디 지털 영상처리를 수행하기 위해서는 원격탐사 자료가 디 지털 형식이어야 한다. 디지털 영상을 수집하는 방법에 는 기본적으로 두 가지가 있다. 1 . 아날로그 형식( 하드카피) 으로 된 원격탐사 영상을 스캔하 여 디지털 형식으로 변환한다. 2 . Landsat 7 ETM + , Landsat 8 , Pleiades , WorldView-3와 같은 디지털 형식의 원격탐사 영상을 수집한다. 개관 이 장은 우선 디지털 영상 용어와 더불어 아날로그 영상이 디 지털화를 통하여 어떻게 디지털 영상으로 변환되는지 소개한 다. 이후 다양한 민관 원격탐사 위성시스템들(예:Landsat 7, Landsat 8, SPOT 5~7, NPOESS Preparatory Project , Pleiades, GeoEye-1 , WorldView-2 , WorldView-3 , RADARSAT-1) 과 항공 시스템들( 예:Pictometry, AVIRIS, CASI 1500) 에 대한 자세한 정보를 제공한다. 이 장에서는 스캐닝 시스템, 선형배열, 면형 배열, 디지털 프레임 카메라와 같은 센서 시스템 하드웨어에 대 하여 상세히 설명한다. 디지털 원격탐사 자료를 저장하기 위한 BSQ(Band Sequential) , BIL(Band Interleaved by Line) , BIP(Band Interleaved by Pixel) 와 같은 포맷에 대하여 설명한다. 아날로그(하드카피) 영상의 디지털 변환 과학자 또는 일반인들은 종종 아날로그 방식( 하드카피) 의 원격 탐사 영상을 수집한 뒤 디지털 영상처리 기법을 이용하여 분석 하고자 한다. 물론 지구 상의 거의 모든 지역은 수차례에 걸쳐 이미 촬영되었기 때문에 아날로그 방식의 항공사진들은 어디에 서나 구할 수 있다. 때때로 과학자들은 아날로그 방식의 열적 외선 영상이나 능동형 마이크로파(RADAR) 영상을 다뤄야 할 때가 있다. 디지털 영상처리를 수행하는 사람은 이러한 아날로 그 방식의 영상을 디지털 영상으로 변환하기 위해서 우선 디지 털 영상에 관련된 용어들을 이해해야만 한다. 디지털 영상 용어 디지털 원격탐사 자료는 일반적으로 숫자의 행렬(배열)로 저 장된다. 각각의 디지털값들은 이 배열의 특정한 열(i )과 행(j ) 에 위치하게 된다( 그림 2-1) . 화소(pixel) 는 ‘디지털 영상에서 더 이상 분해할 수 없는 2차원적인 최소 단위’로 정의된다. 영상 의 특정 열( i ) 과 행(j ) 에 있는 각각의 화소는 그와 연관된 고유 의 밝기값(brightness value , BV) [일부 과학자들은 이 용어 대신 2 원격탐사 자료수집 NASA
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원격탐사 자료수집sigmapress.co.kr/shop/shop_image/g39560_1474270968.pdf · 2016-09-19 · 제2장 원격탐사 자료수집 41 비디오를 이용한 디지털 변환 하드카피
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디지털 영상처리를 수행하기 위해서는 원격탐사 자료가 디
지털 형식이어야 한다. 디지털 영상을 수집하는 방법에
는 기본적으로 두 가지가 있다.
1. 아날로그 형식(하드카피)으로 된 원격탐사 영상을 스캔하
여 디지털 형식으로 변환한다.
2. Landsat 7 ETM+, Landsat 8, Pleiades, WorldView-3와 같은
DPI〓dots per inch, mm〓마이크로미터, I〓인치, M〓미터DPI에서 마이크로미터로:mm〓(2.54/DPI)10,000마이크로미터에서 DPI로:DPI〓(2.54/mm)10,000인치에서 미터로:M〓I×0.0254미터에서 인치로:I〓M×39.37
화소 지상 해상도 계산
PM〓화소 크기(m), PF〓화소 크기(ft.), S〓사진 또는 지도 축척DPI 사용:PM〓(S/DPI)/39.37 PF〓(S/DPI)/12마이크로미터 사용:PM〓(S×mm) 0.000001PF〓(S×mm) 0.00000328예를 들어, 만약 1:6,000 축척의 항공사진을 500DPI로 스캔한다면 화소 크기는 화소당 (6,000/500)/39.37〓0.3048미터(m), 혹은 (6,000/500)/12〓1.0피트(ft.)가 될 것이다. 만약 1:9,600 축척의 항공사진을 50.8mm에서 스캔한다면 화소 크기는 (9,600×50.8)×(0.000001)〓0.49미터(m), 혹은 (9,600×50.8)×(0.00000328)〓1.6피트(ft.)가 된다.
제2장 원격탐사 자료수집 41
비디오를 이용한 디지털 변환
하드카피 영상을 비디오카메라로 찍은 후, 국가텔레비전시스
템위원회(National Television System Committee, NTSC)에 의해
확립된 표준시야각 내에 있는 525행×512열 자료에 대한 아날
로그-디지털 변환을 수행할 수 있다. 비디오를 이용한 디지털
변환은 아날로그 비디오카메라의 한 프레임을 동결하여 스캔
하는 것을 의미한다. 하나의 비디오 입력 프레임은 대략 1/60초
만에 읽힐 수 있다. 프레임 입수기(frame grabber)로 알려진 고속
의 아날로그-디지털 변환기는 자료를 스캔하면서 그것을 프레
임 버퍼 기억장치에 저장한다. 그런 다음 기억장치는 주 컴퓨터
에 의해 읽히고 디지털 정보는 디스크나 테이프에 저장된다.
비디오를 이용해 하드카피 영상을 디지털 변환하는 것은 매
우 고속으로 처리된다. 하지만 그 결과물이 디지털 영상처리에
항상 도움이 되는 것은 아닌데, 그 이유는 다음과 같다.
다양한 비디오카메라 사이의 방사민감도 차이
스캔되는 영상의 중심으로부터 멀어질수록 윤곽이 흐려지는
(즉 빛이 감소하는) 현상
이러한 특징들은 영상으로부터 추출되는 스펙트럼의 특성에
영향을 줄 수 있다. 또한 비디콘 광학시스템에서 발생하는 기
하학적인 왜곡현상이 디지털 원격탐사 자료로 전달되게 되는
데, 이 때문에 이러한 식으로 스캔된 인접 영상들의 경계를 맞
추는 것이 어렵다.
선형 및 면형배열 CCD를 이용한 디지털 변환
개인 컴퓨터 산업의 발달은 하드카피 음화나 인쇄물 또는 투명
필름을 인치당 50~6,000화소로 스캔하는 데 이용할 수 있는 선
형배열 CCD를 기반으로 한 평상형 및 데스크탑형 선형배열 스
캐너의 발달을 촉진했다(그림 2-4a~c). 하드카피 사진은 유리
위에 놓이며, 스캐너의 광학시스템은 일정량의 빛으로 한 번에
하드카피 사진의 전체 라인을 조명한다. 선형으로 배열된 탐지
기들은 배열을 따라 위치한 사진에 의해 반사 또는 투과된 빛
의 총량을 기록하고 아날로그-디지털 변환을 수행한다. 선형배
열은 y축 방향으로 옮겨지고, 또 다른 라인의 자료가 스캔된다.
현재 데스크탑형의 컬러 스캐너를 200달러 이하의 가격으로
구매할 수 있다. 다수의 디지털 영상처리 연구소가 하드카피
원격탐사 자료를 디지털 포맷으로 변환하기 위해 이러한 저가
형 데스크탑 스캐너를 사용한다. 데스크탑형 스캐너들은 흑백
영상을 스캔할 때 놀라울 정도의 공간 정확도를 제공한다. 스
캔하고자 하는 양화지에 역광조명을 부여하기 위하여 추가적
으로 ‘transilluminator’를 구매할 수도 있다. 유감스럽게도 대부
분의 데스크탑형 스캐너는 8.5×14in.에 맞추어 설계되었는데
대부분의 항공사진은 9×9in.다. 유사하게 대부분의 하드카피
지도는 8.5×14in.보다 크다. 이런 상황에서 분석가는 9×9in.
영상을 두 부분으로 나눠서(예:8.5×9in.와 0.5×9in.) 스캔한
다음에 두 조각을 디지털 방식으로 합쳐야 한다. 이와 같이 합
치는 과정에서 방사 및 기하학적 오차가 발생할 수 있다. 따라
서 이러한 모자이킹 과정을 최소화하기 위하여 품질 좋고 큰 사
이즈의 스캐너를 사용하는 것이 선호된다. 좋은 품질의 12×
16in.의 스캐너는 그림 2-4b에 보이고 있다.
어떤 디지타이징 시스템은 면형 CCD 기술을 사용한다(그림
2-4c). 이러한 시스템은 원본 양화와 음화 필름을 사각형의 연
속적인 부분이나 타일과 같은 형태로 스캔한다. 이때 각 타일
지역에 존재하는 불규칙적인 조명 상태를 조율하기 위하여 방
수신기
x축 (j행)
y축 (i열
)드럼 내부의 광원
드럼회전형 광학 극소농도계의 특성
R
G B
필터 휠(컬러 지도나 사진을스캔할 때 사용하는적색, 녹색, 청색)
드럼 둘레에 놓인 투명양화 영상
그림 2-3 드럼회전형 광학 스캐너는 원격탐사 자료가 회전하는 드럼 위에
놓여 드럼의 둘레의 한 부분을 형성하도록 하는 것을 제외하고는 평상형 극
소농도계와 동일한 원리로 작동한다. 광원은 드럼 내부에 위치하며, 드럼은
y방향으로 연속적으로 회전한다. 일부 극소농도계는 필름을 스캔할 뿐 아니
라 필름에 쓸 수도 있다. 그러한 경우, 광원(일반적으로 광다이오드 혹은 레
이저)은 밝기값에 따라 각 화소를 노출하도록 조절된다. 이러한 것을 필름
편집기(라이터)라 부르며 상당히 괜찮은 하드카피 형태의 원격탐사 자료를
제공한다(Jensen and Jensen, 2013).
42 원격탐사와 디지털 영상처리
사 보정 알고리듬이 사용된다. 컬러 영상을 스캔하는 경우에
있어서는 사각 영상 구획에 스캐너가 멈춰 서서는 각 컬러 필터
(청색, 녹색, 적색)를 사용하여 연속적으로 정보를 획득하고 다
른 구획으로 이동한다.
흑백 또는 컬러 영상을 스캔할 경우에 그림 2-5a, b에 보
인 바와 같은 특정한 그레이 스케일(Gray Scale)과 컬러 컨트
롤 패치(Color Control Patch) 카드를 사용하는 것이 현실적으
로 유용하다. US NARA(U. S. National Archives and Records