RFC 22: RPC 지리참조 작업
저자: 프랑크 바르메르담
연락처: warmerdam@pobox.com
상태: 승인, 구현
요약
이 RFC는 GDAL이 메타데이터로 표현되는 유리 다항식 계수(Rational Polynomial Coefficient)를 기반으로 하는 영상의 지리위치(geolocation) 용 추가 메커니즘을 지원해야 한다고 제안합니다.
지오아이(GeoEye) 및 디지털글로브(DigitalGlobe)의 제품을 포함하는 많은 현대 원시(raw) 위성영상 제품들이 RPC와 함께 배포됩니다. RPC는 이미지 전체에 걸쳐 지리참조에 대한 보다 체계적인 설명을 제공하고, 이론적으로 (DEM을 지정하는 경우) 정사보정(orthocorrection) 및 건물 높이 계산 같은 몇몇 3차원 작업을 가능하게 해주는 도형 보기(viewing geometry)에 대한 정보도 담고 있습니다.
RPC 도메인 메타데이터
RPC를 가진 데이터셋은 “RPC” 도메인에 유리 다항식을 식별하기 위한 다음 데이터셋 수준 메타데이터 항목들을 포함할 것입니다:
ERR_BIAS: 오류 - 사선(bias). 이미지에 있는 모든 포인트의 수평 축 당 미터 단위의 RMS(Root Mean Square) 사선 오류 (알 수 없는 경우 -1.0)
ERR_RAND: 오류 - 임의(random). 이미지에 있는 각 포인트의 수평 축 당 미터 단위의 RMS(Root Mean Square) 임의 오류 (알 수 없는 경우 -1.0)
LINE_OFF: 줄 오프셋
SAMP_OFF: 샘플 오프셋
LAT_OFF: 측지 위도 오프셋
LONG_OFF: 측지 경도 오프셋
HEIGHT_OFF: 측지 높이 오프셋
LINE_SCALE: 줄 척도
SAMP_SCALE: 샘플 척도
LAT_SCALE: 측지 위도 척도
LONG_SCALE: 측지 경도 척도
HEIGHT_SCALE: 측지 높이 척도
LINE_NUM_COEFF (1-20): 줄 분자 계수(Line Numerator Coefficient). Rn 방정식의 분자에 있는 다항식에 대한 계수 20개 (공백으로 구분)
LINE_DEN_COEFF (1-20): 줄 분모 계수(Line Denominator Coefficient). Rn 방정식의 분모에 있는 다항식에 대한 계수 20개 (공백으로 구분)
SAMP_NUM_COEFF (1-20): 샘플 분자 계수(Sample Numerator Coefficient). CN 방정식의 분자에 있는 다항식에 대한 계수 20개 (공백으로 구분)
SAMP_DEN_COEFF (1-20): 샘플 분모 계수(Sample Denominator Coefficient). CN 방정식의 분모에 있는 다항식에 대한 계수 20개 (공백으로 구분)
이 필드들은 다음 웹페이지에 있는 GeoTIFF RPC 제안 문서로부터 직접 파생되었습니다:
http://geotiff.maptools.org/rpc_prop.html
LINE_OFF 및 SAMP_OFF로 표현되는 줄 및 픽셀 오프셋은 픽셀의 중심을 기준으로 합니다. (#5993 티켓)
NITF 드라이버 업데이트
이 모델은 이미 RPC를 지원하지만, 기본 메타데이터 도베인 대신 RPC 도메인에 RPC들을 넣도록 수정할 것입니다.
디지털글로브 .RPB 파일 읽기 지원을 추가할 것입니다.
현재 RPC 쓰기는 지원하지 않습니다.
GeoTIFF 드라이버 업데이트
디지털글로브 .RPB 파일 읽기를 지원하도록 업그레이드할 것입니다.
우주 이미징(지오아이?)
rpc.txt파일 읽기를 지원할 수도 있습니다.RPC TIFF 태그 (GeoTIFF RPC 제안 문서 에 따라) 읽기 지원
RPC TIFF 태그 쓰기 지원
.RPB 파일 쓰기 지원 (RPB 값이 GDALGeoTIFF가 아니라 YES 또는 PROFILE인 경우)
GenImgProj 변환기 변경
현재 GDALGenImgProjTransformer() 함수를 이용해서 신뢰할 수 있는 RPC 기반 왜곡 변환기(warp transformer)를 생성하는 것은 어렵습니다. 이 함수는 지리변환(geotransform)을 사용할 수 있는 경우 RPC보다 지리변환을 사용하는 것을 선호할 것이기 때문입니다. 유용한 RPC 정보를 가진 이미지들 가운데 다수는 (근사치의 또는 정확한) 지리변환도 포함합니다. 따라서 GDALCreateGenImgProjTransformer() 함수가 변환기 생성에 더 많은 옵션을 지정할 수 있도록 실용적으로 수정할 것을 제안합니다. 이 새로운 제안 함수는 다음과 같습니다:
void *
GDALCreateGenImgProjTransformer2( GDALDatasetH hSrcDS, GDALDatasetH hDstDS,
char **papszOptions );
다음 옵션들을 지원합니다:
SRC_SRS: ‘hSrcDS’를 대체해서 사용할 WKT 공간 좌표계입니다.
DST_SRS: ‘hDstDS’를 대체해서 사용할 WKT 공간 좌표계입니다.
GCPS_OK: 이 옵션의 값이 거짓인 경우 GCP를 사용하지 않을 것입니다. 기본값은 TRUE입니다.
MAX_GCP_ORDER: 가능한 경우 GCP 파생 다항식에 사용할 최대 차수(order)입니다. 기본값은 GCP 개수를 기반으로 자동 선택되는 값입니다. -1로 지정하는 경우 다항식 대신 박막 스플라인(Thin Plate Spline)을 사용합니다.
METHOD: GEOTRANSFORM, GCP_POLYNOMIAL, GCP_TPS, GEOLOC_ARRAY, RPC 가운데 하나로 지정할 수도 있습니다. 소스 데이터셋 상에서 오직 하나의 지리위치 메소드만 간주하도록 강제합니다.
RPC_HEIGHT: RPC 계산에 사용할 고정 높이입니다.
이 새 함수가 임의 옵션 전송을 지원하지 않기 때문에 쉽게 확장될 수 없었던 예전 함수를 대체합니다. 예전 함수가 새 함수를 호출하도록 다시 구현할 것입니다.
가장 중요한 제안 사항은 METHOD 옵션으로, 코드가 가장 적절하다고 판단하는 방법을 선택하는 대신 이미지 가운데 하나를 이용해서 지리참조 좌표계 메소드를 사용하도록 지정할 수 있습니다.
gdalwarp 및 gdaltransform 변경
업데이트된 GDALCreateGenImgProjTransformer2() 함수에 변환기 옵션들을 쉽게 전송하기 위해, (이 함수를 대상으로 빌드된) gdalwarp 및 gdaltransform 프로그램이 ‘-to’(transformer option) 스위치를 포함하고 새 함수를 사용하도록 업데이트할 것입니다.
변환 과정에서 지리위치 보전하기
변환 과정에서 데이터의 공간 배열(spatial arrangement)을 변경하지 않도록 RPC 정보를 복사하고 보전해야 합니다. 이를 위해 다음 코드에 RPC 메타데이터 복사 작업을 추가할 것입니다:
VRT 드라이버의
CreateCopy()GDALDriver의 기본CreateCopy()GDALPamDataset::CopyInfo()어떤 크기 조정 또는 부분 집합 작업도 하지 않는 경우에만 중간(intermediate) 내부 VRT에 RPC 메타데이터를 복사하도록 gdal_translate 프로그램을 업데이트할 것입니다.
RPC 변환기 변경
단순 선형 근사기(approximator) 대신 픽셀/줄로부터 위도/경도/높이로 변환하는 반복 “하위 변환”을 구현합니다.
변환기로 전송되는 모든 Z 값이 (일반적으로 신(scene)의 실질적인 평균 표고인) 이 오프셋에 상대적이라고 가정하도록 해주는 RPC_HEIGHT 오프셋 지원을 추가합니다.
RPC 변환기가 (VRT 파일 등에서) 직렬화될 수 있게 만듭니다.
하위 호환성 문제점
예전에는 NITF 드라이버가 기본 도메인에 RPC 메타데이터를 반환했습니다. GDAL 1.6.0에 이 RFC를 구현하면 RPC 메타데이터를 이용하는 모든 응용 프로그램이 기본 도메인이 아니라 RPC 도메인을 사용하도록 해야 할 것입니다. 메타데이터 값에 붙던 RPC_ 접두어도 제거합니다.
일반화된 새 함수를 추가했기 때문에 예상되는 호환성 문제가 없도록, GDALCreateGenImgProjTransformer() 함수를 보전합니다.
SWIG 바인딩 문제점
확립된 메타데이터 API가 원시(raw) 접근을 수행하기 때문에, 이를 변경할 필요는 없습니다.
왜곡 API는 높은 수준에만 바인딩되기 때문에, 이와 관련된 변경 사항이 없어야 합니다.
테스트를 위해 GDAL 변환기 API를 감싸는 바인딩을 제공하는 편이 좋습니다. 다음 계획된 바인딩은
OGRCoordinateTransformationAPI 바인딩에 느슨하게 기반을 두고 있습니다. 지금까지 파이썬에서TransformPoint( bDstToSrc, x, y, z )진입점(entry point)이 유용하다는 사실을 발견했는데, 이조차도 다소 불편한(bSuccess, (x, y, z))결과값을 반환하게 되었습니다. 이를 더 훌륭하게 수행할 방법이 있을까요?
/************************************************************************/
/* 변환기(Transformer) */
/************************************************************************/
%rename (Transformer) GDALTransformerInfoShadow;
class GDALTransformerInfoShadow {
private:
GDALTransformerInfoShadow();
public:
%extend {
GDALTransformerInfoShadow( GDALDatasetShadow *src, GDALDatasetShadow *dst,
char **options ) {
GDALTransformerInfoShadow *obj = (GDALTransformerInfoShadow*)
GDALCreateGenImgProjTransformer2( (GDALDatasetH)src, (GDALDatasetH)dst,
options );
return obj;
}
~GDALTransformerInfoShadow() {
GDALDestroyTransformer( self );
}
// argout의 numinputs=0 버전 대신 numinputs=1 버전이 적용되도록
// argin typemap을 두 번째로 적용해야 합니다.
%apply (double argout[ANY]) {(double inout[3])};
%apply (double argin[ANY]) {(double inout[3])};
int TransformPoint( int bDstToSrc, double inout[3] ) {
int nRet, nSuccess = TRUE;
nRet = GDALUseTransformer( self, bDstToSrc,
1, &inout[0], &inout[1], &inout[2],
&nSuccess );
return nRet && nSuccess;
}
%clear (double inout[3]);
int TransformPoint( double argout[3], int bDstToSrc,
double x, double y, double z = 0.0 ) {
int nRet, nSuccess = TRUE;
argout[0] = x;
argout[1] = y;
argout[2] = z;
nRet = GDALUseTransformer( self, bDstToSrc,
1, &argout[0], &argout[1], &argout[2],
&nSuccess );
return nRet && nSuccess;
}
#ifdef SWIGCSHARP
%apply (double *inout) {(double*)};
%apply (double *inout) {(int*)};
#endif
int TransformPoints( int bDstToSrc,
int nCount, double *x, double *y, double *z,
int *panSuccess ) {
int nRet;
nRet = GDALUseTransformer( self, bDstToSrc, nCount, x, y, z, panSuccess );
return nRet;
}
#ifdef SWIGCSHARP
%clear (double*);
%clear (int*);
#endif
} /*확장됨*/
};
문서화
표준 API 문서는 물론, “GDAL 데이터 모델” 문서에도 RPC 메타데이터 메커니즘을 작성할 것입니다.
구현
프랑크 바르메르담이 캐나다 원자력 안전 위원회의 후원으로 이 작업을 구현할 것입니다.
테스트
RPC, GCP_TPS, GCP_POLYNOMIAL, GEOLOC 및 GEOTRANSFORM을 커버하는 변환기 API에 대한 테스트 스크립트를 구현할 것입니다.
RPB 및 GeoTIFF RPC 태그들의 읽기 및 쓰기를 테스트하는 스크립트를 작성할 것입니다.