무인항공기를 이용한 데이터 취득이 널리 활용되면서 무인항공기를 이용한 사진측량의 정확도를 높일 수 있는 방안의 하나로 항공삼각측량의 번들 조정에 연직사진과 경사사진을 같이 사용하는 방법이 제시되고 있다. 본 연구에서는 사진측량의 정확도를 높이는 데 적합한 방법을 찾기 위해 촬영 각도를 달리하여 촬영한 경사사진을 조정하는 경우와 촬영 각도가 다른 경사사진을 연직사진과 동시에 조정하는 경우의 정확도를 비교하였다. 연구결과 입력되는 경사사진의 경사가 커질수록 검사점의 오차가 줄어드는 것으로 나타났으며, 특히 연직사진과 경사사진을 같이 사용할 때, 경사사진의 경사가 클수록 높이 오차가 크게 줄어드는 것으로 나타났다. 현행 『항공사진측량 작업규정』에서는 연직사진의 GSD (Ground Spatial Distance)와 동일한 RMSE (Root Mean Square Error)를 요구하고 있다. 촬영각도 50°의 경사사진을 이용할 때 이 기준에 거의 근접한 결과를 얻을 수 있었고, 연직사진과 50°의 경사사진을 동시에 조정한 경우 작업규정을 만족시킬 수 있었다. 본 연구 결과를 활용하면 무인항공기에 탑재된 저가의 사진기를 이용하는 사진측량이 더욱 활발해 질 수 있을 것으로 기대된다.
최근 국내에는 다차원 공간정보 구축을 위하여 디지털 항공사진 및 항공라이다 장비를 이용하고 있으나, 위 데이터만을 이용하여 세밀하고 사실감 있는 3차원 공간데이터를 구축하는데 제한적이며, 고품질의 Texture Mapping을 위해 지상사진을 이용하지만 인력 및 작업 시간이 많이 소요된다. 이에 해외에서는 사실감 있는 3차원 공간정보 구축을 위하여 연직과 경사사진을 동시에 촬영하는 다각사진촬영시스템을 이용하고 있으며, 본 연구에서는 다각사진촬영시스템 개발시 고려해야할 경사사진 촬영 설계요소에 대하여 분석하였다. 연구결과 촬영고도, 카메라각도에 의하여 경사사진 주점의 거리, 지상해상도, 카메라 화각(FOV), 촬영영역에 대하여 분석할 수 있었다.
다각사진은 3차원 공간정보의 시각화 뿐 아니라 측정 목적으로도 사용되므로 카메라 시스템에 대한 캘리브레이션이 요구된다. 다각사진 카메라 시스템을 구성하는 각 카메라는 홀더에 장착되어 상대적인 자세 및 위치가 고정된다. 따라서 투영중심점 위치와 자세각은 중앙에 장착된 연직사진에 대해서 적용하고 나머지 4 대의 경사사진용 카메라에 대한 투영중심점 위치 및 자세각은 연직사진에 대한 상대적인 값으로부터 계산될 수 있다. 이에 본 연구에서는 다각사진 카메라 시스템에 의해 실제 촬영된 다각사진을 이용하여 항공삼각측량을 실시 한 후 얻어진 다각사진의 외부표정요소로부터 연직사진을 기준으로 경사사진의 상대적 자세각과 투영중심점의 상대적 위치에 대해 조사 분석하였다. 연구결과 연직사진에 대한 경사사진의 투영중심점 위치는 표준편차가 크게 나타났으며 자세각에 대해서는 경사방향에 관계없이 연직사진을 고정하고 경사사진만 조정할 때 그 표준편차가 더 작게 나타났다. 또한 전체 외부표정요소를 구할 경우보다 자세각만 구할 경우 전반적으로 표준편차가 작으며 안정적인 것을 알 수 있었다.
본(本) 논문(論文)은 경사사진(傾斜寫眞)의 해석적(解析的) 위치결정(位置決定)에 있어서 경중율(輕重率) 적용에 관한 연구(硏究)로서 경사사진(傾斜寫眞)의 정도(精度)를 향상시키고 그 효용성(効用性)을 높이는 데 그 목적(目的)이 있다. 경사사진(傾斜寫眞)은 수직사진(垂直寫眞)에 비(比)하여 피복면적이 넓어 경제적이며 접근하기 어려운 대상물의 좌표해석과 정보(情報)획득에 용이하므로 많은 분야에서 그의 이용을 시도하고 있으나 수직사진에 비하여 해석방법이 복잡하다. 이에 본 연구에서는 경사사진을 수직화(垂直化)하는 데 있어서 해석적(解析的) 편위수정(偏位修正) 이론을 도입하여 고찰하였다. 관측값 해석단계에서는 $30^{\circ}$ 경사사진의 수직화 과정에 본 연구에서 유도한 등각점(等角點)으로부터 상점까지의 y축방향의 거리 ${\gamma}_y=f{\cdot}tan{\frac{\theta}{2}}+y_a$의 역수로 경중율(輕重率)을 적용한 결과 경중율을 고려하지 않은 경사사진에 비하여 53.2%까지 수직사진에 접근시킬 수 있었다.
경사사진(傾斜寫眞)은 수직사진(垂直寫眞)에 비해 촬영면적(撮影面積)이 넓고 접근하기 어려운 대상물(對象物)의 측정(測定)이 가능한 장점이 있는 반면, 판독을 위한 수직화(垂直化)과정이 복잡하다. 광학적(光學的)으로는 편위수정기(偏位修正機)를 사용해서 경사사진(傾斜寫眞)을 수직사진화상(垂直寫眞畵像)으로 얻을 수 있지만 경사각(傾斜角)이 큰 경우에는 광학적(光學的)인 처리(處理)가 불가능하다. 이에 본(本) 연구(硏究)는 광학적(光學的)으로 처리(處理)가 어렵고 정도(精度)가 낮은 편위수정(偏位修正)을 해석적(解釋的) 방법(方法)으로 해석(解析)함으로써 경사사진(傾斜寫眞)에 의한 시설물의 좌표해석(座標解析)의 한 기법(技法)을 제시하였다.
항공용 Multi-looking 카메라는 1대의 사진기 몸체에 5대의 카메라를 설치하여 동시에 1장의 연직사진과 4개의 경사사진을 획득하므로, 연직방향으로 촬영된 일반 항공사진에 비해 현장에 대한 다양한 정보를 제공한다. 연직사진용 카메라에 대한 경사사진용 카메라의 기하학적 관계는6개의 외부표정요소에 의해 모델링 될 수 있으며, 그 기하학적 관계가 결정되면 경사사진에 대한 외부표정요소는 연직사진의 외부표정요소로부터 계산될 수 있다. Multi-looking 카메라에서의 연직카메라와 경사카메라의 상대적 외부표정요소를 검사하기 위하여, 실내 캘리브레이션 타깃을 설치한 후 하나의 비측정용 디지털카메라를 사용하여 세 지점에서 촬영방향 바꿔가며 14장의 사진을 취득하였다. 카메라 자체검정에 의해 카메라의 내부표정요소와 각 사진에 대한 외부표정요소가 추정되었고, 연직사진에 대한 경사사진의 상대적 외부표정요소가 각 사진에 대한 외부표정요소로부터 계산되었다. 상대적 외부표정요소 중 회전각과 투영중심점 위치에 대한 오차가 지상좌표 추정에 미치는 영향이 각각 분석되었다.
파노라마 방사선 사진은 치아 및 주위 조직에 대한 많은 정보를 제공해 주며 교정치료 동안에도 치근의 근원심 경사도나 길이 평가를 위해 흔히 이용되고 있지만 파노라마 방사선 사진에서 보이는 치아의 근원심 각도와 길이는 순(협)설 경사도에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 치아의 근원심 경사도를 정상교합자의 평균 근원심 각도로 유지하면서 순(협)설 경사도만 변화시킬 때 파노라마 방사선 사진에서 각 치아의 근원심 경사도와 길이가 어떻게 변화되는지 알아보고자 하였다. 성인 정상 교합자 30명의 평균 악궁을 기초로 하여 아크릴 모델을 제작한 후 치아를 대신하는. 와이어를 정상 근원심 및 순(협)설 경사도$(I^{\circ})$로 식립하고 여기에 순(협)설 경사도 만 $I-15^P{\circ}$에서 $I+15^{\circ}$까지 $5^{\circ}$씩 변화시켜 파노라마 방사선 사진을 촬영한 후 방사선 사진에 나타난 와이어의 길이와 각도를 각각 계측하였다. 와이어를 정상 근원심 및 순(협)설 각도로 식립했을 때 방사선 사진에서 계측된 길이는 중절치, 측절치, 견치의 경우 실제 길이의 $111%{\sim}117%$의 확대율을 보였고, 소구치와 대구치에서는 $121%{\sim}125%$의 확대율을 보였다. 이 때 근원심 경사도는 그대로 유지하면서 순(협)설 경사도만 $I-15^{\circ}$(순측경사)에서 $I+15^{\circ}$ (설측경사)로 변화시킨 경우 중절치 (p<0.01)와 측절치 (p<0.05)에서만 유의한 확대율 증가를 보였다. 파노라마 방사선 사진에서 치아의 경사도는 대부분 실제 근원심 경사도보다 더 크게 즉 원심경사된 것으로 계측되었고, 이러한 원심경사 경향은 측절치와 견치에서 가장 크게 나타났으며, 제1, 2소구치의 $I+10^{\circ},\;I+15^{\circ}$ 그룹과 제1, 2대구치의 $I+15^{\circ}$ 그룹에서만 실제 근원심 각도보다 더 작게, 즉 근심 경사된 것으로 계측되었다. 또한 순(협)설 경사도의 변화에 따라 파노라마 방사선 사진에서 모든 치아의 근원심 각도가 유의한 변화를 보였는데, 순(협)설 경사도가 작아질수록, 즉 순(협)측 경사될수록 파노라마 방사선 사진에서 더 원심경사되어 나타났다. 따라서 파노라마 방사선 사진에서 중절치와 측절치의 치아 길이와 모든 치아의 근원심 경사도를 평가할 때 치아의 순(협)설 경사도에 따라 영향을 받기 때문에 이를 고려해야 할 것이다.
최근 도시의 3차원 공간정보에 대한 필요성이 증가함에 따라 연직사진과 경사사진을 동시에 촬영하는 항공용 다각카메라에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존의 지형공간정보는 주로 연직사진에 의존하지만 다각 카메라는 연직사진 뿐 아니라 사방에서 촬영된 경사사진도 함께 이용하므로 사용자가 대상물을 쉽게 판독할 수 있게 한다. 본 연구에서는 카메라시스템, GPS/INS, 촬영안내시스템, 제어시스템으로 구성된 다각사진촬영시스템 프로토타입을 개발하고, 실제 항공촬영에 통해 장비개발 시 고려해야 할 카메라 설치 각도, 동시촬영, 촬영시간지연, 저장 등에 대해 실험하였다.
토목설계(土木設計), 토지이용조사(土地利用調査) 및 지질조사(地質調査)에 있어서, 사진측량(寫眞測量)과 사진판독(寫眞判讀)에 의한 지형정보(地形情報)는 계획수립(計劃樹立)에 중요(重要)한 역할(役割)을 한다. 종래(從來)에 발표(發表)된 경사(傾斜)와 주향결정방법(走向決定方法)들에서는 사진(寫眞)의 기하학적(幾何學的)인 조건(條件)에 대한 특성(特性)을 정확하게 고려(考慮)하지 못하였기 때문에, 이를 보완(補完)하는 올바른 공식유도(公式誘導)가 필요(必要)하게 되었다. 이에 본(本) 논문(論文)에서는 삼각법(三角法)에 의한 기하학적(幾何學的)인 모델과 평면방정식(平面方程式)에 의해 유도(誘導)되는 수학적(數學的) 모델의 두가지 측면(側面)에서 이론적(理論的)으로 고찰(考察)하므로서, 경사(傾斜)진 면(面)의 경사(傾斜)와 주향결정(走向決定)에 사진측정방법(寫眞測定方法)을 이용(利用)하는 하나의 기법(技法)을 제시(提示)하고자 한다.
현재 우리나라의 도로망은 매우 복잡하고 방대하여 도로에 대한 유지보수가 지속적으로 요청된다. 하지만 도로노면의 파손정보 수집에 한계가 있으며 파손된 도로의 복구시점이 지연됨에 따른 문제가 제기되고 있다. 최근에는 도로를 중심으로 노면 및 주변시설물의 정보를 취득하기 위해 도로조사용 차량기반 멀티센서시스템을 사용하고 있지만 고가의 MMS(Mobile Mapping System) 장비를 운영할 경우 도입부터 유지관리까지 많은 비용이 소요되고 데이터 처리에도 많은 시간이 걸리는 단점이 있다. 이에 저가의 차량기반 카메라시스템을 이용하여 도로의 파손정보를 수집하고, 파손된 정보를 지도위에 표시하여 지속적인 유지관리가 가능하도록 여러 장의 영상을 집성하여 더 많은 정보를 얻을 수 있는 연구가 필요하며 차량기반 경사카메라에서 취득된 연속된 영상의 집성을 통해 일정한 지상해상도의 집성사진을 생성함으로 도로 노면 정보를 수집할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 고해상도 경사사진에서 호모그래피(Homography)를 정확하게 추정함으로 집성사진을 제작하고, 집성된 영상의 촬영간격에 따른 지상 해상도 및 적정 데이터 취득간격을 분석하기 위해 공간해상도 분석용 타깃이 촬영된 고해상도 항공 경사사진의 촬영간격을 구분하여 집성영상을 분석하였고, 저가의 차량기반 도로조사시스템에 적용하는 방안을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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