[논문]다중시기 위성 레이더 영상을 활용한 변화탐지 기술 리뷰

백원경; 정형섭

doi:10.7780/kjrs.2019.35.5.1.10

다중시기 위성 레이더 영상을 활용한 변화탐지 기술 리뷰
A Review of Change Detection Techniques using Multi-temporal Synthetic Aperture Radar Images 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.35 no.5 pt.1, 2019년, pp.737 - 750

백원경 (서울시립대학교 공간정보공학과) , 정형섭 (서울시립대학교 공간정보공학과)

초록
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접근 불능지역에 대한 표적의 변화 정보는 국가 안보의 측면에서 매우 중요하며 이상 징후에 조속히 대응하기 위해서는 신속하고 정확한 표적의 변화 탐지 결과 도출이 필수적이다. 위성 SAR는 기상 조건과 태양고도에 상관없이 높은 정확도의 영상을 취득할 수 있으며 최근 SAR 위성 수의 증가에 따라 동일 지역에 대하여 1일 미만의 시간 해상도로 영상획득이 가능해졌다. 이러한 장점으로 접근 불능지역에 대한 변화 탐지를 수행할 때 활용성이 크게 증대되었다. 위성 SAR에서 일반적으로 활용 가능한 정보는 강도와 위상 정보로 각각의 기술을 기반으로 변화 탐지 기술이 개발되었다. 강도기반 변화 탐지(ACD; Amplitude Change Detection), 긴밀도 기반 변화 탐지(CCD; Coherence Change Detection). 각각의 알고리즘은 정보의 특성 차이에 따라 변화탐지 기술 구현을 위한 전처리 과정이 다르고 각 알고리즘의 최종 탐지 결과물에 차이가 있다. 따라서 각각의 관측기술에 대한 학술적인 연구동향을 분석함으로써 각 변화탐지 기술의 장단점을 상호보완 할 수 있다. 본 논문의 목적은 위성 SAR 영상을 활용한 변화탐지와 관련하여 기존에 수행된 연구 문헌을 수집하고 동향을 파악하는 것이다. 이 연구는 지속적인 지표변화 탐지를 위한 필요 조건을 조사하여 향후 접근 불능지역에 대한 주기적 탐지 연구를 수행하는데 활용할 예정이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Information of target changes in inaccessible areas is very important in terms of national security. Fast and accurate change detection of targets is very important to respond quickly. Spaceborne synthetic aperture radar can acquire images with high accuracy regardless of weather conditions and solar altitude. With the recent increase in the number of SAR satellites, it is possible to acquire images with less than one day temporal resolution for the same area. This advantage greatly increases the availability of change detection for inaccessible areas. Commonly available information in satellite SAR is amplitude and phase information, and change detection techniques have been developed based on each technology. Those are amplitude Change Detection (ACD), Coherence Change Detection (CCD). Each algorithm differs in the preprocessing process for accurate automatic classification technique according to the difference of information characteristics and the final detection result of each algorithm. Therefore, by analyzing the academic research trends for ACD and CCD, each technologies can be complemented. The goal of this paper is identifying current issues of SAR change detection techniques by collecting research papers. This study would help to find the prerequisites for SAR change detection and use it to conduct periodic detection research on inaccessible areas.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. The example of new persistent scatters (PSs) detection; Zoomed ALOS2 PALSAR2 amplitude image acquired at (a) 20160307 and (b) 20160419; The white boxes indicate new persistent scatterers.
그림 Fig. 2. (a) normalized amplitude and (b) normalized amplitude texture image from KOMPSAT-5 (20180213).
그림 Fig. 3. Real color image from Sentinel-2(20180925); Co-polarized (b) interferogram and (c) coherence image from Sentinel-1 (20191006).
그림 Fig. 4. The targets of SAR change detection technologies.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 국내·외 위성 SAR 기반 변화탐지 기술 및 활용 동향을 조사하고 향후 발전 방향을 제시하고자 한다. 세부적으로는 1) 다중시기 위성 SAR의 강도 및 긴밀도 정보를 활용한 변화 탐지 기술, 2) 다중시기 위성 SAR 변화 탐지 기술 적용을 위한 촬영 환경 특성으로 내용을 구성하여 각 분야에 대한 연구 동향을 제시하고자 한다. 본 연구의 과정에서 제시된 연구 결과는 차세대 위성 SAR 개발과 영상처리 기술에 의한 신뢰성 높은 영상정보를 기반으로 군사적·과학적 의사결정을 지원할 수 있는 선행 연구로써 이바지할 것이다.
두 번째로는 생성된 강도 비 영상에 대하여 변화 지역과 비변화 지역을 통계적으로 구분하는 방법에 관한 연구이다. 일반적으로 활용되는 이진화 기법인 K&I 알고리즘, Otsu 알고리즘 등이 정규분포를 가정한다는 점에서 강도비 영상에 직접 적용하기 어렵다(Park, 2016; Bazi et al.
따라서, 본 연구에서는 국내·외 위성 SAR 기반 변화탐지 기술 및 활용 동향을 조사하고 향후 발전 방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

이러한 접근 방법은 강도기반 변화 탐지의 주기를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 개발한 기술을 다중궤도 시계열 영상에 적용함으로써 산불 전후에 발생한 지표의 특성 변화를 나타냈다.
선박은 고정산란체로 기름 유출 지역은 분포산란체로 각각 간주할 수 있다. 생성된 동일편파 간섭영상의 거칠기 정보와 긴밀도를 생성함으로써 탐지를 수행했다. 탐지 결과 선박과 기름유출 지역이 보다 높은 값을 나타냈다.
또한, 시간 해상도가 12분(minute) 간격으로 촬영하여 변화 지역 이외 의 시간 비상관화(temporal decorrelation)의 영향은 매우 적었다. 해당 연구에서는 촬영한 영상을 활용하여 강도 기반 변화탐지와 긴밀도 기반 변화탐지를 각각 수행 했다. 그 결과 강도 영상에서는 확인할 수 없었던 긴밀도 저하를 확인하였다.

성능/효과

(2016)은 농경지에 대하여 경작 전후에 각각 촬영된 SAR 영상에 대하여 강도 및 긴밀도 기반 변화탐지를 적용한 바 있다. 강도 기반 변화탐지 결과로써는 유효한 변화를 파악하기 어려운 특징이 있었으나, 긴밀도 기반 변화 탐지를 통하여 경작이 완료된 지역과 경작이 수행 되지 않은 지역을 구분할 수 있었다. 이러한 특징을 보았을 때 긴밀도 기반 변화 탐지는 강도 기반 변화탐지에 비하여 매우 세밀한 지표 변화 탐지가 가능하다.
해당 연구에서는 촬영한 영상을 활용하여 강도 기반 변화탐지와 긴밀도 기반 변화탐지를 각각 수행 했다. 그 결과 강도 영상에서는 확인할 수 없었던 긴밀도 저하를 확인하였다. 분석 결과 양 떼의 발자국에 의한 긴밀도 저하라 토의하였다.
이상의 연구 동향을 통하여 본 연구에서는 고정 산란체와 분포 산란체의 변화가 각 변화 탐지 기반 맵에서 나타나는 특성을 확인할 수 있었다(Chae et al., 2015). Fig.
생성된 동일편파 간섭영상의 거칠기 정보와 긴밀도를 생성함으로써 탐지를 수행했다. 탐지 결과 선박과 기름유출 지역이 보다 높은 값을 나타냈다. Fig.
(2016)은 지형에 따라 달라지는 지역 촬영 입사각에 따른 각 픽셀의 실제 넓이를 고려하여 지형 방사 보정을 수행하였다. 해당 전처리 과정을 통하여 다중 궤도에서 촬영된 SAR 강도 영상을 활용하여 강도기반 변화탐지가 가능하였다. 이러한 접근 방법은 강도기반 변화 탐지의 주기를 크게 향상시킬 수 있다.

후속연구

, 2017). 또한, 위성 SAR 변화 탐지를 위한 SAR 촬영 환경 변화의 영향에 대해 분석함으로써 알고리즘의 실적용과 활용 사례를 기반으로 발전 방향을 모색해야 한다. 특히 SAR 변화 탐지 기술현황 분석 및 사례조사, 기술 수준 및 검토, 발전 동향 등을 체계적으로 연구하여 제시할 필요가 있다.
본 연구의 과정에서 제시된 연구 결과는 차세대 위성 SAR 개발과 영상처리 기술에 의한 신뢰성 높은 영상정보를 기반으로 군사적·과학적 의사결정을 지원할 수 있는 선행 연구로써 이바지할 것이다.
2에서 확인할 수 있듯이, 위성 SAR 강도 영상의 밝기값 만으로는 구분이 가능하지 않던 인공물의 정보가 거칠기 영상에서는 강조되어 나타나는 것을 확인할 수 있다(KARI, 2018). 즉 변화 전후의 거칠기 영상을 서로 비교함으로써 특히 고정 산란체의 변화 탐지에 효과적일 것으로 판단된다.
또한, 위성 SAR 변화 탐지를 위한 SAR 촬영 환경 변화의 영향에 대해 분석함으로써 알고리즘의 실적용과 활용 사례를 기반으로 발전 방향을 모색해야 한다. 특히 SAR 변화 탐지 기술현황 분석 및 사례조사, 기술 수준 및 검토, 발전 동향 등을 체계적으로 연구하여 제시할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위성 SAR에서 일반적으로 활용 가능한 정보 두 가지는?	이러한 장점으로 접근 불능지역에 대한 변화 탐지를 수행할 때 활용성이 크게 증대되었다. 위성 SAR에서 일반적으로 활용 가능한 정보는 강도와 위상 정보로 각각의 기술을 기반으로 변화 탐지 기술이 개발되었다. 강도기반 변화 탐지(ACD; Amplitude Change Detection), 긴밀도 기반 변화 탐지(CCD; Coherence Change Detection).
	위성 SAR의 장점은?	접근 불능지역에 대한 표적의 변화 정보는 국가 안보의 측면에서 매우 중요하며 이상 징후에 조속히 대응하기 위해서는 신속하고 정확한 표적의 변화 탐지 결과 도출이 필수적이다. 위성 SAR는 기상 조건과 태양고도에 상관없이 높은 정확도의 영상을 취득할 수 있으며 최근 SAR 위성 수의 증가에 따라 동일 지역에 대하여 1일 미만의 시간 해상도로 영상획득이 가능해졌다. 이러한 장점으로 접근 불능지역에 대한 변화 탐지를 수행할 때 활용성이 크게 증대되었다.
	변화 탐지와 관련하여 위성 SAR가 가진 매우 높은 장점 두 가지는?	변화 탐지와 관련하여 위성 SAR(Synthetic Aperture Radar)는 매우 높은 장점을 가지고 있다. 위성 SAR는 마이크로파 대역의 전자기파를 활용하는 능동형 지구관측 위성으로 1) 긴 파장 대역의 전자기파를 활용하기 때문에 대기에 대한 투과율이 높아 광학 위성보다 기상조건에 대한 영향이 적으며, 2) 직접 지표 방향으로 전자기파를 방출한 뒤, 후방 산란(Back scattering) 되어 돌아오는 전자기파를 입력 받아 영상화하기 때문에 주야에 상관없이 영상 자료를 획득할 수 있는 장점이 있다 (Olmsted, 1993; Moreira, 2013). 이러한 특징에 의하여 위성 SAR는 관심 지역에 대하여 지속적인 데이터 취득에 유리하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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