지구와시즈

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.

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.

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.

 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.

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