[논문]다목적실용위성 2호 MSC 영상의 절대복사보정을 위한 입력자료 특성 분석

지준화; 윤정숙; 이규성

다목적실용위성 2호 MSC 영상의 절대복사보정을 위한 입력자료 특성 분석
Analysis of input parameters for the absolute radiometric calibration of KOMPSAT-2 MSC images 원문보기

지준화 (인하대학교 지리정보공학과) , 윤정숙 (인하대학교 지리정보공학과) , 이규성 (인하대학교 지리정보공학과)

센서의 광학 해상력에 따라 센서에 도달하는 에너지의 앙은 영상의 화소값으로 변환되므로，이 관계는 위성 영상의 정량적인 광학적 특성을 이해하기 위한 바탕이 되며，영상의 질을 유지하기 위한 척도가 되기도 한다. 위성영상의 광학적 특성은 ON 값 을 실제 지표물의 반사에너지 값인 Radiance와 Reflectance로 의 변환을 통하여 추정할 수 있으며，이러한 과정을 절대복사보정(Absolute Radiometric Calibration) 이라고 한다. 절대복사보정 과정에서 센서에 도달하는 태양 에너지의 양을 추정하기 위하여 복사전달모델이 사용된다. 태양 에너지가 대기를 통과함에 따라 여러 가지 상호 작용이 일어나게 되므로 복사 전달모델을 사용하기 위해서는 다양한 입력 변수가 필요하게 된다. 이러한 입력 변수로는 지표물의 반사율， 대기자료，그리고 센서의 특성 등이 포함되며， 이 연구에서는 KOMPSAT-2 위성의 MSC 영상의 절대복사보정 과정에서 복사전달모델의 결과에 영향을 미치는 입력 변수의 특성을 살펴보고자 한다.

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문제 정의

인자가 필요하다. 본 연구에서는 KOMPSAT-2 MSC의 흑백 영상을 이용하여 복사 전달모델의 입력 인자의 변화 폭과 자료 획득 방법에 따른 민감도를 분석하여 차후에 진행될 절대복사보정의 정확도를 높이고자한다.
하지만 대부분의 지상의 지표물에 대한 Spectroradiometer의 반사율은 파장 별로 많은 차이를 보인다. 이런 경우, 하나의 대표 값으로 반사율을 사용하는 대신에, 파장에 따라 나타나는 반사율을 적용하여 그 차이를 살펴보고자 한다.
절대복사보정은 태양에너지가 두 번에 걸쳐 대기를 지나가면서 일어나는 상호작용을 고려하여 센서에 도달하는 복사에너지의 양을 추정하는데 목적이 있다. 이 연구에서 사용하는 복사전달모델인 M00TRAN 에서는 대기에 대하여 데이터베이스화된 6개의 표준 대기 모델 (Tropical, MicHat i tude Summer, MicHat i tude Winter, Subart ic Summer, Subart ic Winter, 1976 US Standard Atmosphere)을제공한다.

제안 방법

2007년 2월 3일 K0MPSAT-2가 지나가는 위치에 있는 당진 신성대학 주변에서 위성이 지나가는 시간 전후로 8개의 각기 다른 반사율을 가진 타겟을 대상으로 분광 반사측정기인 GER-2600을 이용하여 반사율을 측정하였다. GER-2600은 350nm부터 2500nm까지의 파장구간에서 타겟의 분광반사율을 측정하지만, 본 연구에서는 MSC 혹백 영상의 파장 영역인 500nm에서 900nm의 값만을 사용하였다.
대기를 구성하는 인자들 중에서 복사 전달모델의 결과에 영향을 미치는 정도를 파악하기 위하여 M0DTRAN에서 제공되는 표준대기 모델과 Radiosonde 측정 자료률 비교하고 에어로졸 모델의 변화에 따른 복사에너지 값의 변화를 비교해보았다.
또한 M0DTRANe 파장에 관계없이 반사율 값이 일정한 Tarp가 아닌 지상의 대상물을 이용하여 평균 반사율값을 사용했을 경우와 파장별 반사율값을 사용했을 때의 복사에너지 값의 변화를 비교해보았다.
양을 추정하는데 목적이 있다. 이 연구에서 사용하는 복사전달모델인 M00TRAN 에서는 대기에 대하여 데이터베이스화된 6개의 표준 대기 모델 (Tropical, MicHat i tude Summer, MicHat i tude Winter, Subart ic Summer, Subart ic Winter, 1976 US Standard Atmosphere)을제공한다. 이 외에도 사용자가 Radiosonde 자료롤 이용하여 직접 입력할 수 도 있다.
표준중위도 겨욺 대기모델을 사용했을 경우와 고층 대기 관측소의 Radiosonde 자료를 사용했을 경우, 타겟의 분광반사율의 평균값을 사용했을 경우와 파장별 분광반사율 값을 사용했을 경우, 에어로졸 모델을 달리했을 경우의 복사에너지 값을 K0MPSAT-2의 흑백 영상을 이용하여 다음과 같이 비교해보았다.

대상 데이터

2㎛ ~ 무한대) 까지의 범위에 대하여 2cm너의 스펙트럼 해상도마다 대기 투과율과 복사량을 계산할 수 있다. (김용승 등, 2001) 연구 자료는 2007년 2월 3일 K0MPSAT-2가 촬영하는 당진 신성대학 주변의 영상을 사용하였으며, 이와 같은 시간에 지상에서 측정한 Spectroradiometer 자료를 이용하였다.
측정하였다. GER-2600은 350nm부터 2500nm까지의 파장구간에서 타겟의 분광반사율을 측정하지만, 본 연구에서는 MSC 혹백 영상의 파장 영역인 500nm에서 900nm의 값만을 사용하였다. 타겟의 종류는 나지, 아스팔트 주차장, 콘크리트 스탠드, 눈, 논, 콘크리트 주차장, 물, 젖은 땅으로 측정 위치와 반사율은 다음과 같다.
또한 Radiosonde에서 제공되지 않는 이산화탄소와 오존에 대한 자료는 MODTRAN에서 제공하는 중위도 겨울 모델의 값을 사용하였다.
본 연구에서 사용된 영상은 2007년 2월 3 일 촬영된 충남 당진의 신성대학 일대의 흑백 영상으로 10bits로 기록이 되었다. 위성은 6.
html), 우리나라에 대해서는 오산, 광주, 포항, 제주 4개 관측소의 자료가 제공되고 있다. 본 연구에서는 연구지역인 당진과 가장 근접한 오산 고층 대기관측소의 2007년 2월 3일의 위성 촬영과 동일한 날의 낮 12시에 측정된 Radiosonde 자료를 사용하였다. 제공되는 Radiosonde 자료는 고도, 온도, 이슬점 온도 등이 기압에 따라서 제공된다.
GER-2600은 350nm부터 2500nm까지의 파장구간에서 타겟의 분광반사율을 측정하지만, 본 연구에서는 MSC 혹백 영상의 파장 영역인 500nm에서 900nm의 값만을 사용하였다. 타겟의 종류는 나지, 아스팔트 주차장, 콘크리트 스탠드, 눈, 논, 콘크리트 주차장, 물, 젖은 땅으로 측정 위치와 반사율은 다음과 같다.

이론/모형

본 연구에 사용된 복사전달모델은 미 공군 지구 물리 실험실에서 개발된 M0DTRAN(Moderate Resolution T「ansm i 나 ance) 으로, 0 ~ 50, 000cm-1 (0.2㎛ ~ 무한대) 까지의 범위에 대하여 2cm너의 스펙트럼 해상도마다 대기 투과율과 복사량을 계산할 수 있다. (김용승 등, 2001) 연구 자료는 2007년 2월 3일 K0MPSAT-2가 촬영하는 당진 신성대학 주변의 영상을 사용하였으며, 이와 같은 시간에 지상에서 측정한 Spectroradiometer 자료를 이용하였다.

후속연구

하지만 이러한 에어로졸은 시간, 장소, 기상조건에 따라 변화가 심하며, 또 그 양을 정확히 측정하기 어렵다. 그러므로 에어로졸의 양을 정확히 측정하여 보다 정확한 복사에너지값을 추정하는 방법을 고려해야할 것이다. 또한 다른 대기 요소들의 정확한 양을 측정하는 것 보다는 에어로졸의 양을 정확하게 측정하는 것이 효율적인 접근방법이라고 할 수 있다.
광학 위성 영상의 품질은 기하학적 특성, 광학적 특성, 공간 해상도 등으로 판단할 수 있다. 영상의 광학적 특성을 이해한다면 좀 더 과학적인 측면에서 위성 영상의 품질을 가늠할 수 있으며, 보다 정량적인 활용을 위한 기반이 될 수 있다. (Kim 등, 2002)
또한 다른 대기 요소들의 정확한 양을 측정하는 것 보다는 에어로졸의 양을 정확하게 측정하는 것이 효율적인 접근방법이라고 할 수 있다. 향후 에어로졸의 측정 방법 및 기기에 대한 연구를 통하여 정확한 에어로졸의 양을 구하고자 하며, 이 밖에도 센서에서 에너지를 감지하는 반응도를 고려하여야 한다.

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