Radiometric Vicarious Calibration and Validation of Musltispectral Satellite : Using KOMPSAT Series

Abstract

광학영상의 지속적이고 반복적인 복사 검보정은 위성영상 활용에 앞선 기본데이터로서 영상의 안정된 품질을 유지하고 정량적인 신호특성을 추출하기 위해서는 반드시 필요한 작업이다. 본 연구의 목적은 지구관측위성의 절대복사 검보정 및 교차 검보정을 수행하여 위성에서 공급되는 영상 자료들에 대한 품질의 향상과 안정화를 통해 해외 시장 진출 및 광범위한 목적을 가진 사용자들을 만족시키고, 또한 지표면의 특징을 정량 및 정성적으로 분석하여 KOMPSAT 영상자료의 활용성을 높이고자 한다. 이를 위해 본 연구는 크게 반사도 기반의 대리 검보정, 의사불변 사이트를 이용한 교차 보정, 복사전달 코드를 이용한 불확실성 산정 등으로 구분된다. 본 연구에서 사용된 KOMPSAT-3, 3A 위성은 한반도의 지표면을 정밀 관측할 목적으로 서브미터급 공간해상도 (KOMPSAT-3 : 0.7, KOMPSAT-3A : 0.55)의 전정색 고해상도 카메라와 2m급의 다중분광 카메라를 탑재하였다. 다목적 실용위성 3A호의 절대복사검보정을 위해 본 연구에서는 고흥과 몽골에서 각각 3회에 걸쳐 총 6회 Field Campaign을 통해 분광자료 및 기상자료를 수집하였고, 수집된 분광자료를 기상자료 및 위성자세정보 등을 인풋 파라미터로 하여 TOA Radiance로 변환하였다. 변환된 TOA Radiance와 영상 DN과의 1차 선형 회귀식을 통해 절대복사보정 계수를 산정하였다. 각 6회의 보정계수를 비교한 결과 표준편차가 3% 내외로 나타났으며, 이는 일반적인 Radiometric Calibration의 목표치를 충분히 만족하는 것으로 판단된다. 또한 Calibration 정확도를 향상시키기 위해 영상의 DN, 관측기기의 반사도, 복사보정시 발생 할 수 있는 조건에 따른 불확실성을 분석하였고 그 결과 약 4.6%내외의 Uncertainty가 나타났다. 다목적 실용위성 3호의 지속적인 모니터링 및 센서 감퇴를 추정하기 위해 본 연구에서는 반사도가 일정한 의사불변 사이트인 Libya-4 지역에서 Landsat-8위성과의 교차 검보정을 수행하였다. 교차검보정을 위해 2014년부터 2015년 까지 2년동안 수집된 영상을 이용하여 TOA Radiance, TOA Reflectance를 이용한 검보정을 수행한 결과 Blue, Green ,Red 밴드에서는 약 3% 내외의 반사도 차이가 나타냈으며, NIR 밴드는 15% 차이가 났다. 이는 위성밴드대역폭 차이에 기인한 것으로 판단되며, 위성의 밴드대역폭 차이를 극복하기 위하여 밴드조정 계수인 Spectral Band Adjustment Factor 산정을 위해 초분광 위성인 EO-1 Hyperion 영상을 이용하였다. 그 결과 SBAF 적용 전/후 NIR 밴드에서 TOA Reflectance 차이가 4% 내외로 감소하였다. Cross Calibration의 불확실성을 산정하기 위하여 본 연구에서는 범용적 대기보정알고리즘 중 하나인 6S를 KOMPSAT-3의 RSR 및 Geometry를 적용할 수 있도록 Customizing 하였다. Libya Site의 대기조건 및 위성촬영시간에 따른 BRDF를 고려한 toa radiance 변화를 산정하기 위해 MODIS 위성 및 OMI 위성과 2년간의 촬영 당시 KOMPSAT-3위성의 태양각 및 위성각을 이용하여 대기 및 BRDF에 대한 Uncertainty를 산정한 결과 약 5%내외의 toa radiance에서 uncertainty가 발생하였다.