KR100457080B1 - Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image - Google Patents

Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image Download PDF

Info

Publication number
KR100457080B1
KR100457080B1 KR10-2002-0040912A KR20020040912A KR100457080B1 KR 100457080 B1 KR100457080 B1 KR 100457080B1 KR 20020040912 A KR20020040912 A KR 20020040912A KR 100457080 B1 KR100457080 B1 KR 100457080B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
camera
image
point
photographing
equation
Prior art date
Application number
KR10-2002-0040912A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040006595A (en
Inventor
김재동
김동현
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
김재동
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사, 김재동 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR10-2002-0040912A priority Critical patent/KR100457080B1/en
Publication of KR20040006595A publication Critical patent/KR20040006595A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100457080B1 publication Critical patent/KR100457080B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/28Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2408Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring roundness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Abstract

본 발명은 노출된 암반사면의 설계 및 안정성 해석에 필수적인 암반사면의 절리의 기하학적 특성을 조사하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접근이 불가능한 지역에서 조사가 가능하고, 작업시간을 단축하며, 많은 조사자료를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 조사자료가 정확하고, 그에 따라 절리자료의 통계처리결과에 높은 신뢰성을 주며 조사작업시 안전사고의 우려가 없는 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for investigating the geometric characteristics of joints of rock slopes, which is essential for the design and stability analysis of exposed rock slopes. In addition to obtaining survey data, the survey data are accurate and accordingly provide high reliability in the results of statistical processing of joint data. will be.

본 발명은 분석대상 및 현장조건에 따른 촬영계획을 수립하는 단계; 상기 촬영계획에 따라 디지털사진기를 소정위치에 설치하는 단계; 좌표측정을 위해 공간좌표측정기를 측량원점에 설치하는 단계: 3개의 조절점을 분석대상인 암반사면에 설정하는 단계; 상기 측량원점에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 조절점의 공간좌표를 측정하는 단계: 촬영대상을 사진촬영하는 단계: 촬영한 영상에서 영상의 중심점인 영상주점과 어느 한 조절점이 일치하도록 사진기조절기를 이용하여 사진기의 촬영방향을 조절하여 촬영면을 촬영하는 단계; 영상주점과 암반사면의 상기 조절점을 연결하는 공선상에 지상보조점이 위치하도록 지상보조점장치를 설치하는 단계; 측량원점에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 지상보조점의 공간좌표를 측정하는 단계; 디지털 사진기를 다음 촬영위치로 이동하여 상기 단계들을 반복하는 단계; 상기 3개의 지상조절점과 지상보조점의 공간좌표, 그리고 영상주점과 일치하지 않는 나머지 2개의 조절점의 영상좌표로부터 사진기 내부매개변수인 초점거리및 영상주점의 좌표와 외부매개변수인 사진기의 위치와 사진기의 회전각을 결정하는 단계; 상기 사진기 매개변수로부터 좌, 우 사진기의 공선조건식(중심투영방정식)을 구성하는 단계; 상기 좌, 우 사진기의 공선조건식의 관계로부터 절리면을 구성하는 꼭지점의 공간좌표를 영상에 투영된 영상좌표로부터 유도하는 단계; 상기 절리면 꼭지점의 공간좌표로부터 절리면의 법선벡터를 결정하는 단계: 그리고 상기 절리면의 법선벡터로부터 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 단계를 포함한다.The present invention comprises the steps of establishing a shooting plan according to the analysis target and site conditions; Installing a digital camera at a predetermined position according to the shooting plan; Installing a spatial coordinate measuring device at the survey origin for coordinate measurement: setting three control points on a rock slope to be analyzed; Measuring the spatial coordinates of the control point using a spatial coordinate measuring device installed at the surveying point: Taking a photograph of the subject: The camera controller is adjusted so that any control point coincides with the center of the image in the photographed image Photographing a photographing surface by adjusting a photographing direction of the camera using the photographing method; Installing a ground assist point device such that a ground assist point is located on a collinear line connecting the control point of the image pit and the rock slope; Measuring spatial coordinates of the ground auxiliary point using a spatial coordinate measuring device installed at a survey origin; Repeating the steps by moving the digital camera to the next photographing position; From the coordinates of the three ground control points and the ground auxiliary point, and the image coordinates of the remaining two control points that do not coincide with the image pub, the focal length, which is the internal parameter of the camera, and the coordinates of the image, and the position of the camera, which are external parameters Determining an angle of rotation of the camera; Constructing a collinear condition equation (center projection equation) of the left and right cameras from the camera parameters; Deriving the spatial coordinates of the vertices constituting the joint surface from the image coordinates projected on the image from the relationship between the collinear conditional expressions of the left and right cameras; Determining a normal vector of the joint surface from the spatial coordinates of the joint surface; and determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface from the normal vector of the joint surface.

Description

영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성조사방법{Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image}Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image}

본 발명은 노출된 암반사면의 설계 및 안정성 해석에 필수적인 암반사면의 절리(節理)의 기하학적 특성 조사방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접근이 불가능한 지역에서 조사가 가능하고, 작업시간을 단축하며, 많은 조사자료를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 조사자료가 정확하고, 그에 따라 절리자료의 통계처리결과에 높은 신뢰성을 주며 조사작업시 안전사고의 우려가 없는 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for investigating the geometric characteristics of joints of rock slopes, which is essential for the design and stability analysis of exposed rock slopes. In addition to obtaining a large number of survey data, the survey data are accurate and accordingly provide high reliability in the results of statistical processing of joint data. It is about.

암반사면을 포함한 암반 내 구조물의 안정성은 암반의 생성과정에서 필연적으로 존재하는 절리와 같은 불연속면의 기하학적, 물리-역학적 특성에 좌우한다.The stability of rock structures, including rock slopes, depends on the geometric and physico-mechanical properties of the discontinuities such as joints, which are inevitably present in the formation of rock masses.

그리고 암반사면의 건설 및 유지 보수 과정에서 대표적인 불연속면인 절리 특성의 정량화는 대단히 필수적인 작업이다. 따라서 절리 특성은 안정성 해석을 수반한 암반에 대한 설계과정에서 중요한 입력요소로 작용한다. 그리고 절리의 기하학적 특성과 물리-역학적 특성은 각각 조사와 시험으로부터 정량화한다.In the construction and maintenance of rock slopes, the quantification of joint characteristics, a representative discontinuity, is a very essential task. Therefore, the joint characteristics serve as an important input element in the design process for rock with stability analysis. The geometric and physico-mechanical properties of the joints are then quantified from investigations and tests, respectively.

종래 절리의 기하학적 특성의 실측 조사방법에는 조사선(scan line) 조사법, 조사창(scan window) 조사법, 시추공벽 검층 및 시추코어 조사법이 있다. 상기 조사선 조사법과 조사창 조사법은 클리노미터(clinometer)와 줄자를 이용하여 수작업으로 행하는 방법이다.Conventional methods for measuring the geometric characteristics of joints include a scan line irradiation method, a scan window irradiation method, a borehole wall logging method, and a drilling core irradiation method. The irradiation method and the irradiation window irradiation method is a method performed manually by using a clinometer and a tape measure.

상기 조사선 조사법은 접근이 곤란한 지역에는 조사가 불가능하고 조사범위가 제한되므로 조사자료의 신뢰도가 떨어지고, 과중한 수작업이 행해져야 한다는문제점이 있으며, 상기 조사창 조사법은 암반사면에 조사창을 설정하기가 어려우며 과중한 수작업이 행해져야 한다는 문제점이 있으며, 상기 시추공벽 검층 및 시추코어 조사법은 조사범위가 한정되고 코어의 절대방향 측정이 어렵다는 문제점이 있다.The survey method has a problem that the survey data is difficult to access in a difficult access area and the scope of the survey is limited, so the reliability of the survey data is low and the heavy manual work must be performed. The survey window survey method is difficult to set the survey window on the rock slope. There is a problem that heavy manual work must be performed, and the borehole wall logging and drilling core irradiation method has a problem that the irradiation range is limited and the absolute direction of the core is difficult to measure.

이와 같은 종래 수작업 실측조사의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 영상에 의한 공간내 물체의 기하학적 특성 조사방법이 있는데 일반적인 방법은 다음과 같은 순서에 의하여 행해진다.As a method for solving the problems of the conventional manual survey, there is a method for examining the geometrical characteristics of objects in space by an image. The general method is performed in the following order.

(1) 해석대상 설정(1) Analysis target setting

(2) 촬영위치 선정 및 측량원점의 촬영배열 설계(2) Shooting position selection and shooting arrangement design of survey origin

(3) 조절점 설정 또는 분포(3) setting or distribution of control points

(4) 조절점좌표 측량(4) control point coordinate surveying

(5) 촬영(5) shooting

(6) 사진기 매개변수 결정(6) camera parameter determination

(7) 촬영위치를 이동하고 촬영방향을 회전하여 확장촬영(7) Extended shooting by moving the shooting position and rotating the shooting direction

(8) 새로운 조절점 설정에 의한 (3)∼(6) 반복(8) Repeat (3) to (6) by setting new control point

(9) 임의점의 공간좌표 계산(9) Calculation of spatial coordinates of arbitrary points

(10) 공간좌표에 의한 물체의 길이 및 형태 결정(10) Determination of the length and shape of an object by spatial coordinates

영상을 이용한 대표적인 공간상의 물체의 기하학적 특성조사방법으로서 사진 측량에 의한 영상을 이용하는 평행입체사진 측량 방법, 수렴입체사진 측량 방법, 광속조정법, DLT법이 있고, 컴퓨터 비젼에 의한 영상을 이용하는 Tsai 법, 8-포인트 알고리즘법이 있다.Representative methods of geometric characteristics of spatial objects using images include parallel stereogrammetry, convergent stereogrammetry, luminous flux adjustment, DLT method, Tsai method using computer vision. There is an eight-point algorithm.

이 대표적인 방법은 전술한 일반적인 방법과 유사하나 사진기 매개변수의 결정방법에 차이가 있다.This representative method is similar to the general method described above, but differs in the method of determining camera parameters.

사진 측량과 컴퓨터 비젼에 의한 영상을 이용하는 방법은 공간상의 물체의 임의의 점이 중심투영관계에 의해 영상에 투영될 때 임의점의 공간좌표를 이에 대응하는 영상좌표에 의해 유도하고, 유도한 공간좌표로부터 물체의 길이 및 형태를 구성하여 기하학적 특성을 해석하는 방법이다.Photogrammetric and computer vision-based images derive the spatial coordinates of an arbitrary point by the corresponding image coordinates when an arbitrary point of an object in space is projected onto the image by a central projection relationship, and from the derived spatial coordinates. A method of analyzing geometrical characteristics by constructing the length and shape of an object.

상기 평행입체사진 측량(Parallel stereophotogrammetry) 방법은 도 1에 도시한 바와 같이 동일한 초점거리를 갖는 두 대의 사진기를 사진기베이스의 장치의 양쪽에 설치하고 이들 사진기의 광축을 정확하게 평행하도록 설정하여 시각차 공식(parallax equation)에 의해 영상좌표로부터 공간좌표를 유도하는 방법으로서 다음과 같은 순서에 따라 행해진다.In the parallel stereophotogrammetry method, as shown in FIG. 1, two cameras having the same focal length are installed on both sides of a device of a camera base, and the optical axes of these cameras are set to be parallel to each other. A method of deriving a spatial coordinate from an image coordinate by an equation) is performed in the following order.

(1) 사진기를 사진기 베이스에 설치(1) mounting the camera to the camera base

(2) 촬영거리에 따라 사진기 베이스 내에서 사진기 간격 조정(2) Adjust camera interval within camera base according to shooting distance

이 때 적정한 사진기간격/촬영거리는 1/20∼1/5 m이다.At this time, an appropriate photographing interval / shooting distance is 1/20 to 1/5 m.

(3) 촬영방향 설정(3) Shooting direction setting

(4) 사진기 높이 측정(4) camera height measurement

(5) 촬영(5) shooting

(6) 물체의 임의 점의 공간좌표 유도(6) Derivation of spatial coordinates of arbitrary points of an object

이 때 시각차 공식을 적용하며 회전각이 고정되어 있으므로 사진기 매개변수는 결정할 필요가 없다.At this time, the visual difference formula is applied and the rotation angle is fixed so that no camera parameters need to be determined.

(7) 공간좌표로부터 물체의 길이 및 형태 결정(7) Determine the length and shape of the object from spatial coordinates

평행입체사진 측량 방법은 사진기의 촬영방향이 고정(회전각 고정)되어 사진기 매개변수의 결정이 필요하지 않은 장점이 있으나 촬영거리에 따른 사진기 간격이 제한되고, 영상중첩범위가 작아 해석범위가 축소되며, 사진기 베이스를 필요로 하는 단점이 있다.The parallel stereoscopic survey method has the advantage that the camera's shooting direction is fixed (rotation angle fixed) so that camera parameters are not determined, but camera intervals are limited according to the shooting distance, and the range of analysis is reduced due to the small image overlapping range. There is a disadvantage, requiring a camera base.

상기 수렴입체사진 측량(Convergent stereophotogrammetry) 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 동일한 초점거리를 갖는 두 대의 사진기를 사진기 베이스의 양측에 설치하고 이들 사진기의 광축을 정확하게 수렴하도록 설정하여 중심투영방정식에 의해 영상좌표로부터 공간좌표를 유도하는 방법으로서, 상기 평행입체사진측량방법과 동일한 과정을 거치나 사진기의 촬영방향을 사진기 베이스 상에서 수렴하도록 한다. 수렴각(회전각 Φ)를 측정하거나 미리 결정하여 사진기 매개변수를 결정한다.In the convergent stereophotogrammetry method, as shown in FIG. 1, two cameras having the same focal length are installed on both sides of the camera base, and the optical axes of these cameras are set to converge correctly so that the image is obtained by the central projection equation. As a method of deriving the spatial coordinates from the coordinates, the same process as the parallel stereoscopic photogrammetry method is performed, but the photographing direction of the camera is converged on the camera base. Camera parameters are determined by measuring or determining the angle of convergence (rotation angle Φ).

수렴입체사진측량방법은 사진기의 촬영방향이 고정(회전각 고정)되어 사진기 매개변수의 결정이 필요하지 않은 장점이 있으나 촬영거리에 따른 사진기 간격이 제한되고, 사진기 베이스를 필요로 하는 단점이 있다.Converging stereoscopic photogrammetry has the advantage that the camera's shooting direction is fixed (rotation angle fixed) does not require the determination of camera parameters, but camera distance is limited according to the shooting distance, there is a disadvantage that requires a camera base.

상기 광속조정법(Bundle adjustment)은 도 2에 도시된 바와 같이 해석대상에 조절점을 분포시키고 이들 조절점의 공간좌표 및 이에 대응하는 영상좌표와, 사진기 매개변수의 초기 근사값을 이용하여 최소제곱법에 의해 사진기 매개변수를 결정한 후 이로부터 중심투영방정식을 구성하여 임의점의 공간좌표를 유도하는 방법으로서, 다음과 같은 순서에 따라 행해진다.As shown in FIG. 2, the bundle adjustment method distributes control points to an object to be analyzed and uses the spatial coordinates of the control points, the corresponding image coordinates, and the initial approximation of the camera parameters. After the camera parameters are determined, the central projection equation is constructed to derive the spatial coordinates of the arbitrary points. The method is performed in the following order.

(1) 최소 3점 이상의 조절점을 해석대상에 설정하고 분포시킴(실제로는 수많은 조절점 적용)(1) Set and distribute at least three control points to the analysis target (actually apply many control points)

(2) 조절점의 공간좌표 측정(2) Spatial coordinate measurement of control points

(3) 후방교회법에 의한 사진기 매개변수 결정(3) Camera parameter determination by resection

- 최소제곱법, 사진기 매개변수의 초기 근사값을 요구Least squares method, requires initial approximation of camera parameters

(4) 공선조건식 구성(4) Composition of collinear condition

(5) 전방교회법에 의한 공간좌표 계산(5) Calculation of spatial coordinates by forward intersection

(6) 공간좌표에 의한 물체의 길이 및 형태결정(6) Determination of the length and shape of the object by spatial coordinates

광속조정법은 촬영방향을 자유롭게 설정하는 것이 가능하고, 높은 정확도를 갖고 이론적으로는 최소 3점의 조절점을 사용할 수 있으나, 이때 사진기 매개변수의 초기 근사값을 요구한다. 실제로는 수많은 조절점을 사용하고 사진기 매개변수 결정과정에서 비선형 최적화에 따른 많은 계산시간이 요구된다는 단점이 있다.The luminous flux adjustment method can freely set the shooting direction, has high accuracy and theoretically can use at least three control points, but this requires an initial approximation of the camera parameters. In practice, the disadvantage is that a large number of control points are used and the computational time required for nonlinear optimization is required in the camera parameter determination process.

상기 DLT법(Direct Linear Transformation Method)은 도 3에 도시된 바와 같이 해석대상에 5개 이상의 조절점을 체적 분포시키고 이들 조절점의 공간좌표 및 이에 대응하는 영상좌표를 이용하여 최소제곱법에 의해 사진기 매개변수를 결정한 뒤 이로부터 중심투영방정식을 변형한 DLT식을 구성하여 임의 점의 공간좌표를 유도하는 방법으로서, 다음과 같은 순서에 따라 행해진다.The DLT method (Direct Linear Transformation Method) is a volume distribution of five or more control points to the analysis object as shown in Figure 3 and by using the least square method using the spatial coordinates and the corresponding image coordinates of the camera A method of deriving the spatial coordinates of an arbitrary point by determining a parameter and constructing a DLT equation modified from the central projection equation is performed in the following order.

(1) 최소 11점이상의 조절점을 해석대상에 체적 분포(1) Volume distribution of at least 11 control points to the analysis object

(2) 조절점 공간좌표 측정(2) control point spatial coordinate measurement

(3) 최소제곱법에 의한 DLT 계수 유도(3) Derivation of DLT coefficients by least squares method

(4) DLT식 구성(4) DLT type configuration

(5) 공간좌표계산(5) Spatial coordinate calculation

(6) 공간좌표에 의한 물체의 길이 및 형태 결정(6) Determination of the length and shape of the object by spatial coordinates

DLT법은 촬영방향을 자유롭게 설정하는 것이 가능하고 상기 광속조정법에 비해 신속하게 계산할 수 있다는 장점이 있으나, 사진기요소의 값이 근사값이어서 정확하지 않고 실제로는 11개 이상의 많은 조절점을 적용하여야 하는 문제점이 있다.The DLT method has the advantage that it is possible to set the shooting direction freely and to calculate it more quickly than the luminous flux adjustment method. However, since the value of the camera element is an approximation, it is not accurate and in practice, more than 11 control points must be applied. have.

상기 컴퓨터 비젼의 Tsai 법(Tsai's Method)은 도 3에 도시된 바와 같이 해석대상에 7점이상의 조절점을 두 개 면에 분포시키고 이들 조절점의 공간좌표 및 이에 대응하는 영상좌표를 이용하여 최소제곱법에 의해 사진기 매개변수를 결정한 후 이로부터 중심투영방정식을 구성하여 임의 점의 공간좌표를 유도하는 방법으로서, 다음과 같은 순서에 따라 행해진다.The Tsai method of the computer vision (Tsai's Method) is to distribute the control points of more than seven points on the two surfaces as shown in Figure 3, and the least square using the spatial coordinates and the corresponding image coordinates of these control points After the camera parameters are determined by the method, a center projection equation is constructed from them to derive the spatial coordinates of an arbitrary point, which is performed in the following order.

(1) 최소 7점이상의 조절점을 두 개 면에 분포(1) Distribution of control points of at least seven points on two sides

(2) 조절점 공간좌표 측정(2) control point spatial coordinate measurement

(3) 최소제곱법에 의한 Tsai 계수 유도(3) Derivation of Tsai Coefficient by Least Square Method

(4) 중심투영방정식 구성(4) Composition of central projection equation

(5) 공간좌표계산(5) Spatial coordinate calculation

(6) 공간좌표에 의한 물체의 길이 및 형태 결정(6) Determination of the length and shape of the object by spatial coordinates

Tsai 법은 촬영방향을 자유롭게 설정하는 것이 가능하고 상기 광속조정법에 비해 신속하게 계산할 수 있다는 장점이 있으나, 특정 검정지가 요구되고, 실제로는 7점 이상의 많은 조절점을 적용하여야 한다는 단점이 있다.The Tsai method has the advantage that it is possible to freely set the shooting direction and can be calculated faster than the luminous flux adjustment method. However, a specific black paper is required, and in fact, many adjustment points of 7 points or more must be applied.

상기 8-포인트 알고리즘법(8-point Algorithm Method)은 도 4에 도시된 바와 같이 좌우 두 개의 영상에서 8점 이상의 일치점을 확보하고 영상처리를 통해 영상에 나타나는 에지(edge)나 코너(corner) 같은 특징점을 조절점으로 이용하여 에피폴라 지오메트리(epipolar geometry)를 구성하고 이를 영상복원을 통해 공간좌표를 유도하는 방법으로서, 다음과 같은 순서에 따라 행해진다.As shown in FIG. 4, the 8-point Algorithm Method secures a coincidence point of at least 8 points in two left and right images, such as edges or corners, which appear in the image through image processing. A method of constructing epipolar geometry using feature points as control points and deriving spatial coordinates through image restoration is performed in the following order.

(1) 최소 8점 이상의 일치점이 좌우 두 영상에 나타나도록 사진 촬영(1) Take a picture so that at least 8 matching points appear in the left and right images

(2) 에피폴라 지오메트리(epipolar geometry) 구성(2) Epipolar geometry

(3) 에센셜 매트릭스(Essential matrix) 구성(3) Essential matrix composition

(4) 펀더멘탈 매트릭스(Fundamental matrix) 구성(4) Fundamental matrix composition

(5) 3차원 복원(reconstruction)(5) 3D reconstruction

(6) 중심투영방정식 구성(6) Composition of central projection equation

(7) 공간좌표계산(7) Spatial coordinate calculation

(8) 공간좌표에 의한 물체의 길이 및 형태결정(8) Determination of the length and shape of the object by spatial coordinates

8-포인트 알고리즘법은 사진기의 변화나 요소에 관한 어떠한 초기정보도 필요하지 않고 자동화가 가능하다는 장점이 있으나, 인공적인 구조물과 같이 영상에 선과 강도의 차이가 대조적인 경우에만 적용할 수 있는 단점이 있다.The 8-point algorithm has the advantage that it can be automated without the need for any initial information about camera changes or elements, but it can be applied only when the difference between lines and intensities in the image, such as artificial structures, is contrasted. have.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 촬영방향을 자유롭게 설정할 수 있도록 하여 절리의 교차특성상 영상에 나타나지않는 절리면의 분석을 가능하게 하고, 최소의 조절점을 적용하여 신속하고 간편하게 사진기 매개변수를 결정하며, 공간좌표 유도와 절리면의 방향성을 신속하게 계산하도록 하며, 절리자료 통계처리 결과의 신뢰성을 높이기 위해 대량의 자료처리가 가능하고, 촬영 영상의 현장확인 및 저장, 처리와 같은 디지털 영상의 장점을 활용할 수 있는 디지털 사진기를 직접적으로 이용할 수 있는 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성조사방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, it is possible to set the shooting direction freely to enable the analysis of the joint surface that does not appear in the image due to the intersecting characteristics of the joint, and by applying a minimum control point Easily determine camera parameters, calculate spatial coordinates and calculate joint orientation quickly, and process large amounts of data to increase the reliability of joint data statistical processing. The present invention provides a method for investigating the geometrical characteristics of rock slope joints using images that can directly use digital cameras that can take advantage of the same digital image.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성조사방법은 분석대상 및 현장조건에 따른 촬영계획을 수립하는 단계; 상기 촬영계획에 따라 디지털사진기를 소정위치에 설치하는 단계; 좌표측정을 위해 공간좌표측정기를 측량원점에 설치하는 단계: 3개의 조절점을 분석대상인 암반사면에 설정하는 단계; 상기 측량원점에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 조절점의 공간좌표를 측정하는 단계: 촬영대상을 사진촬영하는 단계: 촬영한 영상에서 영상의 중심점인 영상주점과 어느 한 조절점이 일치하도록 사진기조절기를 이용하여 사진기의 촬영방향을 조절하여 촬영면을 촬영하는 단계; 영상주점과 암반사면의 상기 조절점을 연결하는 공선상에 지상보조점이 위치하도록 지상보조점장치를 설치하는 단계; 측량원점에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 지상보조점의 공간좌표를 측정하는 단계; 디지털 사진기를 다음 촬영위치로 이동하여 상기 단계들을 반복하는 단계; 상기 3개의 지상조절점과 지상보조점의 공간좌표, 그리고 영상주점과 일치하지 않는 나머지 2개의 조절점의 영상좌표로부터 사진기 내부매개변수인 초점거리및 영상주점의 좌표와 외부매개변수인 사진기의 위치와 사진기의 회전각을 결정하는 단계; 상기 사진기 매개변수로부터 좌, 우 사진기의 공선조건식(중심투영방정식)을 구성하는 단계; 상기 좌, 우 사진기의 공선조건식의 관계로부터 절리면을 구성하는 꼭지점의 공간좌표를 영상에 투영된 영상좌표로부터 유도하는 단계; 상기 절리면 꼭지점의 공간좌표로부터 절리면의 법선벡터를 결정하는 단계: 그리고 상기 절리면의 법선벡터로부터 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 단계를 포함한다.Method for investigating the geometrical characteristics of rock slope joint by the image of the present invention for achieving the above object comprises the steps of establishing a shooting plan according to the analysis target and site conditions; Installing a digital camera at a predetermined position according to the shooting plan; Installing a spatial coordinate measuring device at the survey origin for coordinate measurement: setting three control points on a rock slope to be analyzed; Measuring the spatial coordinates of the control point using a spatial coordinate measuring device installed at the surveying point: Taking a photograph of the subject: The camera controller is adjusted so that any control point coincides with the center of the image in the photographed image Photographing a photographing surface by adjusting a photographing direction of the camera using the photographing method; Installing a ground assist point device such that a ground assist point is located on a collinear line connecting the control point of the image pit and the rock slope; Measuring spatial coordinates of the ground auxiliary point using a spatial coordinate measuring device installed at a survey origin; Repeating the steps by moving the digital camera to the next photographing position; From the coordinates of the three ground control points and the ground auxiliary point, and the image coordinates of the remaining two control points that do not coincide with the image pub, the focal length, which is the internal parameter of the camera, and the coordinates of the image, and the position of the camera, which are external parameters Determining an angle of rotation of the camera; Constructing a collinear condition equation (center projection equation) of the left and right cameras from the camera parameters; Deriving the spatial coordinates of the vertices constituting the joint surface from the image coordinates projected on the image from the relationship between the collinear conditional expressions of the left and right cameras; Determining a normal vector of the joint surface from the spatial coordinates of the joint surface; and determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface from the normal vector of the joint surface.

도 1은 종래의 평행 및 수렴 입체사진측량방법을 나타내는 도면,1 is a view showing a conventional parallel and convergent stereogram method;

도 2는 종래의 광속조정법을 나타내는 도면,2 is a view showing a conventional luminous flux adjustment method;

도 3은 종래의 DLT 법 및 Tsai 법을 나타내는 도면,3 is a diagram showing a conventional DLT method and a Tsai method;

도 4는 종래의 8-포인트 알고리즘법을 나타내는 도면,4 shows a conventional 8-point algorithm;

도 5는 본 발명의 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법을 수행하기 위한 지상조절점, 사진기, 지상보조점, 측량원점, 영상주점의 위치의 상관관계를 나타내는 배치도,5 is a layout view showing the correlation between the position of the ground control point, the camera, the ground auxiliary point, the survey origin, the image pub for performing the geometric characteristics of the rock slope joint of the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 조사방법에 사용되는 사진기 조절기를 나타내는 사진,6 is a photograph showing a camera controller used in the irradiation method according to the invention,

도 7은 본 발명에 따른 조사에 사용되는 지상보조점 장치를 나타내는 사진,Figure 7 is a photograph showing a ground assist point apparatus used for irradiation according to the present invention,

도 8a는 본 발명에 따른 사진기 내부매개변수를 결정하기 위해 도 5의 입력요소들의 배치에 따른 기하학적 관계를 공간적으로 나타낸 도면,8A illustrates spatially the geometric relationship of the arrangement of the input elements of FIG. 5 to determine camera internal parameters according to the invention;

도 8b는 도 8a의 기하학적 관계를 평면적으로 나타낸 도면,8B is a plan view showing the geometric relationship of FIG. 8A;

도 9a는 측량원점을 기준으로 가정한 공간좌표계에서 사진영상의 방향을 결정하는 사진기의 회전행렬을 결정하는 회전각을 나타내는 도면,도 9b는 측량원점을 기준으로 가정한 공간좌표계에서 영상면의 회전에 따른 공선과 공간좌표계사이의 방향코사인과의 관계를 나타낸 도면,9A is a view illustrating a rotation angle that determines a rotation matrix of a camera that determines a direction of a photographic image in a spatial coordinate system assumed based on a survey origin; FIG. 9B is a rotation of an image plane in a spatial coordinate system assumed based on a survey origin; Showing the relationship between the direction cosine between the collinear and spatial coordinate system

도 10은 실제로 촬영한 C1또는 C3의 영상좌표(x, y)와, 직선I에 의해 결정된 회전각 ω,Φ와 χ=0으로부터 구성된 회전행렬에 의해 계산된 영상좌표(x', y')를 나타내는 좌표계,10 shows image coordinates (x, y) of C 1 or C 3 actually photographed and image coordinates (x ', y calculated by a rotation matrix composed of rotation angles ω, Φ, and χ = 0 determined by a straight line I. Coordinate system,

도 11은 조절점 C1, C3가 영상에 투사된 c1, c3와 결정된 ω,Φ와 x=0일 때 결정된 c1', c3' 사이의 y좌표 사이의 값을 나타내는 도면,11 is a diagram showing a value between y coordinates between c 1 ', c 3 ' determined when the control points C 1 , C 3 are projected on the image c 1 , c 3 and ω, Φ and x = 0 determined;

도 12는 면의 방향을 주향(strike)과, 경사(dip) 또는 경사방향(dip direction, α)과, 경사각(dip angle, β)으로 표현한 도면,12 is a view in which the direction of the surface is expressed by strike, dip or dip direction α, and dip angle β;

도 13은 두 대의 사진기에 의한 수렴촬영배열도,13 is a converging photographing arrangement diagram by two cameras,

도 14는 절리면과 법선벡터와의 관계를 나타내는 도면,14 is a diagram showing a relationship between a joint surface and a normal vector;

도 15는 절리면 법선벡터의 각 성분을 이용한 절리면 방향결정에서 법선벡터를 상대 공간좌표계 내에서 구성한 상태를 나타내는 도면,15 is a view showing a state in which a normal vector is configured in a relative spatial coordinate system in determining the direction of the joint using the components of the joint normal vector;

도 16은 확장해석에서 조절점의 설정 및 이동을 나타내는 도면,16 is a view showing the setting and movement of the control point in the extended analysis,

도 17은 확장해석의 현장검증에서 촬영면을 왼쪽으로 이동시켜가며 수행한 상태를 나타내는 도면이다.17 is a view showing a state performed by moving the photographing surface to the left in the field verification of the extended analysis.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

0: 측량원점 P: 투영중심점(사진기 위치)0: survey point P: projection center point (camera position)

o: 영상주점 G: 지상보조점o: Video Tavern G: Ground Assist

C1, C2, C3: 지상조절점C 1 , C 2 , C 3 : ground control point

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법을 수행하기 위한 지상조절점, 사진기, 지상보조점, 측량원점, 영상주점의 위치의 상관관계를 나타내는 배치도이다.5 is a layout view showing the correlation between the position of the ground control point, the camera, the ground auxiliary point, the survey origin, the image pub for performing the geometric characteristics of the rock slope joint of the present invention.

본 발명의 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법은 실외작업과정와 실내작업과정으로 구분되는데, 실외작업과정은 분석대상 및 현장조건에 따른 촬영계획을 수립하는 단계; 상기 촬영계획에 따라 디지털사진기를 소정위치 P에 설치하는 단계; 좌표측정을 위해 공간좌표측정기를 측량원점 0 에 설치하는 단계: 3개의 조절점 C1, C2, C3를 분석대상인 암반사면에 설정하는 단계; 상기 측량원점0에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 조절점 C1, C2, C3의 공간좌표를 결정하는 단계: 촬영대상을 사진촬영하는 단계: 촬영한 영상에서 영상의 중심점인 영상주점 o 과 조절점 C2가 일치하도록 사진기조절기를 이용하여 사진기의 촬영방향을 조절하는 단계; 영상주점 o 과 암반사면의 조절점 C2를 연결하는 공선상에 지상보조점 G 가 위치하도록 지상보조점장치를 설치하는 단계; 측량원점 0에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 지상보조점 G의 공간좌표를 측정하는 단계; 디지털 사진기를 다음 촬영위치로 이동하여 상기 단계들을 반복하는 단계로 이루어져 있다.Method for investigating the geometric characteristics of rock slope joint by the image of the present invention is divided into an outdoor working process and an indoor working process, the outdoor working process comprising the steps of establishing a shooting plan according to the analysis target and site conditions; Installing a digital camera at a predetermined position P according to the shooting plan; Installing a spatial coordinate measuring device at the survey origin 0 for coordinate measurement: setting three control points C 1 , C 2 , and C 3 on the rock slope to be analyzed; Determining the spatial coordinates of the control points C 1 , C 2 , C 3 using a spatial coordinate measuring device installed at the survey origin 0: Taking a photograph of the subject: Image pub that is the center point of the image in the captured image Adjusting the photographing direction of the camera by using the camera controller so that the control point C 2 and the control point C 2 coincide with each other; Installing a ground auxiliary point device such that the ground auxiliary point G is positioned on a collinear line connecting the image pub o and the control point C 2 of the rock slope; Measuring a spatial coordinate of the ground auxiliary point G by using a spatial coordinate measuring device installed at a survey origin 0; It consists of repeating the above steps by moving the digital camera to the next photographing position.

도 5에서 X-Y-Z 좌표계는 공간좌표측정기의 위치를 원점으로 하는 공간좌표계이고, x-y-z의 좌표계는 사진기의 위치를 원점으로 하는 공간좌표계이며, xp-yp좌표계는 영상주점 o를 윈점으로 하는 평면 영상좌표계이며, f는 사진기의 초점거리이며 c1, c3는 지상조절점 C1, C3에 대응하는 영상좌표이다.In FIG. 5, the XYZ coordinate system is a spatial coordinate system whose origin is the position of the spatial coordinate measuring machine, the coordinate system of xyz is a spatial coordinate system whose origin is the camera position, and the x p -y p coordinate system is a planar image having the image principal o as the win point. Where f is the focal length of the camera and c 1 , c 3 are the image coordinates corresponding to the ground control points C 1 , C 3 .

분석대상 및 현장조건에 따른 촬영계획을 수립하는 단계에서는 분석대상의 크기와 촬영거리에 따라 분석대상을 포함할 수 있는 사진촬영 횟수, 촬영환경에 따른 사진기의 설치위치, 지상보조점G 위치 등이 결정되며 상대 공간좌표계의 원점인 측량원점 0 이 결정된다.In establishing the shooting plan according to the analysis target and site conditions, the number of shots that may include the analysis target according to the size and shooting distance of the analysis target, the installation position of the camera according to the shooting environment, and the ground assist point G position The survey origin 0, which is the origin of the relative spatial coordinate system, is determined.

좌표측정을 위해 공간좌표측정기를 측량원점에 설치하는 단계에서 공간좌표측정기는 공지의 토탈스테이션이 사용된다.In the step of installing the spatial coordinate measuring instrument at the survey origin for the coordinate measurement, a known total station is used.

3개의 지상조절점 C1, C2, C3를 분석대상인 암반사면에 설정하는 단계에서는 작업자가 접근하기 용이한 위치에 지상조절점들이 설정된다.In the step of setting three ground control points C 1 , C 2 , and C 3 on the rock slope to be analyzed, the ground control points are set at a location that is easily accessible to the operator.

상기 영상주점 o 과 조절점 C2가 일치하도록 사진기의 촬영방향을 조절하는 사진기 조절기는 도 6에 도시된 바와 같이 구성된 것으로서 사진기의 좌우회전과상하이동을 시킬 수 있도록 되어 있다. 사진기조절기의 상부는 사진기가 고정되고 하부는 지상에 고정되는 삼각대가 설치된다.The camera adjuster for adjusting the photographing direction of the camera so that the image main point o and the control point C 2 coincide with each other and is configured as shown in FIG. 6 to allow left and right rotation and up and down movement of the camera. The upper part of the camera adjuster is fixed to the camera and the lower part is provided with a tripod fixed to the ground.

지상보조점 G 가 위치하는 지상보조점장치는 도 7에 도시된 바와 같이 구성된 것으로서, 수평이송조절부와 상하이송조절부가 구성되어 있어서, 지상보조점 G를 정확하게 영상주점 o 과 암반사면의 조절점 C2를 연결하는 공선상에 위치시킬 수 있다.The ground control point device in which the ground auxiliary point G is located is configured as shown in FIG. 7, and is configured with a horizontal feed control unit and a shanghai transport control unit. It can be located on the collinear connecting C 2 .

상기와 같은 실외작업과정에 의해 암반사면상의 3개의 지상조절점 C1, C2, C3와 지상보조점 G의 공간좌표가 측정되며 이들 4점의 공간좌표와 지상조절점 C1, C3가 영상에 투영된 영상좌표 c1, c3는 절리면을 구성하는 다른 공간상의 꼭지점들의 상대 공간좌표를 유도하기 위한 초기 입력요소로 이용된다.The spatial coordinates of the three ground control points C 1 , C 2 , C 3 and the ground auxiliary point G on the rock slope are measured by the outdoor work process as described above. The spatial coordinates of these four points and the ground control points C 1 , C 3 are measured. The image coordinates c 1 and c 3 projected on the image are used as initial input elements for deriving the relative spatial coordinates of the vertices of other spaces forming the joint surface.

다음에는 실내작업과정에 대하여 설명한다.Next, the indoor working process will be described.

실내작업과정은 상기 3개의 지상조절점 C1, C2, C3와 지상보조점 G의 공간좌표로부터 사진기 내부매개변수와 외부매개변수를 결정하는 단계; 상기 사진기 매개변수로부터 좌, 우 사진기의 공선조건식(중심투영방정식)을 구성하는 단계; 상기 좌, 우 사진기의 공선조건식의 관계로부터 절리면을 구성하는 꼭지점의 공간좌표를 영상에 투영된 영상좌표로부터 유도하는 단계; 상기 절리면 꼭지점의 공간좌표로부터 절리면의 법선벡터를 결정하는 단계: 그리고 상기 절리면의 법선벡터로부터 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 단계로 이루어져 있다.The indoor working process includes determining camera internal and external parameters from the spatial coordinates of the three ground control points C 1 , C 2 , C 3 and ground assist point G; Constructing a collinear condition equation (center projection equation) of the left and right cameras from the camera parameters; Deriving the spatial coordinates of the vertices constituting the joint surface from the image coordinates projected on the image from the relationship between the collinear conditional expressions of the left and right cameras; Determining a normal vector of the joint surface from the spatial coordinates of the joint surface; and determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface from the normal vector of the joint surface.

우선 상기 3개의 지상조절점 C1, C2, C3와 지상보조점 G의 공간좌표로부터 사진기 매개변수를 결정하는 단계에 대하여 설명한다.First, the steps of determining the camera parameters from the spatial coordinates of the three ground control points C 1 , C 2 , C 3 and ground support point G will be described.

사진기 매개변수는 내부매개변수와 외부매개변수가 있다.Camera parameters have internal and external parameters.

사진기 내부 매개변수는 사진기의 초점거리 f 와 영상의 중심점인 영상 주점 o 이다. 일반적으로 사진기의 내부 매개변수는 사진기 제조회사에서 제공하는 사양을 그대로 적용하나, 본 발명에서는 지상보조점 장치를 이용하여 사진기의 초점거리를 유도하고, 영상주점 o는 사진기의 최대해상도(1600×1200 픽셀)를 기준으로 제시된 (800, 600) 픽셀좌표를 적용하였다. 영상주점 o의 영상좌표는 상기 사진기의 픽셀좌표를 그대로 이용하고 여기서는 초점거리 f를 구하는 과정에 대해서 설명한다. 도 8a는 도 5의 입력요소들의 배치에 따른 기하학적 관계를 공간적으로 나타낸 도면이고 도 8b는 이를 평면적으로 나타낸 도면이다.The camera internal parameters are the focal length f of the camera and the image pub o, which is the center point of the image. In general, the internal parameters of the camera are applied to the specifications provided by the camera manufacturer, but in the present invention, the ground assist point device is used to derive the focal length of the camera, and the image pub o is the maximum resolution of the camera (1600 × 1200 (800, 600) pixel coordinates are applied. The image coordinate of the image pub o is used as it is, the process of obtaining the focal length f using the pixel coordinates of the camera as it is. FIG. 8A is a view showing spatially the geometric relationship according to the arrangement of the input elements of FIG. 5 and FIG. 8B is a view showing this in plan.

영상주점 o와 지상보조점 G를 지나는 직선 방정식을I라 할 때 조절점 C1에서I에 내린 수선의 교점을 C1'이라 정의하고, 마찬가지로 조절점 C3에서 직선I에 내린 수선의 교점이 C3'일 때, 이들 각각의 수선의 길이는 u1, u2이다.The image liquor o and the intersection point of the ground auxiliary point repair defined as a control point intersection of repair down to I in C 1 to the linear equation passing through G I d C 1 'and down to the line I in the same manner control point C 3 When C 3 ′, the length of each of these repairs is u 1 , u 2 .

초점거리는 공간상에서의 길이 u1, u2와 사진에 투영된 길이 d1, d2의 비례관계를 이용하여 계산할 수 있다. 비례관계를 이용하기에 앞서 u1, u2를 구하기 위해 영상주점 o와 공선 상에 위치하는 지상조절점 C2(xc2, yc2, zc2)와 지상보조점G(xG,yG,zG)을 지나는 공간상의 직선I의 방정식을 유도하면 수학식 1과같다.The focal length can be calculated using the proportional relationship between the lengths u 1 , u 2 in space and the lengths d 1 , d 2 projected on the photograph. Before using the proportional relationship, the ground control point C 2 (xc 2 , yc 2 , zc 2 ) and the ground auxiliary point G (x G , y G ) located on the collinear line with the image point o to find u 1 , u 2 . Deriving the equation of the straight line I in space passing through, z G ) is shown in Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

직선I의 방향계수(direction numbers)는 수학식 2와 같다.The direction numbers of the straight line I are shown in Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

여기서, here,

따라서 방향코사인(direction cosine)은 수학식 3과 같다.Therefore, the direction cosine is as shown in Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

C1(xc1, yc1, zc1)에서I에 내린 수선의 길이 u1과 직선I와 수선의 교점 C'1(xc'1, yc'1, zc'1)은 수학식 4와 같이 구할 수 있다.The length u 1 of the waterline on I in C 1 (xc 1 , yc 1 , zc 1 ) and the intersection point C ' 1 (xc' 1 , yc ' 1 , zc' 1 ) of the straight line I with the waterline are expressed by Equation 4 You can get it.

[수학식 4][Equation 4]

여기서 , here ,

따라서 수선의 길이 u1는 수학식 5와 같다.Therefore, the length u 1 of the repair line is expressed by Equation 5.

[수학식 5][Equation 5]

C3(xc3, yc3, zc3)에서I에 내린 수선의 길이 u2와 직선I와 수선의 교점 C'3(xc'3, yc'3, zc'3)은 수학식 4, 수학식 5와 같은 과정을 통해 수학식 6과 같이 구할 수 있다. C 3 (xc 3, yc 3 , zc 3) length u 2 and a straight line I and the intersection point C '3 (xc' 3, yc '3, zc' 3) in the repair of repairs made to the I in the equation (4), mathematics Through the same process as Equation 5 can be obtained as shown in Equation 6.

[수학식 6][Equation 6]

여기서, here,

수선의 길이 u2는 수학식 7과 같다.The length u 2 of the repair line is shown in Equation 7.

[수학식 7][Equation 7]

도 8b의 △C1PC1'와 △c1Po 및 △C3PC3'와 △c3Po 사이의 비례 관계로부터 수학식8, 수학식9와 같은 관계를 얻을 수 있다.The relationship shown in Equations 8 and 9 can be obtained from the proportional relationship between ΔC 1 PC 1 ′ and Δc 1 Po and ΔC 3 PC 3 ′ and Δc 3 Po in FIG. 8B.

[수학식 8][Equation 8]

[수학식 9][Equation 9]

수학식 8에서 수학식 9를 빼면, 수학식 10과 같이 된다.Subtracting Equation 9 from Equation 8 results in Equation 10.

[수학식 10][Equation 10]

따라서 사진기의 초점거리 f는 수학식 11과 같이 결정할 수 있다.Therefore, the focal length f of the camera can be determined as in Equation (11).

[수학식 11][Equation 11]

다음에 사진기 외부 매개변수를 결정하는 과정을 설명한다. 사진기 외부매개변수는 사진기의 위치(투영중심점, P)와 회전각을 전체적인 공간좌표계 내에서 정의하는 것이다The following describes the process of determining camera external parameters. Camera external parameters define the camera's position (projection point, P) and rotation angle within the overall spatial coordinate system.

사진영상의 방향을 결정하는 사진기의 회전행렬은 도 9a에 도시된 바와 같이 각 축의 회전 정도를 나타내는 회전각(ω, φ, χ)에 의해 결정된다. 지상조절점과 지상보조점을 적용함으로서 이러한 사진기의 회전각(ω, φ, χ)은 영상주점, 지상조절점, 지상보조점이 이루는 공선의 방정식(광축의 공간 직선방정식)의 방향코사인을 통해 간단하게 유도할 수 있다. 다음은 그 유도과정이다.도 9b는 측량원점을 기준한 공간좌표계에서 영상면의 회전에 따른 공선(사진기의 방향인 직선I, 광축 z축)과 공간좌표계사이의 방향코사인 관계를 나타낸 것이다.The rotation matrix of the camera for determining the direction of the photographic image is determined by the rotation angles (ω, φ, χ) representing the degree of rotation of each axis as shown in FIG. 9A. By applying ground control points and ground control points, the camera's rotation angles (ω, φ, χ) can be simplified through the directional cosine of the collinear equations (spatial linear equations of the optical axis) formed by the image dominant, ground control points, and ground control points. Can be induced. The following is the derivation process. Fig. 9B shows the directional cosine relationship between the spatial coordinates (linear I in the direction of the camera, the optical axis z axis) and the spatial coordinate system according to the rotation of the image plane in the spatial coordinate system based on the survey origin.

수학식 1에 의해 계산한 광축의 직선방정식은 수학식 12와 같다.The linear equation of the optical axis calculated by Equation 1 is shown in Equation 12.

[수학식 12][Equation 12]

여기서, here,

방향코사인은 수학식 13과 같이 정의한다.Direction cosine is defined as in Equation 13.

[수학식 13][Equation 13]

방향코사인 ; Directional cosine;

상기 방향코사인에 의한 회전행렬의 구성은 수학식 14와 같다.The configuration of the rotation matrix by the direction cosine is shown in Equation (14).

[수학식 14][Equation 14]

회전행렬 구성 요소와 공선(직선I,광축 z)의 방향코사인 사이에 일치하는 부분을 정리하면 수학식 15와 같다.Equation 15 corresponds to the arrangement between the rotation matrix component and the direction cosine of the collinear line (linear I, optical axis z).

[수학식 15][Equation 15]

회전각 ω, β, x에 의한 회전행렬 구성은 수학식 16과 같다.The rotation matrix configuration according to the rotation angles ω, β, and x is expressed by Equation 16 below.

[수학식 16][Equation 16]

방향코사인과 회전각에 의해 각각 구성된 회전행렬 구성요소는 일치하여야 하므로 수학식 14, 수학식 15, 수학식 16에서l=r 31, m=r 32, n=r 33과 같으므로,l=sinφ, m=-sinωcosφ, n=cosωcosφ이 성립한다. 따라서, 직선I의 방향코사인으로부터 회전각 ω, φ는 수학식 17과 같이 구할 수 있다. 회전각의 부호 역시 방향코사인으로부터 결정된다.The components of the rotation matrix formed by the directional cosine and the rotation angle, respectively, must match, so that in Equation 14, Equation 15, and Equation 16,l=r 31, m =r 32, n =r 33Is the same asl= sinφ, m = -sinωcosφ, n = cosωcosφ holds. Thus, straightIThe rotation angles ω and φ can be obtained from Eq. The sign of the rotation angle is also determined from the direction cosine.

[수학식 17][Equation 17]

회전각 x는 지상조절점 C1과 C3의 공간좌표와 수학식 17으로부터 구한 영상좌표로부터 구할 수 있다. 먼저 수학식 17으로부터 구한 회전각 ω, Φ와 x=0일 때의 회전행렬로부터 C1과 C3의 영상좌표를 계산하고 실제로 사진에서 측정한 C1과 C3의 영상좌표를 비교하여 Z축을 중심으로 회전한 각도 x의 값을 결정한다.The rotation angle x can be obtained from the spatial coordinates of the ground control points C 1 and C 3 and the image coordinates obtained from Equation 17. First, the image coordinates of C 1 and C 3 are calculated from the rotation matrix when the rotation angles ω, Φ, and x = 0 obtained from Equation 17, and the image coordinates of C 1 and C 3 measured in the photograph are compared. Determine the value of the angle x rotated about the center.

도 10은 실제로 촬영한 C1또는 C3의 영상좌표(x, y)와, 직선I에 의해 결정된 회전각 ω, Φ와 x=0으로부터 구성된 회전행렬에 의해 계산된 영상좌표(x', y')를 나타내는 좌표계이다.FIG. 10 shows image coordinates (x, y) of C 1 or C 3 actually photographed, and image coordinates (x ', y) calculated by a rotation matrix composed of rotation angles ω, Φ, and x = 0 determined by a straight line I. FIG. Coordinate system indicating ').

두 영상좌표가 표현하는 벡터의 사잇각이 사진기의 Z축에 대한 회전각 x이다. 스칼라적을 이용하여 사잇각(x)를 계산하면 수학식 18과 같다.The angle between the vectors represented by the two image coordinates is the rotation angle x about the Z axis of the camera. The square angle (x) is calculated using a scalar product as shown in Equation 18.

[수학식 18]Equation 18

따라서 회전각 x는 수학식 19와 같이 구할 수 있다.Therefore, the rotation angle x can be obtained as shown in Equation 19.

[수학식 19][Equation 19]

x의 부호는 도 11과 같이 조절점 C1, C3가 영상에 투사된 c1, c3와 수학식 17에서 결정된 ω, Φ와 x=0일 때 결정된 c1', c3' 사이의 y좌표 사이의 값을 수학식 20과 같이 비교하여 결정할 수 있다.The sign of x is between c 1 ', c 3 ' determined when the control points C 1 , C 3 are projected on the image c 1 , c 3 and ω, Φ determined by Equation 17, and x = 0. The values between the y coordinates may be determined by comparing the values as shown in Equation 20.

[수학식 20][Equation 20]

If c3,y〉 c3,y' then x 〈 0, else x 〉0If c 3, y 〉 c 3, y 'then x 〈0, else x〉 0

수학식 17부터 수학식 20의 ω, Φ, x를 이용하면 수학식 16의 완전한 회전행렬을 구성할 수 있다.By using ω, Φ, and x in Equations 17 to 20, a complete rotation matrix of Equation 16 can be constructed.

전위벡터 성분인 투영중심점의 위치는 도 8b와 같이 지상보조점 G와 투영중심점 P사이의 거리가 g일 때, G와 광축의 직선 방정식I를 이용하여 유도한다. 광축의 직선방정식I와 동일한 직선 상에 존재하는 투영중심점이 g만큼 떨어져 있다면 C1에서 직선I에 내린 수선이 만나는 점 C1'과 투영중심점 P 사이의 거리는 s1이고 C1'에서 투영중심점 G까지의 거리는 t1이다. 마찬가지로 C3에서 직선I에 내린 수선이 만나는 점 C3'부터 투영중심점 P까지의 거리는 s2이고 C3'부터 지상보조점 G사이의 거리는 t2일 때 이들의 관계는 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.The position of the projection center point, which is a potential vector component, is derived using the linear equation I of G and the optical axis when the distance between the ground auxiliary point G and the projection center point P is g as shown in FIG. 8B. Presence projection center point g if enough away from C 1 points in meeting the waterline down to the line I C 1 'and the projection center point and the distance s 1 between P C 1' projection central point in that on the same straight line and the straight line equation (I) of the optical axis G The distance to is t 1 . Similarly, the distance t of these relationships when two days in between the C 3 points in meeting the waterline down to the line I C 3 'and the distance s 2 from the to the projection center point P C 3' from the ground auxiliary point G is expressed as shown in Equation (21) Can be.

[수학식 21][Equation 21]

따라서 g는 수학식 22와 같다.Therefore g is equal to (22).

[수학식 22][Equation 22]

t1과 t2는 G, C1'과 G, C3'의 공간좌표로부터 구할 수 있다. 따라서, 투영중심점 P의 공간좌표는 수학식 23과 같이 구할 수 있다.t 1 and t 2 can be obtained from the spatial coordinates of G, C 1 'and G, C 3 '. Therefore, the spatial coordinates of the projection center point P can be obtained as in Equation 23.

[수학식 23][Equation 23]

여기서, l, m, n는 직선I의 방정식의 방향코사인(direction cosine)이다.Where l, m and n are the direction cosines of the equation of the straight line I.

상기와 같이 사진기의 외부매개변수인 사진기의 방향 즉 회전각 ω, Φ, x와, 사진기의 위치 즉 투영중심점 P의 공간좌표를 구할 수 있다.As described above, the spatial coordinates of the camera's external parameters, that is, the rotation angles ω, Φ, x, and the camera's position, that is, the projection center point P, can be obtained.

다음에 상기 사진기 매개변수로부터 좌, 우 사진기의 공선조건식(중심투영방정식)을 구성하는 단계에 대하여 설명한다.Next, a step of constructing a collinear condition equation (center projection equation) of the left and right cameras from the camera parameters will be described.

암반을 구성하고 있는 절리면의 기울어진 형태는 방향(orientation)으로 표현한다. 절리면의 방향을 표현하는 일반적인 방법은 두 가지이다. 도 12와 같이 면의 방향은 주향(strike)과 경사(dip) 또는 경사방향(dip direction, α)과 경사각(dip angle, β)으로 표현할 수 있다.The inclined shape of the joint surface constituting the rock is expressed by orientation. There are two general ways to express the direction of the joint. As shown in FIG. 12, the direction of the surface may be represented by a strike and a dip or a dip direction α and a dip angle β.

주향은 절리면과 수평면의 교선의 방향을 말하며, 이 방향은 북쪽(North direction)을 기준으로 하여 시계방향으로 측정한 각도로 나타낸다. 경사 또는 경사각은 절리면이 주향선과 직각을 이루며 수평면과 이루는 최대각을 나타낸다. 이것이 가리키는 방향을 경사방향이라고 하며 역시 북쪽을 기준으로 시계방향으로 측정한 각도로 나타낸다.Perimeter refers to the direction of the intersection of the joint and the horizontal plane, which is expressed as an angle measured clockwise with respect to the north direction. The angle of inclination or inclination represents the maximum angle of the joint surface perpendicular to the main line and the horizontal plane. The direction it points to is called the oblique direction and is also expressed in degrees measured clockwise relative to the north.

공학적으로 절리면의 방향은 경사방향(α)과 경사각(β)으로 주로 나타낸다.In engineering, the direction of the joint surface is mainly represented by the inclination direction α and the inclination angle β.

절리면에 포함된 점들의 공간좌표로부터 경사방향과 경사각을 구할 수도 있다. 이는 절리면을 구성하는 공간좌표로부터 유도한 법선 벡터에 의해 가능하다. 공간좌표계 내에서 절리면의 법선 벡터와 평행한 xy면과 yz면에서의 직선의 기울기를 유도하고 기울기의 부호와 방위각과의 관계로부터 경사방향과 경사각을 계산할 수 있다. 여기서 영상으로부터 유도한 절리면상의 점들의 공간좌표를 이용하여 절리면의 방향을 유도하는 과정을 기술한다.The inclination direction and the inclination angle may be obtained from the spatial coordinates of the points included in the joint surface. This is made possible by the normal vector derived from the spatial coordinates constituting the joint surface. In the spatial coordinate system, the inclination of the straight line in the xy and yz planes parallel to the normal vector of the joint surface can be derived, and the inclination direction and the inclination angle can be calculated from the relationship between the sign of the inclination and the azimuth. Here, the process of deriving the direction of the joint surface using the spatial coordinates of the points on the joint surface derived from the image will be described.

공간좌표를 유도하기 위해서는 도 13과 같이 두 대의 사진기에 의한 수렴촬영 배열을 구성한다. 각 사진기의 내 ·외부 매개변수를 구성요소로 하여 각 사진기에서 2차원 영상좌표와 3차원 공간좌표 사이의 관계를 나타내는 공선조건식을 구성한다.In order to derive the spatial coordinates, a converging photographing arrangement by two cameras is constructed as shown in FIG. 13. Using the internal and external parameters of each camera, we construct a collinear conditional expression representing the relationship between two-dimensional image coordinates and three-dimensional spatial coordinates in each camera.

공선조건식을 적용한 일반적인 해석방법 중에서 종래의 두 사진기의 광축이 평행한 방법이나 수렴하는 경우의 두 가지 방법에서는 투영중심점의 위치는 측량에 의해 입력요소로 사용하고, 공간좌표계에서 X축 방향으로 투영중심점의 위치 이동만이 있는 경우라고 할 수 있다. 그러나 지상보조점과 지상조절점에 의해 결정되는 투영중심점을 이용하면 공간좌표계에서 X, Y, Z축 방향으로 자유로운 이동이 가능한 공선조건식을 구성하기 때문에 공선조건식의 연립방정식 해를 다음과 같이 구성할 수 있다. 투영중심점의 위치는 공선조건식의 전이벡터 성분이다.In the general analysis method using the collinear condition equation, in the two conventional methods where the optical axes of two cameras are parallel or converging, the position of the projection center is used as an input element by surveying, and the projection center point in the X axis direction in the spatial coordinate system. It can be said that there is only a position shift of. However, using the projection center point determined by the ground control point and the ground control point, we construct the collinear condition equation that can move freely in the X, Y, Z direction in the spatial coordinate system. Can be. The location of the projection center point is the transition vector component of the collinear condition.

먼저, 왼쪽 사진에서 공선조건식(중심투영방정식)은 수학식 24과 수학식 25와 같다.First, in the left picture, the collinear condition equation (center projection equation) is the same as Equation 24 and Equation 25.

[수학식 24][Equation 24]

[수학식 25][Equation 25]

오른쪽 사진에서 구한 수학식(2.25)의 공선조건식(중심투영방정식)은 수학식 26과 수학식 27과 같다.The collinear condition equation (central projection equation) of Equation (2.25) obtained from the right picture is the same as Equation 26 and Equation 27.

[수학식 26][Equation 26]

[수학식 27][Equation 27]

수학식 24 내지 수학식 27에서 아래 첨자L은 왼쪽 사진을 의미하고R은 오른쪽 사진을 의미하며, Xp, Yp, Zp는 사진기좌표계의 원점인 투영중심점 P의 공간좌표를 나타내고, r11등은 사진기의 회전각도를 나타내는 회전행렬 R의 요소이며, f는 사진기의 초점거리이다.In equations (24) to (27), the subscript L means the left picture, R means the right picture, X p , Y p , and Z p represent the spatial coordinates of the projection center point P, the origin of the camera coordinate system, and r 11 The back is an element of the rotation matrix R representing the angle of rotation of the camera, and f is the focal length of the camera.

치환한 변수를 이용하여 두 사진의 공선조건식을 간단히 하면 수학식 28 ∼ 수학식 31과 같다.If the collinear condition equations of the two photographs are simplified by using the substituted variables, the following equations (28) to (31) are used.

[수학식 28][Equation 28]

여기서, here,

[수학식 29][Equation 29]

여기서, here,

[수학식 30]Equation 30

여기서, here,

[수학식 31]Equation 31

여기서, here,

다음에 상기 좌, 우 사진기의 공선조건식의 관계로부터 절리면을 구성하는 꼭지점의 공간좌표를 영상에 투영된 영상좌표로부터 유도하는 단계에 대하여 설명한다.Next, a step of deriving the spatial coordinates of the vertices constituting the joint surface from the image coordinates projected on the image from the relationship between the collinear conditional expressions of the left and right cameras will be described.

수학식 28에서 수학식 30을 빼면, 수학식 32와 같다.Subtracting equation (30) from equation (28) is equal to equation (32).

[수학식 32]Equation 32

따라서, 수학식 33과 수학식 34와 같이 된다.Therefore, equations (33) and (34) are obtained.

[수학식 33][Equation 33]

[수학식 34][Equation 34]

또는 or

수학식 29에서 수학식 31을 빼면, 수학식 35와 같이 되고,Subtracting Equation 31 from Equation 29 gives the same as Equation 35,

[수학식 35][Equation 35]

따라서, 수학식 36과 수학식 37와 같이 된다.Therefore, equations 36 and 37 are obtained.

[수학식 36][Equation 36]

또는 or

[수학식 37][Equation 37]

또는 or

수학식 32에서부터 수학식 37까지와 같이 사진 상에 나타난 어느 한 점(절리면상의 점)의 위치성분들은 각각 X: 4개, Y: 4개, Z: 2개를 얻을 수 있다. 정확한 측정이 이루어졌을 경우 좌표 성분들의 값은 각각 같은 값이 된다.As shown in Equation 32 to Equation 37, the positional components of any one point (point on the joint surface) shown in the photograph can be obtained with X: 4, Y: 4, and Z: 2, respectively. When accurate measurements are made, the values of the coordinate components are the same.

이와 같이 하여 절리면상의 점들의 공간좌표를 유도할 수 있다.In this way, the spatial coordinates of the points on the joint surface can be derived.

다음에 상기 절리면 꼭지점의 공간좌표로부터 절리면의 법선벡터를 결정하는 단계에 대하여 설명한다.Next, a step of determining the normal vector of the joint surface from the spatial coordinates of the joint surface vertex will be described.

공간상에 최소 3개의 점을 연결하면 면을 구성할 수 있으나, 본 발명에서는 편의상 도 14과 같이 절리면을 사각형 형태로 가정하였다. 공간좌표를 포함하는 절리면의 법선 벡터는 공간좌표를 연결한 벡터 사이의 벡터적(vector product)을 이용하여 유도할 수 있다. 면을 구성하는 4개점 가운데 임의의 한 점을 중심으로 인접한 두 점을 연결한 벡터는 면상에 존재하게 되고 이들의 벡터적은 절리면에 수직이기 때문이다.If at least three points are connected in the space, the surface may be configured. However, in the present invention, as shown in FIG. 14, the joint surface is assumed to have a rectangular shape. The normal vector of the joint surface including the spatial coordinates can be derived using a vector product between the vectors connecting the spatial coordinates. This is because a vector connecting two adjacent points around any one of the four points constituting the plane exists on the plane and their vector is perpendicular to the joint surface.

수학적으로 벡터적은 수학식 38과 같이 각 벡터의 성분에 의해 정의된다.Mathematically, vector product is defined by the components of each vector, as shown in equation (38).

[수학식 38][Equation 38]

여기서,i, j, k는 공간좌표계 각 축방향의 단위 벡터이다.Here, i, j, k are unit vectors in each axis direction of the spatial coordinate system.

도 14에서 임의의 두 점을 연결한 두 개 벡터의 성분은 수학식 39와 같다.In FIG. 14, components of two vectors connecting two arbitrary points are represented by Equation 39.

[수학식 39][Equation 39]

두 벡터의 곱은 수학식 38에 의해 수학식 40과 같이 나타낼 수 있고, 이는 절리면의 법선 벡터이다.The product of the two vectors can be expressed by Equation 38 as Equation 40, which is the normal vector of the joint.

[수학식 40][Equation 40]

다음에 상기 절리면의 법선벡터로부터 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 단계에 대하여 설명한다.Next, the step of determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface from the normal vector of the joint surface will be described.

절리면의 법선 벡터N의 각 성분을 이용한 절리면 방향 산정에서N은 상대 공간좌표계 내에서 도 15과 같이 구성할 수 있다.In calculating the joint surface direction using each component of the normal vector N of the joint surface, N may be configured as shown in FIG. 15 in the relative spatial coordinate system.

절리면의 방향은 법선 벡터와 법선 벡터를 구성하는 각 성분들 사이의 각도를 계산함으로서 구할 수 있다. 벡터 사이의 사잇각은 내적을 이용하여 계산한다.The direction of the joint surface can be obtained by calculating the angle between the normal vector and each component constituting the normal vector. The angle between the vectors is calculated using the dot product.

일반적으로 두 벡터의 사잇각은 수학식 41과 같다.In general, the angle of the two vectors is equal to (41).

[수학식 41][Equation 41]

그리고 두 벡터의 성분에 의해 사잇각은 수학식 42와 같다.And the angle between the two vectors is equal to the equation (42).

[수학식 42][Equation 42]

절리면의 방향은 수학식 40과 같이 면을 구성하는 최소한 3개의 꼭지점이 존재하면 법선 벡터를 유도하여 계산할 수 있다. 그러나 보다 정확한 면 구성을 위해 모델을 4개의 꼭지점으로 구성하였기 때문에 절리면의 방향은 각각의 구성 꼭지점들에 대해서 유도할 수 있고 각각에 대해 세 가지 경우가 존재한다. 예를 들어 P1을 중심으로 방향을 유도한다면, 수학식 43, 수학식 44, 수학식 45의 세 개 벡터 쌍의 조합이 가능하기 때문이다.The direction of the joint surface can be calculated by deriving a normal vector when at least three vertices constituting the plane exist as shown in Equation 40. However, since the model is composed of four vertices for more accurate face construction, the direction of the joint can be derived for each component vertex and there are three cases for each. For example, if a direction is derived based on P 1 , a combination of three vector pairs of Equation 43, Equation 44, and Equation 45 is possible.

[수학식 43][Equation 43]

[수학식 44]Equation 44

[수학식 45][Equation 45]

따라서, 모델과 같이 구성한 절리면 한 개씩에 대해 각각의 꼭지점을 중심으로 3개 씩 방향을 유도할 수 있다. 다시 말해 4개의 꼭지점으로 구성된 절리면에 대해 방향은 총 12개를 계산할 수 있으며 이상적인 평면에서 이들은 동일한 값이어야 한다. 그러나 절리면은 완전히 평평한 면으로 구성된 것이 아니므로 하나의 면에 대해 획득한 다수의 자료를 평균하거나 최적화시킴으로써 보다 정확한 방향을 얻을 수 있을 것이다.Therefore, three joints can be derived with respect to each of the vertices of the joints configured as in the model. In other words, a total of 12 directions can be calculated for a joint consisting of four vertices, and in the ideal plane they should be the same value. However, the joint surface is not composed of completely flat surfaces, so a more accurate direction can be obtained by averaging or optimizing a plurality of data obtained for one surface.

각각의 경우 총 12개의 절리면의 방향은 법선 벡터N의 x성분(Nx)과 y성분(Ny)의 부호에 따라 법선 벡터가 xy면에 사영된 벡터와 Y축과 이루는 각도를 계산함으로서 결정할 수 있는데, 이는 xy면 성분 벡터(Nxy)와 Y축 성분(j)의 내적에 의해 계산한다.In each case, the direction of the total of 12 jeolrimyeon is determined by calculating the angle of the normal vector forms with the vector and a Y axis projection on the xy plane depending on the sign of the normal vector x components (N x) of the N and y components (N y) This can be calculated by the dot product of the component vector ( N xy) and the Y-axis component ( j ).

(i) 법선 벡터N의 x성분(Nx)이 0보다 크고 y성분(Ny)도 0보다 클 때(a〉0 and b〉0), 수학식 46과 같이 되고,(i) When x component ( N x) of normal vector N is greater than 0 and y component ( N y) is greater than 0 (a> 0 and b> 0),

[수학식 46][Equation 46]

(ii) 법선 벡터N의 x성분(Nx)이 0보다 크고 y성분(Ny)은 0보다 작을 때(a〉0 and b〈0), 수학식 47과 같이 되며.(ii) When x component ( N x) of normal vector N is greater than 0 and y component ( N y) is less than 0 (a> 0 and b <0), Equation 47 is obtained.

[수학식 47][Equation 47]

(iii) 법선 벡터N의 x성분(Nx)이 0보다 작고 y성분(Ny)도 0보다 작을 때 (a〈0 and b〈0), 수학식 48과 같이 된다.(iii) When x component ( N x) of normal vector N is less than 0 and y component ( N y) is also less than 0 (a &lt; 0 and b &lt; 0), Equation 48 is obtained.

[수학식 48]Equation 48

(iv) 법선 벡터N의 x성분(Nx)이 0보다 작고 y성분(Ny)은 0보다 클 때(a〈0 and b〉0), 수학식 49와 같이 된다.(iv) When x component ( N x) of normal vector N is less than 0 and y component ( N y) is larger than 0 (a &lt; 0 and b &gt; 0), the equation (49) is obtained.

[수학식 49][Equation 49]

이와 같이 해서 절리면의 경사방향 α을 구할 수 있다.In this way, the inclination direction α of the joint surface can be obtained.

다음은 절리면의 경사각을 구하는 과정을 설명한다.The following describes the process of obtaining the inclination angle of the joint surface.

절리면의 경사각은 절리면의 법선 벡터 N과 N의 z성분 벡터(Nz) 사이의 벡터적 관계에 의해 결정한다. 경사각 역시N의 z성분의 부호에 따라 다음과 같이 결정한다.The inclination angle of the joint surface is determined by the vector relationship between the normal vector N of the joint surface and the z component vector N z of N. The tilt angle is also determined according to the sign of the z component of N as follows.

(i) 법선 벡터N의 z성분(Nz)인 c가 0보다 클 때(c〉0), 수학식 50과 같이 된다.(i) When c, which is the z component ( N z) of the normal vector N , is larger than 0 (c &gt; 0),

[수학식 50][Equation 50]

(ii) 법선 벡터N의 z성분(Nz)인 c가 0보다 작을 때(c〈0), 수학식 51과 같이 된다.(ii) When c, which is the z component ( N z) of the normal vector N , is smaller than 0 (c &lt; 0), the following equation (51) is obtained.

[수학식 51][Equation 51]

이와 같이 해서 절리면의 경사각 β을 구할 수 있다.In this way, the inclination angle β of the joint surface can be obtained.

본 발명은 상기와 같이 절리면의 기하학적 특성중 절리면의 경사방향과 경사각을 구한다. 절리의 기하학적 특성중 절리의 밀도, 길이와 같은 항목들은 기존의 조사선이나 조사창 조사법을 영상을 통해 구현함으로써 유도할 수 있다. 다시 말해 실측에 의한 조사선 조사법이나 조사창 조사법에서 요구하는 조사항목을 영상에 의한 공간좌표 계산을 통해 획득하고 이를 기존의 절리 자료 통계 처리 과정에 적용하여 절리 밀도, 절리 길이 등을 유도할 수 있다.The present invention obtains the inclination direction and the inclination angle of the joint surface out of the geometric characteristics of the joint surface as described above. Among the geometric characteristics of joints, items such as the density and length of joints can be derived by implementing the existing irradiation line or irradiation window method through image. In other words, it is possible to derive joint density, joint length, etc. by acquiring survey items required by survey survey method or survey window survey method through spatial coordinate calculation by image and applying them to existing joint data statistical processing.

다음에 상기와 같이 촬영면1에 대한 절리면의 기하학적 특성을 암반사면 전체에 확장하여 해석하는 과정에 대하여 설명한다.Next, a process of extending and analyzing the geometric characteristics of the joint surface with respect to the imaging surface 1 to the entire rock reflection surface will be described.

확장해석단계는 상기 촬영면1과 중첩되는 촬영면2를 촬영하고 중첩되는 부분에 있는 절리면의 특정 지점을 촬영면2의 지상조절점으로 이용하여 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 과정이다. 상기 촬영면1과 중첩되는 부분에 있는 절리면의 특정 지점을 촬영면2의 지상조절점으로 이용함으로써 촬영면1에만 지상조절점의 실측이 필요하고 촬영면2부터는 지상조절점의 실측이 요구되지 않는다.The extended analysis step is a process of determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface by photographing the photographing surface 2 overlapping the photographing surface 1 and using a specific point of the joint surface in the overlapping portion as the ground control point of the photographing surface 2. By using a specific point of the joint surface in the portion overlapping with the photographing surface 1 as the ground control point of the photographing surface 2, the measurement of the ground control point is necessary only on the photographing surface 1, and from the photographing surface 2, the measurement of the ground control point is not required. .

확장해석은 토탈스테이션과 같은 공간좌표측정기를 이용하여 측정해야하는 지상조절점의 수 및 설치를 최소화하기 위해 개발한 것이다. 왜냐하면 암반사면에 지상조절점을 설치하는 것은 작업자가 접근할 수 있는 부분에만 가능하기 때문에 처음에만 접근에 용이한 부분에 지상조절점을 설치하고 나머지 부분은 촬영한 영상을 이용하여 절리의 기하학적 특성을 조사한다.The extended analysis was developed to minimize the number and installation of ground control points that need to be measured using a spatial coordinate meter such as a total station. Because installing ground control points on rock slopes is only possible for workers to access, the ground control points should be installed only in accessible parts at the beginning and the rest of the joints are used to capture the geometric characteristics of the joints. Investigate.

확장해석의 알고리즘은 이전 촬영면(촬영면1)에서 유도한 물체의 특정 지점을 인접한 확장촬영면(촬영면2)에 지상조절점으로 이용하는 것으로 구성되어 있다.The algorithm of extended analysis consists of using a specific point of an object derived from the previous photographing surface (photographing surface 1) as a ground control point on the adjacent extension photographing surface (photographing surface 2).

확장촬영은 사진기의 촬영방향이나 촬영위치의 변화에 의해 가능하며, 이전 촬영면의 지상조절점을 제외한 특정 지점의 공간좌표는 이전 촬영면의 영상쌍으로부터 유도하게 된다. 따라서 본 발명에서 제시한 확장해석을 적용하기 위해서 확장촬영면은 이전 촬영면과 중첩시켜 촬영하여야 한다.Extended shooting is possible by changing the camera's shooting direction or shooting position, and the spatial coordinates of a specific point except the ground control point of the previous shooting surface are derived from the image pair of the previous shooting surface. Therefore, in order to apply the extended analysis presented in the present invention, the extended photographing surface should be photographed by overlapping with the previous photographing surface.

확장해석에서 조절점의 설정 및 이동은 도 16과 같다. 도 16에서 최초 촬영면인 촬영면 1에서 지상조절점은 C1, C2, C3이다. 이들의 공간좌표는 토탈스테이션을 이용하여 측정한다. 촬영면 2에서 지상조절점은 C1', C2', C3'이고 촬영면 3에서 지상조절점은 C1", C2", C3"이다. 확장촬영면을 이전 촬영면과 중첩시켜 촬영하는 촬영조건에서, 필름 사진의 경우처럼 인화과정에서 축소나 확대가 이루어지지 않는 디지털 영상의 특성상 영상주점과 일치하는 이전 촬영면의 C2점과 새로운 촬영면의 C2점은 각각의 촬영면에 모두 존재하게 된다. 확장촬영면의 조절점들의 공간좌표는 이전 촬영면에서 적용한 조절점 C2를 포함하여 영상쌍으로부터 유도할 수 있는 모든 영상내의 특징이 될 수 있다.Setting and movement of the control point in the extended analysis is shown in FIG. In FIG. 16, the ground control points are C 1 , C 2 , and C 3 on the first photographing surface. Their spatial coordinates are measured using a total station. Ground control points are C 1 ', C 2 ', C 3 'on shooting surface 2 and ground control points are C 1 ", C 2 ", C 3 "on shooting surface 3 . to the shooting conditions for shooting, C 2 that a new sensing surface and C 2 points of the previous image sensing surface that matches the film picture reduction and the characteristics image liquor of the digital image enlarged does not occur in the printing process as in the case of each shot of The spatial coordinates of the control points of the extended imaging plane can be characterized in all images that can be derived from the image pair, including the control point C 2 applied in the previous imaging plane.

도 16과 같이 촬영면 1에서 촬영면 2의 중첩영역에는 두 촬영면의 조절점 C2가 모두 존재한다. 촬영면 2의 C2'점을 촬영면 1의 어느 지점에서 선택하더라고 촬영면 1의 C2점은 두 촬영면의 중첩영역에 존재하게 된다. 따라서 이전 촬영면의 C2점은 새로운 확장 촬영면의 조절점인 C1'점이나 C3'점으로 적용할 수도 있으며 이는 본 발명에서 제안한 확장해석 방법의 특수한 경우가 된다. 이와 유사하게 촬영면 3의 경우 촬영면 2의 C2'점과 C3' 및 촬영면 2에서 유도한 특정 지점을 조절점으로 적용할 수 있다. 또한 촬영면 1에서 유도한 특정지점 C3"를 조절점으로 사용할 수 있다. 이는 분석하고자 하는 대상의 범위 및 영상에 나타나는 특정 지점의 명확성 등에 따라 유연하게 결정하여야 한다.As shown in FIG. 16, both control points C 2 of the two photographing surfaces exist in the overlapping area of the photographing surface 2 on the photographing surface 1. Although C 2 'point of the photographing surface 2 is selected at any point of the photographing surface 1, the C 2 point of the photographing surface 1 exists in the overlapping area of the two photographing surfaces. Therefore, the C 2 point of the previous photographing surface may be applied as the C 1 'point or the C 3 ' point, which is an adjustment point of the new extended photographing surface, which is a special case of the extended analysis method proposed by the present invention. Similarly, in the case of the photographing surface 3 , a control point may be applied to the C 2 'point and the C 3 ' of the photographing surface 2 and a specific point derived from the photographing surface 2. In addition, the specific point C 3 "derived from the photographing surface 1 may be used as a control point. This should be flexibly determined according to the range of the object to be analyzed and the clarity of the specific point appearing in the image.

확장해석의 현장 검증은 도 17에서와 같이 왼쪽으로 촬영면을 이동시켜가며 수행하였다. 확장해석을 위한 최초 촬영면 1에 대해 조절점은 도 17의 C1, C2, C3이다. 최초 촬영면에 대해 사진촬영 작업이 종료되면 다음 확장해석을 위해 촬영면 2로 사진기의 촬영방향을 변화시켰다.Site verification of the extended analysis was performed by moving the photographing surface to the left side as shown in FIG. The control points are C 1 , C 2 , and C 3 of FIG. 17 for the first photographing surface 1 for the extended analysis. When the photographing work was completed on the first shooting surface, the shooting direction of the camera was changed to the shooting surface 2 for the next extended analysis.

촬영면 2의 조절점 C2' 와 C3' 는 최초 촬영면 1의 조절점 C1과 C2를 적용하였다. 촬영면 2의 C1' 점은 사면 내 존재하는 특정 절리면의 꼭지점을 대상으로 좌우 영상에서 모두 확인할 수 있는 지점을 설정하였으며 이는 영상에 표시하여 설정하였다. 해석에 적용할 촬영면 2의 새로운 조절점 C1' 의 공간좌표는 촬영면 1의 좌 ·우 영상으로부터 계산하여 입력하였다. 따라서, 촬영면 2를 대상으로 하여 영상측정을 할 때에 기하학적 입력요소인 조절점 C1', C2', C3' 는 순서대로 촬영면 1에서 영상측정으로부터 결정한 특정 절리면 꼭지점과 조절점 C1, C2의 측량 공간좌표를 적용하게 된다.Control points C 2 ′ and C 3 ′ on shooting surface 2 apply control points C 1 and C 2 on the first shooting surface. The C 1 'point of the photographing surface 2 was set at the vertices of the specific joint surface existing in the slope to identify both points in the left and right images. The spatial coordinates of the new control point C 1 ′ of the photographing surface 2 to be applied to the analysis were calculated and input from the left and right images of the photographing surface 1. Therefore, when performing image measurement on the photographing surface 2, the control points C 1 ', C 2 ', C 3 ', which are geometric input elements, are sequentially selected from the image measurement on the photographing surface 1 and then the vertex and control point C 1 In this case, the survey space coordinates of C 2 are applied.

다음으로 촬영면 3으로의 확장해석에서는 촬영면 2의 C1' 점과 C2' 점을 촬영면 3의 C2" 점과 C3" 점으로 설정하였다. 그리고 촬영면 3의 C1" 점은 촬영면 2에서 특정 절리면의 꼭지점의 영상좌표로부터 계산한 공간좌표를 이용하여 적용하였다.Next, in the extended analysis of the photographing surface 3, the C 1 'point and the C 2 ' point of the photographing surface 2 were set to the C 2 "point and the C 3 " point of the photographing surface 3. The C 1 "point of the photographing surface 3 was applied using the spatial coordinates calculated from the image coordinates of the vertices of the specific joint surface in the photographing surface 2.

확장해석에 따른 조절점들의 이동 및 설정은 도 17와 같다. 촬영면의 확장해석에서도 촬영위치는 암반에 존재하는 절리면이 영상에 최대한 많이 나타날 수 있도록 수렴각 범위를 유지한 이동이 고려되어야 한다. 영상측정 대상 암반사면을 설정한 후 도 19의 사진촬영 배열에 따라 암반 사면의 일부분에 C1, C2, C33점의 조절점을 부착하였으며 조절점, 촬영 배열에 따른 사진기 및 지상보조점 장치의 공간좌표를 모두 측정할 수 있는 위치에 측량원점을 설정하고 토탈스테이션을 설치하였다. 조절점들의 공간좌표를 측정하고 사진기를 설치하였다. 촬영거리 SD가 3 m이기 때문에 수렴각이 25°이상이 되도록 사진기 사이의 거리는 CD는 약 2.5 m이상으로설정하였다. 조절점의 공간좌표를 측정한 후 사진을 촬영하였다. 매 사진촬영에서 영상주점이 조절점 C2와 일치하는지 여부는 영상분석기에서 매 촬영영상을 확인하여 결정하였으며 두 점의 일치성이 확인되면 두 점을 연결한 공선에 지상보조점 장치를 설치하고 지상보조점이 이 공선 상에 위치하는지 여부 역시 매 촬영영상을 영상분석기에서 확인한 후 일치성이 확인되면 지상보조점의 상대공간좌표를 측정하였다. 일치성 확인 후 지상보조점 장치를 공선에서 제거한 뒤 재촬영을 통해 사진기의 이동여부를 결정하였다.The movement and setting of the control points according to the extended analysis are shown in FIG. 17. Even in the extended analysis of the photographing surface, the photographing position should be considered to maintain the convergence angle range so that the joint surface existing in the rock can appear as much as possible in the image. After setting the rock slope to measure the image, the control points of C 1 , C 2 , and C 3 were attached to a part of the rock slope according to the photographing arrangement of FIG. 19. The survey origin was set at the position where all the spatial coordinates of the device can be measured, and a total station was installed. The spatial coordinates of the control points were measured and a camera was installed. Since the shooting distance SD is 3 m, the distance between the cameras is set to about 2.5 m or more so that the convergence angle is 25 ° or more. Photographs were taken after measuring the spatial coordinates of the control points. In every picture, whether or not the image point coincides with the control point C 2 was determined by checking the image taken by the image analyzer. Whether the auxiliary point is located on this collinear line is also measured by the image analyzer, and when the consistency is confirmed, the relative spatial coordinates of the ground auxiliary point are measured. After confirming the agreement, the ground control point was removed from the collinear line and retaken to determine whether the camera moved.

공간좌표 해석 알고리즘과 방향 해석 알고리즘에 의해 도 17의 촬영 배열에 따라 촬영한 사진영상으로부터 암반 사면 상의 절리면의 방향을 해석하였다. 영상측정 공간좌표의 오차 정도는 조절점 3점의 측량 공간좌표와의 비교를 통해 알아보았으며, 방향은 특정 절리면을 기준면으로 설정하여 클리노미터를 이용하여 측정한 값과 영상측정값 사이의 비교를 통해 오차 정도를 분석하였다. 촬영면 1의 경우 기준면은 20개 특정 면으로 설정하였고, 촬영면 2의 경우 촬영면 1에서 촬영되지 않는 절리면을 기준으로 3개를 설정하였으며, 촬영면 3의 경우 촬영면 1과 촬영면 2에서 촬영되지 않는 절리면 4개를 설정하였다.The direction of the joint surface on the rock slope was analyzed from the photographic image taken according to the photographing arrangement of FIG. 17 by the spatial coordinate analysis algorithm and the direction analysis algorithm. The error degree of the image measurement spatial coordinates was examined by comparing it with the surveying spatial coordinates of three control points, and the direction was set as a reference plane by comparing a value measured using a clinometer with the image measurement value. The degree of error was analyzed. In the case of shooting surface 1, the reference plane was set to 20 specific planes, and in the case of shooting plane 2, three reference planes were set based on the joint surface which is not taken from the shooting plane 1. 4 joints which were not photographed were set.

사진기 매개변수 결정 결과 촬영면 1의 경우 두 사진기 사이의 광축의 사잇각 θ는 34°이었으며, 두 사진기 사이의 거리 CD는 2.8 m이었다. 이는 최적 촬영 조건을 만족하는 사진기 배열이다.As a result of camera parameter determination, in case of photographing surface 1, the angle θ of the optical axis between two cameras was 34 ° and the distance CD between the two cameras was 2.8 m. This is a camera arrangement that satisfies the optimum shooting conditions.

촬영면 1의 조절점의 영상측정 공간좌표의 오차는 조절점을 대상으로 토탈스테이션에 의해 측정한 좌표와의 비교를 통해 비교하였다. 공간좌표 측정 오차는 표 1과 같다. 촬영면 1에서의 영상측정 공간좌표 차이는 촬영배열 설계에서 예상한 허용오차 이내의 수준으로 실내 모델 검증에서의 결과와 유사한 10 mm 이하의 매우 양호한 정도를 보였다. 촬영면 1의 두 사진기의 매개변수 결정 결과는 절리면 방향을 분석하기에 양호한 수준으로 판단되었다.The error of the image measurement spatial coordinates of the control point of the photographing surface 1 was compared with the coordinates measured by the total station for the control point. The spatial coordinate measurement errors are shown in Table 1. The difference in image coordinate spatial coordinates on the image plane 1 was within the tolerances expected in the design of the imaging array, which was very good, less than 10 mm, similar to the results of the indoor model verification. The parameter determination results of the two cameras on the plane 1 were judged to be good enough to analyze the direction of the joint surface.

[표 1]TABLE 1

촬영면 1에서의 사진기 매개변수를 이용하고 20개 특정 절리면의 영상좌표들을 이용하여 영상측정 방향을 계산하였다. 영상측정 비교 대상으로 클리노미터에 의한 방향 측정값을 선정하였으며 측정은 1개 절리면에 대해 모서리 부분에서 4회 중앙에서 1회 총 5회에 걸쳐 수행하였으며 최종 클리노미터 측정값은 이들의 평균으로 결정하였다. 각각의 측정 결과와 측정 결과 사이의 오차 정도는 표2와 같다.The imaging direction was calculated using the camera parameters on image plane 1 and the image coordinates of 20 specific joints. The clinometer's direction measurement value was selected as a comparison object, and the measurement was performed five times, one at the center and four at the corner for one joint surface, and the final clinometer measurement was determined as their average. Table 2 shows the degree of error between each measurement result.

비교 결과 경사방향의 경우 0∼9°, 경사각의 경우 0∼5° 정도의 오차가 나타났다.As a result of the comparison, an error of 0 to 9 ° in the inclination direction and 0 to 5 ° in the inclination angle was found.

일반적으로 조사자에 따라 동일한 절리면에 대한 클리노미터 측정 오차는 경사방향의 경우 ±10° 경사각의 경우 ±5° 정도가 나타난다고 하고 클리노미터 기계 측정오차 역시 ±2° 를 보이고 있어 영상측정에 의한 방향 산정 결과는 타당한 수준으로 판단된다.Generally, according to the investigator, the clinometer measurement error for the same joint surface is about ± 5 ° for the inclination direction ± 10 ° and the clinometer mechanical measurement error is also ± 2 °. It seems reasonable.

[표 2]TABLE 2

촬영면의 확장해석은 2회에 걸쳐 수행하였으며 1차 확장해석인 촬영면 2의 사진에 대한 사진기 매개변수 결정 결과는 표3과 같다. 사진기 매개변수 결정 결과 촬영면 2의 경우 두 사진기의 수렴각인 θ' 는 36°이었으며, 사진기 간격 CD는 2.8m이었다.The extended analysis of the photographing surface was performed twice. The results of the camera parameter determination for the photographs of the photographing surface 2, which is the first extended analysis, are shown in Table 3. As a result of camera parameter determination, in case of shooting surface 2, the convergence angle of θ 'of the two cameras was 36 ° and the camera distance CD was 2.8m.

[표 3]TABLE 3

촬영면 3의 경우 사진기 매개변수 결정 결과는 표4와 같다. 사진기 매개변수 산정 결과 두 사진기 사이의 광축의 수렴각인 θ' 는 36°이고 사진기 사이의 간격 CD는 2.8 m이었다.For shooting surface 3, camera parameter determination results are shown in Table 4. Calculation of the camera parameters showed that the angle of convergence of the optical axis between the two cameras, θ ', was 36 ° and the distance CD between the cameras was 2.8 m.

[표 4]TABLE 4

사진기 매개변수에 결정에 따라 촬영면 2의 조절점 C1', C3' 와 촬영면 3의 조절점 C1", C3"의 오차 분포를 알아보았다. 촬영면 2의 경우 촬영면 1로부터 계산 및 측정에 의해 얻어진 결과와 촬영면 2에서 계산한 결과를 서로 비교하였으며, 촬영면 3의 경우 촬영면 2로부터 얻어진 결과를 촬영면 3에서 계산한 결과와 비교하여 분석하였다. 분석결과 오차정도는 실내 검증에서 얻어진 허용 오차분포 수준인10 mm 이하의 계산 결과를 보여주었다(표5).To investigate the distribution of the error control of the recording surface, as determined by the camera parameter two points C 1 ', C 3' and the recording surface 3 control point C 1 ", C 3". In the case of the photographing surface 2, the results obtained by the calculation and measurement from the photographing surface 1 and the results calculated in the photographing surface 2 were compared with each other. In the case of the photographing surface 3, the results obtained from the photographing surface 2 were compared with those calculated in the photographing surface 3 And analyzed. The result of the analysis showed that the degree of error is less than 10 mm, which is the allowable error distribution obtained from the indoor verification (Table 5).

[표 5]TABLE 5

확장해석에 따른 영상측정 방향 결과를 분석하기 위해 촬영면 2의 경우 촬영면 1에서는 보이지 않는 절리면 3개를 해석하였고, 촬영면 3의 경우 절리면 4개를 추가 해석하였다. 해석결과는 표6과 같다.In order to analyze the result of the image measurement direction according to the extended analysis, three joints which were not visible in the photographing plane 1 were analyzed in the case of the photographing plane 2, and four joints were additionally analyzed in the case of the photographing plane 3. The analysis results are shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

분석결과는 촬영면 1에서와 유사한 오차 범위를 보였고 클리노미터를 이용한 일반적인 절리면 방향의 측정오차 범위에 포함되는 수준으로 나타났다.The results of the analysis showed similar error ranges as those of the photographing surface 1 and were included in the measurement error range in the direction of the normal joint surface using a clinometer.

본 발명은 촬영방향을 자유롭게 설정할 수 있고 다각도에서 절리면의 사각을 모두 포함시키면서도 간편하고 신속하게 사진기 매개변수를 결정할 수 있다.The present invention can freely set the shooting direction and can easily and quickly determine the camera parameters while including all the squares of the joint surface in multiple angles.

본 발명은 수렴촬영에 의해 영상중첩범위가 커지므로 조사범위가 확장되고 촬영방향에 제약을 받지 않는다. 그리고 암반사면 실측에 의한 조사선 및 조사창 조사법에 비해 측정 불가능 지역에서도 조사가 가능하고 조사선 및 조사창의 설정에 제약을 받지 아니하므로 많은 조사자료를 추출할 수 있다.According to the present invention, the range of image overlap is increased by convergent shooting, so the irradiation range is extended and the shooting direction is not restricted. In addition, many survey data can be extracted because it is possible to survey in the unmeasurable area and is not restricted by the setting of the survey line and the survey window compared to the irradiation line and the survey window survey by the rock slope measurement.

또한 본 발명은 현장측정작업시간을 단축할 수 있고 실내측정작업에 따라 조사자료가 정확하며, 절리자료의 통계처리결과에 높은 신뢰성을 주며 신뢰성 있는 절리특성자료를 안정성 해석 및 설계에 적용함으로써 최적의 경제적인 시공이 가능하다.In addition, the present invention can shorten the field measurement work time, the survey data are accurate according to the indoor measurement work, give high reliability to the results of statistical processing of joint data and apply the reliable joint characteristic data to stability analysis and design. Economical construction is possible.

그리고 본 발명에 따르면 조사자가 암반사면에 직접 접근하지 않아도 되므로 사면붕괴나 암괴추락이 있더라도 안전사고가 일어나지 않는다.In addition, according to the present invention, the investigator does not have to approach the rock slope directly, so even if there is a slope collapse or a rock crash, a safety accident does not occur.

이와 같이 본 발명의 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사법은 접근이 불가능한 지역에서 조사가 가능하고 작업시간을 단축하며, 많은 조사자료를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 조사자료가 정확하고 그에 따라 절리자료의 통계처리결과에 높은 신뢰성을 주며, 조사작업시 안전사고의 우려가 없게 되는 효과를 발휘한다.As described above, the geometric characteristics of the rock slope joint of the present invention can be irradiated in an inaccessible region, shorten the working time, obtain a large number of survey data, and the survey data are accurate and accordingly statistical processing of the joint data. It gives high reliability to the results and has the effect that there is no fear of safety accidents during the investigation work.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 속한다 해야 할 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the invention, and such changes or modifications are therefore to the appended claims. It will have to belong to the scope of.

Claims (2)

분석대상 및 현장조건에 따른 촬영계획을 수립하는 단계;Establishing a shooting plan according to an analysis target and site conditions; 상기 촬영계획에 따라 디지털사진기를 소정위치 P에 설치하는 단계;Installing a digital camera at a predetermined position P according to the shooting plan; 좌표측정을 위해 공간좌표측정기를 측량원점 0 에 설치하는 단계:Installing the spatial coordinate measuring machine at survey origin 0 for coordinate measurement: 3개의 조절점 C1, C2, C3를 분석대상인 암반사면에 설정하는 단계;Setting three control points C 1 , C 2 , and C 3 to the rock slope to be analyzed; 상기 측량원점 0 에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 조절점 C1, C2, C3의 공간좌표를 측정하는 단계:Measuring spatial coordinates of the control points C 1 , C 2 , and C 3 using a spatial coordinate measuring device installed at the survey origin 0: 촬영대상을 사진촬영하는 단계:Steps to photograph the subject: 촬영한 영상에서 영상의 중심점인 영상주점 o 과 조절점 C2가 일치하도록 사진기조절기를 이용하여 사진기의 촬영방향을 조절하여 촬영면 1를 촬영하는 단계;Photographing the photographing surface 1 by adjusting a photographing direction of the camera using a camera controller so that the image circumference o, which is the center point of the image, and the control point C2 coincide in the photographed image; 영상주점 o 과 암반사면의 조절점 C2를 연결하는 공선상에 지상보조점 G 가 위치하도록 지상보조점장치를 설치하는 단계;Installing a ground auxiliary point device such that the ground auxiliary point G is positioned on a collinear line connecting the image pub o and the control point C 2 of the rock slope; 측량원점 0에 설치된 공간좌표측정기를 이용하여 상기 지상보조점 G의 공간좌표를 측정하는 단계;Measuring a spatial coordinate of the ground auxiliary point G by using a spatial coordinate measuring device installed at a survey origin 0; 디지털 사진기를 다음 촬영위치로 이동하여 상기 단계들을 반복하는 단계;Repeating the steps by moving the digital camera to the next photographing position; 상기 3개의 지상조절점 C1, C2, C3와 지상보조점 G의 공간좌표, 그리고 조절점 C1, C3가 영상에 투사된 c1, c3으로부터 사진기 내부매개변수인 초점거리 f및 영상주점 o 의 좌표와 외부매개변수인 사진기의 위치(중심투영점 P)와 사진기의 회전각 ω, Φ, x를 결정하는 단계;The three ground control points, the focal length of C 1, C 2, C 3, and ground space coordinates of the auxiliary point G, and the control point C 1, the camera internal parameters from C 3 a c 1, c 3 projected on the imaging parameters f And determining the coordinates of the image circumference o and the position (center projection point P) of the camera which are external parameters and the rotation angles ω, Φ, x of the camera; 상기 사진기 매개변수로부터 다음과 같은 좌, 우 사진기의 공선조건식(중심투영방정식)을 구성하는 단계;Constructing a collinear condition equation (center projection equation) of the left and right cameras from the camera parameters; 여기서,이고,here, ego, XPL, YPL, ZPL은 왼쪽 사진기의 공간좌표이고 XPR, YPR, ZPR은 오른쪽 사진기의 공간좌표,X PL , Y PL , Z PL are the spatial coordinates of the left camera, and X PR , Y PR , Z PR are the spatial coordinates of the right camera, 상기 좌, 우 사진기의 공선조건식의 관계로부터 절리면을 구성하는 꼭지점의 공간좌표를 영상에 투영된 영상좌표로부터 유도하는 단계;Deriving the spatial coordinates of the vertices constituting the joint surface from the image coordinates projected on the image from the relationship between the collinear conditional expressions of the left and right cameras; 상기 절리면 꼭지점의 공간좌표로부터 절리면의 법선벡터를 결정하는 단계:Determining a normal vector of the joint from the spatial coordinates of the joint; 그리고 상기 절리면의 법선벡터로부터 절리면의 경사방향과 경사각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법.And determining the inclination direction and the inclination angle of the joint surface from the normal vector of the joint surface. 제1항에 있어서, 상기 촬영면1과 중첩되는 촬영면2를 촬영하고 중첩되는 부분에 있는 절리면의 특정 지점을 촬영면2의 지상조절점으로 이용함으로써 촬영면1에만 지상조절점의 실측이 필요하고 촬영면2부터는 지상조절점의 실측이 요구되지 않는 확장해석단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에 의한 암반사면 절리의 기하학적 특성 조사방법.The method according to claim 1, wherein the measurement of the ground control point is necessary only on the photographing surface 1 by photographing the photographing surface 2 overlapping the photographing surface 1 and using a specific point of the joint surface in the overlapping portion as the ground control point of the photographing surface 2. And from the photographing surface 2, further comprising an extended analysis step in which the ground control point is not measured.
KR10-2002-0040912A 2002-07-12 2002-07-12 Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image KR100457080B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0040912A KR100457080B1 (en) 2002-07-12 2002-07-12 Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0040912A KR100457080B1 (en) 2002-07-12 2002-07-12 Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040006595A KR20040006595A (en) 2004-01-24
KR100457080B1 true KR100457080B1 (en) 2004-11-12

Family

ID=37316470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0040912A KR100457080B1 (en) 2002-07-12 2002-07-12 Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100457080B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813305B1 (en) 2007-11-30 2008-03-13 (주) 소암컨설턴트 Joint-structure 3-dimensional imaging method using information about a surface of discontinuity in bedrock

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100695018B1 (en) * 2005-10-05 2007-03-14 (주)희송지오텍 Multi-photo system for calculating 3d coordinates
KR100695019B1 (en) * 2005-10-28 2007-03-14 삼성중공업 주식회사 Window sampling method using digital image
CN101957175B (en) * 2010-09-14 2012-03-28 西安交通大学 Three-point micro-plane-based normal detection method
CN105444681A (en) * 2015-11-16 2016-03-30 安徽省道一电子科技有限公司 High-precision rail crawling measurement method based on single camera calibration and coding points

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000039310A (en) * 1998-07-22 2000-02-08 Sanyo Electric Co Ltd Method and device for measuring shape
JP2000161957A (en) * 1998-11-27 2000-06-16 Hokuriku Regional Constr Bureau Ministry Of Constr Observation apparatus for rock bed
JP2001108490A (en) * 1999-10-07 2001-04-20 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Rock ground surface monitoring device
KR20010087493A (en) * 2000-03-07 2001-09-21 황상기 A survey equipment and method for rock excavation surface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000039310A (en) * 1998-07-22 2000-02-08 Sanyo Electric Co Ltd Method and device for measuring shape
JP2000161957A (en) * 1998-11-27 2000-06-16 Hokuriku Regional Constr Bureau Ministry Of Constr Observation apparatus for rock bed
JP2001108490A (en) * 1999-10-07 2001-04-20 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Rock ground surface monitoring device
KR20010087493A (en) * 2000-03-07 2001-09-21 황상기 A survey equipment and method for rock excavation surface

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문(2000.09.) *
논문(2001.10.) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813305B1 (en) 2007-11-30 2008-03-13 (주) 소암컨설턴트 Joint-structure 3-dimensional imaging method using information about a surface of discontinuity in bedrock

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040006595A (en) 2004-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Photogrammetric error sources and impacts on modeling and surveying in construction engineering applications
US7116818B2 (en) Image forming apparatus, image forming method and computer-readable storage medium having an image forming program
US6922234B2 (en) Method and apparatus for generating structural data from laser reflectance images
US8208029B2 (en) Method and system for calibrating camera with rectification homography of imaged parallelogram
US7773799B2 (en) Method for automatic stereo measurement of a point of interest in a scene
JP3728900B2 (en) Calibration method and apparatus, and calibration data generation method
US9182220B2 (en) Image photographing device and method for three-dimensional measurement
Perfetti et al. Fisheye photogrammetry: tests and methodologies for the survey of narrow spaces
BR112015013804B1 (en) measuring system for three-dimensional measurement of an underwater structure, method for laser triangulation of an underwater structure and non-transient computer-readable medium coded with instructions
US7016527B2 (en) Method for processing image data and modeling device
US20190285404A1 (en) Noncontact three-dimensional measurement system
US20220180563A1 (en) Camera calibration apparatus, camera calibration method, and nontransitory computer readable medium storing program
JP2007147522A (en) Photogrammetry and photogrammetry program
CN113658279B (en) Camera internal reference and external reference estimation method, device, computer equipment and storage medium
Wiedemann et al. Reconstruction of historical buildings based on images from the Meydenbauer archives
KR100457080B1 (en) Method for surveying the characteristics of joint on rock slope using image
JP4112077B2 (en) Image measurement processing method and apparatus, and recording medium recording image measurement processing program
JP2896539B2 (en) How to detect unique information such as object position and angle
Martínez et al. Non-contact 3D measurement of buildings through close range photogrammetry and a laser distance meter
JP2980194B2 (en) Method and apparatus for measuring reinforcing bar position and posture
Gao et al. Full‐field deformation measurement by videogrammetry using self‐adaptive window matching
Pedersini et al. Automatic monitoring and 3D reconstruction applied to cultural heritage
Barazzetti Planar metric rectification via parallelograms
JP4282361B2 (en) Photogrammetry method and photogrammetry program
KR20060087649A (en) Laser photogrammetry

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121102

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131105

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee