The normalized difference vegetation index (NDVI) derived from satellite images is a crucial tool to monitor forests and agriculture for broad areas because the periodic acquisition of the data is ensured. However, optical sensor-based vegetation indices(VI) are not accessible in some areas covered by clouds. This paper presented a synthetic aperture radar (SAR) based approach to retrieval of the optical sensor-based NDVI using machine learning. SAR system can observe the land surface day and night in all weather conditions. Radar vegetation indices (RVI) from the Sentinel-1 vertical-vertical (VV) and vertical-horizontal (VH) polarizations, surface elevation, and air temperature are used as the input features for an automated machine learning (AutoML) model to conduct the gap-filling of the Sentinel-2 NDVI. The mean bias error (MAE) was 7.214E-05, and the correlation coefficient (CC) was 0.878, demonstrating the feasibility of the proposed method. This approach can be applied to gap-free nationwide NDVI construction using Sentinel-1 and Sentinel-2 images for environmental monitoring and resource management.
Jaewon Hur;Changhui Lee;Doochun Seo;Jaehong Oh;Changno Lee;Youkyung Han
Korean Journal of Remote Sensing
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v.40
no.4
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pp.387-396
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2024
Most very high-resolution (VHR) satellite images provide rational polynomial coefficients (RPC) data to facilitate the transformation between ground coordinates and image coordinates. However, initial RPC often contains geometric errors, necessitating correction through matching with ground control points (GCPs). A GCP chip is a small image patch extracted from an orthorectified image together with height information of the center point, which can be directly used for geometric correction. Many studies have focused on area-based matching methods to accurately align GCP chips with VHR satellite images. In cases with seasonal differences or changed areas, edge-based algorithms are often used for matching due to the difficulty of relying solely on pixel values. However, traditional edge extraction algorithms,such as canny edge detectors, require appropriate threshold settings tailored to the spectral characteristics of satellite images. Therefore, this study utilizes deep learning-based edge information that is insensitive to the regional characteristics of satellite images for matching. Specifically,we use a pretrained pixel difference network (PiDiNet) to generate the edge maps for both satellite images and GCP chips. These edge maps are then used as input for normalized cross-correlation (NCC) and relative edge cross-correlation (RECC) to identify the peak points with the highest correlation between the two edge maps. To remove mismatched pairs and thus obtain the bias-compensated RPC, we iteratively apply the data snooping. Finally, we compare the results qualitatively and quantitatively with those obtained from traditional NCC and RECC methods. The PiDiNet network approach achieved high matching accuracy with root mean square error (RMSE) values ranging from 0.3 to 0.9 pixels. However, the PiDiNet-generated edges were thicker compared to those from the canny method, leading to slightly lower registration accuracy in some images. Nevertheless, PiDiNet consistently produced characteristic edge information, allowing for successful matching even in challenging regions. This study demonstrates that improving the robustness of edge-based registration methods can facilitate effective registration across diverse regions.
Park, Kang-Ryoung;Han, Song-Yi;Kang, Byung-Jun;Park, So-Young
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.45
no.2
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pp.1-9
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2008
As the security requirements of mobile phones have been increasing, there have been extensive researches using one biometric feature (e.g., an iris, a fingerprint, or a face image) for authentication. Due to the limitation of uni-modal biometrics, we propose a method that combines face and iris images in order to improve accuracy in mobile environments. This paper presents four advantages and contributions over previous research. First, in order to capture both face and iris image at fast speed and simultaneously, we use a built-in conventional mega pixel camera in mobile phone, which is revised to capture the NIR (Near-InfraRed) face and iris image. Second, in order to increase the authentication accuracy of face and iris, we propose a score level fusion method based on SVM (Support Vector Machine). Third, to reduce the classification complexities of SVM and intra-variation of face and iris data, we normalize the input face and iris data, respectively. For face, a NIR illuminator and NIR passing filter on camera are used to reduce the illumination variance caused by environmental visible lighting and the consequent saturated region in face by the NIR illuminator is normalized by low processing logarithmic algorithm considering mobile phone. For iris, image transform into polar coordinate and iris code shifting are used for obtaining robust identification accuracy irrespective of image capturing condition. Fourth, to increase the processing speed on mobile phone, we use integer based face and iris authentication algorithms. Experimental results were tested with face and iris images by mega-pixel camera of mobile phone. It showed that the authentication accuracy using SVM was better than those of uni-modal (face or iris), SUM, MAX, NIN and weighted SUM rules.
Modification of general Hoek and Brown criterion is carried out to estimate the shaft resistance of drilled shaft socketed into rock mass. Since the general Hoek-Brown criterion can consider the in-situ state of the rock mass, the proposed method, estimating the unit shaft resistance of drilled shafts based on the Hoek-Brown criterion, has increased flexibility compared to other methods exclusively considering uniaxial compressive strength of intact rocks. The proposed method can form the upper and lower bounds, and most culled data (from 21 pile load tests) from the literature can be found between these two bounds. A comparison between the estimated and observed unit shaft resistances shows quite a good correlation even with crude assumptions for the input parameters. The best-fit line drawn from this analysis shows that at the lower strength of intact rocks (up to 10MPa), Horvath and Kenney's equation shows a good correlation with the measured values, and fur strong rocks Rosenberg and Journeaux's equation provides a close estimation with colleted data. The results of parametric studies for GSI and confining stress show that the normalized unit shaft resistance increases with these two factors. In addition, coefficient of the equational form of the estimation can vary with GSI and confining stresses.
Landslides are one of the most prevalent natural disasters, threating both humans and property. Also landslides can cause damage at the national level, so effective prediction and prevention are essential. Research to produce a landslide susceptibility map with high accuracy is steadily being conducted, and various models have been applied to landslide susceptibility analysis. Pixel-based machine learning models such as frequency ratio models, logistic regression models, ensembles models, and Artificial Neural Networks have been mainly applied. Recent studies have shown that the kernel-based convolutional neural network (CNN) technique is effective and that the spatial characteristics of input data have a significant effect on the accuracy of landslide susceptibility mapping. For this reason, the purpose of this study is to analyze landslide vulnerability using a pixel-based deep neural network model and a patch-based convolutional neural network model. The research area was set up in Gangwon-do, including Inje, Gangneung, and Pyeongchang, where landslides occurred frequently and damaged. Landslide-related factors include slope, curvature, stream power index (SPI), topographic wetness index (TWI), topographic position index (TPI), timber diameter, timber age, lithology, land use, soil depth, soil parent material, lineament density, fault density, normalized difference vegetation index (NDVI) and normalized difference water index (NDWI) were used. Landslide-related factors were built into a spatial database through data preprocessing, and landslide susceptibility map was predicted using deep neural network (DNN) and CNN models. The model and landslide susceptibility map were verified through average precision (AP) and root mean square errors (RMSE), and as a result of the verification, the patch-based CNN model showed 3.4% improved performance compared to the pixel-based DNN model. The results of this study can be used to predict landslides and are expected to serve as a scientific basis for establishing land use policies and landslide management policies.
When the water quality modelling is done with a manual calibration, it is possible that the researcher's opinion may affect the objectivity of the research. Hence, the role of the automatic calibration is highly important. This research applies a technique to automatically calibrate the water quality parameters by implementing an optimization method. This involves estimating the optimum water quality parameters targeting influential parameters towards the lake's BOD, DO, Phosphorus, Nitrogen and Phytoplankton. To accurately calculate the water temperature and hydraulic characteristics of a deep, stratifying lake, EFDC, a 3-dimensional hydraulic model which can be linked to the WASP7 was applied. With EFDC, the segment of the lake is formed and utilized as an input data of the WASP7. For the calibration of the water quality parameters of the WASP7, an influence coefficient algorithm and a genetic algorithm was applied. Of the five water quality variables for calibration, the normalized residuals of the observed and calculated values of DO, TN, CBOD were relatively small and the three water quality variables were calibrated properly. Yet the accuracy of the calibration of TP and Chl-a was relatively low.
As a viable option for retrieval of LST (Land Surface Temperature), this paper presents a DNN (Deep Neural Network) based approach using 148 Landsat 8 images for South Korea. Because the brightness temperature and emissivity for the band 10 (approx. 11-㎛ wavelength) of Landsat 8 are derived by combining physics-based equations and empirical coefficients, they include uncertainties according to regional conditions such as meteorology, climate, topography, and vegetation. To overcome this, we used several land surface variables such as NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), land cover types, topographic factors (elevation, slope, aspect, and ruggedness) as well as the T0 calculated from the brightness temperature and emissivity. We optimized four seasonal DNN models using the input variables and in-situ observations from ASOS (Automated Synoptic Observing System) to retrieve the LST, which is an advanced approach when compared with the existing method of the bias correction using a linear equation. The validation statistics from the 1,728 matchups during 2013-2019 showed a good performance of the CC=0.910~0.917 and RMSE=3.245~3.365℃, especially for spring and fall. Also, our DNN models produced a stable LST for all types of land cover. A future work using big data from Landsat 5/7/8 with additional land surface variables will be necessary for a more reliable retrieval of LST for high-resolution satellite images.
The purpose of this study was to compare muscle activity in the lower extremity during walking wearing jogging and roller shoes. Twelve male middle school students (age: 15.0 yrs, height 173.7 cm, weight 587.7 N) who have no known musculoskeletal disorders were recruited as the subjects. Seven pairs of surface electrodes (QEMG8, Laxtha Korea, gain = 1,000, input impedance >$1012{\Omega}$, CMMR >100 dB) were attached to the right-hand side of the body to monitor the rectus femoris (RF), vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), and medial (GM) and lateral gastrocnemius (GL) while subjects walked wearing roller and jogging shoes in random order at a speed of 1.1 m/s. An event sync unit with a bright LED light was used to synchronize the video and EMG recordings. EMG data were filtered using a 10 Hz to 350 Hz Butterworth band-passdigital filter and further normalized to the respective maximum voluntary isometric contraction EMG levels. For each trial being analyzed, five critical instants and four phases were identified from the recording. Averaged IEMG and peak IEMG were determined for each trial. For each dependent variable, paired t-test was performed to test if significant difference existed between shoe conditions (p<.05). The VM, TA, BF, and GM activities during the initial double limb stance and the initial single limb stance reduced significantly when going from jogging shoe to roller shoe condition. The decrease in EMG levels in those muscles indicated that the subjects locked the ankle and knee joints in an awkward fashion to compensate for the imbalance. Muscle activity in the GM for the roller shoe condition was significantly greater than the corresponding value for the jogging shoe condition during the terminal double limb stance and the terminal single limb stance. Because the subjects tried to keep their upper body weight in front of the hip to prevent falling backward, the GM activity for the roller shoe condition increased. It seems that there are differences in muscle activity between roller shoe and jogging shoe conditions. The differences in EMG pattern may be caused primarily by the altered position of ankle, knee, and center of mass throughout the walking cycle. Future studies should examine joint kinematics during walking with roller shoes.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.12
no.3
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pp.13-20
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2009
Techniques for change detection using satellite images enable efficient detection of natural and artificial changes in use of land through multi-phase images. As for change detection, different results are made based on methods of calibration of satellite images, types of input data, and techniques in change analysis. Thus, an analytic technique that is appropriate to objectives of a study shall be applied as results are different based on diverse conditions even when an identical satellite and an identical image are used for change detection. In this study, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Principal Component Analysis (PCA) were conducted after geometric calibration of satellite images which went through absolute and relative radiometric calibrations and change detection analysis was conducted using Image Difference (ID) and Image Rationing (IR). As a result, ID-NDVI showed excellent accuracy in change detection related to vegetation. ID-PCA showed 90% of accuracy in all areas. IR-NDVI had 90% of accuracy while it was 70% and below as for paddies and dry fields${\rightarrow}$grassland. IR-PCA had excellent change detection over all areas.
Dae Gyoon Kang;Young Sang Joh;Shinwoo Hyun;Kwang Soo Kim
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.25
no.1
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pp.28-36
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2023
Solar radiation that is measured at relatively small number of weather stations is one of key inputs to crop models for estimation of crop productivity. Solar radiation products derived from GK-2A and Himawari 8 satellite data have become available, which would allow for preparation of input data to crop models, especially for assessment of crop productivity under an agrivoltaic system where crop and power can be produced at the same time. The objective of this study was to compare the degree of agreement between the solar radiation products obtained from those satellite data. The sub hourly products for solar radiation were collected to prepare their daily summary for the period from May to October in 2020 during which both satellite products for solar radiation were available. Root mean square error (RMSE) and its normalized error (NRMSE) were determined for daily sum of solar radiation. The cumulative values of solar radiation for the study period were also compared to represent the impact of the errors for those products on crop growth simulations. It was found that the data product from the Himawari 8 satellite tended to have smaller values of RMSE and NRMSE than that from the GK-2A satellite. The Himawari 8 satellite product had smaller errors at a large number of weather stations when the cumulative solar radiation was compared with the measurements. This suggests that the use of Himawari 8 satellite products would cause less uncertainty than that of GK2-A products for estimation of crop yield. This merits further studies to apply the Himawari 8 satellites to estimation of solar power generation as well as crop yield under an agrivoltaic system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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