대될 것으로 기대된다.
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