[논문]고해상도 디지털항공사진 카메라 도입에 따른 DMC의 3차원 위치결정 정확도 평가

함창학; 장휘정

문제 정의

항공디지털카. 메라 중에서 가장 아날로그 카메라와 유사한 기 하구조를 가지는 DMC의 3차원 위치결정의 정확도를 평가하고자 하였다. 이를 위해서 인천인근지역에 테스트필드를 설치하고 각각 아날로그 및 디지털카메라로 항공사진을 취득한 후 GPS/De자료와 추가 기준점들을 활용하여 각각 의사 진에 대한 평균제곱근오차, 최대오차 및 평균오차를 산출하고 분석하였다.
본 연구에서는 최근에 항공사진측량을 위해 도입되고 있는 고해상도 디지털 카메라 중에서 DMC의 정확도를 평가하기 위해서 테스트필드를 설치하고, 다음의 4가지 경우에 대하여 정확도 평가를 실시하였다. 또한 GPS/I仙们로부터 결정된 외부표정요소에 추가적으로 기준점을 사용하여 항공삼각측량을 실시함으로서 3차원 위치결정의정확도 향상 가능성에 대해서도 평가하였다.
본 연구에서는 GRS 80 타원체를 기준으로 한 TM(Transverse Mercator) 좌표계를 기준으로 자료를 처리하고 정확도를 평가하였다. 정확도 평가는 입 체모델을 구성한 후 수동으로 직접 좌표점을 독취하여 계산하였다.
본 연구에서는 최근 항공사진촬영용으로 도입되고 있는 여러 종류의 고해상도 항공디지털카메라 중에서 가장 아날로그 카메라와 유사한 기하구조를 가지는 DMC의 3 차원 위치결정 정확도를 평가하였다. 이를 위해서 인천 인근 지역에 테스트필드를 설치하고 각각 아날로그 및 디지털카메라 항공사진에 대해서 GPS/IMU자료만을 이용했을 경우와추가 기준점을 투입했을 경우로 구분하여 정확도를 비교 .

제안 방법

메라 중에서 가장 아날로그 카메라와 유사한 기 하구조를 가지는 DMC의 3차원 위치결정의 정확도를 평가하고자 하였다. 이를 위해서 인천인근지역에 테스트필드를 설치하고 각각 아날로그 및 디지털카메라로 항공사진을 취득한 후 GPS/De자료와 추가 기준점들을 활용하여 각각 의사 진에 대한 평균제곱근오차, 최대오차 및 평균오차를 산출하고 분석하였다.
또한 GPS/I仙们로부터 결정된 외부표정요소에 추가적으로 기준점을 사용하여 항공삼각측량을 실시함으로서 3차원 위치결정의정확도 향상 가능성에 대해서도 평가하였다. 4가지의 경우는 아래와 같다.
중복도는 진행방향 70%, 코스중복 40%로설정하였으며 한 코스당 10매, 총 4코스로 촬영하여 총 40매의 고해상도 디지털항공사진을 취득하였다. 촬영당시의 기상사정으로 고고도 촬영은 수행하지 못하였으며, 이륙에서 촬영 및 착륙까지 약 30분 소요되었다.
Mercator) 좌표계를 기준으로 자료를 처리하고 정확도를 평가하였다. 정확도 평가는 입 체모델을 구성한 후 수동으로 직접 좌표점을 독취하여 계산하였다. 자료처 리를 위해서 SOCET SET S/W를 주로 활용하였으며, 그림 5는 디지털항공사진의 번들블록 조정을 수행하는 과정으로서(a)는 입체모델의 분포, (b)는 기준점의 분포, (c)는 생성된 접합점의 구성을 보여주고 있다.
자료처 리를 위해서 SOCET SET S/W를 주로 활용하였으며, 그림 5는 디지털항공사진의 번들블록 조정을 수행하는 과정으로서(a)는 입체모델의 분포, (b)는 기준점의 분포, (c)는 생성된 접합점의 구성을 보여주고 있다. 3차원위치결정시 서로 다른 입체모델에서 반복적으로 나타나는 점들에 대해서도 모두 3차원 위치결정을 수행하고, 정확도 평가에 활용하였다.
그러나 위의 내용은 아날로그 항공카메라에 대한 규정으로서 디지털 항공카메라의 경우에는 현재 작업 규정을 협의 중에 있으며, 본 연구에서는 항공삼각측량의 수행을 위해서 6점의 기준점을 투입하여 GPSAMU로부터 계산된 외부표정요소를 갱신하였으며, 9개의 검사점에 대한 3차원 위치 결정의 정확도는 표 4 에서 보는 바와 같다.
표 5는 GPS/IMU로부터 결정된 외부표정요소를 이용하여 Direct Georeforencing를 수행한 결과로서 아날로그 항공사진촬영 과 디지털 카메라항공사진촬영사이의 시간차로 인해서 총 15개의 기준점 중에서 5개의 기준점(1번, 4번, 7번, 10번, 13번)이 망실되거나 혹은 촬영 대상영역에서 벗어나는 문제가 발생하여 총 10점의 검사점에 대한 정확도를 평가하였다. 표 5에서 보는 바와 같이 RMSE 가 X방향, Y방향, Z방향으로 각각 5.
지상기준점 총 10점 중에서 6점을 임으로 선정하여 항공 삼각측량에 활용하고 4점을 검사점으로 활용하는 방법을 총 10번을 반복 수행하였으며, 그 결과는 표 6과 같다. 아날로그 카메라의 경우와 마찬가지로 기준점을 추가로 사용하여 외부표정요소를 갱신했을 경우 세 방향 모두 약 3cm~8cm의 정확도가 향상되는 것으로 나타났다.
위치결정 정확도를 평가하였다. 이를 위해서 인천 인근 지역에 테스트필드를 설치하고 각각 아날로그 및 디지털카메라 항공사진에 대해서 GPS/IMU자료만을 이용했을 경우와추가 기준점을 투입했을 경우로 구분하여 정확도를 비교 . 평가하였다.
0cm를 보였으며, 추가적인 기준점을 사용하여 항공삼각측량을 수행할 경우에 정확도가 향상됨을 알 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서 아날로그 및 디지털카메라 항공사진의 정확도를 비교 . 평가를 수행한 결과 정확도 및 기술적 측면에서 두 카메라는 큰차이가 없었으며, 기준점을 사용했을 경우에 정확도는 증가함을 알 수 있었다.

대상 데이터

Geosystems이 공동으로 개발하였으며 3라인 스캐너 원리를 이용하고 있다. 촬영되는 항공사진은 프레임카메라가 아닌 긴 선형 CCD 배열의 Pushbroom형태의 카메라 (Digital Line Camera)를 이용하여 촬영하며, 3개의 흑백영상과 4개의 다중분광 영상을 동시에 취득할 수 있다. ADS40은 전방, 수직, 후방의 3채널을 이용하여 대상지역을 동시에 촬영하므로 취득된 영상의 중복도가 매우 높을뿐만아니라거의 평행으로투영되기 때문에 사진상에 왜곡이 적다.
어 판매되고 있다. UltraCAMD 시스템의 카메라 모듈은 8개의 광학카메라콘이 평형으로 배치되어 있으며, 총 13개의 프레임 CCD 센서를 사용한다. 8개의 광학카메라콘 중, 가운데 일렬로 배치되어 있는 4개의 카메라 콘은흑백 영상을 획득하며 좌우로 두개씩 배치되어 있는4개의 카메라 콘은 RGB 영상과 근적외선 영상을 획득한다.
UltraCAMD 시스템의 카메라 모듈은 8개의 광학카메라콘이 평형으로 배치되어 있으며, 총 13개의 프레임 CCD 센서를 사용한다. 8개의 광학카메라콘 중, 가운데 일렬로 배치되어 있는 4개의 카메라 콘은흑백 영상을 획득하며 좌우로 두개씩 배치되어 있는4개의 카메라 콘은 RGB 영상과 근적외선 영상을 획득한다. 흑백 영상을 촬영하는데 사용되는 9개의 프레임 센서는중 축척의 영상을 획득하며 이를 통해 대축척 흑백 영상을 촬영하게 된다.
8개의 광학카메라콘 중, 가운데 일렬로 배치되어 있는 4개의 카메라 콘은흑백 영상을 획득하며 좌우로 두개씩 배치되어 있는4개의 카메라 콘은 RGB 영상과 근적외선 영상을 획득한다. 흑백 영상을 촬영하는데 사용되는 9개의 프레임 센서는중 축척의 영상을 획득하며 이를 통해 대축척 흑백 영상을 촬영하게 된다.
본 연구를 위한 대상지역으로서 인천광역시 논현동과경기도 서창동, 신현동을 테스트 필드를 선정하였고, 총 15점의 기준점을 GPS측량(평면 기준점) 및 수준측량(높이 기준점)을 통해 설치하였다. 테스트 필드의 위치 기준점 및 검사점의 분포는 아래 그림 2와 같다.
아날로그 및 디지털항공사진의 촬영은 각각 2007년 5 월 15 일과 2008년 11월 30일 촬영하였으며 약 1년 6개월의 시간차를 가진다. 아날로그 항공사진촬영을 위해서 사용된 카메라의 기종은 RC30이고, 디지털카메라는 DMC 를 이용하여 촬영하였다.
시간차를 가진다. 아날로그 항공사진촬영을 위해서 사용된 카메라의 기종은 RC30이고, 디지털카메라는 DMC 를 이용하여 촬영하였다. 현재 외부표정요소의 결정을 위해서 항공사진측량용으로 주로 많이 사용되는 GPS/IMU 장비 로는 독일 IGI사의 AEROcontrol Kit, 캐나다APPLAN1X사의 POS AVkit, 및 Leica사의 IPAS10 등이 있으며, 본 연구에서 사용된 장비는 APPLANIX사의 POS AV kit이다.
아날로그 항공사진촬영을 위해서 사용된 카메라의 기종은 RC30이고, 디지털카메라는 DMC 를 이용하여 촬영하였다. 현재 외부표정요소의 결정을 위해서 항공사진측량용으로 주로 많이 사용되는 GPS/IMU 장비 로는 독일 IGI사의 AEROcontrol Kit, 캐나다APPLAN1X사의 POS AVkit, 및 Leica사의 IPAS10 등이 있으며, 본 연구에서 사용된 장비는 APPLANIX사의 POS AV kit이다. 사용된 POS AV(Model 510)장비 의 정확도는 표 2와 같다.
먼저, 아날로그 항공사진의 취득을 위해서 2007년 5월 15 일 비행고도는 800m에서 한 코스당 7매로 하여 4코스로 총28장의 항공사진을 촬영하였다. 그림 3은 RC3。아날로그카메라를 이용하여 2007년 5월 5일 테스트필드지 역을 촬영한 아날로그 항공사진들이다.
RC3。아날로그카메라를 이용하여 2007년 5월 5일 테스트필드지 역을 촬영한 아날로그 항공사진들이다.

성능/효과

아날로그카메라 대신에 디지털카메라를 이용하여 항공사진측량을 실시할 경우 필름을 이용하지 않으므로 현상, 자료의 처리 비용 측면에서 공간 . 시간적 절감이 가능하며, 또한 필름으로부터 수치 영상을 획득하기 위한스캐닝 작업의 생략이 가능하여 작업 오차를 방지할 수 있다. 또한 물리적인 필름이 아닌 수치 데이터 이므로 컴퓨터에 저장이 가능하여 보관 및 유지관리 에도 용이하다.
표 3은 아날로그항공사진과 GPS/IMU를 사용하여 결정한 외부표정요소로부터 15개의 검사점에 대해서 Direct Georefferencing를 실시하여 3차원 위치를 결정하고 각각의 점들에 대해서 오차를 계산한 결과로서 RMSE가 X 방향, Y방향, Z방향으로 각각 18.7cm, 14.7cm, 15.1cm로 나타났다.
정확도를 평가하였다. 표 5에서 보는 바와 같이 RMSE 가 X방향, Y방향, Z방향으로 각각 5.9cm, 10.1cm, 13.1cm로 나타났으며, 아날로그 카메라에 비해 향상된 정확도를 보였다.
1cm로서 DMC 카메라의 정확도가 우수한 경향을 보였다. 둘째, GPS/IMU 자료와 기준점을 활용하여 항공삼각측량을 수행했을 경우 아날로그 카메라의 RMSE는 10.6cm, 8.3cm, 9.7cm, DMC 카메라의 RMSE는 3.0cm, 3.8cm, 5.0cm를 보였으며, 추가적인 기준점을 사용하여 항공삼각측량을 수행할 경우에 정확도가 향상됨을 알 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서 아날로그 및 디지털카메라 항공사진의 정확도를 비교 .
마지막으로, 본 연구에서 아날로그 및 디지털카메라 항공사진의 정확도를 비교 . 평가를 수행한 결과 정확도 및 기술적 측면에서 두 카메라는 큰차이가 없었으며, 기준점을 사용했을 경우에 정확도는 증가함을 알 수 있었다.
그 결과 첫째, GPS/MJ 자료만을 활용했을 때 아날로그 항공사진의 3차원 위치결정 RMSE는X방향, Y방향, Z 방향으로 각각 18.7cm, 14.7cm, 15.1cm, DMC 카메 라 항공사진은 5.9cm, 10.1cm, 13.1cm로서 DMC 카메라의 정확도가 우수한 경향을 보였다. 둘째, GPS/IMU 자료와 기준점을 활용하여 항공삼각측량을 수행했을 경우 아날로그 카메라의 RMSE는 10.

후속연구

본 연구에서는 대상지역이 평탄한지역으로서 추후다양한 고도를 가지는 지역에 대해서(산악지역, 도심지역, 구릉지 등) 많은 기준점 및 검사점을 기초로 기준점분포및 개수에 따른 정확도 분석이 추가적으로 진행되어야 할것이다.

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