Various algorithms such as Chronochrome(CC), Principle Component Analysis(PCA), and spectral unmixing have been studied for hyperspectral change detection. Change detection by spectral unmixing offers useful information on the nature of the change compared to the other change detection methods which provide only the locations of changes in the scene. However, hyperspectral change detection by spectral unmixing is still in an early stage. This research proposed a new approach to extract endmembers, which have identical properties in temporally different images, by Iterative Error Analysis (IEA) and Spectral Angle Mapper(SAM). The change map obtained from the difference of abundance efficiently showed the changed pixels. Simulated images generated from Compact Airborne Spectrographic Imager (CASI) and Hyperion were used for change detection, and the experimental results showed that the proposed method performed better than CC, PCA, and spectral unmixing using N-FINDR. The proposed method has the advantage of automatically extracting endmembers without prior information, and it could be applicable for the real images composed of many materials.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.4
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pp.716-723
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2008
With rapid development of science and technology and recent widening of mankind's range of activities, development of coastal waters and the environment have emerged as global issues. In relation to this, to allow more extensive analyses, the use of satellite images has been on the increase. This study aims at utilizing hyperspectral satellite images in determining the depth of coastal waters more efficiently. For this purpose, a partial image of the research subject was first extracted from an EO-1 Hyperion satellite image, and atmospheric and geometric corrections were made. Minimum noise fraction (MNF) transformation was then performed to compress the bands, and the band most suitable for analyzing the characteristics of the water body was selected. Within the chosen band, the diffuse attenuation coefficient Kd was determined. By deciding the end-member of pixels with pure spectral properties and conducting mapping based on the linear spectral unmixing method, the depth of water at the coastal area in question was ultimately determined. The research findings showed the calculated depth of water differed by an average of 1.2 m from that given on the digital sea map; the errors grew larger when the water to be measured was deeper. If accuracy in atmospheric correction, end-member determination, and Kd calculation is enhanced in the future, it will likely be possible to determine water depths more economically and efficiently.
Satellite images have been used to obtain land cover information that is one of important factors for hydrological analysis over a large area. In urban area, more detailed land cover data are often required for hydrological analysis because of the relatively complex land cover types. The number of land cover classes that can be classified with traditional multispectral data is usually less than the ones required by most hydrological uses. In this study, we present the capabilities of hyperspectral data (Hyperion) for the classification of hydrological land cover types in urban area. To obtain 17 classes of urban land cover defined by the USDA SCS, spectral mixture analysis was applied using eight endmembers representing both impervious and pervious surfaces. Fractional values from the spectral mixture analysis were then reclassified into 17 cover types according to the ratio of impervious and pervious materials. The classification accuracy was then assessed by aerial photo interpretation over 10 sample plots.
Park, Jae-Jin;Park, Kyung-Ae;Foucher, Pierre-Yves;Kim, Tae-Sung;Lee, Moonjin
Journal of the Korean earth science society
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v.42
no.6
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pp.623-631
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2021
The increased transport of marine hazardous and noxious substances (HNS) has resulted in frequent HNS spill accidents domestically and internationally. There are about 6,000 species of HNS internationally, and most of them have toxic properties. When an accidental HNS spill occurs, it can destroys the marine ecosystem and can damage life and property due to explosion and fire. Constructing a spectral library of HNS according to wavelength and developing a detection algorithm would help prepare for accidents. In this study, a ground HNS spill experiment was conducted in France. The toluene spectrum was determined through hyperspectral sensor measurements. HNS present in the hyperspectral images were detected by applying the spectral mixture algorithm. Preprocessing principal component analysis (PCA) removed noise and performed dimensional compression. The endmember spectra of toluene and seawater were extracted through the N-FINDR technique. By calculating the abundance fraction of toluene and seawater based on the spectrum, the detection accuracy of HNS in all pixels was presented as a probability. The probability was compared with radiance images at a wavelength of 418.15 nm to select abundance fractions with maximum detection accuracy. The accuracy exceeded 99% at a ratio of approximately 42%. Response to marine spills of HNS are presently impeded by the restricted access to the site because of high risk of exposure to toxic compounds. The present experimental and detection results could help estimate the area of contamination with HNS based on hyperspectral remote sensing.
A sedimentation study of the Cheonripo intertidal beach sands and its related coastal dune sands, Cheonripo, Seosan Gun, Choongcheong Namdo, Korea has been carried out based on a series of several summer time field surveys. Each subenvironment in the Cheonripo coastal zone, that is, intertidal sand beach and coastal sand dune, could be differenciated in terms of textural parameters. The coastal dune sands are finer than the intertidal beach sands in mean grain size, and the sorting of dune sands is relatively poorer than that of intertidal beach sands. However, the skewness of intertidal beach and dune sands is commonly positive. Such textural parameters are characteristically differentiated on scatter diagrams. A series of megaripple bedform observations for 6 tidal cycle periods(August 13, 14 and 15, 1990) are interpreted to find out migration pattern of bedforms and its related sand migration. Such migration natures are shown on the tables and figures.
In the middle-resolution remote sensing, the Ground Sampled Distance (GSD) that the detector senses and samples is generally larger than the actual size of the objects (or materials) of interest, and so several objects are embedded in a single pixel. In this case, as it is impossible to detect these objects by the conventional spatial-based image processing techniques, it has to be carried out at sub-pixel level through spectral properties. In this paper, we explain the sub-pixel analysis algorithm, also known as the Linear Spectral Mixing (LSM) model, which has been experimented using the Hyperion data. To find Endmembers used as the prior knowledge for LSM model, we applied the concept of the convex geometry on the two-dimensional scatter plot. The Atmospheric Correction and Minimum Noise Fraction techniques are presented for the pre-processing of Hyperion data. As LSM model is the simplest approach in sub-pixel analysis, the results of our experiment is not good. But we intend to say that the sub-pixel analysis shows much more information in comparison with the image classification.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.3
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pp.211-218
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2015
The analysis of remote sensing data depends on sensor specifications that provide accurate and consistent measurements. However, it is not easy to establish confidence and consistency in data that are analyzed by different sensors using various radiometric scales. For this reason, the cross-calibration method is used to calibrate remote sensing data with reference image data. In this study, we used an airborne hyperspectral image in order to calibrate a multispectral image. We presented an automatic cross-calibration method to calibrate a multispectral image using hyperspectral data and spectral mixture analysis. The spectral characteristics of the multispectral image were adjusted by linear regression analysis. Optimal endmember sets between two images were estimated by spectral mixture analysis for the linear regression analysis, and bands of hyperspectral image were aggregated based on the spectral response function of the two images. The results were evaluated by comparing the Root Mean Square Error (RMSE), the Spectral Angle Mapper (SAM), and average percentage differences. The results of this study showed that the proposed method corrected the spectral information in the multispectral data by using hyperspectral data, and its performance was similar to the manual cross-calibration. The proposed method demonstrated the possibility of automatic cross-calibration based on spectral mixture analysis.
Fire fuel map is one of the most critical factors for planning and managing the fire hazard and risk. However, fuel mapping is extremely difficult because fuel properties vary at spatial scales, change depending on the seasonal situations and are affected by the surrounding environment. Remote sensing has potential to reduce the uncertainty in mapping fuels and offers the best approach for improving our abilities. Especially, Hyperspectral sensor have a great potential for mapping vegetation properties because of their high spectral resolution. The objective of this paper is to evaluate the potential of mapping fuel properties using Hyperion hyperspectral remote sensing data acquired in April, 2002. Fuel properties are divided into four broad categories: 1) fuel moisture, 2) fuel green live biomass, 3) fuel condition and 4) fuel types. Fuel moisture and fuel green biomass were assessed using canopy moisture, derived from the expression of liquid water in the reflectance spectrum of plants. Fuel condition was assessed using endmember fractions from spectral mixture analysis (SMA). Fuel types were classified by fuel models based on the results of SMA. Although Hyperion imagery included a lot of sensor noise and poor performance in liquid water band, the overall results showed that Hyperion imagery have good potential for wildfire fuel mapping.
In this paper, a new spectral unmixing based target detection algorithm is proposed which adopted Iterative Error Analysis as a tool for extraction of background endmembers by using the target spectrum to be detected as initial endmember. In the presented method, the number of background endmembers is automatically decided during the IEA by stopping the iteration when the maximum change in abundance of the target is less than a given threshold value. The proposed algorithm does not have the dependence on the selection of image endmembers in the model-based approaches such as Orthogonal Subspace Projection and the target influence on the background statistics in the stochastic approaches such as Matched Filter. The experimental result with hyperspectral image data where various real and simulated targets are implanted shows that the proposed method is very effective for the detection of both rare and non-rare targets. It is expected that the proposed method can be effectively used for mineral detection and mapping as well as target object detection.
Kim, Sang Min;Yoon, Sang Hyun;Ju, Sungha;Heo, Joon
Ecology and Resilient Infrastructure
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v.5
no.2
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pp.59-71
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2018
Lake Enriquillo, the largest lake in the Dominican Republic, recently has undergone unusual water area changes since 2001 thus it has been affected seriously by local community's livelihood. Earthquakes and seismic activities of Hispaniola plate tectonic coupled with human activities and climate change are addressed as factors causing the increasing. Thus, a thorough study on relationship between lake area changing, and those factors is needed urgently. To do so, this study applied MESMA on MODIS data to extract water area of Lake Enriquillo during 2001 and 2012 bimonthly, with six issues 12-year. MODIS provides high temporal resolution, and its coarse spatial resolution is compensated by MESMA fraction map. The increase in water area was $142.2km^2$, and the maximum lake area was $338.0km^2$ (in 2012). Water areas extracted by two Landsat scenes at two different times with three image classification approaches (ISODATA, MNDWI, and TCW) were used to assess accuracy of MODIS and MESMA results; it indicated that MESMA water areas are same as ISODATA's, less than 0.4%, while the highest difference is between MESMA and TCW, 2.4%. A number of previously formulated hypotheses of lake area change were investigated based on the outcomes of the present study, though none of them could fully explain the changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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