KR101886540B1 - 원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템 및 이를 이용한 영상자료의 유효성 검사 방법 - Google Patents

원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템 및 이를 이용한 영상자료의 유효성 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원격탐사용 영상센서로부터 영상자료를 획득하기 이전단계 또는 상기 원격탐사용 영상센서로부터 자료 수급이 어려운 경우에 가상 모의 영상을 생성할 수 있는 원격탐사용 모의 영상 시뮬레이션 시스템과, 상기에 원격탐사용 모의 영상 시뮬레이션 시스템으로부터 생성된 모의 원격탐사 영상에 관한 이상이 발생할 가능성을 확인할 수 있는 유효성 검사 방법에 관한 것이다.

Description

원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템 및 이를 이용한 영상자료의 유효성 검사 방법{Remote Sensed Image Simulation System and Method for feasibility test of observed image data}
본 발명은 원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템 및 이를 이용한 영상자료의 유효성 검사 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 사용자가 정의한 원격 탐사용 영상센서에 대하여 수치적으로 계산된 모의 원격탐사 영상정보를 생산하기 위한 원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템과 실제 원격탐사용 영상센서로부터 관측된 원격탐사 영상정보의 유효성을 검사할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
원격탐사용 영상센서는 지도 작성, 위치정보, 기상/환경 관측 정보, 기타 지구 과학과 관련된 물리적 변수 자료 생산 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기본적으로 영상 센서는 태양 복사에너지가 지구에 의하여 반사되거나, 지구 자체적으로 방출하는 지구복사에너지를 화소별로 측정하여 영상정보로 재구성하게 된다.
일반적인 지구관측용 영상 센서는 자외선, 가시광선, 적외선 파장대에서 대기의 영향을 적게 받는 파장대를 선택하여 채널을 설계한다. 이러한 설계과정에서 영상정보의 유효성을 테스트하기 위하여 실험실 또는 현장에서의 관측도 가능하지만, 항공기나 인공위성 탐재용 센서를 실제 테스트하기엔 많은 제약이 따른다.
따라서, 보다 경제적이고 효율적인 측면에서 수치계산적인 방법을 통해서 모의영상을 구성하고 이를 이용한 유효성 검사 기술은 필수적이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 가상 또는 실제 원격탐사용 영상 센서의 특성과 환경변수를 입력자료로 활용하여 수치계산과정을 거친 모의 영상 자료를 생성함으로써, 원격탐사 영상자료의 분석을 위한 알고리즘 개발 또는 실제 원격탐사용 영상 센서의 유효성 검증과 같은 분야에서 활용 가능한 자료를 제공할 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원격탐사 영상센서의 고유 광학 특성정보와 관측 기하정보를 결정하기 위한 원격탐사 센서 특성 결정부와, 획득하고자 하는 관측시간 및 영상자료의 공간적 범위를 결정하기 위한 시공간 범위 결정부와, 상기 원격탐사 센서 특성 결정부와 상기 시공간 범위 결정부에 입력된 정보에 기초하여 영상 센서의 각 화소별 복사량을 결정하는 모의 영상자료 생성부, 및 상기 모의 영상자료 생성부에서 생성된 모의 영상과 실제 관측된 영상을 비교하기 위한 영상정보 유효성 검사부를 포함하는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템이 제공된다.
상기 원격탐사 센서 특성 결정부는 유인/무인 항공기 탑재용 또는 인공위성 탑재용 영상센서의 고유 기기특성인 파장별 상대반응함수와 센서 관측각 및 센서 방위각을 포함할 수 있다.
상기 모의 영상자료 생성부에서, 각 화소별 이론적 복사량은 복사전달방정식에 따라 산출될 수 있다. 상기 복사전달방정식에서 원격탐사용 센서가 관측하는 복사량은 지구 대기 중 구름에 의한 복사량, 에어로졸의 광 소산에 의한 복사량과 대기분자산란에 의한 복사량, 및 지표에 의한 복사량의 합에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 모의 영상자료 생성부는 영상 센서의 각 화소별 채널별 복사량을 2차원 격자 형태로 된 디지털 모의 영상자료 파일로 저장할 수 있다.
상기 영상정보 유효성 검사부에서, 실제 센서 영상자료의 화소별 이상치 검정 및 유효도 검사가 이루어질 수 있다.
영상 센서의 파장 특성이 가시채널인 경우, 선 복사전달모델을 통해 이론적인 복사량을 획득할 수 있고, 영상 센서의 파장 특성이 적외채널인 경우, 밴드 복사전달모델을 통해 이론적인 복사량을 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 원격탐사 영상센서의 고유 광학 특성정보와 관측 기하정보를 결정하는 단계와, 획득하고자 하는 관측시간 및 영상자료의 공간적 범위를 결정하는 단계와, 상기 원격탐사 센서 특성 결정부와 상기 시공간 범위 결정부에 입력된 정보에 기초하여 영상 센서의 각 화소별 복사량을 모의 영상 자료 파일로 저장하는 단계, 및 상기 모의 영상자료 생성부에서 생성된 모의 영상과 실제 관측된 영상 비교하여 실제 센서 영상자료의 화소별 이상치 검정 및 유효성 검사를 진행하는 단계를 포함하는 영상자료의 유효성 검사 방법이 제공된다.
본 발명에 의한 원격탐사 영상 자료 생성 시스템 및 이를 이용한 영상자료의 유효성 검사 방법에 의하면, 원격탐사용 영상센서의 설계 단계 및 실제 운용 이전 단계에서 알려진 영상 센서의 특성과 운용 방법에 따른 모의 영상정보의 생성이 가능하므로 영상센서 정보의 분석 알고리즘 개발이나 영상정보의 활용분야에 대한 계획을 수립할 수 있는 효과가 있다.
또한, 원격탐사용 영상센서의 실제 운용단계에서는 기기적 오류나 환경요인에 따른 이상치가 발생할 수 있으므로, 이에 대한 유효성 검사를 위한 비교자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 영상자료 생성부의 자료처리 부분을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원격탐사 위성 영상 모의 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원격탐사 위성 영상 모의 결과와 실제 위성관측 자료와의 비교 결과를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 원격탐사 센서 특성 결정부(100)는, 유인/무인 항공기 탑재용 또는 인공위성 탑재용 영상센서의 고유 기기특성인 파장별 상대반응함수와 관측기하정보(센서 관측각, 센서방위각)를 이용하되, 하기의 일반식 1에 의해 결정되는 센서가 관측하게 되는 이론적인 복사량에 영향을 미치는 복사전달방정식을 풀기 위한 입력자료로 사용되는 것을 특징으로 한다.
[일반식 1]
Lsat(θ0,θs,Φ,λ) = Ω·Tgas(θ0,θs,Φ,λ)(Lcld(θ0,θs,Φ,λ) + Laer(θ0,θs,Φ,λ) + Lray(θ0,θs,Φ,λ) + Lsurf(θ,λ))
상기 일반식 1에서, 태양과 센서의 기하정보의 항으로써, 태양 천정각(θ0), 센서 시야각(θs), 태양-센서 간 상대 방위각(Φ), 지표에서의 반사각(λ)의 함수를 나타낸다.
상기 일반식 1에서, 원격탐사용 센서가 관측하는 복사량(Lsat)은 지구 대기 중 구름에 의한 복사량(Lcld), 에어로졸의 광 소산에 의한 복사량(Laer)과 대기분자산란에 의한 복사량(Lray) 및 지표에 의한 복사량(Lsurf)의 합이 대기 중 기체성분에 의한 투과도(Tgas), 센서의 상대반응함수(Ω)에 의한 영향을 받는 함수로 표현될 수 있다.
상기 일반식 1에 의하면, 파장 λ에 대하여 대기 중의 주요 미량 기체 성분의 양과 에어로졸의 양 및 광학특성값(파장별 광 소산계수, 단산란 알베도, 비대칭 상수), 지표 특성값(가시광선 영역에서의 반사도 및 적외 영역에서의 반사율)을 이용하여 센서가 관측 가능한 이론적인 복사량을 결정할 수 있다.
시공간 범위 결정부(200)는, 획득하고자 하는 관측시간 및 영상자료의 공간적 범위를 제공하여 하기의 수치계산 범위영역을 제한한다.
모의 영상자료 생성부(300)는, 영상의 각 화소별 이론적 복사량을 결정하기 위하여 각각의 화소별로 상기 원격탐사 센서 특성 결정부와 시공간 범위 결정부에 입력된 지구 대기 조성 및 지표 반사/방사 특성 정보를 전달받아 복사전달모델을 수행한다. 복사전달모델을 수행한 결과값은 영상 센서의 각 화소별 채널별 복사량으로서 2차원 격자 형태로 된 디지털 모의 영상 자료 파일로 저장된다.
영상정보 유효성 검사부(400)에서 상기 모의 영상자료 생성부에서 생성된 모의 영상과 실제 관측된 영상을 비교하기 위한 실제 센서 영상자료의 화소별 이상치 검정 및 유효도 검사가 이루어진다.
본 발명은 원격탐사용 영상센서로부터 영상자료를 획득하기 이전단계 또는 상기 원격탐사용 영상센서로부터 자료 수급이 어려운 경우에 가상 모의 영상을 생성할 수 있는 원격탐사용 모의 영상 시뮬레이션 시스템과, 상기에 원격탐사용 모의 영상 시뮬레이션 시스템으로부터 생성된 모의 원격탐사 영상에 관한 이상이 발생할 가능성을 확인할 수 있는 유효성 검사 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 영상자료의 유효성 검사 방법은 원격탐사 영상센서의 고유 광학 특성정보와 관측 기하정보를 결정하는 단계, 획득하고자 하는 관측시간 및 영상자료의 공간적 범위를 결정하는 단계, 상기 원격탐사 센서 특성 결정부와 상기 시공간 범위 결정부에 입력된 지구 대기 조성 및 지표 반사/방사 특성 정보에 기초하여 영상 센서의 각 화소별 복사량을 모의 영상 자료 파일로 저장하는 단계 및 상기 모의 영상자료 생성부에서 생성된 모의 영상과 실제 관측된 영상 비교하여 실제 센서 영상자료의 화소별 이상치 검정 및 유효성 검사를 진행하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
본 시스템은 원격탐사 센서 특성 입력부(100)에서 해당 센서의 기기적 고유특성정보인 파장에 대한 상대반응함수와 관측 기하정보인 센서의 관측각과 방위각을 입력자료로 결정 하며, 시공간 범위 결정부(200)에서 해당 영상 센서의 관측시간과 공간적 범위(위도, 경도 또는 TM좌표 등)를 결정하며, 상기 조건 하에서 영상의 각 화소별 복사량을 계산하는 모의 영상자료 생성부(300), 그리고 상기 화소별 계산된 복사량으로부터 영상정보를 생성하고 실제 관측영상과의 비교를 통해 유효성 검사를 수행하는 영상정보 유효성 검사부(400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 모의 영상자료 생성부(300)의 자료처리 부분을 도시한 것이다. 상기 모의 영상자료 생성부는 해당 센서의 관측조건(센서 관측각, 센서 파장, 태양고도각, 상대방위각), 관심 지점에 대한 지표특성(지표고도, 가시영역 반사도, 적외영역 방사율), 관심 지점에 대한 대기조성(온도, 압력, 수증기농도, 오존농도 등), 관심 지역에 대한 구름정보(운형, 운고, 운상, 광학두께 등), 관심 지점에 대한 에어로졸 정보(농도 프로파일, 광 소산계수 등)의 입력 자료를 작성하며, 각 입력자료는 실제 관측자료 또는 재분석(reanalysis) 모델링 자료를 이용할 수 있다.
센서의 파장 특성이 가시채널인 경우에는 선 복사전달모델을 수행하고, 센서의 파장 특성이 적외채널인 경우에는 밴드 복사전달모델을 수행하여, 계산된 이론적인 복사량을 획득한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원격탐사 위성 영상 모의 결과의 한 사례로서, 2012년 10월 6일 오후 2시경에 천리안 위성의 관측 복사량을 시뮬레이션 한 결과와 실제 위성관측 복사량을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원격탐사 위성 영상 모의 결과와 실제 위성관측 자료와의 비교 결과를 도시한 것이다.
정리하면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 원격탐사용 모의 영상 자료 생성 시스템에서의 화소별 복사량을 계산하기 위하여 필요한 영상센서의 고유한 기기 특성인 파장별 상대반응함수 자료와 상기 영상센서의 관측 조건에 대한 자료를 받아들이는 수단과, 상기 시뮬레이션에 앞서 상기 영상 형성 처리를 위한 메모리 영역을 확보하는 동시에, 상기 시뮬레이션에서 상기 영상 형성 처리를 위해 필요로 되는 메모리 사이즈를 감시하여 상기 필요로 되는 메모리 사이즈와 상기 확보된 메모리 영역의 사이즈를 비교하는 메모리 관리 수단과, 상기 비교의 결과에 관한 정보를 출력하는 출력 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 영상 처리 시뮬레이션 장치가 제공된다.
또한, 상기 메모리 관리 수단은, 상기 시뮬레이션에서 상기 영상 형성 처리를 위해 필요로 하는 복사전달 모델에서 요구되는 입력자료의 종류에 의거하여, 상기 영상 형성 처리를 실행하기 위해 확보되어야 입력 자료의 종류를 결정하고, 상기 출력 수단은 상기 결정의 결과에 관한 정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 메모리 관리 수단은 상기 시뮬레이션에서 상기 영상 형성 처리를 위해 필요로 되는 메모리 사이즈의 최대값을 기록하고, 상기 출력 수단은 상기 기록의 결과에 관한 정보를 출력할 수 있다.
또한, 영상 형성 처리 장치에서의 영상 형성 처리의 결과와 비교대상이 되는 실제 관측 영상 데이터를 받아들이는 공정과, 상기 관측 영상 데이터를 사용하여 상기 영상 형성 처리 장치에서 생성된 상기 영상 데이터를 비교 대상으로 하는 영상 비교 테스트를 실행하는 공정과, 상기 비교의 결과에 관한 정보를 출력하는 공정을 포함할 수 있다.
10: 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템
100: 원격탐사 센서 특성 결정부
200: 시공간 범위 결정부
300: 모의 영상자료 생성부
400: 영상 정보 유효성 검사부

Claims (9)

  1. 원격탐사 영상센서의 고유 광학 특성정보와 관측 기하정보를 결정하기 위한 원격탐사 센서 특성 결정부;
    획득하고자 하는 관측시간 및 영상자료의 공간적 범위를 결정하기 위한 시공간 범위 결정부;
    상기 원격탐사 센서 특성 결정부와 상기 시공간 범위 결정부에 입력된 정보에 기초하여 영상 센서의 각 화소별 복사량을 결정하는 모의 영상자료 생성부; 및
    상기 모의 영상자료 생성부에서 생성된 모의 영상과 실제 관측된 영상을 비교하기 위한 영상정보 유효성 검사부를 포함하고,
    상기 모의 영상자료 생성부는 영상 센서의 각 화소별 채널별 복사량을 2차원 격자 형태로 된 디지털 모의 영상자료 파일로 저장하는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원격탐사 센서 특성 결정부는 유인/무인 항공기 탑재용 또는 인공위성 탑재용 영상센서의 고유 기기특성인 파장별 상대반응함수와 센서 관측각 및 센서 방위각을 포함하는 특징으로 하는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 모의 영상자료 생성부에서, 각 화소별 이론적 복사량은 복사전달방정식에 따라 산출되는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복사전달방정식에서 원격탐사용 센서가 관측하는 복사량은 지구 대기 중 구름에 의한 복사량, 에어로졸의 광 소산에 의한 복사량과 대기분자산란에 의한 복사량, 및 지표에 의한 복사량의 합에 기초하여 결정되는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 영상정보 유효성 검사부에서, 실제 센서 영상자료의 화소별 이상치 검정 및 유효도 검사가 이루어지는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 영상 센서의 파장 특성이 가시채널인 경우 선 복사전달모델을 통해 이론적인 복사량을 획득하는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 영상 센서의 파장 특성이 적외채널인 경우 밴드 복사전달모델을 통해 이론적인 복사량을 획득하는 모의 원격탐사 영상자료 생성 및 유효성 검사 시스템.
  9. 삭제
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