Pseudo Image Composition and Sensor Models Analysis of SPOT Satellite Imagery of Non-Accessible Area

비접근 지역에 대한 SPOT 위성영상의 Pseudo영상 구성 및 센서모델 분석

The satellite sensor model is typically established using ground control points acquired by ground survey Of existing topographic maps. In some cases where the targeted area can't be accessed and the topographic maps are not available, it is difficult to obtain ground control points so that geospatial information could not be obtained from satellite image. The paper presents several satellite sensor models and satellite image decomposition methods for non-accessible area where ground control points can hardly acquired in conventional ways. First, 10 different satellite sensor models, which were extended from collinearity condition equations, were developed and then the behavior of each sensor model was investigated. Secondly, satellite images were decomposed and also pseudo images were generated. The satellite sensor model extended from collinearity equations was represented by the six exterior orientation parameters in 1$^{st}$, 2$^{nd}$ and 3$^{rd}$ order function of satellite image row. Among them, the rotational angle parameters such as $\omega$(omega) and $\phi$(phi) correlated highly with positional parameters could be assigned to constant values. For non-accessible area, satellite images were decomposed, which means that two consecutive images were combined as one image. The combined image consists of one satellite image with ground control points and the other without ground control points. In addition, a pseudo image which is an imaginary image, was prepared from one satellite image with ground control points and the other without ground control points. In other words, the pseudo image is an arbitrary image bridging two consecutive images. For the experiments, SPOT satellite images exposed to the similar area in different pass were used. Conclusively, it was found that 10 different satellite sensor models and 5 different decomposed methods delivered different levels of accuracy. Among them, the satellite camera model with 1$^{st}$ order function of image row for positional orientation parameters and rotational angle parameter of kappa, and constant rotational angle parameter omega and phi provided the best 60m maximum error at check point with pseudo images arrangement.

일반적으로 위성영상의 센서에 대한 모델은 촬영대상지역의 지상기준점을 이용하여 결정하며, 이와 같은 지상기준점은 기존 지형도를 이용하거나 또는 지상측량에 의하여 획득한다. 그러나 지구관측위성에서 얻어진 영상의 촬영지역이 비접근 지역인 경우에는 지상측량에 의하여 지상기준점을 획득하기 어려우며, 또한 대상지역의 지형도가 제작되어 있지 않은 경우에는 실질적으로 위성영상을 이용하여 지형정보를 추출하기 어려운 실정이다. 본 논문은 지상기준점의 취득이 어려운 비접근 지역에 대한 위성영상에서 지형정보를 획득하기 위한 방법을 제시하였다. 먼저, 공선조건식을 기반으로 10개의 위성센서모델을 개발하고, 개발된센서모델의 거동을 분석하기 위하여 Space Resection 및 Space Inetersection을 통해 각각의 센서모델에 대한 적합성을 실험하였다. 이를 바탕으로 비접근 지역에 대한 지형정보를 취득하기 위하여 영상을 재구성하거나 Pseudo 영상을 제작하고, 이에 대한 센서모델의 거동 및 정확도를 분석.제시하였다. 공선조건식을 이용한 Pushbroom 위성영상의 센서모델은 투영 중심의 위치와 회전요소에 대한 6개의 외부표정요소와 상관도가 높은 회전요소($\omega$, $\phi$)를 고정된 값으로 사용하는 센서모델을 개발하였다. 비접근 지역의 영상으로부터 Pseudo 영상을 임의로 제작하여 패스내에서 중복영역을 갖도록 구성하였다. 본 연구에서 이용한 인공위성 데이터는 서로 다른 패스에서 동일한 지역을 촬영한 SPOT 영상이며, 각각의 패스에서 두 장의 연속된 영상을 이용하였다. 개발된 10개의 센서모델과 5가지의 영상 재구성 방법에 따라 비접근 지역에서의 정확도는 다르게 나타났으며, 그 중 투영중심의 위치 및 회전요소 k를 1차 함수로 표현하고 회전요소 $\omega$, $\phi$를 고정시킨 센서모델과 Pseudo 영상을 이용한 방법이 비접근 지역 60km 지점의 검사점에서 최대오차 60m의 결과를 보였다.