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[국내논문] 2단계 분광혼합기법 기반의 하이퍼스펙트럴 영상융합 알고리즘
Hyperspectral Image Fusion Algorithm Based on Two-Stage Spectral Unmixing Method 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.22 no.4, 2006년, pp.295 - 304  

최재완 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부) ,  김대성 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부) ,  이병길 (한경대학교 토목공학과) ,  유기윤 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부) ,  김용일 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부)

초록
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영상융합은 "특정 알고리즘의 사용을 통해 두 개 혹은 그 이상의 서로 다른 영상을 조합하여 새로운 영상을 만들어내는 것"을 뜻하며 원격탐사에서는 주로 낮은 공간해상도의 멀티스펙트럴 영상과 높은 공간해상도의 흑백영상을 융합하여 높은 공간해상도의 멀티스펙트럴 영상을 생성하는 것을 의미한다. 일반적으로 하이퍼스펙트럴 영상융합을 위해서는 기존의 멀티스펙트럴 영상융합 기법을 이용한 방법이나 분광혼합기법을 이용한 방법을 사용한다. 전자의 경우에는 분광정보가 손실될 가능성이 높으며, 후자의 경우는, endmember의 정보나 부가적인 데이터가 필요하고 결과 영상의 경우 공간적 정보가 상대적으로 부정확한 문제점을 보인다. 따라서 본 연구에서는 하이퍼스펙트럴 영상의 분광특성을 보존하기 위한 융합방법으로서 2단계 분광혼합기법을 사용한 영상융합 알고리즘을 제안하였으며 이를 실제 Hyperion, ALI 영상에 적용하여 평가하였다. 이를 통해 제안한 알고리즘에 의해서 융합된 결과가 PCA, GS 융합기법에 비해서 높은 공간, 분광 해상도를 유지할 수 있음을 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Image fusion is defined as making new image by merging two or more images using special algorithms. In case of remote sensing, it means fusing multispectral low-resolution remotely sensed image with panchromatic high-resolution image. Generally, hyperspectral image fusion is accomplished by utilizin...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 endmember의 정보와 부가적인 자료가 필요하지 않으며 기존의 하이퍼스펙트럴 영상융합기법이 가지는 분광정보 및 공간정보의 손실문제를 극복하기 위해서 2단계 분광혼합기법 기반의 영상융합방법을 제안하였다. 또한 이를 기존의 대표적인 영상융합 방법인 PCA융합, GS융합기법과 비교하여 알고리즘의 유효성을 평가하였다.
  • 및 개수의 정보를 알아야 한다. endmember의 개수와 종류에 의해서 abundance 영상과 RMSE (Root Mean Square Error)영상의 결과가 달라지기 때문에 영상융합에 선형분광혼합모델을 적용하기 위해서는 최적의endmember 집합을 찾는 것이 가장 중요하다(Antonio, 2004), 따라서 본 연구에서는 무감독 endmember 추출을 통한 제약선형분광혼합모델을 제시하였다. 이를 통해서 영상융합에 필요한 영상 내의 endmember를 자동으로 추출하였으며, endmember의 개수는 RMSE영상을이용하여 최적화 시키도록 하였다.
  • 본 연구에서는 융합된 영상의 정량적인 평가와 시각적인 평가를 모두 고려하기 위해 두가지의 실험을 수행하였다. 또한, 제안한 알고리즘의 성능 평가를 위해서 하이퍼스펙트럴 영상융합에 효과적인 알고리즘으로 알려져 있는 Envi 4.
  • 본 연구에서는 하이퍼스펙트럴 영상의 가장 큰 특징인 연속된 분광정보를 효과적으로 보존하기 위해서 2단계의 분광혼합모델을 이용한 융합기법을 제시하였다. 본 연구를 통해서 기존의 분광혼합모델을 이용한 융합기법들이 가지고 있던 문제점을 해결하였다.
  • 제시하였다. 본 연구를 통해서 기존의 분광혼합모델을 이용한 융합기법들이 가지고 있던 문제점을 해결하였다. 일련의 알고리즘을 자동화하여 사용자의 개입이 최소화되도록 하였으며, 분류결과 등의 부가데이터나 endmember의 정보를 필요로 하지 않도록 하였다.

가설 설정

  • 제약선형분광혼합모델의 적용을 위해서는 최소 2개 이상의 endmembei가 있어야 한다. 첫번째 endmember는 하이퍼스펙트럴 영상 내에서 가장 큰 벡터 크기를 가지고 있는 화소로 가정하며, 두번째 endmembei는 영상 내에서 가장 작은 벡터 크기를 가지는 화소로서 구하는 식은 아래와 같다.
  • 하이퍼스펙트럴 영상의 각각의 endmember의 분광 정보를 고해상도 영상 화소의 밝기값으로 변환하였다고 가정하자. 이때 변환정보는 endmember들의 영상 내 위치정보를 알고 있기 때문에, 해당하는 고해상도 영상의 밝기값을 직접 추출하여 식 13과 같은 제약조건 식을 얻을 수 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Ali Darvishi, 2005. Hyper-spectral/High-Resolution Data fusion: Assessing the Quality of EO1-Hyperion/Spot-Pan & Quickbird-MS fused images in Spectral Domain, ISPRS Hannover Workshop 

  2. Antonio Plaza, Pablo Martinez, Rosa Perez, and Javier Plaza, 2004. A Quantitative and Comparative Analysis of Endmember Extraction Algorithms From Hyperspectral Data, IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 42(3): 650-663 

  3. Chein-I Chang and Daniel C. Heinz, 2000. Constrained Subpixel Target Detection for Remotely Sensed Imagery, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 38(3): 1144-1159 

  4. Daniel C. Heinz and Chein-I, 2001. Fully Constrained Least Squares Linear Spectral Mixture Analysis Mehtod for Material Quantification in Hyperspectral Imagery, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(3): 529-545 

  5. Gary D. Robinson, Harry N. Gross, and John R. Schott, 2000. Evaluation of Two Applications of Spectral Mixing Models to Image Fusion, Remote Sensing of Environment, 71: 272-281 

  6. Harvey E. Rhody, 2002. Enhancing Spatial Resolution for Exploitation in Hyperspectral Imagery, IEEE Proceedings of 31st Applied Imagery Pattern Recognition Workshop (AIPR 02) 

  7. Michael T. Eismann and Russell C. Hardie, 2005. Hyperspectral Resolution Enhancement Using High-Resolution Multispectral Imagery With Arbitrary Response Functions, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43(3): 455-465 

  8. Rasmus Bro and Sijmen De Jong, 1997. A fast non - negativity-constrained least squares algorithm, Journal of Chemometrics, 11: 393-401 

  9. Russell C. Hardie and Michael T. Eismann, 2004. MAP Estimation for Hyperspectral Image Resolution Enhancement Using an Auxiliary Sensor, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 13(9): 1174-1184 

  10. Roger L. Schultz and Martin T. Hagan, 1999. On-line Least-Squares Training For The Underdetermined Case, International Joint Conference on Neural Networks, July, Washington, Paper No. 515 

  11. Soo Chin Liew, Chew Wai Chang, and Leong Keong Kwoh, 2003. Image Fusion of Hyperion and IKONOS imagery, Image Processing and Pattern Recognition in Remote Sensing, Proceedings of SPIE, 4898: 31-35 

  12. Yun Zhang, 2004. Understanding Image Fusion, PE & RS, June: 657-661 

  13. Zhizun Wang, Djemel Ziou, Costas Armenakis, Deren Li, and Qingquan Li, 2005. A Comparative Analysis of Image Fusion Methods, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43(6): 1391-1402 

  14. Zhou Wang and Alan C. Bovik, 2002. A Universal Image Quality Index, IEEE Signal Processing Letters, XX(Y), March: 1-4 

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