국제테크노정보연구소 기술자료 출판부

       Remote Sensing 영상의 분석해석법과 응용
      원격탐사의 영상처리 입문(50부 발간)

자료제공 및 원저: 호시 타카시   국제테크노정보연구소 연구 2그룹 편역   B5/230P  58,000원
 

원격탐사(Remote Sensing)란 항공기, 인공위성, 우주선 등의 비행체(플랫폼)를 상공에 발사하고 비행체에 탑재한 망원카메라나 센서를 인간의 눈 대용으로 사용하여 지구나 별의 표면, 해양, 대기 등으로부터 방사·반사되어 오는 에너지의 강도를 전자 파장별로 데이터화하고, 영상 등으로 가공하여 이것을 분석·분류·해석하는 기술의 총칭을 말한다.
원격탐사에 의한 영상 데이터는 우리 생활 주변에서 널리 이용되고 있다. 주기적으로 대기가스, 구름분포를 리모트 센싱에 의해 얻어진 영상 데이터는 구름량, 구름 종류, 풍속, 허리케인·태풍의 진로, 일기예보, 강수량 추정·홍수·한발, 매연 입자의 계측, 대기가스나 오존분포 추출 등에 이용하기도 한다.
또, 해상을 주기적으로 리모트 센싱하여 얻어진 영상 데이터는 해류분포, 해면온도분포, 어군탐지, 온배수, 공업용수, 투명도, 수심 등을 분석 추출할 수 있으며, 원자력발전소의 폐수나 공장배수의 확산상황을 해독하는 데도 이용된다. 그리고, 육상을 주기적으로 관측하여 얻은 리모트 센싱 영상 데이터는 토지형태, 도시의 발전도, 매립지의 분포, 농작물의 생산예측, 곡물분포, 열대림 등의 임종분포, 바이오매스량, 식물의 활성도, 녹지·초원분포 등에 이용한다. 그 밖에, GPS 측위에 의한 자동차, 항공기, 선박의 위치추적(내비게이션 시스템), GIS 시스템과, 지표의 농담영상 추출이나 삼차원 좌표를 추출하여 도시나 지형의 모델링에 이용한다. 또한 스테레오 매칭 기술이나 위상차를 이용하여 표고 데이터 추출, 팬크로매틱 영상, 모자이크 영상, 컬러 합성영상의 작성과 데이터 해석에 이용한다.
특히, 리모트 센싱 영상은 사진과 마찬가지로 빠짐없이 정보를 표현하고 있으므로 지도를 대신할 수 있다. 영상해석 기술을 가지고 있으면 지도보다 다양한 정보를 판독할 수 있다. 지도를 작성하는 데는 오랜 시간을 요하지만, 리모트 센싱 영상은 신속하게 작성할 수 있다. 따라서, 새로운 정보를 신속하게 영상으로 입수하고 판독하여 이용 목적이나 테마별 주제 분포도 작성 및 미지변수를 적출할 수 있는 것이다.
이렇게 영상 데이터를 분석 해석처리함으로써 다양한 목적에 이용할 수 있다. 리모트 센싱의 영상기술은 이전부터 영상처리에서 사용되어 온 팬크로매틱 영상이나 눈에 보이는 가시광선의 컬러 영상처리 등의 기술이 다소 필요하다. 이에 더하여, 눈에 보이지 않는 다파장대 영상 데이터는 지금까지 영상처리의 대상이었던 농담 영상처리나 컬러 영상처리와 동떨어진 것이 아니라, 오히려 이들을 기초로 고도로 발전해 가고 있다.

본서는 이와 같은 리모트 센싱의 핵심기술인 영상처리 해석기술에 주안점을 두고, 제1장에서 리모트 센싱에 불가피한 비행체와 거기에 탑재되는 센서 소개, 제2, 3장에서는 저차원 채널 데이터의 영상처리 방법을 중심으로, 제4장에서는 다채널 데이터의 영상처리 기법에 대해 해설한다. 또, 제4장 이후는 리모트 센싱 영상처리의 핵심인 분류, 데이터 포맷, 기하보정, 응용기술에 대해 설명하고 그 사례를 소개한다.

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주요 내용

■ 원격탐사의 개요

 리모트 센싱의 성장 배경, 비행체의 종류와 상황: 고고도 플랫폼(고도: H≒36000km), 고도 측위 플랫폼(고도: H≒19000∼21000km), 중고도 궤도 플랫폼(고도: H=300∼1000km), 저고도 귀환 플랫폼(고도: H=100∼300km), 저고도 항공 플랫폼(고도: H=100km 이하)
전자파의 파장과 센서(카메라 필름과 원격탐사용 센서, 수동식 센서와 능동식 센서)
현지조사와 Truth Data의 수집, 영상 해석의 필수 지식, 리모트 센싱 영상 데이터의 응용 

■ 단일 영상처리의 기법

농담 영상처리의 개요, 영상의 디지털 데이터화 기법, 영상의 2치화와 노이즈 제거 방법, 에지 추출과 세선화(thinning) 기법, 라벨링(labeling) 기법
매칭(matching)의 인식법과 식별 방법: 템플릿 매칭, 기하학적 특징점, 체인 부호화, 투영 히스토그램 법(주변 분포법), 연결방향의 화소 유무, 반사법, 홀 수와 오일러 수, 세장비(細長比), 원형도(圓形圖), 복잡도, Hough 변환
화소 데이터의 클러스터링 기법, 이차원 디지털 영상신호의 표현과 변환
영상신호의 표현 방법: 사인파 신호의 표현, 복소 사인파 신호의 표현, 이차원 사인파 신호의 표현, 이차원 신호의 스펙트럼
일차원 푸리에 변환, 이차원 푸리에 변환, 영상의 푸리에 변환, 영상변환의 이론, 일반 이산변환, 이산적 푸리에 변환(DFT), Wavelet 변환

■ 컬러 표현방법과 파일포맷 해설

RGB 컬러모델의 해설, UCS 컬러모델 해설, CMY 컬러모델 해설, YIQ 컬러모델, HSV 모델, HLS 컬러모델 해설, 트라이앵글 모델 해설
컬러영상의 포맷 해설: 영상 파일 포맷의 종류, TIFF(Tage Image File Format) 포맷, JPEG(Joint Photographic Experts Group) 포맷, MPEG(Moving Picture Experts Group) 포맷
VRML(Virtual Reality Modeling Language) 포맷: VRML의 개요, VRML2.0의 구성, VRML 공간, VRML의 기하형상 Shape, 무대설정, VRML의 특징, 영상 데이터 압축
2치영상의 데이터 압축: 런렝쓰(run length) 부호화, 마르코프 모델화(Markov model), 예측 부호화와 변환 부호화, 엔트로피 부호화
컬러영상의 데이터 압축, 텔레비젼, 미디어의 데이터 압축, 리모트 센싱 영상에 대한 데이터 압축의 응용

■ 다파장대의 영상처리 기법

다파장대 영상의 개요, 비가시 정보의 가시화 기술
차원을 저하시켜 고속화하는 방법: 선형화하는 방법, K-L 전개법, 방사법, 4축법, 자기 조직화 맵(SOM: Self Organizing Map), 주성분 분석, 중회귀 분석
스테레오 매칭 기법: 영상의 재생 메커니즘, 표정의 필요성, 깊이 정보 추출, 정지체의 계측, 이동체의 계측
탐색법의 개요: 상호상관법, 푸리에 상관법, 푸리에 위상차법, 잔차 축차검정법, 동적 계획법, 샘플링법
트리플릿 법(triplets method), 멀티플릿 법(multiplets method), 삼차원 물체 계측 방법, 거리영상(range image)의 계측 방법, 3D 소프트웨어

■ 영상의 분류방법과 실현 기법

영상 분류의 개요, 영상패턴을 분류하는 순서, 영상, 문자인식의 특징공간
베이즈의 정리(Bayes rule): 조건부 확률, 통신로 행렬(symmetric channel), 엔트로피
통계적 분류법, 기초 통계량, 기본적인 분류 순서
교사없음 분류법(unsupervised classification method), 교사있음 분류법(supervised classification)
트레이닝 지구의 선정, 테스트 지구의 선정, 통계량의 산출, 클러스터링의 원리, 최대확률법

■ 원격탐사의 영상 데이터와 포맷

영상 데이터의 개요, JER-1·OPS의 포맷: BSQ(band sequential) 포맷, BIL(band interleaved by line) 포맷
LANDSAT·MSS의 포맷: 볼륨 디렉토리 파일(VDF:volume directory file), 데이터 파일(data file), 널 볼륨 디렉토리 파일(null volume directory file)
LANDSAT·TM의 포맷, SPOT의 포맷: SPOT-XS의 BSQ의 CCT 포맷, SPOT-XS의 BIL의 CCT 포맷
데이터베이스 검색용 키워드, 컬러 합성영상의 작성

■ 영상 왜곡의 기하보정과 표정

지구의 형상과 취급법, 평면 투영법, Universal Transverse Mercator 도법(UTM), Mercator 도법, Lambert 정적 원통 도법
사진·영상의 표정(orientation): 항공사진의 영상 데이터의 표정(직선의 재현, 평면의 재현, 입체의 재현), 항공기 MSS 영상 데이터의 표정, 항공기 Linear CCD 센서, 항공기 Array CCD 센서, 위성 영상 데이터
기하 변환, 내삽법: 최근린법(nearest neighbor method), 1차내삽법(쌍선형 보간법: bi-linear interpolation method), 3×3 내삽법, 4×4 내삽법(3차보간법: cubic convolution method), 최소 제곱법

■ 분류와 해석 기법

해면 온도의 광역 추출, 컬러 합성도의 작성, 토지 피복 분류, 식생 구분, 삼림 자원량의 산출, 증발산량의 산정
SIR-C의 폴러리메트릭(polarimetric) 해석: 편파 시그너쳐 도면의 작성, 텍스처 특징량, texture 특징량과 편파 signature의 관계
인터페로메트리(interferometry): 표고 추출, INSAR의 응용
범지구 측위 시스템의 활용, 지구환경과 장래의 영상정보 이용

■ 제공하는 소스 프로그램에 대하여

제2장의 영상처리 기초 프로그램: 프로그램의 설명, 소스 프로그램, 데이터 구조와 함수의 설명, 변수의 설명
제8장 7절의 SIR-C의 영상처리 프로그램: R-C CEOS 포맷 → 산란행렬 강도 산정 프로그램, 산란행열 강도를 PGM 영상 데이터 변환 프로그램

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