A Fast Digital Elevation Model Extraction Algorithm Using Gradient Correlation

Gradient Correlation을 이용한 고속 수치지형표고 모델 추출 방법

The purpose of this paper is to extract fast DEM (Digital Elevation Model) using satellite images. DEM extraction consists of three parts. First part is the modeling of satellite position and attitude, second part is the matching of two images to find corresponding points of them and third part is to calculate the elevation of each point by using the results of the first and second part. The position and attitude modeling of satellite is processed by using GCPs. A area based matching method is used to find corresponding points between the stereo satellite images. The elevation of each point is calculated using the exterior orientation parameters obtained from modeling and conjugate points from matching. In the DEM generation system, matching procedure holds most of a processing time, therefore to reduce the time for matching, a new fast matching algorithm using gradient correlation and fast similarity measure calculation method is proposed. In this paper, the SPOT satellite images, level 1A 6000$\times$6000 panchromatic images are used to extract DEM. The experiment result shows the possibility of fast DEM extraction with the satellite images.

본 논문에서는 위성 영상을 이용하여 고속으로 수치지형표고 모델을 추출하기 위한 방법을 제안한다. 수치지형표고 모델 추출 방법은 위성의 위치와 자세를 계산하는 카메라 모델링 과정, 스테레오 영상으로부터 동일점을 찾아내는 정합과정 그리고 외부 표정 요소와 정합쌍을 이용하여 고도 정보를 추출하는 고도 정보 계산 과정으로 크게 구분된다. 이 중 정합 과정은 대상 영상의 모든 영역에 대하여 수행되므로 계산량이 많고, 수치지형표고 모델 추출 과정의 대부분의 수행시간을 점유한다. 따라서 본 논문에서는 수치지형표고 모델 추출 과정 중 대부분의 수행시간을 차지하는 정합 기법의 속도 향상을 통하여 수치지형표고 모델 제작 시간을 단축 시킨다. 본 논문에서 제안한 정합 기법의 속도 향상 방법은 두 가지로 분류된다. 첫째는 일반적으로 많이 사용되는 유사함수인 정규상관계수(NCC: Normalized Cross Correlation)에 비해 계산량이 적은 고속 GC(Gradient Correlation)을 사용한다. 둘째는 동일점을 찾기 위하여 사용되는 정합 창틀을 계산할 때, 이전에 미리 계산된 값을 이용하여 계산량을 감소시킨다. 실험에 사용한 입력 영상은 6000$\times$6000 크기의 충청 지역 level 1A SPOT위성 쌍의 일부분이다 실험 결과 기존의 수치지형표고 모델 추출 방법과 유사한 성능을 보이며 수행시간이 단축되는 것을 확인하였다.