원격탐사와 영상판독 요소

디지털 영상처리는 주로 화소의 밝기 값(명암과 컬러)을 이용하여 정보를 추출한다. 육안으로 영상을 해석하고 판독하는 과정은 컴퓨터 영상처리와 달리 지형지물의 명암이나 색깔뿐만 아니라, 영상의 나타나는 모든 특성을 이용하여 판독자의 경험과 감각에 기초한 결과를 도출한다. 현재 영상에서 정보를 획득하는 방법이 컴퓨터에 의한 영상처리가 주된 방법으로 인식되고 있지만, 세밀하고 정확한 정보 추출은 숙련된 판독자의 경험에 의존하는 영상판독을 통하여 이루어진다.

항공사진을 비롯한 원격탐사 영상은 공중에서 연직으로 촬영되었기 때문에, 우리가 일상에서 보는 사진과 다른 풍경이다. 또한 항공 및 우주영상은 가시광선 외에 적외선 및 마이크로파 영역의 신호를 보여주고, 또한 공간해상도에 따라 다양한 축척과 면적을 포함하므로 우리 눈에 익숙하지 않다. 원격탐사영상을 판독하는 과정에서 이용하는 요소는 명암과 색깔뿐만 아니라, 영상에 보이는 지표물의 모양, 크기, 배열상태, 질감, 그늘, 위치 특성, 주변 지형지물과의 연관성 등이 있다.

모양(shape)

공중영상에 보이는 특정 지표물의 모양과 외곽선의 형태는 지표물을 인식하는 데 중요한 열쇠가 될 수 있다. 한국에는 만 개가 넘는 저수지가 있다. 저수지는 겨울에 촬영된 영상에서 얼음으로 나타나는 경우를 제외하고는 대부분 녹색을 띄고 있고, 따라서 저수지 주변의 농경지 및 산림과 비슷하게 보이므로 명암과 색깔만으로 구분이 어려울 수 있다. 저수지는 주로 계곡 아래를 막아 놓은 형태이므로, 수면의 형태가 제방을 밑변으로 한 긴 삼각형의 형태로 보이기 때문에 쉽게 판독이 가능하다. 한국에는 없지만, 북미, 중동, 중앙아시아 건조지역의 원격탐사 영상에서 원형의 농경지를 볼 수 있는데, 이는 원의 중심으로부터 반지름에 해당하는 선형 관계 파이프를 지상에 설치하여 회전시키면서 물을 뿌리는 회전형 관개(pivot irrigation) 농지로, 모양만으로도 쉽게 판독할 수 있다(그림 3-22). 지형지물의 모양이 영상판독에서 중요한 요소로 작용하는 사례로는 경지정리가 된 논, 골프장, 스키장, 활주로 등이 있다.

크기(size)

항공사진이나 위성영상에서 지형지물의 길이와 면적을 가늠하기 위해서는 먼저 영상의 축척을 파악해야 한다. 항공사진의 개략적인 평균 축척을 알면 길이와 면적을 추정할 수 있다. 가령 사진의 축척이 1 : 10000인 경우 사진에서 사방 1cm에 해당하는 면적은 지상에서 사방 100m인 1ha의 면적임을 알 수 있다. 토지이용 판독에서 학교 운동장의 피복 상태는 나지에 해당하지만, 대부분 1ha 미만의 면적으로 분포하고 있으며 주거지 가까이 있으므로 학교 운동장임을 쉽게 알 수 있다. 또한 영상에 나타나는 도로 폭의 상대적 차이에 따라 도로의 종류를 추정하는 것도 지형지물의 크기를 이용한 판독이라고 할 수 있다. 위성영상에 보이는 중동지역의 회전 관개(pivot irrigation) 농지로, 지형지물의 모양이 영상에서 중요한 요소로 작용한다.

배열상태(pattern)

패턴은 특정 물체의 공간적인 배열상태를 말한다. 산림과 과수원은 모두 나무가 자라는 공간이다. 사진에서 산림과 과수원을 쉽게 구별하는 이유는 나무들의 배열상태가 다르기 때문이다. 과수원은 나무들이 매우 일정한 간격으로 배열되어 있고 나무들의 간격이 충분히 떨어져 있는 특징 때문에 주변 산림과 쉽게 구별할 수 있다. 이와 같이 나무나 건물들이 규칙적으로 배열한 상태로 토지이용 상태를 쉽게 판독하는 경우가 많다. 다른 나라와 달리 한국에서 가장 보편적인 주거 형태는 공동 주거지역(아파트)이다. 공동 주거지역은 인접 상업지역이나 산업지역과 비교하여 동일한 건물이 일정 간격으로 배치된 특징으로 쉽게 구분할 수 있다. 또한 항공사진이나 고해상도 위성영상에서 나타나는 공원묘지는 동일한 크기의 봉분이 밀집된 배열상태로 쉽게 구분된다.

 

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명암 및 색상(tone, color)

영상판독에 있어서 가장 기본적인 판독 기준은 영상에 보이는 명암이나 색을 이용하는 것이다. 자연색 영상은 육안에 익숙한 색이므로 쉽게 물체를 인식할 수 있다. 가령 한국의 산업단지는 공장 지붕을 파란색으로 처리하는 경우가 많기 때문에, 주변의 다른 지역과 쉽게 구분이 가능하다. 그러나 근적외선을 포함한 컬러 적외선 사진 또는 다중분광영상을 판독할 때는 다양한 지표물의 분광반사율 특성과 컬러 합성 과정을 충분히 이해해야 판독이 가능하다. 가장 대표적인 예로서 식물은 흑백 적외선 사진에서는 밝게 보이며, 컬러 적외선 사진에서는 붉은색 계통으로 보여 다른 지표물과 쉽게 구분이 된다. 항공사진이 아닌 다중분광영상의 판독에서는 근적외선 밴드뿐만 아니라 단파 적외선 및 열적외선 밴드를 함께 사용하여 컬러영상을 합성할 수 있기 때문에, 특정 파장에서 신호 특성을 잘 보이도록 미리 색을 설정할 수 있다.

질감(texture)

질감은 영상에 보이는 표면의 상대적 거칠기다. 가령 영상에서 목초지와 잔디는 매우 유사한 명암과 색으로 보이지만, 표면의 거칠기는 차이가 있다. 공원이나 골프장의 잔디밭은 목초지와 달리 주기적으로 관리되기 때문에 표면이 매우 매끄럽게 보여서, 상대적으로 거칠게 보이는 목초지와 구별이 가능하다. 질감은 영상의 축척 또는 공간해상도에 따라서 달라지는 상대적인 개념이다. 가령 동일한 산림이라도 고해상도 영상에서의 질감은 매우 거칠게 보일 수 있지만, 저해상도영상에서는 매우 매끄러운 표면으로 보일 수 있다. 질감은 컴퓨터 영상처리에도 명암과 색과 함께 이용하는 중요한 특징적 요소다.

그림자(shadow)

항공사진이나 대부분의 광학 영상은 맑은 날 촬영이 원칙이므로, 사진에는 항상 그림자를 포함한다. 촬영 시간에 따라 그림자의 방향이나 길이가 다르게 나타나지만, 종종 그림자를 이용하여 특정 물체를 쉽게 판독할 수 있다. 사진의 공간해상도에 따라 다르지만, 굵기가 매우 가늘거나 끝이 뾰족한 물체들(전신주, 철탑 등)은 사진에서 직접 판독이 어렵지만, 그림자를 이용하여 판독할 수 있다. 또한 항공영상이나 고해상도 위성영상이라고 해도, 영상에서 사람을 직접 판독하기는 매우 어렵다. 그러나 그림자를 이용하여 사람을 판독하는 경우가 있다.

위치(site)

영상이 촬영된 지역의 일반적인 토지이용 특성과 지리적 특성을 파악하면 치명적인 판독 실수는 피할 수 있다. 예를 들어 지형 분석에서, 한국은 유럽이나 미국과 다르게 빙하지형이 없는 특징을 알고 있으면 판독에서 큰 실수를 줄일 수 있다. 반면에 강원도 및 경북지역에서는 카르스트지형의 특징을 감안하여 못밭(doline)과 같은 특이한 지형을 예상하면서 영상을 판독할 수 있다. 사진에 해당하는 지역의 지리적 위치를 이용하는 또 다른 예로서 수종 판독을 들 수 있는데 남부 해안 지역에서는 다른 지역과 다르게 상록활엽수종이 많이 분포한다. 겨울의 영상에서 상록활엽수는 잎이 없는 참나무류 및 다른 활엽수종과 구별하는 데 도움이 된다.

인접 관계(association)

항공사진이나 위성영상을 판독할 때, 종종 구분이 매우 어려운 지표물이 있다. 이런 상황에서는 주변에 있는 다른 물체를 이용하여 해당 지표물을 판독하는 경우가 있다. 한국은 인구에 비해 농지 면적이 좁기 때문에 매우 집약적인 농업 형태를 보인다. 농경지 주변에 분포하는 여러 종류의 구조물(축사, 비닐하우스 보관창고 등)이 사진에서 쉽게 판독하기 어려운 경우가 많다. 농경지에 인접하여 설치된 구조물이라는 주변 관계를 이용하여 그 물체의 특성을 파악할 수 있다.

항공사진 판독 표본

원격탐사 영상의 판독은 독자의 지식과 경험이 필요한 작업이므로, 정확한 판독 결과를 얻으려면 지속적인 훈련이 필요하다. 빠르고 정확한 항공사진 판독을 위하여 미리 탐지하거나 분류하고자 하는 지표물들에 대하여 훈련용 참조자료로 제작된 항공사진 판독 표본(air photo interpretation key)이 있다. 항공사진 판독 표본은 토지 이용분류, 수종 판독, 무기 탐지 등 특정 목표물을 대상으로 제작되며, 판독 요령을 글로 설명해놓은 이분법 설명(dichotomous key)과 사진에서 직접 보이는 부분을 발췌하여 제작한 입체표본(stereogram)이 있다. 물론 입체표본이 판독 훈련에 훨씬 효과적이다. 산림을 수종 및 나무의 크기 등에 따라 구분하는 임상 판독을 위하여 제작한 입체표본이다. 이와 같은 입체표본을 이용하여 여러 종류의 임상에 대하여 입체시를 통하여 반복적인 훈련을 하면 효율적이고 정확한 임상 판독 능력을 갖출 수 있다.