SAR 영상에서 해양 파랑 스펙트럼 추출을 위한 기법연구

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1 SAR 영상에서 해양 파랑 스펙트럼 추출을 위한 기법연구
RS / GIS LAB. SAR 영상에서 해양 파랑 스펙트럼 추출을 위한 기법연구 박 용 욱 지도교수 이 훈 열 강원대학교 지구물리학과

2 RS / GIS LAB. 발표 순서 서론 연구지역 기초이론 자료처리 결과 및 해석 결론 향후 연구 방향

3 1. 서론 SAR-마이크로파 원격탐사(microwave remote sensing) → 능동형 방식의 이미지 획득
RS / GIS LAB. 1. 서론 SAR-마이크로파 원격탐사(microwave remote sensing) → 능동형 방식의 이미지 획득 → 날씨 및 밤낮 제한 없음 물에 대한 뛰어난 후방산란 → 해양(파랑)에서의 적용 SAR(Synthetic Aperture Radar)센서를 탑재한 Radarsat-1위성 영상 분석 파랑(풍파)의 선형적 혹은 비선형적 모습을 FFT 기법(fast Fourier transform method)을 적용 → 파랑의 방향성추출(실측기상자료와 비교) → 해양 파랑의 파장을 추출(파수벡터 추출)

4 2. 연구지역 제주 연안해역 Study area (Region A) Landsat-7 image (제주지역포함)
RS / GIS LAB. 2. 연구지역 제주 연안해역 Landsat-7 image (제주지역포함) acquired on 11 March 2002 displayed bands 3, 2, 1 in RGB. 연평균 3~7 m/s 의 꾸준한 바람 파랑발전에 기여 Study area (Region A)

5 3. 기초이론 3-1. 해파의 특성 파랑은 바람의 작용에 의해 발생 → 바람으로부터 에너지를 흡수 파랑은 표면장력파로부터 시작
RS / GIS LAB. 3. 기초이론 3-1. 해파의 특성 파랑은 바람의 작용에 의해 발생 → 바람으로부터 에너지를 흡수 파랑은 표면장력파로부터 시작 표면장력파에서 파장이 1.73cm보다 커지면 파랑으로 전환

6 3-1. 해파의 특성 # 적어도 3일간의 꾸준한 풍속과 풍향 → 파랑발달 현SAR센서의 해상도고려
RS / GIS LAB. 3-1. 해파의 특성 현SAR센서의 해상도고려 → 충분히 발달한 파랑 or 너울 (육안확인 가능) 파랑의 성장에 고려해야 할 사항 ① 풍속(wind strength) ② 지속시간(wind duration) ③ 풍역대(취송거리, fetch) # 적어도 3일간의 꾸준한 풍속과 풍향 → 파랑발달

7 Water surface reflection
RS / GIS LAB. Radatsat-1 SAR Sensor 3-2. SAR 원격탐사 날씨, 밤낮에 무관 SAR imagery Oceanwave extraction Microwave scanning backscattering Water surface reflection (about 99%)

8 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 2D FFT 선형적이며 일정한 파랑의 진행 2D FFT 결과 영상(원점대칭)
RS / GIS LAB. 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 2D FFT 선형적이며 일정한 파랑의 진행 2D FFT 결과 영상(원점대칭) 에서의 분석

9 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 2D FT 파수벡터 와 각주파수 , 진폭 A를 가지는 2D파동
RS / GIS LAB. 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 파수벡터 와 각주파수 , 진폭 A를 가지는 2D파동 위성에서의 순간적 촬영 2D FT → k공간상에서 에 해당하는 곳에서만 값을 가지고 다른 곳에서는 0의 값을 가지는 2차원 delta함수

10 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 FT 실제 SAR 영상에서는 real 값만이 존재
RS / GIS LAB. 3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 실제 SAR 영상에서는 real 값만이 존재 FT 절대값을 취하여 spectrum을 구함 (방향성의 180°모호함 발생)

11 4. 자료처리 영상자료(Radarsat-1) 영상 지역 영상 획득일 제주도(R1) 1999년 11월 15일
RS / GIS LAB. 4. 자료처리 영상자료(Radarsat-1) 영상 지역 영상 획득일 제주도(R1) 1999년 11월 15일 1999년 11월 25일 1999년 12월 19일 검토 영상자료 : 15개 사용 영상자료 : 3개 파랑의 추출 목적과 부합, 영상의 상태, 파랑의 유무, 동일지역의 영상 등을 고려 → 비교적 양호한 영상(파랑의 패턴이 보이는 영상)

12 실측 기상자료 영상 획득 당시의 기상상태 분석을 통한 2D FFT영상에 서의 방향성 판단 실측 기상자료
RS / GIS LAB. 실측 기상자료 영상 획득 당시의 기상상태 분석을 통한 2D FFT영상에 서의 방향성 판단 실측 기상자료 → 기상청 우도 AWS (automatic weather system) <우도 : 영상 상에서 가장 근접한 실측자료 획득 장소> 파랑이 SAR센서에 탐지되기 위해서 충분히 발달하여야 함 → 영상 획득 당시까지의 3일 이상의 기상자료 필요 1분 평균 풍향․풍속 → 10분 → 1시간(AWS자료) → 하루 → 3일(파랑형성에 기여)

13 영상자료처리의 흐름도 (flow chart)
RS / GIS LAB. 영상자료처리의 흐름도 (flow chart) Raw Data SAR Focusing SLC (header-on) Az FFT, Beam Split, Az iFFT, Detect Avg Multi-Look (4 Looks) + SLC (header-off) 2D FFT (Imagelette) SAR Wave Spectrum geocoding Ocean wave extraction

14 SAR Wave Processor (SWP)
RS / GIS LAB. 자료처리(영상) SAR Wave Processor (SWP) Language: ANSI-C, Cygwin 환경 Command-line based 영상은 다른 RS 프로그램으로 확인 Input file: SLC (Single Look Complex, CEOS format) Output file: SLC (Header-off format) ML (Multi-Look, 4-look) SAR wave spectrum Doppler Shift

15 자료처리(영상) 기하보정(geocoding)결과 1999년 11월 15일 1999년 11월 19일 1999년 12월 19일
RS / GIS LAB. 자료처리(영상) 1999년 11월 15일 1999년 11월 19일 1999년 12월 19일 기하보정(geocoding)결과

16 5. 결과 및 해석 영상처리 결과 A ML Zoom to A 128x128 예) 1999년 12월 19일 영상처리결과
RS / GIS LAB. 5. 결과 및 해석 영상처리 결과 A ML Zoom to A 128x128 예) 1999년 12월 19일 영상처리결과 256x256 512x512 1024x1024

17 RS / GIS LAB. 영상처리 결과 해석 예) 2D FFT영상의 해석(256x256, 1999년 12월 19일)

18 영상처리 결과 해석(1999년 11월 15일) 평균풍향 : 약 285° 지속시간 : 약 2일 평균풍속 : 약 9 m/s
RS / GIS LAB. 영상처리 결과 해석(1999년 11월 15일) 평균풍향 : 약 285° 지속시간 : 약 2일 평균풍속 : 약 9 m/s 영상 분석 풍향 : 281°(기상자료와 4°차이) 파랑의 파장 : 94.5 m 파장의 값 오차범위 : ± 14 m

19 영상처리 결과 해석(1999년 11월 25일) 평균풍향 : 약 277° 지속시간 : 1일 이하 평균풍속 : 약 11 m/s
RS / GIS LAB. 영상처리 결과 해석(1999년 11월 25일) 평균풍향 : 약 277° 지속시간 : 1일 이하 평균풍속 : 약 11 m/s 영상 분석 풍향 : 286°± 10°(매우 큰 오차범위) 파랑의 파장 : 99.5 m 파장의 값은 오차범위 : ± 28 m

20 영상처리 결과 해석(1999년 12월 19일) 평균풍향 : 약 280° 지속시간 : 7일 이상 평균풍속 : 약 7 m/s
RS / GIS LAB. 영상처리 결과 해석(1999년 12월 19일) 평균풍향 : 약 280° 지속시간 : 7일 이상 평균풍속 : 약 7 m/s 영상 분석 풍향 : 281°(기상자료와 1°차이) 파랑의 파장 : 156 m 파장의 값 오차범위 : ± 8m

21 6. 결론 Radarsat-1 SAR 파랑(너울)영상에 2D FFT기법을 적용
RS / GIS LAB. 6. 결론 Radarsat-1 SAR 파랑(너울)영상에 2D FFT기법을 적용 2D FFT영상분석을 통하여 파랑의 방향성 및 파장을 추출 (방향성의 모호함 - 실측기상자료 비교분석) → 추출된 파랑의 정보는 실제와 매우 일치 해상에서의 파랑추출을 위한 목적으로써 SAR영상은 매우 좋은 해상도의 영상을 제공

22 7. 향후 연구 방향 CMOD 기법 → 해상풍(wind)의 크기 추출 Inter-Look cross spectra 기법
RS / GIS LAB. 7. 향후 연구 방향 CMOD 기법 → 해상풍(wind)의 크기 추출 Inter-Look cross spectra 기법 → 2D FFT기법으로 한계였던 180°의 모호성(ambiguity)해결 Doppler Shift 기법 → 해류의 이동 속도

23 RS / GIS LAB. 감사합니다