초록 ▼

1. 서론
가. 연구 개요 및 목표
1) 개요
o 과제명: 웹기반의 실시간 위성영상 처리시스템 개발
o 과업기간: 2010. 6. 1 ~ 2010. 11. 30 (6개월)
o 위탁연구책임자: 장병진 부장 (그리다 주식회사)
o 참여연구원: 총 3명 (내부:2, 외부 0)
2) 연구 목표
o 웹서비스를 통한 실시간 위성처리 시스템 구축
나. 연구의 배경 및 필요성
1) 연구 배경
o 21세기로 들어서면서 고해상도 위성영상의 필요성이 크게 증대되었고 이를 뒷받침하기 위해 우리나

1. 서론
가. 연구 개요 및 목표
1) 개요
o 과제명: 웹기반의 실시간 위성영상 처리시스템 개발
o 과업기간: 2010. 6. 1 ~ 2010. 11. 30 (6개월)
o 위탁연구책임자: 장병진 부장 (그리다 주식회사)
o 참여연구원: 총 3명 (내부:2, 외부 0)
2) 연구 목표
o 웹서비스를 통한 실시간 위성처리 시스템 구축
나. 연구의 배경 및 필요성
1) 연구 배경
o 21세기로 들어서면서 고해상도 위성영상의 필요성이 크게 증대되었고 이를 뒷받침하기 위해 우리나라도 KOMPSAT-1(아리랑1호), KOMPSAT-2(아리랑2호), COMS(천리안) 등의 위성을 차례로 발사하였으며, KOMPSAT-5, KOMPSAT-3 등의 위성도 개발되
어 곧 발사 예정이다.
o 국내외적으로도 구글어스, 다음 스카이뷰 등의 영상기반 서비스로 인해 일반인에게까지 고해상도 영상에 대한 관심과 수요가 증대되고 있는 상황이다.
o 하지만 위성영상 수요가 늘어나고 있지만 영상공급처에서 받을 수 있는 영상은 기초적인 처리만 되어 있고 처리를 위해서는 전문적인 지식과 고가의 소프트웨어, 고성능의 컴퓨터가 있어야 가능한 실정이다.
o 또한 영상의 정밀도가 증가함에 따라 대용량화 되는 위성영상을 빠르게 처리하여 실시간 위성영상을 제공해달라는 요구가 증대되는 상황이다.
o 따라서 일반 사용자들에게 잘 처리된 고부가가치 위성영상을 빠르고 손쉽게 공급할 수 있는 체계가 필요하게 되었다.
o 빠른 처리와 고품질의 영상을 위해서는 대용량의 위성영상에 대한 슈퍼컴퓨터의 병렬성을 이용한 처리가 크게 도움이 될 것이다.
o 전문지식이 없는 일반 사용자도 영상공급사가 제공하는 일반영상을 고도의 처리를 거친 고부가가치 영상으로 가공하여 손쉽게 획득할 수 있도록 사용성이 높은 웹기반 서비스가 도움을 줄 것이다.
o 따라서 본 연구에서는 웹서비스를 통해 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅능력을 쉽게 활용해 고부가가치 영상을 획득할 수 있는 웹기반의 실시간 위성영상 처리시스템의 개발에 대한 연구를 수행하고자 한다.
2) 기술적 측면
o 고성능 위성영상처리 알고리즘은 대부분 많은 계산량을 요구하기 때문에 실제 하드웨어의 성능과 요구사항에 기반 하여 처리속도를 향상시키기 위하여 적절한 변형과 성능 감소가 불가피하다. 더구나, 최근 위성자료의 해상도가 향상됨에 따라 처리해야할 데이터의 양이 기하급수적으로 늘어남으로써 고속 위성영상처리 알고리즘의 필요성이 대두되고 있다.
o 해외 위성영상의 경우 클러스터링 기반 병렬처리시스템을 통해 신속하게 사용자에게 영상을 전달하고 있으며, 보다 정밀한 신호처리 알고리즘의 구현이 가능하다. 이에 본 과제를 통해 국내 위성영상 병렬 신호처리 기술을 확보하고, KISTI에서 운영 중인 슈퍼컴퓨터 및 고속 네트워크를 활용하여 다목적실용위성영상 고속 병렬처리 기술을 구현함으로써 국내 위성산업 기술을 한 단계 더 높이고자 한다.
o 최적화는 슈퍼컴퓨터 단일 CPU, 병렬화는 다수의 CPU를 보다 효율적으로 최적 활용하여 계산 성능 및 계산 가능한 문제의 규모를 향상시킬 수 있도록 개선하는 작업을 말한다. 최적화와 병렬화는 알고리즘의 개선과 CPU 이용 효율을 올리기 위한 루프 최적화 등 단일 프로세서 최적화, 캐쉬 메모리의 효율적 활용을 위한 메모리 접근 최적화, 공유 메모리 병렬화, 분산 메모리 병렬화 등을 포함한다. 이를 통해 성능을 향상시킴으로써 슈퍼컴퓨팅 시스템의 활용효율을 전체적으로 향상시키고, 영상처리 속도를 비약적으로 발전시킬 수 있다. 또한, 방대한 위성 데이터를 실시간으로 인식하기 위한 최첨단 가시화 기술이 필요하다.
o 일반적으로 위성영상 취득 후에도 적절한 활용을 위해서는 모자이크, 색상보정, 정사보정 등의 절차가 필요하다. 사용자는 이런 처리를 위해 고가의 영상처리 S/W와 전문적인 지식, 긴 처리시간이 필요한 부담을 가지게 된다. 이를 개별 사용자가 아닌 영상 처리서버에서 슈퍼컴퓨팅 시스템을 통한 분산처리기법으로 실시간/준실시간 처리하도록 하여 사용성을 획기적으로 높이고자 한다. 이 영상처리 시스템은 웹서비스로 만들어져 사용자 접근성과 시스템적 접근성을 동시에 보장하는 형태로 만들어질 수 있을 것이다.
3) 경제 산업적 측면
o 본 연구의 수행 결과로 얻어진 고속 및 고정밀 병렬 신호처리 알고리즘을 바탕으로 우수한 품질의 다목적실용위성영상 자료를 생산할 경우 민/군/관에서의 활용뿐만 아니라 적시성 있는 상용판매에 있어 경제적인 파급효과가 기대된다.
o 또한 관련된 국내 업체의 위성영상 관련 기술향상에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료되며, 저렴한 비용의 위성영상의 공급을 통해 관련 해외 경쟁력 확보에도 기여하고자 한다.
o 사용자 측면에서는 실시간 영상처리 웹서비스 이용으로 영상처리 S/W 구입비용을 없애고, 불필요한 추가처리 시간을 없앨 수 있다. 또한 전문적인 영상처리 지식이 없는 사용자까지 위성영상의 고객범위로 넓혀 시장 증대 효과를 기대할 수 있다.
o 영상판매 측면에서는 단순한 영상제공 뿐 아니라 기존 영상S/W를 이용한 영상처리까지 시스템에서 담당함으로써 보다 부가가치 높은 영상을 생산하여 판매수익 증대를 기대할 수 있다.
4) 사회 문화적 측면
o 우수한 품질의 고해상도 위성영상 자료를 다양한 분야에서 효과적으로 활용하고, 특히 순수 국내 기술만으로 확보 시 국민들로 하여금 선진 기술 확보에 따른 자긍심을 심어줄 뿐만 아니라 자라는 미래의 인재들에게도 한국의 과학기술의 높은 위상을 각인 시킬 수 있는 계기를 마련하리라 사료된다.
다. 국내 • 외 관련기술의 현황과 문제점
1) 슈퍼컴퓨터 활용
o 슈퍼컴퓨터를 활용, 거대도전과제(Grand Challenge)를 해결하기 위하여 SAC/SCC(Strategic Applications Collaboration/Strategic Community Collaboration), SciDAC(Scientific Discovery through Advanced Computing), HPCC(High Performance Computing & Communications Council) 그랜드챌린지 프로그램, INCITE(Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment) 등의 다양한 프로그램을 국가적으로 추진하여 왔다.
o Department of Energy (USA) - Applications of Supercomputer
- DOE의 SciDAC 프로그램에서는 5년간 6천만달러(약 600억원)의 예산을 투자하여 병렬 프로그램 개발과 응용연구를 지원하고 있다.
o KISTI Supercomputing Center (Korea) - 최적화/병렬화 지원
- 2002년부터 매년 10건 이상의 사용자 코드의 최적화/병렬화 지원을 통하여 거대 규모 문제 해결을 유도하여 왔다.
2) 고해상도 위성영상 기술
o 1999년 발사된 Space Imaging사의 IKONOS-2호 위성으로부터 공간해상력 1m인 고해상도 위성영상과 2001년 10월에 발사된 QuickBird-2호 위성으로부터 공간해상력 61cm의 고해상도 위성영상이 공급되고 있다.
o 이러한 고해상도 위성영상은 정보 획득에 크게 활용될 수 있으나 같은 공간해상력의 항공사진에 비해 고가이며, 영상자료의 공유가 크게 제한되는 등의 문제가 있다.
o 2005년 공간해상력 1m급의 우리나라 다목적 실용위성인 KOMPSAT-2호가 발사되면서 이러한 문제들이 해결될 것으로 기대하였으나 민간 및 공공 부분에서는 아직까지 그 활용도가 미미한 상황이다.
o 2010년 10월에는 기상 및 해양관측 위성인 COMS(천리안)가 발사되어 2010년 12월 현재 시험운영을 하고 있으며 2011년부터는 본격적인 활용에 돌입할 예정이다. 또한 KOMPSAT-5위성이 2010년 말에, KOMPSAT-3위성이 2011년에 각각 발사될 예정이어서 우리나라의 위성영상 공급이 지금에 비해 크게 늘어날 예정이다.
3) 영상처리 기술
o 대부분의 원격탐사 영상은 태양으로부터 지표면에 복사되는 전자기 복사에너지(Electromagnetic Radiation Energy)의 반사 값을 수집함으로써 형성되기 때문에 이러한 전자기복사에너지가 가지는 특성과 메커니즘을 이해하고 있어야만 방사학적 또는 대기학적 왜곡요소를 원격탐사 영상으로부터 제거하거나 감쇄 시킬 수 가 있다. 즉, 대기분광학적 지식이 요구되며, 이러한 왜곡요소의 보정을 위해 강조처리(Enhancement)라 불리는 일련의 과정이 DIP(Digital Image Processing) 기술을 이용하여 수행된다.
o 위성이나 항공기에서 수집된 보정 되지 않은 원격탐사 영상은 지구의 곡률이 감안되지 않은 불규칙한 지표면을 표현하고 있다. 그러므로 지구의 기하학적 왜곡을 제거 혹은 감쇄 시킴으로써 기존의 지도투영 시스템에 일치하도록 지리좌표를 가진 지도의 형태로 표현하여야 한다. 즉, 기하학적 지식이 요구된다. 일반적으로 이 과정은 항공사진 측량학(Air-Photogrammetry)적 범주 내에서 다루어진다.
o 상기의 과정에서 다루어지는 주요 영상처리기술로는 다음과 같은 것들이 있다.
∙방사보정 (Radiometric Correction)
∙기하보정 (Geometric Correction)
∙정사보정 (Ortho Rectification)
∙팬샤프닝 (Pan-Sharpening)
∙모자이크 (Mosaic)
o 하지만 이런 기술들은 아직까지는 순차프로그램으로 처리되고 있어 병렬화가 가능하도록 알고리즘을 개선하여 KISTI의 슈퍼컴퓨터4호기 등 분산메모리 병렬처리시스템으로 이루어진 고성능의 컴퓨팅환경에서 동작 가능하도록 할 필요가 있다.
4) 웹서비스 기술
o 웹서비스는 인터넷을 통하여 응용시스템의 기능성을 제공한다는 점에서, 즉 인터넷상에서의 “Software on Demand”를 통한 업무처리와 기업과 기업간 연결이 가능해진다는 점에서 새로운 비즈니스 혁명으로 떠올랐다.
o 초기 인터넷은 전자메일을 통하여 개인과 개인을 연결시켜주는 커뮤니케이션 수단으로서 우리의 일상생활에 커다란 영향을 끼쳤다. 그러나 인터넷이 확산되고 보편화된 가장 큰 요인은 바로 웹의 등장이다. 웹은 인터넷을 통하여 멀티미디어 정보를 손쉽게 제공할 수 있도록 함으로써 개인과 정보를 연결시켜주고 미디어 통합을 가져왔다.
o 이제 웹서비스의 등장으로 말미암아 웹사이트를 통해 전자상거래 기능을 자체적으로 제공하던 단계를 넘어서 기업간 응용시스템과 응용시스템, 프로세스와 프로세스, 혹은 컴퓨터와 컴퓨터가 인간의 중간 개입 없이 연결될 수 있게 되었고, 이로써 새로운 e-비즈니스 혁명을 예고하고 있다.
o 또한 제작 및 변경, 관리가 용이하여 사용자의 경험을 반영하여 발전시키기가 쉽다는 특성도 가지고 있어 지속적으로 발전하는 시스템을 만드는데 최적의 환경으로 꼽히고 있다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 목 차 례 ... 2
• 1. 서론 ... 5
• 가. 연구 개요 및 목표 ... 5
• 1) 개요 ... 5
• 2) 연구 목표 ... 5
• 나. 연구의 배경 및 필요성 ... 5
• 1) 연구 배경 ... 5
• 2) 기술적 측면 ... 6
• 3) 경제 산업적 측면 ... 7
• 4) 사회 문화적 측면 ... 7
• 다. 국내 • 외 관련기술의 현황과 문제점 ... 8
• 1) 슈퍼컴퓨터 활용 ... 8
• 2) 고해상도 위성영상 기술 ... 8
• 3) 영상처리 기술 ... 9
• 4) 웹서비스 기술 ... 9
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 11
• 가. 연구개발 목표와 내용 ... 11
• 1) 연구개발 목표 ... 11
• 2) 연구개발 내용 ... 11
• 나. 연차별 연구개발 목표와 내용 ... 11
• 1) 1차년도 (2010) ... 11
• 2) 2차년도 (2011) ... 12
• 3. 연구개발 방법 및 설계 ... 13
• 가. 연구개발 방법 ... 13
• 1) 영상처리 관련 기술현황 분석 ... 13
• 2) 병렬처리 관련 기술현황 분석 ... 14
• 3) 시스템 분석/설계 ... 15
• 4) 웹기반의 실시간 위성영상 처리시스템 구축 ... 16
• 4. 연구개발 결과 ... 17
• 가. 영상처리 관련 기술현황 분석 ... 17
• 1) K2 영상 특성 파악 ... 17
• 2) 영상처리 기술 특성 파악 ... 18
• 나. 병렬처리 관련 기술현황 분석 ... 23
• 1) 병렬처리 관련기술 분석 ... 23
• 2) 웹시스템과 슈퍼컴퓨터 간 연동기술 연구 ... 27
• 다. 웹서비스 시스템 분석 설계 ... 29
• 1) 시스템 요구사항 ... 29
• 2) 시스템 설계 ... 32
• 라. 웹기반의 실시간 위성영상 처리시스템 구축 ... 42
• 1) 시스템 환경구성 ... 42
• 2) 실시간 위성영상 처리 웹사이트 ... 48
• 5. 기대효과 ... 55
• 가. 기술적 측면 ... 55
• 나. 경제 · 산업적 측면 ... 55
• 6. 참고문헌 ... 56
• 끝페이지 ... 57