이미지 획득 및 사진측량을 위한 모범 사례 

사진측량

사진측량은 사진에서 물리적 물체의 정확한 측정값을 얻어 3차원 공간에서 물체의 모양, 크기 및 위치를 정밀하게 정의하는 과학입니다. 사진측량 작업을 위해서는 다음과 같은 것들이 필요합니다 

이미지: 사진측량은 인간의 시각과 유사한 입체시 원리에 기반합니다. 인간의 시각에서는 각 눈이 서로 다른 두 지점에서 동일한 물체의 이미지를 포착합니다. 사진측량에서는 이러한 원리에 따라 서로 다른 위치에서 정면(연속적인 이미지 사이) 및 측면(인접한 이미지 또는 비행선 사이)으로 이미지가 겹치도록 촬영됩니다. 주요 입력 데이터는 겹치는 이미지이지만, 촬영된 데이터를 효과적으로 처리하기 위해서는 카메라의 내부 및 외부 매개변수를 파악하는 것이 중요합니다.

• 내부: 내부 매개변수는 초점 거리, 주점 X 및 Y, 왜곡 매개변수(R1, R2, R3, T1, T2)를 포함하여 카메라의 기하학적 구조를 정의합니다. 
• 외부: 외부 매개변수는 촬영된 각 이미지에 대한 카메라의 위치 및 방향을 나타냅니다.

각 이미지는 픽셀로 구성됩니다. 지상 샘플링 거리(GSD) 는 지면에서 측정한 인접한 두 픽셀 중심 사이의 거리(중심 간 거리) 입니다 . GSD는 각 이미지의 세부 묘사 정도를 결정하며, 카메라의 메가픽셀 수와 카메라와 피사체 사이의 거리에 따라 달라집니다.

사진측량 복원의 정확도를 향상시키기 위해서는 지상기준점 (GCP)을 사용하는 것이 강력히 권장됩니다 . GCP는 관심 영역 내에서 좌표가 알려진 점으로, 토탈 스테이션이나 GNSS 수신기와 같은 전통적인 측량 방법을 사용하여 측정할 수 있습니다. GCP는 프로젝트 진행에 필수적인 것은 아니지만, 결과의 절대적인 정확도를 크게 향상시킵니다. 또한, GCP는 결과의 정확도를 검증하는 체크포인트로 활용될 수 있습니다. 체크포인트는 복원 결과의 정확도를 확인하는 가장 정밀한 방법입니다.

인수 계획

사진측량 프로젝트의 첫 번째 단계는 데이터 수집 계획입니다. 고품질의 정확한 결과를 얻으려면 좋은 데이터 세트가 필수적입니다. 좋은 데이터 세트를 얻으려면 다음 단계를 따르십시오

1. 다음 사항을 고려하여 영상 획득 계획을.

2. 카메라 설정 구성

가능하면 카메라 설정은 자동으로 설정하고 이미지 촬영 내내 동일하게 유지하는 것이 좋습니다. 하지만 경우에 따라 이미지를 촬영하기 위한 카메라 설정을 조정해야 할 수도 있습니다. 설정을 잘못하면 이미지가 흐릿하거나 노이즈가 발생하거나 왜곡될 수 있습니다.

• 카메라 본체와 렌즈
  • 원근 렌즈와 어안 렌즈를 지원합니다.
  • 확대/축소 배율은 변경할 수 없습니다.
  • 일정한 고정 초점 거리를 권장합니다.
• 카메라 설정
  • 내부 안정화 설정은 꺼져 있어야 합니다
  • 셔터 속도/조리개/ISO는 자동으로 설정해야 합니다
  • 사진이 흐릿하거나 노이즈가 심한 경우 셔터 속도/조리개/ISO를 수동으로 설정하세요
  • 수동 초점을 무한대로 설정하세요

3. 이미지의 지리적 참조

이미지의 지리적 위치는 내장 GPS가 있는 카메라 또는 RTK/PPK 워크플로를 사용하여 지정할 수 있습니다.

4. GCP )(선택사항이지만 권장됨)

GCP를 사용하려면 필요한 GCP의 개수뿐만 아니라 측정 위치와 방법까지 계획해야 합니다.

GCP는 어디에 설치해야 할까요? 

• 일관된 정확도를 확보하기 위해 GCP(지상 기준점)는 관심 영역 전체에 균일하게 분포되어야 합니다. 또한, GCP는 관심 대상에 최대한 가깝게 위치해야 하며, 프로젝트 영역 가장자리에서 최소 비행선 한 개 길이만큼 떨어져 있어야 합니다.

GCP는 어느 정도 정확해야 하며, 어떻게 측정해야 할까요? 

• GCP(지상 기준점)의 정확도는 최종 결과에 필요한 정확도에 따라 달라집니다. 이는 프로젝트에 필요한 최종 절대 정확도와 일치해야 합니다. GCP는 다양한 지형 측량 장비를 사용하여 측정할 수 있습니다
  • 토탈 스테이션은 밀리미터 수준의 정확도를 달성할 수 있습니다.
  • GNSS 수신기는 센티미터 수준의 정확도를 달성할 수 있습니다(장비, 프로젝트 위치 및 국가에 따라 다름).

항공편에서 GCP(지상통점)를 어떻게 식별할 수 있습니까?

• GCP 타겟은 이미지에서 명확하게 보여야 합니다. 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 GCP 타겟은 GSD 크기의 5~10배 정도여야 합니다. 예를 들어, 2cm의 GSD를 사용하는 경우, 이미지에서 명확하게 식별되려면 타겟의 크기가 최소 10~20cm는 되어야 하지만, 경우에 따라 약간 더 큰 타겟을 사용하는 것이 유리할 수 있습니다. 

5. 기상 조건

기상 조건, 특히 빛, 강수량 및 대기 투명도는 사진측량 결과의 품질을 향상시키거나 저하시킬 수 있습니다. 기상 관련 문제를 최소화하기 위해, 사진측량 조사는 양호한 날씨와 조명 조건에서 계획하는 것이 좋습니다.

• 빛. 사진측량에 가장 적합한 조명은 부드럽고 균일한 조명이며, 인공 조명이나 흐린 하늘을 이용하면 이를 얻을 수 있습니다. 이렇게 하면 그림자가 줄어들고 선명하고 고른 조명이 확보되어 세부 사항을 더 쉽게 포착할 수 있습니다. 직사광선은 피해야 합니다. 직사광선은 강한 그림자와 과다 노출을 유발하여 세부 사항을 가리고 반사를 일으킬 수 있습니다.
• 바람. 강풍은 피하십시오. 바람은 안전상의 문제일 뿐만 아니라 영상의 선명도에도 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 드론 촬영 시 강풍은 모션 블러 현상을 유발할 수 있습니다. 안전과 영상 선명도를 위해 바람이 없는 잔잔한 날씨가 바람직합니다.
• 비. 비는 렌즈에 물방울을 맺게 하여 이미지 선명도를 떨어뜨릴 수 있습니다. 또한 특정 특징을 가리거나 표면 상태를 변화시켜 정확한 데이터를 수집하기 어렵게 만들 수 있습니다.

6. GSD 

지상 샘플링 거리(GSD)는 데이터 처리의 정확도와 출력 품질에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 본질적으로 GSD는 영상의 해상도를 정의하고 캡처할 수 있는 세부 정보 수준에 영향을 미칩니다.

수평 정확도는 일반적으로 GSD의 1~2배이고, 수직 정확도는 GSD의 2~3배이므로 프로젝트 요구 사항에 따라 GSD를 계산하는 것이 매우 중요합니다

사용 사례

이상적인 이미지 획득 계획은 재구성할 지형/물체의 유형과 원하는 결과에 따라 달라집니다 

• 일반적인 경우: 숲, 눈, 호수, 농경지 및/또는 재건이 어려운 기타 지형을 포함하지 않는 프로젝트에 적용됩니다.
• 산림 및 빽빽한 초목: 산림이나 빽빽한 초목으로 덮인 지역이 있는 프로젝트의 경우.
• 농경지가 있는 평지: 농경지와 같이 시각적 내용이 균일한 평지에 적합합니다.
• 건물 재건축: 건물의 3D 모델링용.
• 특수한 경우: 눈, 모래, 수면(바다, 호수, 강 등)에 사용 가능.
• 회랑 지도 작성: 선형 관심 영역(도로, 강 등)이 있는 프로젝트에 사용합니다.
• 다중 비행: 여러 번의 비행으로 촬영한 이미지가 포함된 프로젝트의 경우.
• 도시 재건(보이는 외관): 도시 지역의 3D 모델링용.
• 3D 인테리어 재구성: 건물의 내부를 3D로 모델링하는 데 사용됩니다.
• 혼합 재구성: 결합된 데이터 세트(내부/외부 및/또는 공중/지상 및/또는 수직/경사)에 사용합니다.
• 대형 수직 객체 재구성: 키가 크고 날씬한 3D 모델링 객체에 적합합니다.

일반적인 경우 

대부분의 경우 권장되는 최소 중첩률은 정면 중첩 (비행 방향 기준) 75% 이상 , 측면 중첩 (비행선 간) 60% 이상입니다. 규칙적인 격자 패턴으로 이미지를 촬영하는 것이 좋습니다. 카메라는 원하는 지상고(GSD)를 확보하기 위해 지형/물체 위에서  일정한 고도를 유지합니다

숲 과 빽빽한 초목

숲과 빽빽한 초목은 수천 개의 가지와 잎으로 이루어진 복잡한 구조 때문에 겹쳐진 이미지에서 매우 비슷하게 보이는 경우가 많습니다. 이러한 매우 복잡한 환경을 고려하여 일반적인 경우를 다음과 같이 수정하는 것이 좋습니다

• 겹침률을 정면 및 측면에서 최소 85% 이상 높이십시오.
• 비행 고도를 높이세요: 더 높은 고도에서 비행하면 원근 왜곡이 줄어들고 식물의 시각적 특징이 더욱 뚜렷해져 겹쳐진 이미지에서 시각적 유사점을 더 쉽게 감지할 수 있습니다.
• 연속 촬영 이미지에서 식물이 크게 움직이는 비행 조건은 피하십시오.

농경지가 펼쳐진 평지

지형이 평평하고 농경지와 같이 시각적 내용이 균일한 경우, 이미지 간 공통 특징점(키포인트)을 추출하기 어렵습니다. 좋은 결과를 얻으려면 일반적인 경우와 유사한 단일 그리드 미션을 다음 변경 사항을 적용하여 사용하는 것이 좋습니다

• 겹침률을 정면 및 측면에서 최소 80% 이상 높이십시오.
• 더 높이 날아라. 필요한 GSD(지상고도)만 유지된다면 더 높이 날면 결과가 향상될 수 있다.
• 해야 합니다 .

건물 재건축

3D 건물 재구성을 위해서는 "궤도" 또는 "원형" 임무라고 알려진 특정 이미지 획득 계획이 필요합니다

• 카메라 각도. 모든 프로젝트에 적합한 보편적인 카메라 각도는 없습니다. 재구성할 대상이 이미지 프레임의 대부분에 담기도록 카메라 기울기를 조정하십시오.
• 건물 주변을 두 번째, 세 번째로 비행하면서 매 바퀴마다 비행 고도를 높이고 카메라 각도를 낮추세요.
• 물체의 크기와 물체와의 거리에 따라 충분한 중첩을 확보하기 위해 5~10도 간격으로 이미지를 촬영하는 것이 좋습니다.

특별한 경우

이 섹션에서는 눈, 모래, 호수 등 지도를 만들기 어려운 지역에 대한 몇 가지 힌트를 제공합니다.

• 눈과 모래 동질적인 특성으로 인해 시각적 콘텐츠가 거의 없습니다. 따라서:
  • 늘리세요 : 정면 겹침률 최소 85%, 측면 겹침률 최소 70%.
  • 각 이미지에서 최대한의 대비를 얻을 수 있도록 노출 설정을 조정하십시오
• 수면 균질하고 역동적이며 반사적인 특성으로 인해 시각적 콘텐츠가 거의 없습니다. 물과 파도에 반사되는 햇빛은 서로 다른 이미지에서 동일한 물체를 시각적으로 일치시키는 데 어려움을 초래합니다.
  • 개방 수역은 복원하기가 거의 불가능합니다.
  • 강 이나 호수 와 같은 다른 수면을 재구성하려면 각 이미지에 육지와 같은 식별 가능한 특징이 포함되어야 합니다. 더 높은 고도에서 비행하면 육지나 기타 식별 가능한 특징을 포함하는 데 도움이 될 수 있습니다.
  • 프로젝트 지역에 물이 포함된 경우, 각 이미지의 최소 4분의 3에는 물 이외의 식별 가능한 지형지물이 포함되어야 합니다.

회랑 지도 작성

철도, 도로 또는 강과 같은 통로를 매핑하려면 최소 두 개의 비행선이 필요하지만, 최소 세 개를 권장합니다. GCP(지상 기준점)는 필수 사항은 아니지만 재구성의 정확도를 높이기 위해 사용하는 것이 좋습니다.

두 개의 비행선이 있는 회랑을 비행할 때는 정면 중첩률 85% 이상 , 측면 중첩률 60% 이상을 확보하는 것이 좋습니다 . 수직 이미지 또는 경사 이미지를 사용할 수 있으며, 평탄한 지형에서는 수직 이미지를 사용하는 것이 좋습니다.

여러 항공편

여러 번의 비행에서 촬영한 이미지를 사용하여 하나의 프로젝트를 처리할 수 있습니다. 다양한 이미지 획득 계획을 설계할 때는 다음 사항을 확인하십시오

• 각 계획은 충분한 중첩을 통해 이미지를 캡처합니다.
• 이 이미지들은 태양 방향, 기상 조건, 신축 건물 부재 등 거의 동일한 조건에서 촬영되었습니다.

도시 재건축 (보이는 건물 외관)

도시 지역의 3D 재구성을 위해서는 건물의 모든 면(북쪽, 서쪽, 남쪽, 동쪽)이 이미지에 나타나도록 이중 격자 이미지 획득 계획이 필요합니다. 

• 정면 중첩률은 85% 이상, 측면 중첩률은 최소 70% 이상 이어야 합니다
• 카메라 기울기. 건물의 정면을 촬영하려면 10º에서 35º 사이의 각도로 촬영해야 합니다. 대부분의 이중 격자 촬영 임무에서는 70º 각도를 권장합니다. 
• 보다 자세한 정보가 필요한 경우, 항공 이미지와 지상 이미지를 결합하십시오. 이러한 경우, 서로 다른 이미지 촬영 방식으로 얻은 이미지를 병합하기 위해 GCP(지상 기준점) 또는 수동 연결점을 사용하는 것이 좋습니다.

3D 인테리어 재구성

내부 재구성을 위해서는 지상 이미지를 적극 권장합니다. 높은 중첩률(90%)이 필요합니다.

혼합 재구성

내부/외부, 공중/지상 및/또는 수직/경사 촬영을 조합하는 것이 가능합니다.

각 데이터 세트 내에서 그리고 데이터 세트 간에 충분한 중복이 있는지 확인하십시오. 이러한 경우, GCP(지상 기준점) 또는 수동 연결점을 사용하여 서로 다른 데이터 세트를 적절하게 결합하는 것이 좋습니다.

대형 수직 물체 재구성

키가 크고 날씬한 물체의 3D 재구성을 위해서는 특정한 이미지 획득 계획이 필요합니다

• 구조물에 근접하여 비행하되, 안전한 비행 거리를 유지하십시오
• 구조물의 여러 높이에서 주위를 여러 번 도세요.
• 이미지는 높은 중첩률로 촬영해야 합니다. 동일한 높이에서 촬영한 이미지는 90% 이상, 서로 다른 높이에서 촬영한 이미지는 60% 이상 중첩되도록 해야 합니다.
• 이미지 프레임 안의 모든 것이 초점이 맞아야 하며, 프로젝트 영역 밖에 있는 배경의 물체도 포함됩니다.
• 이미지의 지리 위치 정보를 포함하는 것이 좋습니다.