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[국내논문] 다시기 원격탐사자료 기반 무감독 변화탐지의 계절적 영향 제거
Seasonal Effects Removal of Unsupervised Change Detection based Multitemporal Imagery 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.36 no.2, 2018년, pp.51 - 58  

박홍련 (School of Civil Engineering, Chungbuk National University) ,  최재완 (School of Civil Engineering, Chungbuk National University) ,  오재홍 (Dept. of Civil Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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최근, 다양한 위성센서가 개발되면서 다시기 위성영상의 취득이 용이해지고 있다. 이에 따라, 재난/재해, 국토모니터링 등과 같은 활용분야에 다시기 위성영상을 적용하기 위한 변화탐지 기법에 대한 연구들이 수행되고 있다. 특히, 빠른 시간 내에 변화지역의 추출이 가능한 무감독 변화탐지 기법의 개발과 관련된 연구들이 수행되고 있지만, 계절적 변화 등과 같은 방사적 차이로 인해 오탐지가 발생하는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 무감독 변화탐지 기법 중의 하나인 $S^2CVA$ 기법을 적용하여 생성한 변화방향 벡터를 이용하여 계절적 영향으로 인한 오탐지를 감소시키고자 하였다. 이를 위하여, 동일한 계절을 가지는 RapidEye 위성영상과 다른 계절에 촬영된 RapidEye 위성 영상에 $S^2CVA$ 기법을 적용하였으며, $S^2CVA$의 변화방향벡터가 계절적 영향에 따른 오탐지를 제거할 수 있는지를 분석하였다. 정량적 평가를 위해 변화탐지 결과의 ROC 곡선AUC 분석을 통해 기존의 방법에 비해 변화탐지 성능이 향상된 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, various satellite sensors have been developed and it is becoming more convenient to acquire multitemporal satellite images. Therefore, various researches are being actively carried out in the field of utilizing change detection techniques such as disaster and land monitoring using multitem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 오탐지 화소를 제거하기 위해, 오탐지로 예상되는 지역에 대한 변화 방향 벡터를 이용하여 경험적 임계값을 계산하였다. 변화 방향 벡터에서 임계값 범위에 포함되는 화소들은 오탐지 지역으로 결정되며, 변화 크기 벡터에서 미변화 지역으로 분류하여 계절적 영향을 최소화하고자 하였다. 본 연구의 흐름도는 Fig.
  • 본 연구에서는 계절적 변화로 인한 오탐지 지역의 제거를 통해 변화탐지 성능을 향상시키기 위해, 변화 방향 벡터 중 165°~180° 범위에 포함되는 화소를 오탐지된 화소로 설정하였다.
  • 본 연구에서는 다시기 원격탐사자료를 이용한 변화탐지 수행 시, 식생 및 논·밭 등에서 계절적 불일치로 인해 발생하는 다시기 영상 간 화소 값의 차이로 인한 오탐지 지역을 제거하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 서로 다른 시기의 원격탐사자료를 이용하여 변화탐지를 수행할 때, 계절적 영향으로 인해 발생하는 오탐지를 제거하여 변화탐지 성능을 향상시키고자 하였다. 변화탐지에는 중해상도 위성영상인 RapidEye를 활용하였으며, 같은 계절에 촬영된 영상과 서로 다른 계절에 촬영된 영상에 S 2CVA 알고리즘을 적용하여 경향을 분석하였다.
  • 본 연구에서는 시기가 다른 다시기 위성영상을 활용한 변화탐지 결과에 발생하는 오탐지를 제거하기 위해 시기가 같은 영상 한 쌍과 시기가 서로 다른 두 쌍의 위성영상을 취득하였으며, 각 다시기 영상에 S 2CVA 무감독 변화탐지 기법을 적용 하여 각 쌍에 대한 변화 크기 벡터와 방향 벡터 영상을 생성하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 중해상도 위성영상인 RapidEye 다시기 영상을 취득하여 변화탐지를 수행하였다. RapidEye는 5개의 위성이 지구를 관측하고 있기 때문에 매일 동일한 지역의 영상을 획득할 수 있으며, red, green, blue, NIR (Near Infra Red) 밴드 외에 red edge 밴드를 추가적으로 취득할 수 있어 식생, 농작물과 관련된 모니터링 및 변화탐지에 적합하다고 판단하였다.

가설 설정

  • 토지사용 측면에서는 변화지역이 아니지만 계절적 영향으로 인해 토지피복의 변화가 일어나는 지역은 식생과 논·밭으로 가정하여 연구를 수행하였으며, 논·밭의 비닐하우스와 같은 시설재배지는 제외하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위성센서의 다양한 개발로 일어난 것은? 최근, 다양한 위성센서가 개발되면서 다시기 위성영상의 취득이 용이해지고 있다. 이에 따라, 재난/재해, 국토모니터링 등과 같은 활용분야에 다시기 위성영상을 적용하기 위한 변화탐지 기법에 대한 연구들이 수행되고 있다.
다시기 위성영상의 오탐지가 발생하는 이유는? 이에 따라, 재난/재해, 국토모니터링 등과 같은 활용분야에 다시기 위성영상을 적용하기 위한 변화탐지 기법에 대한 연구들이 수행되고 있다. 특히, 빠른 시간 내에 변화지역의 추출이 가능한 무감독 변화탐지 기법의 개발과 관련된 연구들이 수행되고 있지만, 계절적 변화 등과 같은 방사적 차이로 인해 오탐지가 발생하는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 무감독 변화탐지 기법 중의 하나인 $S^2CVA$ 기법을 적용하여 생성한 변화방향 벡터를 이용하여 계절적 영향으로 인한 오탐지를 감소시키고자 하였다.
감독 변화 탐지의 단점은 무엇인가? 변화탐지 기법은 변화지역의 토지피복 확인가능 유무에 따라 감독 변화탐지와 무감독 변화탐지 기법으로 구분할 수 있다. 감독 변화 탐지는 훈련자료(training data)를 이용하여 감독분류를 수행한 결과를 이용하여 변화탐지를 수행하기 때문에 변화된 토지피복을 확인할 수 있지만, 분류결과 정확도에 따라 변화탐지 성능이 변하는 단점이 있다. 무감독 변화탐지 기법은 변화지역의 변화양상을 파악하기 어렵지만, 효과적인 재난/재해 등의 모니터링 등의 목적을 위하여 빠른 시간 내에 변화 지역을 추출할 수 있는 장점을 지닌다(Choi, 2015).
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참고문헌 (10)

  1. Bovolo, F. and Bruzzone, L. (2007), A theoretical framework for unsupervised change detection based on change vector analysis in the polar domain, IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 45, No. 1, pp. 218-236. 

  2. Bovolo, F., Bruzzone, L., Capobianco, L., Garzelli, A., Marchesi, S., and Nencini, F. (2010), Analysis of the effects of pansharpening in change detection on VHR images, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol. 7, No. 1, pp. 53-57. 

  3. Bovolo, F., Marchesi, S., and Bruzzone, L. (2012), A framework for automatic and unsupervised detection of multiple changes in multitemporal images, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 50, No. 6, pp. 2196-2212. 

  4. Choi, J.W. (2015), Unsupervised change detection for very high-spatial resolution satellite imagery by using object-based IR-MAD algorithm, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 33, No. 4, pp. 297-304. (in Korean with English abstract) 

  5. Hussain, M., Chen, D., Cheng, A., Wei, H., and Stanley, D. (2013), Change detection from remotely sensed images: From pixel-based to object-based approaches, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 80, pp. 91-106. 

  6. Kang, G.S., Shin, S.C., and Cho, K.J. (2003), Change detection using the IKONOS satellite images, Journal of the Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 11, No. 2, pp. 61-66. (in Korean with English abstract) 

  7. Liu, S., Bruzzone, L., Bovolo, F., Zanetti, M., and Du, P. (2015), Sequential spectral change vector analysis for iteratively discovering and detecting multiple changes in hyperspectral images, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 53, No. 8, pp. 4363-4378. 

  8. Park, N.H., Kim, D.H., Ahn, J.Y., Choi, J.W., Park, W.Y., and Park, H.C. (2017), Unsupervised change detection based on sequential spectral change vector analysis for updating land cover map, Korean Journal of Remote Sensing, Vol. 33, No. 6-2, pp. 1075-1087. (in Korean with English abstract) 

  9. Park, J.K. (2010), Change detection of vegetation using Landsat image - Focused on Daejeon city -, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 28, No. 2, pp. 239-246. (in Korean with English abstract) 

  10. Wang, B., Choi, S.K., Byun, Y.G., Lee, S.K., and Choi, J.W. (2015), Object-based change detection of very high resolution satellite imagery using the cross-sharpening of multitemporal data, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol. 12, No. 5, pp. 1151-1155. 

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