항공 디지털카메라의 공간해상도 분석에 관한 연구

Spatial Resolution Analysis of Aerial Digital Cameras

토목공학과 이 태 윤
지 도 교 수 이 재 원

최근 실용화 되고 있는 항공 디지털 카메라 영상은 우수한 기하 및 방사 해상도, 칼라정보 취득 및 자동화 처리 등으로 인하여 각종 지도제작과 도시계획 및 방재업무 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 그러나 이러한 디지털 영상의 높은 신뢰도와 효율성을 확보하기 위해서는 영상 취득 센서의 정밀한 검증 작업이 선행되어야 한다. 따라서 현재 국외에서는 디지털 항공영상에 관한 이론적 연구와 함께 영구적으로 설치된 테스트 필드를 대상으로 실제 영상을 취득 및 분석하여 영상취득 시스템을 검정하는 실험적 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 국내에서는 아직도 관련 분야에 대한 연구와 실험은 매우 미진하다.
한편, 항공 디지털 카메라는 종류별로 CCD(Charge Coupled Device) 배열방식과 크기 및 촬영기하 등이 매우 복잡하고 서로 상이하며, CCD 자체의 변형과 민감도 및 촬영여건의 변화에 따라 다양한 영상왜곡이 발생하게 된다. 따라서 촬영된 영상의 후처리 과정에서 이러한 왜곡의 원인과 크기 및 특성을 분석하여 영상을 보정하고 항공사진측량의 최종 산출물인 정사영상, DEM 및 수치지도의 정확도를 높이는 동시에 영상센서의 검정을 위한 각종 파라미터를 결정하는 데 이용하여야 한다. 디지털 카메라의 품질을 평가하는 요소로는 촬영된 영상의 공간해상도, 방사해상도 및 분광해상도 등의 검증이 필요하다. 영상센서의 총체적인 검증을 위해서는 기준점, Bar 타겟, Siemens star 및 Gray scale 시트 등을 특별히 설계하여 제작 및 설치된 영상 검증용 테스트 필드와 분광측정기 등이 필요하다. 그러나 현재 국내의 여건상 이러한 모든 조건을 구비하여 영상센서의 품질을 검정하기는 불가능할 것이다.
따라서 본 연구에서는 국내외적으로 아직 표준이 정립되지 않은 영상센서의 품질검증을 목적으로 프레임방식의 DMC(Digital Mapping Camera), UltraCamXp와 선형 스캔방식인 ADS80 카메라로 각각 서로 다른 대상지역을 촬영하여 영상의 공간해상도 검증을 수행하였다. ISO 표준규격을 참조하여 제작한 휴대용 해상도 검증용 시트인 Bar target과 Siemens star를 경남 창원과 전남 영광의 촬영대상지에 설치하여 DMC, UltraCamXp 및 ADS80 카메라로 GSD(Ground Sample Distance) 약 6∼9cm 급의 영상을 촬영하였다. 최종적으로 촬영된 영상에 나타난 Bar 타겟과 Siemens star에 대한 촬영방향과 위치 및 영상주점으로부터의 거리 등에 따른 GSD, 시각적 해상도, 경계반응(Edge Response) 및 변조전달함수(Modulation Transfer Function)의 변화를 분석하여 다양한 방법으로 공간해상도를 측정하였다.
공간해상도의 검증결과 영상에서 Bar 타겟을 이용하여 분석된 영상의 GSD는 일부의 경우를 제외하고는 이론적인 GSD와 거의 일치함을 알 수 있었으며, Siemens star를 이용하여 분석된 시각적 해상도의 수치가 영상의 GSD보다 약 1.2～1.3배 정도 높게 측정됨을 알 수 있었다. Bar 타겟을 이용하여 분석된 영상의 GSD는 중심부와 외곽부에서 차이가 없었으며, 선명도에 영향을 받는 Siemens star를 이용한 시각적 해상도는 중심에서 멀어질수록 감소함을 알 수 있었다. 경계반응 분석에서 UltraCamXp 영상이 가장 우수한 결과를 도출하였으며, MTF(Modulation Transfer Function) 분석에서는 모든 카메라가 비행 직각방향에서 우수하게 나타났다.
본 연구에서 분석된 3개의 카메라는 동일 조건(동일 시간, 장소, 기상조건, 비행고도 등)에서 촬영이 수행되지 않았지만 연구에 이용된 분석기법과 조건에 적합한 촬영 데이터가 축척된다면 보다 객관적이고 신뢰성 높은 영상의 품질 평가가 가능할 것이다.

주요어 : 항공 디지털카메라, 영상센서 검정, 공간해상도, MTF, Siemens Star