맵핑(Mapping)에 대하여 알아봅시다.(2편)
맵핑의 중요 요소와 주의 사항
지난 칼럼에서는 맵핑이란 무엇이고 필요한 준비물에는 어떠한 것이 있는지, 드론을 이용하여 맵핑을 하는 방법 등에 대해 알아보았고, 이번 칼럼에서는 맵핑의 주요 요소와 주의 사항에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 지난 칼럼을 보지 못한 분들은 아래 링크를 통해 확인하시는 것이 도움이 될 것 같습니다.
맵핑의 주요 요소 – 고도와 중첩률(Over Lap)
지난 칼럼에서 설명하였듯이, 드론을 이용한 맵핑이란 원하는 지역의 상공을 격자무늬로 비행하여 여러 장의 지표면 사진을 촬영한 후 이를 이어 붙여 하나의 사진을 얻어내는 작업입니다.
위와 같은 작업을 통해 얻어지는 사진의 품질과 성패를 좌우하는 요소에는 크게 비행 고도와 중첩률이 있고, 고도와 중첩률의 변화에 따라 맵핑에 필요한 사진의 수가 달라지기 때문에 작업 시간에도 영향을 주게 됩니다.
지금부터 이 두 가지 요소가 변화함에 따라 맵핑 시 어떠한 영향을 미치게 되는지 알아보겠습니다.
비행 고도에 따른 변화 및 주의사항
여러분들은 그 목적이 무엇이든 간에 증명사진을 찍기 위해 사진관에 방문하여 사진 기사님 앞에 앉았던 경험이 있을 것입니다. 증명사진은 이름 그대로 자신의 신분을 증명할 목적이 강하기에 하반신까지 찍을 일은 거의 없고, 주로 가슴 부위 위쪽의 얼굴을 주로 담아내기만 하면 족하므로 피사체로부터 카메라까지의 거리가 매우 가깝습니다. 제 기억으로는 어림잡아 1m에서 2m 정도 내외였던 것으로 기억합니다.
증명사진은 피사체와 근접한 거리에서 촬영하게 됩니다.
반대로 졸업사진처럼 단체사진의 경우는 어떤가요. 한 장의 사진에 여러 명을 담아내야 하기에 피사체로부터 카메라까지의 거리가 멀어지게 됩니다. 즉, 촬영하고자 하는 목적물과 촬영 장비의 거리는 촬영 면적을 변화시키게 되는데, 수평적 촬영인지 수직적 촬영인지에 차이가 있을 뿐, 상공에 떠있는 드론이라고 해서 다를 것이 없습니다.
넓은 면적을 촬영해야 하는 단체사진은 증명사진에 비해 원거리에서 촬영하게 됩니다.
바꿔말하면 50m 상공에서 지표면을 촬영할 때와 100m 상공에서 촬영할 때는 촬영되어 지는 면적이 다르다는 것인데, 당연하고 쉬운 얘기 같지만 비행 고도는 맵핑 시 굉장히 중요한 요소입니다.
가로 1,000m 세로 1,000m 정사각형 모양의 지표면을 맵핑한다고 가정해 봅시다. 8,250㎡ 크기의 축구장 121개가 들어갈 수 있는 굉장히 넓은 면적입니다. 다시 1km 높이의 상공에서 수직으로 지표면을 1회 촬영했을 때 위 정사각형 모양의 지표면이 모두 담긴다고 가정한다면, 100m 상공에서 위 면적을 모두 담아내려면 몇 장의 사진이 필요할까요? 여러분께 왜 이런 질문을 하는지 짐작되시나요?
같은 면적을 촬영한다고 해도 비행 고도에 따라 필요한 사진의 수가 달라집니다. 그렇다면 여러분들은 “고민할 것 없이 높은 고도에서 한 번만 촬영하면 끝 아닌가요?”라고 질문을 할 수도 있습니다. 지난 칼럼에서 말씀드렸지만, 비행 가능한 고도가 제한되어 있기도 하고 높은 고도에서 촬영한 사진과 그렇지 않은 사진은 화질에서 차이가 날 수 밖에 없습니다.
다소 장황하게 표현했지만, 스마트폰으로 촬영한 아래 세 장의 사진으로 쉽게 설명하겠습니다.
① 약 10cm 높이에서 촬영
② 약 180cm 높이에서 촬영
③ 위 ② 사진을 확대
①, ② 사진은 각각 높이만 달리하여 같은 지점의 바닥을 촬영한 것이고, ③ 사진은 ② 사진을 ① 사진과 같은 크기로 확대한 것으로, 고도에 대해 지금까지 설명한 내용이 모두 담겨있습니다.
① 사진처럼 낮은 고도에서 촬영한 수십 장의 사진을 하나로 이어 붙이면 ② 사진처럼 넓은 면적을 표현할 수 있음은 물론, ① 사진처럼 좋은 화질을 유지할 수 있겠지만, ③ 사진처럼 단순히 고도만 높여 한 차례 촬영한 사진은 확대 시 노이즈가 발생하므로 원하는 품질의 사진을 얻어낼 수 없게 됩니다. 최대한 좋은 화질로 넓은 면적의 사진을 얻어내는 것, 이것이 맵핑의 궁극적인 목적입니다.
좋은 화질을 위해 무턱대고 낮은 고도에서 여러 차례 촬영하면 그만이냐, 그것도 아닙니다. 촬영하고자 하는 면적 내 높은 건물이나 언덕과 같은 지형이 있는지 여부를 꼼꼼히 살펴야 합니다. 위에서 예시로 제시한 가로 * 세로 1,000m 면적이라면 가시권 밖 비행이 될 수도 있고, 비행 고도보다 높은 건물이나 언덕 등 장애물을 만나면 충돌의 위험이 있으며, 고도가 낮을수록 맵핑에 필요한 사진의 수가 늘어나므로 작업 시간 또한 증가하게 됩니다.
정리하자면, 장애물과의 충돌의 피할 수 있는 최소한의 고도를 미리 파악하고 목적에 적합한 화질을 유지할 수 있는 고도를 설정하여 경제적인 작업이 될 수 있도록 해야 합니다.
중첩률(Over Lap)에 따른 변화 및 주의 사항
두 번째 요소인 중첩률에 대해 알아볼 차례인데, 다시 한 번 위에서 예시한 가로 * 세로 1,000m 면적의 지형을 100m 높이의 상공에서 촬영한다고 가정하겠습니다. 100m 높이에서 촬영했을 때 가로 * 세로 100m 면적 정도만 촬영된다면, 지난 칼럼에서 표현한 것처럼 격자무늬로 비행하며 일정한 간격으로 수십에서 수백 장의 사진을 촬영해야 합니다.
중첩률은 다시 정면 중첩률(Front Over Lap)과 측면 중첩률(Side Over Lap)으로 나뉘는데, 아래의 사진을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.
Front Over Lap과 Side Over Lap 설명
즉 정면 중첩률은 드론이 비행하는 진행 방향을 기준으로 먼저 촬영된 사진의 윗부분과 이후 촬영된 사진의 아랫부분이 중첩되는 비율을 뜻하고, 측면 증첩률은 한 방향을 비행하면서 촬영된 사진의 측면과 되돌아오며 촬영된 사진의 측면이 중첩되는 비율을 뜻합니다.
중첩률이 조금이라도 존재해야 중첩된 부분을 프로그램이 인식하여 이어붙이기(Stitching)에 성공할 수 있으니, 작업 시간을 줄이겠다고 중첩되는 부분을 전혀 없게 촬영한다면 수십 수백의 사진을 촬영해봐야 맵핑에 성공할 수 없습니다.
위의 고도 부분에서 고도를 낮출수록 촬영해야 할 사진 수가 늘어난다고 말씀드린 것과는 반대로, 중첩률은 그 비율이 높아질수록 촬영해야 할 사진 수가 늘어나게 되며, 극단적으로 중첩률이 100%라면 드론은 어느 방향으로도 진행하지 않고 같은 자리에서 같은 장소만 계속해서 촬영하게 된다는 뜻입니다.
다시 한 번 여러분들은 “고민할 것 없이 최소한의 중첩률로 촬영하면 되지 않나요?”라고 질문을 할 수도 있겠지만 생각처럼 간단한 것은 아닙니다.
중첩률이 낮으면 프로그램이 중첩되는 부분을 인식하지 못해 스티칭에 실패할 확률이 높아지고, 중첩률이 높아도 모래사장이나 강, 바다의 수면, 산악지역처럼 경계가 뚜렷하지 않은 지역은 스티칭에 실패할 수 있으니 주의하여야 합니다.
고도와 중첩률의 관계
지금까지의 내용을 상기시키는 뜻에서, 여러분들에게 질문을 하나 하겠습니다. 지표면을 기준으로 고도 60m 정도의 산이 포함되는 지역을 맵핑하고자 합니다. 산과의 충돌을 피하기 위해 비행 고도는 넉넉히 100m로 설정했고, 사진 한 컷 한 컷의 절반이나 중첩되는 50%의 중첩률로 사진을 촬영했을 때 맵핑에 성공할 수 있을까요? 아래 그림으로 설명하겠습니다.
산이 없는 지형에서 맵핑하는 모습
먼저 산이 없는 평평한 지역의 고도 100m 높이에서 드론이 우에서 좌로 진행하며 50% 중첩률로 촬영했을 때의 모습입니다. 빠지는 부분이 없이 한 컷, 한 컷 사이에 중첩되는 부분을 확인할 수 있습니다. 하지만 산을 만났을 때 중첩률이 어떻게 변화하는지 살펴보겠습니다.
60m 높이의 산이 있는 지형에서 맵핑하는 모습
어떤가요? 60m 높이의 산을 만났을 때 중첩률이 변화하는 모습, 지면에서부터 고도 50m 까지는 중첩되는 부분이 점점 줄어들다가 50m 이상부터는 중첩되는 부분이 없어지는 모습(적색 사각형 부분)이 확인되시나요? 중첩되지 않는 부분이 발생했기 때문에 스티칭에 실패하게 되고, 결국 맵핑에 성공할 수 없게 됩니다.
그렇다면 위와 같은 상황에서 해결책은 어떤 것들이 있을까요? 그렇습니다. 이번 칼럼에서 다루었던 두 가지 요소, 고도와 중첩률을 조절하여 해결할 수 있습니다. 비행 고도를 높여 중첩률이 없어지는 기준 고도(위 예시에서는 고도 50m를 기준으로 중첩률이 발생)를 산의 높이보다 높게 설정하거나, 비행 고도를 변경할 수 없는 상황이라면 중첩률을 70% 또는 그 이상으로 설정하여 문제를 해결할 수 있습니다.
대부분의 지형은 정도의 차이만 있을 뿐, 고저편차가 존재하게 되고, 이런 이유로 맵핑 전용 소프트웨어에서는 중첩률 70% 이상으로 비행할 것을 권장하고 있습니다.
이렇듯 맵핑에 있어서 고도와 중첩률, 이 두 가지 요소는 상호 밀접한 관련이 있으며 맵핑하고자 하는 지역의 상황에 맞게 설정해야만 맵핑에 성공할 수 있게 됩니다.저는 위와 같은 내용들을 알지 못한 채 맵핑을 접했고, 많은 실패와 노력 끝에 맵핑에 성공할 수 있었지만, 이번 칼럼 내용을 잘 숙지한다면 여러분들은 큰 시행착오 없이 맵핑에 성공할 수 있을 것입니다.
다음 시간에는 맵핑을 보다 편리하게 도와주는 맵핑 전용 소프트웨어에 대해 소개하는 시간을 갖도록 할 예정으로, 이번 글은 이쯤에서 마무리하겠습니다.
WRITER 한승훈/아나드론스타팅 필진
4차 산업혁명의 가장 핵심인 드론에 대한 관심으로 시작하여 드론을 경찰업무에 활용하기 위하여 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론아카데미) 일원으로 활동하고 있습니다. 현재 경찰 드론 마약 단속 수사 연구를 하고 있습니다.
