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2025.01.07

[Intelligence] 아리랑위성 3A호 영상으로 고정밀 모자이크 생성하기

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이번 연구는 아리랑위성 3A호 영상을 사용하여 고정밀 모자이크를 만드는 방법에 대해 알아보려고 합니다.

연구  지역으로는 아름다운 캐나다의 오타와를 선택하였고, PCI Geomatics의 필립 청 박사가 PCI OrthoEngine 소프트웨어를 사용하여 연구했고, 그 결과를 제공해 주었어요.

이 연구는 SIIS가 제공한 2017년 4월부터 6월 사이에 촬영된 9장의 아리랑위성 3A호 L1O 영상을 기반으로 진행되었습니다. 

L1O 영상의 데이터는 RPC(Rational Polynomial Coefficients / 유리 다항식 계수) 데이터가 함께 제공되기 때문에, RPC 기하학적 모델링 방법을 사용할 수 있죠.

이 데이터는 서로 겹치는 부분이 있어, 모자이크를 만들기에 적합하답니다.


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그림1. 수정 전 아리랑위성 3A호 영상 9장



❓모자이크란?


모자이크는 여러 장의 영상을 하나의 연속된 영상으로 결합하여 넓은 지역을 포괄적으로 보여주는 기술입니다.

이 과정에서는 각 이미지의 겹치는 부분을 정밀하게 정렬하고 색상 조정을 통해 자연스럽고 일관된 결과물을 만들어냅니다. 

모자이크는 위성영상, 항공영상 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 GIS(지리 정보 시스템)에서 중요한 역할을 합니다. 


이런 기술을 활용하여 지도를 제작하거나 도시 개발과 관리, 작물 모니터링을 할 수 있으며 특히 홍수, 산불, 지진 등 자연재해 발생 시 피해 상황을 신속하게 파악하는 데 사용할 수 있기 때문에 자연재해 대응으로 활발히 사용됩니다.

재해 발생 후, 모자이크를 활용하여 피해 범위를 분석하고, 복구 작업의 우선순위를 정하는 데 도움을 주고 이를  통해 정부 및 관련 기관이 효과적으로 대응할 수 있죠.



🪧 모자이크 생성 단계


1. 팬샤프닝(Pan-Sharpening): 첫 번째 단계는 팬샤프닝입니다. 이 과정에서는 원래의 팬크로매틱(Panchromatic) 영상과 다중 스펙트럼(Multispectral) 영상을 결합하여 고해상도 다중 스펙트럼 영상을 생성합니다. 아리랑위성 3A호의 L1O 영상은 이미 정렬되어 있기 때문에, 원시 데이터를 직접 사용하여 팬샤프닝을 수행할 수 있습니다. 이래 그림에서는 원래의 팬크로매틱 영상과 다중 스펙트럼 영상, 그리고 팬샤프닝 결과를 확인할 수 있습니다.


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그림2. 왼쪽부터 팬크로매틱, 다중 스펙트럼, 팬샤프닝 영상



2. GCP/TP 수집: 두 번째 단계는  GCP(Ground Control Point / 지상기준점)와 TP(Tie Point) 수집입니다. 20cm 항공영상을 활용하여 20개의 GCP를 수집했고, 129개의 TP는 자동으로 수집했습니다. 아래 표는 GCP의 잔차와 오차를 보여줍니다. GCP를 수집한 결과, 체크 포인트의 RMS(Root Mean Square / 실효값) 오차가 약 1픽셀에 가까워졌다는 것을 확인할 수 있습니다.


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 표1. GCP 잔차/오류



3. 정사 모자이크 생성: 마지막 단계는 정사 모자이크 생성입니다. PCI 모자이킹 소프트웨어를 사용하여 자동 컷라인 생성과 색상 균형 조정을 통해 모자이크를 만들었습니다. 아래 그림은 최종 모자이크 결과를 보여줍니다.


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그림3. 정사 모자이크 영상
 


이번 연구를 통해 아리랑위성 3A호 영상을 활용한 고정밀 모자이크 생성 방법을 살펴보았는데요. GCP를 사용하면 기하학적 모델의 RMS 오차가 약 1픽셀 이내로 유지된다는 점이 인상적입니다.


이 연구는 위성 데이터를 활용한 정밀 지리 정보 생성의 중요성을 강조하며, 앞으로 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성을 보여줍니다.

여러분도 위성 데이터에 대한 관심이 생기셨다면, 앞으로의 연구와 응용에 주목해 보세요!




 

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출처: ©PCI Geomatics / ©KARI / ©SIIS