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문제 정의
- 본 연구에서는 하이엔드형 줌렌즈 디지털 카메라의 내부표정 과정을 여러 번 수행하여 구해진 내부표정요소 값들의 안정성을 평가하였으며, 줌의 배율을 변화시켜가며 영상을 취득하여 배율에 따른 주점 이동량과 방사 왜곡계수의 변화 양상을 분석하였다. 또한 이를 통하여 특정 줌 배율의 디지털 카메라 내부표정 요소들을 일정 배율 줌으로부터 보간해서 적용할 수 있을지에 대해 그 가능성을 판단하고자 하였다.
- 이 연구에서는 줌렌즈에서 줌 배율이 가변함에 따른 내부표정의 안정성, 방사왜곡의 변화 양상, 렌즈 주점 위치의 변화 등에 대해 실험적인 연구를 적용하여 보았다.
제안 방법
- 증대될 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 하이엔드형 줌렌즈 디지털 카메라의 내부표정 과정을 여러 번 수행하여 구해진 내부표정요소 값들의 안정성을 평가하였으며, 줌의 배율을 변화시켜가며 영상을 취득하여 배율에 따른 주점 이동량과 방사 왜곡계수의 변화 양상을 분석하였다. 또한 이를 통하여 특정 줌 배율의 디지털 카메라 내부표정 요소들을 일정 배율 줌으로부터 보간해서 적용할 수 있을지에 대해 그 가능성을 판단하고자 하였다.
- 카메라 렌즈의 줌을 조절함으로서 초점거리를 변화시켜가며 방사왜곡과 주점 위치의 변화를 분석하였다. 줌 배율 이외의 변수들은 모두 동일하게 고정하였으며, 그림 3과 같은 내부표정 시트를 벽면에 고정한 후 상하좌우 네 방향에서 시트의 형상이 최대한 포함되도록 촬영하였다.
- 줌 배율 이외의 변수들은 모두 동일하게 고정하였으며, 그림 3과 같은 내부표정 시트를 벽면에 고정한 후 상하좌우 네 방향에서 시트의 형상이 최대한 포함되도록 촬영하였다. 또한 내부표정시트 타켓이외에 다른 타겟들이잡히지 않도록 오류를 제거하였다.
- 줌 배율 이외의 변수들은 모두 동일하게 고정하였으며, 그림 3과 같은 내부표정 시트를 벽면에 고정한 후 상하좌우 네 방향에서 시트의 형상이 최대한 포함되도록 촬영하였다. 또한 내부표정시트 타켓이외에 다른 타겟들이잡히지 않도록 오류를 제거하였다. 내부표정의 신뢰성과 안정성을 평가하기 위해 일정한 시간 간격을 두고 각각의 줌 배율을 1, 2, 3, 4배 줌으로 설정한 후 내부표정 과정을 10회 수행하여 초점거리, 주점의 위치, 방사 왜곡계수를 구하였다.
- 또한 내부표정시트 타켓이외에 다른 타겟들이잡히지 않도록 오류를 제거하였다. 내부표정의 신뢰성과 안정성을 평가하기 위해 일정한 시간 간격을 두고 각각의 줌 배율을 1, 2, 3, 4배 줌으로 설정한 후 내부표정 과정을 10회 수행하여 초점거리, 주점의 위치, 방사 왜곡계수를 구하였다. 또한 줌 배율에 따른 방사방향 왜곡계수와 주점이동량의 변화를 살펴보기 위해 줌의 배율을 0.
- 내부표정의 신뢰성과 안정성을 평가하기 위해 일정한 시간 간격을 두고 각각의 줌 배율을 1, 2, 3, 4배 줌으로 설정한 후 내부표정 과정을 10회 수행하여 초점거리, 주점의 위치, 방사 왜곡계수를 구하였다. 또한 줌 배율에 따른 방사방향 왜곡계수와 주점이동량의 변화를 살펴보기 위해 줌의 배율을 0.5배 단위로 증가시키면서 최대 4배 배율까지 영상을 취득하여 내부표정 과정을 수행하였다.
- 본 연구에서는 동일한 카메라에 대해 동일한 촬영조건으로 반복하였을 때의 내부표정 산정 결과의 안정성을 검토하기 위하여 각 줌 배율별로 10회의 반복실험을 통해 초점거리, 방사왜곡계수 k1, k2의 평균과 표준편차를 구하였다. 또한, 산정된 내부표정의 안정성을 검토하기 위해 변동계수를 구하였으며, 그 결과는 표 1, 2, 3과 같다.
- 구하였다. 또한, 산정된 내부표정의 안정성을 검토하기 위해 변동계수를 구하였으며, 그 결과는 표 1, 2, 3과 같다. 변동계수는 표준편차를 평균으로 나눈 값으로 숫자가 클수록 값의 안정성이 낮고 상대적이 차이가 크다는 것을 의미한다.
- 디지털 카메라의 줌 배율에 따른 방사왜곡 계수의 변화를 관찰하기 위해 줌의 배율을 1배에서 최대 4배 배율까지 0.5배 간격으로 증가시면서 총 7개 경우의 영상을 취득하여 내부표정 과정을 수행하였다. 九3는 일반적으로 근거리 사진측량에서는 값이 크지 않고 고려하지 않아도 정확도의 큰 영향이 없다는 기존 연구 결과에 따라 고려하지 않았다.
- 비측량용 카메라인 디지털 카메라의 경우 지표 원점을 구하는 것이 불가능하므로 CCD의 중심 화소로부터 x축과 y축 방향으로의 이격량으로 렌즈의 주점을 표현하기도 한다. 본 연구에서는 디지털 영상의 좌상단 모서리를 기준으로 하여 주점의 좌표를 나타내었다.
- 본 연구는 하이엔드형 디지털 줌렌즈 카메라를 이용하여 줌 배율을 변화시켜가면서 주점의 위치와 방사 왜곡 계수의 변화 양상을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 디 지털카메라는 그림 2와 같은 일본 SONY사의 하이엔드형 디지털 카메라인 DSC-R1 모델로서 유효 화소수 1080만화소이며 렌즈는 약 14.3-71.5mm 의 5배까지 줌이 가능하며 이미지센서는 21.5mm by 14.4mm로 구성되어 있다. 또한 본 연구에서 사용된 카메라 영상처리 소프트웨어는 렌즈 초점거리, 렌즈 왜곡, CCD 포맷사이즈, 주점을 카메라 검정을 통해 구할 수 있는 EOS System Inc.
데이터처리
- 그리고 Pullivelli(2005)는 내부표정요소를 지속적으로 동일한 값을 구할 수 없더라도 향후 번들 조정 시에 외부표정요소와의 상관관계로 인하여 보상이 됨을 밝혔다. 줌 렌즈 카메라에 대해서는 유환희 등(2003)이 줌 렌즈 CCD 카메라의 변수 계산과 3차원 위치 정확도를 평가하기 위해 DLT와Tsai 기법을 비교분석하였다.
성능/효과
- 그림 5를 살펴보면 줌 배율의 변화에 따른 주점위치의 변화가 일정한 패턴을 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 주점위치의 y축 성분과, 축 성분인 xp와 yP 모두가 줌 배율의 증가에 따라거의 선형적으로 변화하고 있음을 알 수 있다.
- 그러므로 이러한 변화의 추세를 모든 카메라에 대해 일반화 시키는 것은 곤란할 것이다. 하지만, 실험에 사용된 카메라와 비슷한 구조를 가지는 카메라에 대해서는 줌 배율의 변화에 따른 주점 위치의 변화를 모델링하는 것이 가능할 수 있다는 것을 보여준다.
- 줌 배율을 변화할 때 반복촬영에 따른 내부표정 요소의 안정성의 경우, 초점거리의 경우는 극도로 안정된 결과를 나타내고 있으며, 방사왜곡계수 k1의 경우도 어느 정도 안정된 결과를 나타내고 있었다. 반면에 k2의 경우는 변동계수가 다소 크게 나타나고 있어서 상대적으로 불안정하였다.
- 디지털 카메라의 줌 배율에 따른 방사왜곡 계수의 변화는 본 연구에서 사용한 카메라의 경우 k1와k2 두 가지 경우 모두 줌의 배율이 증가함에 따라 0에 근접하는 경향을 보이고 있었다. 이는 줌 렌즈의 배율이 높아질수록 렌즈의 방사왜곡이 적다는 것을 의미한다.
- 사진촬영매수가 증가할수록 사진측량 비용이 증가하게 되고 성과의 정확도는 저하될 가능성이 높아질 것이다. 따라서 줌 렌즈의 배율을 무작정 높이기보다는 적절한 촬영 범위를 갖는 화각 내에서 방사 왜곡 계수를 정밀하게 산정하는 방법을 찾는 것이 보다 적합할 것으로 판단된다.
- 첫째, 주요 내부표정요소인 초점거리와 방사 왜곡계수는 줌 배율이 변화하더라도 반복적인 촬영에서 안정적으로 산정되고 있음을 알 수 있었다.
- 둘째, 방사왜곡과 주점의 위치의 경우 줌 배율의 변화에 따라 모델링 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 셋째, 방사왜곡의 경우 줌 배율이 높아질수록 적게 나타나고 있으므로 허용되는 촬영범위 내에서는 줌 배율을 높여 사용하는 것이 내부표정에 유리하다는 것을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 사용한 카메라의 경우 줌의 배율의 변화에 따라 주점의 위치가 선형적으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 줌 배율의 변화에 따른 주점 위치의 변화에 대한 모델링의 가능성을 나타내는 것이라고 고찰된다.
후속연구
- 그러나 각각의 세세한 줌 배율에 해당하는 내부표정 요소들을 일일이 모두 정리하여 작성해 놓는 것은 줌 배율을 세밀하게 정수 이하의 단위로 변화하면서 촬영하는 경우 거의 불가능하다. 따라서 사용하는 카메라의 내부표정 요소가 본 연구의 결과와 같이 일정한 양상을 보인다면 촬영시 줌 배율에 해당하는 내부표정 요소를 가까운 줌 배율에서 구한 내부표정 요소를 보간해서 적용하여도 어느 정도 이상의 내부표정 정확도를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
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