본 연구는 시간차방식(TOF: Time of flight)과 근적외선 파장대역(760-3000nm)을 사용하는 지상라이다를 이용해서 다양한 사용자 타깃에 대해 반사도와 거리정확도를 테스트하였다. 특별히 사용자 타깃에 대한 측점군의 반사도는 실내에서 독일 Gretag Macbeth사의 i1 분광광도계로 측정되었다. 그리고 지상라이다의 성능 평가를 위해 정밀 EDM 검기선장에서 지상라이다를 이용해서 타깃을 스캐닝 하여 기준표석간 이격거리를 측정하여 표준거리와 비교하였다. 테스트 결과로서, 약 10m 와 170m 기준표석간 이격거리에 설치된 흰색 수지 타깃을 제외하고, 실험에 이용된 다른 타깃들의 거리측정값은 기준거리와 수 mm 정확도 차이를 보였다. 향후 대기보정, 장비보정, 부가상수와 같이 거리정확도에 영향을 미치는 변수들에 대한 연구가 필요할 것으로 사료 된다.
본 연구는 시간차방식(TOF: Time of flight)과 근적외선 파장대역(760-3000nm)을 사용하는 지상라이다를 이용해서 다양한 사용자 타깃에 대해 반사도와 거리정확도를 테스트하였다. 특별히 사용자 타깃에 대한 측점군의 반사도는 실내에서 독일 Gretag Macbeth사의 i1 분광광도계로 측정되었다. 그리고 지상라이다의 성능 평가를 위해 정밀 EDM 검기선장에서 지상라이다를 이용해서 타깃을 스캐닝 하여 기준표석간 이격거리를 측정하여 표준거리와 비교하였다. 테스트 결과로서, 약 10m 와 170m 기준표석간 이격거리에 설치된 흰색 수지 타깃을 제외하고, 실험에 이용된 다른 타깃들의 거리측정값은 기준거리와 수 mm 정확도 차이를 보였다. 향후 대기보정, 장비보정, 부가상수와 같이 거리정확도에 영향을 미치는 변수들에 대한 연구가 필요할 것으로 사료 된다.
This study deals with the measurement of reflectivity as well as the distance accuracy with Terrestrial Laser Scanner(TLS) using time of flight methods and near infrared wave length, for a variety of user-made targets. Especially, point clouds' reflection to several targets was measured with Gretag ...
This study deals with the measurement of reflectivity as well as the distance accuracy with Terrestrial Laser Scanner(TLS) using time of flight methods and near infrared wave length, for a variety of user-made targets. Especially, point clouds' reflection to several targets was measured with Gretag Macbeth il spectrophotometer in the office. And the distance accuracy in comparison to reference distance for TLS performance evaluation, was tested after scanning the user-made targets and measuring the inter-pillars distances over the precise EDM calibration baseline. The results of test was shown that except white resin objects, with approx. 10m and 170m inter-pillar distances, other targets achieved the distance accuracy of several millimeters(mm) with respect to standard distances. Future work should be concentrate on a few parameters influencing on the distance accuracy such as atmospheric correction, instrument correction, the additive constant or zero/index correction, etc.
This study deals with the measurement of reflectivity as well as the distance accuracy with Terrestrial Laser Scanner(TLS) using time of flight methods and near infrared wave length, for a variety of user-made targets. Especially, point clouds' reflection to several targets was measured with Gretag Macbeth il spectrophotometer in the office. And the distance accuracy in comparison to reference distance for TLS performance evaluation, was tested after scanning the user-made targets and measuring the inter-pillars distances over the precise EDM calibration baseline. The results of test was shown that except white resin objects, with approx. 10m and 170m inter-pillar distances, other targets achieved the distance accuracy of several millimeters(mm) with respect to standard distances. Future work should be concentrate on a few parameters influencing on the distance accuracy such as atmospheric correction, instrument correction, the additive constant or zero/index correction, etc.
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제안 방법
본 연구에서는 첫째, 지상라이다의 레이저 특성을 분석하기 위해 사용자 타깃 제작, 둘째, 상용 지상라이다로 다양한 타깃에 대한 레이저스캐닝을 통해 반사도 및 RGB 측정, 그리고 회색조값(greyscale level)의 측정, 셋째, 정밀거리측정시설에서 레이저스캐닝으로 유도한 거리관측값과 표준거리값의 성과를 비교·평가하였다.
타깃의 반사도와 RGB를 측정하기 위해서‘분광광도계(spectrophotometer) 또는 측색기’라고 불리는 특수한 장비를 이용하였다.
본 연구에서는 사용자 타깃 8개와 표준타깃 1개에 대한 반사도와 RGB 값을 분광광도계를 이용하여 측정하였다. 표 1에서 수지(흰색), 수지(검정색), 빼크판, 강철, 알루미늄, 합판의 6개(그룹 A) 타깃은 가로(25cm) × 세로(25cm), 그리고 그룹 B는 18% 회색조차트(gray chart), 90% 흰색챠트(white chart)는 가로(75cm) × 세로(75cm).
여기서 A 그룹의 타깃은 사전에 반사율이 알려져 있지 않았지만 그룹 B의 경우는 일부 지상라이다 제조업체에서 규정하고 있는 거리측정에 사용하는 물체의 반사도인 90%(최대거리 측정)와 18% 반사도(최소측정거리)를 고려하여 제작하였으며 이것은 표준타깃의 측정 성과와 분광광도계의 측정성과를 비교함으로써 실험의 정확성을 기하고자 함이다.
그룹 A의 타깃 6개에 대한 레이저스캐닝을 통해 반사도 측정 및 기준표석 사이의 수평거리를 측정하였다. 그림 4는 사용자 타깃을 이용해서 현장에서 자료취득부터 데이터분석까지의 일련의 과정을 보여주고 있다.
지상라이다를 기준표석 위 고정형 아답터에 안정적으로 설치하고, 타깃을 순서대로 설치하여 레이저스캐닝 작업을 수행하였다. 먼저 기계설치점에서 기준표석까지의 거리에 따라 레이저스캐닝 시 수평/수직해상력은 각각 3mm(10m), 6mm(80m), 그리고 12mm(170m) 로 설정하였다.
여기서 현장에서 지상라이다를 측점 7에 고정 설치하고, 타깃은 각각 측점 6, 측점 5 그리고 측점 4로 순서대로 이동하면서 기계로부터 타깃까지의 레이저스캐닝이이루어졌다. 타깃에 대한 레이저스캐닝으로 얻은 측점군을 상용 S/W인 RiSCAN PRO (version 1.5. 1b6) 를 통해 기준표석간 이격거리를 측정하였다. 표 3은 타깃에 대한 레이저스캐닝 성과를 정리한 것으로 여기에는 기준표석간 거리측정값의 평균과 표준편차가 포함되어 있다.
표 3은 타깃에 대한 레이저스캐닝 성과를 정리한 것으로 여기에는 기준표석간 거리측정값의 평균과 표준편차가 포함되어 있다. 여기서 구한 거리측정값의 평균과 표 4의 기준값을 비교함으로써 지상라이다의 거리측정 성능을 평가하였다.
사용자 타깃에 대한 지상라이다 레이저스캐닝의 반사도, 명도 및 회색조값을 분석하여 취득한 거리측정값을 정밀거리측정시설의 기준표석사이의 기준값과 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
레이저스캐닝은 타깃별·거리별로 1회씩 진행되었다.
지상라이다를 기준표석 위 고정형 아답터에 안정적으로 설치하고, 타깃을 순서대로 설치하여 레이저스캐닝 작업을 수행하였다. 먼저 기계설치점에서 기준표석까지의 거리에 따라 레이저스캐닝 시 수평/수직해상력은 각각 3mm(10m), 6mm(80m), 그리고 12mm(170m) 로 설정하였다. 레이저스캐닝은 타깃별·거리별로 1회씩 진행되었다.
데이터처리
타깃의 반사도, 명도, 회색조값 및 거리사이의 속성사이의 관계를 알아보기 위해 상관성분석을 수행하였다. 엑셀(2007 버전)을 이용하여 상관성계수를 분석한 결과, 반사도 대 명도는 0.
성능/효과
1. 타깃별로 측정한 반사도, 명도와 회색조값을 비교 분석한 결과 서로 높은 상관관계가 있음을 수치로 입증되었으며 그 크기는 90% 흰색챠트 > 구 > 알루미늄 > 18% 회색조챠트 > 목재 > 빼크판 > 강철 = 수지(흰색) > 수지 (검정색) 순으로 나타났다.
2. 타깃별 거리측정값 비교에서 수지(흰색) 타깃은 기준값과 비교할 때 10m, 80m, 그리고 170m에서 다른 타깃과 달리 큰 차이를 보여주었다. 이것은 수지(흰색) 타깃 자체가 반투명하여 레이저가 타깃의 바로 표면에서 반사되는 것이 아니라 타깃 내부에서 반사되었기 때문인 것으로 판단된다.
3. 반사도 대 거리, 반사도 대 명도, 반사도 대 회색조 값은 서로 높은 상관성을 보인 반면, 거리 대 반사도, 거리 대 명도, 그리고 거리 대 회색조값의 경우 상관성은 높지 않았고 음의 상관관계를 보여주었다. 그러나 여기서 거리와 다른 변수사이의 상관계수(-0.
후속연구
위에서 측정한 값들은 측정성과에 대해 다양한 요인, 특히 온도 및 기압 보정량을 사용하지 않았기 때문에 완전한 값이라고 할 수 없지만 기준값과 비교 시 양호한 결과라고 할 수 있다. 향후 지상라이다 성능평가의 신뢰성을 높이기 위해 기압 및 온도 등의 보정량, 그리고 지상라이다의 파장대역에 따른 성능평가에 관한 연구 등이 추가로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
향후 지상라이다 측정성과에 영향을 미치는 대기, 온도, 타깃상수 등에 대한 보정량 연구, 타깃상수 등에 대한 거리측정 비교 평가분석, 그리고 표준반사도를 가진 타깃을 이용한 거리측정 실험 등 그리고 표준반사도 타깃을 이용한 거리측정 실험등이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레이저스캐닝 적용의 예로 지상라이다는 어떤 특징이 있는가?
‘레이저스캐닝(laser scanning)’은 레이저‘측점군(point clouds)’을 이용하여 사용자로 하여금 복잡한 대상물을 쉽게 이해하게 해주는 신기술이며, 반사경의 움직임(sweeping 또는 rotating) 에 의한 레이저 빔의 편향(deflection), 대상물 표면에서의 레이저 빔의 반사(reflectance)와 반사된 레이저 빔의 수신(receiving)을 의미 한다(Schulz 등, 2004). 지상라이다는 공간정보를 취득하기 위해 레이저로 거리를 측정하고 X, Y, Z 좌표를 가지고 있는 다수의 측점군으로 구성된 3D 모형을 만들 수 있다.
레이저의 특징 네 가지는 무엇인가?
레이저 빛은 유도 방출로 증폭된 빛이기 때문에 백열전구나 형광등, 그리고 태양빛에서 나오는 빛과는 다른 독특한 성질을 갖고 있다. 레이저의 특징으로 ⅰ) 단색성이 뛰어나며 ⅱ) 위상이 고르고 간섭현상이 일어나기 쉬우며 ⅲ) 퍼지지 않고 직진하며 집광성(集光性)이 좋고 ⅳ) 에너지 밀도가 크다는 것이다.
레이저스캐닝이란 무엇인가?
‘레이저스캐닝(laser scanning)’은 레이저‘측점군(point clouds)’을 이용하여 사용자로 하여금 복잡한 대상물을 쉽게 이해하게 해주는 신기술이며, 반사경의 움직임(sweeping 또는 rotating) 에 의한 레이저 빔의 편향(deflection), 대상물 표면에서의 레이저 빔의 반사(reflectance)와 반사된 레이저 빔의 수신(receiving)을 의미 한다(Schulz 등, 2004). 지상라이다는 공간정보를 취득하기 위해 레이저로 거리를 측정하고 X, Y, Z 좌표를 가지고 있는 다수의 측점군으로 구성된 3D 모형을 만들 수 있다.
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