Extraction of 3D Building Information using Shadow Analysis from Single High Resolution Satellite Images

단일 고해상도 위성영상으로부터 그림자를 이용한 3차원 건물정보 추출

Extraction of man-made objects from high resolution satellite images has been studied by many researchers. In order to reconstruct accurate 3D building structures most of previous approaches assumed 3D information obtained by stereo analysis. For this, they need the process of sensor modeling, etc. We argue that a single image itself contains many clues of 3D information. The algorithm we propose projects virtual shadow on the image. When the shadow matches against the actual shadow, the height of a building can be determined. If the height of a building is determined, the algorithm draws vertical lines of sides of the building onto the building in the image. Then the roof boundary moves along vertical lines and the footprint of the building is extracted. The algorithm proposed can use the shadow cast onto the ground surface and onto facades of another building. This study compared the building heights determined by the algorithm proposed and those calculated by stereo analysis. As the results of verification, root mean square errors of building heights were about 1.5m.

고해상도 위성영상으로부터 건물이나 도로 등 인공지물의 정보를 추출하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 영상에서 3차원 건물 정보를 추출하기 위해서 기존의 많은 연구들은 스테레오 영상이나 별도의 지상기준점, 또는 LIDAR 데이터 등을 사용하고, 센서모델링 등을 수행하였다. 이 연구에서는 단일 영상만을 이용하고, 센서모델링 등의 복잡한 과정을 거치지 않고 직접 건물의 3차원 정보를 추출하는 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 영상에 나타난 건물의 실제 그림자와 가상으로 영상 위에 투영시킨 그림자가 일치했을 때, 건물의 높이를 결정하고, 결정된 건물의 높이를 이용하여 건물 정면의 모서리 선을 생성한다. 생성된 모서리 선을 따라서 건물의 지붕 외곽선을 이동시켜서 건물의 위치 정보를 얻어낸다. 제안된 알고리즘은 지표면의 그림자를 이용한 방법과 다른 건물의 정면에 나타난 그림자를 이용한 방법으로 나누어진다. 제안된 알고리즘을 검증하기 위해서 IKONOS 스테레오 영상과 지상기준점을 이용하여 추출한 건물 높이와 제안된 알고리즘을 이용하여 추출한 건물 높이를 비교하였으며, 30개의 건물을 검증해 본 결과 추출된 건물 높이의 RMSE는 약 1.5m로 나타났다.