KR20170106843A - 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지표변위가 큰 지역에 대하여 관측 및 비행방향의 지표변위를 획득할 수 있는 위성레이더 영상의 오프셋트래킹 기법을 다중 변위 추정 커널을 기반으로 하여 활용되는 기술에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법은 위성레이더 영상 획득부, 위성레이더 SLC 영상 제작부, 2차원 지표변위 계산부, 2차원 지표변위 추정부, 2차원 지표변위 평가부를 포함한다.

Description

다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법 {Apparatus and Method for SAR Offset Tracking using Multiple-Displacement estimated Kernel}

본 발명은 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지표변위가 큰 지역에 대하여 관측 및 비행방향의 지표변위를 획득할 수 있는 위성레이더 영상의 오프셋트래킹 기법을 다중 변위 추정 커널을 사용하여 활용되는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

근래에 개발된 위성레이더 간섭기법(Interferometric Synthetic Aperture Radar; InSAR)은 다른 시기에 촬영된 두 개의 위성레이더 영상의 위상(phase) 정보를 이용하여 2차원적으로 수 십 km² 이상의 넓은 지역에서 수 cm 내지 수 mm 정도의 측정 민감도를 지니고 지표변위를 관측하는데 성공적으로 이용되어온 기술이다.

과거 15년 동안 레이더 간섭기법은 지진, 화산, 빙하, 산사태, 지하수 펌핑, 매립지 침하, 폐광산침하 등 다양한 지표변위 메커니즘 연구에 활용되어 왔다. 이러한 레이더 간섭기법에 의하여 생성되는 데이터를 레이더 간섭도라고 하는데 이로부터 위성레이더의 관측방향(line-of-sight; LOS)으로 정밀지표변위를 관측할 수 있다.

그러나 이러한 기술은 단지 관측방향으로의 1차원 지표변위만을 관측할 수 있기 때문에 지진활동, 화산분출, 산사태, 빙하이동 등에 있어 지표변위의 메카니즘을 입체적으로 분석하는데 한계가 있었다. 이에 많은 연구자들은 2차원 지표변위를 관측하기 위한 연구를 활발히 진행해 왔다.

그 예로, 종래에는 경로(path)가 다른 여러 장의 영상으로부터 레이더 간섭기법을 이용하여 ground range 방향과 지표 수직 방향의 지표변위를 결정하는 방법이 제안된 바 있으나, 이는 비행방향으로의 지표변위를 관측할 수 없는 단점이 있다. 또한, 한국등록특허 제10-1135070호 “합성 개구 레이더 영상을 이용한 물체의 속도측정 방법 및 그 장치”에서는 위성레이더 영상을 이용하여 ATI(along-track SAR interferometry)간섭도 및 MAI(multiple aperture SAR interferometry)간섭도를 결합하여 2차원 변위생성을 통한 2차원 속도를 결정하는 기술을 제시한다.

하지만, 상기 선행기술은 위성레이더 간섭기법을 이용하여 정밀한 지표변위를 관측할 수 있다는 장점은 있지만, 다른 시기에 촬영된 두 개의 위성레이더 영상은 대개 하나의 레이더 송신기와 수신기로 구성된 레이더 센서를 이용하여 서로 다른 날 촬영된 것이기 때문에 대규모의 빠른 속도의 지표변위를 갖는 빙하지역의 경우, 레이더 간섭기법을 적용할 시, 레이더 간섭 쌍 간의 비상관성(decorrelation)으로 인하여 양질의 레이더 간섭도를 획득할 수 없는 한계가 있었다. 이에 많은 연구자들은 이러한 단점을 극복하기 위해 비행방향을 포함한 2차원의 대규모의 빠른 속도의 지표변위 관측에 관한 연구를 진행해 왔다.

위성레이더 오프셋트래킹 기법(Synthetic Aperture Radar Offset Tracking Method)은 상기 설명한 레이더 간섭기법의 한계를 극복할 수 있는 기법으로 알려져 있다. 위성레이더 오프셋트래킹 기법은 동일한 지역의 서로 다른 시기에 얻은 위성레이더 강도(intensity) 영상 쌍을 대상으로 변위 추정 커널의 크기를 결정한 후, 두 영상 내 모든 가로 및 세로 방향 픽셀의 상관성을 계산하는 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 두 영상간의 변위를 추정하는 기법이다. 따라서 이 기법을 적용하면 대규모의 빠른 속도의 지표변위로 인한 영상 쌍 간에 비상관성이 존재하더라도 관측방향 및 비행방향의 2차원 변위를 관측할 수 있는 것으로 알려져 있다.

하지만, 이 기법을 통해 얻을 수 있는 2차원 변위 지도는 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 변위 추정 시 결정해야하는 커널 크기에 의해 그 품질이 결정되는 단점이 존재하는 것으로 알려져 있다. 커널 크기가 작으면 변위 지도의 해상도는 높지만 유효 픽셀 개수가 적어 영상 품질이 좋지 않게 되며, 반대로 커널 크기가 크면 유효 픽셀 개수가 많지만 그 해상도가 낮아 지표변위의 왜곡이 발생하여 영상 품질이 좋지 않게 된다. 즉, 위성레이더 오프셋트래킹 기법을 통해 정밀한 2차원 변위를 관측하기 위해서는 적절한 커널 크기를 결정하는 것이 중요하다. 하지만, 현재까지는 실험 및 경험적인 방법으로 그 커널 크기를 결정하여 오프셋트래킹 기법을 적용하는 것으로 알려져 있다.

이러한 커널 크기에 따른 위성레이더 영상의 오프셋트래킹 변위 지도의 품질 저하는 개선되어야 하지만, 현재까지는 그 개선 기법이 개발되지 못했다. 이에 따라 오프셋트래킹 기법을 통한 정밀 2차원 지표변위를 관측하기 위해서 위성레이더 영상 오프셋트래킹 기법의 적절한 커널 크기를 결정하여 영상 품질 저하를 개선할 수 있는 방법이 요구된다.

한국등록특허 제10-1135070호 (등록일:2012.04.03.)

본 발명은 위성레이더 영상의 오프셋트래킹 기법을 이용하여 정밀한 지표변위를 관측하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위성레이더 영상 오프셋트래킹 기법의 적절한 커널 크기를 결정할 수 있는 기술을 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기존 오프셋트래킹 기법을 통한 지표변위 지도의 품질 저하 문제를 해결하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법을 통한 정밀 2차원 지표변위 지도를 빙하, 화산분출, 및 지진과 같은 대규모의 빠른 지표변위를 갖는 재해 분야에 활용하려는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법은 위성레이더 영상 획득부, 위성레이더 SLC 영상 제작부, 2차원 지표변위 계산부, 2차원 지표변위 추정부, 2차원 지표변위 평가부를 포함한다.

본 발명은 다중 변위 추정 커널을 통해 위성레이더 오프셋트래킹 기법의 적절한 커널 크기를 결정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다중 변위 추정 커널을 이용하여 위성레이더 오프셋 트래킹 기법을 적용함으로써 최종적으로 정밀한 2차원 지표변위를 관측할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기존 위성레이더 오프셋트래킹 기법을 통한 지표변위 지도의 품질 저하 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 대규모의 빠른 속도의 지표변위를 포함하여 간섭도 생성이 불가능한 지역의 영상에 대하여 보다 양질의 2차원 레이더 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 위성레이더 2차원 변위 지도의 질을 높일 수 있는 원천기술로서, 이를 이용할 수 있는 화산 분화 및 지진으로 인한 지표변위 관측, 산사태 관측, 빙하 속도 관측 등 다양한 환경 및 재해 관측 분야에 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 원천기술은 국내에서 개발되는 위성영상처리 소프트웨어에 탑재되어 활용 가능한 효과가 있다. 따라서 본 발명은 원천기술의 상용화를 통해 위성영상의 활용 증대 및 국가 위성산업 확대에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 대표적 국내 레이더 위성인 다목적실용위성 5호 영상에 적용가능한 기술로 국내위성의 활용도를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치에 관한 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법에 관한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ERS-2 위성레이더 영상 자료 획득 지역 및 캠페인 GPS 기지국을 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 위성레이더 오프셋트래킹 기법의 커널 크기에 따른 비행방향 지표변위 지도를 나타낸 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성레이더 오프셋트래킹 기법의 효과 분석을 위한 비행방향으로의 프로파일 값 분포를 나타낸 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법을 통한 2차원 지표변위를 벡터로 표현한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 2차원 지표변위 지도의 정밀도를 GPS 데이터를 이용하여 평가한 결과를 나타낸 이미지이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치에 관한 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치는 위성레이더 영상 획득부(110), 위성레이더 SLC 영상 제작부(120), 2차원 지표변위 계산부(130), 2차원 지표변위 추정부(140) 및 2차원 지표변위 평가부(150)를 포함하며, 위성레이더 SLC 영상 제작부(120)는 SLC 영상 생성부(121), SLC 영상 보정부(122) 및 SLC 영상 정합부(123)를 포함할 수 있다.

위성레이더 영상 획득부(110)는 동일한 궤도시스템과 촬상시스템을 지닌 위성레이더 영상을 획득한다. 즉, 위성레이더 영상 획득부(110)는 동일한 궤도시스템과 촬상시스템을 갖는 다른 시기에 촬상된 두 개의 위성레이더 영상을 획득한다.

대부분의 위성레이더의 궤도시스템은 전 세계를 촬상하기 위하여 남극과 북극의 상공을 통과하는 궤도를 도는 극궤도시스템을 채택하고 있으며, 이러한 극궤도시스템 중 동일한 궤도를 갖는 영상에 대하여 고려하였다. 또한, 기본적인 위성레이더 영상 촬상시스템인 Stripmap을 고려하였다. Stripmap 촬상시스템이란, 위성레이더에서 지표면으로 레이더를 송신하면 지표면에서 반사되어 다시 수신되는데, 레이더는 일정한 빔폭을 가지고 송신되므로 비행경로를 따라 진행하는 일정 시간동안 송신 신호와 지표상으로부터 반사되어 수신되는 신호를 서로 중첩하여 영상을 획득하는 방식이다. Stripmap 촬상시스템에서 레이더를 송수신하는 상기 일정 시간이 위성 영상 촬영 범위가 된다. 이 때문에 Stripmap 촬상시스템으로 촬상한 영상은 비행방향으로 일정한 품질을 보장할 수 있게 된다. 본 발명의 실시예는 일반적으로 활용되는 촬상시스템인 Stripmap을 고려하였다.

위성레이더 SLC 영상 제작부(120)는 SLC 영상 생성부(121), SLC 영상 보정부(122), 및 SLC 영상 정합부(123)를 포함한다. 위성레이더 영상 획득부(110)를 통해 획득된 두 개의 위성레이더 영상, 즉 위성레이더 원시데이터로부터 SLC(Single Look Complex) 영상을 생성하고, 생성된 SLC 영상 쌍의 공통 도플러 주파수 대역폭(Common Doppler bandwidth)을 구하여 SLC 영상을 보정한 후, SLC 영상 쌍을 정합하여 최종적으로 오프셋트래킹 기법을 적용할 수 있는 위성레이더 영상을 제작할 수 있다.

자세히 살펴보면, SLC 영상 생성부(121)는 위성레이더 센서에 의해 기록된 두 개의 위성레이더 영상을 비행방향 및 관측방향으로 압축하여 복소수 형태로 나타낸 SLC(Single Look Complex) 영상 쌍을 생성한다.

위성레이더는 위성체로부터 신호를 보내고 지표물질에 반사되어 되돌아온 마이크로파 신호를 통해 위성레이더 영상을 취득한다. 따라서 위성레이더는 태양 광원으로부터 발생한 지구의 복사에너지를 수동적으로 수신하여 자료를 취득하는 광학위성과는 다르게 기상상태와 주·야에 영향을 받지 않아 다양한 분야에서 활발히 활용되고 있다. 위성레이더가 취득하는 영상 자료는 지표의 거칠기 및 유전율에 의하여 결정되는 반사도 정보의 크기 값과 지표까지의 거리정보를 나타내는 위상 값을 포함하는 복소수 형태, 즉 SLC(Single Look Complex) 형태로 기록되어진다.

SLC 영상 쌍을 생성하는 방법에 대해 더 자세히 설명하면, 위성레이더는 위성에 의해 레이더 펄스를 송신한 후 지상으로부터 산란되어 돌아오는 신호를 수신하여 영상화하는 시스템이다. 위성레이더는 안테나의 합성을 통해 영상을 취득할 수 있으며, 관측방향으로는 chirp 펄스의 신호처리를 통해, 비행방향으로는 센서와 특정 물체간의 상대적인 이동에 의한 도플러 효과를 이용하여 고해상도 영상을 생성한다. 위성레이더의 영상화는 특정 물체로부터 수신한 2차원의 원시 데이터를 관측방향 및 비행방향의 신호압축을 통해 SLC(Single Look Complex) 영상을 생성하는 과정을 의미한다. 이러한 위성레이더 신호처리는 관측방향 및 비행방향으로 참조 함수를 이용한 정합 필터링을 수행하여 생성할 수 있다.

더 자세히 설명하면, 위성레이더 SLC 영상을 얻기 위한 본격적인 영상처리 과정에 앞서 missing line의 검사 등을 통해 원시 데이터에 결함이 있는지의 여부를 확인하고, 연속적으로 연결된 여러 프레임의 영상을 생성할 경우에 대해 자료를 접합시키는 작업을 수행한다. 그 후, 취득된 정보를 이용하여 관측방향 및 비행방향으로 각각 정합 필터링을 실시하여 신호압축을 수행하여 위성레이더 원시데이터를 SLC 영상으로 복원한다. 관측방향으로의 신호압축은 reference chirp 신호를 이용한 정합 필터링을 실시하여 신호압축을 한다. 또한, 비행방향의 신호압축은 비행방향의 신호가 도플러 중심주파수와 도플러 비율(Doppler rate)을 따라 변조하기 때문이며, 이 값을 계산하는 것을 통해 비행방향의 정합 필터를 제작하여 신호압축을 수행한다.

SLC 영상 생성부(121)는 상기와 같은 방법을 이용하여 위성레이더 센서에 의해 기록된 두 개의 위성레이더 영상을 SLC 영상으로 복원한다. SLC 영상 생성 방법은 이미 공지된 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

SLC 영상 보정부(122)는 상기 SLC 영상 생성부(121)에서 생성된 SLC 영상간의 촬영기하가 다르기 때문에 발생하는 오차를 도플러 중심주파수 변환방법을 통해 보정한다.

즉, SLC 영상 보정부(122)는 SLC 영상 쌍의 공통의 도플러 주파수 대역폭(Common Doppler bandwidth)을 결정 및 활용하여 두 SLC 영상 쌍의 촬영기하를 보정한다.

더 자세히 설명하자면, SLC 영상 생성부(121)에서 생성된 SLC 영상 쌍은 다른 시기에 촬영된 두 개의 위성레이더 영상에서 생성된 것으로, 대개 하나의 위성레이더 송신기와 수신기로 구성된 레이더 센서를 이용하여 서로 다른 날 촬영된 것이기 때문에 각 촬영 당시의 위성위치와 자세의 차이에 의하여 촬영기하가 다르다. 위성레이더 영상에서 촬영기하가 달라진다는 것은 스퀸트각(squint angle)이 서로 다르다는 것을 의미하며, 이러한 스퀸트각의 변화는 도플러 중심주파수(Doppler Centroid)를 변화시킨다. 여기서 도플러 중심주파수는 레이더 센서가 방출하는 빔의 센터에 해당하는 도플러 주파수를 의미하는 것으로, 위성레이더 영상에서 도플러 주파수는 위성레이더 영상의 비행방향으로의 주파수 영역을 의미한다.

SLC 영상 생성부(121)에서 생성된 SLC 영상 쌍의 공통의 도플러 주파수 대역폭은 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

이때,

는 공통의 도플러 주파수 대역폭을 나타내며,

는 유효 도플러 주파수 대역폭을 나타내며,

은 주영상의 도플러 중심주파수를 나타내며,

는 부영상의 도플러 중심주파수를 나타낸다.

위성레이더 영상의 도플러 중심주파수 변환방법은 공지기술인 한국등록특허 제10-1315243호에 더 자세히 기재되어 있으므로 이를 참조하도록 하고, 이하 설명은 생략하기로 한다.

SLC 영상 정합부(123)는 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 SLC 영상 쌍을 정합한다.

더 자세히 설명하자면, SLC 영상 정합부(123)는 SLC 영상 보정부(122)에서 보정된 SLC 영상 쌍 내 모든 가로 및 세로 방향 픽셀의 상관성을 SLC 영상 쌍 전체에 대해 커널을 이동시키며 계산하는 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 두 SLC 영상간의 변위를 추정하고, 이를 이용하여 정합한다. intensity cross-correlation 기법이란, 다른 두 궤도에 의해서 생성된 SLC 영상 쌍을 동일한 위치에 놓이게 하는 방법으로, 한 영상의 관측방향으로의 축과 다른 한 영상의 관측방향으로의 축과 일치하지 않기 때문에, 상대적 좌표 이동 및 관측방향으로의 스케일링을 통해 두 SLC 영상간의 변위를 추정하고 이를 이용하여 정합하는 방법이다. 여기서, 두 SLC 영상 간의 상관성은 정규 상관계수를 이용하여 계산할 수 있으며, 이러한 정규 상관계수

는 하기 수학식 2를 통하여 정해진다.

이때,

는 주영상과 부영상의 커널 중심 픽셀 사이의 정규 상관계수를 나타내며,

는 주영상의 관측방향 픽셀 위치

, 비행방향 픽셀 위치

에서의 강도값을 나타내며,

는 부영상의 관측방향 픽셀 위치

, 비행방향 픽셀 위치

에서의 강도값을 나타내며,

는 주영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타내며,

는 부영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타낸다. 여기서 매칭 할 영상을 주영상이라 하고 일반적으로 시기상으로 먼저 촬영된 SLC 영상으로 정의하며, 매칭 시 기준이 되는 영상을 부영상이라 하고 일반적으로 시기상으로 뒤에 촬영된 SLC 영상으로 정의한다.

즉, 두 SLC 영상간의 변위는 주영상 대비 부영상 내의 정규 상관계수 값이 가장 큰 픽셀을 찾아 추정하며, 이렇게 추정한 변위를 이용하여 영상 내 2차원 다항식을 구한 후, 이를 이용하여 SLC 영상을 정합한다. intensity cross-correlation 기법은 이미 공지된 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

2차원 지표변위 계산부(130)는 SLC 영상 쌍에 다중 변위 추정 커널을 이용하여 각 커널에 대한 비행방향 및 관측방향의 2차원 변위를 계산한다.

이때, SLC 영상 쌍의 상관계수를 구하는 intensity cross-correlation 기법을 적용하는데, 이는 커널 크기를 다중으로 하여 intensity cross-correlation을 수행하는 오프셋 트래킹 기법을 적용한다.

즉, SLC 영상 쌍에 대하여, 변위 추정 커널의 사이즈를 달리하면서 intensity cross-correlation을 수행하는 오프셋 트래킹 기법을 반복하여 적용한다. 이를 통해, 변위 추정 커널 사이즈에 따른 관측 및 비행방향의 변위를 각각 계산한다. 일반적으로 SLC 영상의 관측 및 비행방향의 공간해상도를 기준으로 변위 추정 커널의 사이즈를 결정한다.

더 자세히 설명하면, 유럽우주기구(esa)에서 운용했던 ERS-2 위성의 경우, 관측방향의 공간해상도는 약 8m이며, 비행방향의 공간해상도는 약 4m이다. 따라서 변위 추정 커널의 관측 및 비행방향 사이즈의 비율은 2:1로 하는 것이 일반적이며, 이러한 변위 추정 커널의 크기가 작은 것부터 큰 것까지 반복하여 오프셋 트래킹 기법을 적용함으로써, 각각의 변위 추정 커널에 따른 2차원 지표변위를 계산할 수 있다.

2차원 지표변위 추정부(140)는 2차원 지표변위 계산부(130)에서 추정된 커널 크기에 따른 비행방향 및 관측방향의 2차원 지표변위 값들에 대하여 중첩하여 이상치를 제거한 후, 평균을 계산하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 2차원 지표변위를 추정한다.

자세히 설명하면, 2차원 지표변위 추정부(140)는 상기 2차원 지표변위 계산부(130)에서 다중 변위 추정 커널로 계산한 커널 크기에 따른 각각의 2차원 변위들을 중첩하여 5by5 커널을 이용하여 90% 신뢰도로 이상치를 제거한 결과물을 대상으로 평균을 구하는 무빙윈도우를 통해 비행방향 및 관측방향의 최종 2차원 지표변위를 추정한다.

2차원 지표변위 평가부(150)는 2차원 지표변위 추정부(140)를 통해 추정된 비행방향 및 관측방향으로의 2차원 지표변위를 캠페인 GPS 데이터와 비교하여 그 정밀도를 평가한다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)는 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째, 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)는 오프셋트래킹 기법 적용 시, 커널 크기가 작으면 변위 지도의 해상도는 높지만 유효 픽셀 개수가 적어지며, 반대로 커널 크기가 크면 유효 픽셀 개수가 많지만 그 해상도가 낮아 지표변위의 왜곡이 발생하는 문제점을 다중 변위 추정 커널을 이용함으로써 보완할 수 있는 특징이 있다. 둘째, 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)는 다중 변위 추정 커널을 이용하여 intensity cross-correlation을 통해 커널에 따른 변위들을 구한 후, 평균하는 방법을 사용함으로써, 작은 커널을 사용했을 때에 잘 관측되는 변위 성분뿐 아니라 큰 커널을 사용했을 때의 잘 관측되는 변위의 성분을 모두 포함할 수 있어, 여러 형태의 복잡한 변위를 관측하는 데에 효과가 있어 보다 양질의 2차원 지표변위 지도를 획득할 수 있는 특징이 있다. 마지막으로, 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)는 2차원 지표변위 지도 생성에 문제가 따르는 빙하, 화산분출, 및 지진과 같은 대규모의 빠른 지표변위를 갖는 지역에 대하여 다중 변위 추정 커널을 이용하여 정밀 2차원 지표변위 지도 제작이 가능한 특징이 있다.

이하에서는 앞서 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본 발명의 동작 흐름도를 간단히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법에 대한 동작 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법은 먼저, 다른 시기에 동일한 특정 물체를 촬상하여 얻어진 두 개의 위성레이더 영상을 획득한다(S210).

즉, 동일한 궤도시스템과 영상 촬상시스템을 지니는 위성레이더가 다른 시기에 동일한 특정 물체를 촬상한 두 개의 위성레이더 영상을 획득한다. 이때, 궤도시스템 및 영상 촬상시스템이 다른 영상을 획득할 경우, 두 개의 영상을 정합한 후, 주영상 대비 부영상의 상대적 변위를 추정하는 기법인 위성레이더 오프셋트래킹 기법을 적용할 수 없으며, 이를 통해 최종적으로 2차원 지표변위 관측을 수행할 수 없다.

더 자세히 설명하자면, 대부분의 위성레이더의 궤도 시스템은 전 세계를 촬상하기 위하여 남극과 북극의 상공을 통과하는 궤도를 도는 극궤도시스템을 채택하고 있으며, 이러한 극궤도시스템 중 동일한 궤도를 갖는 영상에 대하여 고려해야 한다. 또한, 레이더위성 영상 촬상시스템은 ScanSAR, Spotlight, Stripmap 등이 존재하며, 이러한 촬상시스템 중 동일한 촬상시스템을 갖는 영상에 대하여 고려해야 한다. 본 발명의 일 실시예는 일반적으로 활용되는 촬상시스템인 Stripmap을 고려하였다. Stripmap 촬상시스템은 위성이 궤도를 비행하면서 레이더를 일정한 각도로 발사하고, 돌아오는 신호를 취득하는 시간이 위성 영상 촬영 범위가 된다. 이 때문에 Stripmap 촬상시스템으로 촬상한 영상은 비행방향으로 일정한 품질을 보장할 수 있다.

다음으로, 상기 두 개의 위성레이더 영상으로부터 각각 SLC 영상을 제작한다(S220).

자세히 살펴보면, 단계S210을 통해 획득한 두 개의 위성레이더 영상으로부터 SLC(Single Look Complex) 영상을 생성하고, 생성된 SLC 영상 쌍의 공통 도플러 주파수 대역폭(Common Doppler bandwidth)을 구하여 SLC 영상을 보정하며, 보정된 SLC 영상 쌍을 정합하여 최종적으로 오프셋트래킹 기법을 적용할 수 있는 위성레이더 영상을 제작할 수 있다.

위성레이더는 위성체로부터 신호를 보내고 지표물질에 반사되어 되돌아온 마이크로파 신호를 통해 자료를 취득하기 때문에 기상상태와 주·야에 영향을 받지 않아 다양한 분야에서 활발히 활용되고 있다. 위성레이더가 취득하는 영상 자료는 지표의 거칠기 및 유전율에 의하여 결정되는 반사도 정보의 크기 값과 지표까지의 거리정보를 나타내는 위상 값을 포함하는 복소수 형태(SLC: Single Look Complex)로 기록되어진다. 위성레이더 센서에 의해 획득된 복소수 형태의 두 개의 위성레이더 영상을 비행방향 및 관측방향으로 압축하여 복소수 형태의 SLC 영상으로 생성되는데, SLC 영상 생성 방법은 본 발명이 속한 분야에서 잘 알려진 기술이므로, 이하 생략하기로 한다.

상기 SLC 영상에서 SLC 영상간의 촬영기하가 다르기 때문에 발생하는 오차는 SLC 영상간의 공통의 도플러 주파수 대역폭(Common Doppler bandwidth)을 이용하여 보정한다.

한편, 수학식 1은 SLC 영상간의 공통의 도플러 주파수 대역폭을 설명하는 것으로, 이를 이용하여 SLC 영상간의 촬영기하 오차를 줄일 수 있는 방법은 공지기술인 한국등록특허 제10-1315243호에 더 자세히 기재되어 있으므로 이를 참조하도록 하고, 이하 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 보정된 SLC 영상에 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 SLC 영상을 정합한다.

더 자세히 설명하면, 보정된 SLC 영상 내 모든 가로 및 세로 방향 픽셀의 상관성을 주영상 및 부영상 전체에 대해 커널을 이동시키며 계산하는 intensity cross-correlation 기법을 적용하여 두 영상간의 변위를 추정하고, 이를 이용하여 정합한다.

한편, 수학식 2는 두 SLC 영상 간의 상관성을 결정하는 정규 상관계수를 설명하는 것으로, 이에 대한 자세한 설명은 앞서 기술하였으므로 이를 참조하도록 한다.

다음으로, 상기 오프셋트래킹 기법을 적용할 수 있도록 제작된 SLC 영상을 기반으로 다중 변위 추정 커널에 대한 비행방향 및 관측 방향의 2차원 지표변위를 계산한다(S230).

이때, intensity cross-correlation 기법을 단일 커널이 아닌 다중 변위 추정 커널에 적용하여 각 커널에 대한 비행방향 및 관측 방향의 2차원 변위를 계산한다.

더 자세히 설명하면, intensity cross-correlation 기법을 적용해 SLC 영상 쌍 내 모든 가로 및 세로 방향 픽셀의 상관성을 주영상 및 부영상 전체에 대해 다중 변위 추정 커널을 사용하여 이동시키며 계산한 후, 주영상 대비 부영상의 상관성이 가장 큰 값을 갖는 위치를 찾아 내 각 커널 크기에 따른 2차원 변위를 계산할 수 있다.

더 자세히 설명하면, 주영상 및 부영상의 SLC 영상 쌍에 대하여, 변위 추정 커널의 사이즈를 달리하면서 intensity cross-correlation을 수행하는 오프셋 트래킹 기법을 반복하여 적용한다. 이를 통해, 변위 추정 커널 사이즈에 따른 관측 및 비행방향의 변위를 각각 계산한다. 일반적으로 SLC 영상의 관측 및 비행방향의 공간해상도를 기준으로 변위 추정 커널의 사이즈를 결정한다. ERS-2 위성의 경우, 관측방향의 공간해상도는 약 8m이며, 비행방향의 공간해상도는 약 4m이다. 따라서 변위 추정 커널의 관측 및 비행방향 사이즈의 비율은 2:1로 하는 것이 일반적이며, 이러한 변위 추정커널의 크기를 작은 것부터 큰 것까지 변화해가면서, 반복하여 오프셋 트래킹 기법을 적용하여 각각의 변위 추정 커널에 따른 2차원 지표변위를 계산한다.

다음으로, 단계S230을 통해 생성된 2차원 지표변위들을 평균하여 최종적으로 2차원 지표변위를 추정한다(S240). 자세히 설명하면, 단계 S240에서는 단계 S230에서 다중 변위 추정 커널을 이용하여 계산한 커널 크기에 따른 비행방향 및 관측방향의 변위 값들에 대하여 중첩하여 이상치를 제거한 후, 평균을 계산하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 2차원 지표변위를 추정한다.

자세히 설명하면, 단계S230에서 다중 변위 추정 커널로 계산한 커널 크기에 따른 각각의 2차원 변위들을 중첩하여 5by5 커널을 이용하여 90% 신뢰도로 이상치를 제거한 결과물을 대상으로 평균을 구하는 무빙윈도우를 통해 비행방향 및 관측방향의 최종 2차원 지표변위를 추정한다.

더 자세히 설명하면, 단계S230의 다중 변위 추정 커널을 통해 획득한 관측방향으로의 지표변위 지도가 10개라고 하면, 단계S240으로 최종 추정되는 관측방향 지표변위 지도의 영상 내 한 화소는 10개의 5by5 커널이 속하는 동일한 위치의 관측방향 지도 내 25개의 값들을 통계적 계산을 통해 결정한다. 다시 말해, 5by5 커널을 통해 최종적으로 추정되는 지도 내 한 화소는 최대 250개의 화소를 대상으로 90% 이상치 제거 후, 평균을 계산하여 결정된 것이라 할 수 있다.

이때, 단계S240에서 5by5 윈도우를 이동시키며 각각의 변위를 중첩하여 이상치를 제거하고, 평균하여 최종적으로 2차원 지표변위를 추정하여 지도화 함으로써, 유효픽셀의 수와 변위 추정의 세밀도를 높이기 때문에 위성레이더 영상의 오프셋트래킹 변위 지도의 품질을 개선하는 데에 효과가 있다.

이러한 본 발명은 오프셋트래킹 기법 적용 시, 커널 크기가 작으면 변위 지도의 해상도는 높지만 유효 픽셀 개수가 적어지며, 반대로 커널 크기가 크면 유효 픽셀 개수가 많지만 그 해상도가 낮아 지표변위의 왜곡이 발생하는 문제점을 다중 변위 추정 커널을 이용함으로써 보완할 수 있는 특징이 있다. 또한, 다중 변위 추정 커널을 이용하여 intensity cross-correlation을 통해 커널에 따른 변위들을 구한 후, 이상치를 제거하고 평균하는 방법을 사용함으로써, 작은 커널을 사용했을 때에 잘 관측되는 변위 성분뿐 아니라 큰 커널을 사용했을 때의 잘 관측되는 변위의 성분을 모두 포함할 수 있어, 여러 형태의 복잡한 변위를 관측하는 데에 효과가 있어 보다 양질의 2차원 지표변위 지도를 획득할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 2차원 지표변위 지도 생성에 문제가 따르는 빙하, 화산분출, 및 지진과 같은 대규모의 빠른 지표변위를 갖는 지역에 대하여 다중 변위 추정 커널을 이용하여 정밀 2차원 지표변위 지도 제작이 가능한 특징이 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법을 검증하기 위하여 수행된 실험 결과에 대하여 보다 자세히 기술하기로 한다.

이하 본 실험에서는 1999년 9월 15일과 1999년 10월 20일에 취득한 ERS-2 자료를 이용하여 1999년 10월 16일에 발생한 진도 7.1의 헥터 광산(Hector mine) 지진에 대하여 적용하고 보완된 오프셋 트래킹 기법을 적용하여 비행방향과 관측방향의 변위를 관측하고 그 결과를 검증하였다. 이하 표 1은 본 발명에서 제안하는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법을 적용하기 위하여 시험에서 사용된 ERS-2(European Remote Sensing-2) 영상의 특성을 보여준다. 위성의 하향(Ascending) 궤도에서 취득된 자료인 두 영상(주영상과 부영상)은 35일의 시간 간격으로 촬영되었으며 수직기선 거리는 약 -21m이다.

Master	Slave	(Days)	(m)	(Hz)
1999/09/15	1999/10/20	35	-21	49.6

이때,

는 두 영상 사이의 촬영 시간 간격을 의미하고,

는 두 영상 사이의 수직기선 거리를 의미하며,

는 도플러 중심주파수를 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ERS-2 자료 획득 지역 및 지역 내 존재하는 캠페인 GPS를 나타낸 이미지이다. 차분간섭기법은 지표의 움직임을 관측하는데 굉장히 널리 사용되고 있지만 실험지역과 같은 대규모의 지진, 이동하는 빙하와 같은 대규모의 빠른 속도를 갖는 지표의 변위를 관측하는 데에는 어려운 문제가 있다.

이에 본 발명은 ERS-2 자료를 이용하여 지표면의 변위를 파악하기 위하여 위성레이더 SLC(Single Look Complex) 영상을 제작하였다. 이때, 본 연구에서 활용하는 위성레이더 영상은 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 위성레이더 SLC 영상 제작부(120)의 SLC 영상 생성부(121)에 의하여 제작된다.

이때 두 개의 SLC 영상 데이터는 서로 다른 도플러 중심주파수를 가지고 있기 때문에 강도 영상 내에서 최대한 많은 수의 유효 픽셀을 남기기 위하여 두 영상의 SLC에 비행방향의 공통의 도플러 주파수 대역폭(Common Doppler bandwidth)을 필터링하였다. 이 과정을 통하여 두 영상 사이에서 상관도가 낮은 신호부는 제거하고, 이 과정에서 결정되는 도플러 중심주파수를 사용하였다. 이는 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 SLC 영상 보정부(122)에서 수행될 수 있다.

이후 SLC 영상 쌍을 고속 푸리에 변환을 거친 후 intensity cross-correlation 기법을 이용하여 두 영상 사이의 상관도를 계산하여 영상을 서로 정합하게 된다. 이는 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 SLC 영상 정합부(123)에 의하여 이루어진다.

이후 정합된 두 개의 영상에 대하여 다중 변위 추정 커널을 적용하여 위성레이더 오프셋트래킹 기법을 적용하였다. 이는 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 2차원 지표변위 계산부(130)에서 가능하다. 본 실험에서는 변위 추정 커널의 크기를 비행방향 및 관측방향으로 커널 크기의 비를 1:2로 하여, 비행 및 관측방향의 커널 크기를 각각 20-120 및 40-240까지 10픽셀 및 20픽셀 증가시키면서, 반복하여 오프셋트래킹에 적용하였다. 이렇게 단일 변위 추정 커널이 아닌 다중 변위 추정 커널을 오프셋트래킹에 적용함으로써, 작은 커널을 사용했을 때에 잘 관측되는 변위 성분과 큰 커널을 사용했을 때의 잘 관측되는 변위의 성분이 다르기 때문에 여러 형태의 복잡한 변위를 관측하는 데에 효과가 있다.

따라서 본 발명에서는 다중 변위 추정 커널을 활용하였을 때 생성되는 각 변위 추정 영상들을 서로 평균함으로써 2차원 지표변위를 추정하는 것으로 유효픽셀의 수와 변위 추정의 세밀도를 높이는 데에 효과가 있다. 이는 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 2차원 지표변위 추정부(140)에서 생성가능하다.

도 4는 변위 추정 커널의 크기가 달라짐에 따라 발생하는 현상을 설명한다. 도 4의 우측 컬러바에 따르면 붉은색일 때에는 좌측 상단에 위치한 화살표의 정 방향으로 2m 이동하는 것을, 반면 보라색일 때에는 화살표의 반대방향으로 2m 만큼 이동하는 것을 의미한다. 커널의 사이즈가 작을 때에는 세밀한 변위의 관측을 하는 데에는 효과가 있지만 실제 변위 추정에 활용할 수 있는 유효 픽셀의 수가 적은 문제점이 있다. 반면 커널의 사이즈가 클 때에는 세밀한 수준의 변위 관측은 어렵지만 실제 변위 추정에 활용할 수 있는 유효 픽셀의 수가 많다.

도 5는 관측방향(LOS)과 비행방향(Azimuth)의 커널의 사이즈에 따른 결과와 본 발명의 2차원 지표변위 추정부(140)에서 생성된 다중 변위 추정 커널에 의한 2차원 오프셋트래킹의 프로파일 값 분포를 나타내었다. 이는 도5의 좌측에 위치한 A-A’단면에 대한 분포도를 나타낸다.

도 5를 참조하면 관측방향과 비행방향에서의 변위 추정이 커널의 사이즈가 커질수록 분포도 부드러운 곡선의 형태에 가까워지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 특히 프로파일 분포도 상의 붉은색 상자에서 잘 확인할 수 있다. 이는 커널의 사이즈가 커짐에 따라서 세밀한 변위가 무시되고, 작은 커널에서는 유효한 픽셀의 수가 적기 때문이다.

반면, 본 발명의 기법을 이용하여 다중 변위 추정 커널을 활용한 오프셋트래킹 기법을 적용하였을 때에는 유효픽셀의 수가 감소되지 않으면서도 세밀한 변위 추정이 가능한 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치 및 그 방법을 통한 2차원 지표변위를 벡터로 표현한 결과를 나타낸 이미지이다. 도 6을 참조하면 실험지역인 헥터 광산(Hector mine)의 지진양상에 대하여 2차원적으로 지표변위 분석이 가능하다.

도 7은 본 발명의 기법을 이용하여 다중 변위 추정 커널을 활용한 오프셋트래킹 기법을 검증한 결과이다. 이는 본 발명의 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치(100)의 2차 지표변위 평가부(150)에서 가능하다. 이는 위성레이더 영상의 비행방향과 촬영 방향의 변위를 GPS 데이터와 비교를 한 결과이다. 실험 지역에 설치되어 있던 70지점의 캠페인 GPS의 변위 관측 결과와 본 실시예에 따른 다중 변위 추정 커널을 활용한 오프셋트래킹 기법의 결과를 비교한 결과, 비행방향으로는 약 12.5cm의 RMSE를, 촬영 방향으로는 9cm의 RMSE를 나타냈다. 이는 촬영 방향의 변위가 비행방향의 변위보다 작다는 것을 의미하며, 앞서 도 6을 통해서 확인 가능하다. 또한, 단일 변위 추정 커널을 이용한 오프셋트래킹을 통한 해당 지역의 비행방향으로의 지표변위를 약 15cm의 RMSE로 관측하였던 기존 연구 결과와 비교하였을 때, 다중 변위 추정 커널을 이용한 본 실험에서는 비행방향으로의 지표변위를 약 2.5cm 정밀하게 관측할 수 있었으며, 동시에 관측 방향으로의 지표변위도 관측할 수 있었다.

현재 광범위한 영역의 지표의 변위를 관측하기 위한 수단으로 위성레이더의 영상을 널리 활용하고 있다. 그 중 레이더 간섭 기법을 많이 활용해왔지만 레이더 간섭 기법은 대규모 지진, 빙하의 움직임과 같은 빠른 움직임의 변위를 파악하는 데에는 긴밀도 유지가 어려워 간섭도 생성이 어려운 한계가 존재한다. 이 때문에 오프셋 트래킹 기법이 고안되었지만 활용하는 변위 추정 커널 사이즈에 따라서 추정 결과의 세밀도와 유효 픽셀의 수가 크게 달라지기 때문에 정밀한 수준의 변위 추정을 수행하는 데에 한계가 있었다.

이에 따라 본 발명은 상대적으로 빠른 속도의 지표 변위를 관측하기 위하여 다중 변위 추정 커널을 이용한 오프셋 트래킹 기법을 활용하였다. 앞서 실험에서, 1999년 9월 15일과 1999년 10월 20일에 취득된 C-band ERS-2 영상으로부터 SLC영상을 생성하고 오프셋 트래킹 기법을 적용한 결과 커널의 사이즈가 작을 때에는 세밀한 변위의 관측을 하는 데에는 효과가 있지만 실제 변위 추정에 활용할 수 있는 유효 픽셀의 수가 적은 문제점이 있다. 반면 커널의 사이즈가 클 때에는 유효 픽셀의 수가 많지만 세밀한 수준의 변위 관측을 수행하는 데에 존재하는 한계를 확인할 수 있다.

이에 반해, 본 발명의 기법을 이용하여 다중 변위 추정 커널로 생성된 영상들을 서로 평균함으로써 생성된 변위 추정 영상은 유효픽셀의 수와 세밀도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.

오프셋트래킹 기법은 ERS-2, ALOS PALSAR-1, Sentinel-1과 같은 과거와 현재에 운영되던 외국의 레이더 위성뿐만 아니라 현재 발사되어 운영 중인 국내 레이더 위성인 KOMPSAT-5 위성에도 적용 가능한 것으로 오프셋 트래킹 기법을 통한 지표변위 관측의 정확도를 증가시키기 위하여 필수적으로 요구되며, 이에 본 발명이 제안하는 오프셋트래킹 장치 및 그 방법은 위성레이더를 활용한 오프셋 트래킹 기법의 정확도를 증가시킬 수 있어 보다 폭넓게 활용 가능한 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위성레이더 영상의 오프셋 트래킹 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치
110: 위성레이더 영상 획득부
120: 위성레이더 SLC 영상 제작부
121: SLC 영상 생성부
122: SLC 영상 보정부
123: SLC 영상 정합부
130: 2차원 지표변위 계산부
140: 2차원 지표변위 추정부
150: 2차원 지표변위 평가부

Claims (14)

1. 극궤도시스템 및 Stripmap 촬상시스템을 이용하여 다른 시기에 동일한 특정 물체를 촬상한 두 개의 위성레이더 영상을 획득하는 위성레이더 영상 획득부;
   상기 두 개의 위성레이더 영상으로부터 각각 SLC 영상을 제작하는 위성레이더 SLC 영상 제작부;
   상기 각각의 SLC 영상을 기반으로 다중 변위 추정 커널을 이용하여 비행방향 및 관측 방향의 2차원 변위를 계산하는 2차원 지표변위 계산부; 및
   상기 2차원 지표변위를 각각 평균화하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 상기 2차원 지표변위를 추정하는 2차원 지표변위 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위성레이더 SLC 영상 제작부는,
   상기 두 개의 위성레이더 영상을 비행방향 및 관측방향으로 압축하여 복소수 형태인 SLC 영상을 각각 생성하는 SLC 영상 생성부;
   상기 SLC 영상간의 촬영기하 오차를 도플러 중심주파수 변환방법을 이용해 보정하는 SLC 영상 보정부; 및
   상기 보정된 SLC 영상을 intensity cross-correlation 기법을 이용해 정합하는 SLC 영상 정합부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 SLC 영상 보정부는,
   상기 도플러 중심주파수 변환방법은 상기 SLC 영상의 공통의 도플러 주파수 대역폭을 이용하여 도출될 수 있으며,
   상기 공통의 도플러 주파수 대역폭은 아래의 수학식으로 정의되는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 공통의 도플러 주파수 대역폭,

   

   는 유효 도플러 주파수 대역폭,

   

   은 주영상의 도플러 중심주파수를 나타내며,

   

   는 부영상의 도플러 중심주파수를 나타냄.
4. 제2항에 있어서,
   상기 SLC 영상 정합부는,
   상기 보정된 SLC 영상간의 상관성을 이용하여 상기 보정된 SLC 영상간의 변위를 추정하고, 상기 추정된 SLC 영상간의 변위를 이용하여 상기 보정된 SLC 영상 내 2차원 다항식을 구한 후, 상기 보정된 SLC 영상이 정합되는 것을 특징으로 하며,
   상기 보정된 SLC 영상의 상관성은 정규 상관계수를 이용하여 도출될 수 있고, 상기 정규 상관계수는 아래의 수학식으로 정의되는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 정규 상관계수,

   

   는 상기 주영상의 관측방향 픽셀 위치

   

   , 비행방향 픽셀 위치

   

   에서의 강도값,

   

   는 상기 부영상의 관측방향 픽셀 위치

   

   , 비행방향 픽셀 위치

   

   에서의 강도값,

   

   는 상기 주영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타내며,

   

   는 상기 부영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타냄.
5. 제1항에 있어서,
   상기 추정된 2차원 지표변위를 GPS 자료의 수직 및 수평 변위 데이터와 비교하여 정밀도를 평가하는 2차원 지표변위 평가부를 더 포함하고,
   상기 다중 변위 추정 커널은,
   상기 비행방향 및 관측방향으로 변위 추정 커널을 다중으로 구성하여 각 변위 추정 커널에 대한 지표변위를 계산하는 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 2차원 지표변위 계산부는,
   상기 정합된 SLC 영상을 대상으로 intensity cross-correlation 기법을 적용하는 오프셋트래킹 기법을 상기 다중 변위 추정 커널을 이용하여 커널 크기에 따른 각각의 2차원 지표변위를 계산하고,
   상기 2차원 지표변위 추정부는,
   상기 2차원 지표변위 계산부에서 추정된 상기 각각의 2차원 지표변위 값들을 중첩하여 이상치를 제거하고, 평균을 구하는 무빙윈도우를 통해 비행방향 및 관측방향의 최종 2차원 지표변위를 추정하는 것을 특징으로 하는 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 2차원 지표변위 추정부는,
   상기 각각의 2차원 지표변위 값들을 중첩하여 이상치를 제거할 때, 5by5 커널을 이용하여 90% 신뢰도로 이상치를 제거하는 것을 특징으로 하는 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
8. 극궤도시스템 및 Stripmap 촬상시스템을 이용하여 다른 시기에 동일한 특정 물체를 촬상한 두 개의 위성레이더 영상을 획득하는 단계;
   상기 두 개의 위성레이더 영상으로부터 각각 SLC 영상을 제작하는 단계;
   상기 SLC 영상을 기반으로 다중 변위 추정 커널을 이용하여 비행방향 및 관측 방향의 2차원 지표변위를 계산하는 단계; 및
   상기 2차원 지표변위를 각각 평균화하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 상기 2차원 지표변위를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 두 개의 위성레이더 영상으로부터 각각 SLC 영상을 제작하는 단계는;
   상기 두 개의 위성레이더 영상을 비행방향 및 관측방향으로 압축하여 복소수 형태인 상기 SLC 영상을 각각 생성하는 단계;
   상기 SLC 영상간의 촬영기하 오차를 도플러 중심주파수 변환방법을 이용해 보정하는 단계; 및
   상기 보정된 SLC 영상을 intensity cross-correlation 기법을 이용해 정합하는 단계;
   를 포함하는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 SLC 영상간의 오차를 도플러 중심주파수 변환방법을 이용해 보정하는 단계는,
    상기 도플러 중심주파수 변환방법은 상기 SLC 영상의 공통의 도플러 주파수 대역폭을 이용하여 도출될 수 있으며,
    상기 공동의 도플러 주파수 대역폭은 아래의 수학식으로 정의되는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법.
    

    

    
    여기서,

    

    는 상기 공통의 도플러 주파수 대역폭,

    

    는 유효 도플러 주파수 대역폭,

    

    은 주영상의 도플러 중심주파수를 나타내며,

    

    는 부영상의 도플러 중심주파수를 나타냄.
11. 제9항에 있어서,
    상기 보정된 SLC 영상을 intensity cross-correlation 기법을 이용해 정합하는 단계는,
    상기 보정된 SLC 영상간의 상관성을 이용하여 상기 보정된 SLC 영상간의 변위를 추정하고, 상기 추정된 SLC 영상간의 변위를 이용하여 상기 보정된 SLC 영상 내 2차원 다항식을 구한 후, 상기 보정된 SLC 영상이 정합되는 것을 특징으로 하며,
    상기 보정된 SLC 영상간의 상관성은 정규 상관계수를 이용하여 도출될 수 있고, 상기 정규 상관계수는 아래의 수학식으로 정의되는 다중 변위 추정 커널을 이용한 위성레이더 오프셋트래킹 방법.
    

    

    
    여기서,

    

    는 상기 정규 상관계수,

    

    는 상기 주영상의 관측방향 픽셀 위치

    

    , 비행방향 픽셀 위치

    

    에서의 강도값,

    

    는 상기 부영상의 관측방향 픽셀 위치

    

    , 비행방향 픽셀 위치

    

    에서의 강도값,

    

    는 상기 주영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타내며,

    

    는 상기 부영상의 커널 내 전체 픽셀에 대한 평균 강도값을 나타냄.
12. 제8항에 있어서,
    상기 추정된 2차원 지표변위를 GPS 자료의 수직 및 수평 변위 데이터와 비교하여 정밀도를 평가하는 단계를 더 포함하고,
    상기 다중 변위 추정 커널은,
    상기 비행방향 및 관측방향으로 변위 추정 커널을 다중으로 구성하여 각 변위 추정 커널에 대한 지표변위를 계산하는 위성레이더 오프셋트래킹 장치.
13. 제9항에 있어서,
    상기 SLC 영상을 기반으로 다중 변위 추정 커널을 이용하여 비행방향 및 관측 방향의 2차원 지표변위를 계산하는 단계는,
    상기 정합된 SLC 영상을 대상으로 intensity cross-correlation 기법을 적용하는 오프셋트래킹 기법을 상기 다중 변위 추정 커널을 이용하여 커널 크기에 따른 각각의 2차원 지표변위를 계산하고,
    상기 2차원 지표변위를 각각 평균화하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 상기 2차원 지표변위를 추정하는 단계는,
    상기 SLC 영상을 기반으로 다중 변위 추정 커널을 이용하여 비행방향 및 관측 방향의 2차원 지표변위를 계산하는 단계에서 추정된 상기 각각의 2차원 지표변위 값들을 중첩하여 이상치를 제거하고, 평균을 구하는 무빙윈도우를 통해 비행방향 및 관측방향의 최종 2차원 지표변위를 추정하는 것을 특징으로 하는 위성레이더 오프셋트래킹 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 2차원 지표변위를 각각 평균화하여 최종 비행방향 및 관측방향으로의 상기 2차원 지표변위를 추정하는 단계는,
    상기 각각의 2차원 지표변위 값들을 중첩하여 이상치를 제거할 때, 5by5 커널을 이용하여 90% 신뢰도로 이상치를 제거하는 것을 특징으로 하는 위성레이더 오프셋트래킹 방법.

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