Land Cover Classification of High-Spatial Resolution Imagery using Fixed-Wing UAV

고정익 UAV를 이용한 고해상도 영상의 토지피복분류

Abstract

Purpose: UAV-based photo measurements are being researched using UAVs in the space information field as they are not only cost-effective compared to conventional aerial imaging but also easy to obtain high-resolution data on desired time and location. In this study, the UAV-based high-resolution images were used to perform the land cover classification. Method: RGB cameras were used to obtain high-resolution images, and in addition, multi-distribution cameras were used to photograph the same regions in order to accurately classify the feeding areas. Finally, Land cover classification was carried out for a total of seven classes using created ortho image by RGB and multispectral camera, DSM(Digital Surface Model), NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), GLCM(Gray-Level Co-occurrence Matrix) using RF (Random Forest), a representative supervisory classification system. Results: To assess the accuracy of the classification, an accuracy assessment based on the error matrix was conducted, and the accuracy assessment results were verified that the proposed method could effectively classify classes in the region by comparing with the supervisory results using RGB images only. Conclusion: In case of adding orthoimage, multispectral image, NDVI and GLCM proposed in this study, accuracy was higher than that of conventional orthoimage. Future research will attempt to improve classification accuracy through the development of additional input data.

연구목적: UAV기반의 사진측량은 기존 항공촬영에 비해 비용이 절감될 뿐만 아니라 원하는 시간과 장소에 대한 고해상도의 데이터를 취득하기 용이하기 때문에, 공간정보 분야에서도 UAV를 활용한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 UAV 기반의 고해상도 영상을 활용하여 토지피복 분류를 수행하고자 하였다. 연구방법: 고해상도 영상의 획득을 위하여 RGB카메라를 사용하였으며, 추가적으로 식생지역을 정확하게 분류하기 위해서 다중분광 카메라를 사용하여 동일 지역을 추가 촬영하였다. 최종적으로 RGB 및 다중분광 카메라를 이용하여 생성된 정사영상, DSM(Digital Surface Model), NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), GLCM(Gray-Level Co-occurrence Matrix)을 이용하여 대표적인 감독분류기법인 RF(Random Forest)방법을 이용해 총 7개 클래스에 대해 토지피복분류를 수행하였다. 연구결과: 분류정확도 평가를 위해 오차행렬을 기반으로 한 정확도 평가를 실시하였으며, 정확도 평가 결과 RGB 영상만을 이용한 감독분류결과와 비교하여 제안 방법이 해당 지역의 클래스를 효과적으로 분류할 수 있음을 확인하였다. 결론: 본 연구에서 제안한 정사영상, 다중분광영상, NDVI, GLCM을 모두 추가한 경우 기존의 정사영상만을 이용하였을 때 보다 높은 정확도를 나타냈다. 추후 연구로는 추가적인 입력자료의 개발을 통해 분류 정확도를 향상시키고자 한다.

Fig. 1. Study flow

Fig. 2. Example of lens distortion correction

Fig. 3. Ortho image and DSM for target areas

Fig. 4. NDVI image

Fig. 5. GLCM image

Fig. 6. Classification according to input data

Fig. 7. Classification result

Table 1. Spec of UAV

Table 2. Spec of Multispectral camera

Table 3. Accuracy evaluation results in case 1

Table 4. Accuracy evaluation results in case 2

Table 5. Accuracy evaluation results in case 3

Table 6. Accuracy evaluation results in case 4