The electrochemical or optical sensors for environmental pollutants are developed over the past several years. Nowadays, the development of colorimetric sensing is particularly challenging since it requires no equipment at all as color changes can be detected by the naked eye. Visual detection can give immediate qualitative information and is becoming increasingly appreciated in terms of quantitative analysis. In addition, simple colorimetric-sensor have shown useful in the detection, identification, and quantification of volatile organic compounds(VOC) in gas phase or heavy metal ion in aqueous phase. In this review, we investigated the wide applications and some drawbacks of colorimetric-sensors. And thus, we try to suggest the methodologies of development approach of multi-functional and reversible colorimetric-sensor.
Satellite-derived ocean color products are required to effectively monitor clear open ocean and coastal water regions for various research fields. For this purpose, accurate correction of atmospheric effect is essential. Currently, the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI)-II ground segment uses the reanalysis of meteorological fields such as European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) or National Centers for Environmental Prediction (NCEP) to correct gas absorption by water vapor and ozone. In this process, uncertainties may occur due to the low spatiotemporal resolution of the meteorological data. In this study, we develop water vapor absorption correction model for the GK-2 combined GOCI-II atmospheric correction using Advanced Meteorological Imager (AMI) total precipitable water (TPW) information through radiative transfer model simulations. Also, we investigate the impact of the developed model on GOCI products. Overall, the errors with and without water vapor absorption correction in the top-of-atmosphere (TOA) reflectance at 620 nm and 680 nm are only 1.3% and 0.27%, indicating that there is no significant effect by the water vapor absorption model. However, the GK-2A combined water vapor absorption model has the large impacts at the 709 nm channel, as revealing error of 6 to 15% depending on the solar zenith angle and the TPW. We also found more significant impacts of the GK-2 combined water vapor absorption model on Rayleigh-corrected reflectance at all GOCI-II spectral bands. The errors generated from the TOA reflectance is greatly amplified, showing a large error of 1.46~4.98, 7.53~19.53, 0.25~0.64, 14.74~40.5, 8.2~18.56, 5.7~11.9% for from 620 nm to 865 nm, repectively, depending on the SZA. This study emphasizes the water vapor correction model can affect the accuracy and stability of ocean color products, and implies that the accuracy of GOCI-II ocean color products can be improved through fusion with GK-2A/AMI.
Correlation between chlorophyll a in the East China Sea and spectral bands (412, 443, 490, (510), 555, (676, 765)nm) of Ocean Scanning Multi-Spectral Imager (OSMI) including the profile multi-spectral radiometer (PRR-800) was studied. The values of remote sensing reflectance (Rrs) at the bands corresponding to the field chlorophyll $\alpha$ in the East China Sea were much higher than those in clear waters off California, USA. In case of the particle absorptions related to the chlorophyll a concentration at the spectral bands (440, 670nm) were much higher in the East China Sea than the ones in the clean waters off California. The normalized water leaving radiances (nLw) at 412, 443, 490, 555 nm of OSMI and the field chlorophyll a in the East China Sea were correlated each other. According to the results, the relationship between field chlorophyll $\alpha$ and nLw 410 nm in OSMI bands was the lowest, whereas that between field chlorophyll a and nLw 555 nm in the bands was the highest. Reciprocal action between the field chlorophyll a and the band ratio of the OSMI bands (nLw410/nLw555, nLw443/nLw555, nLw490/nLw555) was also studied. Relationship between the chlorophyll $\alpha$ and the band ratio (nLw490/nLw555) was highest in the OSMI bands. Relationship between the chlorophyll $\alpha$ and the ratio (nLw490/nLw555) was higher than one in the nLw410/nLw555. The difference in the estimated chlorophyll $\alpha$ (mg/m$^3$) between OSMI and SeaWiFS (Sea Viewing Wide Field-of-View Sensor) at the special observing stations in the northern eastern sea of Jeju Island in February 25, 2002 was about less than 0.3 mg/m$^3$ within 3 hours. It is suggested that OC2 (ocean color chlorophyll 2 algorithm) be used to get much better estimation of chlorophyll $\alpha$ from OSMI than the ones from the updated algorithms as OC4.
The diketopyrrolopyrrole (DPP) pigment is a bicyclic 8-π-electron system containing two lactam units. Typical DPP derivative pigments have melting points of over 350°C and very low solubility in most solvents, and show absorption in the visible region with a molar extinction coefficient of 33,000 dm2mol−1 and strong photoluminescence with maxima in the range 500–600 nm. X-ray structure analyses of DPP show that the whole molecule is almost in one plane. The phenyl rings are twisted out of the heterocyclic plane and the intermolecular hydrogen bonding between neighboring lactam NH and carbonyl units influences the structure of the DPP pigment in the solid state. In this study, mono-N-alkylation and mono-N-arylation were undertaken for Pigment Red 264 or Pigment Orange 73 with alkyl halide and aryl halide, respectively, in the presence of sodium tert-butoxide as a base catalyst to improve the solubility of DPP pigments and their application as CO2 indicators. The synthetic yield was in the range 11–88%. The indicator dyes are highly soluble in organic solvents and shows pH-dependent absorption (λmax 501 and 572 nm for the protonated and deprotonated forms, respectively) and emission (λmax 524 and 605 nm for the protonated and deprotonated forms, respectively) spectra. The mono-N-alkylated and mono-N-arylated DPP pigment was identified by 1H-NMR (1H-Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer), FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), and MS (Mass Spectrometry). According to the results of color and hue properties obtained by a color matching analyzer, the synthesized DPP pigment material can be used as a CO2 indicator.
Ji, Min-Seok;Kim, Byeong-Kwan;Kim, Jun-Woo;Park, Nae-Hyeok;Park, Hyoung-keun
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.1
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pp.139-146
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2022
Mountain accidents such as forest fires and missing people are increasing as hikers increase due to indoor activities restrictions caused by the prolonged COVID-19 incident. If a dangerous situation occurs at outside where rescue workers cannot reach, the search time for person can be reduced using a quadcopter. Considering this, in this paper, Multiwii is used to smoothly hover the quadcopter by setting optimized PID values of the x-axis, y-axis, and z-axis (Yaw) according to the change in the inclination of the gas. In addition, after installing Open CV on Raspberry Pie, the camera uses HSV color space to filter the color such as the description of the person, and uses a thermal imaging camera to receive thermal sensing images in real time in environments where color extraction is difficult. As a result, it was confirmed that hovering was possible at a height of 2 to 8 m, blue extraction was possible at a height of 5 m, and heat detection was possible at a distance of less than 10 cm.
Eunkyung Lee;Sujung Bae;Jae-Hyun Ahn;Kyeong-Sang Lee
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.6_2
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pp.1553-1563
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2023
The Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II) is a satellite designed for ocean color observation, covering the Northeast Asian region and the entire disk of the Earth. It commenced operations in 2020, succeeding its predecessor, GOCI, which had been active for the previous decade. In this study, we aimed to enhance the atmospheric correction algorithm, a critical step in producing satellite-based ocean color data, by performing cross-calibration on the GOCI-II near-infrared (NIR) band using the GOCI NIR band. To achieve this, we conducted a cross-calibration study on the top-of-atmosphere (TOA) radiance of the NIR band and derived a vicarious calibration gain for two NIR bands (745 and 865 nm). As a result of applying this gain, the offset of two sensors decreased and the ratio approached 1. It shows that consistency of two sensors was improved. Also, the Rayleigh-corrected reflectance at 745 nm and 865 nm increased by 5.62% and 9.52%, respectively. This alteration had implications for the ratio of Rayleigh-corrected reflectance at these wavelengths, potentially impacting the atmospheric correction results across all spectral bands, particularly during the aerosol reflectance correction process within the atmospheric correction algorithm. Due to the limited overlapping operational period of GOCI and GOCI-II satellites, we only used data from March 2021. Nevertheless, we anticipate further enhancements through ongoing cross-calibration research with other satellites in the future. Additionally, it is essential to apply the vicarious calibration gain derived for the NIR band in this study to perform vicarious calibration for the visible channels and assess its impact on the accuracy of the ocean color products.
Hye-Kyeong Shin;Jae Yeop Kwon;Pyeong Joong Kim;Tae-Ho Kim
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.6_1
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pp.1255-1272
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2023
Satellite-based chlorophyll-a concentration, produced as a long-term time series, is crucial for global climate change research. The production of data without gaps through the merging of time-synthesized or multi-satellite data is essential. However, studies related to satellite-based chlorophyll-a concentration in the waters around the Korean Peninsula have mainly focused on evaluating seasonal characteristics or proposing algorithms suitable for research areas using a single ocean color sensor. In this study, a merging dataset of remote sensing reflectance from the geostationary sensor GOCI-II and polar-orbiting sensors (MODIS, VIIRS, OLCI) was utilized to achieve high spatial coverage of chlorophyll-a concentration in the waters around the Korean Peninsula. The spatial coverage in the results of this study increased by approximately 30% compared to polar-orbiting sensor data, effectively compensating for gaps caused by clouds. Additionally, we aimed to quantitatively assess accuracy through comparison with global chlorophyll-a composite data provided by Ocean Colour Climate Change Initiative (OC-CCI) and GlobColour, along with in-situ observation data. However, due to the limited number of in-situ observation data, we could not provide statistically significant results. Nevertheless, we observed a tendency for underestimation compared to global data. Furthermore, for the evaluation of practical applications in response to marine disasters such as red tides, we qualitatively compared our results with a case of a red tide in the East Sea in 2013. The results showed similarities to OC-CCI rather than standalone geostationary sensor results. Through this study, we plan to use the generated data for future research in artificial intelligence models for prediction and anomaly utilization. It is anticipated that the results will be beneficial for monitoring chlorophyll-a events in the coastal waters around Korea.
Several MODIS AQUA products have been compared with shipboard data to assess the possibility of using remote sensing to estimate particulate organic carbon (POC) concentration in the surface waters of the East Sea. A total of 30 POC profiles obtained in spring and summer seasons of the years of 2006~2010 were compared with remote sensing reflectance at various wavelengths and diffuse attenuation coefficient at 490 nm observed by MODIS AQUA. The algorithm thus established was $POC=266.85^*[R_{rs}(488)/R_{rs}(555)]^{-1.447}$ ($R^2=0.924$) with root mean square error of 20.9 mg $m^{-3}$. Remotely sensed POC contents derived using our algorithm appeared also not to be affected by the presence of non-POC component in suspended particulate matter. Therefore this algorithm could be applied to obtain POC concentration over the East Sea using MODIS Aqua observation.
Min Jee-Eun;Ahn Yu-Hwan;Lee Kyu-Sung;Ryu Joo-Hyung
Korean Journal of Remote Sensing
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v.22
no.2
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pp.87-99
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2006
The Median Resolution Sensors (MRSs) for land observation such as Landsat-ETM+ and SPOT-HRV are more effective than Ocean Color Sensors (OCSs) for studying of detailed ecological and biogeochemical components of the coastal waters. In this study, we developed suspended sediment algorithm for Landsat TM/ETM+ by considering the spectral response curve of each band. To estimate suspended sediment concentration (SS) from satellite image data, there are two difference types of algorithms, that are derived for enhancing the accuracy of SS from Landsat imagery. Both empirical and remote sensing reflectance model (hereafter referred to as $R_{rs}$ model) are used here. This study tried to compare two algorithm, and verified using in situ SS data. It was found that the empirical SS algorithm using band 2 produced the best result. $R_{rs}$ model-based SS algorithm estimated higher values than empirical SS algorithm. In this study we used $R_{rs}$ model developed by Ahn (2000) focused on the Mediterranean coastal area. That's owing to the difference of oceanic characteristics between Mediterranean and Korean coastal area. In the future we will improve that $R_{rs}$ model for the Korean coastal area, then the result will be advanced.
Suho Bak;Heung-Min Kim;Youngmin Kim;Inji Lee;Miso Park;Seungyeol Oh;Tak-Young Kim;Seon Woong Jang
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.6_1
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pp.1195-1210
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2023
Coastal debris has emerged as a salient issue due to its adverse effects on coastal aesthetics, ecological systems, and human health. In pursuit of effective countermeasures, the present study delineated the construction of a specialized image dataset for coastal debris detection and embarked on a comparative analysis between two paramount real-time object detection algorithms, YOLOv8 and RT-DETR. Rigorous assessments of robustness under multifarious conditions were instituted, subjecting the models to assorted distortion paradigms. YOLOv8 manifested a detection accuracy with a mean Average Precision (mAP) value ranging from 0.927 to 0.945 and an operational speed between 65 and 135 Frames Per Second (FPS). Conversely, RT-DETR yielded an mAP value bracket of 0.917 to 0.918 with a detection velocity spanning 40 to 53 FPS. While RT-DETR exhibited enhanced robustness against color distortions, YOLOv8 surpassed resilience under other evaluative criteria. The implications derived from this investigation are poised to furnish pivotal directives for algorithmic selection in the practical deployment of marine debris monitoring systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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