촬영시기가 다른 두 위성영상을 비교 분석하여 시간에 따른 변화정보를 획득하는 변화탐지 기술은 다양한 분야에 유용하게 활용이 가능한 기술이다. 특히 최근 활용기대가 높아지고 있는 고해상도 위성영상을 활용하는 변화탐지 기술은 환경감시, 재해재난 후 피해상황 분석, 불법건축물 감시, 군사적 목적 등 기존의 중 저 해상도 위성영상으로는 얻을 수 없는 유용한 변화정보의 추출이 가능하다. 하지만, 고해상도 위성영상의 특수성으로 인해 저해상도 위성영상에 적용하였던 화소기반 변화탐지 기법을 그대로 사용 할 수 없으며 인공물이나 지형지물의 지리적, 형태학적 특징을 활용하여 변화요소를 탐지하여야 한다. 본 연구에서는 촬영시기가 다른 두 매의 고해상도 위성영상에 대하여 사용자가 신속하고 손쉽게 변화를 감지해 낼 수 있도록 이동창을 이용한 인터페이스를 구성하고, 영상에 대한 육안분석을 통해 사용자가 건물의 신축 및 철거 등 변화를 발견하여 변화지도를 작성할 수 있는 시스템 개발함으로써 반자동 방식에 의한 고해상도 위성영상의 변화탐지 방법을 제시하였다.
촬영시기가 다른 두 위성영상을 비교 분석하여 시간에 따른 변화정보를 획득하는 변화탐지 기술은 다양한 분야에 유용하게 활용이 가능한 기술이다. 특히 최근 활용기대가 높아지고 있는 고해상도 위성영상을 활용하는 변화탐지 기술은 환경감시, 재해재난 후 피해상황 분석, 불법건축물 감시, 군사적 목적 등 기존의 중 저 해상도 위성영상으로는 얻을 수 없는 유용한 변화정보의 추출이 가능하다. 하지만, 고해상도 위성영상의 특수성으로 인해 저해상도 위성영상에 적용하였던 화소기반 변화탐지 기법을 그대로 사용 할 수 없으며 인공물이나 지형지물의 지리적, 형태학적 특징을 활용하여 변화요소를 탐지하여야 한다. 본 연구에서는 촬영시기가 다른 두 매의 고해상도 위성영상에 대하여 사용자가 신속하고 손쉽게 변화를 감지해 낼 수 있도록 이동창을 이용한 인터페이스를 구성하고, 영상에 대한 육안분석을 통해 사용자가 건물의 신축 및 철거 등 변화를 발견하여 변화지도를 작성할 수 있는 시스템 개발함으로써 반자동 방식에 의한 고해상도 위성영상의 변화탐지 방법을 제시하였다.
Change detection is a useful technology that can be applied to various fields, taking temporal change information with the comparison and analysis among multi-temporal satellite images. Especially, change detection that utilizes high-resolution satellite imagery can be implemented to extract useful ...
Change detection is a useful technology that can be applied to various fields, taking temporal change information with the comparison and analysis among multi-temporal satellite images. Especially, change detection that utilizes high-resolution satellite imagery can be implemented to extract useful change information for many purposes, such as the environmental inspection, the circumstantial analysis of disaster damage, the inspection of illegal building, and the military use, which cannot be achieved by lower middle-resolution satellite imagery. However, because of the special characteristics that result from high-resolution satellite imagery, it cannot use a pixel-based method that is used for low-resolution satellite imagery. Therefore, it must be used a feature-based algorithm based on the geographical and morphological feature. This paper presents the system that builds the change map by digitizing the boundary of the changed object. In this system, we can make the change map using manual or semi-automatic digitizing through the user interface implemented with a floating window that enables to detect the sign of the change, such as the construction or dismantlement, more efficiently.
Change detection is a useful technology that can be applied to various fields, taking temporal change information with the comparison and analysis among multi-temporal satellite images. Especially, change detection that utilizes high-resolution satellite imagery can be implemented to extract useful change information for many purposes, such as the environmental inspection, the circumstantial analysis of disaster damage, the inspection of illegal building, and the military use, which cannot be achieved by lower middle-resolution satellite imagery. However, because of the special characteristics that result from high-resolution satellite imagery, it cannot use a pixel-based method that is used for low-resolution satellite imagery. Therefore, it must be used a feature-based algorithm based on the geographical and morphological feature. This paper presents the system that builds the change map by digitizing the boundary of the changed object. In this system, we can make the change map using manual or semi-automatic digitizing through the user interface implemented with a floating window that enables to detect the sign of the change, such as the construction or dismantlement, more efficiently.
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문제 정의
본 논문은 먼저, 개발된 고해상도 위성영상용 변화탐지 시스템의 전체적인 구성과 세 부특징들을 설명하고 사용자 인터페이스 설계시의 주안점 및 이동창을 이용한 육안관측 에 의한 변화요소 추출방법에 대하여 기술하였다.
본 논문은 사용자중심의 인터페이스 설계에 인지심리학적 개념을 적용하므로서 운용 자가 보다 정확한 변화정보를 쉽고 신속하게 추출할 수 있도록 해주는 고해상도 위성영 상용 변화정보 추출을 위한 head-up 디지타이징 시스템 구현에 관한 내용이다.
제안 방법
이러한 특성으로 인하여 고해상도 위성영상에 대한 육안비교를 통해 보다 정밀한 변화정보를 취득할 수 있지만 잡음에 취약한 화소기반 변화탐지기법들은 적용이 불가능하다. 개발된 시스템은 이러한 특징을 갖는 고해상도 위성영상을 위한 변화탐지 시스템으로서 운 용자가 두 영상을 육안으로 비교하면서 변화정보를 추출하는 기능을 수행하게 된다. 개발된 변화탐지 시스템의 구성은 그림 1과 같다.
본 시스템에서는 잡음제거를 위해 평균필터와 중 간값 필터 기능 중 하나를 사용자가 선택하여 적용할 수 있게 하였으며 두 영상의 기하 학적 정합을 위해 두 영상에서의 동일지점인 접합점(tie point)들을 사용자가 선택하고 이 접합점을 사용하여 affine, polynomial 등의 기하변환을 수행할 수 있도록 하였다. 또한 히스토그램 정합 기법을 사용하여 두 영상의 분광특성을 유사하게 하는 방사정합 기 능도 구현하여 사용자의 선택에 따라 적용될 수 있도록 하였다.
이렇듯 화소기반의 자동 변화탐지기법들 만큼 잡음제거 등의 영상처리나 정합과정들이 최종결과의 정확도를 절대 적으로 좌우하지는 않지만 육안비교시 운용자의 시각적 피로를 최소화하기 위해 입력되는 영상들의 잡음제거 및 영상향상화를 수행할 필요가 있으며 특히, 두 영상이 중첩되어 비교되므로 두 영상의 지리정보를 일치시키는 기하학적 위치정합과 방사특성을 유사하게 하는 방사정합을 수행할 필요가 있다. 본 시스템에서는 잡음제거를 위해 평균필터와 중 간값 필터 기능 중 하나를 사용자가 선택하여 적용할 수 있게 하였으며 두 영상의 기하 학적 정합을 위해 두 영상에서의 동일지점인 접합점(tie point)들을 사용자가 선택하고 이 접합점을 사용하여 affine, polynomial 등의 기하변환을 수행할 수 있도록 하였다. 또한 히스토그램 정합 기법을 사용하여 두 영상의 분광특성을 유사하게 하는 방사정합 기 능도 구현하여 사용자의 선택에 따라 적용될 수 있도록 하였다.
본 시스템은 이러한 인지심리학적 고찰에 근거한 사용자 인터페이스 디자인을 통해 효과적인 변화지역 육안탐지를 위해 다음과 같은 이동창(floating window)개념을 도입하였다. 운용자는 도시 되는 n시 기 에 촬영된 영상 위를 마우스 커서를 따라 자유롭게 이동 하는 이동창을 통해 동일지역 의 n+1시 기 에 촬영 된 영상 일부를 육안으로 관측하게 된다.
고해상도 위성영상은 중저해상도 위성영상과는 달리 보다 정밀한 지표관측이 가능한 반면 다양한 잡음요소들이 내포되어 있어 중저해상도 영상에서 널리 사용되던 화소 대 화소 변화탐지기법들의 적용이 불가능하다. 이러한 특성올 갖는 고해상도 위성영상을 이용한 변화탐지를 위해 운용자가 직접 육안관즉을 통해 변화지역을 주줄해 낼 수 있는 시스템을 개발하였다. 이동창을 사용하여 두 영상을 손쉽게 비교할 수 있도록 한 이 시스템은 대용량 영상처리 및 분산환경에 적합한 OGC 표준인 GridCoverage를 수용하여 개발된 고해상도 위성영상처리 컴포넌트(정수 외, 2002)로 구현되었으므로 네트웍을 통한 대용량 위성영상의 실시간 브라우징이 가능하며 향후 다수의 전문가들이 동시에 작업할 수 있는 협업 시스템으로 발전시킬 수 있다.
이렇게 선택된 영상들이 정확히 중첩되게 하기 위해 두 영상간 기하정합 및 방사정합 등의 작업이 수행된 후에 다양한 방법의 변화탐지 알고리즘을 사용하여 변화정보를 추출 하게 된다.(Roy, 2000)
인터페이스 설계에 있어 이러한 변화맹을 최대한 방지할 수 있도록 구성하여 운용자 로 하여금 신속하고 정확하게 변화정보를 취득할 수 있도록 하는 동시에 사용이 편리하 게 하여 시스템을 운용하기 위한 경험과 기술습득에 최소한의 시간이 들도록 구성하는 데에 주안점을 두었다.
성능/효과
이러한 이동창의 배치는 그림 2와 같이 아홉 가지 경우를 생각해 볼 수 있는데 수직방향 비교보다 수평방향 비교가 정보취득에 용이하다는 인간 시각체계의 특성을 감안한다면 4, 5, 6번의 배치가 적절하다고 생각될 수 있으나 비교대상이 되는 지역의 1/2이상이 가려지게 되므로 오히려 더 불편하다. 실험적으로, 1번의 배치가 가장 적절한 것으로 판단 되었다.
후속연구
고해상도 위성영상을 이용한 변화탐지는 불법건축물 감시, 소축척 지도의 갱신, 재해 재난후 피해상황 분석둥 기존의 중저해상도 위성영상을 이용한 변화탐지로는 할 수 없었 던 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것이다.
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