최근 디지털 항공영상 센서는 다양한 국가 공간정보기반구축에 큰 역할을 하고 있다. 하지만 고정밀의 신뢰성 있는 자료를 확보하기 위해서는 취득된 디지털영상에 대한 적절한 품질 평가 작업이 선행되어야 한다. 따라서 현재 관련분야의 연구가 국내외적으로 크게 주목을 받고 있다. 디지털카메라의 성능을 테스트하기 위한 영상해상력 검증용 테스트필드가 유럽과 미국 등에서 이미 설치 및 활용되고 있다. 이러한 테스트필드에는 카메라의 기하학적 성능분석을 위한 대공표지를 비롯하여 공간해상력 및 방사해상력 분석을 위한 다양한 형태의 타겟 역시 설치되어 있다. 본 연구에서는DMC 카메라의 공간해상력을 검증하기 위하여 영상에서 인식 가능한 크기의 바 타겟(bar target)을 제작 설치 후 항공촬영을 수행하였다. 연구에 사용된 DMC 영상의 이론적인 지상표본거리(GSD ; Ground Sample Distance)는 12cm 급으로, 촬영 비행방향과 비행방향의 직각방향에 대하여 보조영상과 집성영상에 대하여 각각 실제 해상력을 분석하였다. 연구결과 이론적인 해상력과 영상의 실제 해상력간의 차이는 약 0.6cm로 나타났으며, 블록의 가장자리에 위치한 영상에서 최대 1.5cm 정도로 나타났다.
최근 디지털 항공영상 센서는 다양한 국가 공간정보기반구축에 큰 역할을 하고 있다. 하지만 고정밀의 신뢰성 있는 자료를 확보하기 위해서는 취득된 디지털영상에 대한 적절한 품질 평가 작업이 선행되어야 한다. 따라서 현재 관련분야의 연구가 국내외적으로 크게 주목을 받고 있다. 디지털카메라의 성능을 테스트하기 위한 영상해상력 검증용 테스트필드가 유럽과 미국 등에서 이미 설치 및 활용되고 있다. 이러한 테스트필드에는 카메라의 기하학적 성능분석을 위한 대공표지를 비롯하여 공간해상력 및 방사해상력 분석을 위한 다양한 형태의 타겟 역시 설치되어 있다. 본 연구에서는DMC 카메라의 공간해상력을 검증하기 위하여 영상에서 인식 가능한 크기의 바 타겟(bar target)을 제작 설치 후 항공촬영을 수행하였다. 연구에 사용된 DMC 영상의 이론적인 지상표본거리(GSD ; Ground Sample Distance)는 12cm 급으로, 촬영 비행방향과 비행방향의 직각방향에 대하여 보조영상과 집성영상에 대하여 각각 실제 해상력을 분석하였다. 연구결과 이론적인 해상력과 영상의 실제 해상력간의 차이는 약 0.6cm로 나타났으며, 블록의 가장자리에 위치한 영상에서 최대 1.5cm 정도로 나타났다.
Today, a digital airborne imaging sensor plays an important role in construction of the numerous National Spatial Data Infrastructure. However, an appropriate quality assesment procedure for the acquired digital images should be preceded to make them useful data with high precision and reliability. ...
Today, a digital airborne imaging sensor plays an important role in construction of the numerous National Spatial Data Infrastructure. However, an appropriate quality assesment procedure for the acquired digital images should be preceded to make them useful data with high precision and reliability. A lot of studies therefore have been conducted in attempt to assess quality of digital images at home and abroad. In this regard, many test fields have been already established and operated to calibrate digital photogrammetric airborne imaging systems in Europe and America. These test fields contain not only GCPs(Ground Control Points) to test geometric performance of a digital camera but also various types of targets to evaluate its spatial and radiometric resolution. The purpose of this paper is to present a method to verify the spatial resolution of the Intergraph DMC digital camera and its results based on an experimental field testing. In field test, a simple bar target to be easily identified in image is used to check the spatial resolution. Images, theoretically designed to 12cm GSD(Ground Sample Distance), were used to calculate the actual resolution for all sub-images and virtual images in flight direction as well as in cross flight direction. The results showed that the actual image resolution was about 0.6cm worse than theoretically expected resolution. In addition, the greatest difference of 1.5cm between them was found in the image of block edge.
Today, a digital airborne imaging sensor plays an important role in construction of the numerous National Spatial Data Infrastructure. However, an appropriate quality assesment procedure for the acquired digital images should be preceded to make them useful data with high precision and reliability. A lot of studies therefore have been conducted in attempt to assess quality of digital images at home and abroad. In this regard, many test fields have been already established and operated to calibrate digital photogrammetric airborne imaging systems in Europe and America. These test fields contain not only GCPs(Ground Control Points) to test geometric performance of a digital camera but also various types of targets to evaluate its spatial and radiometric resolution. The purpose of this paper is to present a method to verify the spatial resolution of the Intergraph DMC digital camera and its results based on an experimental field testing. In field test, a simple bar target to be easily identified in image is used to check the spatial resolution. Images, theoretically designed to 12cm GSD(Ground Sample Distance), were used to calculate the actual resolution for all sub-images and virtual images in flight direction as well as in cross flight direction. The results showed that the actual image resolution was about 0.6cm worse than theoretically expected resolution. In addition, the greatest difference of 1.5cm between them was found in the image of block edge.
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문제 정의
본 연구에서는 4개의 보조영상을 모자이크하여 한 장의 집성영상을 제작하는 DMC 카메라의 실제 촬영된 영상의 공간해상력을 검증하고자 촬영 시 바 타겟을 설치하여 이론식에 의한 공간해상력과 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
또한 집성영상의 해상력이 보조영상에 비하여 A, B코스에서 공히 높음을 알 수 있다. 이 또한 보조영상을 모자이크하여 집성영상으로 만드는 과정에서 영상 재배열 시 해상력의 차이가 최소가 되도록 설계한 DMC 카메라의 기술적 특징에 의한 것이다.
이에 본 연구에서는 면형방식의 DMC 카메라로 촬영된 영상에 대한 공간해상력을 분석하기 위하여 이론적으로 계산된 GSD와 실제 촬영된 영상의 GSD를 측정하여 비교 분석하였다. 그림 1은 본 논문의 연구흐름도이다.
제안 방법
바 타겟은 그림 5와 같이 영상에서 인식 가능한 크기로 (1) 번부터 (6)번까지 총 6 단계의 크기로 신축이 적고 명암대비가 뚜렷한 방수천위에 일정한 간격의 흑백 선을 인쇄하였다. 각 단계별로 모두 세 쌍의 흑백선들이 상호 수직이 되도록 배치하여 비행방향(flight direction)과 비행방향의 직각방향(cross flight direction)에 대한 공간해상력 검증이 가능하도록 하였다. 그림 5에서 가장 큰 1번 바의 크기는 1m×0.
그 다음으로는 식 (2)를 바탕으로 선형화된 sin 함수로 실제 영상의 해상력을 계산하였다. 그리고 마지막으로는 두 결과를 비교 분석 및 고찰하였다.
촬영 된 영상의 공간 해상력 검증을 위하여 그림 8과 같이 1번과 2번 바에 대하여 각각 비행방향과 비행방향의 직각방향으로 구분하여 4가지 경우에 대한 픽셀값을 추출하여 분석을 수행하였다. 따라서 A코스와 B코스의 경우를 고려하면 총 8개의 바에 대한 해상력을 분석하였다.
먼저 공간해상력 검증을 위한 바 타겟(bar target)을 제작하여 연구지역에 설치 후 항공사진 촬영을 수행한다. 촬영된 영상들 중에서 타겟이 인식된 영상을 선별하여 비행고도 및 카메라 제원값을 이용하여 이론적인 GSD를 계산하고 영상에서 픽셀값을 추출하여 함수로 일반화하여 영상에서 결정된 GSD와 비교 분석 후 결론을 도출하였다.
분석방법은 바 타겟이 집성영상의 가장자리에 위치한 A코스의 영상과 중심부에 위치한 B코스의 영상에 대하여 보조영상과 집성영상의 GSD를 분석하였다. 그림 7은 A, B코스에 대한 영상을 나타내고 있다.
우선 앞에서 설명한 이론적인 해상력을 구하는 식 (1)을 적용하여 보조영상과 집성영상에 대한 비행방향과 이의 직각방향에 대한 GSD를 계산하였다. 그 다음으로는 식 (2)를 바탕으로 선형화된 sin 함수로 실제 영상의 해상력을 계산하였다.
이에 다음에서는 실제 항공사진 촬영 시 현장에서 적용되는 카메라의 해상력을 파악하기 위하여 이론적으로 계산되어진 GSD와 촬영된 영상의 GSD를 비교 분석하였다.
촬영 된 영상의 공간 해상력 검증을 위하여 그림 8과 같이 1번과 2번 바에 대하여 각각 비행방향과 비행방향의 직각방향으로 구분하여 4가지 경우에 대한 픽셀값을 추출하여 분석을 수행하였다. 따라서 A코스와 B코스의 경우를 고려하면 총 8개의 바에 대한 해상력을 분석하였다.
먼저 공간해상력 검증을 위한 바 타겟(bar target)을 제작하여 연구지역에 설치 후 항공사진 촬영을 수행한다. 촬영된 영상들 중에서 타겟이 인식된 영상을 선별하여 비행고도 및 카메라 제원값을 이용하여 이론적인 GSD를 계산하고 영상에서 픽셀값을 추출하여 함수로 일반화하여 영상에서 결정된 GSD와 비교 분석 후 결론을 도출하였다.
대상 데이터
바 타겟은 미군용으로 사용되는 표준규격을 참조로 설계하여 제작하였다(Earl, 1998). 바 타겟은 그림 5와 같이 영상에서 인식 가능한 크기로 (1) 번부터 (6)번까지 총 6 단계의 크기로 신축이 적고 명암대비가 뚜렷한 방수천위에 일정한 간격의 흑백 선을 인쇄하였다. 각 단계별로 모두 세 쌍의 흑백선들이 상호 수직이 되도록 배치하여 비행방향(flight direction)과 비행방향의 직각방향(cross flight direction)에 대한 공간해상력 검증이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 부산광역시 사하구 하단동에 위치한 동아대학교 공대 4호관 옥상에 바 타겟을 설치하였다. 바 타겟은 미군용으로 사용되는 표준규격을 참조로 설계하여 제작하였다(Earl, 1998).
이론/모형
본 연구에서는 부산광역시 사하구 하단동에 위치한 동아대학교 공대 4호관 옥상에 바 타겟을 설치하였다. 바 타겟은 미군용으로 사용되는 표준규격을 참조로 설계하여 제작하였다(Earl, 1998). 바 타겟은 그림 5와 같이 영상에서 인식 가능한 크기로 (1) 번부터 (6)번까지 총 6 단계의 크기로 신축이 적고 명암대비가 뚜렷한 방수천위에 일정한 간격의 흑백 선을 인쇄하였다.
성능/효과
둘째, 보조영상과 집성영상을 각각의 이론적인 기대 해상력과 비교 분석한 결과 보조영상의 해상력이 일반적으로 기대치에 미치지 못함을 알 수 있었다. 하지만 모자이크 된 집성영상의 결과는 이론적인 기대치에 매우 근접하는 매우 우수한 공간해상력을 가지고 있어 DMC 카메라의 기술적 특징을 잘 반영하고 있음을 확인할 수 있었다.
마지막으로, 외곽에 해당하는 A코스의 비행방향의 직각방향에서 GSD가 약 17cm로 가장 크게 나타났다. 이러한 영향으로 집성영상의 제작 시 영상재배열을 통하여 GSD 12cm로의 변환 과정에서 영상의 질이 저하됨을 시각적으로 알 수 있었다.
셋째, 촬영점의 위치를 기준으로 외곽에 위치한 코스의 해상력이 중심에 위치한 코스에 비하여 전반적으로 낮아지는 것을 확인하였다. 특히, 외곽에 해당하는 A코스의 보 조영상에서 가장 큰 1.
이 결과들 중에서 가장 특징적인 사실 하나는 A코스의 보조영상에서 가장 큰 1.5cm의 해상력차이가 발생함을 알 수 있다. 이는 보조영상에서는 카메라의 기하학적 특성이 복잡하게 작용하여 이론적인 공간해상력과 실제 촬영된 영상의 공간해상력간에 더 큰 차이가 나타난 것으로 판단된다.
마지막으로, 외곽에 해당하는 A코스의 비행방향의 직각방향에서 GSD가 약 17cm로 가장 크게 나타났다. 이러한 영향으로 집성영상의 제작 시 영상재배열을 통하여 GSD 12cm로의 변환 과정에서 영상의 질이 저하됨을 시각적으로 알 수 있었다. 이에 대한 정확한 판단을 위해서는 경계반응(Edge Response) 분석이 수반되어야 할 것이다.
첫째, DMC 카메라의 공간해상력을 실제 촬영된 영상을 이용하여 경험적으로 측정하여 본 결과 이론적인 기대치에 비하여 평균 5%(이론적인 해상력 12cm 대비 0.6cm) 내외인 영상을 얻을 수 있음을 입증하였다.
둘째, 보조영상과 집성영상을 각각의 이론적인 기대 해상력과 비교 분석한 결과 보조영상의 해상력이 일반적으로 기대치에 미치지 못함을 알 수 있었다. 하지만 모자이크 된 집성영상의 결과는 이론적인 기대치에 매우 근접하는 매우 우수한 공간해상력을 가지고 있어 DMC 카메라의 기술적 특징을 잘 반영하고 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
이상의 연구 결과는 국내에 도입된 특정 DMC 카메라에 대한 단지 일회의 결과이므로 향후 다양한 현장 조건을 고려하고 선형방식의 카메라에 대한 자료의 축적으로 보다 자세한 분석이 뒤따라야 할 것이다. 또한, Bar target 뿐만이 아니라 다방향으로 연속적인 공간해상력 분석이 가능한 Siemens star를 설치한 영상에 대한 연구도 필요한 것으로 판단된다.
이상의 연구 결과는 국내에 도입된 특정 DMC 카메라에 대한 단지 일회의 결과이므로 향후 다양한 현장 조건을 고려하고 선형방식의 카메라에 대한 자료의 축적으로 보다 자세한 분석이 뒤따라야 할 것이다. 또한, Bar target 뿐만이 아니라 다방향으로 연속적인 공간해상력 분석이 가능한 Siemens star를 설치한 영상에 대한 연구도 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DMC 카메라의 기하학적 특성은 무엇인가?
DMC 카메라의 기하학적 특성은 흑백영상이 촬영방향으로 8,000화소, 촬영과 직각방향으로 13,000화소로 구성된 점이다. 이는 4개의 개별 센서에 의하여 획득된 보조영상(sub-images)을 그림 2와 같이 기하학적으로 보정하여 한 장의 직사각형 영상으로 집성하게 된다(Madani 등, 2004).
DMC 카메라에서 보조영상의 경사각은 얼마인가?
한편, 보조영상의 경사각은 비행방향(x- 방향)으로는 10°이고, 비행방향과 직각방향(y-방향)으로는 20°이다. 그리고 12㎛의 픽셀 크기는 84 lp/mm의 해상력을 의미한다.
DMC 카메라의 컬러영상은 어떻게 제작되는가?
초점거리는 흑백 모듈이 120mm이며, 다중분광 모듈은 25mm이다. 컬러영상은 다중분광의 해상력을 높이기 위하여 네 개의 고해상도 흑백영상을 집성(mosaic)하여 Pan-sharpening 과정을 거쳐 제작하게 된다(Heier, 2001).
참고문헌 (12)
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