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Incremental Bundle Adjustment와 스테레오 영상 정합 기법을 적용한 무인항공기 영상에서의 포인트 클라우드 생성방안 연구
A Study on Point Cloud Generation Method from UAV Image Using Incremental Bundle Adjustment and Stereo Image Matching Technique 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.6 pt.1, 2018년, pp.941 - 951  

이수암 ((주)쓰리디랩스 영상공학연구소) ,  황윤혁 ((주)쓰리디랩스 영상공학연구소) ,  김수현 ((주)쓰리디랩스 영상공학연구소)

초록
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3차원 도시모델의 생성을 위한 무인항공기의 활용 및 수요가 증가하고 있다. 본 연구에서는 3D 도시 모델 생성의 선행 연구로 불완전한 자세에서 취득된 무인항공기의 위치/자세 정보를 보정하여 포인트 클라우드를 추출하는 연구를 수행했다. 포인트 클라우드의 추출을 위해서는 정밀한 센서모델의 수립이 선행되어야 한다. 이에 무인항공기의 위치/자세 보정을 위해 무인항공기 영상에 기록된 위치정보의 연속성을 이용하여 회전각을 산출하고, 이를 초기값으로 하는 사진 측량 기반의 IBA(Incremental Bundle Adjustment)를 적용하여 보정된 위치/자세 정보를 획득했다. 센서모델 정보를 통해 스테레오 페어 구성이 가능한 영상들을 자동으로 선별하고 페어간의 타이포인트 정보를 이용해 원본 영상을 에피폴라 영상으로 변환했으며, 변환된 에피폴라 스테레오 영상은 고속, 고정밀의 영상 정합기법인 MDR (Multi-Dimensional Relaxation)의 적용을 통해 포인트 클라우드를 추출했다. 각 페어에서 추출된 개별 포인트 클라우드는 집성 과정을 거쳐 하나의 포인트 클라우드 혹은 DSM의 최종 산출물 형태로 출력된다. 실험은 DJI社 무인항공기에서 취득된 연직 및 경사 촬영 영상을 사용했으며, 실험을 통해 건물의 난간, 벽면 등이 선명하게 표현되는 포인트 클라우드 추출이 가능함을 확인하였다. 향후에는 추출된 포인트 클라우드를 이용한 3차원 건물 추출 연구를 통해 3차원 도시모델의 생성을 위한 영상 처리기술을 계속 발전시켜나가야 할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Utilization and demand of UAV (unmanned aerial vehicle) for the generation of 3D city model are increasing. In this study, we performed an experiment to adjustment position/orientation of UAV with incomplete attitude information and to extract point cloud data. In order to correct the attitude of th...

주제어

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 3차원 건물 모델의 생성기술 개발을 위한 선행 과정으로, 무인항공기를 이용한 포인트 클라우드 추출 기술을 개발하였다. 연직촬영 및 경사촬영으로 획득한 영상을 이용하여 실험을 수행했으며, 무인항공기의 위치/자세 정보의 획득이 불안정한 특성을 고려한 센서모델 보정을 수행하였다.
  • , 2017). 이는 개별 사진 혹은 스테레오 페어 단위로 더욱 엄밀하게 무인항공기영상과 같은 프레임카메라의 센서모델링 수행을 목표로 한다. 이 방식은 각 영상에 사진의 초점거리 및 CCD의 픽셀크기, 주점 이동 거리 등과 같은 사진 내부표정요소를 포함하는 공선방정식을 적용하여 물리적 파라메터가 적용된 정확한 무인항공기의 센서모델링을 수립하므로 확장성 및 높은 정확도의 센서모델링을 기대할 수 있다.
  • 이는 제안된 보정방법을 통하여 상용 소프트웨어보다 정밀한 수준의 3차원 포인트 클라우드나 DSM의 생성이 가능함을 의미한다. 이에 본 연구에서는 무인항공기의 위치/자세 정보를 보정하기 위해 IBA 기법을 적용하여 공선방정식 기반의 센서모델을 수립하고, 보정된 센서모델 정보로 조정된 영상에서 에피폴라 영상 기반의 다중 영상 정합기법을 적용하여 3차원 포인트 클라우드의 생성을 시도하고 그 결과를 보고한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3차원 포인트 클라우드 생성을 위한 대표적인 밥법은? 제공되는 3차원 공간정보는 일반적으로 3차원 메시 모델로 구성되어 있으며, 메시 모델을 생성하기 위해서는 3차원 포인트 클라우드 정보가 필요하다. 정밀한 3차원 포인트 클라우드를 생성하기 위한 대표적인 방법으로, 항공 사진측량(aerial photogrammetry)을 이용한 구축이 있다. 항공촬영 영상의 경우, 카메라의 위치/자세 정보 및 색상정보의 취득이 가능하여 영상정합을 이용한 실감형 3차원 건물 및 도시 모델의 생성에 적합하다.
유인 항공기를 이용한 사진측량을 대체하는 방안은? 유인 항공기를 이용한 사진측량은 현재 국내외 지도제작 및 고정밀 공간정보의 제작에 주로 활용되고 있으나, 고가의 장비와 전문적인 인력의 투입이 필요하고 정보 갱신 주기가 길다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 무인항공기를 이용한 사진측량을 활용하면, 상대적으로 소수 인력과 저비용으로 특정 지역의 국지적, 혹은 개별 건물의 3차원 고정밀 공간정보 획득을 기대할 수 있다(Remondino et al., 2011; Rhee et al.
포인트 클라우드를 추출 과정은? 포인트 클라우드의 추출을 위해서는 정밀한 센서모델의 수립이 선행되어야 한다. 이에 무인항공기의 위치/자세 보정을 위해 무인항공기 영상에 기록된 위치정보의 연속성을 이용하여 회전각을 산출하고, 이를 초기값으로 하는 사진 측량 기반의 IBA(Incremental Bundle Adjustment)를 적용하여 보정된 위치/자세 정보를 획득했다. 센서모델 정보를 통해 스테레오 페어 구성이 가능한 영상들을 자동으로 선별하고 페어간의 타이포인트 정보를 이용해 원본 영상을 에피폴라 영상으로 변환했으며, 변환된 에피폴라 스테레오 영상은 고속, 고정밀의 영상 정합기법인 MDR (Multi-Dimensional Relaxation)의 적용을 통해 포인트 클라우드를 추출했다. 각 페어에서 추출된 개별 포인트 클라우드는 집성 과정을 거쳐 하나의 포인트 클라우드 혹은 DSM의 최종 산출물 형태로 출력된다.
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참고문헌 (10)

  1. Alidoost, F. and H. Arefi, 2015. An image-based technique for 3D building reconstruction using multi-view UAV images, The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 40(1): 43. 

  2. Gruen, A., X. Huang, R. Qin, T. Du, W. Fang, J. Boavida, and A. Oliveira, 2013. Joint processing of UAV imagery and terrestrial mobile mapping system data for very high resolution city modeling, Proc. of 2013 International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Rostock, Germany, Sep. 4-6, vol. XL-1/W2, pp. 175-182. 

  3. Lee, K.R. and W.H. Lee, 2017. Comparison of Orthophoto and 3D Modeling using Vertical and High Oblique Images taken by UAV, Journal of Korean Society for Geospatial Information System, 25(4): 35-45 (in Korean with English abstract). 

  4. Remondino, F., L. Barazzetti, F. Nex, M. Scaioni, and D. Sarazzi, 2011. UAV photogrammetry for mapping and 3d modeling, current status and future perspectives, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 38(1): C22. 

  5. Rhee, S. and T. Kim, 2016. Dense 3D Point Cloud Generation from UAV Images from Image Matching and Global Optimization, Proc. of 2016 International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Prague, Czech Republic, Jul. 12-19, pp. 1005-1009. 

  6. Rhee, S. and T. Kim, 2018. Development of incremental Bundle Adjustment for UAV Images without Orientation angles, Proc. of 2018 International Symposium on Remote Sensing, Pyeongchang, Korea, May 9-11, pp. 225-228. 

  7. Rhee, S., T. Kim, D. Kim, and H. Lee, 2017. Analysis for Stereoscopic Plotting Applicability of UAV Images, Proc. of 2017 International Symposium on Remote Sensing, Nagoya, Japan, May 17-19, C-29. 

  8. Rhee, S., T. Kim, J. Kim, M.C. Kim, and H.J. Chang, 2015. DSM generation and accuracy analysis from UAV images on river-side facilities, Korean Journal of Remote Sensing, 31(2): 183-191 (in Korean with English abstract). 

  9. Snavely, N., 2008. Bundler: Structure from Motion (SFM) for Unordered Image Collections, http://phototour.cs.washington.edu/bundler/, Accessed on Jan. 13, 2011. 

  10. Ulusel, O., C. Picardo, C.B. Harris, S. Reda, and R.I. Bahar, 2016. Hardware acceleration of feature detection and description algorithms on lowpower embedded platforms, Proc. of 2016 26th International Conference on Field Programmable Logic and Applications (FPL), Lausanne, Switzerland, Aug. 29 - Sep. 2, pp. 1-9. 

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