① 측량 측점 표고 기반 DEM-free 영상정합 방법
② 슬랜트거리 보존 역투영에 의한 단일 제스처 위치보정

1. 기술분야

본 발명은 이동체(드론·차량)가 철도·도로 노선을 따라 촬영한 주행영상 위에 측량 측점·시설물(POI)·선로중심선 등 지리객체를 실시간 정합(증강현실 오버레이)하여 표시하는 영상 플레이어 기술에 관한 것이다. 구체적으로, ① 대상의 표고/수치표고모델(DEM)이 없는 상황에서 정합 정확도를 확보하는 고도 정합 방법(발명 B)과, ② 정합된 객체의 위치 오차를 사용자가 화면에서 단일 드래그 제스처로 3차원 보정하는 방법(발명 C)에 관한 것이다.

2. 배경기술 및 종래기술의 문제점

프레임별 카메라 위치·자세(GPS/IMU)를 이용해 GIS 객체를 영상에 투영하는 정합 기술은 공지되어 있다(아래 §3 선행기술 참조). 그러나 철도·도로 시설점검용 주행영상 정합에서는 다음의 구체적 문제가 남는다.

문제 1 — 대상 표고/DEM 부재로 인한 수직 정합 오차 (발명 B가 해결)

• 화면에 표시할 시설물(POI)은 주소 기반 데이터가 많아 표고(높이) 값이 없는 경우가 대부분이다.
• 표고가 없으면 카메라와 대상 간 수직각(부각)을 산출할 수 없어, 종래기술은 지면을 평평한 면(flat plane)으로 가정한다.
• 노선은 실제로 기복이 있어(예: 정표고 41.6m→57.5m로 상승), 평면 가정 시 라벨이 화면 밖/지면 아래로 이탈한다. 실측에서 잘못된 고도(≈0) 사용 시 부각오차가 42.7°에 달했다.
• 별도 DEM/LiDAR를 취득·정합하는 것은 비용·datum 정합 부담이 크다.

문제 2 — 정합 객체 위치오차의 3차원 수동보정 곤란 (발명 C가 해결)

• 주소 지오코딩 POI는 ±수십 m 오차가 있어, 정합 후에도 객체가 실제 위치와 어긋난다.
• 사용자가 화면에서 드래그로 고치려 해도, 2D 화면 이동만으로는 카메라로부터의 거리(깊이)를 결정할 수 없다(깊이 모호성). 따라서 종래에는 수평위치와 높이를 따로 조정하거나, 별도의 깊이맵(LiDAR)을 요구한다.
• 종래 정합 연구는 사용자 수동보정을 "부담이 커서 비현실적"이라며 포기하기도 한다.

3. 선행기술 조사 결과 (요약)

글로벌(Google Patents·USPTO·Esri·논문) 및 한국(Google Patents KR) 조사 후 교차검증한 결과. 상세·출처는 별첨 특허 발굴 기술문서 §6 참조. KIPRIS 전문검색은 변리사 단계에서 보강 필요.

4. 공통 기반 — 영상정합 투영 파이프라인

발명 B·C가 공통으로 사용하는 좌표 변환(검증 완료). 발명자 자체 구현이며, Python 원본과 1:1 일치 검증됨.

# 입력: 프레임별 드론 위치(lat/lon/alt)·자세(yaw/pitch/roll), 대상(lat/lon/z)
1) WGS84(lat,lon) → EPSG:5186 TM(easting,northing[m])        # proj4
2) rel = target_ENU − drone_ENU                               # 상대벡터[m]
3) R_b2w = Rz(-yaw)·Rx(pitch)·Ry(roll),  R_w2c = R_align·R_b2wᵀ
4) (Xc,Yc,Zc) = R_w2c · rel                                   # 카메라좌표
5) px = 0.5 + (Xc/Zc)·(f/sensorW),  py = 0.5 + (Yc/Zc)·(f/sensorH)   # 핀홀 투영

실시 카메라(검증 데이터): 3840×2160, 29.97fps(=30000/1001), focal 24mm, sensor 36×20.25mm, pitch −29.8°(고정).

발명 ① 측량 측점 표고 기반 DEM-free 영상정합 방법 특허성: 상

4-1. 해결하고자 하는 과제

대상(POI)의 표고/DEM이 없을 때, 별도 DEM 취득 없이 노선 기복을 반영한 지면고도를 부여하여 카메라 고도와 datum을 정합함으로써 수직 정합오차를 제거한다.

4-2. 해결수단 (구성)

1. 1측점 표고 수열 보유: 노선을 따라 실측된 복수의 측점에 대해 위치(lat/lon)와 정표고(EL, 해수면 기준)를 보유한다. (실데이터: 측점 47개, 정표고 41.6→57.5m로 노선 진행에 따라 가변)
2. 2최근접 측점 지면고도 선택: 표고 미상 대상에 대해, 노선상 가장 가까운 측점의 정표고를 그 대상의 지면고도로 채택한다. 프레임 진행에 따라 최근접 측점이 바뀌므로 지면고도가 노선 기복을 따라 갱신된다.
3. 3지오이드 datum 정합: 정표고(EL)에 지오이드고 N을 가산하여 타원체고로 변환, 드론/차량 GPS의 타원체고와 동일 기준으로 맞춘다. rel[2] = (targetZ + N) − droneAlt
4. 4정합 투영: datum 정합된 고도로 §4 파이프라인을 수행해 화면에 표지를 중첩한다.
5. 5(종속) 대상별 표고보정 핸들: 건물높이·지반차 보정을 위한 대상 전용 오프셋(poiZOffset)을 별도 제공하되, 측점·중심선의 정확 표고에는 미적용한다.

핵심 수식·실시값

# 지오이드 보정(전체 대상 공통)
타원체고 = 정표고(EL) + 지오이드고(N)        # 대전지역 N ≈ 25.8m (검증)
rel_up   = (targetZ + N) − droneAlt_ellipsoidal

# 검증(측점 157K900, frame0, 수평거리 91.3m)
정표고≈0     사용 → 수직차 −84.2m, 부각 42.7°   ❌
정표고 41.5  사용 → 수직차 −42.7m, 부각 25.1°
정표고+N≈67  사용 → 수직차 −17.7m, 부각 11.0°   ✅ (드론 rel_alt 16.85m와 일치)

4-3. 효과 (정량·검증됨)

4-4. 실시예

(하행)회덕–대전조차장 구간, 드론 SRT 텔레메트리(프레임별 lat/lon/alt/yaw/pitch/roll) + 측량 측점 CSV(Z좌표_한국=정표고) + POI CSV(표고 없음). 측점 정표고를 지면모델로, 지오이드 25.8m 가산하여 정합 → 부각 11° 달성, 구글 DEM과 0.2m 일치. 공개 DEM(SRTM 30m)보다 측량 측점이 더 정밀하여 회귀 위험도 없음.

발명 ② 슬랜트거리 보존 역투영에 의한 단일 제스처 위치보정 특허성: 상

5-1. 해결하고자 하는 과제

정합된 객체가 지오코딩 오차로 어긋났을 때, 사용자가 단일 화면 드래그로 객체의 수평·수직(3D) 위치를 동시에 보정하도록 한다. 단, 별도 깊이맵(LiDAR)에 의존하지 않는다.

5-2. 해결수단 (구성)

1. 1슬랜트거리 보존: 객체 표지의 드래그 개시 시점에 카메라–객체 간 슬랜트 거리(range)를 고정값으로 보존한다. 이것이 2D→3D 깊이 모호성을 해소하는 핵심 구속이다.
2. 2역투영: 드롭한 화면 픽셀을 카메라 방향벡터로 환산하고 보존된 거리만큼 투사하여 카메라좌표를 정한다.
3. 3월드좌표 복원: 자세 회전·평행이동의 역변환으로 lat/lon/z를 복원한다(투영 시 가산한 지오이드를 역으로 환원). 한 번의 드래그로 수평·수직이 동시 복원된다.
4. 4영속·재적용: 복원 좌표를 객체 식별자에 연계해 외부 보정파일(override)로 저장, 차기 로드시 자동 적용한다.
5. 5(종속) 가시영역 한정: 화면에 보이는(카메라 전방, Zc>0) 객체에만 보정을 허용한다.

핵심 수식 (역투영, 왕복오차 ≈0 검증)

dir_cam ∝ ((px−0.5−cx0)·sW/f, (py−0.5−cy0)·sH/f, 1)   # 픽셀→카메라 방향
cam = dir_cam/|dir_cam| · range                        # ★거리 보존(드래그 시작값)
rel = R_w2cᵀ · cam                                     # 회전 역변환
E = droneE + offX + rel.x,   N = droneN + offY + rel.y
z = droneAlt + offZ + rel.up − N_geoid                 # 정표고로 복원
(lat,lon) = TM⁻¹(E,N)

5-3. 효과

• 2D 드래그 한 번으로 3D(수평+수직) 동시 보정 → 보정 단계 절반.
• 역투영 왕복오차 ≈0(가시영역 Zc>0 검증).
• 깊이맵(LiDAR) 불요 — 단안 영상 + 자세만으로 동작.
• 보정의 파일 영속·가져오기/내보내기로 재현성 확보.

5-4. 실시예

지오코딩 오차로 선로 위에 잘못 표시된 POI(예: "88자원")를 편집모드에서 드래그 → 드롭 픽셀을 보존거리로 역투영하여 올바른 lat/lon/z 복원 → <base>_poi_overrides.json 저장 → 폴더 재로드 시 자동 반영.

6. 도면 목록 (변리사 제도용 — 발명자 확인)

7. 청구범위 핵심 포인트 (변리사 작성 가이드)

• 카테고리: B = 방법항 + 매체항, C = 시스템(장치)항 (필요시 방법항 병행).
• 종속항 후보(방어용): 비등방 거리필터(앞/옆 분해, 60m/40m), 사전계산 labelMap+보간, title-키 보간·이상치거부, 대상별 표고오프셋, 가시영역(Zc>0) 한정.
• 미국 병행 시(§101 대비): 부각오차 42.7°→11°, DEM 대비 0.2m 등 구체적 기술개선 효과를 명세서에 명시.

8. 변리사 인계 전 체크리스트 (발명자 작업)