KR101346323B1 - 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법 - Google Patents

지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비측량용의 디지털 카메라로 촬영대상지를 촬영한 영상과 지상 기준점, 부가매개변수를 이용하여 자체검정하므로 내부표정요소를 정확하게 결정하여 측지측량용 카메라로 사용하는 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 관한 것으로 비측량용 디지털 카메라, 카메라 제어부, 노트북, 유선리모콘으로 이루어지고 항공기에 설치되며 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 있어서 (a) 항공기에 장착된 비측량용 디지털 카메라가 카메라 제어부의 제어에 의하여 항공기가 항공촬영 대상지의 상공을 운항하는 상태로부터 항공촬영 대상지를 항공촬영하여 영상을 취득하는 단계; (b) 카메라 제어부에 의하여 비측량용 디지털 카메라가 촬영 대상지를 항공촬영하는 경우 항공촬영된 영상을 분석하여 주변과 구분되고 식별되는 지점을 선정하며 선정된 지점에 대한 신속정지측량을 진행하여 GPS 측량을 수행하므로 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계; (c) 카메라 제어부에 의하여 항공촬영된 영상과 항공기의 운항정보와 비측량용 디지털 카메라의 특성을 분석하여 부가매개변수와 지상기준점에 대한 자체검정의 정보를 연산하는 단계; 및 (d) 자체검정의 연산 결과로부터 내부표정요소와 외부표정요소를 연산하여 결정하는 단계; 를 포함하는 특징이 있다.

Description

지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법{Method for Self-Calibration of Non-metric Digital Camera Using Ground Control Point and Additional Parameter}
본 발명은 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비측량용의 일반적인 디지털 카메라로 선정된 촬영대상지를 촬영하여 취득한 항공촬영 영상과 지상 기준점, 부가매개변수(additional parameter)를 이용하여 자체검정을 수행하므로 내부표정요소를 정확하게 결정하여 측지측량용 카메라로 사용할 수 있도록 하는 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년 사이 전문가용으로만 여겨졌던 DSLR(Digital Single Lens Reflex) 카메라가 대중화되어 일반인들도 널리 사용하고 있다. 또한 DSLR 카메라의 본체와 렌즈의 기술도 빠르게 발전하여 하드웨어 사양이 항공사진 측량(aerial photogrammetry)에 사용되는 측량용 디지털 카메라에 준할 수 있을 정도로 많이 향상되었다.
그러나 비측량(non-metric)용 디지털 카메라는 정확한 내부표정요소(interior orientation element)를 알 수 없기 때문에 3차원 공간 측량(metric)이 가능한 측량용 카메라로 사용할 수가 없었다.
비측량용 디지털 카메라의 내부표정요소는 크게 초점거리(focal length), 주점좌표(principal point coordinate), 방사왜곡(radial distortion), 편심왜곡(decentering distortion)으로 구성되며 정확한 내부표정요소는 검정(calibration)을 통해 결정된다.
현재까지 내부표정요소를 결정하는 가장 흔한 방법은 실내에서 직접 제작한 타깃이나 자체검정(self-calibration) 소프트웨어에서 제공하는 검정용 타깃을 이용한 자체검정이다.
그러나 상기 방법들은 항공촬영의 위치와 대상이 실제 적용되는 위치, 대상과는 상이하게 표시되는 문제가 있었다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0445428호(2004.08.12.) “시시디 라인카메라를 이용한 3차원 지형, 지물 모델의 텍스쳐 매핑 방법” 대한민국 특허 공개번호 제2004-0035892호(2004.04.30.) “레이저 스캐너를 갖는 이동 차량의 공간 모델링 장치 및 이동 차량의 레이저 스캐너 제어 방법” 대한민국 특허 등록번호 제10-0800554호(2008.01.28.) “이동형 사진측량 시스템에서의 레이저 스캐너와 카메라영상정보를 이용한 3차원 모델링 방법”
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 일반적으로 사용되는 디지털 카메라로 촬영된 대상물의 항공촬영 영상, 지상기준점과 부가매개변수에 의한 내부표정요소를 결정하므로 일반적인 디지털 카메라를 측지측량용 항공 카메라로 활용할 수 있도록 하는 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법은 비측량용 디지털 카메라, 카메라 제어부, 노트북, 유선리모콘으로 이루어지고 항공기에 설치되며 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 있어서, (a) 상기 항공기에 장착된 상기 비측량용 디지털 카메라가 상기 카메라 제어부의 제어에 의하여 상기 항공기가 항공촬영 대상지의 상공을 운항하는 상태로부터 상기 항공촬영 대상지를 항공촬영하여 영상을 취득하는 단계; (b) 상기 카메라 제어부에 의하여 상기 비측량용 디지털 카메라가 상기 촬영 대상지를 항공촬영하는 경우 항공촬영된 영상을 분석하여 주변과 구분되고 식별되는 지점을 선정하며 선정된 지점에 대한 신속정지측량을 진행하여 GPS 측량을 수행하므로 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계; (c) 상기 카메라 제어부에 의하여 상기 항공촬영된 영상과 상기 항공기의 운항정보와 상기 비측량용 디지털 카메라의 특성을 분석하여 부가매개변수와 지상기준점에 대한 자체검정의 정보를 연산하는 단계; 및 (d) 상기 자체검정의 연산 결과로부터 내부표정요소와 외부표정요소를 연산하여 결정하는 단계; 를 포함하되, 상기 항공촬영된 영상은 종중복도 70~80%, 횡중복도 40~50%, GSD(Ground Sample Distance) 10㎝ 영상이고, 상기 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계는 (ⅰ) 상기 항공촬영된 영상으로부터 주변과 명확하게 구분 식별되는 지점을 선정하고 신속정지측량(fast-static survey)을 수행하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 GPS 측량의 성과에 대하여 기선해석과 망 조정을 수행하여 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계; 를 포함하고, 상기 부가매개변수는 방사왜곡 계수, 초점거리(c), 주점좌표(xo,yo), 편심왜곡 계수를 포함하고, 상기 지상기준점은 5 내지 25 개의 범위 중에서 선택된 어느 하나에 의한 값의 개수이고, 상기 자체검정은 상기 부가매개변수가 포함된 비선형 방정식을 선형화하고 최소제곱법을 반복적으로 수행하는 광속조정법으로 수행되고, 상기 비측량용 디지털 카메라의 자체검정 방법으로 내부표정요소와 외부표정요소를 확인할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 항공촬영된 영상과 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 자체검정에 의하여 내부표정요소를 정확하게 결정하므로 고가의 항공측량용 디지털 카메라가 아닌 비측량용으로 사용되며 일반적인 디지털 카메라로 우수한 품질의 항공사진을 획득하고, 이를 바탕으로 수치지형도를 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 항공촬영 상태도,
도 1b 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 기능 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 항공사진 촬영 계획도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 항공촬영 시 항공기 GPS에 저장된 촬영대상지의 운항궤적도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템이 항공촬영한 영상에 주점 인덱스를 표시한 상태도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 TBC(Trimble Business Center) 소프트웨어를 이용한 기선해석과 망조정 과정의 설명도,
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템이 취득한 항공촬영 영상에 지상기준점과 검사점을 배치시킨 상태도,
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 지상기준점과 검사점의 GPS 측량성과 상태도,
그리고
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 항공레이저측량(LiDAR)을 이용해 취득한 수치표고모델 상태도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에서는 촬영대상지를 선정하고 촬영을 수행하여 취득한 영상과 지상 기준점, 부가매개변수(additional parameter)를 이용해 자체검정을 수행하고 정확한 내부표정요소를 결정하므로 일반적으로 사용되는 비측량용 디지털 카메라를 측지 측량에 활용 또는 응용하도록 하는 것이 기술적 사상이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템(100)은 일반적으로 사용되며 측량용으로 사용되지 않고 쉽게 구입하여 범용으로 사용되는 비측량용의 디지털 카메라(1000), 상용의 소프트웨어인 TBC(Trimble Business Center)와 사진측량 소프트웨어인 SocetSet와 광속조정 소프트웨어인 BINGO를 포함하는 다양한 종류의 소프트웨어를 저장하고 데이터와 제어명령 등의 입력에 의하여 해당 제어신호를 출력하며 상기 비측량용 디지털 카메라(1000)의 특성 정보를 할당된 영역에 저장 관리하고 운용을 제어하는 카메라 제어부(2000), 상기 카메라 제어부(2000)에 접속하고 상기 카메라 제어부(2000)가 연산 처리한 데이터 정보를 실시간으로 다운로드 받아 저장하며 특정 프로그램, 운용을 위한 데이터, 제어명령 등을 입력하는 일반적인 범용의 노트북(3000), 상기 비측량용 디지털 카메라(1000)에 유선 접속하고 촬영, 거리조절, 노출조절 등을 위한 해당 제어신호를 출력하는 유선리모콘부(4000)를 포함한다.
본 발명은 일반적 또는 범용으로 사용되며 비측량용의 디지털 카메라를 활용한 항공촬영 시스템으로 항공사진의 촬영을 수행하여 일반적 고해상도의 GSD(Ground Sample Distance) 10㎝ 영상을 취득하고, 부가매개변수를 구성하며 설치된 지상기준점 개수에 따른 자체검정 결과를 비교, 분석한다.
또한, 현재 국내에서 대축척 수치지형도와 고해상도 정사사진 제작에 사용하고 있는 Intergraph社의 항공사진측량용 디지털 카메라인 DMC(Digital Mapping Camera)로 촬영한 GSD 12㎝ 영상과 비교하여 항공삼각측량(aerial triangulation), 수치도화(digital restitution), 정사사진(orthophoto) 정확도를 분석 평가하였다.
그 결과 부가매개변수중 방사왜곡계수를 반드시 포함하고, 추가적으로 초점거리(c), 주점좌표(xo,yo), 편심왜곡 계수를 포함하며, 지상기준점 개수를 최소 5 개소(점) 이상 설치하여 자체검정을 수행할 경우, 내부표정요소를 정확하게 결정할 수 있었다.
따라서 본 발명은 (a) 비측량용 디지털 카메라가 장착된 항공기를 이용하여 촬영 대상지를 항공사진을 촬영하고 영상을 취득하는 단계; (b) 촬영 대상지의 현장에 대하여 GPS 측량을 수행하여, 지상기준점 및 검사점을 취득하는 단계; (c) 부가매개변수 구성과 지상기준점 개수(점의 수)에 대한 자체검정을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 자체검정 결과를 토대로 내부표정요소와 외부표정요소를 결정하는 단계; 를 포함하는 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 활용되는 비측량용 디지털 카메라는 일반적으로 사용되는 통상의 디지털 카메라를 이용할 수 있으나, 초점거리 35㎜ 이상의 단초점 렌즈가 장착된 디지털 카메라를 사용하는 것이 매우 바람직하다.
상기 비측량용 디지털 카메라는 항공기 바닥에 설치된 마운트에 장착하고, 항공기내에서 유선으로 리모트 컨트롤할 수 있는 촬영시스템을 구축하여 사용하는 것이 바람직하다.
항공촬영된 영상은 종중복도 70~80%, 횡중복도 40~50%, GSD(Ground Sample Distance) 10㎝ 영상이다.
지상에 설치된 지상기준점과 검사점의 위치좌표 또는 좌표정보를 취득하기 위해 GPS 측량을 수행한다.
지상기준점과 검사점을 취득하는 단계는 (ⅰ) 취득된 영상에서 명확하게 식별이 가능한 지상의 특정 지점을 선정한 다음, 신속정지측량(fast-static survey)을 수행하는 단계; 및 (ⅱ) GPS 측량 성과(결과)에 대하여 기선해석과 망 조정을 수행하여 지상기준점과 검사점을 확보 또는 취득하는 단계를 포함할 수 있다.
자체검정은 일반 디지털 카메라에서 제공하지 않는 정확한 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡계수 및 편심왜곡계수를 산출하는 것을 의미하며, 이러한 산출 또는 연산은 일반적으로 쉽게 알 수 있는 방식을 응용하는 것으로 설명한다.
본 발명에서, 지상기준점은 자체검정 시에 기준이 되는 점을 의미하고, 검사점은 자체검정 결과를 검사하는 점을 의미한다.
신속정지측량(fast-static survey)은 일반적으로 알 수 있는 통상의 방법에 따라서 수행할 수 있으며, 기선해석과 망 조정은 일반적으로 확보할 수 있는 상용 소프트웨어인 TBC(Trimble Business Center)를 이용하여 수행할 수 있다.
지상기준점과 검사점을 취득(설정) 후, 비측량용 디지털 카메라의 내부표정요소와 외부표정요소를 결정하기 위하여 부가매개변수 구성과 지상기준점 개수에 따른 자체검정을 수행한다.
내부표정은 항공사진 자체가 지니고 있는 왜곡을 보정하는 것이다.
항공기에서 지상을 촬영한 항공사진은 카메라의 특성, 대기의 굴절, 지구의 곡률 등 여러 요인에 의해 왜곡을 갖는다. 이와 같은 왜곡으로 항공사진 상에서 왜곡이 없는 경우 (x’a , y’a)의 좌표를 갖고 있어야 할 지점이 왜곡으로 인해 (xa , ya)의 좌표를 갖게 된다. 이와 같이 왜곡을 갖는 항공사진의 각 좌표 (xa , ya)를 왜곡이 보정된 새로운 좌표(x’a , y’a)로 재배열시키는 것이 내부표정이다.
외부표정은 지상기준점에서의 GPS 측량에 의한 것으로 항공촬영시 알려지지 않은 미지수 표정 6 요소()를 계산하여 내부표정이 수행되므로 왜곡이 보정된 항공사진의 사진좌표(x’a,y’a)와 지상의 실제 지상좌표()와의 관계를 정립하는 것이다.
부가매개변수는 자체검정 시에 결정되어야 하는 내부표정요소이며, 자체 검정시 부가매개변수 중 방사왜곡 계수가 포함된다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 방사왜곡 계수는 자체검정 결과에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이기 때문이다. 방사왜곡 계수에 대하여는 일반적으로 알려진 내용이다.
자체검정을 위한 부가매개변수는 초점거리(c), 주점좌표(xo,yo), 편심왜곡 계수를 추가로 포함하여 더욱 정확하게 연산할 수 있다.
일 실시 예에 의하여 디지털 카메라(EOS-1Ds Mark III)와 렌즈(Canon EF 35㎜ f/1.4L USM으로 35㎜ 단초점)을 사용하여 지상기준점을 5 개 이상 지정 또는 선택하는 것이 바람직하였다.
지정된 지상기준점이 5 개 미만인 경우에는 지상기준점에 대한 잉여 관측수가 부족한 문제가 발생될 수 있었다.
그러므로 메이커와 모델 종류가 각각 상이한 여러 종류의 디지털 카메라와 렌즈 중에서 각각 선택된 어느 하나를 사용하는 경우를 감안하면 지상기준점은 5 내지 25 개의 범위에서 설치 또는 지정하는 것이 바람직하다.
자체검정은 부가매개변수가 포함된 비선형 방정식을 선형화 한 후, 최소제곱법을 반복적으로 수행하는 광속조정법으로 수행된다. 비선형 방정식은 테일러(Taylor) 정리를 이용해 선형화 하며, 첫 번째 해를 구하면 초기 근사값에 대한 보정값을 구할 수 있다. 초기 근사값에 보정값을 더하면 수정된 근사값을 얻을 수 있으며, 이와 같은 방법으로 보정값이 무시할 정도로 작을 때까지 반복 수행한다.
최종적으로 연산된 자체검정 결과를 토대로 내부표정요소와 외부표정요소를 결정한다.
즉, 지상기준점, 검사점, 접합점의 관측은 일반적으로 상거래되고 있는 사진측량 소프트웨어인 SocetSet을 이용하여 수행하며, 광속조정 소프트웨어인 BINGO를 이용하여 자체검정을 수행하므로 내부표정요소와 외부표정요소를 결정할 수 있다.
그러므로 비측량용 디지털 카메라로 취득한 항공촬영 영상과 지상 기준점, 부가매개변수(additional parameter)를 자체검정하는 방법으로 내부표정요소와 외부표정요소를 확인하므로써 비측량용 디지털 카메라를 이용하여 측량용 디지털 카메라가 항공촬영한 사진의 측량방법과 동일한 결과를 추출할 수 있다.
통상의 비측량(non-metric)용 디지털 카메라는 정확한 내부표정요소(interior orientation element)를 알 수 없기 때문에 3 차원 공간 측량이 가능한 측량용 카메라로 사용할 수가 없었으나, 비측량용 디지털 카메라의 자체검정 방법을 이용하여 내부표정요소를 정확하게 확인할 수 있으므로, 비측량용 디지털 카메라를 측량용 카메라로 응용 활용할 수 있다.
즉, 비측량용 디지털 카메라의 자체검정시, 부가매개변수 중 방사왜곡계수를 반드시 포함시켜야 하고, 지상기준점은 5개 이상 수행해야 하는 것이 매우 중요한 사항이다.
- 실시 예 -
이하, 일 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 일 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
1-1: 디지털 카메라 장착
항공사진 촬영을 위하여, 미국 Robinson Helicopter사 제품의 소형 헬리콥터 R-44 II의 바닥에 디지털 카메라(EOS-1Ds Mark III, 캐논; 렌즈:Canon EF 35㎜ f/1.4L USM)를 마운트를 이용하여 장착하였다. Canon EOS-1Ds Mark III는 풀 프레임 센서를 채용하고 있으며 고감도에서 낮은 노이즈로 좋은 화질의 영상을 획득할 수 있고 더 선명한 해상력을 얻을 수 있다.
항공사진 촬영 시 디지털 카메라를 항공기내에서 제어하기 위해 유선 리모트 컨트롤 시스템을 설치하였으며 영상이 카메라 메모리에 저장될 때 문제가 발생할 경우를 대비하여 노트북으로 동시 저장할 수 있는 시스템을 구축하였다(도 1).
1-2: 항공사진 촬영
촬영대상지는 충남대학교 일원으로 하였으며, 항공기의 항속시간과 영상의 안정성을 고려하여 동서방향 4개 코스는 2번 촬영하였고, 남북방향 2개 코스는 1번 촬영하였다.
먼저, 카메라 셔터 간격은 4초로 설정한 후 GSD(Ground Sample Distance) 10㎝, 종중복도 75%, 횡중복도 45%의 영상을 얻을 수 있도록 촬영계획을 하였다. 이와 같은 조건을 만족하는 항공기의 촬영고도는 550m, 항공기의 운항속도는 80㎞/h, 코스 간격은 300m이다. 이 경우 기선고도비(base-height ratio)는 0.16이다. 또한 자체검정 시 블록의 기하학적 안정성을 높이고 높은 정확도를 얻기위해 블록의 양쪽 끝에 남북방향 코스를 추가하였다 (도 2).
날씨를 고려해 카메라의 ISO 감도는 200, 조리개 값은 f8, 셔터속도는 1/800초로 설정하였으며, 손실이 없는 높은 화질의 영상을 얻기 위해 저장 형식은 jpeg(joint photographic experts group)가 아닌 raw(14bit)로 설정하였다. 촬영 시 항공기 GPS에 저장된 촬영대상지의 운항궤적은 도3에 나타내었다.
상기와 같이 촬영시스템을 구축하고 운용방식을 설정 한 후에 항공촬영을 수행하여 선명하고 높은 화질의 GSD 10㎝ 항공촬영 영상을 취득하였다.
항공촬영된 영상(이미지) 중 개발이 진행 중인 지역이 포함되어 있어 지상기준점 취득이 불가능한 가장 위쪽 동서방향 코스의 항공촬영 영상은 제외하고 연구에서 사용할 항공촬영 영상을 선별하여 정리한 결과 동서방향은 3 개 코스에서 29 매이며, 남북방향은 2 개 코스에서 17 매로 총 46 매 이었다. 선별된 항공촬영 영상의 주점인덱스는 도 4 에 도시된 것과 같다.
1-3: GPS 측량
지상기준점과 검사점의 위치좌표 또는 좌표정보를 취득하기 위해 GPS 측량을 수행한다. GPS 측량은 실시 예 1-2 에서 취득한 항공촬영 영상에서 명확하게 식별이 가능한 지점을 선점한 후 수행 한다.
GPS 측량은 신속정지측량(fast-static survey)으로 수행하였으며 데이터 수신 간격은 15 초, 관측 시간은 20 분으로 하였다. 또한, 세종시 금남초등학교와 대전광역시 배재대학교에 위치한 2개의 통합기준점에 기준국(base station)을 설치하여 운영하였다.
GPS 측량 후 기선해석과 망조정은 일반적으로 알 수 있는 소프트웨어인 TBC(Trimble Business Center)를 이용하여 수행한다(도 5). GPS 측량을 수행하여 취득한 지상기준점은 총 25 점, 검사점은 총 13 점이며 배치는 도 6에 나타내었다.
최종 성과는 TM(Transverse Mercator) 투영에 의한 평면직각좌표(X, Y)와 표고(Z)로 구하였으며, 도 7에 나타내었다.
여기서 지상기준점과 검사점의 위치좌표는 지상의 현장에서 직접 측량한 값을 적용할 수도 있다.
1-4: 자체검정
자체검정은 사진측량 소프트웨어인 SocetSet을 이용하여 지상기준점, 검사점, 접합점(tie point)을 관측한 후 광속조정 소프트웨어인 BINGO를 이용하여 수행하였으며, 이때 관측된 접합점은 총 84점이었다.
우선, 부가매개변수 구성과 지상기준점 개수에 따른 영향을 파악하기 위하여 표 1 과 같이 총 10 가지 경우에 대해 자체검정을 수행하였으며, 자체검정 시 설정한 초점거리, 주점좌표, 영상좌표, 지상기준점의 초기값 및 사전표준편차(a priori standard deviation)는 표 2 에 기재되어 있다.
구분 부가매개변수 구성 지상기준점 개수
초점거리 주점좌표 방사왜곡 편심왜곡
CASE 1 × × × × 25점
CASE 2 ○ ○ × × 25점
CASE 3 × × ○ × 25점
CASE 4 ○ ○ ○ × 25점
CASE 5 ○ ○ ○ ○ 25점
CASE 6 ○ ○ ○ × 18점
CASE 7 ○ ○ ○ × 13점
CASE 8 ○ ○ ○ × 9점
CASE 9 ○ ○ ○ × 5점
CASE 10 ○ ○ ○ × 4점
구분 초점거리
(mm)		 주점좌표
(mm)		 영상좌표
()		 지상기준점(m)
x y X Y Z
초기값 35 0 0 - - - -
사전표준편차 2 0.2 0.2 3.2
(0.5pixel)		 0.1 0.1 0.1
부가매개변수 구성에 따른 영향을 파악하기 위해 지상기준점 25 개 점과 표 1의 5 가지 부가매개변수로 구성하여 자체검정을 수행하였다.
일 실시 예에 의한 CASE 1 은 부가매개변수를 적용하지 않은 경우, CASE 2 는 초점거리와 주점좌표만 적용한 경우, CASE 3 은 방사왜곡만 적용한 경우, CASE 4 는 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡을 적용한 경우, CASE 5 는 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡, 편심왜곡을 모두 적용한 경우이다.
부가매개변수 구성에 따른 자체검정 결과를 초점거리 c, 주점좌표(xo,yo), 영상좌표 평균제곱근오차(root mean square error) ?RI?, 지상기준점 평균제곱근오차(Rx, Ry, Rz), 지상기준점 최대 잔차(Mx, My, Mz), 검사점 평균제곱근오차(Rcx, Rcy, Rcz)로 정리하여 표 3에 나타내었다.
구분 CASE 1 CASE 2 CASE 3 CASE 4 CASE 5
c(mm) 35.0000 13.2865 35.0000 33.8591 33.7876
xo(mm) 0.0000 -0.0851 0.0000 -0.0051 0.0049
yo(mm) 0.0000 0.1064 0.0000 -0.0720 -0.0981
RI(㎛) 23.05 21.06 3.16 3.00 2.86
Rx(m) 0.697 0.705 0.089 0.084 0.061
Ry(m) 0.797 0.793 0.066 0.064 0.043
Rz(m) 2.228 3.121 0.081 0.064 0.060
Mx(m) 1.674 1.350 0.138 0.155 0.113
My(m) 3.324 2.206 0.167 0.168 0.100
Mz(m) 3.939 6.727 0.192 0.146 0.116
Rcx(m) 0.720 0.666 0.069 0.071 0.047
Rcy(m) 0.653 0.637 0.079 0.075 0.050
Rcz(m) 3.034 4.136 0.191 0.182 0.122
표 3에 도시된 바와 같이, 부가매개변수를 고려하지 않은 CASE 1과 초점거리와 주점좌표만을 고려한 CASE 2에서 결과가 큰 차이를 보였는데, 이는 렌즈왜곡이 고려되지 않아 영상좌표 정확도가 낮기 때문이다. 또한, CASE 2의 경우 자체검정 시 초점거리로 렌즈왜곡을 보정하려고 하기 때문에 초점거리는 13.2865㎜로 짧아졌으며 축척을 유지하기 위해 평균 촬영고도는 256.8m로 낮아졌다. 방사왜곡만 고려한 CASE 3에서는 검사점 평균제곱근오차가 Rcx??=0.069m, ??Rcy=0.079m, ??Rcz=0.191m로 개선되었다. 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡을 고려한 CASE 4에서는 검사점 평균제곱근오차가 ??Rcx=0.071m, ???Rcy=0.075m, ???Rcz=0.182m로 CASE 3과 큰 차이를 보이지 않았다. 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡, 편심왜곡을 고려한 CASE 5에서는 검사점 평균제곱근오차가 ???Rcx=0.047m, ????Rcy=0.050m, ??? Rcz=0.120m로 가장 많이 개선되었다. CASE 2와 CASE 3의 결과를 보면 초점거리보다 방사왜곡의 영향이 크게 나타났는데, 이는 축척을 유지하기 위한 초점거리의 영향은 촬영고도에 의해 상쇄되기 때문이다.
실시예에서 사용된 디지털 카메라의 기선고도비(종중복도 75%)는 0.16으로 매우 작기 때문에 높이에 대한 검사점 평균제곱근오차가 평면에 대한 검사점 평균제곱근오차보다 큰 값을 보인 것으로 확인되었다. 그러나, 이런 경향은 정도의 차이만 있을 뿐 항공 사진측량용 카메라에서도 동일하게 나타나는 것으로 알려졌다.
CASE 3, CASE 4, CASE 5에서 방사거리(radial distance) r에 대한 방사왜곡량 dr을 표 4에 나타내었다.
r(mm) dr(㎛)
CASE 3 CASE 4 CASE 5
0 0.0 0.0 0.0
1 17.8 17.7 17.6
2 34.0 33.9 33.7
3 48.3 48.2 47.9
4 60.3 60.2 59.8
5 69.8 69.7 69.2
6 76.6 76.5 76.0
7 80.5 80.4 79.9
8 81.5 81.5 80.9
9 79.6 79.6 79.0
10 74.8 74.8 74.2
11 67.1 67.1 66.6
12 56.7 56.8 56.4
13 43.9 44.0 43.6
14 28.9 28.9 28.7
15 11.9 11.9 11.8
16 -6.6 -6.6 -6.5
17 -26.2 -26.3 -26.0
18 -46.4 -46.6 -46.1
19 -66.6 -67.0 -66.3
20 -86.4 -87.0 -86.0
21 -104.9 -105.8 -104.5
22 -121.6 -122.9 -121.1
23 -135.5 -137.3 -135.1
24 -146.0 -148.3 -145.7
25 -152.0 -155.0 -151.9
표 4에 도시된 바와 같이, CASE 3, CASE 4, CASE 5에서 비슷한 방사왜곡량을 얻을 수 있었으며, 방사거리 15㎜까지는 양(+)의 방사왜곡량이 나타났고, 이후부터는 음(-)의 방사왜곡량이 나타났다. 최대 방사왜곡량은 방사거리 25㎜에서 151.9∼155.0㎛이었다.
한편, 지상기준점 개수의 영향을 파악하기 위해 지상기준점을 25 점(CASE 4)에서 30 %씩 감소시켜 18 점(CASE 6), 13 점(CASE 7), 9 점(CASE 8), 5 점(CASE 9), 4 점(CASE 10)에 대해 자체검정을 수행하였다. 자체검정에 필요한 최소 지상기준점 개수는 3 점이지만 일 실시 예에서는 블록의 형태와 지상기준점의 배치를 고려하여 최소 지상기준점 개수를 4 점으로 하였다.
자체검정 시 부가매개변수는 CASE 4와 동일하게 초점거리, 주점좌표, 방사왜곡을 사용하였다.
지상기준점 개수에 따른 자체검정 결과를 초점거리 c, 주점좌표(xo, yo), 영상좌표 평균제곱근오차(root mean square error) ?RI?, 지상기준점 평균제곱근오차(Rx, Ry, Rz), 지상기준점 최대 잔차(Mx, My, Mz), 검사점 평균제곱근오차(Rcx, Rcy, Rcz)로 정리하여 표 5에 나타내었다.
구분 CASE 4
(25점)		 CASE 6
(18점)		 CASE 7
(13점)		 CASE 8
(9점)		 CASE 9
(5점)		 CASE 10
(4점)
c(mm) 33.8591 33.8427 33.7969 33.6992 33.6331 33.8931
xo(mm) -0.0051 -0.0056 -0.0052 -0.0028 -0.0003 -0.0023
yo(mm) -0.0720 -0.0713 -0.0713 -0.0731 -0.0747 -0.0759
RI(㎛) 3.00 3.00 3.01 3.00 2.99 2.98
Rx(m) 0.084 0.080 0.089 0.098 0.085 0.051
Ry(m) 0.064 0.075 0.086 0.077 0.095 0.102
Rz(m) 0.064 0.061 0.066 0.061 0.016 0.016
Mx(m) 0.155 0.156 0.152 0.185 0.151 0.078
My(m) 0.168 0.162 0.168 0.141 0.138 0.132
Mz(m) 0.146 0.143 0.153 0.116 0.024 0.019
Rcx(m) 0.071 0.070 0.067 0.100 0.132 0.231
Rcy(m) 0.075 0.087 0.092 0.102 0.121 0.138
Rcz(m) 0.182 0.234 0.259 0.309 0.453 2.702
표 5에 나타난 바와 같이, 높이에 대한 검사점 평균제곱근오차가 작은 기선고도비의 영향으로 평면에 대한 검사점 평균제곱근오차보다 큰 값을 보였으며. 지상기준점 개수가 감소함에 따라 높이에 대한 검사점 평균제곱근오차가 점차 증가하였다. 또한, CASE 9 (5점)와 CASE 10 (4점)에서 높이에 대한 지상기준점 평균제곱근오차와 최대 잔차가 큰 차이를 보였으며 CASE 10 (4점)에서 높이에 대한 검사점 평균제곱근오차가 2.702m 로 매우 큰 값을 보였다. 이는 CASE 9 (5점)와 CASE 10 (4점)에서 지상기준점에 대한 잉여관측수(redundancy)가 부족하기 때문이다.
지상기준점 개수에 따른 자체검정 후 방사거리 r 에 대한 방사왜곡량 dr 은 표 6 과 같다. 표 6 을 보면 지상기준점 개수가 4 점(CASE 10)인 경우 최대 방사왜곡량이 118.9㎛ 로 다른 경우에 비해 약 35.9∼37.6㎛ 정도 작은 값을 보였는데, 이는 지상기준점에 대한 잉여관측수의 부족이 방사왜곡량 계산에 영향을 미쳤기 때문이다.
r(mm) dr(㎛)
CASE 4
(25점)		 CASE 6
(18점)		 CASE 7
(13점)		 CASE 8
(9점)		 CASE 9
(5점)		 CASE 10
(4점)
0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
1 17.7 17.8 17.8 17.8 17.7 16.8
2 33.9 34.0 33.9 34.0 33.9 32.1
3 48.2 48.2 48.2 48.2 48.1 45.4
4 60.2 60.2 60.2 60.2 60.1 56.6
5 69.7 69.8 69.7 69.7 69.6 65.4
6 76.5 76.6 76.5 76.6 76.5 71.6
7 80.4 80.5 80.5 80.6 80.4 75.1
8 81.5 81.6 81.5 81.6 81.5 75.9
9 79.6 79.7 79.6 79.7 79.6 73.9
10 74.8 74.9 74.8 74.9 74.8 69.2
11 67.1 67.2 67.2 67.3 67.2 61.9
12 56.8 56.9 56.8 56.9 56.8 52.2
13 44.0 44.0 44.0 44.1 44.0 40.2
14 28.9 29.0 28.9 29.0 28.9 26.3
15 11.9 12.0 11.9 1 2.0 12.0 10.8
16 -6.6 -6.6 -6.6 -6.6 -6.6 -5.9
17 -26.3 -26.3 -26.3 -26.4 -26.3 -23.4
18 -46.6 -46.7 -46.6 -46.8 -46.7 -41.2
19 -67.0 -67.2 -67.0 -67.3 -67.2 -58.6
20 -87.0 -87.2 -87.0 -87.4 -87.2 -75.2
21 -105.8 -106.1 -105.8 -106.4 -106.1 -90.2
22 -122.9 -123.1 -122.8 -123.6 -123.2 -102.8
23 -137.3 -137.6 -137.2 -138.3 -137.8 -112.4
24 -148.3 -148.6 -148.1 -149.5 -148.9 -118.1
25 -155.0 -155.4 -154.8 -156.5 -155.8 -118.9
1-5: 정확도 평가
CASE 1~10 에 대해 자체검정을 수행하였다. 정확도 평가는 항공삼각측량, 수치도화 및 정사사진에 대해 수행하였으며, 항공사진측량용 디지털 카메라인 DMC(Digital Mapping Camera)(Intergraph社)로 촬영한 GSD 12㎝ 영상의 항공삼각측량, 수치도화, 정사사진 결과와 비교하였다.
참고로 국내 항공삼각측량 정확도 기준은 표 7 과 같고, 수치도화 정확도 기준은 표 8 과 같다. 또한, 정사사진 정확도 기준은 평면위치오차 출력 시에 도상 1㎜ 이내 이어야 한다. 정확도 평가에 사용된 항공촬영 영상은 동서방향 3개 코스의 29 매이며, DMC는 동서방향 1개 코스의 4 매이다.
도화축척 지상표본거리 표준편차(m) 최대값(m)
1/500∼1/600 8cm 이내 0.14 0.28
1/1,000∼1/1,200 12cm 이내 0.20 0.40
1/2,500∼1/3,000 25cm 이내 0.36 0.72
1/5,000 42cm 이내 0.72 1.44
1/10,000 65cm 이내 0.90 1.80
1/25,000 80cm 이내 1.00 2.00
도화 표준편차 최대오차
축척 평면위치 등고선 표고점 평면위치 등고선 표고점
1/500 0.1m 0.2m 0.1m 0.2m 0.4m 0.2m
1/1,000 0.2m 0.3m 0.15m 0.4m 0.6m 0.3m
1/5,000 1.0m 1.0m 0.5m 2.0m 2.0m 1.0m
1/10,000 2.0m 2.0m 1.0m 4.0m 3.0m 1.5m
1/25,000 5.0m 3.0m 1.5m 10.0m 5.0m 2.5m
(1) 항공삼각측량
항공삼각측량 정확도 평가는 CASE 1 부터 CASE 10 까지 자체검정을 수행하여 취득한 내부표정요소와 지상기준점을 이용해 수행하였다. 내부표정요소 중 편심왜곡량은 적용이 불가능하여 제외하였다. DMC는 지상기준점 25 점 중 4 점은 관측이 불가능하여 21 점만을 이용해 항공삼각측량을 수행하였으며 검사점도 13 점 중 2 점은 관측이 불가능하여 11 점만을 사용하였다. 항공삼각측량 시 영상좌표와 지상기준점의 사전표준편차는 표 9 와 같다.
영상좌표(㎛) 지상기준점(m)
EOS-1Ds Mark III DMC X Y Z
3.2(0.5pixel) 6(0.5pixel) 0.1 0.1 0.1
DMC와 CASE 1~10 에 대해 항공삼각측량을 수행한 후 영상좌표 평균제곱근오차 RI, 지상기준점 평균제곱근오차(Rx, Ry, Rz), 지상기준점 최대 잔차(Mx, My, Mz), 검사점 평균제곱근오차(Rcx, Rcy, Rcz)를 정리하여 표 10 에 나타내었다.
구분 RI
(㎛)		 Rx
(m)		 Ry
(m)		 Rz
(m)		 Mx
(m)		 My
(m)		 Mz
(m)		 Rcx
(m)		 Rcy
(m)		 Rcz
(m)
DMC 3.34 0.046 0.044 0.022 0.086 0.072 0.046 0.046 0.071 0.182
CASE 1 24.54 0.625 0.598 1.574 1.469 2.388 3.413 0.646 0.737 2.812
CASE 2 23.70 0.705 0.655 2.668 1.463 1.667 6.227 0.647 0.746 3.824
CASE 3 2.95 0.080 0.068 0.073 0.131 0.197 0.211 0.073 0.066 0.248
CASE 4 2.82 0.071 0.063 0.053 0.126 0.194 0.118 0.074 0.057 0.226
CASE 5 2.86 0.073 0.069 0.056 0.139 0.205 0.133 0.079 0.057 0.234
CASE 6 2.82 0.071 0.062 0.053 0.124 0.193 0.116 0.073 0.057 0.226
CASE 7 2.82 0.071 0.063 0.054 0.126 0.193 0.120 0.074 0.056 0.227
CASE 8 2.82 0.071 0.063 0.057 0.127 0.195 0.122 0.074 0.057 0.230
CASE 9 2.83 0.071 0.064 0.059 0.130 0.198 0.128 0.075 0.057 0.231
CASE 10 3.53 0.091 0.097 0.141 0.199 0.347 0.248 0.102 0.063 0.309
표 10 으로부터 방사왜곡을 고려하지 않은 CASE 1 과 CASE 2 에서 결과가 큰 차이를 보였다. 이는 방사왜곡을 고려하지 않아 영상좌표 정확도가 낮기 때문이며 작은 기선고도비의 영향으로 평면보다 높이에 대해 더 큰 차이를 보였다. DMC의 화소크기는 12㎛ 이고 연구에 사용한 카메라의 화소크기는 6.4㎛ 이기 때문에 영상좌표 평균제곱근오차는 DMC 에서 가장 작았다.
높이에 대한 검사점 평균제곱근오차는 DMC를 포함한 모든 경우에서 기선 고도비의 영향으로 평면에 대한 검사점 평균제곱근오차보다 큰 값을 보였으며, DMC는 기선고도비(종중복도 60%)가 0.31 로 연구에 사용한 카메라의 기선고도비(종중복도 75%) 0.16 보다 2 배 크고 렌즈왜곡이 거의 없기 때문에 높이에 대한 검사점 평균제곱근오차는 DMC에서 가장 작았다.
(2) 수치도화
수치도화 정확도 평가는 자체검정 후 취득한 내부표정요소, 항공삼각측량 후 취득한 외부표정요소(x, y, z, ω, φ, κ), 검사점, 수치도화기(digital stereo plotter; Summit Evolution)를 이용해 수행하였다.
실시 예에서는 DMC와 CASE 1~10 에 대해 검사점을 수치도화기를 이용해 관측하였으며, DMC는 검사점 중 2 점의 관측이 불가능하여 11 점만을 관측하였다.
수치도화기로 관측을 수행한 후, 수치도화 정확도를 평가하기 위해 수치도화 평균제곱근오차(RDX, RDY, RDZ, RDL)와 수치도화 최대 잔차(MDX, MDY, MDZ, MDL)를 정리하여 표 11 에 나타내었다. ?DL은 관측점과 검사점의 거리이다.
구분 RDX
(m)		 RDY
(m)		 RDZ
(m)		 RDL
(m)		 MDX
(m)		 MDY
(m)		 MDZ
(m)		 MDL (m)
DMC 0.055 0.051 0.111 0.134 0.110 0.104 0.202 0.203
CASE 1 0.655 0.734 5.032 5.127 1.032 1.224 9.196 9.212
CASE 2 0.671 0.734 4.447 4.557 1.185 1.100 8.158 8.171
CASE 3 0.090 0.076 0.284 0.307 0.193 0.139 0.526 0.536
CASE 4 0.086 0.063 0.219 0.244 0.182 0.099 0.439 0.485
CASE 5 0.098 0.074 0.213 0.246 0.215 0.136 0.522 0.581
CASE 6 0.087 0.064 0.218 0.243 0.205 0.099 0.498 0.546
CASE 7 0.089 0.062 0.230 0.254 0.193 0.104 0.511 0.555
CASE 8 0.092 0.065 0.221 0.249 0.191 0.119 0.461 0.507
CASE 9 0.094 0.061 0.219 0.246 0.213 0.095 0.461 0.515
CASE 10 0.130 0.084 0.394 0.424 0.301 0.209 0.943 1.012
표 11 로부터, DMC의 수치도화 평균제곱근오차가 ???RDX=0.055m, ???RDY=0.051m, ???RDZ=0.111m, ???RDL=0.134m로 가장 좋은 성과를 보였다.
모든 경우에서 높이에 대한 수치도화 평균제곱근오차와 최대 잔차가 기선고도비의 영향으로 평면보다 큰 값을 보였다.
CASE 1 과 CASE 2 는 방사왜곡을 고려하지 않아 평면에 대한 수치도화 평균제곱근오차와 최대 잔차도 큰 값을 보였다. 지상기준점 4 점을 이용해 자체검정을 한 CASE 10 의 높이에 대한 수치도화 평균제곱근오차는 0.394m, 최대 잔차는 0.943m 로 DMC에 비해 3.5 배, 4.7 배 큰 값을 보였는데, 이는 자체검정 시 지상기준점에 대한 잉여 관측수의 부족으로 인해 정확한 방사왜곡량을 계산할 수 없었기 때문이다.
(3) 정사사진
정사사진 정확도 평가를 위해 DMC와 CASE 1~10 에 대해 정사사진을 GSD 10㎝ 로 제작하였다. 정사사진 제작에 사용한 수치표고모델(digital elevation model)은 1m 격자간격으로 항공레이저측량(LiDAR)을 이용해 취득하였으며 이를 도 8에 도시하였다.
다음으로 DMC와 CASE 1~10 에 대해 제작한 정사사진에서 검사점을 관측하였다. DMC는 검사점 중 2점은 관측이 불가능하여 11 점만을 관측하였다. 정사사진은 2 차원 자료이기 때문에 높이에 대한 관측과 정확도 평가는 불가능하며 평면위치에 대한 관측과 정확도 평가만 가능하다.
정사사진에서 관측을 수행한 후 평면위치에 대한 정확도 평가를 하기 위해 정사사진 평균제곱근오차(ROX, ROY, ROL)와 정사사진 최대 잔차(MOX, MOY, MOL)를 정리하여 표 12 에 나타내었다. ?OL은 관측점과 검사점의 거리이다.
구분 ROX
(m)		 ROY
(m)		 ROL
(m)		 MOX
(m)		 MOY
(m)		 MOL
(m)
DMC 0.046 0.115 0.124 0.112 0.200 0.204
CASE 1 0.624 0.834 1.041 1.188 1.285 1.397
CASE 2 1.015 1.310 1.658 2.831 2.997 2.998
CASE 3 0.092 0.093 0.131 0.169 0.182 0.182
CASE 4 0.093 0.100 0.137 0.181 0.216 0.218
CASE 5 0.098 0.093 0.135 0.153 0.193 0.210
CASE 6 0.085 0.092 0.125 0.143 0.211 0.211
CASE 7 0.090 0.102 0.136 0.137 0.211 0.219
CASE 8 0.091 0.097 0.133 0.142 0.205 0.205
CASE 9 0.096 0.087 0.130 0.179 0.168 0.191
CASE 10 0.110 0.080 0.136 0.190 0.184 0.254
표 12 로부터 부가매개변수를 전혀 고려한지 않은 CASE 1 과 초점거리와 주점좌표만을 고려한 CASE 2 에서 정사사진 평균제곱근오차와 최대 잔차가 큰 차이를 보였다. 이는 렌즈왜곡을 고려하지 않아 미분편위수정(differential rectification) 시 기복변위(relief displacement)를 완전히 제거하지 못하기 때문이다. CASE 1 과 CASE 2 를 제외한 나머지 경우의 정사사진 평균 제곱근오차와 최대 잔차는 DMC와 큰 차이를 보이지 않았다.
본 발명에 따른 비측량용 디지털 카메라의 자체검정 방법을 이용할 경우, 국내 수치도화 정확도 기준으로 비측량용 디지털 카메라를 이용하여도 평면 정확도는 축척 1:1,000 수치지형도의 정확도를 만족하고, 높이 정확도는 축척 1:2,500 수치지형도 정확도를 만족하기 때문에 축척 1:2,500 수치지형도 제작에 활용이 가능하다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. 또한, 구체적으로 상세하게 설명되지 않은 경우는 일반적으로 용이하게 알 수 있는 내용이다.
100 : 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템
1000 : 비측량용 디지털 카메라 2000 : 카메라 제어부
3000 : 노트북 4000 : 유선 리모콘부

Claims (1)

  1. 비측량용 디지털 카메라, 카메라 제어부, 노트북, 유선리모콘으로 이루어지고 항공기에 설치되며 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법에 있어서,
    (a) 상기 항공기에 장착된 상기 비측량용 디지털 카메라가 상기 카메라 제어부의 제어에 의하여 상기 항공기가 항공촬영 대상지의 상공을 운항하는 상태로부터 상기 항공촬영 대상지를 항공촬영하여 영상을 취득하는 단계;
    (b) 상기 카메라 제어부에 의하여 상기 비측량용 디지털 카메라가 상기 촬영 대상지를 항공촬영하는 경우 항공촬영된 영상을 분석하여 주변과 구분되고 식별되는 지점을 선정하며 선정된 지점에 대한 신속정지측량을 진행하여 GPS 측량을 수행하므로 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계;
    (c) 상기 카메라 제어부에 의하여 상기 항공촬영된 영상과 상기 항공기의 운항정보와 상기 비측량용 디지털 카메라의 특성을 분석하여 부가매개변수와 지상기준점에 대한 자체검정의 정보를 연산하는 단계; 및
    (d) 상기 자체검정의 연산 결과로부터 내부표정요소와 외부표정요소를 연산하여 결정하는 단계; 를 포함하되,
    상기 항공촬영된 영상은 종중복도 70~80%, 횡중복도 40~50%, GSD(Ground Sample Distance) 10㎝ 영상이고,
    상기 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계는
    (ⅰ) 상기 항공촬영된 영상으로부터 주변과 명확하게 구분 식별되는 지점을 선정하고 신속정지측량(fast-static survey)을 수행하는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 GPS 측량의 성과에 대하여 기선해석과 망 조정을 수행하여 지상기준점과 검사점을 취득하는 단계; 를 포함하고,
    상기 부가매개변수는 방사왜곡 계수, 초점거리(c), 주점좌표(xo,yo), 편심왜곡 계수를 포함하고,
    상기 지상기준점은 5 내지 25 개의 범위 중에서 선택된 어느 하나에 의한 값의 개수이고,
    상기 자체검정은 상기 부가매개변수가 포함된 비선형 방정식을 선형화하고 최소제곱법을 반복적으로 수행하는 광속조정법으로 수행되고,
    상기 비측량용 디지털 카메라의 자체검정 방법으로 내부표정요소와 외부표정요소를 확인하는 것을 특징으로 하는 지상기준점과 부가매개변수를 이용한 비측량용 디지털 카메라 촬영 시스템의 자체검정 방법.

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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104713576A (zh) * 2015-03-25 2015-06-17 中测高科（北京）测绘工程技术有限责任公司 基于多张相片的相机自标定方法及其装置
CN108088467A (zh) * 2016-07-21 2018-05-29 河南省科学院地理研究所 一种基于pos设备与数字航测相机的校验方法及装置
KR101863188B1 (ko) * 2017-10-26 2018-06-01 (주)아세아항측 3차원 문화재 모델 구축 방법
CN109696182A (zh) * 2019-01-23 2019-04-30 张过 一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法
JP2019078589A (ja) * 2017-10-23 2019-05-23 東京電力ホールディングス株式会社 電柱健全性判定装置、電柱健全性判定方法およびプログラム
CN110108257A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 苏州中飞遥感技术服务有限公司 一种基于无人机航拍影像和静态规划图相匹配的展示方法
CN110715646A (zh) * 2018-07-11 2020-01-21 刘松林 一种地图修测测量方法及装置
KR102057170B1 (ko) * 2019-09-04 2020-01-22 이완복 정밀도를 향상시킨 측지측량 시스템
CN111536948A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 河海大学 一种直接传感器定向的摄影测量相机
KR102216887B1 (ko) * 2020-12-08 2021-02-18 주식회사 범아엔지니어링 영상 기준점 이미지 칩을 이용한 시계열 정사영상 제작방법
WO2022016356A1 (zh) * 2020-07-21 2022-01-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种测绘相机高精度内、外方位元素的标定方法
US11699246B2 (en) 2020-05-22 2023-07-11 Here Global B.V. Systems and methods for validating drive pose refinement
KR102578056B1 (ko) * 2023-05-25 2023-09-14 드론공간정보기술 주식회사 비행체를 이용한 항공 사진 측량용 촬영 장치 및 방법
CN117606447A (zh) * 2023-09-25 2024-02-27 中国人民解放军61540部队 视场分割型航空面阵相机的试验场检校方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040035892A (ko) * 2002-10-12 2004-04-30 한국전자통신연구원 레이저 스캐너를 갖는 이동 차량의 공간 모델링 장치 및이동 차량의 레이저 스캐너 제어 방법
KR100445428B1 (ko) 2002-12-20 2004-08-25 한국전자통신연구원 시시디 라인카메라를 이용한 3차원 지형,지물 모델의텍스쳐 매핑 방법
KR100800554B1 (ko) 2007-07-03 2008-02-04 (주)지에스엠솔루션 이동형 사진측량 시스템에서의 레이저 스캐너와 카메라영상정보를 이용한 3차원 모델링 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040035892A (ko) * 2002-10-12 2004-04-30 한국전자통신연구원 레이저 스캐너를 갖는 이동 차량의 공간 모델링 장치 및이동 차량의 레이저 스캐너 제어 방법
KR100445428B1 (ko) 2002-12-20 2004-08-25 한국전자통신연구원 시시디 라인카메라를 이용한 3차원 지형,지물 모델의텍스쳐 매핑 방법
KR100800554B1 (ko) 2007-07-03 2008-02-04 (주)지에스엠솔루션 이동형 사진측량 시스템에서의 레이저 스캐너와 카메라영상정보를 이용한 3차원 모델링 방법

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104713576B (zh) * 2015-03-25 2017-11-07 中测高科（北京）测绘工程技术有限责任公司 基于多张相片的相机自标定方法及其装置
CN104713576A (zh) * 2015-03-25 2015-06-17 中测高科（北京）测绘工程技术有限责任公司 基于多张相片的相机自标定方法及其装置
CN108088467B (zh) * 2016-07-21 2020-07-31 河南省科学院地理研究所 一种基于pos设备与数字航测相机的校验方法及装置
CN108088467A (zh) * 2016-07-21 2018-05-29 河南省科学院地理研究所 一种基于pos设备与数字航测相机的校验方法及装置
JP2019078589A (ja) * 2017-10-23 2019-05-23 東京電力ホールディングス株式会社 電柱健全性判定装置、電柱健全性判定方法およびプログラム
KR101863188B1 (ko) * 2017-10-26 2018-06-01 (주)아세아항측 3차원 문화재 모델 구축 방법
CN110715646B (zh) * 2018-07-11 2022-05-24 刘松林 一种地图修测测量方法及装置
CN110715646A (zh) * 2018-07-11 2020-01-21 刘松林 一种地图修测测量方法及装置
CN109696182A (zh) * 2019-01-23 2019-04-30 张过 一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法
CN110108257B (zh) * 2019-05-20 2021-05-14 苏州中飞遥感技术服务有限公司 一种基于无人机航拍影像和静态规划图相匹配的展示方法
CN110108257A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 苏州中飞遥感技术服务有限公司 一种基于无人机航拍影像和静态规划图相匹配的展示方法
KR102057170B1 (ko) * 2019-09-04 2020-01-22 이완복 정밀도를 향상시킨 측지측량 시스템
CN111536948A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 河海大学 一种直接传感器定向的摄影测量相机
US11699246B2 (en) 2020-05-22 2023-07-11 Here Global B.V. Systems and methods for validating drive pose refinement
WO2022016356A1 (zh) * 2020-07-21 2022-01-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种测绘相机高精度内、外方位元素的标定方法
KR102216887B1 (ko) * 2020-12-08 2021-02-18 주식회사 범아엔지니어링 영상 기준점 이미지 칩을 이용한 시계열 정사영상 제작방법
KR102578056B1 (ko) * 2023-05-25 2023-09-14 드론공간정보기술 주식회사 비행체를 이용한 항공 사진 측량용 촬영 장치 및 방법
CN117606447A (zh) * 2023-09-25 2024-02-27 中国人民解放军61540部队 视场分割型航空面阵相机的试验场检校方法和装置

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