Haze-Guided Weight Map 기반 다중해상도 변환 기법을 활용한 가시광 및 SWIR 위성영상 융합

곽태홍; 김용일

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자료유형: 학술저널

저자정보: 곽태홍 (서울대학교) 김용일 (서울대학교)

저널정보: 대한원격탐사학회 대한원격탐사학회지 대한원격탐사학회지 제39권 제3호

발행연도: 2023.6

수록면: 283 - 295 (13page)

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센서 및 위성 기술의 발전에 따라 전세계적으로 다양한 고해상도 다중대역 위성영상이 활용 가능해지고있다. 다중대역 센서가 가지는 파장에 기인한 고유한 반사, 투과, 산란 특성에 따라 다중대역 위성영상은 지구 관측에 대한 다양한 상호보완적 지표정보를 제공한다. 특히, short-wave infrared (SWIR) 대역은 긴 파장으로 인해가시광 대역에 비해 Rayleigh 산란에 적게 영향을 받으며, 이로 인해 특정 대기입자를 투과할 수 있다는 특징을지닌다. 산불, 폭발 등에 의해 발생된 짙은 연기는 가시광 대역의 영상의 가시성을 저하시키고 일부 지역에 대한 지표를 차폐시키는데, SWIR 대역은 이러한 연기에 의해 가려진 지역에 대한 지표정보를 추가로 제공해주기도 한다. 본 연구에서는 이러한 SWIR 대역과 가시광 대역의 영상 정보를 융합하는 다중해상도 변환 기반의 영상융합 기법을 제안하였다. 제안된 융합 기법의 목적은 상호보완적 관계에 있는 가시광 대역에서의 고해상도 세부적 배경정보와 SWIR 대역에서의 연기 지역에 대한 지표정보를 모두 내포하고 있는 단일 영상을 생성하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 라플라시안(Laplacian) 피라미드 기반의 다중해상도 변환 기법을 가시광-SWIR 영상 융합에 적용하였다. 다중해상도 변환 기법은 영상 융합에 널리 활용되는 대표적인 영상분해 기반의 방법론으로, 각각의 원 영상을 다양한 스케일로 분해하여 융합하는 기법이다. 또한, 본 연구는 다중해상도 변환 기법에haze-guided weight map을 융합한 방법론을 제안하였다. Haze-guided weight map은 SWIR 대역이 연기와 같은 특정 대기입자를 투과하여 지표에 대한 정보를 제공해줄 수 있다는 사전지식에 기반하여 제안된 알고리즘으로 다중해상도로 분해된 두 영상을 융합하는 기준이 되는 가중치 지도로써 활용되었다. 제안된 방법론은 가시광 및SWIR 대역을 포함하고 있는 고해상도 다중대역 위성영상인 Worldview-3 위성영상을 활용하여 검증되었다. 실험 데이터는 주변 산불로 인해 연기가 발생하여 제한된 가시성을 지닌 연기 지역을 포함하고 있으며, 제안된 방법론의 투과 특성을 검증하기 위해 선정되었다. 제안된 기법에 대한 실험결과는 영상 품질 평가 지표를 활용한정량평가 및 시각평가를 통해 분석되었으며, 결과분석을 통해 연기 지역에 대한 지표정보를 내포하는 SWIR 대역의 밝은 특징값과 가시광 대역 내의 고해상도 정보가 손실없이 최종 융합 영상에 내포됨을 확인할 수 있었다.

With the development of sensor and satellite technology, numerous high-resolution andmulti-spectral satellite images have been available. Due to their wavelength-dependent reflection,transmission, and scattering characteristics, multi-spectral satellite images can provide complementaryinformation for earth observation. In particular, the short-wave infrared (SWIR) band can penetratecertain types of atmospheric aerosols from the benefit of the reduced Rayleigh scattering effect, whichallows for a clearer view and more detailed information to be captured from hazed surfaces comparedto the visible band. In thisstudy, we proposed a multi-resolution transform-based image fusion methodto combine visible and SWIR satellite images. The purpose of the fusion method is to generate a singleintegrated image that incorporates complementary information such as detailed background informationfrom the visible band and land cover information in the haze region from the SWIR band. For thispurpose, this study applied the Laplacian pyramid-based multi-resolution transform method, which isa representative image decomposition approach for image fusion. Additionally, we modified the multi resolution fusion method by combining a haze-guided weight map based on the prior knowledge thatSWIR bands contain more information in pixels from the haze region. The proposed method wasvalidated using very high-resolution satellite images from Worldview-3, containing multi-spectralvisible and SWIR bands. The experimental data including hazed areas with limited visibility causedby smoke from wildfires was utilized to validate the penetration properties of the proposed fusionmethod. Both quantitative and visual evaluations were conducted using image quality assessmentindices. The results showed that the bright features from the SWIR bands in the hazed areas were successfully fused into the integrated feature maps without any loss of detailed information from thevisible bands.

#SWIR 영상 융합 #다중해상도 변환 #연기 투과 #고해상도 위성영상 #SWIR image fusion #Multi-resolution transform #Haze penetration #Very high-resolution satellite image

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