Analysis on Topographic Normalization Methods for 2019 Gangneung-East Sea Wildfire Area Using PlanetScope Imagery

Topographic normalization reduces the terrain effects on reflectance by adjusting the brightness values of the image pixels to be equal if the pixels cover the same land-cover. Topographic effects are induced by the imaging conditions and tend to be large in high mountainousregions. Therefore, image analysis on mountainous terrain such as estimation of wildfire damage assessment requires appropriate topographic normalization techniques to yield accurate image processing results. However, most of the previous studies focused on the evaluation of topographic normalization on satellite images with moderate-low spatial resolution. Thus, the alleviation of topographic effects on multi-temporal high-resolution images was not dealt enough. In this study, the evaluation of terrain normalization was performed for each band to select the optimal technical combinations for rapid and accurate wildfire damage assessment using PlanetScope images. PlanetScope has considerable potential in the disaster management field as it satisfies the rapid image acquisition by providing the 3 m resolution daily image with global coverage. For comparison of topographic normalization techniques, seven widely used methods were employed on both pre-fire and post-fire images. The analysis on bi-temporal images suggests the optimal combination of techniques which can be applied on images with different land-cover composition. Then, the vegetation index was calculated from the images after the topographic normalization with the proposed method. The wildfire damage detection results were obtained by thresholding the index and showed improvementsin detection accuracy for both object-based and pixel-based image analysis. In addition, the burn severity map was constructed to verify the effects oftopographic correction on a continuous distribution of brightness values.

2019 강릉-동해 산불 피해 지역에 대한 PlanetScope 영상을 이용한 지형 정규화 기법 분석

지형 정규화 기법은 영상 촬영 시의 광원, 센서 및 지표면 특성에 따라 발생하는 밝기값 상의 지형적인 영향을 제거하는 방법으로, 지형 조건으로 인해 동일 피복의 픽셀들이 서로 다른 밝기값을 지닐 때 그 차이를 감소시킴으로써 평면 상의 밝기값과 같아 보이도록 보정한다. 이러한 지형적인 영향은 일반적으로 산악 지형에서 크게 나타나며, 이에 따라 산불 피해 지역 추정과 같은 산악 지형에 대한 영상 활용에서는 지형 정규화 기법이 필수적으로 고려되어야 한다. 그러나 대부분의 선행연구에서는 중저해상도의 위성영상에 대한 지형 보정 성능 및 분류 정확도 영향 분석을 수행함으로써, 고해상도 다시기 영상을 이용한 지형 정규화 기법 분석은 충분히 다루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 PlanetScope 영상을 이용하여 신속하고 정확한 국내 산불 피해 지역 탐지를 위한 각 밴드별 최적의 지형 정규화 기법 평가 및 선별을 수행하였다. PlanetScope 영상은 3 m 공간 해상도의 전세계 일일 위성영상을 제공한다는 점에서 신속한 영상 수급 및 영상 처리가 요구되는 재난 피해 평가 분야에 높은 활용 가능성을 지닌다. 지형 정규화 기법 비교를 위해 보편적으로 이용되고 있는 7가지 기법을 구현하였으며, 토지 피복 구성이 상이한 산불 전후 영상에 모두 적용, 분석함으로써 종합적인 피해 평가에 활용될 수 있는 밴드 별 최적 기법 조합을 제안하였다. 제안된 방법을 통해 계산된 식생 지수를 이용하여 화재 피해 지역 변화 탐지를 수행하였으며, 객체 기반 및 픽셀 기반 방법 모두에서 향상된 탐지 정확도를 나타내었다. 또한, 화재 피해 심각도(burn severity) 매핑을 통해 지형 정규화 기법이 연속적인 밝기값 분포에 미치는 효과를 확인하였다.