원격탐사와 Landsat 위성 8호

Landsat-8호

Landsat-7호 발사 후 Landsat 사업의 지속 여부에 대한 논의가 있었다. Landsat 영상이 오랜 기간 지구환경, 도시, 자원 등 다양한 분야에서 매우 중요한 역할을 해왔으며, ETM+ 영상과 같은 중해상도 다중분광영상이 계속 필요하다는 의견이 꾸준히 제기되었다. 미국 정부는 2000년대 초반부터 상업용 지구관측위성 사업이 활발히 진행되었기 때문에, 추가 Landsat(LDCM)의 개발과 운영을 민간업체에 완전히 넘기는 방안을 추진하기도 했다. 그러나 결국 2007년 NASA에서 LDCM 위성 제작 및 발사를 담당하고 지질조사국(USGS)은 위성의 운영 및 영상공급을 담당하기로 결정했다. 마침내 2013년에 LDCM이 성공적으로 발사되었고, 후에 위성의 이름을 Landsat-8호로 변경했다. Landsat-8호의 주된 목적은 이전 Landsat에서 50년 동안 축적한 영상의 분광밴드 공간해상도 품질 등을 유지하여 전 지구 육지의 시계열 변화 분석이 가능한 영상을 공급하고자 했다. 현재 Landsat-3호 위성영상을 비롯하여 기존의 Landsat 은 모두 무상으로 공급하고 있다.

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Landsat-8호에는 기존의 TM 및 ETM+ 의 성능을 개선한 두 종류의 영상센서를 탑재하였다. 가시광선부터 열적외선 구간의 다분광 영상을 촬영할 수 있는 기능은 ETM+ 와 같지만, 가시광선부터 단파적외선 영상을 얻는 OLI와 열적외선 영상만을 촬영하는 TIRS로 구분했다. 또한 Landsat-1호부터 7호 위성까지 모든 탑재 센서가 횡주사 방식의 whiskbroom 센서이었으나, OLI와 TIRS는 모두 종주사 방식의 pushbroom 센서로 제작하였다. 단파적외선 및 열적외선 밴드의 선형검출기 제작 기술의 한계를 극복하여, 종주사 방식으로 얻을 수 있는 잡음 비율이 낮은 양질의 영상을 촬영할 수 있다. OLI 밴드는 7000개의 검출기가 한 줄로 이어진 선형배열을 사용하며, 전정색 밴드는 13000개의 선형배열 검출기를 사용한다. TIRS는 기존의 재질이 아닌 새롭게 개발된 재질의 검출기를 640개 이어붙인 선형 배열로 제작하였고, 3개의 선형배열을 연결하여 185km 폭으로 종주사 촬영이 가능하게 했다. TM 및 ETM + 영상은 화소의 밝기 값 범위가 8bit 이었지만. OLI와 TIRS는 높은 신호 품질로 12bit 의 복사해상도를 가진다. OLI는 9개 밴드로 구성되어 있으며 ETM+ 보다 두 개 밴드가 추가되었다. 전정색 밴드를 포함한 7개 밴드는 OLI와 ETM+가 거의 동일한 과장구간을 갖지만, 근적외선 밴드(0.85-0.88μm)는 ETM+ 밴드 (0.78-0.90μm)에 포함된 0.825μm에서 대기수분 흡수의 영향을 피하기 위하여 새롭게 설정했다. OLI에 추가한 첫 번째 밴드(0.43~0.45μm)는 연안의 해색 및 수질과 관련된 정보를 추출하기 위하여 기존의 청색광 밴드보다 과장 구간을 짧고 좁게 하여 수면에 분포하는 클로로필에 민감하도록 파장구간을 설정했다. 두 번째 새로운 밴드(1.36~1.38μm)는 근적외선과 단과 적외선 사이의 대기수분 흡수밴드에 해당하는 과장구간으로 육지 표면에서 반사된 신호는 거의 보이지 않고 대기 상층에 위치한 매우 얇은 구름(cirrus)을 탐지할 용도로 추가했다. 열적외선 센서인 TIRS는 기존의 TM 및 ETM+의 열적외선 밴드(10.4-125μm)의 파장영역을 나누어 두 개의 밴드(10.60~11.19μm 11.50~12.51μm)로 구성했다. OLI 및 TIRS는 기존의 Landsat 영상과 동일하게 185km의 폭으로 촬영하며, 공간해상도 역시 ETM+와 동일하다. 다만 TIRS는 영상신호의 품질 향상을 위하여 ETM+ 열적외선 영상의 60m 공간해상도를 약간 낮추어 100m로 조정했다.

OLI 및 TIRS 영상은 개선된 품질의 영상신호를 이용하여 보다 정량적인 활용이 가능해졌으며, 또한 과거 50년 동안 축적된 기존의 Landsat 영상을 함께 이용하여 다양한 목적의 시계열 변화분석에 활용하고 있다. Landsat의 설계 수명은 다했지만. 여전히 양질의 영상을 제공하고 있다. 후속 위성인 Landsat-9호는 이미 제작이 완료되어 2021년 발사 예정이다. Landsat-9호 위성에는 OLI 및 TIRS의 분광밴드 및 공간해상도가 동일하게 설정되었지만, 복사해상도를 14bit로 향상하여 신호 대 잡음비(SNR)가 높은 매우 양질의 영상신호를 제공할 예정이다.