In order to produce crop information using remote sensing, we use classification and growth monitoring based on crop phenology. Therefore, time-series satellite images with a short period are required. However, there are limitations to acquiring time-series satellite data, so it is necessary to use fusion with other earth observation satellites. Before fusion of various satellite image data, it is necessary to overcome the inherent difference in radiometric characteristics of satellites. This study performed Korea Multi-Purpose Satellite-3 (KOMPSAT-3) cross calibration with Landsat-8 as the first step for fusion. Top of Atmosphere (TOA) Reflectance was compared by applying Spectral Band Adjustment Factor (SBAF) to each satellite using hyperspectral sensor band aggregation. As a result of cross calibration, KOMPSAT-3 and Landsat-8 satellites showed a difference in reflectance of less than 4% in Blue, Green, and Red bands, and 6% in NIR bands. KOMPSAT-3, without on-board calibrator, idicate lower radiometric stability compared to ladnsat-8. In the future, efforts are needed to produce normalized reflectance data through BRDF (Bidirectional reflectance distribution function) correction and SBAF application for spectral characteristics of agricultural land.
Analysis Ready Data (ARD) for optical satellite images represents a pre-processed product by applying spectral characteristics and viewing parameters for each sensor. The atmospheric correction is one of the fundamental and complicated topics, which helps to produce Top-of-Atmosphere (TOA) and Top-of-Canopy (TOC) reflectance from multi-spectral image sets. Most remote sensing software provides algorithms or processing schemes dedicated to those corrections of the Landsat-8 OLI sensors. Furthermore, Google Earth Engine (GEE), provides direct access to Landsat reflectance products, USGS-based ARD (USGS-ARD), on the cloud environment. We implemented the Orfeo ToolBox (OTB) atmospheric correction extension, an open-source remote sensing software for manipulating and analyzing high-resolution satellite images. This is the first tool because OTB has not provided calibration modules for any Landsat sensors. Using this extension software, we conducted the absolute atmospheric correction on the Landsat-8 OLI images of Railroad Valley, United States (RVUS) to validate their reflectance products using reflectance data sets of RVUS in the RadCalNet portal. The results showed that the reflectance products using the OTB extension for Landsat revealed a difference by less than 5% compared to RadCalNet RVUS data. In addition, we performed a comparative analysis with reflectance products obtained from other open-source tools such as a QGIS semi-automatic classification plugin and SAGA, besides USGS-ARD products. The reflectance products by the OTB extension showed a high consistency to those of USGS-ARD within the acceptable level in the measurement data range of the RadCalNet RVUS, compared to those of the other two open-source tools. In this study, the verification of the atmospheric calibration processor in OTB extension was carried out, and it proved the application possibility for other satellite sensors in the Compact Advanced Satellite (CAS)-500 or new optical satellites.
Jung, Sejung;Park, Jueon;Lee, Won Hee;Han, Youkyung
Korean Journal of Remote Sensing
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v.36
no.5_2
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pp.989-1006
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2020
Building change monitoring based on building detection is one of the most important fields in terms of monitoring artificial structures using high-resolution multi-temporal images such as CAS500-1 and 2, which are scheduled to be launched. However, not only the various shapes and sizes of buildings located on the surface of the Earth, but also the shadows or trees around them make it difficult to detect the buildings accurately. Also, a large number of misdetection are caused by relief displacement according to the azimuth and elevation angles of the platform. In this study, object-based building detection was performed using the azimuth angle of the Sun and the corresponding main direction of shadows to improve the results of building change detection. After that, the platform's azimuth and elevation angles were used to detect changed buildings. The object-based segmentation was performed on a high-resolution imagery, and then shadow objects were classified through the shadow intensity, and feature information such as rectangular fit, Gray-Level Co-occurrence Matrix (GLCM) homogeneity and area of each object were calculated for building candidate detection. Then, the final buildings were detected using the direction and distance relationship between the center of building candidate object and its shadow according to the azimuth angle of the Sun. A total of three methods were proposed for the building change detection between building objects detected in each image: simple overlay between objects, comparison of the object sizes according to the elevation angle of the platform, and consideration of direction between objects according to the azimuth angle of the platform. In this study, residential area was selected as study area using high-resolution imagery acquired from KOMPSAT-3 and Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Experimental results have shown that F1-scores of building detection results detected using feature information were 0.488 and 0.696 respectively in KOMPSAT-3 image and UAV image, whereas F1-scores of building detection results considering shadows were 0.876 and 0.867, respectively, indicating that the accuracy of building detection method considering shadows is higher. Also among the three proposed building change detection methods, the F1-score of the consideration of direction between objects according to the azimuth angles was the highest at 0.891.
The purpose of this study is to determine the actual performance of cool roof in preventing absorbed solar radiation. The spatial correlation between surface temperature and absorbed solar radiation is the method by which the performance of a cool roof can be understood and evaluated. The research area of this study is the vicinity of Jangyu Mugye-dong, Gimhae-si, Gyeongsangnam-do, where an actual cool roof is applied. FLIR Vue Pro R thermal infrared sensor, Micasense Red-Edge multi-spectral sensor and DJI H20T visible spectral sensor was used for aerial photography, with attached to the drone DJI Matrice 300 RTK. To perform the spatial correlation analysis, thermal infrared orthomosaics, absorbed solar radiation distribution maps were constructed, and land cover features of roof were extracted based on the drone aerial photographs. The temporal scope of this research ranged over 9 points of time at intervals of about 1 hour and 30 minutes from 7:15 to 19:15 on July 27, 2021. The correlation coefficient values of 0.550 for the normal roof and 0.387 for the cool roof were obtained on a daily average basis. However, at 11:30 and 13:00, when the Solar altitude was high on the date of analysis, the difference in correlation coefficient values between the normal roof and the cool roof was 0.022, 0.024, showing similar correlations. In other time series, the values of the correlation coefficient of the normal roof are about 0.1 higher than that of the cool roof. This study assessed and evaluated the potential of an actual cool roof to prevent solar radiation heating a rooftop through correlation comparison with a normal roof, which serves as a control group, by using high-resolution drone images. The results of this research can be used as reference data when local governments or communities seek to adopt strategies to eliminate the phenomenon of urban heat islands.
Since the radar satellite missions such as TerraSAR-X and COSMO-SkyMed were launched in 2007, the spatial resolution of spaceborne SAR(Synthetic Aperture Radar) images reaches about 1 meter at spotlight mode. In 2011, the first Korean SAR satellite, KOMPSAT-5, will be launched, operating at X-band with the highest spatial resolution of 1 m as well. The improved spatial resolution of state-of-the-art SAR sensor suggests expanding InSAR(Interferometric SAR) analysis in urban monitoring. By the way, the shadow and layover phenomena are more prominent in urban areas due to building structure because of inherent side-looking geometry of SAR system. Up to date the most conventional algorithms do not consider the return signals at the frontage of building during InSAR phase and SAR intensity simulation. In this study the new algorithm introducing multi-scattering in layover region is proposed for phase and intensity simulation, which is utilized a precise LIDAR DSM(Digital Surface Model) in urban areas. The InSAR phases simulated by the proposed method are compared with TerraSAR-X spotlight data. As a result, both InSAR phases are well matched, even in layover areas. This study will be applied to urban monitoring using high resolution SAR data, in terms of change detection and displacement monitoring at the scale of building unit.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.13
no.4
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pp.111-124
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2010
To monitor the environment of land surface change is considered as an important research field since those parameters are related with land use, climate change, meteorological study, agriculture modulation, surface energy balance, and surface environment system. For the change detection, many different methods have been presented for distributing more detailed information with various tools from ground based measurement to satellite multi-spectral sensor. Recently, using high resolution satellite data is considered the most efficient way to monitor extensive land environmental system especially for higher spatial and temporal resolution. In this study, we use two different spatial resolution satellites; the one is SPOT/VEGETATION with 1 km spatial resolution to detect coarse resolution of the area change and determine objective threshold. The other is Landsat satellite having high resolution to figure out detailed land environmental change. According to their spatial resolution, they show different observation characteristics such as repeat cycle, and the global coverage. By correlating two kinds of satellites, we can detect land surface change from mid resolution to high resolution. The K-mean clustering algorithm is applied to detect changed area with two different temporal images. When using solar spectral band, there are complicate surface reflectance scattering characteristics which make surface change detection difficult. That effect would be leading serious problems when interpreting surface characteristics. For example, in spite of constant their own surface reflectance value, it could be changed according to solar, and sensor relative observation location. To reduce those affects, in this study, long-term Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) with solar spectral channels performed for atmospheric and bi-directional correction from SPOT/VEGETATION data are utilized to offer objective threshold value for detecting land surface change, since that NDVI has less sensitivity for solar geometry than solar channel. The surface change detection based on long-term NDVI shows improved results than when only using Landsat.
The Saemangeum Reclamation Project was launched as a national project in 1991 to reclaim a large coastal area of 401 km$^2$ by constructing a 33-km long dyke. The final dyke enclosure in April 2006 has transformed the tidal flat into lake and land. The dyke construction has abruptly changed not only the estuarine tidal system inside the dyke, but also the coastal marine environment outside the dyke. In this study, we investigated the spatial change of SST distribution using the Landsat-5/7 and NOAA data before and after the dyke completion in the Saemangeum area. Satellite-induced SST was verified by compared with the various in situ measurements such as tower, buoy, and water sample. The correlation coefficient resulted in above 0.96 and RMSE was about 1$^{\circ}C$ in all data. 38 Landsat satellite images from 1985 to 2007 were analyzed to estimate the temporal and spatial change of SST distribution from the beginning to the completion of the Samangeum dyke's construction. The seasonal change in detailed spatial distribution of SST was measured, however, the estimation of change during the Saemangeum dyke's construction was hard to figure out owing to the various environmental conditions. Monthly averaged SST induced from NOAA data from 1998 to 2007 has been analyzed for a complement of Landsat's temporal resolution. At the inside of the dyke, the change of SST from summer to winter was large due to the relatively high temperature in summer. In this study, multi-sensor thermal remote sensing is an efficient tool for monitoring the temporal and spatial distribution of SST in coastal area.
Electro-Optical Camera(EOC) is the main payload of the KOrea Multi-Purpose SATellite(KOMPSAT) with the mission of cartography to build up a digital map of Korean territory including a Digital Terrain Elevation Map(DTEM). This instalment which comprises EOC Sensor Assembly and EOC Electronics Assembly produces the panchromatic images of 6.6 m GSD with a swath wider than 17 km by push-broom scanning and spacecraft body pointing in a visible range of wavelength, 510~730 nm. The high resolution panchromatic image is to be collected for 2 minutes during 98 minutes of orbit cycle covering about 800 km along ground track, over the mission lifetime of 3 years with the functions of programmable gain/offset and on-board image data storage. The image of 8 bit digitization, which is collected by a full reflective type F8.3 triplet without obscuration, is to be transmitted to Ground Station at a rate less than 25 Mbps. EOC was elaborated to have the performance which meets or surpasses its requirements of design phase. The spectral response, the modulation transfer function, and the uniformity of all the 2592 pixel of CCD of EOC are illustrated as they were measured for the convenience of end-user. The spectral response was measured with respect to each gain setup of EOC and this is expected to give the capability of generating more accurate panchromatic image to the users of EOC data. The modulation transfer function of EOC was measured as greater than 16 % at Nyquist frequency over the entire field of view, which exceeds its requirement of larger than 10 %. The uniformity that shows the relative response of each pixel of CCD was measured at every pixel of the Focal Plane Array of EOC and is illustrated for the data processing.
Agricultural reservoirs are essential structures for water supplies during dry period in the Korean peninsula, where water resources are temporally unequally distributed. For efficient water management, systematic and effective monitoring of medium-small reservoirs is required. Synthetic Aperture Radar (SAR) provides a way for continuous monitoring of those, with its capability of all-weather observation. This study aims to evaluate the applicability of SAR in monitoring medium-small reservoirs using Sentinel-1 (10 m resolution) and Capella X-SAR (1 m resolution), at Chari (CR), Galjeon (GJ), Dwitgol (DG) reservoirs located in Ulsan, Korea. Water detected results applying Z fuzzy function-based threshold (Z-thresh) and Chan-vese (CV), an object detection-based segmentation algorithm, are quantitatively evaluated using UAV-detected water boundary (UWB). Accuracy metrics from Z-thresh were 0.87, 0.89, 0.77 (at CR, GJ, DG, respectively) using Sentinel-1 and 0.78, 0.72, 0.81 using Capella, and improvements were observed when CV was applied (Sentinel-1: 0.94, 0.89, 0.84, Capella: 0.92, 0.89, 0.93). Boundaries of the waterbody detected from Capella agreed relatively well with UWB; however, false- and un-detections occurred from speckle noises, due to its high resolution. When masked with optical sensor-based supplementary images, improvements up to 13% were observed. More effective water resource management is expected to be possible with continuous monitoring of available water quantity, when more accurate and precise SAR-based water detection technique is developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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