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Damage Proxy Map (DPM) of the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang Earthquakes Using Sentinel-1 Imagery

Arip Syaripudin Nur , Chang-wook Lee
  • : 대한원격탐사학회
  • : 대한원격탐사학회지 37권1호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 02월
  • : 13-22(10pages)
대한원격탐사학회지

DOI


목차

1. Introduction
2. Study Area
3. Method
4. Results and discussion
5. Conclusion
Acknowledgments
References

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The ML 5.8 earthquake shocked Gyeongju, Korea, at 11:32:55 UTC on September 12, 2016. One year later, on the afternoon of November 15, 2017, the ML 5.4 earthquake occurred in Pohang, South Korea. The earthquakes injured many residents, damaged buildings, and affected the economy of Gyeongju and Pohang. The damage proxy maps (DPMs) were generated from Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) imagery by comparing pre- and co-events interferometric coherences to identify anomalous changes that indicate damaged by the earthquakes. DPMs manage to detect coherence loss in residential and commercial areas in both Gyeongju and Pohang earthquakes. We found that our results show a good correlation with the Korea Meteorological Administration (KMA) report with Modified Mercalli Intensity (MMI) scale values of more than VII (seven). The color scale of Sentinel-1 DPMs indicates an increasingly significant change in the area covered by the pixel, delineating collapsed walls and roofs from the official report. The resulting maps can be used to assess the distribution of seismic damage after the Gyeongju and Pohang earthquakes and can also be used as inventory data of damaged buildings to map seismic vulnerability using machine learning in Gyeongju or Pohang.

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2022-400-000357755

간행물정보

  • : 자연과학분야  > 기타(자연과학)
  • : KCI등재
  • :
  • : 격월
  • : 1225-6161
  • : 2287-9307
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1985-2022
  • : 1891


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38권6호(2022년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1핵 활동 탐지 및 감시를 위한 딥러닝 기반 의미론적 분할을 활용한 변화 탐지

저자 : 송아람 ( Ahram Song ) , 이창희 ( Changhui Lee ) , 이진민 ( Jinmin Lee ) , 한유경 ( Youkyung Han )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 991-1005 (15 pages)

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위성 영상은 핵 활동 탐지와 검증을 위한 효율적인 보조자료로 핵시설과 같이 접근이 어렵고 정보가 제한된 지역에 매우 유용하다. 특히 장비의 이동 또는 시설물의 변화와 같이 핵실험을 준비하는 과정은 시계열 분석을 통해 충분히 식별 가능하다. 본 연구에서는 핵 활동과 관련된 주요 객체의 변화를 탐지하기 위하여, 다시기 영상의 의미론적 분할 결과의 차이를 이용하였다. AIHub에서 제공하는 KOMPSAT 3/3A 영상으로 구성된 객체 판독 데이터셋에서 건물, 도로, 소형 객체의 정보를 추출하여 학습하였으며, U-Net, PSPNet, Attention U-Net에 대하여 주요 파라미터를 변경하며 대상 객체 추출에 적합한 의미론적 분할 모델을 분석하였다. 의미론적 분할 결과의 차영상으로 생성된 결과에 객체 정보를 포함하여 최종 변화 탐지를 수행하였으며, 제안 기법을 임의의 변화를 포함한 시뮬레이션 영상에 적용한 결과, 변화 객체를 효과적으로 추출할 수 있었다. 본 연구에서 제시된 변화 탐지 기법을 적용하기 위해서는, 의미론적 분할의 정확도가 우선적으로 확보되어야 하는 제약이 있으나, 추후 실험 대상 지역에 대한 학습데이터셋이 증가할 수록 적용 가능한 분석 범위가 증가할 것으로 기대된다.


Satellite imaging is an effective supplementary data source for detecting and verifying nuclear activity. It is also highly beneficial in regions with limited access and information, such as nuclear installations. Time series analysis, in particular, can identify the process of preparing for the conduction of a nuclear experiment, such as relocating equipment or changing facilities. Differences in the semantic segmentation findings of time series photos were employed in this work to detect changes in meaningful items connected to nuclear activity. Building, road, and small object datasets made of KOMPSAT 3/3A photos given by AIHub were used to train deep learning models such as U-Net, PSPNet, and Attention U-Net. To pick relevant models for targets, many model parameters were adjusted. The final change detection was carried out by including object information into the first change detection, which was obtained as the difference in semantic segmentation findings. The experiment findings demonstrated that the suggested approach could effectively identify altered pixels. Although the suggested approach is dependent on the accuracy of semantic segmentation findings, it is envisaged that as the dataset for the region of interest grows in the future, so will the relevant scope of the proposed method.

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2훈련자료 내 재배지역의 비율에 따른 딥러닝 모델의 성능 평가

저자 : 성선경 ( Seonkyeong Seong ) , 최재완 ( Jaewan Choi )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1007-1014 (8 pages)

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차세대중형위성(Compact Advanced Satellite 500, CAS500)은 식생, 산림, 농업 등의 분야를 포함한 다양한 목적을 위하여 사용될 수 있으며, 다양한 영역에 대한 빠른 위성영상의 취득이 가능할 것으로 기대되고 있다. 차세대중형위성을 통하여 취득된 위성영상을 농업분야에서 활용하기 위해서는 위성영상 기반 작물재배지역추출 기법에 대한 개발이 필요하다. 특히, 최근 들어 딥러닝 분야에 대한 연구가 활발해짐에 따라서, 작물재배지역 추출을 위한 딥러닝 모델의 개발 및 훈련자료 생성에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 PlanetScope 위성영상과 팜맵을 이용하여 합천군 지역의 양파 및 마늘 재배지역을 분류하고자 하였다. 특히, 효과적인 모델의 학습을 위하여 작물재배지역의 비율에 따른 모델 성능을 분석하고자 하였다. 실험에 사용한 딥러닝 모델은 Fully Convolutional Densely Connected Convolutional Network (FC-DenseNet)을 작물재배지역 분류의 목적에 맞도록 재구성하여 활용하였다. 실험결과, 훈련자료 내 작물재배지역의 비율이 딥러닝 모델의 성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.


Compact Advanced Satellite 500 (CAS500) can be used for various purposes, including vegetation, forestry, and agriculture fields. It is expected that it will be possible to acquire satellite images of various areas quickly. In order to use satellite images acquired through CAS500 in the agricultural field, it is necessary to develop a satellite image-based extraction technique for crop-cultivated areas. In particular, as research in the field of deep learning has become active in recent years, research on developing a deep learning model for extracting crop cultivation areas and generating training data is necessary. This manuscript classified the onion and garlic cultivation areas in Hapcheon-gun using PlanetScope satellite images and farm maps. In particular, for effective model learning, the model performance was analyzed according to the proportion of crop-cultivated areas. For the deep learning model used in the experiment, Fully Convolutional Densely Connected Convolutional Network (FC-DenseNet) was reconstructed to fit the purpose of crop cultivation area classification and utilized. As a result of the experiment, the ratio of crop cultivation areas in the training data affected the performance of the deep learning model.

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3화성 지형상대항법을 위한 하강 데이터셋 생성과 랜드마크 추출 방법

저자 : 김재인 ( Jae-in Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1015-1023 (9 pages)

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착륙선의 진입-하강-착륙 과정에는 많은 환경적 및 기술적 어려움이 수반된다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 방안으로, 최근 착륙선에는 지형상대항법 기술이 필수적으로 고려되고 있다. 지형상대항법은 하강하는 착륙선에서 수집되는 Inertial Measurement Unit (IMU) 데이터 및 영상 데이터를 기 구축된 참조 데이터와 비교하여 착륙선의 위치 및 자세를 추정하는 기술이다. 본 논문에서는 화성에서 활용할 지형상대항법 기술을 개발하기 위해 그 핵심 기술 요소로서 하강 데이터셋 생성 및 랜드마크 추출 방법을 제시한다. 제안방법은 화성착륙 시뮬레이션 궤적정보를 이용하여 하강하는 착륙선의 IMU 데이터를 생성하며, 이에 맞추어 고해상도 정사영상지도 및 수치표고모델로부터 ray tracing 기법을 통해 하강영상을 생성한다. 랜드마크 추출은 텍스쳐 정보가 부족한 화성 표면의 특성을 고려하여 영역 기반 추출 방식으로 이루어지며, 정합 정확도와 속도 향상을 위해 탐색영역 축소가 수행된다. 하강영상 생성 방법의 성능분석 결과는 제안방법으로 촬영 기하학적 조건을 만족시키는 영상 생성이 가능함을 보여주었으며, 랜드마크 추출 방법의 성능분석 결과는 제안방법을 통해 수 미터 수준의 위치 추정 정확도를 담보하면서 동시에 특징점 기반 방식만큼의 처리속도 확보가 가능함을 보여주었다.


The Entry-Descent-Landing process of a lander involves many environmental and technical challenges. To solve these problems, recently, terrestrial relative navigation (TRN) technology has been essential for landers. TRN is a technology for estimating the position and attitude of a lander by comparing Inertial Measurement Unit (IMU) data and image data collected from a descending lander with pre-built reference data. In this paper, we present a method for generating descent dataset and extracting landmarks, which are key elements for developing TRN technologies to be used on Mars. The proposed method generates IMU data of a descending lander using a simulated Mars landing trajectory and generates descent images from high-resolution ortho-map and digital elevation map through a ray tracing technique. Landmark extraction is performed by an area-based extraction method due to the low-textured surfaces on Mars. In addition, search area reduction is carried out to improve matching accuracy and speed. The performance evaluation result for the descent dataset generation method showed that the proposed method can generate images that satisfy the imaging geometry. The performance evaluation result for the landmark extraction method showed that the proposed method ensures several meters of positioning accuracy while ensuring processing speed as fast as the feature-based methods.

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4무인항공기 영상을 위한 영상 매칭 기반 생성포인트 클라우드의 후처리 방안 연구

저자 : 이수암 ( Sooahm Rhee ) , 김한결 ( Han-gyeol Kim ) , 김태정 ( Taejung Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1025-1034 (10 pages)

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본 논문에서는 건물의 포인트 클라우드를 추출할 때 발생하는 홀 영역의 보간을 통한 후처리 방안을 제안한다. 스테레오 영상 데이터에서 영상 매칭을 수행할 경우 차폐 및 건물 벽면 등의 영향으로 홀이 발생한다. 이런 영역은 추후 포인트 클라우드를 기반으로 하는 부가 산출물의 생성에 장애 요인이 될 수 있으므로, 이에 대한 효과적인 처리 기법의 적용이 필요하다. 먼저 영상 매칭을 적용하여 생성된 시차맵을 기반으로 초기 포인트 클라우드를 추출한다. 포인트 클라우드를 격자화 시키면 차폐영역 및 건물 벽면의 영향으로 발생하는 홀 영역을 확인할 수 있다. 홀 영역에 삼각망을 생성하고 삼각망 내부 값을 영역의 최소값으로 처리하는 과정을 반복하는 것으로 건물 주변의 지표면과 건물 간에 어색함 없는 보간의 수행이 가능하다. 격자화 된 데이터에서 보간 된 영역에 해당하는 위치정보를 포인트로 추가하여 새로운 포인트 클라우드를 생성한다. 보간과정 중 불필요한 점의 추가를 최소화하기 위해 초기 포인트 클라우드 영역에서 벗어나는 영역으로 보간 된 데이터는 처리하지 않았으며, 보간 된 포인트 클라우드에 적용되는 RGB 밝기값은 매칭에 사용된 스테레오 영상 중 촬영중심과 해당 픽셀이 가장 근접한 영상으로 설정하여 처리하였다. 실험 결과 제안 기법을 통해 대상영역의 포인트 클라우드 생성 후 발생하는 음영 영역이 효과적으로 처리되는 것을 확인할 수 있었다.


In this paper, we propose a post-processing method through interpolation of hole regions that occur when extracting point clouds. When image matching is performed on stereo image data, holes occur due to occlusion and building façade area. This area may become an obstacle to the creation of additional products based on the point cloud in the future, so an effective processing technique is required. First, an initial point cloud is extracted based on the disparity map generated by applying stereo image matching. We transform the point cloud into a grid. Then a hole area is extracted due to occlusion and building façade area. By repeating the process of creating Triangulated Irregular Network (TIN) triangle in the hall area and processing the inner value of the triangle as the minimum height value of the area, it is possible to perform interpolation without awkwardness between the building and the ground surface around the building. A new point cloud is created by adding the location information corresponding to the interpolated area from the grid data as a point. To minimize the addition of unnecessary points during the interpolation process, the interpolated data to an area outside the initial point cloud area was not processed. The RGB brightness value applied to the interpolated point cloud was processed by setting the image with the closest pixel distance to the shooting center among the stereo images used for matching. It was confirmed that the shielded area generated after generating the point cloud of the target area was effectively processed through the proposed technique.

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5MODIS 및 Landsat 위성영상의 다중 해상도 자료 융합 기반 토지 피복 분류의 사례 연구

저자 : 김예슬 ( Yeseul Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1035-1046 (12 pages)

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이 연구에서는 토지 피복 분류를 위한 다중 해상도 자료 융합의 적용성을 평가하였다. 여기서 다중 해상도 자료 융합 모델로는 spatial time-series geostatistical deconvolution/fusion model (STGDFM)을 적용하였다. 연구 지역은 미국 Iowa 주의 일부 농경 지역으로 선정하였으며, 대상 지역의 규모를 고려해 다중 해상도 자료 융합의 입력 자료로 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 및 Landsat 영상을 사용하였다. 이를 바탕으로 STGDFM 적용해 Landsat 영상이 결측된 시기에서 가상의 Landsat 영상을 생성하였다. 그리고 획득한 Landsat 영상과 함께 STGDFM의 융합 결과를 입력 자료로 사용해 토지 피복 분류를 수행하였다. 특히 다중 해상도 자료 융합의 적용성 평가를 위해 획득한 Landsat 영상만을 이용한 분류 결과와 Landsat 영상 및 융합 결과를 모두 이용한 분류 결과를 비교 평가하였다. 그 결과, Landsat 영상만을 이용한 분류 결과에서는 대상 지역의 주요 토지 피복인 옥수수와 콩 재배지에서 혼재 양상이 두드러지게 나타났다. 또한 건초 및 곡물 지역과 초지 지역 등 식생 피복 간의 혼재 양상도 큰 것으로 나타났다. 반면 Landsat 영상 및 융합 결과를 이용한 분류 결과에서는 옥수수와 콩 재배지의 혼재 양상과 식생 피복 간의 혼재 양상이 크게 완화되었다. 이러한 영향으로 Landsat 영상 및 융합 결과를 이용한 분류 결과에서 분류 정확도가 약 20%p 향상되었다. 이는 STGDFM을 통해 MODIS 영상이 갖는 시계열 분광 정보를 융합 결과에 반영하면서 Landsat 영상의 결측을 보완할 수 있었고, 이러한 시계열 분광 정보가 분류 과정에 결합되면서 오분류를 크게 줄일 수 있었던 것으로 판단된다. 본 연구 결과를 통해 토지 피복 분류에 다중 해상도 자료 융합이 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.


This study evaluated the applicability of multi-resolution data fusion for land-cover classification. In the applicability evaluation, a spatial time-series geostatistical deconvolution/fusion model (STGDFM) was applied as a multi-resolution data fusion model. The study area was selected as some agricultural lands in Iowa State, United States. As input data for multi-resolution data fusion, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Landsat satellite images were used considering the landscape of study area. Based on this, synthetic Landsat images were generated at the missing date of Landsat images by applying STGDFM. Then, land-cover classification was performed using both the acquired Landsat images and the STGDFM fusion results as input data. In particular, to evaluate the applicability of multi-resolution data fusion, two classification results using only Landsat images and using both Landsat images and fusion results were compared and evaluated. As a result, in the classification result using only Landsat images, the mixed patterns were prominent in the corn and soybean cultivation areas, which are the main land-cover type in study area. In addition, the mixed patterns between land-cover types of vegetation such as hay and grain areas and grass areas were presented to be large. On the other hand, in the classification result using both Landsat images and fusion results, these mixed patterns between land-cover types of vegetation as well as corn and soybean were greatly alleviated. Due to this, the classification accuracy was improved by about 20%p in the classification result using both Landsat images and fusion results. It was considered that the missing of the Landsat images could be compensated for by reflecting the time-series spectral information of the MODIS images in the fusion results through STGDFM. This study confirmed that multi-resolution data fusion can be effectively applied to land-cover classification.

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6Two-stream Convolutional Long- and Short-term Memory 모델의 2001-2021년 9월 북극 해빙 예측 성능 평가

저자 : 지준화 ( Junhwa Chi )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1047-1056 (10 pages)

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지구 온난화의 중요한 지시자인 북극의 바다 얼음인 해빙은 기후 시스템, 선박의 항로 안내, 어업 활동 등에서의 중요성으로 인해 다양한 학문 분야에서 관심을 받고 있다. 최근 자동화와 효율적인 미래 예측에 대한 요구가 커지면서 인공지능을 이용한 새로운 해빙 예측 모델들이 전통적인 수치 및 통계 예측 모델을 대체하기 위해 개발되고 있다. 본 연구에서는 북극 해빙의 전역적, 지역적 특징을 학습할 수 있는 two-stream convolutional long- and short-term memory (TS-ConvLSTM) 인공지능 모델의 북극 해빙 면적이 최저를 보이는 9월에 대해 2001년부터 2021년까지 장기적인 성능 검증을 통해 향후 운용 가능한 시스템으로써의 가능성을 살펴보고자 한다. 장기 자료를 통한 검증 결과 TS-ConvLSTM 모델이 훈련자료의 양이 증가하면서 향상된 예측 성능을 보여주고 있지만, 최근 지구 온난화로 인한 단년생 해빙의 감소로 인해 해빙 농도 5-50% 구간에서는 예측력이 저하되고 있음을 보여주었다. 반면 TS-ConvLSTM에 의해 예측된 해빙 면적과 달리 Sea Ice Prediction Network에 제출된 Sea Ice Outlook (SIO)들의 해빙 면적 중간값의 경우 훈련자료가 늘어나더라도 눈에 띄는 향상을 보이지 않았다. 본 연구를 통해 TS-ConvLSTM 모델의 향후 북극 해빙 예측 시스템의 운용 가능 잠재성을 확인하였으나, 향후 연구에서는 예측이 어려운 자연 환경에서 더욱 안정성 있는 예측 시스템 개발을 위해 더 많은 시공간 변화 패턴을 학습할 수 있는 방안을 고려해야 할 것이다.


Sea ice, frozen sea water, in the Artic is a primary indicator of global warming. Due to its importance to the climate system, shipping-route navigation, and fisheries, Arctic sea ice prediction has gained increased attention in various disciplines. Recent advances in artificial intelligence (AI), motivated by a desire to develop more autonomous and efficient future predictions, have led to the development of new sea ice prediction models as alternatives to conventional numerical and statistical prediction models. This study aims to evaluate the performance of the two-stream convolutional longand short-term memory (TS-ConvLSTM) AI model, which is designed for learning both global and local characteristics of the Arctic sea ice changes, for the minimum September Arctic sea ice from 2001 to 2021, and to show the possibility for an operational prediction system. Although the TSConvLSTM model generally increased the prediction performance as training data increased, predictability for the marginal ice zone, 5-50% concentration, showed a negative trend due to increasing first-year sea ice and warming. Additionally, a comparison of sea ice extent predicted by the TS-ConvLSTM with the median Sea Ice Outlooks (SIOs) submitted to the Sea Ice Prediction Network has been carried out. Unlike the TS-ConvLSTM, the median SIOs did not show notable improvements as time passed (i.e., the amount of training data increased). Although the TSConvLSTM model has shown the potential for the operational sea ice prediction system, learning more spatio-temporal patterns in the difficult-to-predict natural environment for the robust prediction system should be considered in future work.

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7가상 텍스쳐 영상과 실촬영 영상간 매칭을 위한 특징점 기반 알고리즘 성능 비교 연구

저자 : 이유진 ( Yoo Jin Lee ) , 이수암 ( Sooahm Rhee )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1057-1068 (12 pages)

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본 논문은 모바일 기반의 실시간 영상 측위 기술 개발을 목표로 사용자가 촬영한 사진과 가상의 텍스쳐 영상 간의 매칭 가능성 확인 연구로 특징점 기반의 매칭 알고리즘의 조합 성능을 비교했다. 특징점 기반의 매칭 알고리즘은 특징점(feature)을 추출하는 과정과 추출된 특징점을 설명하는 서술자(descriptor)를 계산하는 과정, 최종적으로 서로 다른 영상에서 추출된 서술자를 매칭하고, 잘못 매칭된 특징점을 제거하는 과정으로 이루어진다. 이때 매칭 알고리즘 조합을 위해, 특징점을 추출하는 과정과 서술자를 계산하는 과정을 각각 같거나 다르게 조합하여 매칭 성능을 비교하였다. 가상 실내 텍스쳐 영상을 위해 V-World 3D 데스크탑을 활용하였다. 현재 V-World 3D 데스크톱에서는 수직 · 수평적 돌출부 및 함몰부와 같은 디테일이 보강되었다. 또한, 실제 영상 텍스쳐가 입혀진 레벨로 구축되어 있어, 이를 활용하여 가상 실내 텍스쳐 데이터를 기준영상으로 구성하고, 동일한 위치에서 직접 촬영하여 실험 데이터셋을 구성하였다. 데이터셋 구축 후, 매칭 알고리즘들로 매칭 성공률과 처리 시간을 측정하였고, 이를 바탕으로 매칭 성능 향상을 위해 매칭 알고리즘 조합을 결정하였다. 본 연구에서는 매칭 기법마다 가진 특장점을 기반으로 매칭 알고리즘을 조합하여 구축한 데이터셋에 적용해 적용가능성을 확인하였고, 추가적으로 회전요소가 고려되었을 때의 성능 비교도 함께 수행하였다. 연구 결과, Scale Invariant Feature Transform (SIFT)의 feature와 descriptor 조합이 가장 매칭 성공률이 좋았지만 처리 소요 시간이 가장 큰 것을 확인할 수 있었고, Features from Accelerated Segment Test (FAST)의 feature와 Oriented FAST and Rotated BRIEF (ORB)의 descriptor 조합의 경우, SIFT-SIFT 조합과 유사한 매칭 성공률을 가지면서 처리 소요시간도 우수하였다. 나아가, FAST-ORB의 경우, 10°의 회전이 데이터셋에 적용되었을 때에도 매칭 성능이 우세함을 확인하였다. 따라서 종합적으로 가상 텍스쳐 영상과 실영상간 매칭을 위해서 FAST-ORB 조합의 매칭 알고리즘이 적합한 것을 확인할 수 있었다.


This paper compares the combination performance of feature point-based matching algorithms as a study to confirm the matching possibility between image taken by a user and a virtual texture image with the goal of developing mobile-based real-time image positioning technology. The feature based matching algorithm includes process of extracting features, calculating descriptors, matching features from both images, and finally eliminating mismatched features. At this time, for matching algorithm combination, we combined the process of extracting features and the process of calculating descriptors in the same or different matching algorithm respectively. V-World 3D desktop was used for the virtual indoor texture image. Currently, V-World 3D desktop is reinforced with details such as vertical and horizontal protrusions and dents. In addition, levels with real image textures. Using this, we constructed dataset with virtual indoor texture data as a reference image, and real image shooting at the same location as a target image. After constructing dataset, matching success rate and matching processing time were measured, and based on this, matching algorithm combination was determined for matching real image with virtual image. In this study, based on the characteristics of each matching technique, the matching algorithm was combined and applied to the constructed dataset to confirm the applicability, and performance comparison was also performed when the rotation was additionally considered. As a result of study, it was confirmed that the combination of Scale Invariant Feature Transform (SIFT)'s feature and descriptor detection had the highest matching success rate, but matching processing time was longest. And in the case of Features from Accelerated Segment Test (FAST)'s feature detector and Oriented FAST and Rotated BRIEF (ORB)'s descriptor calculation, the matching success rate was similar to that of SIFT-SIFT combination, while matching processing time was short. Furthermore, in case of FAST-ORB, it was confirmed that the matching performance was superior even when 10° rotation was applied to the dataset. Therefore, it was confirmed that the matching algorithm of FAST-ORB combination could be suitable for matching between virtual texture image and real image.

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8정지궤도 위성 대류권 오존 관측 자료를 이용한 대류권 이동벡터 산출 가능성 연구

저자 : 신대근 ( Daegeun Shin ) , 김소명 ( Somyoung Kim ) , 박주선 ( Juseon Bak ) , 백강현 ( Kanghyun Baek ) , 홍성재 ( Sungjae Hong ) , 김재환 ( Jaehwan Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1069-1080 (12 pages)

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대류권 오존은 전 세계적으로 인간과 생태계에 막대한 피해를 입히는 오염 물질이다. 국지적인 오존 문제는 발생 지역에서 바람에 의해 풍하 측으로 이동함에 따라 지역적, 전 지구적 문제가 되고 있다. 보다 효율적인 오존 모니터링을 위해서 연속적인 일중 관측이 가능한 정지궤도 위성을 이용하려는 시도가 있어왔다. 이 연구에서는 정지궤도 위성에서 관측될 대류권 오존의 연속적인 관측을 이용하여 대류권 오존 이동벡터(Tropospheric Ozone Movement Vector, TOMV) 산출을 세계 최초로 시도했다. 현재 정지궤도 위성을 이용한 대류권오존 산출물이 존재하지 않기 때문에 대기화학모델인 GEOS-Chem에서 산출된 대류권 오존 자료를 이용하였다. 산출된 오존의 이동 속도는 화학모델에 비해 높은 값이 나왔지만 오염의 이동의 방향은 매우 높은 일치성을 보여주었다. 제시된 알고리즘을 이용하면 오존의 유입 플럭스를 오존의 움직이는 속도와 방향을 이용하여 산출할 수도 있다. 이와 같은 결과는 오염물질의 이동분석에 널리 사용되는 역방향 궤적 방법의 대안으로써 오염물질의 모니터링과 예보에 보다 유용하게 사용될 수 있다. 이와 반대로 오존분포의 경계선이 불분명하면 TOMV 산출에 오차를 발생시킬 수 있기 때문에 이동에 대한 잘못된 정보를 줄 수 있는 것이 이 방법의 한계이다. 그럼에도 불구하고 TOMV 방법은 앞으로 활동하게 될 정지궤도 위성을 이용한 오염 모니터링과 예보에 진일보한 방향을 제시해줄 수 있을 것이다.


The tropospheric ozone is a pollutant that causes a great deal of damage to humans and ecosystems worldwide. In the event that ozone moves downwind from its source, a localized problem becomes a regional and global problem. To enhance ozone monitoring efficiency, geostationary satellites with continuous diurnal observations have been developed. The objective of this study is to derive the Tropospheric Ozone Movement Vector (TOMV) by employing continuous observations of tropospheric ozone from geostationary satellites for the first time in the world. In the absence of Geostationary Environmental Monitoring Satellite (GEMS) tropospheric ozone observation data, the GEOS-Chem model calculated values were used as synthetic data. Comparing TOMV with GEOS-Chem, the TOMV algorithm overestimated wind speed, but it correctly calculated wind direction represented by pollution movement. The ozone influx can also be calculated using the calculated ozone movement speed and direction multiplied by the observed ozone concentration. As an alternative to a backward trajectory method, this approach will provide better forecasting and analysis by monitoring tropospheric ozone inflow characteristics on a continuous basis. However, if the boundary of the ozone distribution is unclear, motion detection may not be accurate. In spite of this, the TOMV method may prove useful for monitoring and forecasting pollution based on geostationary environmental satellites in the future.

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9GACOS 모델 대기 위상 지연 보정을 활용한 SBAS-InSAR 기술 기반 울산광역시 지반 침하 탐지

저자 : 수레시크리쉬난 ( Suresh Krishnan Palanisamy Vadivel ) , 김덕진 ( Duk-jin Kim ) , 이정훈 ( Jung-hoon Lee ) , 송주영 ( Juyoung Song ) , 김준우 ( Junwoo Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1081-1089 (9 pages)

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본 연구는 시계열 Small Baseline Subset (SBAS)-InSAR 기법을 이용하여 울산시의 지반 침하를 조사하였으며, 79개의 Sentinel-1 SAR 영상과 385개의 간섭도 영상(interferogram)을 사용하여 2015년 5월부터 2021년 12월 울산광역시의 지상 변위(surface displacement)를 추정하였다. 지반 침하율은 북구와 남구 삼산동 2지역에서 연 3.44 cm, 1.68 cm로 계측되었다. 또한 Generic Atmospheric Correction Online Service (GACOS)로 생성한 Zenith Total Delay (ZTD) 지도를 활용하여 unwrapping된 간섭도 위상에서 대기 지연(tropospheric delay)의 영향을 제거할 수 있는 가능성을 평가하였으며, GACOS ZTD 보정 전후의 SBAS-InSAR 지상 변위 측정의 차이가 연 1 mm미만임을 발견하였다.


This study aims to investigate and monitor the ground subsidence in Ulsan city, South Korea using time-series Small Baseline Subset (SBAS)-InSAR analysis. We used 79 Sentinel-1 SAR scenes and 385 interferograms to estimate the ground displacements at Ulsan city from May 2015 and December 2021. Two subsiding regions Buk-gu and Nam-gu Samsan-dong were found with the subsidence rate of 3.44 cm/year and 1.68 cm/year. In addition, we evaluated the possibility of removing the effect of atmospheric (tropospheric delay) phase in unwrapped phase using the Zenith Total Delay (ZTD) maps from Generic Atmospheric Correction Online Service (GACOS). We found that the difference between the SBAS-InSAR ground displacements before and after GACOS ZTD correction is less than 1 mm/year in this study.

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10개선된 DeepResUNet과 컨볼루션 블록 어텐션 모듈의 결합을 이용한 의미론적 건물 분할

저자 : 예철수 ( Chul-soo Ye ) , 안영만 ( Young-man Ahn ) , 백태웅 ( Tae-woong Baek ) , 김경태 ( Kyung-tae Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 38권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1091-1100 (10 pages)

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딥러닝 기술의 진보와 함께 다양한 국내외 고해상도 원격탐사 영상의 활용이 가능함에 따라 딥러닝 기술과 원격탐사 빅데이터를 활용하여 도심 지역 건물 검출과 변화탐지에 활용하고자 하는 관심이 크게 증가하고 있다. 본 논문에서는 고해상도 원격탐사 영상의 의미론적 건물 분할을 위해서 건물 분할에 우수한 성능을 보이는DeepResUNet 모델을 기본 구조로 하고 잔차 학습 단위를 개선하고 Convolutional Block Attention Module(CBAM)을 결합한 새로운 건물 분할 모델인 CBAM-DRUNet을 제안한다. 제안한 건물 분할 모델은 WHU 데이터셋과 INRIA 데이터셋을 이용한 성능 평가에서 UNet을 비롯하여 ResUNet, DeepResUNet 대비 F1 score, 정확도, 재현율 측면에서 모두 우수한 성능을 보였다.


As deep learning technology advances and various high-resolution remote sensing images are available, interest in using deep learning technology and remote sensing big data to detect buildings and change in urban areas is increasing significantly. In this paper, for semantic building segmentation of high-resolution remote sensing images, we propose a new building segmentation model, Convolutional Block Attention Module (CBAM)-DRUNet that uses the DeepResUNet model, which has excellent performance in building segmentation, as the basic structure, improves the residual learning unit and combines a CBAM with the basic structure. In the performance evaluation using WHU dataset and INRIA dataset, the proposed building segmentation model showed excellent performance in terms of F1 score, accuracy and recall compared to ResUNet and DeepResUNet including UNet.

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1Flow Velocity Change of David Glacier, East Antarctica, from 2016 to 2020 Observed by Sentinel-1A SAR Offset Tracking Method

저자 : Jihyun Moon , Yuri Cho , Hoonyol Lee

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-11 (11 pages)

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This study measures the change of ice flow velocity of David Glacier, one of the fast-moving glaciers in East Antarctica that drains through Drygalski Ice Tongue. In order to effectively observe the rapid flow velocity, we applied the offset tracking technique to Sentinel-1A SAR images obtained from 2016 to 2020 with 36-day temporal baseline. The resulting velocity maps were averaged and the two relatively fast points (A1 and A2) were selected for further time-series analysis. The flow velocity increased during the Antarctic summer (around December to March) over the four years' observation period probably due to the ice surface melting and reduced friction on the ice bottom. Bedmap2 showed that the fast flow velocities at A1 and A2 are associated with a sharp decrease in the ice surface and bottom elevation so that ice volumetric cross-section narrows down and the crevasses are being created on the ice surface. The local maxima in standard deviation of ice velocity, S1 and S2, showed random temporal fluctuation due to the rotational ice swirls causing error in offset tracking method. It is suggested that more robust offset tracking method is necessary to incorporate rotational motion.

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2Damage Proxy Map (DPM) of the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang Earthquakes Using Sentinel-1 Imagery

저자 : Arip Syaripudin Nur , Chang-wook Lee

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 13-22 (10 pages)

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The ML 5.8 earthquake shocked Gyeongju, Korea, at 11:32:55 UTC on September 12, 2016. One year later, on the afternoon of November 15, 2017, the ML 5.4 earthquake occurred in Pohang, South Korea. The earthquakes injured many residents, damaged buildings, and affected the economy of Gyeongju and Pohang. The damage proxy maps (DPMs) were generated from Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) imagery by comparing pre- and co-events interferometric coherences to identify anomalous changes that indicate damaged by the earthquakes. DPMs manage to detect coherence loss in residential and commercial areas in both Gyeongju and Pohang earthquakes. We found that our results show a good correlation with the Korea Meteorological Administration (KMA) report with Modified Mercalli Intensity (MMI) scale values of more than VII (seven). The color scale of Sentinel-1 DPMs indicates an increasingly significant change in the area covered by the pixel, delineating collapsed walls and roofs from the official report. The resulting maps can be used to assess the distribution of seismic damage after the Gyeongju and Pohang earthquakes and can also be used as inventory data of damaged buildings to map seismic vulnerability using machine learning in Gyeongju or Pohang.

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3Design of LEO Constellations with Inter-satellite Connects Based on the Performance Evaluation of the Three Constellations SpaceX, OneWeb and Telesat

저자 : Peng Zong , Saeid Kohani

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 23-40 (18 pages)

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The idea of designing LEO's satellite constellations has become very important for internet access. Several LEO satellite constellations have been designed and used for global communications. In this paper, by examining three LEO satellite constellations, namely SpaceX's 4425 satellites Ku-Kaband system, OneWeb's 720 satellites Ku-Ka-band system, Telesat's 117 satellites Ka-band system. And evaluating the power of data transmission and their telecommunications, we come close to a conceptual design area. First with the mathematical modeling and formulation and the design of inter-orbital communications for satellites, intersatellite communications, inter-orbital communications, we get a complete design based on the genetic algorithm for LEO satellite constellation design. And then, using simulations and design software, the final results of the designed model are obtained. Finally, we compare the results of the designed model with other existing LEO satellite constellations.

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4Improvement of Thunderstorm Detection Method Using GK2A/AMI, RADAR, Lightning, and Numerical Model Data

저자 : Ha-yeong Yu , Myoung-seok Suh , Seoung-oh Ryu

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 41-55 (15 pages)

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To detect thunderstorms occurring in Korea, National Meteorological Satellite Center (NMSC) also introduced the rapid-development thunderstorm (RDT) algorithm developed by EUMETSAT. At NMCS, the H-RDT (HR) based on the Himawari-8 satellite and the K-RDT (KR) which combines the GK2A convection initiation output with the RDT were developed. In this study, we optimized the KR (KU) to improve the detection level of thunderstorms occurring in Korea. For this, we used all available data, such as GK2A/AMI, RADAR, lightning, and numerical model data from the recent two years (2019-2020). The machine learning of logistic regression and stepwise variable selection was used to optimize the KU algorithms. For considering the developing stages and duration time of thunderstorms, and data availability of GK2A/AMI, a total of 72 types of detection algorithms were developed. The level of detection of the KR, HR, and KU was evaluated qualitatively and quantitatively using lightning and RADAR data. Visual inspection using the lightning and RADAR data showed that all three algorithms detect thunderstorms that occurred in Korea well. However, the level of detection differs according to the lightning frequency and day/night, and the higher the frequency of lightning, the higher the detection level is. And the level of detection is generally higher at night than day. The quantitative verification of KU using lightning (RADAR) data showed that POD and FAR are 0.70 (0.34) and 0.57 (0.04), respectively. The verification results showed that the detection level of KU is slightly better than that of KR and HR.

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5The Estimated Source of 2017 Pohang Earthquake Using Surface Deformation Modeling Based on Multi-Frequency InSAR Data

저자 : Muhammad Fulki Fadhillah , Chang-wook Lee

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 57-67 (11 pages)

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An earthquake occurred on 17 November 2017 in Pohang, South Korea with a strength of 5.4 Mw. This is the second strongest earthquake recorded by local authorities since the equipment was first installed. In order to improve understanding of earthquakes and surface deformation, many studies have been conducted according to these phenomena. In this research, we will estimate the surface deformation using the Okada model equation. The SAR images of three satellites with different wavelengths (ALOS-2, Cosmo SkyMed and Sentinel-1) were used to produce the interferogram pairs. The interferogram is used as a reference for surface deformation changes by using Okada to determine the source of surface deformation that occurs during an earthquake. The Non-linear optimization (Levemberg-Marquadrt algorithm) and Monte Carlo restart was applied to optimize the fault parameter on modeling process. Based on the modeling results of each satellite data, the fault geometry is ~6 km length, ~2 km width and ~5 km depth. The root mean square error values in the surface deformation model results for Sentinel, CSK and ALOS are 0.37 cm, 0.79 cm and 1.47 cm, respectively. Furthermore, the results of this modeling can be used as learning material in understanding about seismic activity to minimize the impacts that arise in the future.

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6Moon Phase based Threshold Determination for VIIRS Boat Detection

저자 : Euihyun Kim , Sang-wan Kim , Hahn Chul Jung , Joo-hyung Ryu

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 69-84 (16 pages)

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Awareness of boats is a main issue in areas of fishery management, illegal fishing, and maritime traffic, etc. For the awareness, Automatic Identification System (AIS) and Vessel-Pass System (V-PASS) have been widely used to collect the boat-related information. However, only using these systems makes it difficult to collect the accurate information. Recently, satellite-based data has been increasingly used as a cooperative system. In 2015, U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) developed a boat detection algorithm using Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) Day & Night Band (DNB) data. Although the detections have been widely utilized in many publications, it is difficult to estimate the night-time fishing boats immediately. Particularly, it is difficult to estimate the threshold due to the lunar irradiation effect. This effect must be corrected to apply a single specific threshold. In this study, the moon phase was considered as the main frequency of this effect. Considering the moon phase, relational expressions are derived and then used as offsets for relative correction. After the correction, it shows a significant reduction in the standard deviation of the threshold compared to the threshold of NOAA. Through the correction, this study can set a constant threshold every day without determination of different thresholds. In conclusion, this study can achieve the detection applying the single specific threshold regardless of the moon phase.

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7Study on Dimensionality Reduction for Sea-level Variations by Using Altimetry Data around the East Asia Coasts

저자 : Do-hyun Hwang , Suho Bak , Min-ji Jeong , Na-kyeong Kim , Mi-so Park , Bo-ram Kim , Hong-joo Yoon

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 85-95 (11 pages)

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Recently, as data mining and artificial neural network techniques are developed, analyzing large amounts of data is proposed to reduce the dimension of the data. In general, empirical orthogonal function (EOF) used to reduce the dimension in the ocean data and recently, Self-organizing maps (SOM) algorithm have been investigated to apply to the ocean field. In this study, both algorithms used the monthly Sea level anomaly (SLA) data from 1993 to 2018 around the East Asia Coasts. There was dominated by the influence of the Kuroshio Extension and eddy kinetic energy. It was able to find the maximum amount of variance of EOF modes. SOM algorithm summarized the characteristic of spatial distributions and periods in EOF mode 1 and 2. It was useful to find the change of SLA variable through the movement of nodes. Node 1 and 5 appeared in the early 2000s and the early 2010s when the sea level was high. On the other hand, node 2 and 6 appeared in the late 1990s and the late 2000s, when the sea level was relatively low. Therefore, it is considered that the application of the SOM algorithm around the East Asia Coasts is well distinguished. In addition, SOM results processed by SLA data, it is able to apply the other climate data to explain more clearly SLA variation mechanisms.

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8Retrieval of High-Resolution Grid Type Visibility Data in South Korea Using Inverse Distance Weighting and Kriging

저자 : Taeho Kang , Myoung-seok Suh

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 97-110 (14 pages)

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Fog can cause large-scale human and economic damages, including traffic systems and agriculture. So, Korea Meteorological Administration is operating about 290 visibility meters to improve the observation level of fog. However, it is still insufficient to detect very localized fog. In this study, high-resolution grid-type visibility data were retrieved from irregularly distributed visibility data across the country. To this end, three objective analysis techniques (Inverse Distance Weighting (IDW), Ordinary Kriging (OK) and Universal Kriging (UK)) were used. To find the best method and parameters, sensitivity test was performed for the effective radius, power parameter and variogram model that affect the level of objective analysis. Also, the effect of data distribution characteristics (level of normality) on the performance level of objective analysis was evaluated. IDW showed a relatively high level of objective analysis in terms of bias, RMSE and correlation, and the performance is inversely proportional to the effective radius and power parameter. However, the two Krigings showed relatively low level of objective analysis, in particular, greatly weakened the variability of the variables, although the level of output was different depending on the variogram model used. As the level of objective analysis is greatly influenced by the distribution characteristics of data, power, and models used, care should be taken when selecting objective analysis techniques and parameters.

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9Keypoint-based Deep Learning Approach for Building Footprint Extraction Using Aerial Images

저자 : Doyoung Jeong , Yongil Kim

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 111-122 (12 pages)

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Building footprint extraction is an active topic in the domain of remote sensing, since buildings are a fundamental unit of urban areas. Deep convolutional neural networks successfully perform footprint extraction from optical satellite images. However, semantic segmentation produces coarse results in the output, such as blurred and rounded boundaries, which are caused by the use of convolutional layers with large receptive fields and pooling layers. The objective of this study is to generate visually enhanced building objects by directly extracting the vertices of individual buildings by combining instance segmentation and keypoint detection. The target keypoints in building extraction are defined as points of interest based on the local image gradient direction, that is, the vertices of a building polygon. The proposed framework follows a two-stage, top-down approach that is divided into object detection and keypoint estimation. Keypoints between instances are distinguished by merging the rough segmentation masks and the local features of regions of interest. A building polygon is created by grouping the predicted keypoints through a simple geometric method. Our model achieved an F1-score of 0.650 with an mIoU of 62.6 for building footprint extraction using the OpenCitesAI dataset. The results demonstrated that the proposed framework using keypoint estimation exhibited better segmentation performance when compared with Mask R-CNN in terms of both qualitative and quantitative results.

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10The Assessment of Cross Calibration/Validation Accuracy for KOMPSAT-3 Using Landsat 8 and 6S

저자 : Cheonggil Jin , Chuluong Choi

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 37권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 123-137 (15 pages)

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In this study, we performed cross calibration of KOMPSAT-3 AEISS imaging sensor with reference to normalized pixels in the Landsat 8 OLI scenes of homogenous ROI recorded by both sensors between January 2014 and December 2019 at the Libya 4 PICS. Cross calibration is using images from a stable and well-calibrated satellite sensor as references to harmonize measurements from other sensors and/or characterize other sensors. But cross calibration has two problems; RSR and temporal difference. The RSR of KOMPSAT-3 and Landsat 8 are similar at the blue and green bands. But the red and NIR bands have a large difference. So we calculate SBAF of each sensor. We compared the SBAF estimated from the TOA Radiance simulation with KOMPSAT-3 and Landsat 8, the results displayed a difference of about 2.07~2.92% and 0.96~1.21% in the VIS and NIR bands. Before SBAF, Reflectance and Radiance difference was 0.42~23.23%. Case of difference temporal, we simulated by 6S and Landsat 8 for alignment the same acquisition time. The SBAF-corrected cross calibration coefficients using KOMPSAT-3, 6S and simulated Landsat 8 compared to the initial cross calibration without correction demonstrated a percentage difference in the spectral bands of about 0.866~1.192%. KOMPSAT-3 maximum uncertainty was estimated at 3.26~3.89%; errors due to atmospheric condition minimized to less than 1% (via 6S); Maximum deviation of KOMPSAT-3 DN was less than 1%. As the result, the results affirm that SBAF and 6s simulation enhanced cross-calibration accuracy.

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