• 우주기술과 응용
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• 제3권2호
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• pp.154-164
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• 2023

우주탐사에서 분광관측은 대상의 구성 성분과 물리적 특성을 이해하는 데 유용한 방법이다. 분광 자료 분석에는 여러 가지 방법이 있으며, 관측 대상과 파장대역에 따라 차이가 있다. 본 논문에서는 달 탐사에서 주로 적용하는 가시광-근적외선(visible & near-infrared, VNIR) 분광 자료 분석 방법에 대해 소개한다. 주요 분석 방법에는 가색상 비율(false color ratio) 영상 처리, 반사도 유형(reflectance pattern) 분석, 통합 대역 깊이(integrated band depth, IBD) 계산이 있으며, 분석 이전의 전처리로는 연속체 제거(continuum removal)가 있다. 이러한 분광 분석 방법들은 가시광-근적외선 영역에서 나타나는 달 표면의 광물 특성을 이해하는데 도움이 되며, 화성과 같은 다른 천체에도 적용할 수 있다.

• 대한지리학회지
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• 제51권4호
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• pp.509-523
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• 2016

토양 예측은 지속가능한 산지관리 측면에서 필요한 토양특성자료를 제공할 수 있다. 이중 가시 근적외선 분광반사 특성을 이용한 토양 예측은 저비용, 빠른 분석과 비파괴 측정, 비교적 높은 정확도로 관심을 받고 있다. 일반적으로 토양 분광반사특성 측정 과정에서 잡음이 나타날 수 있어 전처리 과정이 필요하다. 하지만 이러한 전처리 방법을 비교하고 평가하는 작업이 거의 이루어지지 못 했다. 본 연구에서는 토양 탄소와 질소 예측을 위해 5가지 전처리 방법을 비교하였다. 이는 연속체 제거, Savitzky-Golay 변환, 이산 웨이블렛(wavelet) 변환, 1차와 2차 도함수 변환이다. 토양예측 모델로 부분 최소제곱 회귀모형을 사용하였고, 총 153개 시료 중에서 검증을 위해 122개 훈련자료와 31개의 검증자료로 나누어 평가하였다. 전반적으로 토양시료의 탄소 함량이 높을수록 토양에 대한 입사 에너지의 흡수가 커지는 특성을 보였다. 파장별로는 가시광선 영역(650nm와 700nm)이 토양 탄소 그리고 질소와 가장 높은 상관관계를 보였다. 전처리 비교에서 연속체 제거가 토양 탄소(9.53mg/g)와 질소(0.79mg/g)에 대해 가장 높은 정확도(Root Mean Square Error)를 보였다. 따라서 토양 탄소와 질소 예측을 위해 연속체 제거가 가장 효과적인 분광반사특성 분석의 전처리 방법으로 판단되었다. 시각적인 평가에서 웨이블릿 변환이나 Savitzky-Golay 변환은 차이가 거의 없었고, 평가 결과도 유사했다. 따라서 다소 계산과정이 간단한 Savitzky-Golay 변환이 선호될 수 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.243-249
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• 2019

본 연구는 드론 기반의 초분광 센서를 활용하여 수위변화에 대한 하상재료의 분광정보 차이를 분석하는 것이 목적이다. 하상재료는 흙, 자갈, 호박돌, 갈대, 식생을 대상으로 하였으며 5개 하상재료에 대한 초분광 영상촬영을 실시하고 각 재료의 분광정보를 비교 분석하였다. 수위 변화를 위해 유량조절이 가능한 실험수로를 제작하고 수로 내 하상재료를 설치하였다. 수위 조건은 0.0 m, 0.3 m, 0.6 m이며 수위에 따라 CASE를 구분하였다. 영상촬영 후 각 하상재료별 10개 포인트를 평균한 값을 분석 자료로 사용하였다. 분석 결과 흙, 자갈, 호박돌, 갈대의 파장별 반사율은 비슷한 유형을 보이지만 각 재료별 가시광선과 근적외선 영역에서는 분광정보의 고유특징이 나타났다. 또한 수위가 깊어질수록 가시광선과 근적외선 영역에서 반사율은 감소하고 있으며 감소 비율은 하상재료에 따라 차이가 발생하였다. 하상재료에 대한 고유정보는 향후 하천환경평가를 위한 기초연구 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국광물학회지
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• 제30권1호
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• pp.31-43
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• 2017

본 연구는 백화현상이 극명하게 발생한 미인폭포 내 백색침전물을 대상으로 X선형광분석법, X선회절분석법 및 휴대용 분광계를 이용하여 광물조성을 확인하고, 분광특성을 고찰하였다. 그 결과 모든 시료에서 알루미늄이 평균농도보다 높게 검출되었고, 대부분의 시료에서 카드뮴과 니켈의 오염도가 높았다. X선회절분석 결과 모든 시료에서 석영, 고령토, 롬보클레이스, 알루미노코큠바이트, 깁사이트의 광물이 검출되었고 중금속은 점토광물에 흡착하여 존재한다고 판단된다. 백색침전물의 분광학적 특성은 가시광선 대역에서 반사도가 증가하는 추세를 보이나, 근적외선, 단파적외선으로 파장이 길어짐에 따라 반사도가 서서히 감소한다. 백색침전물의 흡광특성을 바탕으로 볼 때 분광학적 특성은 고령토, 롬보클레이스, 알루미노코큠바이트, 깁사이트에 의해 발생하는 것으로 판단된다. 퇴적물 내 중금속 종류 및 함량에 따른 영역별 흡광깊이 변이양상을 분석한 결과, Al-OH의 흡광특성인 2202 nm에서 알루미늄함량과 흡광깊이 사이에 높은 양의 상관관계가 성립하는 것이 확인되었다. 이는 분광학적 특성 중 흡광깊이가 중금속 함량의 유추에 유용할 수 있음을 지시한다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제30권4호
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• pp.481-491
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• 2014

빙상이나 빙하, 빙붕에서 푸른색의 얼음이 지표에 노출되어 있는 지역을 청빙지대라 한다. 이는 빙하 표면에 쌓인 눈이 바람에 의해 침식되거나 기온과 일사량에 따른 승화로 인해 대부분 제거되기 때문이다. 청빙지대는 운석이 농집되기 쉽고 빙체의 질량균형에 매우 큰 영향을 미치기 때문에, 청빙의 노출도 및 밀집도에 대한 정량적 지표의 개발이 요구되고 있다. 이 연구에서는 2007~2012년에 동남극 맥머도 드라이벨리를 촬영한 MODIS 영상을 이용하여 청빙과 눈, 구름의 분광반사특성을 분석하고, 청빙의 노출도 및 밀집도를 정량화 할 수 있는 정규청빙지수(Normalized Difference Blue-ice Index, NDBI) 알고리즘을 고안하였다. 눈과 구름은 가시광선과 근적외선 파장대역에서 매우 높은 반사율을 나타낸다. 청빙은 청색 파장대역에서 높은 반사율을 보이는 반면에, 근적외선 파장대역에서 낮은 반사율을 보인다. NDBI 알고리즘은 청색과 근적외선 파장대역에서의 반사율 차이를 두 반사율의 합으로 나누는 것으로 표현된다[NDBI = (Blue - NIR)/(Blue + NIR)]. 청빙의 NDBI는 노출도와 밀집도에 따라 0.2~0.5의 값을 가지며, 0.2 이하의 값을 가지는 눈과 구름이나 음수의 값을 나타내는 암석으로부터 명확히 구분되었다. 청빙의 NDBI가 시간에 따라 변화하는 현상은 맥머도 드라이벨리의 기상관측소에서 측정된 풍속($R^2=0.012$)이나 기온($R^2=0.278$) 보다는 적설두께와 가장 높은 상관성($R^2=0.699$)을 나타냈다. 적설두께가 증가할수록 NDBI 값은 감소하였는데, 이는 청빙지대의 NDBI 값으로부터 적설량의 추정이 가능함을 의미한다. 이 연구에서 개발된 NDBI 알고리즘은 운석탐사, 빙체의 질량균형 분석, 적설량 추정 등 다양한 극지연구 분야에서 매우 유용하게 사용될 것으로 전망된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.317-327
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• 2013

도심지의 대기오염 및 인공열 등으로 인해 도시열섬현상이 발생되고 있으며, 특히 아스팔트 포장의 경우 낮에는 일사열을 흡수하고 밤에 방출하기 때문에 도심부의 환경을 개선하기 위해서는 도심 도로포장의 온도를 저하시키는 차열성 포장에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있다. 도로포장에 차열성 도료를 적용하기 위해서는 시인성을 높이기 위해 흑색명도를 저하시켜야 하며, 적외선 반사율은 증가시키고, 가시광선 반사율은 최소화 하는 특성이 요구된다. 본 연구에서는 1액형 아크릴 에멀젼을 주 바인더로 사용하고 안료의 종류(카본블랙, 합성무기안료) 및 중공세라믹 혼입률(0%, 15%, 30%)변화, 흑색명도의 변화를 주요 실험인자로 선정하였다. 차열성 도로포장의 온도저감 성능은 분광반사율과 일사반사율, 램프 조사 방법을 통해 분석하였다. 그리고 마모저항성, 자외선 촉진내후성, 미끄럼 저항성에대한 현장적용성을 평가하였다. 그리고 고반사 도료 시험포장에 대해서 열화상 촬영을 통해 온도저감 효과를 분석하였다. 실험결과 합성무기안료와 중공세라믹 30%를 혼입한 경우에 흑색 명도 $L^*$= 42.89에서 분광반사율이 근적외선 영역에서 43%, 가시광선 영역에서 17%를 보였으며, 일사반사율은 27.5%로 나타났다. 그리고 자외선 촉진내후성 시험에 의한 총색차 ${\Delta}E$가 0.27로 색변화가 거의 발생되지 않았으며, 규사 2호, 4호를 상도, 하도에 $0.12kg/m^2$이상 산포할 경우 BPN은 53이상을 보였다. 또한 테이버 마모시험에 의한 마모감량은 500회전시 최대 86.4mg이하로 나타났다. 아스팔트 포장에 고반사 도료를 시공한 시험구간의 열저감 성능을 열화상 촬영에 의해 평가한 결과 CI-30-40 차열성포장($L^*$=38.76)은 $12.7^{\circ}C$, CI-30-60 차열성포장($L^*$=57.12)은 $14.2^{\circ}C$의 온도저감효과를 보였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권6호
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• pp.968-974
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• 2010

본 연구에서는 토양의 가시 근적외선 스펙트럼의 피크중첩에 의한 분석오차를 감소시킴으로써 토양유기물 추정의 정확도 향상을 위해 이산 웨이블릿 변환 (DWT) 신호처리기법의 적용을 검토하고 공간정보모델링을 통해 토양유기물의 분포도를 작성하고자 하였다. 토양유기물 함량에 따른 스펙트럼의 정량적 변화의 강조를 위해 Continuum 제거, 도함수 변환과 함께 Haar, Daubechies DWT 변환된 스펙트럼을 PLSR 모델에 대입하여 산출한 토양유기물 추정식들은 거의 비슷한 결과를 도출하였고 $R^2$ > 0.6, RPD > 1.5 의 '대략적인' 추정 결과를 보였다. 잡음을 줄이고 신호값을 향상시키기 위해 이산 웨이블렛 변환을 적용한 결과에서 오히려 약간 낮은 성능을 나타내었는데 성긴 근사값 (Coarser approximation) 스펙트럼으로 변환되어 추정식의 유의성이 낮아졌을 가능성이 있다. 따라서 토양의 분광스펙트럼에 더 적합한 이산 웨이블렛 필터와 수준 등의 DWT 조건을 찾고 적용함으로써 추정식의 유의성을 향상시킬 수 있을 것으로 본다. 또한, 유기물에 의한 에너지의 흡수, 반사를 일으키는 주요 파장대의 상관성을 분석하여 선택적으로 해당 영역의 스펙트럼이나 파라미터 값을 산출하여 추정모델에 적용하는 시도도 필요할 것으로 사료된다. 이러한 토양유기물의 추정값과 실측값을 이용해 구역 크리깅을 수행하여 분포지도를 작성하였다. 토양 샘플의 유기물 분석값은 평균값을 중심으로 정규분포를 나타내었는데 크리깅 지도에서도 전반적으로 유사한 패턴의 값이 분포하였다. 추정값을 이용한 크리깅 결과도 실측값을 이용한 분포지도와 유사한 공간적 패턴을 나타내었다. 지도의 우하단부와 중앙 부분에서 실측값 분포보다 추정값 분포지도에서 약간 더 높은 경향을 보였는데 이는 토양 유기물의 추정치와 실측치 간의 오차에 의한 것으로 판단된다. 분광 스펙트럼을 이용한 추정 모델은 정확도 제고가 필요한 단계이나 신속성, 용이성 면에 있어서 토양 특성에 대해 광역 단위에서 다량의 시료 분석에 유용할 것으로 보이고, 또한 지역, 세계 규모의 디지털 토양 매핑, 토양 분류 및 원격탐사 자료와의 연계 분석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.