[국내논문]시각적 기법에 의한 DMC/UlatraCamXp/ADS80 디지털 항공영상의 공간해상도 특성 분석 Analysis of Spatial Resolution Characteristics for DMC/UlatraCamXp/ADS80 Digital Aerial Image Based on Visual Method원문보기
최근 디지털 항공영상은 우수한 촬영기하와 높은 공간 및 방사해상도로 인하여 대축척 지도제작에 보편적으로 활용되고 있다. 하지만 제작된 결과물에 대한 높은 정밀도와 신뢰도의 확보를 위해서는 촬영된 영상의 품질검증 작업이 선행되어야 한다. 국외에서는 영구적인 항공카메라 검정용 테스트베드를 구축하여 영상취득 시스템을 검증하는 실험적 연구가 활발히 진행되고 있다. 반면 국내에서는 아직 관련 분야에 관한 연구와 실험이 미흡하여 영상의 품질검증을 위한 실용적인 방안의 제시가 절실한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 휴대용 Siemens star 타겟을 이용하여 시각적인 방법으로 손쉽게 영상의 공간해상도를 측정하는 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에 이용된 영상은 면형 방식의 DMC, UltraCamXp와 선형방식의 ADS80 등 세 종류의 카메라로 취득하였다. 촬영된 영상에서 Siemens star 타겟을 추출하여 시각적인 방법으로 영상의 해상도를 이론적인 GSD(Ground Sample Distance)와 비교하였다. 아울러 Siemens star 타겟이 촬영된 영상의 위치와 비행방향 및 비행직각 방향에 따라 공간해상도의 변화를 비교 분석하였다. 본 연구의 결과, 카메라별 촬영된 영상의 이론적 GSD는 약 6~9cm인 반면, 시각적 해상도는 이론적인 GSD에 비하여 약 1.2~1.3배 정도 크게 측정됨을 알 수 있었다.
최근 디지털 항공영상은 우수한 촬영기하와 높은 공간 및 방사해상도로 인하여 대축척 지도제작에 보편적으로 활용되고 있다. 하지만 제작된 결과물에 대한 높은 정밀도와 신뢰도의 확보를 위해서는 촬영된 영상의 품질검증 작업이 선행되어야 한다. 국외에서는 영구적인 항공카메라 검정용 테스트베드를 구축하여 영상취득 시스템을 검증하는 실험적 연구가 활발히 진행되고 있다. 반면 국내에서는 아직 관련 분야에 관한 연구와 실험이 미흡하여 영상의 품질검증을 위한 실용적인 방안의 제시가 절실한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 휴대용 Siemens star 타겟을 이용하여 시각적인 방법으로 손쉽게 영상의 공간해상도를 측정하는 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에 이용된 영상은 면형 방식의 DMC, UltraCamXp와 선형방식의 ADS80 등 세 종류의 카메라로 취득하였다. 촬영된 영상에서 Siemens star 타겟을 추출하여 시각적인 방법으로 영상의 해상도를 이론적인 GSD(Ground Sample Distance)와 비교하였다. 아울러 Siemens star 타겟이 촬영된 영상의 위치와 비행방향 및 비행직각 방향에 따라 공간해상도의 변화를 비교 분석하였다. 본 연구의 결과, 카메라별 촬영된 영상의 이론적 GSD는 약 6~9cm인 반면, 시각적 해상도는 이론적인 GSD에 비하여 약 1.2~1.3배 정도 크게 측정됨을 알 수 있었다.
Digital aerial images have been commonly used in a large scale map production owing to their excellent geometry, and high spatial and radiometric resolution in recent years. However, a quality verification process for acquired images should be preceded in order to secure the high precision and relia...
Digital aerial images have been commonly used in a large scale map production owing to their excellent geometry, and high spatial and radiometric resolution in recent years. However, a quality verification process for acquired images should be preceded in order to secure the high precision and reliability of produced results. Several experimental studies to verify digital imaging systems have been vigorously researched by constructing permanent test field in abroad. On the other hand, it is urgently necessary to suggest a practical scheme for an image quality verification, because this related study and experiment are still in its early stage at home. Hence, this study aims to present an easy method to measure the spatial resolution of the image in a visual way using a portable Siemens star. The images used in the study were obtained with three different cameras, two frame array sensors of DMC, UltraCamXp and a linear array sensor of ADS80. The Siemens star target appeared in every image is extracted and then the spatial resolution of image is compared with theoretical GSD(Ground Sample Distance) by a visual method. In addition, the change of spatial resolution depending on the location of the Siemens star from image center and flight direction and cross-flight direction is also compared and analyzed. As study results, while the theoretical GSDs of images taken with each camera are about 6~9cm, the visual resolutions are 1.2~1.3 times as great as the theoretical ones.
Digital aerial images have been commonly used in a large scale map production owing to their excellent geometry, and high spatial and radiometric resolution in recent years. However, a quality verification process for acquired images should be preceded in order to secure the high precision and reliability of produced results. Several experimental studies to verify digital imaging systems have been vigorously researched by constructing permanent test field in abroad. On the other hand, it is urgently necessary to suggest a practical scheme for an image quality verification, because this related study and experiment are still in its early stage at home. Hence, this study aims to present an easy method to measure the spatial resolution of the image in a visual way using a portable Siemens star. The images used in the study were obtained with three different cameras, two frame array sensors of DMC, UltraCamXp and a linear array sensor of ADS80. The Siemens star target appeared in every image is extracted and then the spatial resolution of image is compared with theoretical GSD(Ground Sample Distance) by a visual method. In addition, the change of spatial resolution depending on the location of the Siemens star from image center and flight direction and cross-flight direction is also compared and analyzed. As study results, while the theoretical GSDs of images taken with each camera are about 6~9cm, the visual resolutions are 1.2~1.3 times as great as the theoretical ones.
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문제 정의
반면, 국내에서는 아직도 관련 분야의 실험과 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비교적 용이한 방법으로 영상의 품질평가 작업이 가능한 휴대용 Siemens star 타겟을 이용하여 공간해상도 분석에 관한 연구를 수행하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 서로 다른 특성을 지닌 디지털항공카메라 DMC, UltraCamXp 및 ADS80으로 촬영된 영상의 시각적 해상도 분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
대상 데이터
연구에 사용된 Siemens star는 Fig. 3과 같이 직경 2m의 크기의 원형으로 중심으로부터 방사 각도가 11.25°로 일정한 간격으로 배열된 흑백선의 개수가 총 32개로 구성되도록 제작하여 촬영 후 해상도를 분석하였다.
본 연구의 대상지는 전라남도 영광군 옥실과 경상남도 창원시 동읍으로, 두 지역 모두 전형적인 농촌 마을이다. 영상의 시각적 해상도 분석을 위하여 촬영 시 판독이 용이하도록 건물과 주유소 옥상에 해상도 검증용 Siemens star 시트를 설치하여 촬영을 수행하였다.
영상자료의 취득은 옥실지역은 DMC 카메라로 비행고도 800m에서, 창원 지역은 UltraCamXp와 ADS80 카메라를 이용하여 각각 비행고도 1,000m와 760m에서 촬영하였다. 두 지역은 각기 다른 날자와 시간대 및 상이한 기상조건 하에서 촬영하여 영상을 취득하였다.
DMC 카메라로 촬영된 영상은 총 6장이며, Fig. 8은 Siemens star가 촬영된 위치를 나타내고 있다.
UltraCamXp 카메라로 촬영된 영상은 총 15장으로 Siemens star의 촬영 위치는 Fig. 9와 같고, 영상좌표는 Table 3과 같다.
데이터처리
본 연구의 대상지는 전라남도 영광군 옥실과 경상남도 창원시 동읍으로, 두 지역 모두 전형적인 농촌 마을이다. 영상의 시각적 해상도 분석을 위하여 촬영 시 판독이 용이하도록 건물과 주유소 옥상에 해상도 검증용 Siemens star 시트를 설치하여 촬영을 수행하였다. 연구대상지별 설치된 Siemens star는 Fig.
먼저, Eq. (2)로부터 각 카메라별로 촬영된 영상의 비행고도, 초점거리 및 픽셀크기를 적용하여 이론적인 GSD를 계산하였다. 그리고 Siemens star 타겟이 촬영된 영상을 이용하여 시각적인 방법으로 공간해상도를 측정하여 두 가지의 수치를 상호 비교하였다.
(2)로부터 각 카메라별로 촬영된 영상의 비행고도, 초점거리 및 픽셀크기를 적용하여 이론적인 GSD를 계산하였다. 그리고 Siemens star 타겟이 촬영된 영상을 이용하여 시각적인 방법으로 공간해상도를 측정하여 두 가지의 수치를 상호 비교하였다.
이론/모형
본 연구에서는 인식 가능한 Bar 타겟의 크기에 따른 공간주기율을 계산하여 영상의 해상도를 분석하는 방법과 달리, Siemens star를 이용하여 시각적으로 해상도를 측정하는 방법을 적용하였다. 연구에 사용된 Siemens star는 Fig.
성능/효과
전체적으로 살펴보면, ADS80의 경우 직하방과 전방 영상간의 시각적 해상도에는 별 차이가 없는 것으로 나타나고 있다. 또한, 비행 방향과 비행 직각방향의 해상도 역시 거의 같다.
하지만 가장 큰 특징은 모든 영상에서 중심에서 멀어질수록 시각적 해상도가 낮아지는 경향을 뚜렷하게 보여주고 있는 점이다. 또한, 카메라 기종별 시각적 해상도는 ADS80 영상이 다른 영상에 비하여 상대적으로 가장 우수하였으며, DMC와 UltraCamXp 영상의 수치는 유사하게 나타나고 있다.
첫째, 모든 항공 디지털카메라의 시각적 해상도는 이론적 GSD의 약 1.1∼1.3배의 수치를 나타내고 있으며, 평균적으로 약 1.2배의 수치를 나타내고 있다.
둘째, 카메라 기종별로는 ADS80이 이론적 GSD 대비 시각적 해상도 비율의 수치가 약 1.15배로 가장 우수하게 나타났으며, DMC와 UltraCamX은 1.21로 동일하였다.
셋째, ADS80과 DMC의 경우에는 비행방향과 비행 직각방향에서 큰 차이가 없었지만, UltraCamXp의 경우에는 비행 방향은 1.16배, 비행 직각방향은 1.26배로 상대적으로 큰 차이가 발생하였다. 이는 중심에서 가장 먼 C-3, C-4 영상에서 비행방향에 비해 비행 직각방향의 해상도가 2cm이상으로 크게 낮아졌기 때문이다.
후속연구
본 연구의 결과는 서로 다른 촬영 지역과 조건하에서 취득된 영상을 분석하여 높은 신뢰도를 보장할 수는 없지만, 향후 동일 조건에서 촬영된 더 많은 데이터가 축적된다면 높은 신뢰도의 확보가 가능할 것으로 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디지털 항공카메라의 영상품질 저하의 원인은 무엇인가?
디지털 항공카메라는 넓은 지역을 대상으로 고정밀 공간정보 구축을 위해 가장 널리 사용되고 있는 영상센서(imaging sensor)이다. 디지털 항공카메라는 물리적 으로 복잡한 구조로 제작되어 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 크기의 제한과 배열방법 및 왜곡 등다양한 문제로 인하여 카메라 기종에 따라 취득되는 영상의 특성 역시 매우 상이하다. 또한 촬영 당시 대기의 영향, 태양고도 및 물체의 반사특성 등 주변 환경의 변화에 따라 취득된 영상의 특성이 달라지고 있다(Beisl and Woodhouse, 2004). 이는 결국 영상품질 저하의 원인이 되어 최종 산출물의 신뢰도를 떨어뜨린다.
디지털카메라의 공간해상도는 CCD 센서와 초점 거리에 따라 어떤 변화를 보이는가?
과거 아날로그 카메라의 공간해상도는 1mm 내에 존재하는 흑백선 쌍(lp/mm)의 개수로 표현하였다. 반면, 디지털카메라의 공간해상도는 CCD센서가 가지는 셀 크기와 비행고도에 비례하며, 초점거리에 반비례한다. 디지털카메라는 면형 방식과 선형 방식의 카메라로 나눌 수 있다.
선형 방식 디지털 카메라는 어떻게 촬영을 수행하는가?
면형 방식의 디지털카메라는 기존 아날로그 카메라와 유사한 방식으로 촬영을 수행한다. 그리고 선형 방식은 일렬로 배열된 센서가 비행방향으로 스캔하듯이 촬영을 수행한다(Wolf and Dewitt, 2002).
참고문헌 (12)
Becker, S., Haala, N. and Reulke, R., 2005, Determination and improvement of spatial resolution for digital aerial images, Proc. of ISPRS Hannover Workshop 2005: High-Resolution Earth Imaging for Geospatial Information, ISPRS, unpaginated, p. 6.
Beisl, U. and Woodhouse, N., 2004, Correction of atmospheric and bidirectional effects in multispectral ADS40 images for mapping purposes, Proc. of ISPRS, Commission VII, ISPRS, Vol. XXXV-B7, pp. 1-5.
Honkavaara, E., Jaakkola, J., Markelin, L. and Becker, S., 2006, Evaluation of resolving power and MTF of DMC, Proc. of ISPRS Commission I, ISPRS, Vol. XXXVI Part 1, unpaginated, p. 6.
Honkavaara, E., 2008, Calibrating digital photogrametric airborne imaging systems using a test field, Doctoral thesis, Helsinki University of Technology, Finland.
Lee, J. O., Lee, D. M., Yun, B. Y. and Park, C. Y., 2011, A study on the spatial resolution of digital aerial camera, Proc. of 2011 Conference, The Korean Society for Geospatial Information System, pp. 117-118.
Lee, T. Y., 2012, Spatial Resolution Analysis of Aerial Digital Camera, Doctoral thesis, Dong-A University.
Lee, T. Y., Lee, J. O. and Yun, B. Y., 2012, Verification of spatial resolution in DMC imagery using bar target, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 30, No. 5, pp. 485-492.
Markelin, L., 2013, Radiometric calibration, validation and correction of multispectral photogrammetric imagery, Doctoral thesis, Alto University School of Engineering, Finland.
Reulke, R., Becker, S., Haala, N. and Templemann, U., 2006, Determination and improvement of spatial resolution of the CCD-line-scanner system ADS40, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 60, pp. 81-90.
Tang, L., Dorstel, C., Jacobsen, K., Heipke, C. and Hinz, A., 2000, Geometric accuracy potential of the digital modular camera, Proc. of the XIXth ISPRS Commission IV, ISPRS, Vol. XXXIII-B4/3, pp. 1051-1057.
Wolf, P. R. and Dewitt, B. A., 2000, Elements of Photogrammetry with Applications in GIS, 3rd edition, McGraw-Hill, USA, pp. 74-77.
Zeitler, W., Dorstel, C. and Jacobsen, K., 2002, Geometric calibration of the DMC: Method and results, Proc. of ISPRS Commission I, ISPRS, Vol. XXXIV Part 1, unpaginated, p. 6.
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