실감정사영상

왜 배우는가: 실감정사영상은 건물이 밀집한 도시 지역의 정사영상 품질을 좌우하므로 도시공간정보 구축과 갱신의 기본 성과이다. 일반 정사영상과의 차이를 정확히 구분해야 기복변위와 가림 처리를 답안에서 설명할 수 있다. 정의, 제작 과정, 3차원 입체지도와의 연계로 반복해서 출제되는 주제이다.

출제 이력: 제138회 2교시 3번, 제132회 3교시 3번, 제125회 2교시 3번, 제114회 1교시 3번, 제104회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

실감정사영상은 건물·수목 등 지상 객체까지 포함한 DSM으로 기복변위를 보정한 정사영상이다.

핵심 키워드는 다음 다섯 가지이다.

• 실감정사영상: 지표면과 지상 객체의 높이를 모두 반영해 제작한 정사영상이다. 건물 지붕과 도로 시설물의 평면 위치를 판독하기 쉽게 만든 성과이다.
• 수치표면모델(DSM): 지표면, 건물, 수목 등 지상 객체의 표면 높이를 격자 형태로 나타낸 모델이다. 실감정사영상은 이 모델을 보정 기준으로 쓴다.
• 기복변위: 지형의 높낮이와 지상 객체의 높이 때문에 영상 위 점의 위치가 실제 평면 위치에서 어긋나는 현상이다.
• 정사편위수정: 기복변위와 중심투영에 의한 왜곡을 제거해 영상 전체의 축척을 일정하게 만드는 작업이다.
• 가림 영역: 건물 등 지상 객체에 가려 지표 정보가 영상에 나타나지 않는 구간이다.

2. 개념 풀이

「정사영상 제작 작업 및 성과에 관한 규정」은 정사영상을 중심투영으로 취득한 영상에 정사편위수정을 실시한 영상으로 정의한다. 정사편위수정은 중심투영에 의한 대상물의 왜곡과 기복변위를 제거해 영상 전체의 축척이 일정하도록 하는 작업이다. 실감정사영상은 이 정의를 바탕으로 보정 기준면을 지표면에서 지상 객체의 표면까지 확장한 정사영상이다.

원리는 중심투영에서 출발한다. 항공사진은 중심투영으로 찍히므로 높이가 있는 점은 연직 방향에서 벗어난 위치에 나타난다. 이 변위량은 점의 높이와 사진 중심으로부터의 거리에 비례한다. 따라서 건물 지붕 같은 높은 객체는 사진 중심에서 바깥쪽으로 기울어져 보이고, 건물 외곽이 실제보다 넓게 찍힌다.

지표면 모델인 DEM이나 DTM만으로 보정하면 지형 기복은 줄어들지만 지붕 위치는 어긋난 채 남는다. 정사보정은 출력 격자의 각 화소마다 높이값을 대입해 원영상의 위치를 역으로 찾고 그 밝기값을 가져오는 방식으로 진행된다. 이때 높이 정보가 지상 객체를 포함하고 있어야 건물의 기복변위까지 제거된다. 실감정사영상의 핵심은 이 점에 있다.

정사영상 제작 규정 제24조는 표정 결과와 수치표고모형을 이용해 엄밀법에 의한 미분편위수정을 실시하도록 정한다. 다만 특별한 경우에는 다항식에 의한 방법을 쓸 수 있다. 또 제21조는 정사영상 제작에 쓰는 수치표고모형의 격자간격을 영상의 2화소 이내로 정한다. 격자가 거칠면 지붕 윤곽과 건물 경계가 정확히 보정되지 않으므로 격자 간격을 영상 화소와 맞추는 것이 중요하다.

정사편위수정의 결과에서 가장 큰 문제는 가림 영역이다. 한 장의 영상에서 건물 뒤쪽은 촬영되지 않으므로 그 구간에는 지표 정보가 없다. 따라서 복수의 영상 중에서 해당 지점이 보이는 영상을 골라 쓰는 가시성 판정이 필요하다. 가시성 판정은 DSM의 각 점에서 촬영 방향과 지형 사이의 각도를 비교하는 방식으로 많이 수행된다. 판정 결과 어떤 영상에서도 보이지 않는 구간은 자동 보정만으로 복원할 수 없다는 점을 답안에 밝혀야 한다.

실감정사영상의 핵심은 DSM으로 지상 객체의 기복변위를 제거하는 데 있다.

마지막으로 영상집성 과정에서 인접 정사영상 사이의 밝기값 차이를 색상보정으로 제거해야 한다. 접합선은 산능선, 하천, 도로처럼 기복변위나 음영의 대조가 심하지 않은 곳으로 설정한다. 이렇게 해야 건물 경계에서 선이 끊기거나 이격이 생기지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

도시공간정보의 구축과 갱신에서 건물이 밀집한 지역의 정확한 평면 위치 정보에 대한 수요가 커졌다. 일반 정사영상은 지표면 모델로만 보정하므로 건물이 바깥쪽으로 기울어 보이고, 건물 경계가 도로나 필지 경계와 겹쳐 보이는 문제가 남는다. 이 한계는 지적과 시설물 판독에서 위치 오차로 이어진다.

항공사진의 해상도가 높아지고 UAV 촬영이 보편화되면서 건물 지붕과 소규모 시설물을 세밀하게 판독할 수 있게 되었다. 해상도가 높을수록 건물 기울어짐과 변위가 눈에 띄므로 지상 객체 높이를 보정하는 정사영상의 필요성이 커졌다. 이에 따라 DSM 기반 보정과 가림 처리 기술이 함께 발전하였다.

3차원 입체지도와의 연계도 중요한 배경이다. 건물 높이를 포함한 DSM은 입체 모델을 만드는 기초 자료이며, 같은 자료로 정사영상을 제작하면 입체지도와 평면 성과의 위치가 일치한다. 그래서 실감정사영상은 3차원 도시 모델링과 함께 다루어진다. 항공삼각측량으로 정립한 외부표정요소가 두 성과의 공통 기준이 된다.