레이저 최적 배치를 통한 UAV 외관조사 영상의 정사보정

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposes a laser-based image orthorectification method for UAV-based visual inspection of deteriorated structures. Two laser modules are optimally deployed around a camera mounted on a commercial UAV to enhance sensitivity to UAV motion and enable accurate camera pose estimation. Using the image coordinates of two laser dots, the axial distance and surface angle of the camera are estimated, and a homography matrix is constructed to orthorectify the captured images. The proposed framework operates without additional sensors or hardware synchronization and overcomes the limitations of conventional parallel laser configurations by maximizing pose estimation sensitivity.

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 열화된 구조물의 손상을 정확하게 매핑하기 위해, 전략적으로 배치된 레이저를 탑재한 무인항공기(UAV, unmanned aerial vehicle)를 활용한 영상 정사보정(image orthorectification) 기법을 제안한다. 제안 기법은 최적 레이저 배치(optimal laser layout)를 적용함으로써 UAV 운동에 대한 관측 민감도를 향상시키고, 이를 통해 정밀한 카메라 자세(camera pose) 추정을 가능하게 한다. 레이저 모듈의 물리적 배치 정보와 영상 내 레이저 점의 위치 정보를 이용하여 카메라 자세를 산정하며, 추정된 자세를 기반으로 영상 정사보정을 수행한다. 실험실 및 현장 실험 결과, 최적 레이저 배치는 축방향 거리(axial distance) 및 표면 각도(surface angle) 추정에서 낮은 평균제곱근오차(RMSE, root-mean-squared error)를 나타내는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 통해 제안 기법은 정해(ground truth) 측정값과 높은 일치도를 보이는 고정밀 손상 지도(damage map)를 생성할 수 있으며, 기존 점검 기법의 한계를 보완할 수 있는 강건하고 효율적인 대안임을 입증하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 기존 연구의 한계점 4
• Ⅱ. 본 론 7
• 1. 제안 방법 7
• 1-1. 연구 개요 7
• 1-2. 기본 전제 8
• 1-2-1. 좌표계 정의 8
• 1-2-2. 레이저 기반 카메라 자세 추정 13
• 1-3. 레이저 탑재 UAV를 이용한 영상 정사보정 18
• 1-3-1. 레이저 최적 배치 19
• 1-3-2. 레이저 캘리브레이션 23
• 1-3-3. 영상 정사보정 25
• 2. 실내 실험 26
• 3. 현장 실증 38
• Ⅲ. 결 론 43
• 1. 결론 및 의의 43