한반도 지역의 지표특성을 고려한 분광라이브러리의 설계 및 구축

신정일,김선화,이규성,Shin, Jung-Il,Kim, Sun-Hwa,Lee, Kyu-Sung 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.5

분광라이브러리는 지구에 존재하는 다양한 물질의 분광반사 자료와 그에 대한 보조자료를 축적한 데이터베이스로 정의할 수 있다. 분광라이브러리는 다양한 분야에서 물질의 종류와 특성을 분석하기 위한 참조자료로 사용되고 있으며 원격탐사 분야에서는 광학영상 자료와 연계하여 토지 피복의 종류와 속성을 분류하고 더 나아가 초분광영상의 해석에 중요한 자료로 사용되고 있다. 현존 분광라이브러리는 측정항목이나 측정방법, 보조자료 등이 표준화되어 있지 않으며, 특히 국내에 직접 적용하기에는 지표물의 종류가 한정되어 있다. 이 논문은 국내 환경에 직접 적용할 수 있는 분광라이브러리를 설계하고 구축하는 과정을 인공물에 대한 분광반사측정을 실시하였고 동시에 설계된 보조자료의 항목에 대한 측정 및 조사를 실시하였다. 또한 외국에서 개발된 분광라이브러리에서 보조자료가 충실한 광물 및 암석, 토양, 물 등의 분광반사자료를 함께 포함하고 있다. 구축된 분광라이브러리의 활용성 증대와 검색의 용이성을 위해 분광라이브러리 뷰어를 개발하였다. Spectral library is a database that archives spectral reflectance and related metadata of earth surface materials. Spectral library plays important role to assist analyzing several types of remote sensor data, to determine suitable wavelength band for detecting a certain material, and to classify hyperspectal image data. This paper describes the structure and content of a spectral library that is suitable for the environment of the Korea peninsula while existing spectral libraries have certain limitations to apply for surface materials covering the region. We designed a spectral library that includes vegetation and man-made materials indigenous to the region. The spectral library also includes spectra of mineral and rock, soil, liquid, and some man-made materials from existing spectral libraries. Newly augmented spectra of vegetation and man-made materials were obtained by spectral measurements in laboratory and field. The spectral library viewer was developed to increase efficiency of usage and searching.

연안 해저 피복 분류를 위한 항공 초분광영상의 수심보정

신정일,조형갑,김성학,최임호,정규귀,Shin, Jung Il,Cho, Hyung Gab,Kim, Sung Hak,Choi, Im Ho,Jung, Kyu Kui 한국공간정보학회 2015 한국공간정보학회지 Vol.23 No.2

연안 해저 피복 조사에 있어 원격탐사 자료를 이용함으로써 조사의 효율성을 높일 수 있다. 위성영상과 항공영상과 같은 광학 원격탐사자료는 수심의 영향으로 동일한 해저 피복조건에 대해 다른 반사도를 보인다. 이 연구에서는 CASI-1500 항공 초분광영상에 대한 수심보정을 통해 연안 해저 피복에 대한 조사 범위 및 정확도 향상이 가능한지 분석하였다. 연구지역은 강원도 강릉시 연안으로 갯녹음 현상으로 인해 해저 환경이 급격히 변화되고 있는 지역이다. 해저면이 모래인 지점을 대상으로 초분광영상에서 추출한 수체 반사율(water reflectance, $R_W$)과 수심 간의 회귀모델을 통해 밴드별 수심보정 계수를 추정하고, 이를 영상 전체에 적용하였다. 그 결과 수심보정 전 영상에서 수심 6-7m에 한정하여 판독이 가능하였지만 수심보정 후 수심 15m까지 판독이 가능해지고, 수심에 따른 반사율의 변이가 크게 감소하였다. 또한 수심보정을 통해 해저 재질 분류 정확도가 13%p 증가하였다. Remote sensing data is used to increasing efficiency on benthic cover type survey. Satellite and aerial imagery has variance of reflectance by water column effect even if bottom is consisted with same cover type and condition. This study tried to analyze advances of surveying extent and accuracy through water column correction of CASI-1500 hyperspectral image. Study area is coast of Gangneung city, South Korea where benthic environment is rapidly changing with bleaching of coral reef. Water column correction coefficient was estimated using regression models between water reflectance ($R_W$) and depth for sand bottom then the coefficients were applied to whole image. The results shows that expanded interpretable depth from 6-7m to 15m and decreased variation of reflectance by depth. Additionally, water column corrected reflectance image shows 13%p increased accuracy on benthic cover type classification.

드론영상을 이용한 소규모 가스 배출시설 탐지 가능성 분석

신정일,김익재,황동현,이종민,임성하,Shin, Jung-Il,Kim, Ik-Jae,Hwang, Dong-Hyun,Lee, Jong-Min,Lim, Seong-Ha 한국국토정보공사 공간정보연구원 2017 지적과 국토정보 Vol.47 No.1

최근 우리나라의 대기환경이 악화되고 있으며 대기질에 대한 국민적 관심이 증가하고 있다. 다양한 관측수단이 대기환경 모니터링에 이용되고 있으나, 배출시설에 대한 공간정보가 부재한 실정에서 관측자의 경험과 판단에 의존하고 있다. 본 연구에서는 대기오염물질 배출시설 모니터링을 위한 드론 영상의 활용 가능성을 판단하고자 하였다. 드론 정사영상에 질감 변환 기법을 적용하여 공장지붕에 분포하는 소규모 가스 배출시설을 탐지하였고, 오탐지율을 감소시키기 위하여 수치표면모델(DSM)로 계산한 경사도 자료를 이용하였다. 그 결과 약 80%의 정탐지율과 40%의 오탐지율을 보여주어 소규모 가스 배출시설 탐지에 있어 드론 영상의 활용 가능성이 높다고 할 수 있다. 향후 정탐지율의 향상 및 오탐지율의 감소와 관련된 다양한 시도와 연구가 필요하다. 또한 이러한 결과들을 바탕으로 대기오염물질 배출시설에 대한 3차원 공간정보를 포함하는 데이터베이스를 구축할 필요가 있다. Recently, the air quality of South Korea has deteriorated and public interest has been increasing. Various observation means are used for the monitoring of the atmospheric environment, but it relies on the experience and judgment of the observer in the absence of spatial information on the emission facilities. The purpose of this study was to determine the availability of using drones for monitoring air pollutant emission facilities. A texture transformation method was applied to the drone ortho image to detect the small gas emission facility and the slope data calculated by the digital surface model (DSM) was used to reduce the false alarm ratio. As a result, it shows the possibility of using drones in the detection of small gas emission facilities by showing about 80% of positive detection ratio and 40% of false alarm ratio. In the future, various researches are required to the improve positive detection ratio and the reduction of the false alarm ratio. Based on these results, it is necessary to construct a database including 3D spatial information of air pollutant emission facilities.

초분광영상의 분광반사 패턴을 이용한 표적탐지 알고리즘 개발

신정일,이규성,Shin, Jung-Il,Lee, Kyu-Sung 한국군사과학기술학회 2011 한국군사과학기술학회지 Vol.14 No.6

In this study, a target detection algorithm was proposed for using hyperspectral imagery. The proposed algorithm is designed to have minimal processing time, low false alarm rate, and flexible threshold selection. The target detection procedure can be divided into two steps. Initially, candidates of target pixel are extracted using matching ratio of spectral pattern that can be calculated by spectral derivation. Secondly, spectral distance is computed only for those candidates using Euclidean distance. The proposed two-step method showed lower false alarm rate than the Euclidean distance detector applied over the whole image. It also showed much lower processing time as compared to the Mahalanobis distance detector.

국토위성정보 수집 및 활용 시스템 산출물 생성 방법

신정일(Jung-il Shin),김태정(Taejung Kim) 대한공간정보학회 2019 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2019 No.5

지상 분광반사자료를 훈련샘플로 이용한 감독분류의 정확도 평가

신정일(Shin, Jung Il),김익재(Kim, Ik Jae),김동욱(Kim, Dong Wook) 대한공간정보학회 2016 대한공간정보학회지 Vol.24 No.1

많은 연구들에서 영상자료와 분류 알고리즘 측면에서 분류정확도를 비교하였지만, 참조자료 또는 분석자에 의존하는 훈련샘플에 의한 분류정확도 비교와 관련된 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 감독분류에 있어 훈련샘플로써 지상 분광반사자료의 유용성을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 초분광영상과 다중분광영상을 대상으로 영상 수집 훈련샘플과 지상 분광반사자료를 사용하여 분류 정확도를 비교하였다. 그 결과 영상 수집 훈련샘플 사용 시 초분광영상과 다중분광영상에서 공통적으로 약 90%의 분류정확도를 얻을 수 있었다. 그러나 지상 분광반사자료를 훈련 샘플로 사용하면 초분광영상의 경우 약 10%p, 다중분광영상의 경우 약 20%p의 분류정확도 감소가 발생하였다. 특히 다중분광영상에서 분광반사특성이 유사하게 나타나는 클래스들의 경우 분류정확도가 초분광영상에 비해 매우 낮게 나타났다. 따라서 지상 분광반사자료는 다중분광영상에 적용하는 데에는 한계가 있지만, 초분광영상을 이용한 토지피복분류에 있어 유용한 훈련샘플이 될 수 있다. Many studies are focused on image data and classifier for comparison or improvement of classification accuracy. Therefore studies are needed aspect of the training samples on supervised classification which depend on reference data or skill of analyst. This study tries to assess usability of field spectra as training samples on supervised classification. Classification accuracies of hyperspectral and multispectral images were assessed using training samples from image itself and field spectra, respectively. The results shown about 90% accuracy with training sample collected from image. Using field spectra as training sample, accuracy was decreased 10%p for hyperspectral image, and 20%p for multispectral image. Especially, some classes shown very low accuracies due to similar spectral characteristics on multispectral image. Therefore, field spectra might be used as training samples on classification of hyperspectral image, although it has limitation for multispectral image.

드론을 이용한 보도블럭 탈락 탐지 가능성 연구

신정일(Jung-il Shin) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.5

보도는 보행자의 안전하고 쾌적한 통행을 목표로 하는 시설로, 다양한 재질의 블럭으로 포장되어 있다. 현재 우리나라는 보도 포장상태에 대한 정량적인 조사 방법이 부재하여 효율적인 조사 방법의 개발이 필요한 실정이다. 최근 드론은 다양한 분야에서 효율적인 조사 도구로 활용되고 있으나, 보도의 포장상태를 조사한 사례는 제한적인 실정이다. 본 연구는 드론을 이용한 보도블럭 파손 탐지 방법 개발을 위한 초기 연구로써 보도블럭의 탈락에 국한하여 탐지 가능성을 파악하고자 하였다. 이를 위하여 보도블럭을 인위적으로 제거하여 탈락을 상황을 모의하였고, 드론을 이용하여 0.7 ㎝ 해상도의 영상을 촬영하였다. 영상 전처리를 통해 획득된 포인트 클라우드 자료의 특성으로 보도블럭 탈락 부위에서 포인트들이 갖는 표고의 분산이 높게 나타났다. 이러한 특성을 이용하여 보도 영역에 해당하는 격자에 포함되는 포인트들의 표고에 대한 분산에 4가지 임계치를 적용하여 보도블럭 탈락 부위를 탐지하는 실험을 진행하였다. 그 결과 정탐지율 70-80 %, 누락오차 20-30 %, 추가오차 2 % 이하의 탐지정확도를 획득하여 보도블럭 탈락의 탐지 가능성이 높은 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 제한적인 환경에서 모의된 보도블럭 탈락을 대상으로 하였으므로 향후 실제 환경을 고려한 추가 연구를 통해 효율적이고 정량적인 보도블럭 파손 탐지 방법이 개발될 수 있을 것으로 기대된다. Sidewalks are facilities used for the safe and comfortable passage of pedestrians and are paved with blocks of various materials. Currently, Korea does not have a quantitative survey method for the pavement condition of sidewalks, so it is necessary to develop an efficient survey method. Drones are being used as an efficient survey tool in various fields, but there are limited studies in which sidewalks have been investigated. This study investigates the possibility of detection by limiting the missing sidewalk blocks using a drone. This study is an initial study on the development of a method for detecting damage in sidewalk blocks. For this, sidewalk blocks were artificially removed to simulate a dropout situation, and images were acquired with 0.7-㎝ resolution using a drone. As a characteristic of the point cloud data acquired through image pre-processing, there was high variance of the elevation of the points in the missing area of the sidewalk block. Using these characteristics, an experiment was conducted to detect the missing parts of the sidewalk block by applying four thresholds to the variance of the elevation of points included in the grid corresponding to the sidewalk area. As a result, the detection accuracy was shown with a positive detection ratio of 70-80%, omission errors of 20-30%, and commission errors lower than 2%. It is judged that the possibility of detecting missing sidewalk blocks is high. This study focused on detecting a simulated missing sidewalk block in a limited environment. Therefore, it is expected that an efficient and quantitative method of detecting damaged sidewalk blocks can be developed in the future through additional research with considerations of the actual environment.

초분광영상에 대한 표적탐지 알고리즘의 적용성 분석

신정일 ( Jung Il Shin ),이규성 ( Kyu Sung Lee ) 대한원격탐사학회 2012 大韓遠隔探査學會誌 Vol.28 No.4

현재까지 초분광영상을 위한 다양한 표적탐지 알고리즘이 개발 및 사용되고 있다. 그러나 표적탐지 알고리즘의 비교 및 검증 기준으로 1~2가지 영상에 적용한 탐지정확도 만을 사용하고 있어, 사용자 입장에서 그 적용성을 평가하는 데에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 초분광영상에 대한 표적탐지 알고리즘의 적용성을 체계적으로 분석하는 것이다. 이를 위하여 표적, 배경, 영상의 분광적 또는 복사적 특성에 관련된5가지 기준 인자들을 정의하였고, 각 인자의 변이에 따른 6가지 기존 표적탐지 알고리즘의 탐지정확도 변화를 비교하였다. 이와 더불어 영상 크기에 따른 각 알고리즘의 처리시간을 비교하였다. 그 결과 탐지정확도 측면에서는 기준인자에 따라 적용성이 높은 알고리즘의 종류가 다르게 나타났다. 처리시간은 2차 통계값 기반 알고리즘이 다른 알고리즘에 비해 매우 크게 나타났다. 탐지정확도와 처리시간을 종합적으로 고려한 결과 사용하는 영상과 표적 그리고 배경의 특성에 따라 적용성이 높은 알고리즘의 종류가 다른 것으로 나타났다. 따라서 초분광영상에 대한 기존 표적탐지 알고리즘의 적용성은 자료의 특성 및 배경과 표적의 공간적·분광적 관계에 따라 다르게 나타나므로, 사용하는 자료의 특성과 목적에 따라 적용하는 표적탐지 알고리즘의 종류가 달라질 필요가 있다. Recently, many target detection algorithms were developed for hyperspectral image. However, almost of these studies focused only accuracy from 1 or 2 data sets to validate and compare the algorithms although they give limited information to users. This study aimed to compare usability of target detection algorithms with various parameters. Five parameters were proposed to compare sensitivity in aspect of detection accuracy which are related with radiometric and spectral characteristics of target, background and image. Six target detection algorithms were compared in aspect of accuracy and efficiency (processing time) by variation of the parameters and image size, respectively. The results shown different usability of each algorithm by each parameter in aspect of accuracy. Second order statistics based algorithms needed relatively long processing time. Integrated usabilities of accuracy and efficiency were various by characteristics of target, background and image. Consequently, users would consider appropriate target detection algorithms by characteristics of data and purpose of detection.

단보 : 지상 초분광카메라 영상의 복사보정

신정일 ( Jung Il Shin ),김선화 ( Sun Hwa Kim ),강성진 ( Sung Jin Kang ),이규성 ( Kyu Sung Lee ),Yasser Maghsoudi 大韓遠隔探査學會 2008 大韓遠隔探査學會誌 Vol.24 No.2

초분광영상의 활용 가능성은 증대하고 있으나, 연구에 필요한 초분광센서의 공급은 비교적 제한되어 있다. 초분광영상으로부터 정보 획득을 위한 처리와 분석은 대부분 영상에서 획득되는 분광반사율에 기반을 두고 있다. 본 연구의 목표는 사전 복사보정 자료가 없는 지상 초분광카메라 영상의 복사보정 과정을 개발하여 영상의 화소값을 분광반사율로 변환하고자 한다. 다양한 분광반사특성을 가진 22개 클래스로 구성된 모의지표물을 대상으로 분광측정기를 이용한 대리 복사보정 절차를 수행하였다. 분광측정기로 측정된 복사량과 영상의 화소값의 관계를 이용하여 120개 밴드 초분광영상의 화소값을 센서감지 복사량(radiance)로 변환하는 보정계수를 도출하였다. 영상 촬영 및 분광측정이 대기의 영향이 거의 없는 지상 근접 촬영으로 이루어졌기 때문에, 화소값을 반사율(reflectance)로 직접 변환하는 보정계수도 산출하였다. 그러나 원거리 촬영이나 공중 촬영으로 획득된 영상의 경우 산출된 복사보정 계수는 센서감지 복사량 변환에만 유효하며, 반사율을 얻기 위해서는 추가적인 대기보정 절차가 별도로 수행되어야 한다. Although hyperspectral sensing data have shown great potential to derive various surface information that is not usually available from conventional multispectral image, the acquisition of proper hyperspectral image data are often limited. To use ground-based hyperspectral camera image for remote sensing studies, radiometric calibration should be prerequisite. The objective of this study is to develop radiometric calibration procedure to convert image digital number (DN) value to surface reflectance for the 120 bands ground-based hyperspectral camera. Hyperspectral image and spectral measurements were simultaneously obtained from the experimental target that includes 22 different surface materials of diverse spectral characteristics at wavelength range between 400 to 900 nm. Calibration coefficients to convert image DN value to at-sensor radiance were initially derived from the regression equations between the sample image and spectral measurements using ASD spectroradiometer. Assuming that there is no atmospheric effects when the image acquisition and spectral measurements were made at very close distance in ground, we were also able to derive calibration coefficients that directly transform DN value to surface reflectance. However, these coefficients for deriving reflectance values should not be applied when the camera is used for aerial image that contains significant effect from atmosphere and further atmospheric correction procedure is required in such case.

복사전달모델과 초분광센서를 이용한 아황산가스와 이산화질소의 농도 측정 가능성 분석

신정일(Jung-il Shin),김익재(Ik-Jae Kim),최민재(Min-Jae Choi),임성하(Seong-Ha Lim) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.6

현재 대기질 관측 방법은 지상관측망과 인공위성 자료를 기반으로 실시되고 있다. 그러나 현재 방법은 국소지역 및 특정 사업장에 대한 불법 대기오염 물질 배출 증거를 채집하는데 한계가 있으므로 첨단센서를 이용한 증거 채집 방법개발이 필요한 실정이다. 이 연구에서는 이산화질소와 아황산가스 농도 측정에 있어 자외선 초분광센서의 활용 가능성을 분석하였다. 사용한 스펙트럼은 두 가지 종류로 복사전달모델을 이용하여 모의한 농도별 스펙트럼과 초분광센서를 이용하여 측정한 각 가스의 한 개 농도에 대한 스펙트럼이다. 초분광센서의 활용 가능성을 파악하기 위하여 모의한 스펙트럼과 초분광센서를 이용한 관측 스펙트럼의 차이를 분석하고, 모의 스펙트럼을 이용하여 가스의 농도에 따른 스펙트럼의 변화를 분석하였다. 그 결과 초분광센서로 관측한 스펙트럼과 복사전달모델로 모의한 스펙트럼이 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한 모의한 스펙트럼에서 특정 파장의 흡수 깊이가 가스의 농도와 매우 높은 상관관계를 갖고 있는 것으로 나타났다. 따라서 초분광센서를 이용하여 대기오염물질인 이산화질소와 아황산가스의 농도 추정 가능성이 높은 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 초분광센서를 이용하여 다양한 농도에 대한 이산화질소와 아황산가스에 대한 스펙트럼을 관측하고, 농도 추정 가능성을 검증할 필요가 있다. Current measuring methods for air quality are based on ground measurement networks and satellite data. New methods of collecting evidence with advanced sensors are needed because current methods have limitations in collecting evidence for the illegal emission of air pollutants at narrow areas or specific sites. This study analyzed the possibility of using an ultraviolet hyperspectral sensor to measure the concentration of nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Two types of spectra were used: simulated spectra for gases with various concentrations using a radiative transfer model and observed spectra for each gas for a concentration. To understand the possibility of using a hyperspectral sensor, the differences between the simulated spectra and the observed spectra were analyzed, and the variation of simulated spectra were then analyzed according to the concentration. The results showed good agreement between observed spectra and simulated spectra. In addition, the absorption depth at specific wavelengths in the simulated spectra had a very strong correlation with the gas concentration. The gas concentration could be estimated using the hyperspectral sensor. In the future, validation would be needed to estimate the gas concentration through observations of various concentrations of gases using a hyperspectral sensor.