KR20170087836A - Aerosol detection, height ranging, optical thickness, effective sizing, and validation system and method over ocean - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상에서 항공기나 인공위성에 탑재되는 가시광선 내지 적외선 파장 영역에서 영상 정보를 생성할 수 있는 다중채널 영상센서(multi-channel imaging sensor)가 생성한 채널별 영상 관측 자료로부터 대기 에어로졸(atmospheric aerosols)을 탐지하기 위한 방법과, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 유효고도(effective height)를 결정할 수 있는 방법, 상기 에어로졸 탐지 결과 및 유효고도 결정 결과로부터 광학두께(optical thickness)와 크기정보를 결정할 수 있는 방법, 그리고 상기 에어로졸 탐지 결과 및 광학두께의 이상 또는 정확도를 확인할 수 있는 유효성 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for generating atmospheric aerosols from an image observation data of each channel generated by a multi-channel imaging sensor capable of generating image information in a visible light region or an infrared ray wavelength region mounted on an airplane or a satellite, A method for determining the effective height from the aerosol detection result, a method for determining optical thickness and size information from the aerosol detection result and the effective altitude determination result, And a validation method capable of confirming abnormality or accuracy of the aerosol detection result and optical thickness.
Description
본 발명은 해상에서 항공기나 인공위성에 탑재되는 가시광선 내지 적외선 파장 영역에서 영상 정보를 생성할 수 있는 다중채널 영상센서(multi-channel imaging sensor)가 생성한 채널별 영상 관측 자료로부터 대기 에어로졸(atmospheric aerosols)을 탐지하기 위한 방법과, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 유효고도(effective height)를 결정할 수 있는 방법, 상기 에어로졸 탐지 결과 및 유효고도 결정 결과로부터 광학두께(optical thickness)와 크기정보를 결정할 수 있는 방법, 그리고 상기 에어로졸 탐지 결과 및 광학두께의 이상 또는 정확도를 확인할 수 있는 유효성 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for generating atmospheric aerosols from an image observation data of each channel generated by a multi-channel imaging sensor capable of generating image information in a visible light region or an infrared ray wavelength region mounted on an airplane or a satellite, A method for determining the effective height from the aerosol detection result, a method for determining optical thickness and size information from the aerosol detection result and the effective altitude determination result, And a validation method capable of confirming abnormality or accuracy of the aerosol detection result and optical thickness.
다중채널을 가지는 영상센서는 대상 물체의 특성에 따라 반사되거나 방출하는 복사에너지를 각 파장별, 화소별로 측정하여 다양한 영상정보로 재구성할 수 있다. 항공기나 인공위성에 탑재된 영상센서는 대상의 특성을 산출하기 위하여 대기의 영향이 최소인 파장대를 선택하여 설계한다.An image sensor having multiple channels can reconstruct various image information by measuring radiation energy radiated or emitted according to characteristics of an object, for each wavelength and for each pixel. Image sensors mounted on airplanes or satellites are designed to select the wavelength band with the minimum influence of the atmosphere in order to calculate the characteristics of the object.
지표나 해양을 목표로 영상센서를 활용하는 경우에는 지구 대기 조성물질(특히, 에어로졸)이 방해요인으로 작용하기 때문에 대기보정(Atmospheric correction)과정이 필수적이며 다양한 대기보정 방법이 제시되었다. 대기 관측분야에서도 대기 에어로졸의 직접 관측하는 것은 대기오염이나 지구환경감시, 그리고 기후변화 분야에서도 매우 중요한 과업이다.Atmospheric correction (atmospheric correction) is indispensable and various atmospheric correction methods have been proposed because the use of image sensors for the surface or offshore is an obstacle to the global atmospheric composition (especially aerosols). Direct observation of atmospheric aerosols is also an important task in the field of atmospheric observation, in the fields of air pollution, global environment monitoring, and climate change.
본 발명의 대상인 해상환경은, 항공기나 인공위성에 탑재되는 다중채널 영상센서가 측정하는 총 복사에너지 중 해수에 의한 기여도가 매우 낮기 때문에, 채널별 복사량으로부터 에어로졸의 다양한 특성정보를 산출 가능하다.Since the marine environment of the present invention is very low in the contribution of the total radiant energy measured by the multi-channel image sensor mounted on the airplane or the satellite to seawater, various characteristics information of the aerosol can be calculated from the radiation amount per channel.
대기 에어로졸 광학두께 분석 기술은 통신해양기상위성의 가시영역 광대역 단일채널(파장 0.4-0.7㎛ 범위)을 이용하는 방법(한국등록특허번호 제10-0869698호) CERES 센서의 단파장 전체 영역에 대한 광대역 단일채널(0.4-4㎛ 범위)을 이용하는 방법 (한국등록특허번호 제10-0968473호), 4개의 협대역 채널(0.412㎛, 0.440㎛, 0.640㎛, 0.860㎛)을 이용하는 방법(한국등록특허번호 제10-1007304호)이 제시되었다.The atmospheric aerosol optical thickness analysis technique is a method using a single channel (wavelength range of 0.4-0.7 μm) of a visible region of a communication marine meteorological satellite (Korean Patent No. 10-0869698). A broadband single channel (Korean Registered Patent No. 10-0968473), a method using four narrow-band channels (0.412 탆, 0.440 탆, 0.640 탆, 0.860 탆) (Korean Patent No. 10 -1007304).
그러나, 기존의 방법에 의하면, 센서 설계의 제약, 자료처리 알고리즘의 제약으로 인하여, 에어로졸 입자에 대한 정보를 보다 효과적으로 획득하기엔 많은 불확실성에 의한 제약이 따른다. 따라서, 보다 경제적이고 효율적인 측면에서 다중채널 영상정보를 충분히 활용하여 보다 진보적인 수치계산 방법을 사용하여 에어로졸 탐지와 함께, 유효고도, 광학두께, 크기정보를 산출하고 이에 대한 유효성 검사 기술은 관련분야에서 필수적이다.However, according to the existing method, due to constraints of sensor design and data processing algorithms, there are many uncertainties in obtaining information about aerosol particles more effectively. Therefore, in order to more economically and efficiently utilize multi-channel image information, more advanced numerical calculation methods are used to calculate aerosol detection, effective altitude, optical thickness, and size information, It is essential.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 해양에서 가시광선-적외선 영역의 다중채널 영상정보를 입력 자료로 활용하여 수치계산과정을 거친 후 에어로졸 탐지 및 유효고도, 광학두께, 입자 크기와 관한 영상 자료를 생성함으로써, 원격탐사 분야에서 흔히 사용되는 대기 보정에 필요한 자료 생성과 대기오염이나 기후변화와 같은 대기환경 분야에서 필요한 과학적 자료를 제공할 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting aerosol, effective altitude and optical altitude Thickness, and particle size to create data necessary for atmospheric correction, commonly used in remote sensing applications, and provide systems and methods for providing the necessary scientific data in the air environment such as air pollution or climate change I have to.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다중채널 영상센서가 생성한 채널 별 영상 관측 자료로부터 해상에 해당하는 화소를 선택하는 원시자료 준비부(S110)와, 원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 에어로졸 탐지부(S120)와, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정할 수 있는 유효고도 결정부(S130)와, 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정할 수 있는 광학두께/입자크기정보 결정부(S140) 및 에어로졸 탐지부, 유효고도 결정부 및 광학두께/입자크기정보 결정부의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 유효성 검사부(S150)를 포함하는 유효성 검사 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-channel image processing apparatus including a source data preparation unit (S110) for selecting a pixel corresponding to a sea from image observation data for each channel generated by a multi-channel image sensor, An effective altitude determination unit (S120) for determining an effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel based on the aerosol pixel determined from the aerosol detection result, (S130), an optical thickness / particle size information determination unit (S140) that can determine optical thickness and particle size information from the type of aerosol and the effective altitude, and an optical thickness / particle size information determination unit And a validation checker (S150) for comparing the result with the verification data having the same observation time and spatial range And provides the system.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다중채널 영상센서가 생성한 채널 별 영상 관측 자료로부터 해상에 해당하는 화소를 선택하는 단계, 원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 단계, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정하는 단계, 상기 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정하는 단계 및 상기 에어로졸 종류, 유효고도 및 광학두께/입자크기정보의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 단계를 포함하는 유효성 검사 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of generating a multi-channel image, the method comprising: selecting a pixel corresponding to a marine image from multi-channel image sensor-generated image data; Determining an effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel based on the aerosol pixel determined from the aerosol detection result, determining optical thickness and particle size information from the aerosol type and the effective altitude And comparing the result of the aerosol type, the effective altitude and the optical thickness / particle size information with the data for verification whose observation time and spatial range agree with each other.
본 발명에 의한 해상에서 가시광선-적외선 영역의 다중채널 영상정보를 입력 자료로 활용하여 수치계산과정을 거친 후 에어로졸 탐지 및 유효고도, 광학두께, 입자 크기결정 방법에 의하면, 항공기나 인공위성 탑재용 다중 채널 영상센서의 특성과 운용 방법에 따라 대기 에어로졸의 탐지와 특성정보 산출이 가능하다. 상기 대기 에어로졸의 탐지와 특성정보는 영상센서의 대기 보정에 필요한 자료 제공 및 대기오염이나 기후변화 관련 분야에 필요한 과학적 자료를 제공할 수 있는 수단이 될 수 있다.According to the aerosol detection and effective altitude, optical thickness, and particle size determination method using numerical calculation process using multi-channel image information of visible ray-infrared region in the sea according to the present invention as an input data, It can detect atmospheric aerosol and calculate characteristic information according to characteristics and operation method of channel image sensor. The atmospheric aerosol detection and characterization information may provide a means for providing data necessary for the atmospheric correction of the image sensor and scientific data necessary for the air pollution or climate change related fields.
또한, 영상센서의 실제 운용단계에서 생산하는 산출자료에 대한 유효성 검사를 위한 비교자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.Also, there is an effect that can be used as a comparative data for validation of the output data produced in the actual operation stage of the image sensor.
도 1은 본 발명에 따른 자료처리 방법을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 탐지부의 자료처리 부분을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 지구관측 위성인 MODIS 위성 영상(2011년 5월 1일 02:00UTC 관측자료)을 입력 자료로 에어로졸 탐지 및 광학두께를 분석한 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 영상 분석 결과와 검증용 자료(MODIS 에어로졸 산출물)와의 비교를 위한 유효성 검사 결과를 소프트웨어적으로 구현한 일례를 도시한 것이다.1 shows a data processing method according to the present invention.
2 shows a data processing part of an aerosol detection part according to the present invention.
FIG. 3 shows the result of analyzing aerosol detection and optical thickness using MODIS satellite image (observation data of 02: 00 UTC, May 1, 2011), which is an earth observation satellite, according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows an example of a software implementation of a validation result for comparison between a satellite image analysis result and a verification data (MODIS aerosol output) according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다중채널 영상센서가 생성한 채널별 영상 관측 자료로부터 해상에 해당하는 화소를 선택하는 원시자료 준비부(S110)와, 원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 에어로졸 탐지부(S120)와, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정할 수 있는 유효고도 결정부(S130)와, 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정할 수 있는 광학두께/입자크기정보 결정부(S140) 및 에어로졸 탐지부(S120), 유효고도 결정부(S130) 및 광학두께/입자크기정보 결정부(S140)의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 유효성 검사부(S150)를 포함하는 유효성 검사 시스템을 제공한다.The present invention relates to a multi-channel image processing apparatus, comprising: a source data preparation unit (S110) for selecting a pixel corresponding to a sea from image observation data of each channel generated by a multi-channel image sensor; An effective altitude determination unit S130 that can determine the effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel based on the aerosol pixel determined from the aerosol detection result, An optical thickness / particle size information determination unit S140, an aerosol detection unit S120, an effective altitude determination unit S130, and an optical thickness / particle size information determination unit S140 that can determine optical thickness and particle size information from the effective altitude And a validation checking unit (S150) for comparing the result of the verification with the verification data having the same observation time and spatial range.
본 발명에 따른 대기 에어로졸 탐지부(S120)는, 유인/무인 항공기 탑재용 또는 인공위성에 탑재된 다파장 영상센서가 제공하는 영상에서 해상에 해당하는 화소에 대하여, 0.4 ㎛ ~ 0.8 ㎛ 중 임의의 파장대 단수 또는 복수의 가시광선 영역의 채널 반사도의 최대치가 30%와 적외선 영역의 밝기 온도 값이 270K보다 작은 화소를 구름화소로 선택하여 제거한다. 구름이 아닌 나머지 화소에 대하여, 에어로졸 화소로 간주하여 에어로졸 타입을 구분한다. 상기 에어로졸 종류는 주요 에어로졸 종류를 의미할 수 있고, 상기 주요 에어로졸 종류는 연무성 에어로졸, 먼지성 에러로졸 및 기타 미확인 에어로졸을 포함할 수 있다.The atmospheric aerosol detecting unit S120 according to the present invention detects an atmospheric aerosol from an arbitrary wavelength among 0.4 to 0.8 mu m for a pixel corresponding to a sea in an image provided by a multichannel image sensor mounted on a manned / A pixel having a maximum value of channel reflectivity of 30% in a single or a plurality of visible light regions and a brightness temperature value of an infrared region of less than 270K is selected and removed as a cloud pixel. For the remaining pixels other than clouds, the aerosol type is classified as an aerosol pixel. The type of aerosol may refer to a major aerosol type, which may include a soft aerosol, a dusty error, a sol and other unidentified aerosols.
먼지성 에어로졸의 탐지는 입자의 크기가 비교적 크고 유효고도가 높기 때문에, 가시채널에서 채널별 반사도가 비교적 균일하고, 적외 채널에서의 밝기온도가 낮은 특징을 사용한다.Detection of dusty aerosols uses a feature that the reflectance of the visible channel is relatively uniform and the brightness temperature in the infrared channel is low because the particle size is relatively large and the effective height is high.
[일반식 1][Formula 1]
일반식 1에서 가시채널 반사도(ρVis), 단파 적외 채널 반사도(ρSWIR)는 영상센서의 사용 가능한 채널에 의하여 선택되며, 두 값의 비율의 범위(Th1)은 연무성 에어로졸이 가질 수 있는 최대 범위를 영상의 통계적 화소 분석 결과를 이용하여 사용한다. 그리고 0.8 ㎛ 가시채널 반사도(ρ0.8)은 해상의 반사도가 매우 낮으므로, 먼지성 에어로졸을 제외한 연무성 에어로졸 존재 시 0.2보다 낮은 값을 가지는 조건에 한하여 연무성 에어로졸로 판단한다.In the
연무성 에어로졸의 탐지는 먼지성 에어로졸이 아닌 경우에 한하여 실시되며, 태양-센서 산란각 (Φ)이 40도보다 낮은 지역은 높은 태양반사로 인하여 에어로졸 탐지 불가능 지역으로 분류한다. 태양반사점 지역은 태양의 위치에 따른 태양고도각과 다중채널 영상 센서의 관측각에 대한 함수로서 하기의 일반식 2와 같이 표현된다.Detection of aerosol aerosol is carried out only when it is not dust aerosol, and the region where the sun - sensor scatter angle (Φ) is lower than 40 degrees is classified as an area where aerosol detection is impossible due to high sun reflection. The solar reflection point region is expressed as a function of the solar altitude angle according to the position of the sun and the observation angle of the multi-channel image sensor as shown in the following
[일반식 2][Formula 2]
연무성 에어로졸의 탐지는 입자의 크기가 먼지성 입자보다 상대적으로 작고 저고도에 분포하기 때문에, 가시채널에서 채널별 반사도가 파장이 길수록 낮아지는 경향을 가지고, 적외선 채널에서의 영향을 받지 않는 특징을 사용한다.The detection of aerosol aerosols is characterized by the fact that the particle size is relatively small and distributed at a lower level than dusty particles, so that the reflectance of each channel in the visible channel tends to become lower as the wavelength becomes longer and is not influenced by the infrared channel do.
[일반식 3][Formula 3]
상기의 식(3)에서 가시채널 반사도(ρVis), 단파 적외 채널 반사도(ρSWIR)는 영상센서의 사용 가능한 채널에 의하여 선택되며, 두 값의 비율의 범위(Th1)은 연무성 에어로졸이 가질 수 있는 최대 범위를 영상의 통계적 화소 분석 결과를 이용하여 사용한다. 그리고 0.8 ㎛가시채널 반사도(ρ0.8)은 해상의 반사도가 매우 낮으므로, 먼지성 에어로졸을 제외한 연무성 에어로졸 존재 시 0.2보다 낮은 값을 가지는 조건에 한하여 연무성 에어로졸로 판단한다.In the above equation (3), the visible channel reflectivity (ρ vis ) and shortwave infrared channel reflectivity (ρ SWIR ) are selected by the usable channels of the image sensor, and the ratio Th1 of the two values has a soft aerosol The maximum range that can be used is obtained by using the statistical pixel analysis result of the image. The reflectivity of 0.8 ㎛ visible channel (ρ 0.8 ) is very low. Therefore, it is judged to be aerosol aerosol only when it is lower than 0.2 in the presence of aerosol aerosol except dust aerosol.
먼지성 에어로졸의 탐지 및 연무성 에어로졸의 탐지에 해당하지 않는 경우에는 기타 미학인 에어로졸로 간주한다. 상기, 대기 에어로졸 탐지과정에서 결정된 에어로졸 탐지 결과는 2차원의 디지털 자료로 저장된다.If it does not correspond to the detection of dusty aerosols and the detection of aerosol aerosols, they shall be considered as other aesthetic aerosols. The aerosol detection results determined in the atmospheric aerosol detection process are stored as two-dimensional digital data.
본 발명에 따른 유효고도 결정부(S130)는, 상기 대기 에어로졸 탐지결과를 입력 자료로 전달받아 실행된다. 에어로졸의 발생원이 대부분 지표에 위치하고 있으며, 지구 중력의 영향으로 연무성 에어로졸이나 기타 미확인 에어로졸은 대부분이 지표근처에 존재하지만, 먼지성 에어로졸은 모래폭풍이 기원하여 공중으로 부양된 상태이므로 유효고도 산정방법이 다르게 적용된다.The effective altitude determination unit (S130) according to the present invention receives the atmospheric aerosol detection result as input data and is executed. Most sources of aerosols are located on the surface of the earth. Most of the aerosols or other unidentified aerosols are near the surface due to the influence of the earth's gravity. However, since dusty aerosols are floating in the air due to sand storms, effective altitude calculation method Is applied differently.
먼지성 에어로졸의 경우, 적외 채널의 밝기 온도 값이 주변 화소의 고도별 온도와 같은 고도인 경우 해당화소의 고도를 먼지성 에어로졸의 유효 고도로 결정한다. 즉, 하기의 식 (4)에 의해 결정되는 영상 센서가 관측한 11 ㎛의 밝기 온도 값(BT11)과 주변 화소의 고도별 온도값(T(h))의 비교를 통해 먼지성 에어로졸의 유효 고도값(HDust)을 결정한 결과를 디지털 자료 파일로 저장하는 것을 특징으로 한다.For dusty aerosols, if the brightness temperature of the infrared channel is at the same altitude as the ambient temperature of the surrounding pixels, the altitude of the pixel is determined as the effective altitude of the dusty aerosol. That is, by comparing the brightness temperature value (BT 11 ) of 11 占 퐉 observed by the image sensor determined by the following equation (4) with the temperature value T (h) And the result of determining the altitude value (H Dust ) is stored as a digital data file.
[일반식 4][Formula 4]
연무성 에어로졸이나 기타 미확인 에어로졸의 경우는 0.55 ㎛ 파장의 광학두께의 함수로 결정한다. 즉, 하기의 식 (5)에 의해 결정되는 영상 센서가 관측한 0.55 ㎛의 광학두께값(τ0.55)과 연무성 에어로졸의 유효척도고도(SH = 2 km), 기타 에어로졸의 유효척도고도(SH = 1 km)를 이용하여 과 주변 화소의 고도별 온도값(T(h))의 비교를 통해 먼지성 에어로졸의 유효 고도값(HDust)을 결정한 결과를 디지털 자료 파일로 저장하는 것을 특징으로 한다. In the case of a soft aerosol or other unidentified aerosol, it is determined as a function of the optical thickness of the 0.55 μm wavelength. That is, the optical thickness value (τ 0.55 ) of 0.55 μm observed by the image sensor determined by the following formula (5), the effective scale height of the soft aerosol (SH = 2 km), the effective scale height of the other aerosols = 1 km), the result of determining the effective altitude value (H Dust ) of the dusty aerosol through comparison of the altitude temperature value (T (h)) of the surrounding pixels with the altitude value is stored as a digital data file .
[일반식 5][Formula 5]
상기 식 (5)에서는 에어로졸 화소별 지상 시정거리 (Vis) 자료를 참고자료로 활용한다.In the formula (5), the ground visibility distance (Vis) data for each aerosol pixel is used as reference data.
본 발명에 따른 광학두께/크기정보 결정부(S140)는, 상기의 대기 에어로졸 탐지부(S120)와 유효고도 결정부(S130)에서 결정된 각 화소별 에어로졸 타입과 유효고도자료, 그리고 화소별 영상센서가 실제 관측한 가시광선 채널에서의 반사도 값(
[일반식 6][Formula 6]
본 발명에 따른 유효성 검사부(S150)는, 상기 설명에 따른 에어로졸 탐지결과, 광학두께 산출 결과, 에어로졸 유효고도 결정 결과에 한하여 실시되며, 정확도가 검증된 타 영상 센서로부터 분석된 디지털 영상 자료와 시공간적 화소 일치 비교를 통하여 화소별 이상치 검정 및 유효도 검사가 이루어진다.The validity checker S150 according to the present invention performs only the aerosol detection result, the optical thickness calculation result, and the aerosol effective altitude determination result according to the above description. The validity checker S150 includes the digital image data analyzed from the accuracy- The outlier detection and validity test are performed through comparison of matching.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다중채널 영상센서가 생성한 채널별 영상 관측 자료로부터 해상에 해당하는 화소를 선택하는 단계, 원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 단계, 상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정하는 단계, 상기 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정하는 단계 및 상기 에어로졸 종류, 유효고도 및 광학두께/입자크기정보의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 단계를 포함하는 유효성 검사 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of generating a multi-channel image, the method comprising: selecting a pixel corresponding to a marine image from multi-channel image sensor-generated image data; Determining an effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel based on the aerosol pixel determined from the aerosol detection result, determining optical thickness and particle size information from the aerosol type and the effective altitude And comparing the result of the aerosol type, the effective altitude and the optical thickness / particle size information with the data for verification whose observation time and spatial range agree with each other.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
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. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
도 1은 본 발명에 따른 자료처리 방법을 도시한 것이다.1 shows a data processing method according to the present invention.
원시자료 준비부(S110)에서는 항공기 또는 인공위성의 탑재 센서 특성에 따라 획득한 다중 채널 자료가 기기에서 제공되는 측정범위 내의 값의 범위에 포함되어 있는지 여부 또는 실제 사용 가능한 각 채널별 자료에 대한 유효성검사를 수행하며, 해상에 해당하는 화소만 선택한다.The raw data preparation unit (S110) checks whether the multi-channel data acquired according to the characteristic of the sensor mounted on the aircraft or the satellite is included in the range of the value within the measurement range provided by the device or the validity check And selects only the pixels corresponding to the sea.
에어로졸 탐지부(S120)에서는, 상기 원시자료 준비부에서 실제 사용 가능한 각 채널별 자료를 입력자료로 사용하며, 구름이 아닌 청천 화소를 결정하여 가시 채널의 파장별 반사도(reflectance)값과 적외 채널의 밝기온도(brightness temperature)값을 이용하여 주요 에어로졸 타입(먼지성, 연무성, 기타)에 대한 결정을 한다.In the aerosol detection unit S120, the actual data of each channel that can be used in the raw data preparation unit is used as input data, and a blue sky pixel is determined to determine reflectance values of wavelengths of the visible channels, The brightness temperature value is used to determine the main aerosol type (dust, fire, etc.).
유효고도 결정부(S130)에서는, 상기 에어로졸 탐지부에서 결정된 에어로졸 화소를 입력자료로 사용하며, 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효 고도를 결정한다.The effective altitude determination unit (S130) uses the aerosol pixel determined by the aerosol detection unit as input data, and determines the effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel.
광학두께, 입자크기 결정부(S140)에서는, 상기 에어로졸 탐지부와 유효고도 결정부에서 결정된 에어로졸 타입과 유효고도를 입력자료로 사용하며, 에어로졸 광학두께와 크기정보를 동시에 결정한다.In the optical thickness and particle size determination unit (S140), the aerosol type and effective altitude determined in the aerosol detection unit and the effective altitude determination unit are used as input data, and the aerosol optical thickness and size information are simultaneously determined.
상기 에어로졸 탐지부(S120), 유효고도 결정부(S130), 광학두께/입자크기 결정부(S140)로부터 생성된 결과는 2차원 형태의 지리좌표를 가지는 형태의 디지털 자료로 저장된다.The results generated from the aerosol detection unit S120, the effective altitude determination unit S130, and the optical thickness / particle size determination unit S140 are stored as digital data having a two-dimensional geographical coordinate system.
유효성 검사부(S150)에서는 상기 2차원 형태의 지리좌표를 가지는 형태의 디지털 자료와 정확도가 알려져 있는 검증용 자료(예: 인공위성 에어로졸 산출물로서 MODIS 위성의 Level 2 자료 등)와의 관측시간과 공간적 범위(위도, 경도 또는 TM좌표 등)를 일치시켜 상호 비교하는 방법을 통해 정확도 검사를 수행하는 과정을 포함하여 이루어질 수 있다.In the validation unit S150, the observation time and the spatial range (latitude and longitude) between the digital data having the two-dimensional geographical coordinates and the verification data (e.g.,
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 탐지부(S120)의 자료처리 부분을 도시한 것이다. 항공기 또는 인공위성의 탑재용 영상 센서로부터 획득된 자료는 영상 센서의 채널별 특성값을 사용하여 가시채널(파장범위 약 0.5 ㎛ - 3.9 ㎛)에서의 반사도, 대기의 창에 해당하는 적외 채널(3.9 ㎛, 11 ㎛, 12 ㎛)에서의 밝기 온도 값으로 환산한 후, 구름의 특성에 해당하는 영상 화소를 제거하기 위한 화소별 구름제거 테스트를 수행한다.2 shows a data processing part of the aerosol detecting part S120 according to the present invention. The data obtained from the image sensor mounted on an airplane or a satellite were measured using the characteristic values of the image sensor by the channel, and the reflectance at visible channel (wavelength range of about 0.5 ㎛ to 3.9 ㎛) and the infrared channel corresponding to the window of the atmosphere (3.9 ㎛ , 11 [mu] m, and 12 [mu] m), a pixel-by-pixel cloud removal test is performed to remove image pixels corresponding to the characteristics of clouds.
구름화소가 아닌 청천화소(clear-sky pixel)은 먼지성 에어로졸 테스트 단계를 통과하면, 먼지성 에어로졸 화소로 정의된다.A clear-sky pixel that is not a cloud pixel is defined as a dusty aerosol pixel if it passes the dusty aerosol test step.
먼지성 에어로졸 테스트를 통과하지 못한 화소에 대해서 태양광 반사점(sunglint) 테스트를 수행하여 태양-센서의 산란각이 40도 이하인 경우에 대해서만 연무성 에어로졸 테스트 수행한다.Perform a sunglint test on pixels that do not pass the dust aerosol test and conduct an airborne aerosol test only if the sun-sensor scatter angle is less than 40 degrees.
연무성 에어로졸 테스트를 통과한 화소는 먼지성 에어로졸 화소로 정의한다. 그리고 연무성 에어로졸 테스트를 통과하지 못한 화소에 대해서는 기타 미확인 에어로졸로 정의한다.The pixels that pass the soft aerosol test are defined as dusty aerosol pixels. And for pixels that do not pass the aerosol test, they are defined as other unidentified aerosols.
상기 에어로졸 탐지 과정에서 주요 에어로졸 타입으로 결정된 화소는 2차원 형태의 지리좌표를 가지는 형태의 디지털 자료(위도, 경도 또는 TM좌표 등)로 가공되어 저장될 수 있다.The pixels determined to be the main aerosol type during the aerosol detection process can be processed and stored as digital data (latitude, longitude, or TM coordinates, etc.) having a two-dimensional geographical coordinate system.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 지구관측 위성인 MODIS 위성 영상(2011년 5월 1일 02:00UTC 관측자료)(a)을 입력 자료로 에어로졸 탐지(b) 및 광학두께(c)를 분석한 결과를 도시한 것이다.FIG. 3 shows an aerosol detection (b) and an optical thickness (c) as an input data of the MODIS satellite image (May 1, 2011: 00: 00 UTC observation data) of the earth observation satellite according to the embodiment of the present invention The results of the analysis are shown.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 영상 분석 결과와 검증용 자료(MODIS 에어로졸 산출물)과의 비교를 위한 유효성 검사 결과를 소프트웨어적으로 구현한 일례를 도시한 것이다.FIG. 4 shows an example of a software implementation of a validation result for comparison between a satellite image analysis result and a verification data (MODIS aerosol output) according to an embodiment of the present invention.
이와 같이, 상술한 다중채널 영상 센서로부터 측정되는 정보를 이용하여, 임의의 해상지역의 에어로졸 탐지 결과로부터 에어로졸 광학두께를 연산하고, 그 결과를 알려진 비교 자료를 이용하여 유효성을 분석할 수 있는 기능을 소프트웨어로 구현 가능하다.In this way, using the information measured from the above-described multi-channel image sensor, the aerosol optical thickness can be calculated from the aerosol detection result of an arbitrary marine area, and the result can be analyzed using the known comparative data. It can be implemented in software.
따라서, 상술한 본 발명에 따른 시스템과 방법은 소프트웨어적인 구성이 가능하여 이를 실행하기 위한 프로그램이 수록된 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 제조 가능함은 물론이다.Accordingly, it is needless to say that the system and method according to the present invention can be implemented in a form of a computer-readable recording medium having a software configuration and a program for executing the system.
S110: 원시자료 준비부
S120: 에어로졸 탐지부
S130: 유효고도 결정부
S140: 광학두께/입자크기정보 결정부
S150: 유효성 검사부
(a): 지구관측 위성인 MODIS 위성 영상
(b): 에어로졸 탐지 분석 결과
(c): 광학두께 분석 결과S110:
S120: Aerosol detection unit
S130: Effective altitude determination unit
S140: Optical thickness / particle size information determination unit
S150:
(a): MODIS satellite image of earth observation satellite
(b): Aerosol detection analysis results
(c): Results of optical thickness analysis
Claims (11)
원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 에어로졸 탐지부;
상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정할 수 있는 유효고도 결정부;
상기 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정할 수 있는 광학두께/입자크기정보 결정부; 및
상기 에어로졸 탐지부, 유효고도 결정부 및 광학두께/입자크기정보 결정부의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 유효성 검사부를 포함하는 유효성 검사 시스템.A raw data preparation unit for selecting a pixel corresponding to the sea from the image data of each channel generated by the multi-channel image sensor;
An aerosol detection unit for determining an aerosol type for a blue sky pixel based on data of each channel of the raw data preparation unit;
An effective altitude determiner capable of determining an effective altitude from a brightness temperature value of an infrared channel based on an aerosol pixel determined from the aerosol detection result;
An optical thickness / particle size information determiner capable of determining optical thickness and particle size information from the aerosol type and effective altitude; And
And a validity checking unit for comparing the results of the aerosol detecting unit, the effective altitude determining unit, and the optical thickness / particle size information determining unit with verification data having a matching observation time and spatial range.
유효성 검사부는 검증용 자료와 관측시간 및 공간적 범위를 일치 및 상호 비교하여 화소별 이상치 검정 및 유효성 검사를 수행하는 유효성 검사 시스템.10. The method of claim 9, wherein the verification data is digital data in a form having two-dimensional geographical coordinates,
The validation unit performs validation and outlier detection for each pixel by matching and comparing the verification data with observation time and spatial range.
원시자료 준비부의 각 채널별 자료에 기초하여 구름이 아닌 청천 화소에 대한 에어로졸 종류를 결정하는 단계;
상기 에어로졸 탐지 결과로부터 결정된 에어로졸 화소를 기초로 적외 채널의 밝기 온도 값으로부터 유효고도를 결정하는 단계;
상기 에어로졸 종류와 유효고도로부터 광학두께 및 입자크기정보를 결정하는 단계; 및
상기 에어로졸 종류, 유효고도 및 광학두께/입자크기정보의 결과와 관측시간과 공간적 범위가 일치하는 검증용 자료를 비교하는 단계를 포함하는 유효성 검사 방법.Selecting a pixel corresponding to the sea from the image data of each channel generated by the multi-channel image sensor;
Determining an aerosol type for a blue pixel rather than a cloud on the basis of data for each channel of the primer preparation unit;
Determining an effective altitude from the brightness temperature value of the infrared channel based on the aerosol pixel determined from the aerosol detection result;
Determining optical thickness and particle size information from the aerosol type and effective altitude; And
Comparing the results of the aerosol type, effective altitude and optical thickness / particle size information with validation data that match the observation time and spatial extent.
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