분광라이브러리는 지구에 존재하는 다양한 물질의 분광반사 자료와 그에 대한 보조자료를 축적한 데이터베이스로 정의할 수 있다. 분광라이브러리는 다양한 분야에서 물질의 종류와 특성을 분석하기 위한 참조자료로 사용되고 있으며 원격탐사 분야에서는 광학영상 자료와 연계하여 토지 피복의 종류와 속성을 분류하고 더 나아가 초분광영상의 해석에 중요한 자료로 사용되고 있다. 현존 분광라이브러리는 측정항목이나 측정방법, 보조자료 등이 표준화되어 있지 않으며, 특히 국내에 직접 적용하기에는 지표물의 종류가 한정되어 있다. 이 논문은 국내 환경에 직접 적용할 수 있는 분광라이브러리를 설계하고 구축하는 과정을 인공물에 대한 분광반사측정을 실시하였고 동시에 설계된 보조자료의 항목에 대한 측정 및 조사를 실시하였다. 또한 외국에서 개발된 분광라이브러리에서 보조자료가 충실한 광물 및 암석, 토양, 물 등의 분광반사자료를 함께 포함하고 있다. 구축된 분광라이브러리의 활용성 증대와 검색의 용이성을 위해 분광라이브러리 뷰어를 개발하였다.
위성 영상의 정확한 구름 판별 여부는 이를 활용하여 생산되는 다른 산출물들의 정확도에 민감한 영향을 미치므로 매우 중요하다. 특히 해양에서 구름에 오염된 화소는 해수면 온도(Sea Surface Temperature: SST), 해색(ocean color), 클로로필-a(chlorophyll-a) 등 다양한 해양 기반산출물의 주된 오차 요인으로써 해양에서의 정확한 구름 탐지는 필수적이며 이는 해양 순환을 이해하는데 기여한다. 그러나 현재 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Advanced Himawari Imager (AHI) 등 대부분 실시간 운영을 위한 알고리즘에서 사용되고 있는 고정 경계값 검사 방법은 태양-해양-센서의 상대적인 위치에 따라 변화하는 해양의 분광 특성을 고려하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 NOAA의 Himawari-8 구름 산출물을 이용하여 Himawari-8/AHI 반사도 채널에서의 태양 천정각(Solar Zenith Angle: SZA), 위성 천정각(Viewing Zenith Angle: VZA) 변화에 따른 청천 해양 표면 화소의 반사도를 수집하여 분광 라이브러리를 구축하였고 이를 이용하여 동적 경계값 방법인 Dynamic Time Warping (DTW)기법에 적용하여 구름탐지를 수행하였다. 본 연구의 구름탐지 결과를 Japan Meteorological Agency (JMA)의 구름 산출물과 정성적 비교한 결과 JMA 구름 산출물은 청천 화소를 불확실(unknown)으로 오탐지 및 과대탐지 하는 경향을 보였다. 이에 반해 본 연구에서는 태양 천정각이 고각인 지역에서 과대 탐지 및 오탐지되는 문제점을 개선하였다.
The aim of this study is to develop a protocol for obtaining spectral signals that are robust to varying lighting conditions, which are often found in the Polar regions, for creating a spectral library specific to those regions. Because hyperspectral image (HSI)-derived spectra are collected on the same scale as images, they can be directly associated with image data. However, it is challenging to find precise and robust spectra that can be used for a spectral library from images taken under different lighting conditions. Hence, this study proposes a new radiometric calibration protocol that incorporates radiometric targets with a traditional vicarious calibration approach to solve issues in image-based spectrum measurements. HSIs obtained by the proposed method under different illumination levels are visually uniform and do not include any artifacts such as stripes or random noise. The extracted spectra capture spectral characteristics such as reflectance curve shapes and absorption features better than those that have not been calibrated. The results are also validated quantitatively. The calibrated spectra are shown to be very robust to varying lighting conditions and hence are suitable for a spectral library specific to the Polar regions.
It is difficult to classify tidal flat surface that is composed of a mixture of mud, sand, water and microphytobenthos. We used a Linear Spectral Unmixing (LSU) method for effectively classifying the tidal flat surface characteristics within a pixel. This study aims at 1) detecting algal mat using LSU in the Saemangeum tidal flats, 2) determining a suitable end-member selection method in tidal flats, and 3) find out a habitual characteristics of algal mat. Two types of end-member were built; one is a reference end-member derived from field spectrometer measurements and the other image end-member. A field spectrometer was used to measure spectral reflectance, and a spectral library was accomplished by shape difference of spectra, r.m.s. difference of spectra, continuum removal and Mann-Whitney U-test. Reference end-members were extracted from the spectral library. Image end-members were obtained by applying Principle Component Analysis (PCA) to an image. The LSU method was effective to detect microphytobenthos, and successfully classified the intertidal zone into algal mat, sediment, and water body components. The reference end-member was slightly more effective than the image end-member for the classification. Fine grained upper tidal flat is generally considered as a rich habitat for algal mat. We also identified unusual microphytobenthos that inhabited coarse grained lower tidal flats.
Motivation of this study is based on these two aspects: geologic uses of ASTER and application scheme of Spectral Mixture Analysis. This study aims at geologic mapping for mineral exploration using ASTER and LANDSAT 7 ETM+ at Mongolian plateau region by SMA. After basic pre-processing such as the normalization, geometric corrections and calibration of reflectance, related to endmembers selection and spectral signature deviation, both methods using spectral library and using PPI(Pixel Purity Index) are performed and compared on a given task. Based on these schemes, SMA is performed using LANDSAT 7 ETM+ and ASTER image. As the results, fraction map showing geologic rock types are enough to meet purposes such as geologic mapping and mineral potential mapping in the case of both uses of these different types of remotely sensed images. It concluded that this approach based on SMA with LANDSAT and ASTER is regarded as one of effective schemes for geologic remote sensing.
Leihong, Zhang;Dong, Liang;Dawei, Zhang;Xiumin, Gao;Xiuhua, Ma
Journal of the Optical Society of Korea
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제20권4호
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pp.515-523
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2016
Spectral reflectance is sparse in space, and while the traditional spectral-reconstruction algorithm does not make full use of this characteristic sparseness, the compressive sensing algorithm can make full use of it. In this paper, on the basis of analyzing compressive sensing based on the orthogonal matching pursuit algorithm, a new algorithm based on the Dice matching criterion is proposed. The Dice similarity coefficient is introduced, to calculate the correlation coefficient of the atoms and the residual error, and is used to select the atoms from a library. The accuracy of Spectral reconstruction based on the pseudo-inverse method, Wiener estimation method, OMP algorithm, and DOMP algorithm is compared by simulation on the MATLAB platform and experimental testing. The result is that spectral-reconstruction accuracy based on the DOMP algorithm is higher than for the other three methods. The root-mean-square error and color difference decreases with an increasing number of principal components. The reconstruction error decreases as the number of iterations increases. Spectral reconstruction based on the DOMP algorithm can improve the accuracy of color-information replication effectively, and high-accuracy color-information reproduction can be realized.
To improve the identification power of TLC/HPTLC the in situ reflectance spectra obtained directly from plates with commercial scanner are used. The spectrum normalization should be carried out prior to comparing and searching the spectra from library for the identification of compounds. Because the reflectance does not obey the Lambert-Beer's law, there arise some problems in normalization. These problems could be solved to some extent by normalizing the spectra with regression methods. The spectra are manipulated with the regression function of a curve obtained from the correlation plot. When the parabola was used as the manipulating function, the spectra were identified with the accuracy of 97% and this result was better than that of conventionally used the point and area normalization method.
The development and evolution of near infra-red spectroscopic (NIS) calibrations for high-moisture materials is an expensive proposition. Such investment is suspect unless the instrument, or instruments, on which calibrations were developed can be preserved intact or re-standardized as component replacements occurs. The objective of this paper is to detail the changes in performance of a six-year old instrument after maintenance in years five and six resulted in collection of spectral data that was increasingly removed from the calibration population. Calibrations for the analysis of mature sugarcane stalks, a high-moisture material, were developed successfully in 1995 using a broad sample population in terms of genetics, and spectral and temporal variation. The spectral library was further broadened in 1996. In 1997, 1999, 1999, and 2000, additional samples constituting 10% of the laboratories throughput were subjected to full component analyses using routine laboratory techniques. These samples were primarily random samples, but were complemented with samples that were significant for the spectral H statistic or for the component t statistic. In 1998, an additional calibration was developed for populations consisting of samples of either mature stalks (culms) or sucker culms. Substantial additional samples numbers were collected for this calibration in 1999 and 2000. Attempts to standardize the scanning spectrophotometer used for these calibrations with a second similar instrument in 1999 failed because the instruments were optically different, and standardization could not account for this. Maintenance adjustments were made to the remote reflectance probe of the original instrument in 1999, and replacement of its PbS detectors was done in 2000. Spectral data collected in 1999 and 2000 yielded spectral populations that were increasingly removed from the respective spectral populations on which the calibrations were developed. The mature stalk calibrations benefited marginally from evolutionary calib.
La, Phu Hien;Jeon, Min Cheol;Eo, Yang Dam;Nguyen, Quang Minh;Lee, Mi Hee;Pyeon, Mu Wook
한국측량학회지
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제34권2호
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pp.121-132
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2016
This study proposes an approach for simulating high spatial resolution satellite images acquired under arbitrary sun-sensor geometry using existing images and 3D (three-dimensional) data. First, satellite images, having significant differences in spectral regions compared with those in the simulated image were transformed to the same spectral regions as those in simulated image by using the UPDM (Universal Pattern Decomposition Method). Simultaneously, shadows cast by buildings or high features under the new sun position were modeled. Then, pixels that changed from shadow into non-shadow areas and vice versa were simulated on the basis of existing images. Finally, buildings that were viewed under the new sensor position were modeled on the basis of open library-based 3D reconstruction program. An experiment was conducted to simulate WV-3 (WorldView-3) images acquired under two different sun-sensor geometries based on a Pleiades 1A image, an additional WV-3 image, a Landsat image, and 3D building models. The results show that the shapes of the buildings were modeled effectively, although some problems were noted in the simulation of pixels changing from shadows cast by buildings into non-shadow. Additionally, the mean reflectance of the simulated image was quite similar to that of actual images in vegetation and water areas. However, significant gaps between the mean reflectance of simulated and actual images in soil and road areas were noted, which could be attributed to differences in the moisture content.
본 연구에서는 초분광영상의 국내 연안 활용 범위 확대 및 정확성 향상을 위해, 국외 연안지역에 대한 항공기 및 위성 탑재 초분광영상의 다양한 처리 기법을 소개한다. 육상과 달리, 가시광선 영역에서 미세한 반사율을 보이는 해양의 경우 보다 정밀한 대기보정이 요구된다. 이와 함께, 태양-해수면-센서의 기하학적 특징으로 나타나는 태양광 정반사(sun-glint)와 같은 이상 현상을 제거하기 위한 다양한 기법도 개발되어 왔다. 대기 및 정반사 보정된 초분광영상은 연안지역의 수심추정과 산호와 같은 저서 생물 및 해저면 종류 분류, 저서 생물 상태 모니터링에 활용되는데, 주로 복사전달모델과 분광라이브러리에 기반을 둔 반분석적 기법을 사용한다. 이는 초분광영상의 많은 분광 정보를 활용하는 방법으로, 실험적 모델을 적용하는 다중분광자료에 비해 상대적으로 정확도가 높다. 광학영상의 해양활용에서 있어 수심 및 수질은 매우 중요한 제약점으로, 특히 복사전달모델에 기반을 둔 분석에 따르면 초분광영상은 최대 25m까지 수심측정이나 해저면 분류가 가능하다고 하나, 실제 많은 연구에서 항공기 및 위성 탑재 초분광영상은 수심 10m 이내의 연안지역에서 활용되고 있다. 이와 같은 연구결과를 바탕으로 국내 연안지역의 초분광영상자료의 정확하고 정량적인 연안 활용을 위해서는 최대 탐지 가능한 수심 및 수질조건 등에 대한 분석이 필요하다는 것을 확인하였다. 또한 국내 연안지역에 대해 분류 가능한 저서 생물과 해저면의 분류 및 분광라이브러리 구축의 필요성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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