JP2019527404A - 衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部、及び前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部を含む、衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法に関する。【選択図】図１
Description
本発明は衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法に関し、より詳しくは油流出予想区域に対する衛星映像を補正して衛星映像に対する信頼度を向上させ、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、このようなカラーチャネル映像において油流出領域と海水領域のそれぞれの任意の点でそれぞれのＲＧＢカラーチャネルの変化に対する方向ベクトルを生成し、これを分析して油流出領域の範囲を特定するにあたって正確度及び信頼度を著しく改善した衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法に関する。
油槽船の衝突又は海上油井の爆発によって海水表面に流出する油は海洋生態系に深刻な影響を与える代表的な海洋災害の一つである。したがって、このように流出した油の位置と拡散過程を広域的にモニタリングすることは油流出による生態系的及び経済的被害を最小化するために非常に重要である。
海水面に流出した油の位置を把握するための一方法として衛星映像は人工衛星の遠距離監視によって撮像された写真及び映像を言う言葉であり、衛星の撮影角度によって地球表面の情報を広域的に含んでおり、衛星の撮影周期によって同じ地域の情報を周期的に生産することができる資料である。このような衛星映像は広域的及び時系列的情報が必要な油流出モニタリングに有用に活用可能な資料であり、全世界の各国の研究機関でその活用技術に対する研究が活発に行われている。
特に、地球表面から反射された太陽輻射エネルギーを映像化して製作した光学衛星映像は視覚的な情報を示すのに大きな効果があるので、視覚的に区分可能な物体を分類することに広く使われている。光学映像は一画素が有する空間解像度及び輻射解像度によって互いに異なる活用の用途を有し、大きくは低解像度、中解像度及び高解像度に分類することができる。
５００ｍ以上の空間解像度を有する映像は低解像度衛星映像に分類することができる。このような低解像度衛星映像は複雑な地形情報を詳細に提供することができない欠点があるが、高い分光解像度を有するので、約２０個以上の波長帯域でチャネル映像を提供している。また、このような低解像度光学映像をよく活用することができる代表的地域は海洋である。海洋地域の場合、大部分が海水からなっているから、高い空間解像度を有することよりは多様な波長帯域の情報を獲得することによって海水の流れ、プランクトン、緑藻、赤潮の発生位置及び油拡散などの情報を生成することができる。
しかし、油流出事故に対応するとき、低解像度衛星映像は低い解像度によって救助船舶の位置、流出した油の拡散、油化（ｅｍｕｌｓｉｏｎ）した油の位置及び風化（ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ）程度などの詳細な情報提供には限界がある。
一方、光学映像のうち、４ｍ以下の空間解像度を有する高解像度衛星映像は低い分光解像度を有するものであり、大部分可視光線と近赤外線波長帯域のチャネル映像のみ提供するが、高い空間解像度を有するので、地形の詳細な情報を視覚的に人が見ることのように示すのに卓越している。したがって、高解像度衛星映像は主に陸地に対する映像製作に活用されて来たし、地図製作、植生探知、客体分類及び資源探査などに活用されて来た。
近年には、海洋の油流出事故の発生時、高解像度の広域的情報が要求されるに従い、高解像衛星映像は船舶の防災活動の指示、オイルフェンス設置のための情報提供及び油の油化及び風化の進行状況の把握などに活発に活用されている。これは、大韓民国特許第１０−１０３９６６５号の「可視光帯衛星資料を用いた油流出探知方法」、大韓民国特許第１０−１４００９２４号の「遠隔探査資料を用いた油流出監視信頼度を高める油流出監視方法」及び大韓民国特許第１０−１５３４６２０号の「海上流出油探知方法及び装置」で提案されたことがある。
前記先行技術の「可視光帯衛星資料を用いた油流出探知方法」は海水と油の光量を比較して油を探知する技術であり、具体的に海水と油の反射度が５５０ｎｍ〜６００ｎｍ波長帯域で違う点を用いて油を探知する方法である。しかし、海水と油で反射される太陽輻射エネルギーが衛星センサーに到達するとき、大気による影響を受けて、実際に記録される海水と油の情報は変わることがあるため、映像に基づいて流出油を探知する技術が必要である。
また、高解像光学映像の場合、波によって表面の粗さが変わり、センサーに記録される太陽輻射エネルギーが変わることになるが、前記先行技術の「可視光衛星資料を用いた油流出探知方法」ではこのような影響を考慮しないため、実際に衛星映像を活用して流出油を探知するのに限界がある。
一方、前記先行技術の「遠隔探査資料を用いた油流出監視信頼度を高める油流出監視方法」及び「海上流出油探知方法及び装置」の場合、高解像光学映像ではない衛星レーダー映像を活用するものであり、前記衛星レーダー映像の場合、電磁波を用いるため、視覚的な情報抽出には限界がある。
一方、前記先行技術の「遠隔探査資料を用いた油流出監視信頼度を高める油流出監視方法」及び「海上流出油探知方法及び装置」の場合、高解像光学映像ではない衛星レーダー映像を活用するものであり、前記衛星レーダー映像の場合、電磁波を用いるため、視覚的な情報抽出には限界がある。
したがって、衛星映像を用いた海洋の油流出の探知において大気と波の影響を最小化して衛星映像に対する信頼度を高めることができ、視覚情報抽出において正確性及び効率を改善することができる技術が要求されている。
本発明の目的は、衛星映像を用いた海洋の油流出探知において大気と波の影響を最小化して高信頼度の衛星映像を生成することができ、視覚情報抽出において正確性と効率を改善して油流出領域の範囲をより正確に判別することができる衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法を提供することである。
このような目的を達成するために、本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部と、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部と、前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部とを含んでなる。
前記衛星映像受信部は、４ｍ級以下の光学映像を受信する衛星映像受信部であってもよい。
前記衛星映像補正部は、大気補正技法又は映像基盤補正技法を用いて前記衛星映像に対する大気影響を補正する大気影響補正部を含むことができる。
前記衛星映像補正部は、前記衛星映像の横方向ウィンドウが縦方向ウィンドウより大きいとか、又は前記衛星映像の縦方向ウィンドウが横方向ウィンドウより大きい方向フィルターを用いて前記衛星映像に対する波の影響を補正する波影響補正部を含むことができる。
前記方向フィルターは、前記衛星映像の任意の一点の波長値を前記一点を中心にするウィンドウの中央値に代替して示す中央値フィルターであってもよい。
前記傾向差映像生成部及び距離差映像生成部はそれぞれ前記カラーチャネル映像において油流出領域の少なくとも二つ以上の画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値の平均値を算定し、このような平均値の変化に対する第１方向ベクトルを生成することができる。
前記油流出探知装置は、前記補正された衛星映像において油流出領域に対する任意の範囲を入力されることができる油流出領域選択部をさらに含むことができる。
また、前記のような目的を達成するために、本発明は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信段階と、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正段階と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成段階と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成段階と、前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知段階とを含む、衛星映像を用いた油流出探知方法を提供する。
また、本発明は、前記衛星映像を用いた油流出探知方法を実行するためのプログラムが記録されているコンピュータ可読の記録媒体を提供する。
本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法は、衛星映像を用いた海洋の油流出探知において大気と波の影響を最小化して高信頼度の衛星映像を生成することができ、視覚情報抽出において正確性と効率を改善して油流出領域の範囲をより正確に判別することができる効果がある。
このような目的を達成するために、本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置は、このような目的を達成するために、本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部と、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部と、前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部とを含んでなる。
前記衛星映像受信部は、４ｍ級以下の光学映像を受信する衛星映像受信部であってもよい。
前記衛星映像補正部は、大気補正技法又は映像基盤補正技法を用いて前記衛星映像に対する大気影響を補正する大気影響補正部を含むことができる。
前記衛星映像補正部は、前記衛星映像の横方向ウィンドウが縦方向ウィンドウより大きいとか、又は前記衛星映像の縦方向ウィンドウが横方向ウィンドウより大きい方向フィルターを用いて前記衛星映像に対する波の影響を補正する波影響補正部を含むことができる。
前記方向フィルターは、前記衛星映像の任意の一点の波長値を前記一点を中心にするウィンドウの中央値に代替して示す中央値フィルターであってもよい。
前記傾向差映像生成部及び距離差映像生成部はそれぞれ前記カラーチャネル映像において油流出領域の少なくとも二つ以上の画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値の平均値を算定し、このような平均値の変化に対する第１方向ベクトルを生成することができる。
前記油流出探知装置は、前記補正された衛星映像において油流出領域に対する任意の範囲を入力されることができる油流出領域選択部をさらに含むことができる。
また、前記のような目的を達成するために、本発明は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信段階と、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正段階と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成段階と、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成段階と、前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知段階とを含む、衛星映像を用いた油流出探知方法を提供する。
また、本発明は、前記衛星映像を用いた油流出探知方法を実行するためのプログラムが記録されているコンピュータ可読の記録媒体を提供する。
発明の実施のための形態
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。本発明の説明において、関連した公知の構成又は機能についての具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。また、本発明の実施例の説明において具体的な数値は実施例に過ぎない。
図１には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置の構成を概略的に示した模式図が示されている。
図１を参照すると、本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部１１０、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部１２０、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部１３４、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部１３６、及び前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部１４０を含んでなる。
すなわち、本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信し、大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正し、補正された衛星映像のカラーチャネル映像の油流出領域の任意の少なくとも一画素と油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）値に対する方向ベクトル値を生成した後、これらの方向ベクトル値の角度差及び距離差をそれぞれ算定して傾向差映像及び距離差映像を生成した後、油流出領域に対する視覚情報抽出の正確度を高めるようにこれらの映像情報を合成して油流出領域の範囲を最終に導出する。
したがって、衛星映像を用いた海洋の油流出探知において大気と波の影響を最小化して高信頼度の衛星映像を生成して用いることができ、油流出領域の判別において正確性と効率を改善して油流出領域の範囲をより正確に把握することができる。
前記衛星映像受信部１１０は４ｍ級以下の光学映像を受信する衛星映像受信部からなることができる。すなわち、衛星映像受信部１１０を高い解像度を有する４ｍ級以下の光学映像を受信する衛星映像受信部から構成することにより、油が流出した海上の油の油化及び風化の進行状況をより細密に把握した衛星映像を受信するようにして、油流出領域の判別において正確度を一層向上させることができる。
前記衛星映像補正部１２０は前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正することができるように構成されたものであれば、その具体的な構造又は構成が特に制限されない。例えば、大気補正技法又は映像基盤補正技法を用いて前記衛星映像に対する大気影響を補正する大気影響補正部１２２、及び前記衛星映像の横方向ウィンドウが縦方向ウィンドウより大きいとか、又は前記衛星映像の縦方向ウィンドウが横方向ウィンドウより大きい方向フィルターを用いて前記衛星映像に対する波の影響を補正する波影響補正部１２４を含んでなることができる。
ここで、前記方向フィルターは前記衛星映像の任意の一点の波長値を前記一点を中心にするウィンドウの中央値に代替して示す中央値フィルターからなることができる。
前記傾向差映像生成部１３４及び距離差映像生成部１３６は前記補正された衛星映像から油流出領域に対する任意の範囲を入力されることができる油流出領域選択部１３２と一体化して衛星映像編集部１３０を構成することができる。
すなわち、前記衛星映像を用いた油流出探知装置の使用者は前記補正された衛星映像を直接見て判断して油流出領域に対する任意の範囲を前記油流出領域選択部１３２を介して前記油流出探知装置に入力することができ、前記前記傾向差映像生成部１３４及び距離差映像生成部１３６はそれぞれ前記使用者によって入力された油流出領域で任意の少なくとも一画素を選択して可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）値の変化に対する第１方向ベクトルを生成することができる。
この時、前記傾向差映像生成部１３２及び距離差映像生成部１３６はそれぞれ前記カラーチャネル映像の油流出領域の少なくとも二つ以上の画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値の平均値を算定し、このような平均値の変化に対する第１方向ベクトルを生成することができる。
図２には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知方法の手順を示したブロック図が示されている。
図２を参照すると、本発明による衛星映像を用いた油流出探知方法は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信段階（Ｓ２００）、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正段階（Ｓ２１０）、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成段階（Ｓ２２０）、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成段階（Ｓ２３０）、及び前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知段階（Ｓ２４０）を含んでなる。
すなわち、本発明による衛星映像を用いた油流出探知方法は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信し、大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正し、補正された衛星映像のカラーチャネル映像の油流出領域において任意の少なくとも一画素と油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に方向ベクトル値を生成した後、これらの方向ベクトル値の角度差及び距離差をそれぞれ算定して傾向差映像及び距離差映像を生成した後、油流出領域に対する視覚情報抽出の正確度を高めるようにこれらの映像情報を合成して油流出領域の範囲を最終に導出する過程で実行される。
したがって、衛星映像を用いた海洋の油流出探知において大気と波の影響を最小化して高信頼度の衛星映像を生成して用いることができ、油流出領域の判別において正確性と効率を改善して油流出領域の範囲をより正確に把握することができる特徴がある。
図３には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置を介して受信された衛星映像の例を示した衛星映像写真が示されており、図４には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置を介して受信された衛星映像に対して波による影響を補正するために生成された周波数映像の例を示した写真が示されており、図５には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置によって大気による影響と波による影響が補正された衛星映像の例を示した写真が示されている。
図６には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置によって生成された衛星映像の傾向差映像及び距離差映像の例を示した写真が示されており、図７には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置によって生成された衛星映像の傾向差映像及び距離差映像にそれぞれ境界値を適用した映像とこれらの映像を合成した映像の例を示した写真が示されており、図８には本発明の一実施例による衛星映像を用いた油流出探知装置によって生成された流出油探知結果の映像の例を示した写真が示されている。
これらの写真を参照して本発明による衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法についてより詳細に説明すれば、前記衛星映像受信部１１０は４ｍ級以下の解像度を有する高解像光学映像を獲得する部分である。ここで、衛星映像は人工衛星の映像センサーに記録されたイメージを意味し、可視光線と近赤外線波長帯域のチャネル映像を全て含む。
図３に示された前記衛星映像受信部１１０で受信した油流出予想地域に対する高解像光学衛星映像写真であり、図３ａは２０１０年５月２日に撮影された多目的実用衛星２号の衛星映像で、メキシコ湾で流出した油を撮像した映像であり、流出した油と一般の海水表面を視覚的に大まかに区分することができる。
また、図３ｂ及び図３ｃは図３ａにおいて流出した油と海水表面に相当する領域を拡大して示すものであり、流出油の場合は海水表面に比べて視覚的に明るく現れる傾向を示すことを確認することができる。また、両領域は共に波による影響が現れ、波が及ぼす影響によって一部地域は非常に明るく、一部地域は非常に暗く現れることを確認することができる。これにより、波による影響を補正せずに流出油を探知する場合、油流出領域に対する呉探知の可能性が非常に高いことを確認することができる。
前記大気影響補正部１２２及び波影響補正部１２４を含む衛星映像補正部１２０は衛星映像に示す大気による影響と波による影響を補正する。
具体的に、前記大気影響補正部１２２の衛星映像補正に関連して、海水と油から反射された太陽輻射エネルギーは大気を通じて衛星センサーに到逹することになる。このとき、太陽輻射エネルギーが大気を通過することによって、大気の散乱、吸収及び屈折などの影響を受けることになる。したがって、衛星映像を活用して油流出を探知する場合、大気による影響を補正する過程が必要であり、このような大気の影響に対する補正は、大きく大気モデルによる大気補正技法と映像基盤補正技法に区分することができる。大気モデルによる大気補正技法はＭＯＤＴＲＡＮ、６Ｓなどの大気モデルを介して透過率、大気上向輻射量、大気下向輻射量を求めて補正する方法であり、映像基盤補正技法は映像内に黒体に近い物体があると仮定し、これから大気効果を推正する方法である。
前記波影響補正部１２４の衛星映像補正に関連して、図３から確認することができるように、高解像光学衛星映像には撮像日付の天気、風及び海流によって発生した波が撮像される。このように発生した波は、高解像光学映像を活用して油流出を探知するときに誤探知率を高める主要原因となり、波の影響によって一部地域は明るく、一部地域は暗く現れる。このような波による影響を効果的に除去するために、前記波影響補正部１２４は光学衛星映像にフィルターを適用して波による影響を補正する。
すなわち、波影響補正部１２４に含まれて使われる方向フィルター（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｔｅｒ）は横方向に又は縦方向にもっと大きなウィンドウを有する中央値フィルター（ｍｅｄｉａｎ ｆｉｌｔｅｒ）であり得る。ここで、中央値フィルターは映像の任意の点で波長又は反射度などの値をその点を中心にするウィンドウ内の中央値に取り替えるフィルターで、低域フィルター（ｌｏｗｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）である。したがって、このような中央値フィルターを適用する場合、フィルターが適用された映像部分は映像内の周辺領域との値差が少ない低周波部分を通過させ、高周波部分である境界及び輪郭部を遮断するので、映像をスムージング（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）する効果を示す。例えば、縦方向より横方向に長いウィンドウに中央値フィルターを適用すれば、縦方向にはスムージングが少なくなり、横方向には縦方向に比べてスムージングが大きくなる効果がある。
具体的に、波に対して方向フィルターを適用すれば、いさよう波の尾根部分は映像内で明るく現れ、波の谷部分は暗く現れるので、このような波のいさようパターンによって方向フィルターを適用しなければならない。また、隣接した両尾根に平行な方向にはフィルターウィンドウの大きさを小さく、そして垂直な方向には相対的にフィルターウィンドウの大きさを大きくして方向フィルターを適用することによってだけ映像内の波による影響を補正することができる。このような映像内の波による影響をより効果的に低減するためには、方向フィルターの横方向及び縦方向への適切なフィルターウィンドウの大きさ、そして角度を決定することが重要であり、これは周波数領域での映像分析によって決定することができる。
周波数領域での映像分析は、波効果を含む映像を対象として横方向及び縦方向への２次元高速フーリエ変換を遂行した。フーリエ変換によって、空間領域形態の映像を周波数領域形態の基本周波数に分離可能である。このような周波数領域形態に変換された映像は複素数値で表現され、この映像に複素共役（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）映像を掛けることによってパワースペクトル映像を生成することができる。このようなパワースペクトル映像の単位をログスケール単位であるデシベル（ｄｅｃｉｂｅｌ）単位で変換した映像は図４のように示すことができる。
図４は大気影響補正部１２２によって高解像衛星映像に現れる大気による影響を補正した映像を対象として生成した周波数領域でのパワースペクトル映像である。ここで、波による影響が映像全体に支配的に存在し、このような影響はパワースペクトル映像でも観測することができる。波のパターンは時計方向に約４８°の角度でずれており、隣接した両尾根の間は約９１ピクセル、そして波の尾根に平行な方向には約４１ピクセルと観測された。
このように方向フィルターの大きさ及び角度が決定されれば、回転が考慮された方向フィルター全体を含むフィルターの縦方向及び横方向への大きさを決定することができる。このような回転が考慮された方向フィルターは、フィルター内のピクセルのうち、回転された方向フィルターが含まれるピクセルを１と、含まれていないピクセルを０とその値を割り当てるように構成した。このような構成は、方向フィルターが映像を移動しながら、回転された方向フィルターの１部分に当たる映像の値のみを取った後、中央値を計算して映像をスムージングするためである。映像内の波効果パターンが一定の角度をなす場合、回転を考慮して方向フィルタリングを遂行すれば、より効果的に映像内の波のパターンを抽出することができる。
波による影響を補正した衛星映像を示した図５の図５ａと図３ａを比較したとき、視覚的に波による影響が補正されたことを確認することができ、よって油が流出した領域が視覚的によりうまく区分されることを確認することができる。図５ｂ及び図５ｃはそれぞれ油流出地域と一般の海水地域を拡大したものであり、波による影響がほとんど全て補正されたことを確認することができる。
前記衛星映像編集部１３０は、前記衛星映像補正部１２０で大気及び波による影響が補正された衛星映像を用いて油流出領域と一般海水領域の差を計算する。
具体的に、衛星映像編集部１３０は、前記油流出領域選択部１３２を介して使用者が選択した油流出領域の各チャネル映像についての情報を獲得し、これからチャネル情報値の傾向差と距離差の計算を遂行する。
前記油流出領域選択部１３２を介して使用者が選択した油流出領域は図５にＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で示すことができ、下記の表１は前記補正された光学衛星映像で現れる使用者が選択した油流出領域の各チャネル映像の情報値の例を示した表である。
前記表１の示した油流出領域の映像情報値に対する平均値を油流出領域の代表値として活用することができる。
すなわち、使用者が選択した油流出領域の場合、各チャネル映像によって違う値を有するが、平均値を活用することによって、該当日付で撮像された高解像光学衛星映像に現れる油流出領域の特性を説明することができる代表値として活用可能である。
前記油流出領域の情報値の意味に関連して、その物理的な意味を説明すれば、太陽は波長が非常に短い極度の高周波であるガンマ波から波長が非常に長い低周波である電波（ｒａｄｉｏ ｗａｖｅ）までの放射エネルギーを放出し、このうち可視光線波長帯域は約４００〜７００ｎｍに属し、近赤外線波長帯域は約７００〜１２００ｎｍに属する。また、このような太陽輻射エネルギーは太陽から放出された後、大気と地球表面に到逹していろいろの相互作用を経た後、反射されて再び宇宙に放出される過程を経ることになる。
一方、人工衛星に搭載されたセンサーは地表面から反射された太陽輻射エネルギーを記録して映像化し、特定波長帯域のエネルギーのみ記録し、これを数値化することができる。このとき、センサーに記録される数値化した値（輻射輝度、ａｔ−ｓｅｎｓｏｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）の単位は単位面積当たり入射する放射エネルギーの量であり、Ｗｍ−２となる。すなわち、衛星映像に一旦記録される値は輻射輝度値（ａｔ−ｓｅｎｓｏｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）である。
しかし、大部分の衛星センサーは輻射輝度値を保存するのに限界があり、例えば８ｂｉｔセンサーの場合、値を０〜２５５までしか表現することができないので、センサーに記録された放射エネルギー値を０〜２５５に変換して記録した後、別途の変換式とともに提供するようになる。
すなわち、８−ｂｉｔ解像度の衛星センサーの場合、センサーに記録された数値化した値は輻射輝度値であるが、変換されて使用者が確認することができる値は０〜２５５までが最高数値となり、このように変換された輻射輝度値をＤｉｇｉｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ（ＤＮ）値という。
一方、反射度（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）は地表面に到逹した太陽輻射エネルギーと反射されて放出された太陽輻射エネルギーの比率で説明することができる。例えば、１００というエネルギーが地表面に到逹した後、４０のエネルギーが放出されたならば、該当地表面の反射度は０．４で表現することができる。ここで、それぞれの地表面が有する反射度は各地表面ごとに違うから、一般的に地表面を区分するためにはＤＮ値又は輻射輝度値（ａｔ−ｓｅｎｓｏｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）よりは反射度を使うことが効果的である。このような指標の反射度は前記輻射輝度値（ａｔ−ｓｅｎｓｏｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）において大気による影響を補正した後（大気補正）に推正することができる。
したがって、映像によって地表面を区分するためには輻射輝度値（ａｔ−ｓｅｎｓｏｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）又はＤＮ値を使うこともできるが、より明確に地表面を区分するためには反射度（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）値を用いることが好ましい。
前記表１の油流出領域の映像情報値は各チャネル映像（青色、緑色、赤色、近赤外線）を獲得して大気補正を遂行することによって生成した油流出領域の反射度（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）値である。
一方、前記チャネル映像の全ての画素は青色、緑色、赤色及び近赤外線チャネル映像の反射度値が存在する。仮に、映像が横５００、縦５００の大きさであれば、前記画素の数は２５００００個となる。よって、例えば油流出領域の任意の少なくとも一画素において青色、緑色、赤色、近赤外線チャネル映像の値がそれぞれ８７．１１、７７．６３、７７．４８、４９．１２の場合、これをベクトルで表現すれば（８７．１１、７７．６３、７７．４８、４９．１２）となり、このようなベクトルを用いて前記第１方向ベクトルと第２方向ベクトルをそれぞれ生成することができる。
表１に示した平均値は、高解像光学衛星映像の撮像日付、撮像地域、及び大気及び波による影響を補正した結果によって変わることがある。よって、使用者は前記のような平均値が実際の油流出領域の海水の反射度値に対して誤差が存在することがあることを勘案しなければならない。
前記傾向差映像生成部１３４は、油流出領域選択部１３２によって選択された各チャネル別の油の情報値を用いて映像内の画素との傾向差（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎｇｌｅ Ｍａｐｐｅｒ）を示す映像を生成する。
ここで、各チャネル別の傾向差は各チャネル別の油流出領域の情報値が成す方向ベクトルと映像内海水領域の各チャネル別情報値が成す方向ベクトルの角度差を意味する。ここで、方向ベクトルの角度差は下記の式１によって計算することができる。
前記式１で、
は油の方向ベクトルと映像内画素の方向ベクトルの角度差を意味し、ｉとｊはそれぞれ画素方向とライン方向の映像座標を示す。
また、
は使用者が選択した油の各チャネル別情報に対する方向ベクトルを意味し、
は各映像座標に相当するチャネル別情報に対する方向ベクトルを意味し、
と
はそれぞれ使用者が選択した油流出領域の方向ベクトルと映像座標に相当する方向ベクトルの大きさを意味する。
前記距離差映像生成部１３６は、油流出領域選択部１３２で獲得した各チャネル別の油の情報値を用いて映像内画素との距離差（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｖｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を示す映像を生成する。
ここで、各チャネル別距離差は各チャネル別の油流出領域の情報値が成す方向ベクトルと映像内海水領域の各チャネル別情報値が成す方向ベクトルの距離差を意味する。ここで、方向ベクトルの距離差は下記の式２によって計算することができる。
前記式２で、
は油の方向ベクトルと映像内画素の方向ベクトルの距離差を意味し、
前記傾向差映像生成部１３４と前記距離差映像生成部１３６によって製作された傾向差映像と距離差映像写真を図６で確認することができる。ここで、図６ａは使用者が選択した油流出領域と海水領域の傾向差を示す映像を意味し、角度差が小さいほど油流出領域と類似し、角度差が大きいほど油流出領域と違う傾向を有する地域を示す。すなわち、図６ａで、角度差が小さいほど油流出領域である確率が高い地域であり、角度差が大きいほど海水である可能性が高い地域である。図６ｂは図６ａの各画素をヒストグラムで示したものであり、視覚的に見たとき、油流出地域と海水地域をよく区分することができることが分かる。ここで、両集団を一番よく分類することができる境界値は３．４９を示す。
図６ｃは使用者が選択した油地域との距離差を示す映像を意味し、距離差が小さいほど油流出領域と類似し、距離差が高いほど油流出領域と違う傾向を有する地域を示す。すなわち、図６ｃで、距離差が小さいほど油流出領域である可能性が高く、距離差が大きいほど海水である可能性が高い。図６ｄは図６ｃの各画素をヒストグラムで示したものであり、視覚的に見たとき、油流出地域と海水地域をよく区分することができることが分かる。ここで、油流出地域をよく区分することができる境界値は１３．８２を示す。
前記油流出領域探知部１４０は前記衛星映像編集部１３０で生成した傾向差映像と距離差映像を用いて油が流出した地域を探知する。
すなわち、前記油流出領域探知部１４０は、前記衛星映像編集部１３０で製作した傾向差映像と距離差映像にそれぞれの境界値を適用して各映像で油流出可能性が高い地域を分類し、各地域を合成して最終的な油流出地域を探知することにより、油流出領域の範囲判別における正確度を改善する。
具体的に、前記油流出領域探知部１４０は、前記傾向差映像が有する利点と距離差映像が有する利点を組み合わせて油流出地域を探知する。ここで、傾向差映像から油流出領域のチャネル別特性と類似した傾向を有する地域を探知し、距離差映像から油流出領域のチャネル別情報値との差が小さい地域を探知し、両地域を合成することによって油流出領域の可能性が高い地域を探知する。
図７は前記傾向差映像と距離差映像にそれぞれの境界値を適用した後、探知された地域を合成した結果を示す。ここで、図７ａは傾向差を示す映像の例で、前記傾向差映像生成部１３４で算定した境界値３．４９より小さな画素のみを表現した例である。図７ｂは距離差を示す映像の例で、前記距離差映像生成部１３６で算定した境界値１３．８２より小さな画素のみを表現した例である。図７ｃは図７ａの結果と図７ｂの結果を和集合して示した、探知された油流出地域の例を示した写真である。
図８は本発明の衛星映像を用いた油流出探知装置によって最終に生成された、流出した油を探知した結果映像の例を示した写真を開示している。ここで、図面に示す赤線が本発明の油流出探知装置及び方法によって最終に探知された油流出領域の範囲を意味する。
したがって、前記のような赤線で示す領域を把握することにより、海洋の油流出予想区域の探知において信頼性及び正確度の高い油流出領域探知が可能になり、環境的かつ経済的被害を引き起こす海上での油流出事故に効果的な防災政策を樹立することができる。
本発明による衛星映像を用いた油流出探知方法及びその装置は多様なコンピュータ手段によって実行可能なプログラム命令形態に具現されてコンピュータ可読の媒体に記録されることができる。前記コンピュータ可読の媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独であるいは組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は本発明のために特別に設計されて構成されたものなどであってもよく、コンピュータソフトウェア当業者に公知となって使用可能なものであってもよい。コンピュータ可読の記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのプログラムを記憶して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるもののような機械語コードだけではなく、インタプリターなどを使ってコンピュータで実行可能な高級言語コードを含む。前記ハードウェア装置は本発明の動作を遂行するために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることができ、その逆もまた同様である。
以上のように、本発明を具体的な構成要素などの特定の事項に限定された実施例及び図面に基づいて説明したが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供したものであるだけ、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野で通常の知識を有する者であればこのような記載から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の思想は前述した実施例に限って決定されてはいけなく、後述する特許請求範囲だけではなく、この特許請求範囲と均等又は等価の全ての変形は本発明思想の範疇に属すると言える。
本発明は、海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部、前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部、前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部、及び前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部を含む、衛星映像を用いた油流出探知装置及び方法に関する。
Claims (9)
- 海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信部と、
前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正部と、
前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成部と、
前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成部と、
前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知部とを含む、衛星映像を用いた油流出探知装置。 - 前記衛星映像受信部は、４ｍ級以下の光学映像を受信する衛星映像受信部である、請求項１に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 前記衛星映像補正部は、大気補正技法又は映像基盤補正技法を用いて前記衛星映像に対する大気影響を補正する大気影響補正部を含む、請求項１に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 前記衛星映像補正部は、前記衛星映像の横方向ウィンドウが縦方向ウィンドウより大きいとか又は前記衛星映像の縦方向ウィンドウが横方向ウィンドウより大きい方向フィルターを用いて前記衛星映像に対する波の影響を補正する波影響補正部を含む、請求項１に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 前記方向フィルターは、前記衛星映像の任意の一点の波長値を前記一点を中心にするウィンドウの中央値に代替して示す中央値フィルターである、請求項４に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 前記傾向差映像生成部及び距離差映像生成部はそれぞれ前記カラーチャネル映像において油流出領域の少なくとも二つ以上の画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値の平均値を算定し、このような平均値の変化に対する第１方向ベクトルを生成する、請求項１に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 前記油流出探知装置は、前記補正された衛星映像において油流出領域に対する任意の範囲を入力されることができる油流出領域選択部をさらに含む、請求項１に記載の衛星映像を用いた油流出探知装置。
- 海洋の油流出予想区域に対する衛星映像を受信する衛星映像受信段階と、
前記油流出予想区域に対する大気の影響及び波の影響を反映して前記衛星映像を補正する衛星映像補正段階と、
前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの角度差を示す傾向差映像を生成する傾向差映像生成段階と、
前記補正された衛星映像をカラーチャネル映像に変換し、前記カラーチャネル映像において油流出領域の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第１方向ベクトルと油流出領域以外の任意の少なくとも一画素で可視光線と近赤外線チャネル映像の反射度値に対する第２方向ベクトルの距離差を示す距離差映像を生成する距離差映像生成段階と、
前記傾向差映像及び距離差映像情報を合成して油流出領域の範囲を導出する油流出領域探知段階とを含む、衛星映像を用いた油流出探知方法。 - 請求項８の方法を実行するためのプログラムが記録されているコンピュータ可読の記録媒体。
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