UAS 영상기반 오픈소스 해석 알고리즘의 특성 분석을 통한 3D 재현 향상 연구 = A Study on Improving of UAS Images based 3D Reconstruction by Analyzing the Characteristics of Open Source Image Processing Algorithms

국문 초록 (Abstract)

오픈소스는 누구나 무료 제작·배포가 가능하고 내부코드가 공개되어 있다는 장점을 갖고 있어 개인 및 단체에 의해 지속적으로 개발되고 있다. 특히, 공간정보 분야에서 융·복합 UAS의 보편화와 함께 오픈소스 기반 다양한 영상해석 기법 및 알고리즘이 개발되어 활용이 기대되고 있다. 본 연구의 목적은 UAS 영상기반 오픈소스 해석 알고리즘의 3D 재현 중 DEM(Digital Elevation Model)·DSM(Digital Surface Model)의 오차 원인이 될 수 있는 수면 재현, 정밀지도 제작에 불필요 요소(영상 내 이동체 및 캐노피)의 필터링, 영상해석 알고리즘의 효율성 평가지표인 재현 소요시간, 상대적인 정확도를 확인할 수 있는 상호표정을 고찰하여 UAS 영상해석 알고리즘의 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 연구대상지로 물, 이동 중인 사람과 차량, 캐노피를 포함하는 인천 송도 솔찬공원을 선정하여 자동비행계획으로 UAS(Unmanned Aerial System) 영상데이터를 획득하였다. 영상해석의 특징점 매칭 해석을 위해 5가지 기법을‘ANN-Benchmarks’프로그램으로 비교·고찰하여 HNSW(Hierarchical Navigable Small World) 매칭 기법을 선정하고 이를 바탕으로 74가지 오픈소스 영상해석 알고리즘을 구성하였다. 구성한 74가지 영상해석 알고리즘의 수면 재현, 이동체 및 캐노피 필터링, 재현 소요시간과 상호표정 특성을 상업용 영상해석 소프트웨어인 ‘Pix4D Mapper’와 비교·분석하였다. 연구 결과, 각 영상해석 알고리즘의 특성을 비교하여 사용자의 목적, 필요조건, 활용 분야 등에 따라 효율성이 향상된 3D 재현 결과를 도출할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Anyone can create and distribute open source for free, and there is a possibility that the internal code is public, so everything is and is developed by individuals and organizations. In particular, in the field of spatial information, various image processing techniques and algorithms based on open sources have been developed and are expected to be utilized. The purpose of this study is reconstruction the water surface that can cause errors in the digital elevation model(DEM) and digital surface model(DSM) in the 3D reconstruction of UAS(Unmanned Aerial System) image based open source processing algorithms, Filtering of moving objects and canopies, which are unnecessary elements for producing precision maps, an indicator of efficiency evaluation of image processing algorithms and relative orientation that can confirm the relative accuracy. It compares and analyzes the characteristics of each image processing algorithm. Therefore, the study site was selected as Incheon Songdo Solchan Park, which includes water, people and vehicles in motion, and canopies, and UAS image data of the site was acquired. After that, the five techniques of the feature point matching step in the image processing process were compared with the result of the 'ANN-Benchmarks' program, and the HNSW(Hierarchical Navigable Small World) matching technique was determined as the most suitable matching technique for this study, and 74 kinds of image processing algorithms were based on this. The water surface reconstruction, filtering of moving objects and canopies, time required for 3D reconstruction, and relative orientation characteristics of the composed 74 image processing algorithms were compared and analyzed with commercial image processing software. As a result of the study, the characteristics of each image processing algorithm were analyzed, and it was considered that improved 3D reconstruction results can be efficiently derived according to the user's purpose, requirements, and field of application by using this.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅱ
• 표 목 차 ⅳ
• 그림목차 ⅴ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.2.1 국내 연구 동향 3
• 1.2.2 국외 연구 동향 4
• 1.3 연구 방법 5
• 제 2 장 영상해석 이론 7
• 2.1 사진측량 원리 7
• 2.1.1 단사진, 입체사진 7
• 2.1.2 사진측량의 이상적 조건 8
• 2.2 영상해석 이론 13
• 2.2.1 Structure from Motion 13
• 2.2.2 영상해석 알고리즘 18
• 제 3 장 관측 및 영상해석 20
• 3.1 연구대상지 선정 20
• 3.2 UAS 영상 획득 21
• 3.3 영상해석시스템 23
• 3.4 특징점 매칭 기법 선정 24
• 3.5 단계별 UAS 영상해석 26
• 제 4 장 비교·분석 33
• 4.1 수면 재현 33
• 4.1.1 오픈소스를 통한 수면 재현 결과 비교 33
• 4.1.2 오픈소스와 상업용 소프트웨어의 수면 재현 결과 비교 36
• 4.2 이동체 및 캐노피 필터링 38
• 4.2.1 오픈소스를 통한 이동체 및 캐노피 필터링 결과 비교 38
• 4.2.2 오픈소스와 상업용 소프트웨어의 이동체 및 캐노피 필터링 결과 비교 40
• 4.3 재현 소요시간 41
• 4.3.1 오픈소스를 통한 영상해석 알고리즘의 재현 소요시간 비교 41
• 4.3.2 오픈소스와 상업용 소프트웨어의 재현 소요시간 비교 43
• 4.3.3 오픈소스의 영상해석 알고리즘의 각 단계별 소요시간 비교 44
• 4.4 오픈소스와 상업용 소프트웨어 간 상호표정 비교 47
• 제 5 장 결 론 48
• 참고문헌 50
• ABSTRACT 55