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문제 정의
- PCI Geomatica의 경우 10.1.2 버전부터 Kompsat- 2의 해석모듈을 탑재하였다, 이에 본 논문에서는 제작된 DEM의 정확도의 분석을 PCI Geomatica를 기준으로 판단하도록 하며 이들을 기준으로 다른 프로그램과의 비교를 시도해 보고자 한다. PCI Geomatica에서는 DEM생성을 위하여 두 가지 방식의 센서모델링 기법을 제공한다.
- 이에 본 연구에서는 궤도 자세각 모델을 적용하여 Kompsat-2 영상의 DEM을 제작해보고, 기존에 사용되고 있는 Kompsat-2 영상의 처리가 가능한 상용프로그램에서 DEM을 제작하여 이들의 정확도를 비교 분석하고자 한다. DEM의 품질 비교를 위해서 본 연구에서는 해당지역의 DTED 데이터를 이용하여 정확도를 판단하였으며, 이를 각각의 프로그램에서 생성된 각각의 DEM 결과와 비교분석하였다.
제안 방법
- 3과 같다. DEMe 한격자당 8.7-10m 의 해상도를 가지도록 제작되었고, 지형표현의 레벨은 각 소프트웨어에서 제공하는 최고단계의 옵션으로 제작하였다. 좌표계는 경위도 좌표계, 높이값으로는 평균해수면 값을 이용하여 표현하였다(Table 5).
- 한다. DEM의 품질 비교를 위해서 본 연구에서는 해당지역의 DTED 데이터를 이용하여 정확도를 판단하였으며, 이를 각각의 프로그램에서 생성된 각각의 DEM 결과와 비교분석하였다.
- Kompsat-2 위성영상을 이용하여 DEM의 제작정확도를 비교하기 위해 사용된 상용 소프트웨어로 Kompsat-2 영상의 처리가 가능한 프로그램 중 널리 사용되는 PCI Geomatica 10.1.2, ENVI 6.2 를 이용하여 DEM을 제작해 보았고 이들 소프트웨어를 사용한 제작 결과와 본 연구를 통해 개발된 DEM 제작 프로그램을 사용하여 그 성능을 비교해 보았다.
- 본 연구에서는 Kompsat-2 영상을 이용한 DEM 제작을 위해 최적화된 궤도 자세각 모델식인 0A1 모델과에피폴라 곡선과 위성의 기하학적 정보를 이용한 영상정합기법을 사용하였으며, 이렇게 제작된 DEM의 정확도를 육안 분석과 DTED와의 비교를 통한 정량적 분석으로 판단하였다. 이 연구결과를 통해 다른 고해상도위성 영상과 마찬가지로 Kompsat-2 영상을 이용한 정밀 지형 생성이 가능함을 확인할 수 있었으며, 실험 결과 제작된 DEM이 PCI Geomatica, ENVI와 같은 상용프로그램을 이용한 DEM보다 더욱 세밀하게 지형의 표현이 이루어짐을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 각 프로그램으로 생성한 DEM을 해당 지역을 포함히는 USGS DTED와 비교하여 정확도 분석을 실시하였다. 픽셀 간격은 1000으로 하여 비교하였으며 실험에 사용된 Kompsat-2 영상은 el26n35지역과 el27n35지역 사이에 놓여있어서 두 개의 DTED를 이용하여 수행하였다.
- 생성된 DEM 정확도를 비교하기 위해 위도 127 경도 35와 위도 126 경도 35에 해당하는 DTED와 비교해보았다. Fig.
- 실험을 위해 좌측 영상의 에피폴라 곡선 상에서 정합을 위한 후보점을 설정하고, 우측 영상의 에피폴라 곡선상에서 탐색영역을 설정한 후 두 영상에서 설정된 탐색영역의 상관계수를 계산한 후, 계산된 상관계수가 사용자가 지정해놓은 임계값보다 높을 경우 정합 성공 점으로 판단하는 방식을 사용하였으며, 정합이 완료된 후 보간법을 사용하여 DEM을 제작하였다.
- (Kim, 2000). 이에 본 연구에서는 에피폴라 영상을 제작하는 대신, 위성 센서의 위치와 자세와 같은 기하학적 요소 등을 고려하여 양쪽 영상에 정확한 에피폴라 곡선을 계산하여 처리하는 방식을 사용하였다. 이 방식의 경우 원시데이터의 변형 없이 정합이 가능하고, 에피폴라 영상을 제작하기 위한 시간을 단축할 수 있다는 점이 장점이다.
- 7-10m 의 해상도를 가지도록 제작되었고, 지형표현의 레벨은 각 소프트웨어에서 제공하는 최고단계의 옵션으로 제작하였다. 좌표계는 경위도 좌표계, 높이값으로는 평균해수면 값을 이용하여 표현하였다(Table 5).
대상 데이터
- 오차값은 좌우 영상의 각각의 GCP에 대한 RMSE 값이며 X는 Column, Y는 Row를 의미한다. GCP는 GPS측량을 통하여 취득하였으며, 각 영상별로 좌우 동일하게 15개, 16개, 11개, 8개의 GCP를 사용하였다. GCP는 영상의 전체영역에 골고루 분포되도록 설정하였다.
- 검증을 위하여 실험에 사용한 기준 데이터는 USGS DTED 데이터이며 상세 내역은 Table 2에 나타나 있다.
- 실험을 위해 사용된 위성 영상은 Kompsat-2로 취득된 담양 지역의 스트립영상 중 일부로 영상은 스테레오 영상이다. 영상에 대한 상세 자료는 Table 1과 같으며.
- 실시하였다. 픽셀 간격은 1000으로 하여 비교하였으며 실험에 사용된 Kompsat-2 영상은 el26n35지역과 el27n35지역 사이에 놓여있어서 두 개의 DTED를 이용하여 수행하였다. 정확도 분석을 위한 척도로는 DTED와 DEM의 높이값의 평균 절대오차, RMS 오차값을 이용하였으며 그 결과는 Table 6에 나타나 있다.
데이터처리
- 픽셀 간격은 1000으로 하여 비교하였으며 실험에 사용된 Kompsat-2 영상은 el26n35지역과 el27n35지역 사이에 놓여있어서 두 개의 DTED를 이용하여 수행하였다. 정확도 분석을 위한 척도로는 DTED와 DEM의 높이값의 평균 절대오차, RMS 오차값을 이용하였으며 그 결과는 Table 6에 나타나 있다. 음영지역은 영상에서 가장 좋은 정확도를 나타낸 방식을 나타낸다.
이론/모형
- 음영지역은 영상에서 가장 좋은 정확도를 나타낸 방식을 나타낸다. DTED와 DEM사이의 정확한 좌표의 탐색을 위하여 공일차 보간법 (bilinear Interpolation)을 적용하여 높이값을 비교하였다.
- 본 실험에서는 궤도 자세각 모델 중 이전의 연구에서 Kompsat-2 영상의 처리에서 우수한 성능을 보여주는 것으로 보고된 바 있는 위치 에러, 변화율, 가속도 및 자세 에러를 미지수로 조합하는 OA1 모델을 이용하여 Kompsat-2 영상에 적용하였다.
- 영상의 정합을 실시하게 된다. 정합을 위해서는 영 역기반 정합 방법이 일반적으로 사용되며, 본 실험에서는 피라미드 방식을 적용하여 영상 정합을 실시하였다. 피라미드 방식은 하위레벨 영상의 정합결과가 상위 레벨 영상의 정합 후보점으로 사용되는 방식으로, 처리가 빠르고 영상 전역에 걸친 정합 후보점의 추출이 가능하여 정확한 정합을 가능하게 하는 방식이다(Daniela 외, 2004).
- 최하위 레벨 피라미드영상에 적용되는 정합후보점은 사용자가 설정한 동일점이며, 이들 점은 영상 전역에 고르게 분포하도록 설정하였다. 좌우영상의 정합을 위한 상관계수 계산방법으로는 변형된 Zero mean normalized cross-correlation 방법을 사용하였으며 이흥규 외, 1999), 사용된 수식은 식 (1)과 같다.
- PCI Geomatica에서는 DEM생성을 위하여 두 가지 방식의 센서모델링 기법을 제공한다. 하나는 RFM 모델이며, IKONOS, SPOT-5, QuickBird와 같은 대부분의 고해상도 위성 영상을 처리하기 위한 센서모델로는 궤도 기반 모델의 하나인 Toutin' s Mode[을 사용한다.
성능/효과
- 5의 (d)와 같이 MakeDEM으로 생성한 DEMo] 가장 세밀하게 지형을 표현하고 있었다. 또한 상대적으로 ENVI로 생성한 DEM (c)가 (a)와 (b)같이 PCI 로 생성한 DEM보다 지형을 더 세밀하게 표현하고 있음을 확인할 수 있었다. ENV1 로 생성된 DEM의 경우 MakeDEM과 육안 상 큰 차이는 나타나지 않았으나, 능선 곳곳에서 MakeDEM에서는 발견되지 않았던 Peak과 Sink와 같은 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 평지지역에서도 MakeDEM에 비해 노이즈가 많이 발생하였다.
- 또한 상대적으로 ENVI로 생성한 DEM (c)가 (a)와 (b)같이 PCI 로 생성한 DEM보다 지형을 더 세밀하게 표현하고 있음을 확인할 수 있었다. ENV1 로 생성된 DEM의 경우 MakeDEM과 육안 상 큰 차이는 나타나지 않았으나, 능선 곳곳에서 MakeDEM에서는 발견되지 않았던 Peak과 Sink와 같은 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 평지지역에서도 MakeDEM에 비해 노이즈가 많이 발생하였다. 즉, 상세한 지형표현에 있어서는 MakeDEM, ENVI, PCI순으로 나타내어짐을 확인할 수 있었다.
- 보여줌을 확인할 수 있었다. PCI에서 RFM을 이용한 방식과 ENVI로 생성한 DEMe 위에 언급한 두 DEM에 비해 낮은 정확도를 보여주고 있으며 오차의 폭도 매우 크게 나왔음을 확인할 수 있었다. Scene 64의 경우 RFM 방식을 사용한 ENVI에서 가장 높은 정확도를 보여주었으나, 다른 영상에서의 오차는 크게 나타났으므로, 영상에 따라 DEM 정확도의 기복이 있음을 판단할 수 있었다.
- Table 6에서처럼 실험결과는 MakeDEM으로 생성한 DEM의 정확도가 가장 우수하게 나왔으며 그 다음으로 PCI에서 Toutin' s Model을 사용한 DEM이 MakeDEM으로 생성한 것과 거의 유사한 정도의 정확도를 보여줌을 확인할 수 있었다. PCI에서 RFM을 이용한 방식과 ENVI로 생성한 DEMe 위에 언급한 두 DEM에 비해 낮은 정확도를 보여주고 있으며 오차의 폭도 매우 크게 나왔음을 확인할 수 있었다.
- 각각의 프로그램으로 제작된 DEM을 육안으로 보았을 때에는 Fig. 5의 (d)와 같이 MakeDEM으로 생성한 DEMo] 가장 세밀하게 지형을 표현하고 있었다. 또한 상대적으로 ENVI로 생성한 DEM (c)가 (a)와 (b)같이 PCI 로 생성한 DEM보다 지형을 더 세밀하게 표현하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 모델수립 정확도에 대한 전체 RMSE는 Table 3에서 볼 수 있듯이 궤도 모델 방식인 Toutin' s Model 빙-식으로 수립했을 때가 RFM 방식으로 했을 때 보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 비교 분석을 위해서 MakeDEM 에서 사용하는 OA1 모델의 정확도도 이용하였으며 OA1 모델의 정확도는 Toutin' s Model과 거의 유사한 결과를 보여 주었다.
- 얻을 수 있었다. 비교 분석을 위해서 MakeDEM 에서 사용하는 OA1 모델의 정확도도 이용하였으며 OA1 모델의 정확도는 Toutin' s Model과 거의 유사한 결과를 보여 주었다.
- 판단하였다. 이 연구결과를 통해 다른 고해상도위성 영상과 마찬가지로 Kompsat-2 영상을 이용한 정밀 지형 생성이 가능함을 확인할 수 있었으며, 실험 결과 제작된 DEM이 PCI Geomatica, ENVI와 같은 상용프로그램을 이용한 DEM보다 더욱 세밀하게 지형의 표현이 이루어짐을 확인할 수 있었다. 정량적인 정확도의 비교 결과 또한 안정적이고 우수한 결과를 보여주었다.
- 이와 깉은 결과들로 확인할 수 있듯이 본 연구에서 제작된 DEM이 상용 소프트웨어에서 제작된 DEM보다 더 세밀한 지표면의 묘사가 가능하였고 정량적인 정확도 검증 결과 역시 더 좋은 성능을 보여줌을 확인할 수 있었다.
- 이 연구결과를 통해 다른 고해상도위성 영상과 마찬가지로 Kompsat-2 영상을 이용한 정밀 지형 생성이 가능함을 확인할 수 있었으며, 실험 결과 제작된 DEM이 PCI Geomatica, ENVI와 같은 상용프로그램을 이용한 DEM보다 더욱 세밀하게 지형의 표현이 이루어짐을 확인할 수 있었다. 정량적인 정확도의 비교 결과 또한 안정적이고 우수한 결과를 보여주었다.
- ENV1 로 생성된 DEM의 경우 MakeDEM과 육안 상 큰 차이는 나타나지 않았으나, 능선 곳곳에서 MakeDEM에서는 발견되지 않았던 Peak과 Sink와 같은 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 평지지역에서도 MakeDEM에 비해 노이즈가 많이 발생하였다. 즉, 상세한 지형표현에 있어서는 MakeDEM, ENVI, PCI순으로 나타내어짐을 확인할 수 있었다.
- 프로그램 내에서 동일한 스테레오 정합 방식을 사용하는 PCI에서 RFM과 궤도 모델(Toutin' s Model) 의선택에 따라 DEM의 정확도 크게 차이가 나는 것으로 보아, 정확한 센서모델의 선택이 DEM의 정확도에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었으며, 유사한 정확도의센서모델을 사용하는 PCI와 본 연구에서 생성한 제작된 DEM의 정확도 검증결과 본 연구에서 생성한 DEM이 더 좋은 결과를 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 이는 영상의 정합기 법에서 오는 차이로 판단할 수 있다.
후속연구
- 이 연구결과를 통하여 기존에 획득되었던 IKONOS, Spot-5와 같은 고해상도 위성영상을 이용한 응용 분야와 마찬가지로 Kompsat-2 영상을 이용한 지형, 지물추출 및 지형정보 갱신과 같은 연구 및 기타 응용 분야에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기 대된다.
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