반사분광학을 이용한 야외 지표 지질분류

현창욱,이예지,엄상우,이동주,이준혁,조명아,박형동 대한지질학회 2009 대한지질학회 학술대회 Vol.2009 No.

고해상도 시계열 광학 위성 영상과 특징점 추적 기법을 이용한 북극해 해빙 이동 탐지

현창욱,김현철 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.6

Sea ice motion is an important factor for assessing change of sea ice because the motion affects to not only regional distribution of sea ice but also new ice growth and thickness of ice. This study presents an application of multi-temporal high-resolution optical satellites images obtained from Korea Multi-Purpose Satellite-2 (KOMPSAT-2) and Korea Multi-Purpose Satellite-3 (KOMPSAT-3) to measure sea ice motion using SIFT (Scale-Invariant Feature Transform), SURF (Speeded Up Robust Features) and ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF) feature tracking techniques. In order to use satellite images from two different sensors, spatial and radiometric resolution were adjusted during preprocessing steps, and then the feature tracking techniques were applied to the pre-processed images. The matched features extracted from the SIFT showed even distribution across whole image, however the matched features extracted from the SURF showed condensed distribution of features around boundary between ice and ocean, and this regionally biased distribution became more prominent in the matched features extracted from the ORB. The processing time of the feature tracking was decreased in order of SIFT, SURF and ORB techniques. Although number of the matched features from the ORB was decreased as 59.8% compared with the result from the SIFT, the processing time was decreased as 8.7% compared with the result from the SIFT, therefore the ORB technique is more suitable for fast measurement of sea ice motion. 해빙의 이동은 지역적 분포뿐만 아니라 해빙의 생성 및 두께에도 영향을 미치기 때문에 해빙의 변화를 평가하는 데에 중요한 정보가 된다. 이 연구에서는 북극해 해빙의 이동 특성 탐지를 위해 Korea Multi-Purpose Satellite-2(KOMPSAT-2)와 Korea Multi-Purpose Satellite-3(KOMPSAT-3)의 두 위성 센서로부터 다중 시기 고해상도 광학 위성 영상을 획득하고, SIFT(Scale-Invariant Feature Transform), SURF(Speeded Up Robust Features) 및 ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)의 특징점 추적 기법을 적용하였다. 두 위성 센서에서 획득된 영상의 활용을 위해 전처리 단계에서 공간해상도와 방사해상도를 일치시킨 후 특징점 추적 기법을 적용한 결과 SIFT 의 경우 영상 전반에 걸쳐 특징점의 고른 공간 분포가 나타났고, SURF의 경우 해빙과 해양의 경계 부분에 특징점이 주요하게 분포하는 경향이 관찰되었으며 이러한 경향은 ORB에서 가장 현저하게 나타났다. 특징점 추적 기법별 연산 시간 측정 결과 SIFT, SURF 및 ORB의 순서로 연산 시간이 감소하였다. ORB의 경우 SIFT 기법 대비 추적된 특징점 수가 평균 59.8%로 줄어들었지만 연산 시간은 평균 8.7%에 해당하는 시간이 소요되어 해빙 이동 특성의 고속 탐지에 적합한 기법으로 판단된다.

반사분광학을 이용한 응회암 석조문화재의 풍화도 평가

현창욱,박형동 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.4

Weathering degree assessment of rocks has been conducted with naked-eyes of geologists, microscopic analysis and X-ray analysis methods. Those conventional methods have limitations to produce subjective and biased judgment, destroy of objects and time-consuming procedures, and cannot conduct quantitative, non-destructive and in-situ experiments. To overcome the above mentioned limitations, new non-destructive weathering degree assessment method was developed from the spectral reflectances including the intrinsic and diagnostic absorption features of minerals with the wavelength ranges from visible to near infrared. The non-destructive assessment method was applied to the tuff sculpture and pagoda in Unjusa temple, Hwasun County, Jeollanam-do, Korea, and the weathering degrees were measured on the surface of the monuments. The map of weathering degree corresponded with the trends of the wind directions and rain. The weathering degree assessment method can be applied to the stone monuments composed of various rock types with the advantages of non-destructive and areal measurement. 암석의 풍화도는 지질 전문가에 의한 육안분석, 현미경 관찰, X-선 응용 기법을 통해 평가가 이루어졌으나 이러한 방법은 주관적 해석에 의한 오차 발생, 시료가공으로 인한 대상 손상, 실험실 실험을 위한 시간 소모 등 정량 분석, 비파괴 분석, 현장 적용성의 측면에서 제한이 있다. 본 연구에서는 가시광과 근적외선 파장영역에서 구성 광물의 고유한 에너지 흡수특성을 나타내는 분광반사특성을 기반으로 암석의 상대적 풍화도를 산정할 수 있는 비파괴 평가기법을 개발하여 기존 기법들의 제한 요소들을 극복하고자 하였다. 본 기법을 전라남도 화순군 운주사에 있는 응회암 기반의 마애불과 석탑을 대상으로 적용하여 측정 지점별 풍화 정도를 산정하고 풍화 지도를 작성한 결과, 강우 및 풍향에 따른 풍화특성과 일치함을 확인할 수 있었다. 본 기법의 비파괴적 특징 및 대상 영역 전체에 대한 풍화 정도 파악이 가능하다는 장점은 향후 다양한 암종의 석조문화재에 대한 풍화도 평가기법으로 적용이 가능할 것으로 기대된다.

MODIS 자료를 이용한 남한의 지표온도 분포 분석

현창욱,서장원,박형동 대한지질학회 2009 대한지질학회 학술대회 Vol.2009 No.

열적외선 영상을 이용한 암석의 일축압축파괴 특성 연구

현창욱,박지환,박형동 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.4

Strain energy accumulated in the rock specimen during uniaxial compressive test is emitted as various forms such as light, sound and heat. Thermal infrared camera was applied to detect the increase of temperature and the distribution of thermal abnormalities at the three phases of rock failure, before, at the moment, and after failure, for the granite, diorite, basalt and tuff specimens obtained in Korea. Precursor of the fracture before the failure was detected with increase of temperature on the surface of specimen, and from this, occurrence of the fracturing is predictable. At the moment of the failure, temperature of fracturing surface increased because of energy concentration and fraction during breakaway of the inclined fracturing surfaces. After the failure, lower temperature of the specimen compared with initial stage of the test was investigated. 일축압축시험에서 암석에 축적된 역학적 에너지는 파괴시험 중 빛이나 소리, 열 등 다양한 형태의 에너지로서 발산이 된다. 암석의 파괴에서 발생하는 열분포특성의 변화를 연구하기 위하여 국내에서 화강암 및 섬록암, 현무암, 응회암의 시료를 채취하였으며, 일축압축시험을 수행하여 파괴직전 및 파괴순간, 파괴직후의 온도분포를 측정하였다. 시험 결과로부터 파괴 전 온도상승 지점으로부터 균열발생지점의 예측이 가능하고, 파괴순간에는 대각선방향으로 발생하는 균열에서 응력집중과 입자 및 파괴면 사이의 마찰로 인한 온도상승이 관찰되었다. 파괴직후에는 에너지 방출로 인해 시편표면에서 초기온도보다 더 낮은 온도분포가 나타난다.

화강암 풍화도의 반사 분광학적 진단 기법 연구

현창욱,박형동 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.6

The surface deterioration of stone monuments or rocks for construction has been assessed by visual interpretation or chemical analysis as an indirect method for the specimen of similar rocks as those of stone monuments because sampling on the stone monument is not possible due to damages during sampling processes. Quantitative deterioration assessments using reflectance spectroscopy was performed as a possible improvement of conventional qualitative deterioration assessment. Clay minerals and iron oxides, products of deterioration and standard materials for deterioration assessment, are detected on Mt. Gwanak granite, Hongje-dong granite and granite block used in Hwaseong fortress. Continua are removed from reflectance curves to compare deterioration rate quantitatively and relative degradation degree maps of weathering products are produced. Finally, workflow process based on the existing procedure for measuring spectral reflectances of minerals in laboratory and anomaly detecting technique of remote sensing field is proposed for the deterioration assessment using reflectance spectroscopy. 직접적인 시료 채취가 불가능한 석조문화재나 보존의 필요성이 있는 암석 표면에서의 풍화도 평가는 육안에 의한 관찰이나 동일 암종의 화학적 분석을 통한 간접적인 방법으로 수행되어 왔다. 기존의 정성적인 풍화도 진단 평가 방법의 한계를 극복하기 위해 반사 분광학적 분광특성 측정 기법을 적용하여 국내 석조문화재의 구성 부재 및 건설 재료로서 대중적으로 사용되는 화강암 표면에서 풍화 검출과 풍화도의 정량적 비교를 수행하였다. 화강암 구성 광물 및 풍화 산물들에 대한 개별적인 분광반사특성을 기준으로 관악산, 홍제동 화강암과 수원 화성 구성 화강암의 분광반사특성을 측정하였다. 측정된 분광 반사 곡선상에서 화강암의 풍화 산물이며 풍화도 산정 지표로 사용될 수 있는 점토 광물과 철산화물 고유의 흡광 특성을 이용하여 풍화를 검출하였고, 분광반사곡선에서 배경 분광 특성 제거를 통해 풍화도의 정량적 비교를 수행하였고 풍화 산물들의 상대적 분포 정도 지도를 작성하였다. 마지막으로 일련의 실험 과정과 실험 결과를 바탕으로 기존의 광물 분광반사특성 분석 실험과정과 원격탐사 기법을 결합한 풍화훼손도 진단 평가 기법의 작업 흐름도를 제안하였다.

X-ray CT를 이용한 암석 내부 특성 연구

현창욱,박형동 대한지질공학회 2005 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2005 No.-

EO-1 Hyperion 초다분광 위성영상을 이용한 강원도 지역 석회암 탐지

현창욱,박형동 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.1

This study presents approaches for limestone mapping in Gangwon area using EO-1 Hyperion hyperspectral satellite imagery. Limestone potential index formula was developed for fast and effective limestone detection, with utilization of intrinsic spectral absorption features within short-wave infrared wavelength region selected in reflectance spectra of carbonate minerals and spectra measured on samples collected in field. The limestone potential index was mapped on water, vegetation and snow land-covers removed area, and limestone open-pit mining sites, exposed slopes around road, vegetation removed construction sites, and few bare ground areas showed high index values. To apply partial unmixing matched filtering method for sub-pixel abundance mapping, spectrally pure end-member was extracted from the imagery. The partial unmixing result showed similar limestone distribution to the limestone potential index mapping result but slightly improved, with verification using high-spatial-resolution aerial photographs. 본 연구에서는 EO-1 Hyperion 초다분광 위성영상을 사용하여 강원도 지역을 대상으로 석회암 탐지를 수행하였다. 지표 석회암 탐지를 위하여 탄산염 광물 분광반사도의 단파장적외선 영역에서 나타나는 고유한 흡광특성을 이용하여 신속하고 효과적으로 석회암 분포를 강조할 수 있는 석회암 잠재지수를 개발하였다. 영상의 전처리 단계에서 수계, 식생 및 눈 피복이 제거된 영역에 한정하여 석회암 잠재지수 지도를 작성한 결과 석회암 노천채광 현장, 도로변 암반노출 사면, 식생이 제거된 건설현장 및 일부 나대지에서 높은 잠재지수가 나타났다. 분광학적으로 순수한 석회암 반사도를 영상에서 추출하고 탐지 대상의 화소 내 분포비율을 산정할 수 있는 부분 분광혼합 분석기법인 정합 필터링의 기준자료로 사용하였다. 부분 분광혼합 분석결과에서 석회암 잠재지수 분석결과와 유사한 지점에서 석회암의 분포가 강조되었지만 고해상도 항공사진과의 비교분석을 통하여 석회암 잠재지수보다 정밀한 탐지가 수행되었음을 확인하였다.

Landsat 7 ETM+ 영상과 ASTER GDEM 자료를 이용한 제주도 지역의 지형보정 효과 분석

현창욱 ( Chang Uk Hyun ),박형동 ( Hyeong Dong Park ) 대한원격탐사학회 2012 大韓遠隔探査學會誌 Vol.28 No.4

본 연구에서는 광학 원격탐사 영상의 획득 시 태양의 고도 및 방위가 대상 지역의 지형기복과 결합하여 나타나는 영향 및 다수의 시기에 걸쳐 획득한 영상을 비교분석하는 경우 영상 촬영시기의 차이로 인한 태양의 위치변화와 지형기복이 결합하여 나타나는 영향에 대한 보정을 시도하였다. 한라산과 다수의 분석구가 분포하는 제주도를 대상으로 Landsat 7 ETM+ 영상과 ASTER GDEM 지형자료를 사용하여 국지적조도의 모델링 시 커널의 크기를 3×3, 5×5, 7×7, 9×9 화소로 변화시키며 Lambertian 보정기법인cosine 보정법과 비 Lambertian 보정기법인 c-보정법을 적용하고 보정기법 및 커널 크기에 대한 지형보정효과를 분석하였다. 개별 영상의 육상지역에 대하여 보정을 수행한 결과 커널의 크기 7×7을 적용한 c-보정법을 사용하였을 때에 보정효과가 가장 우수한 것으로 평가되었고, 대상지역을 ISODATA 무감독분류법을 이용하여 선택된 산림지역에 한정하여 지형보정을 수행한 경우에는 커널의 크기 9×9를 적용한 c-보정법을 사용하였을 때에 가장 우수한 결과가 도출되었으며 다양한 지표피복이 혼합된 대상지역 대한 보정보다 효과가 큰 것으로 평가되었다. 다시기 영상의 경우 세 시기에 획득된 영상에 대하여 각각 지형보정을 수행한 후상대적 방사도 보정을 적용하였을 때 지형보정을 수행하지 않은 경우와 비교하여 적외선 파장영역에서는 보다 균질한 반사도로 방사보정이 이루어졌으며 가시광 파장영역에서는 원영상의 반사도 패턴이 잘 보존된 결과가 도출되었다. 이상의 결과로부터 주변 지형으로부터 반사되는 에너지와 불완전한 대기보정으로 인한 잔류 대기영향을 고려하는 c-보정법을 적용하는 경우 cosine 보정법보다 우수한 지형보정 효과가 나타나며 수치표고모델에 내재된 수평과 수직방향 오차 및 위성영상과의 정합오차의 영향을 감소시기키 위하여 국지적 조도의 모델링 시 커널의 크기를 증가시키는 경우 지형보정의 효과가 증대되는 것으로 판단된다. xThis study focuses on the correction of topographic effects caused by a combination of solar elevation and azimuth, and topographic relief in single optical remote sensing imagery, and by a combination of changes in position of the sun and topographic relief in comparative analysis of multitemporal imageries. For the Jeju Island, Republic of Korea, where Mt. Halla and various cinder cones are located, a Landsat 7 ETM+ imagery and ASTER GDEM data were used to normalize the topographic effects on the imagery, using two topographic normalization methods: cosine correction assuming a Lambertian condition and assuming a non-Lambertian c-correction, with kernel sizes of 3×3, 5×5, 7×7, and 9×9 pixels. The effects of each correction method and kernel size were then evaluated. The c-correction with a kernel size of 7×7 produced the best result in the case of a land area with various land-cover types. For a land-cover type of forest extracted from an unsupervised classification result using the ISODATA method, the c-correction with a kernel size of 9×9 produced the best result, and this topographic normalization for a single land cover type yielded better compensation for topographic effects than in the case of an area with various land-cover types. In applying the relative radiometric normalization to topographically normalized three multi-temporal imageries, more invariant spectral reflectance was obtained for infrared bands and the spectral reflectance patterns were preserved in visible bands, compared with un-normalized imageries. The results show that c-correction considering the remaining reflectance energy from adjacent topography or imperfect atmospheric correction yielded superior normalization results than cosine correction. The normalization results were also improved by increasing the kernel size to compensate for vertical and horizontal errors, and for displacement between satellite imagery and ASTER GDEM.

위성데이터로부터 획득된 지형 특성을 고려한 한반도 풍력지도작성 연구

현창욱(Hyun, Chang-Uk),조종희(Cho, Chong-Hee),박형동(Park, Hyeong-Dong) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.11