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고해상도 위성영상을 활용한 자동화된 건물 영역 추출 하이브리드 접근법
A Hybrid Approach for Automated Building Area Extraction from High-Resolution Satellite Imagery 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.37 no.6, 2019년, pp.545 - 554  

안효원 (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Myongji University) ,  김창재 (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Myongji University) ,  이효성 (Dept. of Civil Engineering, Sunchon National University) ,  권원석 (Agency for Defense Development)

초록
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본 연구에서는 기존의 연구들에서 주로 사용하여왔던 현장측량, 항공사진, 라이다 데이터 등의 취득이 원천적으로 어려운 지역에 대한 건물 영역 추출을 구현하고자 하였다. 이에 접근성에 큰 영향을 받지 않는 거의 유일한 데이터인 고해상도 위성영상을 활용한 방법론을 제시하고자 한다. 영상정합을 통해 추출되는 점군 데이터 또는 DSM(Digital Surface Models)을 활용한 건물 영역 추출은 데이터내의 높은 잡음과 다수의 빈 영역으로 인해 그 정확성에 한계를 보이고 있다. 따라서 본 연구에서는 영상 정합을 통해 얻어진 3차원 점군 데이터, 영상의 색상 및 선형 정보를 결합하여 건물 영역 추출을 수행하는 하이브리드식 접근법을 제안하였다. 일차적으로 다중영상정합으로 얻어진 3차원 점군 데이터로부터 지면점과 비지면점을 분리하고, 비지면점으로부터 초기 건물 대상지를 추출한다. 이후, 영상의 색상기반 분할을 수행하여 얻어진 결과와 초기 건물 대상지를 결합하여, 색상분할기반 건물 대상지를 추출한다. 이어서 영상의 선형 추출 및 공간 분할정보를 이용하여 최종적인 건물 영역을 선정하게 된다. 본 논문에서 제시한 건물 영역 자동 추출 방법론은 Correctness: 98.44%, Completeness: 95.05%, 위치오차: 1.05m 정도의 성능을 보임을 확인하였으며, 더불어 직각형태 이상의 복잡한 건물 영역도 잘 추출함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research aims to provide a building area extraction approach over the areas where data acquisition is impossible through field surveying, aerial photography and lidar scanning. Hence, high-resolution satellite images, which have high accessibility over the earth, are utilized for the automated ...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존의 연구들에서 주로 사용하여왔던 라이다 또는 항공영상과 같은 데이터의 취득이 원천적으로 어려운 지역에 대한 건물 영역 추출을 구현하고자 목적하였으며, 이에 접근성에 큰 영향을 받지 않는 고해상도 위성영상을 활용한 방법론을 제안하였다. 영상정합으로부터 얻어진 3차원 점군 데이터는 높은 수준의 잡음과 정합 오차가 존재하기에 이로부터 건물 영역을 추출하는 것은 많은 한계가 있음을 확인하였고, 이의 극복을 위해 3차원 점군 정보와 영상의 색상 및 선형정보를 융합 활용하여 보다 향상된 건물 영역을 추출하는 하이브리드접근법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 연구들에서 주로 사용하여왔던 항공사진과 라이다 데이터의 취득이 원천적으로 어려운 지역에 대한 건물 모델링의 선행 작업으로, 건물 영역 추출을 구현하고자 하며, 이에 접근성에 큰 영향을 받지 않는 고해상도 위성영상을 활용한 방법론을 제시하고자 한다. 영상 매칭을 통하여 얻어진 3차원 점군 데이터만을 활용하여 건물 영역 추출을 수행하기에는 매칭결과물의 불완전성과 정확도 측면에서 한계가있기에 본 연구에서는 매칭으로 추출된 3차원 점군데이터와 위성영상의 시맨틱(semantic) 정보를 동시에 고려하는 하이브리드 접근 방법을 기반으로 직각형상 이상의 다양한 건물 영역 추출이 가능한 데이터 기반 방법론을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 연구들에서 주로 사용하여왔던 항공사진과 라이다 데이터의 취득이 원천적으로 어려운 지역에 대한 건물 모델링의 선행 작업으로, 건물 영역 추출을 구현하고자 하며, 이에 접근성에 큰 영향을 받지 않는 고해상도 위성영상을 활용한 방법론을 제시하고자 한다. 영상 매칭을 통하여 얻어진 3차원 점군 데이터만을 활용하여 건물 영역 추출을 수행하기에는 매칭결과물의 불완전성과 정확도 측면에서 한계가있기에 본 연구에서는 매칭으로 추출된 3차원 점군데이터와 위성영상의 시맨틱(semantic) 정보를 동시에 고려하는 하이브리드 접근 방법을 기반으로 직각형상 이상의 다양한 건물 영역 추출이 가능한 데이터 기반 방법론을 제시하였다. 제시된 방법론은 간략하게 1) 스테레오 위성영상의 매칭을 통하여 3차원 점군데이터를 생성하고, 2) 지면 및 비지면 점군 데이터 분류와 초기 건물대상지 추출, 3) 초기 건물 대상지와 pan-sharpened 위성영상을 활용한 색상분할기반 건물 대상지 추출, 4) 위성영상의 선형정보를 활용한 건물 영역 정밀 추출의 단계로 구성되어 있다.
  • 이는 영상정합으로부터 얻어진 3차원 점군 데이터 자체의 높은 잡음, 매칭 실패 등에 기인함이며, 이러한 초기 건물 대상지 점군 데이터로부터 건물 형상을 재현하는 것은 상당한 무리가 따른다. 이에 본연구에서는 건물 대상지의 품질을 향상시키고자 영상의 색상기반 분할 결과와 앞서 얻어진 초기 건물 대상지를 결합하여 색상분할기반 건물 대상지를 추출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건물 모델링 수행의 활용 자료는 어떻게 나눌 수 있는가? 건물 모델링의 주요한 목적중의 하나는 3차원의 도시 모델을 자동으로 정확하고 신속하게 구축함에 있다. 건물 모델링은 일반적으로 건물 대상지추출(building hypothesis generation)과, 건물 형상화(building reconstruction)로 나누어 생각할 수 있다.
건물 대상지 추출은 무엇인가? 우선, 건물 대상지 추출은 주어진 데이터에서 건물과 비건물영역을 분리시키는 과정이다. 그 일차적인 과정으로 지면과 비지면을 분리시키는 과정이 선행되며, 이후 비지면 데이터에서 크기와 높이 등을 고려하여 건물 대상지를 추출한다(Vosselman, 2000; Roggero, 2001; Zhang 2003; Choi and Cho,2007; Bartels and Wei, 2010).
본 논문에서 건물 영역 추출에 사용하는 하이브리드 접근 방법은 어떠한가 영상 매칭을 통하여 얻어진 3차원 점군 데이터만을 활용하여 건물 영역 추출을 수행하기에는 매칭결과물의 불완전성과 정확도 측면에서 한계가있기에 본 연구에서는 매칭으로 추출된 3차원 점군데이터와 위성영상의 시맨틱(semantic) 정보를 동시에 고려하는 하이브리드 접근 방법을 기반으로 직각형상 이상의 다양한 건물 영역 추출이 가능한 데이터 기반 방법론을 제시하였다. 제시된 방법론은 간략하게 1) 스테레오 위성영상의 매칭을 통하여 3차원 점군데이터를 생성하고, 2) 지면 및 비지면 점군 데이터 분류와 초기 건물대상지 추출, 3) 초기 건물 대상지와 pan-sharpened 위성영상을 활용한 색상분할기반 건물 대상지 추출, 4) 위성영상의 선형정보를 활용한 건물 영역 정밀 추출의 단계로 구성되어 있다. 본 논문 2장에서는 제시된 건물 영역 추출 방법론에 대하여 단계별로 구체적인 기술을 하였으며, 3장에서는 다양한 형태의 건물에 대하여 적용한 실험결과 및 정확도 분석을 기술하였고, 4장에서는 결론을 언급하였다.
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