과학연구

MODIS화상자료의 줄무늬잡음제거를 위한 토막모멘트법

 2020.4.29.

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《첨단과학기술분야에서 세계적경쟁력을 가진 기술들을 개발하기 위한 투쟁을 힘있게 벌려야 합니다.》

경애하는 김정은동지의 말씀을 높이 받들고 우리는 위성화상해석분야에서 세계적경쟁력을 가진 기술들을 개발하기 위한 연구사업을 힘있게 벌리고있다. 특히 위성화상을 해석하여 산림자원을 평가하고 산불을 감시하며 농작물성장상태를 평가하는 등 인민경제 여러 부문의 현실에서 제기되는 기술적문제들을 해결하는데 힘을 넣고있다.

지난 시기 위성화상해석에서 MODIS수감기로 관측된 화상자료를 많이 리용하였다.

오늘날 MODIS수감기는 크게 퇴화되였으며 결과 MODIS화상자료에는 심한 줄무늬가 나타난다. 이러한 줄무늬를 제거하는것은 위성화상의 전처리공정으로서 반드시 필요하며 제거방법에는 통계적방법, 한방향변동모형화방법, 주파수령역려파법 등 여러가지가 있다. 매 방법들은 모두 자기의 우단점을 가지고있으며 잡음을 완전무결하게 제거하지는 못한다.

우리는 MODIS화상자료의 줄무늬잡음특성에 맞는 새로운 토막모멘트법을 제기하고 그것을 실험적으로 확증하였다.

MODIS화상자료에서는 검출소자에 따르는 줄무늬, 반사경에 따르는 줄무늬, 우연적인 줄무늬가 섞이여 줄무늬들이 비선형적이며 불규칙적으로 나타난다.

비선형성은 줄무늬선들에서 잡음효과가 지표면대상에 따라 선형으로 나타나지 않으며 불규칙성은 잡음이 불규칙적으로 발생하는것이다.

새롭게 제기하는 토막모멘트법의 본질은 줄무늬잡음선을 잡음변화가 선형이라고 볼수 있는 여러 토막으로 나누고 매 토막들에서 모멘트정합법을 진행하는것이다.

줄무늬잡음선의 토막화는 두 단계로 진행된다.

첫번째 단계는 줄무늬잡음선에서 화소들을 동질인 구역과 비동질인 구역으로 가르는것이다. 이를 위하여 매 화소를 중심으로 하는 국부령역에서의 표준편차를 평가지표로 리용한다.

구체적으로 보면 우선 줄무늬잡음선의 매 화소를 중심으로 하는 3×3국부령역을 정의한다. 다음 이 국부령역창에서 줄무늬잡음선의 화소들이 아닌 정상화소들로 표준편차를 계산한다. 다음 표준편차값이 어떤 턱값보다 작으면 그 화소는 동질인 화소로, 크면 비동질화소로 표식한다. 끝으로 줄무늬잡음선을 동질성 혹은 비동질성이 련속인 화소들로 토막화 한다.

두번째 단계는 줄무늬잡음선을 정상선과 대비하여 볼 때 화소값이 커지는 부분과 작아지는 부분으로 토막을 내는것이다.

우선 줄무늬잡음선의 매 화소를 중심으로 3개화소를 선택하고 린접한 정상선에서 대응한 3개화소를 선택한다. 다음 줄무늬잡음선의 3개화소의 평균값과 대응한 정상선에서의 평균값을 계산한다. 다음 비교결과가 큰 화소들은 《큰 화소》로, 작은 화소들은 《작은 화소》로 표식한다. 끝으로 줄무늬잡음선을 《큰 화소》 혹은 《작은 화소》가 련속인 화소들로 토막화 한다.

두번째 단계는 첫째 단계와 상관없이 독립적으로 진행하며 이 두 단계의 토막화를 다 반영하여 줄무늬잡음선을 토막낸다.

다음 매 토막들에서 린접한 정상선을 기준으로 하여 모멘트정합을 실현한다.

이 방법으로 2016년 10월 10일, 2017년 6월 22일, 2018년 7월 31일Terra/MODIS화상자료의 줄무늬잡음을 제거하였다.

새 방법의 효과성을 검토하기 위하여 모멘트정합법, 한방향변동모형법, 푸리에변환에 의한 저주파통과려파법과 비교하였다.

비교는 잡음이 제거된 화상을 육안으로 평가하고 잡음감소지수, 화상외곡도와 같은 정량적지표들을 평가하는 방법으로 진행하였다.

잡음제거화상들을 육안으로 비교하여보면 모멘트정합법은 수역부분에서 여전히 줄무늬잡음들이 나타나며 저주파통과려파법은 화상전반이 평활화되여 세부들이 잘 알리지 않는다. 한방향변동모형법은 잡음제거가 잘 된 지역과 잘 안된 지역이 나타난다.

반면에 토막모멘트법으로 처리한 결과화상들은 비교적 세부들이 보존되면서 줄무늬잡음들이 알리지 않는다.

잡음감소지수와 화상외곡도지표를 보아도 토막모멘트법은 잡음감소량이 큰 반면에 화상외곡도는 다른 방법들과 비슷하다.

결과는 토막모멘트법이 MODIS자료의 줄무늬잡음제거에 효과적이라는것을 보여준다.

이 방법은 MODIS수감기와 류사하게 지표면대상들을 관측하는 다른 위성화상자료의 줄무늬잡음제거에도 적용할수 있다.