* 본 글은 공간정보교육포털 '스페이스인'의 [ QGIS 실습 ] 강의를 듣고 정리한 글입니다.
비교적 과거의 강의이기 때문에 현재의 기술과는 차이가 있을 수 있습니다.
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2. 위성영상자료
원격탐사시스템의 센서
- 원격탐사시스템은 물체로부터 반사/방사되는 전자파에너지의 크기를 감지하는 센서가 있어야 함
- 원격탐사시스템의 센서: 파장대별로 전자파에너지를 받으면, 전기적 반응을 일으키는 문질로 만들어줌
- 일정한 지표의 면적으로부터 반사/방사된 전자파에너지를 집결시킨 후 전자파에너지의 크기를 측정해 기록 > 수집된 자료의 집합이 원격탐사의 영상이 됨
- 전자파에너지를 집결시키는 방식과 전자파에너지를 감지하는 물질은 원격탐사시스템에 따라 다양함
위성영상의 공간해상도
- 센서에 감지되는 일정한 지표의 면적은 IFOV와 센서의 지표로부터의 높이에 의해 결정됨
- IFOV(Instantaneous Field of View, 순간시야각)
- 이를 바탕으로 1m x 1m, 30m x 30m 등과 같이 화소의 최적의 공간적 크기를 결정 > 이를 공간해상도라고 함
- 공간해상도: Ground Resolution Element
- 화소: 위성영상을 구성하는 최소의 단위
- 각 화소마다 센서에서 감지된 전자파에너지의 크기를 측정해 그 크기를 기입
- 다중분광 센서의 경우 전자파에너지의 파장대별로 측정치를 기록
- 영상자료의 해상도와 물체의 형상
- 공간해상도가 높으면 높은 만큼 위성영상이 보다 세밀한 영상을 제공
- 공간해상도를 줄여서 해상도라고도 하지만, 해상도에는 공간해상도, 분광해상도, 방사해상도, 시간해상도 등이 있기 때문에 사용과 해석에 주의가 필요
- 아래의 그림은 동일한 지역에 대한 영상이지만 공간해상도가 각각 다름
- 공간해상도가 1m에서 30m로 낮아지면서 동일지역 내 각종 지형지물의 형태가 어떻게 변화하는지 알 수 있음
- 해상도에 따라 영상을 분석하는 방법이 달라질 수 있음
- 분석 대상 지역의 공간적 크기나 분석 목적에 따라 선택해야 할 공간해상도가 달라질 수 있음 > 분석 대상의 영상을 선택할 때 공간해상도를 고려해야 함
- 예: 전 지구를 분석 대상으로 하는 환경연구에서는 1m 해상도 영상을 사용해 분석하기는 어려움
위성영상의 해상도별 분류
저해상도: IFOV ≤ 500m
- 저해상도에 해당하는 위성영상
- NOAA AVHRR
- MODIS
- SPOT VGT
중해상도: 5m < IFOV < 500m
- 중해상도에 해당하는 위성영상
- Landsat MSS
- Landsat TM, ETM+
- SPOT HRV
- IRS
- ASTER
- MODIS
고해상도: 5m ≤ IFOV
- 고해상도에 해당하는 위성영상
- Russian Imagery: SPIN-2
- IKONOS
- Quickbird
- KOMPSAT-2
- MODIS는 밴드에 따라 저해상도 또는 중해상도의 영상이 수집됨
위성영상별 주요제원
[저해상도] NOAA의 AVHRR
- Advanced Very High Resolution Radiometer
- AVHRR 밴드별 파장대
- 적외선 대역의 파장대에 대한 탐사를 담당
- 밴드와 공간해상도
- IFOV 1.1km로써 공간해상도가 4km인 위성영상자료가 만들어짐
| Band # | Spectral Location |
NOAA-6, 8, 10 | NOAA-7, 9, 11, 12, 14, 15 |
| 1 | Red | 0.58 - 0.68mm | 0.58 - 0.68mm |
| 2 | Near IR | 0.725 - 1.10mm | 0.725 - 1.10mm |
| 3 | Mid IR | 3.55 - 3.93mm | 3.55 - 3.93mm |
| 4 | Thermal | 10.50 - 11.50mm | 10.3 - 11.30mm |
| 5 | Thermal | 11.5 - 12.50mm |
- 활용 범위
- 해수면온도, 적설지역, 식생, 홍수 감시, 토양수분, 산불, 황사 등에 대한 현상을 전 지구적 혹은 대륙 차원에서 연구
[저해상도] MODIS
- Moderate Resolution Imaging Sepctro-Radiometer
- NASA가 주축이 되어 운영하며, 국제적 지구 관측 프로그램의 일환으로 수집되는 위성영상
- 공간해상도
- 밴드: 4.05 - 14.385mm 중 필요한 스펙트럼을 선택해 구성된 36개
- 밴드 1-2: 250m, 밴드 3-7: 500m, 밴드 8-36: 1km의 공간해상도
- MODIS에서는 36종류의 위성영상이 생성됨
- 활용범위
- 육지, 해양, 대기에 대한 동시적 종합적 자료 분석 가능
- 토지피복 특성, 구름 특성, 해양플랑크톤, 대기수증기량, 오존, 지표 및 구름 온도 등 분석
[저해상도] SPOT-4 VGT
- SPOT VEGETATION (*vegetation: 특정 지역, 환경의 초목/식물)
- SPOT는 저해상도와 중해상도의 위성영상 자료를 생성
- SPOT-4 VGT는 광범위한 지역의 식생의 모니터링을 위해 고안됨
- 적도의 일부 지역을 제외한 전 지구에 대해 1일 단위로 자료 수집이 가능한 원격탐사 시스템
- 공간해상도
- SPOT-4 VGT 밴드 > AVHRR과 유사한 센서
- Blue (B0): 0.43 -0.47
- Red (B2) 0.61 -0.68
- Near IR(근적외선) (B3): 0.79 -0.89
- Mid IR(중적외선) (B4): 1.58 -1.75
- SPOT-4 VGT의 공간해상도: 1km IFOV
- 영상의 폭: 2,000km FOV
- SPOT-4 VGT 밴드 > AVHRR과 유사한 센서
[중해상도] Landsat TM
- Landsat 위성은 1972년 이래 7번 발사됨
- Landsat 위성에 탑재된 센서: RDV, MSS, TM, ETM+
- 각각은 모두 밴드의 스펙트럼 영역, 공간해상도에서 차이가 있음
- Landsat TM의 밴드와 IFOV
- TM과 ETM+는 밴드 구성이 유사하지만 차이점이 존재
- TM은 밴드 6의 공간해상도가 120m지만, ETM+는 60m로 높아짐
- ETM+에 공간해상도가 15m에, 0.5-0.9마이크로미터 분광 대역을 이용한 Panchromatic(전정색)영상이 추가됨
- 전정색(panchromatic): 거의 모든 가시광선 파장에 반응
- ETM+ 센서에 2003년 6월 이후 기능장애가 발생해, 전송되는 자료를 사용하기 어려움
- TM과 ETM+는 밴드 구성이 유사하지만 차이점이 존재
| Band # | Spectral Location |
Wavelength Range ( ) |
IFOV |
| 1 | Blue - Green | 0.45 - 0.52 | 30m |
| 2 | Green | 0.52 - 0.60 | 30m |
| 3 | Red | 0.63 - 0.69 | 30m |
| 4 | Near IR(근적외선) | 0.76 - 0.90 | 30m |
| 5 | SWIR(단파적외선) | 1.55 - 1.75 | 30m |
| 6 | Thermal IR(열적외선) | 10.40 - 12.50 | 120m (TM) 60m (ETM+) |
| 7 | SWIR(단파적외선) | 2.08 - 2.35 | 30m |
- Landsat TM과 ETM+ 비교
| Landsat TM | Landsat ETM+ | |
| 공통점 | TM 및 ETM+의 밴드 6과, ETM+의 전정색 밴드를 제외한 모든 밴드의 영상 공간해상도는 30m로 같음 | |
| 차이점 | 밴드 6의 공간해상도: 120m | • 밴드 6의 공간해상도: 60m • 공간해상도가 15m에, 0.5-0.9마이크로미터 분광 대역을 이용한 Panchromatic(전정색)영상이 추가됨 ◦ Panchromatic(전정색): 거의 모든 가시광선 파장에 반응 |
- 활용 범위
- 밴드마다 분석 특성이 다름
- 밴드 1: 해안과 해양 지도화, 토양과 식생 판별, 삼림 유형 지도화 및 인공지형지물 식별
- 밴드 2: 식생 판별, 식생 활력도 측정 및 인공지형지물 식별
- 밴드 3: 클로로필(Chlorophyll, 엽록소) 흡수 분석을 통한 식생 유형 차이 및 인공지형지물 식별
- 밴드 4: 식생 유형, 활력도 및 바이오매스 내용, 수체 탐지 및 토양 수분 분석
- 밴드 5: 식생 및 토양 수분 함유 분석 및 구름과 빙산 판별
- 밴드 6: 식생 스트레스 분석, 토양 수분 구별 및 열지도 작성
- 밴드 7: 광물 및 바위 유형 판별, 식생 수분 함유 분석
[중해상도] SPOT HRV
- 프랑스가 주축이 되어 운영하는 유럽의 SPOT 위성영상
- 1980년대에 SPOT-5 영상은 위성영상으로써 공간해상도가 높았음
- But, 1990년대 후반 등장한 고해상도의 상업 위성에 의해 중해상도의 위성양상으로 분류됨
- SPOT 위성은 총 5개 발사되었고, 초기 4개는 거의 동일한 제원의 위성이었음
- 전정색 밴드
- SPOT 1-3: 0.51-0.73 파장대, 공간해상도: 10m
- SPOT 4: 0.61-0.68 파장대, 공간해상도: 10m
- SPOT 5: 0.51-0.73 파장대, 공간해상도 5m로 향상됨
- 다중분광밴드(XS)
- SPOT 1-3: 공간해상도 20m
- 0.50 - 0.59 Green
- 0.61 - 0.68 Red
- 0.78 - 0.89 Near IR
- SPOT 4: 공간해상도 20m
- 0.50 - 0.59 Green
- 0.61 - 0.68 Red
- 0.78 - 0.89 Near IR
- 1.58 - 1.75 Mid IR
- SPOT 5: 공간해상도 10m로 향상됨
- 0.50 - 0.59 Green
- 0.61 - 0.68 Red
- 0.78 - 0.89 Near IR
- 1.58 - 1.75 Mid IR
- SPOT 1-3: 공간해상도 20m
- 전정색 밴드
[중해상도] IRS
- Indian Remote Sensing Satellite
- 1988년 IRS1, 1997년 IRS1D(현재 임무 수행 중)
- 밴드별 공간해상도
- 전정색 밴드 영상
- 공간해상도 5.8m
- 다중분광 밴드 영상 (다중분광 센서 LISS-3)
- 공간해상도 23m
- 밴드 4개: Green, Red, Near IR, Mid IR
- Landsat TM의 밴드 2-5와 유사한 스펙트럼 대역
- But, 공간해상도가 Landsat TM의 공간해상도 30m보다 높은 23m이며, 열적외선과 2.2mm 밴드가 없음
- 7 bit
- 광역데이터 영상 (다중분광 센서 LISS-3)
- 공간해상도 188m > 광역적인 자료 수집에 유리
- 밴드 3개: Red, Near IR, Mid IR
- 전정색 밴드 영상
[중해상도] ASTER
- Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer
- 일본의 중해상도 지구관찰 위성영상
- NASA가 주축이 되어 운영되는 국제적 지구 관측 프로그램(Earth Observing System, EOS)의 Terra 위성 중 하나로, MODIS 등과 함께 활약
- 14개의 밴드: 적외선 파장대역에 많은 밴드를 할당 (Green, Red 밴드를 제외한 12개의 밴드가 모두 적외선 파장대역에 할당되어 있음)
- 공간해상도 15m: Green, Red, Near IR
- 공간해상도 30m: 6 Short wave IR, (Mid IR) - Clays(점토광물)
- 공간해상도 90m: 5개의 열적외선 밴드 - Silicate(규토) mineralogy(광물학)
- Backward stereo: 0.76-0.86마이크로미터를 담당하는 밴드는 연직영상과 함께 27.7도 후방 사향영상을 촬영해 스테레오 영상을 제공
- 활용범위: 식생 및 생테시스템의 동태 및 재해 모니터링, 지질/토양/수문/토지 피복 변화 등의 분석에 유용
[고해상도] IKONOS
- 1999년 발사된 고해상도 상업 위성
- 위성영상의 종류
- 전정색 영상
- 공간해상도: 1m
- 파장대역: 0.45 - 0.90마이크로미터
- 다중분광 영상: Backward stereo
- 공간해상도: 4m
- Blue: 0.45 - 0.52
- Green: 0.52 - 0.60
- Red: 0.63 - 0.69
- Near IR: 0.76 - 0.90
- 전정색 영상
- 공간해상도가 높은 전정색 영상을 이용해, 공간해상도가 낮은 다중분광 영상의 공간해상도를 높이는 방법이 많이 사용됨 > PAN-Sharpened 다중분광 영상이라고 함
- 정밀한 궤도 추적
- 북위 45도 기준: 3-4일 주기로 재방문
- 방사해상도: 11 bit data
[고해상도] Quickbird
- 2001년 발사
- 센서 제원은 공간해상도를 제외하고는 IKONOS와 동일
- 위성영상의 종류
- 전정색 영상
- 공간해상도: 0.61m
- 파장대역: 0.45 - 0.90마이크로미터
- 다중분광 영상
- 공간해상도: 2.44m
- Blue: 0.45 - 0.52
- Green: 0.52 - 0.60
- Red: 0.63 - 0.69
- Near IR: 0.76 - 0.90
- 전정색 영상
- 방사해상도: 11 bit data
[고해상도] SPIN-2 러시아 위성영상
- 구소련을 포함한 러시아도 군사적인 목적으로 고해상도의 인공위성 영상을 수집해옴
- IKONOS 상업 위성이 고해상도 위성영상을 일반에 제공하기 시작하면서, 러시아도 위성영상을 상업화하기 시작
- 다중분광 영상은 수집되지 않고, 0.49 - 0.59마이크로미터 파장대역을 이용한 단색 영상만 수집됨 > 스캔 과정을 거처 디지털 형태의 전정색 영상으로 전환
- 단색 영상
- KRV 1000: 공간해상도 2m
- DK2: 공간해상도 1.56m
- DK1: : 공간해상도 0.95m
- 위성 궤도: 190 - 270km
- 필름 교환: 약 45일 간격
[고해상도] KOMPSAT-2
- 2006년 발사된 한국의 다목적실용위성
- 위성영상의 종류
- 전정색 영상
- 공간해상도: 1m
- 파장대역: 0.50 - 0.90마이크로미터 (IKONOS에 비해 약간 좁음)
- 다중분광 영상
- 공간해상도: 4m
- Blue: 0.45 - 0.52
- Green: 0.52 - 0.60
- Red: 0.63 - 0.69
- Near IR: 0.76 - 0.90
- 다중분광영상의 공간해상도, 밴드 수, 파장대역이 IKONOS와 동일
- 전정색 영상
정리
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