다시기 참조 기반 과거 흑백 항공사진의 컬러화 및 초해상도 복원 = Multi-Temporal Reference-Guided Colorization and Super-Resolution of Historical Panchromatic Aerial Photographs

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This dissertation proposes a multi-temporal reference-guided framework that integrates colorization and super-resolution for restoring historical panchromatic aerial photographs under ground-truth-absent conditions. Unlike conventional image enhancement, it treats aerial photographs as geospatial data and therefore preserves their coordinate reference system, ground sampling distance, and GeoTIFF metadata throughout restoration. The main contribution is a geospatially consistent restoration pipeline that couples multi-temporal color references, change-aware color transfer, comparative super-resolution, metadata-preserving GeoTIFF/BigTIFF output, and a multi-layer evaluation strategy that addresses the absence of contemporaneous color ground truth.
The study targets Yeonje-gu, Busan, using three panchromatic epochs（1995, 1999, 2002） as restoration targets and three color epochs（2004, 2008, 2010） as references aligned to a common 2004 grid. Change detection separates stable and changed areas. In stable areas, chromatic information from the multi-temporal references is transferred with relatively higher confidence, whereas changed areas are estimated more cautiously using a K-means-based multi-temporal color palette; in both cases the original luminance is preserved and only the chromatic components are estimated, confining the risk of plausible but misleading hallucination to the chromatic dimension. On the colorized outputs, three ×2 models—SwinIR, BSRGAN, and RealESRGAN—are compared under identical conditions, and all products are stored as BigTIFF with updated affine transforms for direct use in GIS.
Because no contemporaneous ground truth exists for the target epochs, results are interpreted through an uncertainty-aware, multi-layer evaluation—synthetic-pair and leave-one-out cross-validation, self-consistency, no-reference metrics, and change-based inspection-priority maps—rather than as claims of absolute color accuracy. Detected change ratios decrease monotonically with temporal distance （17.41%→15.10%→13.95%）, the changed-area HSV KL divergence likewise decreases （1.751→1.331→1.067）, and luminance consistency remains near 0.998. Cross-validation shows that the change-detection-and-palette mechanism yields a consistent gain （+0.594dB PSNR across all epochs）, whereas the multi-temporal ensemble provides a larger but conditional benefit （+0.822dB on average, with an exception at the 2004 target）; the super-resolution models exhibit clear trade-offs, implying use-dependent selection. The restored images are therefore algorithmic estimates that support archives and historical GIS as auxiliary geospatial layers, not substitutes for contemporaneous color photographs or legal survey records.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT v
• 제1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 및 목표 3
• 1.3 연구 범위와 방법 5
• 1.4 논문 구성 9
• 제2장 이론적 배경 및 선행연구 검토 10
• 2.1 역사 항공사진 복원의 문제 성격 10
• 2.2 컬러화 연구의 발전과 항공사진 적용 한계 12
• 2.3 초해상도 연구의 발전과 항공사진 적용 한계 14
• 2.4 컬러화·초해상도 결합 방식 선행연구 17
• 2.5 다시기 참조와 변화인지 색상 추정 19
• 2.6 정합·메타데이터 보존과 기준 부재 평가 21
• 2.7 선행연구 종합과 연구 공백 24
• 제3장 연구 자료 및 방법 26
• 3.1 연구 자료와 기준 격자 26
• 3.2 기준 부재 문제 정의 34
• 3.3 파이프라인 개요 40
• 3.4 정합과 메타데이터 보존 45
• 3.5 변화인지 다시기 컬러화 47
• 3.5.1 변화탐지와 마스크 산정 47
• 3.5.2 RGB-HSV-Lab 특징 추출 51
• 3.5.3 영역별 색차 이전과 블렌딩 56
• 3.6 초해상도와 일관성 제어 60
• 3.6.1 초해상도 모델 선정과 타일 추론 61
• 3.6.2 순차 전이와 색 참조 기반 제어 65
• 제4장 실험 결과 및 분석 68
• 4.1 실험 환경 68
• 4.2 평가지표와 의사결정 체계 71
• 4.3 정합·변화탐지 결과 80
• 4.4 컬러화 결과와 평가 90
• 4.4.1 시기별 컬러화 결과 90
• 4.4.2 LOO 합성 페어 검증 96
• 4.5 초해상도 모델 비교와 권장 105
• 4.6 통합 검증과 고찰 110
• 제5장 결론 114
• 5.1 연구 요약 114
• 5.2 주요 연구 결과 115
• 5.3 연구의 의의 및 활용 가능성 116
• 5.4 연구의 한계 및 향후 연구 117
• 5.5 종합 결론 119
• 참 고 문 헌 121
• 용 어 정 리 129