정밀한 카메라 내부표정에 의한 UAV 사진측량의 정확도 평가

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Accuracy Assessment of UAV Photogrammetry
by Strict Camera Interior Orientation

한수희1・한수희2

Soohee Han1・Soohee Han2

1경일대학교 공간정보공학과 조교수(scivile@kiu.ac.kr)

2경일대학교 공간정보공학과 조교수 교신저자(scivile@kiu.ac.kr)

요 약

본 연구에서는 Agisoft 사의 Photoscan 소프트웨어를 기반으로 지상기준점을 이용하여 자체 내부표정을 통해 항공삼각측량을 수행한 경우와, Agisoft 사의 Lens 소프트웨어를 이용하여 별도의 내부표정을 수행한 후 항공삼각측량을 수행한 경우에 대하여 정확도 평가를 수행하였다. 결과적으로 수평정확도는 별도의 내부표정을 수행한 경우가 높게 평가되었으며 수직정확도는 Photoscan 자체 내부표정을 통해 수행한 경우가 높게 평가되었다. 수평 및 수직 정확도를 함께 향상시킬 수 있는 엄밀한 내부표정요소 산출 방식의 개발이 필요한 것으로 판단된다.

1. 서론

최근 UAV 기반의 항공사진촬영 장치가 급속도로 확산되고 있는 가운데 전통적인 항공사진 처리 기법을 개선하여 보다 간편하게 사진측량을 수행할 수 있는 범용 사진측량 소프트웨어들이 보급되고 있다. 그 가운데 대표적인 소프트웨어로 Agisoft 사의 Photoscan(Agisoft, 2016)을 들 수 있는데, Photoscan은 지상기준점의 입력을 제외한 대부분의 항공사진측량 과정을 자동으로 수행할 수 있다. 특히 카메라 내부표정과 사진들의 상호표정을 자동으로 일괄 수행할 수 있으며, 자동매칭을 통한 고밀도 포인트 클라우드 생성과 정사영사어 생성에도 우수한 성능을 나타내는 것으로 판단된다.

한편 Agisoft 사는 Photoscan과 함께 카메라 내부표정 전용 소프트웨어인 Lens를 함께 공급하고 있다. Lens는 체스보드(chessboard)를 모니터 화면에 출력하고 이를 촬영한 사진들로부터 카메라 내부표정요소를 산출해주는 소프트웨어이다. 본 연구에서는 Photoscan을 이용하여 자체 내부표정을 통해 항공삼각측량을 수행한 경우와 Lens를 이용하여 내부표정을 수행한 후 Photoscan에 입력하여 항공삼각측량을 수행한 경우의 정확도를 비교하고자 한다.

2. 본론

출발점을 기준으로 약 60m의 고도를 유지하면서 UAV에서 영상을 취득하였으며, 영상에서 인식 가능한 측점들에 대해 GNSS 측위를 실시하였다. 첫 번째 실험에서는 UAV에서 취득한 사진와 함께 측점 정보를 Photoscan에 입력하여 항공삼각측량을 수행하였으며 내부표정은 상호표정 수행 시 자체적으로 수행되었다. 자동매칭을 통해 고밀도 포인트 클라우드를 생성하고 DEM으로 변환하였으며 최종적으로 정사영상을 제작하였다. 두 번째 실험에서는 27인치 LCD 모니터에 체스보드를 출력하여 다양한 각도에서 9장의 영상을 취득한 후 Lens에 입력하여 별도의 내부표정을 수행하였다(그림 1). 산출된 내부표정요소를 Photoscan에 입력하였으며 나머지 과정은 첫 번째 실험과 동일하게 진행하였다.

그림  체스보드 사진

항공삼각측량 시 측점 중 1/3은 지상기준점으로, 2/3은 평가점으로 사용하여 정확도 평가를 수행하였다. 실험 1과 2에서 취득된 주요 내부표정요소와 정확도 평가 결과는 표 1과 같다. 두 실험에서 산출된 주점거리(f)는 약 15pixel의 차이가 발생했으며 주점의 위치도 수 pixel의 차이가 발생하였다. 해상도(GSD)의 차이도 주점거리의 차이에 의해 발생한 것으로 판단된다. 수평 정확도는 실험 2가 높게 평가되었으며 수직 정확도는 실험 1이 높게 평가되었다. 수평정확도가 실험 2에서 높게 나온 이유는 근거리 촬영에 의해 보다 정확한 주점 위치 및 렌즈왜곡 요소가 도출되었기 때문인 것으로 판단된다. 반편 원거리에서 촬영된 지상기준점을 이용하여 주점거리를 산출한 실험 1이 수직정확도 면에서는 유리한 것으로 판단된다.

표  실험 결과

	실험 1	실험 2
f	2263.39pix	2349.93pix
cx	1961.20pix	1965.67
cy	1518.44pix	1520.89pix
GSD	3.44㎝/pix	3.98㎝/pix
xy error	8.92㎝	7.76㎝
z error	13.10㎝	55.46㎝

3. 결론

본 연구에서는 Agisoft 사의 Photoscan을 이용하여 자체 내부표정을 통해 항공삼각측량을 수행한 경우(실험 1)와 Agisoft 사의 Lens를 이용하여 별도의 내부표정을 수행한 후 항공삼각측량을 수행한 경우(실험 2)에 대하여 정확도 평가를 수행하였다. 결과적으로 수평정확도는 실험 2가, 수직정확도는 실험 1이 높게 평가되었다. 향후 고해상도 대형 LCD 패널을 이용하여 보다 원거리에 촬영한 사진을 이용하여 실내 내부표정을 수행하여 수직정확도를 향상시키고자 한다.

참고문헌

1. Agisoft, 2016, Agisoft PhotoScan, http://www.agisoft.com/