정규격자 기반 허프 선소 확장법을 이용한 광학 위성영상의 선형 추출

Abstract

원격탐사 기술은 위성, 항공기, 드론 등의 플랫폼에서 물체로부터 반사 또는 방사되는 전자기파를 측정하여 물체의 종류와 상태 등을 탐사하는 기술로서 지구 관측 정보의 양적, 질적 수준을 제고하는데 큰 기여를 하고 있다. 최근 세계 여러 나라에서 다양한 지구관측 위성을 발사하고 있으며 원격탐사 센서의 공간해상력 또한 발전을 거듭하고 있다. 광학 위성영상의 공간해상력 증가는 영상 처리 기법에 큰 영향을 미치고 있다. 특히 영상 내에 존재하는 복잡하고 다양한 지형지물의 특징을 구분하기 위해 다양한 특징기반 영상 처리 기법들이 연구되고 있다. 영상의 특징 요소 중 하나인 선형은 건물 추출, 도로 추출, 영상 정합 등 다양한 원격탐사 연구에 활용되고 있다. 가장 대표적인 선형 추출 방법인 허프 변환은 다른 기법에 비해 원영상의 노이즈나 누락에 영향을 덜 받는다는 장점이 존재한다. 그러나 높은 연산 비용 문제, 원격탐사 영상에 대한 적용의 어려움, 객관화된 파라미터 설정의 어려움, 그리고 추출된 선형간의 연결성을 고려하지 못한다는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 기존 허프 변환의 문제점들을 개선하여 광학 위성영상 내 지형지물의 경계 정보를 정확하고 연산 효율적으로 생성하는 선형 추출 기법을 제안하였다. 나아가 제안 기법의 선형 추출 결과를 이용한 건물 분류 연구를 수행하였다. 광학 위성영상의 선형 추출을 위해서, 정규격자 별 주선형을 추출하고 상향식 방법을 통해 초기 추출 선형을 연결함으로써 극점의 수, 극점의 임계값, 극점의 이웃 조건 등과 같은 허프 변환 파라미터 설정에 독립적인 객관적 선형 추출 기법을 제안하였다. 또한 정규격자 기반의 선소 확장법을 통해 공선 선형과 직교 선형을 연산 효율적으로 탐지하고 연결하였다. 각각 건물, 도로, 농경지를 주요 개체로 포함하는 다양한 해상도의 Worldview-2, KOMPSAT-2, RapidEye 광학 위성영상에 제안 기법을 적용하고 하향식, 지정식 대조군 실험과 비교하였다. 정확도 평가 결과, 제안 기법은 대조군 실험에 비해 6∼19% 더 높은 정확도와 1.3∼2.9배 빠른 연산 속도를 보였다. 특히 선형의 과대 추정과 중복 추정이 매우 적기 때문에 영상과 일대일 대응성이 높다는 장점이 있으며 이는 선형 추출 결과를 활용하는데 큰 도움이 된다. 제안 기법의 선형 추출 결과를 이용하여, 건물의 기하학적 특징을 기반으로 훈련 자료를 자동으로 취득하고 자동 건물 분류를 수행하였다. 정확도 평가 결과, 제안 기법은 86%의 높은 정확도로 건물과 비건물 훈련 자료를 자동으로 추출하였다. 건물과 비건물의 분류 정확도 또한 참조 데이터를 통해 이상적으로 훈련 자료를 취득한 결과에 준하는 84%의 정확도를 보였다. 본 연구는 광학 위성영상의 선형을 추출하기 위한 우수하고 연산 효율적인 선형 추출 기법을 제안하고 제안 기법의 장점을 활용한 건물 분류 연구를 수행했다는 점에서 그 가치가 있다. 특히 일반적으로 전역적 선형 추출을 위해 활용되는 허프 변환을 개선함으로써 탐지 객체의 경계에 부합하는 지역적 선형을 보다 정확하게 추출하였다는데 의의가 있다. 향후 제안 기법은 건물 탐지, 도로 탐지, 농경지 경계 추출, 건물 분류, 선형 기반 영상 정합 등 다양한 연구에 확대 적용이 가능하리라 기대된다.