딥러닝 기법을 활용한 위성 관측 해수면 온도 자료의 결측부 복원에 관한 연구

서지정보

ㆍ발행기관 : 해양환경안전학회 ㆍ수록지정보 : 해양환경안전학회지 / 29권 / 6호
ㆍ저자명 : 박원빈, 최흥배, 한명수, 엄호식, 송용식

목차

1. 서 론
2. 연구방법
2.1 위성영상 복원에 사용되고 있는 알고리즘
2.2 딥러닝 알고리즘 구조
3. 실험데이터
3.1 실험데이터
4. 연구 결과
4.1 모델 성능 평가 지수
4.2 영상 복원 기법에 따른 성능 비교
5. 결론 및 향후 연구 방향
감사의 글

한국어 초록

인공위성은 최첨단 기술로써 시공간적 관측제약이 적어 해양 사고에 효과적 대응과 해양 변동 특성 분석 등으로 각국의 국가 기관들이 위성 정보를 활용하고 있다. 하지만 고해상도 위성 관측 기반 해수면 온도 자료(Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis, OSTIA)는 위성의 기기적, 또는 지리적 오류와 구름으로 인해 낮게 관측되거나 공백으로 처리되며 이를 복원하기까지 수 시간이 소요된다. 본 연구는 최신 딥러닝 기반 알고리즘인 LaMa 기법을 활용하여 결측된 OSTIA 자료를 복원하고, 그 성능을 기존에 이용되어 온 세 가지 영상처리 기법들의 성능과 비교하여 평가하였다. 결정계수(R²)와 평균절대오차(MAE) 값을 이용하여 각 기법의 위성 영상 복원 성 능을 평가한 결과, LaMa 알고리즘을 적용하였을 때의 R²과 MAE 값이 각각 0.9 이상, 0.5℃ 이하로, 기존에 사용되어 온 쌍 선형보간법, 쌍 삼차보간법, DeepFill v1 기법을 적용한 것보다 더 우수한 성능을 보였다. 향후에는 현업 위성 자료 제공 시스템에 LaMa 기법을 적용하여 그 가능성을 평가해 보고자 한다.

영어 초록

Satellites represent cutting-edge technology, offering significant advantages in spatial and temporal observations. National agencies worldwide harness satellite data to respond to marine accidents and analyze ocean fluctuations effectively. However, challenges arise with high-resolution satellite-based sea surface temperature data (Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis, OSTIA), where gaps or empty areas may occur due to satellite instrumentation, geographical errors, and cloud cover. These issues can take several hours to rectify. This study addressed the issue of missing OSTIA data by employing LaMa, the latest deep learning-based algorithm. We evaluated its performance by comparing it to three existing image processing techniques. The results of this evaluation, using the coefficient of determination (R²) and mean absolute error (MAE) values, demonstrated the superior performance of the LaMa algorithm. It consistently achieved R² values of 0.9 or higher and kept MAE values under 0.5 °C or less. This outperformed the traditional methods, including bilinear interpolation, bicubic interpolation, and DeepFill v1 techniques. We plan to evaluate the feasibility of integrating the LaMa technique into an operational satellite data provision system.

참고 자료

없음