다수의광학위성센서들이선형 배열 형태에 기반을두고설계되었다. 널리 알려진 광학위성센서의 종류는 다음과 같이 경로 평행 방향 1열스캐너(along-track line scanner), 경로 직각 방향 1열 스캐너(across-track linescanner), 3열 스캐너(three- line scanner)로 구분할 수 있다. 이들 센서들을 이용하여 위성 및 항공기에서 지상지물의 정확한 위치정보를 획득하려고 할 때 센서의 외부 표정요소와 내부 표정요소는 매우 중요한 요소들이다. 이들 센서들의 영상생성기하구조는 태양에 의한열영향, 진동, 바람등의 다양한 물리적 현상들에 의하여 시시각각 변동될 가능성이 있기에 내부표정요소의 편의가 지상에 미치는 영향을 분석하는 것은 매우 중요하다. 실제적인 비행경로와 자세정보를 바탕으로 생성된 시뮬레이션 자료를 이용하여 본 연구에서는 각 센서의 초점거리에 편의량을 점진적으로 추가하면서 실험과 분석을 수행하였으며, 또한 비행고도를 고고도와 저고도의 두가지 경우로 비교하였다.실험결과, 경로평행방향 1열 스캐너의 경우에 초점거리편의량의 증가가 지상스캔라인방향(Y 방향)의 오차를 유발하였으며, 경로 직각 방향 1열 스캐너의 경우 스캔라인방향과 수직방향으로 오차가 증가하였고, 3열 스캐너의 경우에는 수직방향으로만 오차가 증가하였다. 이들 실험결과는 향후 새로운 센서개발과 센서캘리브레이션 정확도에 가이드라인을 제공할 수 있다고 본다.
다수의광학위성센서들이선형 배열 형태에 기반을두고설계되었다. 널리 알려진 광학위성센서의 종류는 다음과 같이 경로 평행 방향 1열스캐너(along-track line scanner), 경로 직각 방향 1열 스캐너(across-track linescanner), 3열 스캐너(three- line scanner)로 구분할 수 있다. 이들 센서들을 이용하여 위성 및 항공기에서 지상지물의 정확한 위치정보를 획득하려고 할 때 센서의 외부 표정요소와 내부 표정요소는 매우 중요한 요소들이다. 이들 센서들의 영상생성기하구조는 태양에 의한열영향, 진동, 바람등의 다양한 물리적 현상들에 의하여 시시각각 변동될 가능성이 있기에 내부표정요소의 편의가 지상에 미치는 영향을 분석하는 것은 매우 중요하다. 실제적인 비행경로와 자세정보를 바탕으로 생성된 시뮬레이션 자료를 이용하여 본 연구에서는 각 센서의 초점거리에 편의량을 점진적으로 추가하면서 실험과 분석을 수행하였으며, 또한 비행고도를 고고도와 저고도의 두가지 경우로 비교하였다.실험결과, 경로평행방향 1열 스캐너의 경우에 초점거리편의량의 증가가 지상스캔라인방향(Y 방향)의 오차를 유발하였으며, 경로 직각 방향 1열 스캐너의 경우 스캔라인방향과 수직방향으로 오차가 증가하였고, 3열 스캐너의 경우에는 수직방향으로만 오차가 증가하였다. 이들 실험결과는 향후 새로운 센서개발과 센서캘리브레이션 정확도에 가이드라인을 제공할 수 있다고 본다.
Most space-borne optical scanning systems adopt linear arrayconfigurations. The well-knownthree different types of space-borne sensors arealong-track line scanner, across-track linescanner, and three line scanner. To acquire accurate location information of an object on the ground withthose sensors,...
Most space-borne optical scanning systems adopt linear arrayconfigurations. The well-knownthree different types of space-borne sensors arealong-track line scanner, across-track linescanner, and three line scanner. To acquire accurate location information of an object on the ground withthose sensors, the exterior and interior orientation parameters are critical factors for both of space-borne and airborne missions. Since the imaging geometry of sensors mightchange time to time due to thermal influence, vibration, and wind, it is very important to analyze the Interior Orientation Parameters (IOP) effects on the ground. The experiments based on synthetic datasets arecarried out while the focal length biases are changing. Also, both high and low altitudes of the imagingsensor were applied. In case with the along-track line scanner, the focal length bias caused errors along the scanline direction. In the other case with the across-track one, the focal length bias caused errors alongthe scan line and vertical directions. Lastly, vertical errors were observed in the case ofthree-line scanner. Those results from this study will be able to provide the guideline for developing new linearsensors, so as for improving the accuracy of laboratory or in-flight sensor calibrations.
Most space-borne optical scanning systems adopt linear arrayconfigurations. The well-knownthree different types of space-borne sensors arealong-track line scanner, across-track linescanner, and three line scanner. To acquire accurate location information of an object on the ground withthose sensors, the exterior and interior orientation parameters are critical factors for both of space-borne and airborne missions. Since the imaging geometry of sensors mightchange time to time due to thermal influence, vibration, and wind, it is very important to analyze the Interior Orientation Parameters (IOP) effects on the ground. The experiments based on synthetic datasets arecarried out while the focal length biases are changing. Also, both high and low altitudes of the imagingsensor were applied. In case with the along-track line scanner, the focal length bias caused errors along the scanline direction. In the other case with the across-track one, the focal length bias caused errors alongthe scan line and vertical directions. Lastly, vertical errors were observed in the case ofthree-line scanner. Those results from this study will be able to provide the guideline for developing new linearsensors, so as for improving the accuracy of laboratory or in-flight sensor calibrations.
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문제 정의
실험은 세가지 센서에서의 초점거리에 편의량을 달리하여 추가하며서 분석하였다. 또한 고고도와 저고도로 비행고도를 달리 하면서 실험하여 위성체와 항공체에 실린 센서의 상태를 모사하려 하였다. 지형보정은 GPS와 INS를 사용하는 직접지형보정을 따랐다.
또한, 본 연구에서는 초점거리대비 얼마의 편의량이 추가되었을 때 지상에 미치는 영향을 무시할 수 없는 양인지에 대해서도 각 센서별로 언급되었다. 본 연구를 통하여 내부표정요소의 편의가 각 센서별로 영향을 미치는 방향에 대하여 알아보았기에, 사용자가 어떤 목적으로 가지고, 또는 어느 방향의 정확도를 보다 중요시하는가를 기준으로 어떤 센서로부터 얻어진 영상을 사용할 것인가를 결정할 수 있을 것으로 본다. 또한, 초점거리대비 얼마의 편의량이 추가되었을 때 지상에 미치는 영향을 무시할 수 없는 양인지에 대해서도 각 센서별로 알아보았기에, 이를 바탕으로 실험실 또는 in-flight 캘리브레이션에서 요구되는 정확도 또한 결정할 수 있게 된다.
본 연구에서는 서로 다른 기하학적 특성을 가지는 라인 스캐너에 있어서 초점거리편의가 지상의 지형지물의 정확도에 어떠한 영향을 미치는가를 비교 분석하였다. 우선 방향별 정확도 측면에서 초점거리편의량의 증가에 경로평행 방향 스캐너는 Y방향의 오차가, 경로직각방향 스캐너는 Y 와 Z방향의 오차가, 그리고 3열 스캐너의 경우는 Z방향의 오차가 유의미하게 증가하였다.
이에 본 연구에서는 세가지 센서의 내부표정요소 중 특별히, 초점거리의 편의가 지상 지형지물의 정확도에 미치는 영향을 중심으로 논하고자 한다. 이를 위하여 우선 세가지 센서들의 특징에 대하여 서술하였으며, 이를 바탕으로 하여 어떻게 위성의 위치와 자세를 결정하였고 실험자료를 생성하였는지를 언급하였다.
제안 방법
고고도 비행과 저고도 비행 모두의 경우에 있어서 처음의 초점거리 편의량 (즉, 50μm, 0.375μm)은 초점거리의 20만분의 1로 계산되었으며, 이후 10배씩 증가시켜 실험하였다.
Table 2는 센서의 비행고도, 화소크기, 내부표정요소값, Ground Sampling Distance (GSD), Angular Field of View (AFOV), 내부표정요소의 편의량을 나타내고 있다. 고고도 비행의 경우는 IKONOS와 SPOT을 기반으로 자료를 구축하였으며, 저고도 비행은 ADS40을 기반으로 구축하였다. 경로 평행방향 1열 스캐너와 3열 스캐너는 지상고도 680km에서 비행하도록 하였으며 경로직각방향 1열 스캐너는 822km상공으로 비행고도를 정의하였다.
기하학적인 특성이 다른 센서들 간에 비교 연구를 수행하기 위하여 실험 자료를 시뮬레이션 생성하였다. 동일지역을 비행한 세가지 서로 다른 센서들에 의하여 취득된 실영상을 실험에 사용하는 것이 가장 신뢰성이 높은 연구이나, 동일 지역, 유사 촬영시기, 동일 지상기준점을 모두 만족시킬 수 있는 실데이터를 획득하는 것이 손쉬운 일이 아니며, 오차가 없는 내부표정요소 (True IOP)를 획득하는 일은 불가능한 일이다.
Tables 3, 4, and 5에서는 고고도 비행의 경우, 세 개의 센서 즉, 경로 평행방향 1열 스캐너, 경로 직각방향 1열 스캐너, 3열 스캐너에서 초점거리편의가 증가함에 따라 수평 및 수직 방향으로의 RMSE값이 어떻게 변화하는지를 보여주고 있다. 본 실험에서 RMSE는 100개의 체크포인트 좌표(X, Y, Z)와 원래의 내부표정요소값에 편의를 추가한 후 광속조정법을 이용하여 얻어진 지상점을 비교하여 계산되었다. 또한 보다 가시적인 분석을 위해 Figs.
이를 위하여 우선 세가지 센서들의 특징에 대하여 서술하였으며, 이를 바탕으로 하여 어떻게 위성의 위치와 자세를 결정하였고 실험자료를 생성하였는지를 언급하였다. 실험은 세가지 센서에서의 초점거리에 편의량을 달리하여 추가하며서 분석하였다. 또한 고고도와 저고도로 비행고도를 달리 하면서 실험하여 위성체와 항공체에 실린 센서의 상태를 모사하려 하였다.
이에 본 연구에서는 세가지 센서의 내부표정요소 중 특별히, 초점거리의 편의가 지상 지형지물의 정확도에 미치는 영향을 중심으로 논하고자 한다. 이를 위하여 우선 세가지 센서들의 특징에 대하여 서술하였으며, 이를 바탕으로 하여 어떻게 위성의 위치와 자세를 결정하였고 실험자료를 생성하였는지를 언급하였다. 실험은 세가지 센서에서의 초점거리에 편의량을 달리하여 추가하며서 분석하였다.
동일지역을 비행한 세가지 서로 다른 센서들에 의하여 취득된 실영상을 실험에 사용하는 것이 가장 신뢰성이 높은 연구이나, 동일 지역, 유사 촬영시기, 동일 지상기준점을 모두 만족시킬 수 있는 실데이터를 획득하는 것이 손쉬운 일이 아니며, 오차가 없는 내부표정요소 (True IOP)를 획득하는 일은 불가능한 일이다. 이에 실제 광학위성센서와 유사한 조건을 바탕으로 시뮬레이션 자료를 생성하여 본 연구에서 사용하게 되었으며, 그 조건들은 다음의 Tables 1 and 2에서 보는 바와 같다. Table 1은 센서의 비행경로, 영상관측오차, 체크포인트 정확도, 그리고 높이값 변위량을 나타내고 있다.
지형보정은 GPS와 INS를 사용하는 직접지형보정을 따랐다. 초점거리의 편의에 대한 다양한 실험을 바탕으로 하여 종합적인 비교평가를 수행하였다.
대상 데이터
직접지형보정을 이용하는 본 연구에서는 내부표정요소의 편의가 미치는 영향의 분석을 그 목적으로 하므로 외부표정요소는 시뮬레이션에서 생성된 참값을 사용하였다. 또한 추후 정확도 검증을 위하여 100개의 체크포인트 모두가 정확도의 검증에 사용되었다.
이론/모형
또한 고고도와 저고도로 비행고도를 달리 하면서 실험하여 위성체와 항공체에 실린 센서의 상태를 모사하려 하였다. 지형보정은 GPS와 INS를 사용하는 직접지형보정을 따랐다. 초점거리의 편의에 대한 다양한 실험을 바탕으로 하여 종합적인 비교평가를 수행하였다.
성능/효과
Kim and Kim (2013)과 Kim(2014)에서는 초점거리편의가 경로평행방향과 경로직각방향 스캐너에 미치는 영향에 대하여 각각 언급하였다. 하지만, 앞에서 언급한 1) 경로평행 방향 1열 스캐너, 2) 경로직각방향 1열 스캐너, 3) 3열 스캐너의 세 센서의 내부표정요소의 정확도가 지상에 미치는 영향을 종합적으로 비교 분석을 수행하지는 않았으며, 수평정확도를 중요시하는 응용분야인지 수직정확도를 중요시하는 응용분야인지에 따라 어떤 센서로부터 얻어진 영상을 이용해야 하는지에 대하여서도 언급을 하고 있지 않다.
즉, 위성진행방향 (X방향)으로의 수평위치오차는 변화를 일으키지 않았다. 고도오차와 스캔라인 (Y 방향)을 따라서는 초점거리편의가 증가함에 따라 해당 오차도 증가하는 경향을 보였다. 본 센서에서 초점거리대비 1/2000에 해당하는 편의량(37.
본 연구에서는 서로 다른 기하학적 특성을 가지는 라인 스캐너에 있어서 초점거리편의가 지상의 지형지물의 정확도에 어떠한 영향을 미치는가를 비교 분석하였다. 우선 방향별 정확도 측면에서 초점거리편의량의 증가에 경로평행 방향 스캐너는 Y방향의 오차가, 경로직각방향 스캐너는 Y 와 Z방향의 오차가, 그리고 3열 스캐너의 경우는 Z방향의 오차가 유의미하게 증가하였다. 또한, 본 연구에서는 초점거리대비 얼마의 편의량이 추가되었을 때 지상에 미치는 영향을 무시할 수 없는 양인지에 대해서도 각 센서별로 언급되었다.
9에서 보는 바와 같은 현상을 나타내었다. 즉, 위성진행방향 (X방향) 및 스캔라인방향 (Y방향)을 따라서는 오차의 증감이 발생하지 않았고 고도의 경우 초점거리의 편의에 정비례하여 증가함을 볼 수 있었다. 본 센서에서 초점거리대비 1/2000에 해당하는 편의량(37.
5μm ≃ 8) 정도의 편의가 각각 X와 Y방향으로 약 8 GSD에 해당하는 오류를 유발하였다. 초점거리편의가 증가함에 따라 위성진행방향 (X방향)으로의 수평위치오차는 변화를 일으키지 않았으며, 스캔라인 (Y방향)을 따라서는 경로평행방향 1열 스캐너에 비해 위치오차가 증가하였고, 고도오차도 더 많이 나타났다. 이러한 원인은 우선 roll angle 을 이용하여 스테레오영상을 찍는 경로직각방향 스캐너의 촬영기하에서 그 첫 번째 원인을 들 수 있으며, 경로평행방향 스캐너에 비해 상대적으로 큰 촬영시야각 (AFOV)을 그 두 번째 이유로 들 수 있다.
우선 위성진행방향 (X방향) 및 스캔라인 (Y방향)으로 4m가량의 오차가 발생하는데 이는 xp와 yp에 더해진 50μm의 편의에 의해서 오는 것으로 5-6화소 (50μm/10μm) 정도의 편의가 각각 X와 Y방향으로 5-6 GSD에 해당하는 오류를 유발하였다. 초점거리편의량이 증가함에 따라 위성의 진행방향(X방향)의 수평위치오차는 증가하지 않았고, 스캔라인(Y방향)을 따라 수평위치오차는 증가하였으며, 고도오차는 아주 조금 증가하였다. 이는 다음과 같이 해석할 수 있다.
후속연구
또한, 초점거리대비 얼마의 편의량이 추가되었을 때 지상에 미치는 영향을 무시할 수 없는 양인지에 대해서도 각 센서별로 알아보았기에, 이를 바탕으로 실험실 또는 in-flight 캘리브레이션에서 요구되는 정확도 또한 결정할 수 있게 된다. 또한, 이러한 연구는 향후 우리나라에서 새로운 센서를 개발하고자 할 때 유용한 가이드라인으로써 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
내부표정요소의 기능은?
이들 센서들을 사용하여 지형지물을 정확히 관측하고 재구성하기 위해서는 카메라의 내부표정요소와 외부표정요소가 매우 중요하게 작용한다(Lee and Bethel, 2004). 내부표정요소는 초점거리, 주점, 렌즈왜곡요소들로 구성되어 있어 센서내부의 특징을 정의하게 된다. 외부표정요소는 촬영시 센서의 위치와 자세를 나타내는 요소들로 구성되어 있으며 이들 요소들을 알아내는 방법은 지상기준점 (Ground Control Points, GCP)를 이용하는 간접지형보정 (indirect geo-referencing)과 위성에 장착된 Global Positioning System(GPS)/Inertial Navigation System(INS)를 이용하는 직접지형보정 (direct geo-referencing)으로 구분할 수 있다.
사진측량 분야에 있어 특히 위성의 경우 주로 어떤 센서를 사용하고 있는가?
사진측량분야에 있어서 주요한 연구중의 하나가 우리 주변의 공간을 보다 정밀하게 관측하고 재구성하는 것이다. 이의 목적을 위해 다양한 센서들이 개발되어 왔으며 특히 위성의 경우에는 주로 라인스캐너에 기반을 둔 센서를 사용하고 있다. 라인 스캐너는 크게 세 종류로 구분할 수 있는데 1) 경로직각방향 1열 스캐너 (across-track line scanner, Fig.
광학위성센서의 종류는 무엇으로 구분할 수 있는가?
다수의광학위성센서들이선형 배열 형태에 기반을두고설계되었다. 널리 알려진 광학위성센서의 종류는 다음과 같이 경로 평행 방향 1열스캐너(along-track line scanner), 경로 직각 방향 1열 스캐너(across-track linescanner), 3열 스캐너(three- line scanner)로 구분할 수 있다. 이들 센서들을 이용하여 위성 및 항공기에서 지상지물의 정확한 위치정보를 획득하려고 할 때 센서의 외부 표정요소와 내부 표정요소는 매우 중요한 요소들이다.
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