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문제 정의
- 이를 위하여 기선거리 Im로 2대의 디지털 카메라를 하나의 플레이트에 장착 하였으며 각각의 카메라에 대해 내부표정을 하고, 스테레 오 카메라에 대해 하나의 좌표계상에서 외부표정을 수행하였다. 그리고 야외에서 정확한 길이를 관측한 타겟을 촬 영한 후 촬영거 리와 촬영각도에 따른 오차와 특정 촬영거 리에서 영상측점 오차에 따른 위치정확도를 평가하여 스 테레오 디지털 카메라 장비를 이용한 사진측량의 정확도 를 분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 스테레오 디지털 카메라 장비를 제작하고 개발된 사진측량 프로그램을 이용하여 현장 적용시 기 대되는 사진측량의 정확도를 평가하고자 하였다. 스테레 오 디지털 카메라장비에 대해 내부표정과 외부표정 작업을 수행한후 운동장에 설치한 5m 간격의 5개의 타겟을 대상으로 실험하였다.
제안 방법
- 설치된 타겟은 총 81 점이 며 봉의 크기는 3단계로 10cm, 20cm, 30cm 크기의 봉을 불 규칙하게 배열하였다. 각각의 타겟들의 3차원 좌표를측정 하기 위하여 2대의 데오돌라이트를 이용한 간접삼각측량 을 실시하여 측량성과를 취득하였다.
- 스테레오 영상의 촬영범위를고려하여 좌우로 길게 표정점이 분포한다. 내 부표정 작업과 마찬가지로 데오돌라이트를 이용한 간접 삼각측량으로 지싱기준점 3차원 좌표를 관측하였다.
- 내부표정과 외부표정 작업을 통해서 얻은 표정요소값을 이용해서 현장에서 취득한 영상을 처리하여 사진즉량 의 정확도를 평 가하였다’ 장애물이 없는 운동장에 5개의 타겟을 5m 간격으로 설치하고 스테레오 카메라 장비를 이용하여 촬영거 리와 각도를 다르게 하여 영상을 촬영하였다. 촬영지점은 그림 5와 같이 대상물과의 거 리는 20m, 40m, 70m, 100m, 각도는 정면, 30도, 60도이다.
- 내부표정을 위해 개발된 프로그램에 카메라의 픽셀크 기 , 영상크기 , 초점 거리 등 카메 라 정보를 입력 하고 각각의 카메라를 이용해 촬영한 표정판 영상의 타겟점에 대한 영 상좌표를 관측하였다. 미리 측량한 표정판의 3차원 좌표와 영상좌표를 식 (1)에 대입하여 내부표정을 수행하였다.
- 디지털카메라 정보와 내부표정요소 그리고 외부표정요 소의 초기값을 개발된 프로그램에 입력한 후, 각각의 카메 라 영상에 대해 타겟점을 관측하여 식(1)을 이용한 외부표 정을 수행하였다. 내부표정 과정과 마찬가지로 외부표정 요소의 값과오차는 표 5에서 표 8과 같이 정리하였다.
- 본 연구에서는 디지털 영상을 취득하는데 있어서 일반적으로 하나의 카메라로 영상을 취득하는 단사진 촬영이 아닌 동시에 두 대의 디지털 카메라를 이용하여 영상을 취 득함으로서 영상에서 대상점에 대한3차원 위치정보 및 길 이, 면적 등의 정보를 취득하는 장비를 제작하고 이를 근거리 사진측량에 활용하였다. 두 대의 카메라를 하나의 프레 임 상에 고정시킴으로서 외부표정요소를 고정된 값으로 이용할 수 있으며 이를 통해 3차원 상대좌표를 영상 촬영 과측점만으로 간편하게 구할 수 있다.
- 4mm CMOS로 1080만 화소이다. 사진측량을 위한 장비는 카메 라 두 대를 이용하여 기 선거 리가 Im인 하나의 프레 임 상에 제작하였다. 제작된 장비의 모습은 그림 1과 같다.
- 영상측점은 영상으로부터 3차원 대상점의 좌표를 구하 는데 가장 직접적으로 영향을 미치는 인자이다. 영상측점 의 오차가 정확도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 좌측 영상은 정확하게 측점하고 우측영상은 정확하게 측점한 결과와X축과y축으로 영상측점의 오차가 있는 경우 계산 되어지는 대상점의 3차원 좌표상에는 어떤 영향이 발생하 는지 평가하였다. 표 1。에서 표 12는 사용자가 정확하게 측 점했을때의 결과와 영상측점시 인위적으로 오차를 3픽셀 정도 주었을 때 발생하는 지상 대상공간 좌표계 상의 X, Y, Z 축오차를 분석한 결과이다.
- 두 대의 카메라를 하나의 프레 임 상에 고정시킴으로서 외부표정요소를 고정된 값으로 이용할 수 있으며 이를 통해 3차원 상대좌표를 영상 촬영 과측점만으로 간편하게 구할 수 있다. 이를 위하여 기선거리 Im로 2대의 디지털 카메라를 하나의 플레이트에 장착 하였으며 각각의 카메라에 대해 내부표정을 하고, 스테레 오 카메라에 대해 하나의 좌표계상에서 외부표정을 수행하였다. 그리고 야외에서 정확한 길이를 관측한 타겟을 촬 영한 후 촬영거 리와 촬영각도에 따른 오차와 특정 촬영거 리에서 영상측점 오차에 따른 위치정확도를 평가하여 스 테레오 디지털 카메라 장비를 이용한 사진측량의 정확도 를 분석하고자 하였다.
- 두 대의 카메라는 나무 플레이트 위에 볼트와 너트로 고정했으며 실리콘으로 보강하여 완전히 고정하였다. 플레이트 가운 데 수준기를 부착하여 지표에 수평하게 영상을 촬영할 수 있도록 고안하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 디지털 카메라는 일반 디지털 카메라중에서도 하이 엔드급인 SONY CYBER-SHOT DSC-R1 제 품으로 초점거 리는 14.3mm이고 센서는 21.5 x 14.4mm CMOS로 1080만 화소이다. 사진측량을 위한 장비는 카메 라 두 대를 이용하여 기 선거 리가 Im인 하나의 프레 임 상에 제작하였다.
- 식 (2)에서 kv fc2, fc3 는 방사방향 왜곡에 대한 계수이고 r 은 식 (3)과 같이 표현되는 주점에서부터의 방사거리이다. 본 연구에서는 kv k2 만을 이용하였다.
- 내부표정 작업을 위한 표정판은 그림 3과 같이 크기 Imx hn로 제작하였다. 설치된 타겟은 총 81 점이 며 봉의 크기는 3단계로 10cm, 20cm, 30cm 크기의 봉을 불 규칙하게 배열하였다. 각각의 타겟들의 3차원 좌표를측정 하기 위하여 2대의 데오돌라이트를 이용한 간접삼각측량 을 실시하여 측량성과를 취득하였다.
- 본 연구에서는 스테레오 디지털 카메라 장비를 제작하고 개발된 사진측량 프로그램을 이용하여 현장 적용시 기 대되는 사진측량의 정확도를 평가하고자 하였다. 스테레 오 디지털 카메라장비에 대해 내부표정과 외부표정 작업을 수행한후 운동장에 설치한 5m 간격의 5개의 타겟을 대상으로 실험하였다. 실험 결과 촬영거 리가 멀어짐에 따라 정확도가급격히 떨어지는 것을 알 수 있었으며 Im 기선거 리의 장비의 경우40m 촬영거리에서 10cm 정도의 오차가 발생하였다.
- 하나의 프레임상에 고정된 두 대의 디지털 카메라를 하나의 좌표 계상의 타겟점을 이용하여 외부표정하게 되면, 이후단계 부터는 미리 구한 내부표정요소와 외부표정요소를 고정 된 값으로 이용할 수 있기 때문에 장비를 이용해 어 디 에서 영상을 촬영하던지 영상상에 나타난 대상물에 대해 별도 의 표정작업을 다시 할 필요없이 영상 측점만으로 대상점 에 대한 3차원 상대좌표를 얻을 수 있다. 외부표정요소를 구하기 위한 타겟은 그림 4와 같이 총 41점으로 제작하였 으며 크기는상하70cm, 좌우 180cm이다. 스테레오 영상의 촬영범위를고려하여 좌우로 길게 표정점이 분포한다.
- 그림 6에서부터 그림 9는 정면을 기준으로 각각의 촬영 거리에 취득한 영상이다. 촬영거리는 5개의 타겟 중 가운 데의 타겟을 기준으로 하였다.
- 내부표정과 외부표정 작업을 통해서 얻은 표정요소값을 이용해서 현장에서 취득한 영상을 처리하여 사진즉량 의 정확도를 평 가하였다’ 장애물이 없는 운동장에 5개의 타겟을 5m 간격으로 설치하고 스테레오 카메라 장비를 이용하여 촬영거 리와 각도를 다르게 하여 영상을 촬영하였다. 촬영지점은 그림 5와 같이 대상물과의 거 리는 20m, 40m, 70m, 100m, 각도는 정면, 30도, 60도이다.
데이터처리
- 그동안 수행된 디지털 카메라 영상관련 연구로, 유복모등(1997)은 Abdel-Aziz와Karara가 제안한 직접선형변환식과 방사 및 편심왜곡을 검정하기 위한 모형식을 구성하였 고, 정수 등(2005)은 콤팩트형 디지털 카메라의 물리적 사 진기 매개변수를 직접 선형 변환식으로부터 산정하였으며, 오재홍 등(2006)은 내부 표정요소를 정확히 계산하기 위하여 지상 기준점수, 사진의수, 기준점의 차원등의 조건에 따 른카메라자체 검정 정확도에 대하여 분석 하였다그리고 Pullivelli(2005)-b 내부표정요소를 지속적으로 동일한 값을 구할 수 없더 라도 향후 번들 조정시 에 외부표정요소와 의 상관관계로 인하여 보상이 됨을 밝혔다. 줌 렌즈 카메라 에 대해서는 유환희 등(2003)이 줌 렌즈 CCD 카메라의 변 수 계산과3차원 위치 정확도를 평가하기 위해 DLT와Tsai 기법을 비교분석하였다. 최근 각종 기기들을 이용하여 간 편하게 디지털 영상을 취득할 수 있으며 일반적으로 널리 이용하는 디지털 카메라는 비교적 저가의 기기로 손쉽게 디지털 영상을취득할 수 있고자료의 취득, 저장, 재생, 활 용 및 타 시스템과의 연계에도 많은 장점을 가지고 있다.
이론/모형
- 카메라의 초점거리, 주점이동량, 렌즈왜곡계수 등은 카 메라마다 독자적으로 갖게 되는 고유 특성값으로 이러한 값들을 결정하기 위한 과정이 내부표정이다. 렌즈왜곡계 수 중 편심왜곡은 대부분의 근거리 사진측량에서 그 차이가 미미하여 고려하지 않았으며 방사왜곡계수의 경우 Pullivelli(2005)2] 연구결과를 고려하여 2차항 까지만을 적용하였다. 내부표정 작업을 위한 표정판은 그림 3과 같이 크기 Imx hn로 제작하였다.
성능/효과
- 대상물의 길이는 정면에서 가장 정확하게 측정되었다. 타겟이 취득한 영상의 가운데에 위치할수록 정확하게 측 정되었다.
- 기선거리의 제약으로 인해 촬영거리 또한 어느 정도 허용 정확도 내에서 제한을 해야할 것으로 사료된다. 또한 영상측점 오차에 의해 발생할 수 있는 위치오차를 분석하기 위하여 인위적으로 영상측점시 영상좌표 x, y축 으로 3픽셀의 오차를 주어 얻은 좌표들을 비교해보면 영 상좌표y축에 비해 특히 X축오차가 위치결정에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 특히 Z축 좌표는 촬영 거 리방향 의 축이 기 때문에 영상측점의 오차에 대한 영향을 가장 크게 받는 것을 알 수 있었다.
- 스테레 오 디지털 카메라장비에 대해 내부표정과 외부표정 작업을 수행한후 운동장에 설치한 5m 간격의 5개의 타겟을 대상으로 실험하였다. 실험 결과 촬영거 리가 멀어짐에 따라 정확도가급격히 떨어지는 것을 알 수 있었으며 Im 기선거 리의 장비의 경우40m 촬영거리에서 10cm 정도의 오차가 발생하였다. 기선거리의 제약으로 인해 촬영거리 또한 어느 정도 허용 정확도 내에서 제한을 해야할 것으로 사료된다.
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