한라산 백록담 — 차세대소형위성 2호(NEXTSat-2) SAR 영상 기하보정 및 수체탐지 결과

2023-07 ~ 2025-06 촬영 12장

결론

레이더 위성이 찍은 영상은 원래 지도 위치 정보가 없습니다. 위성의 궤도와 신호 왕복시간만으로 영상의 각 점이 지상 어디인지 계산하는 모델을 세우고, 지형(DEM)과 맞춰 위성 자체의 위치 오차(약 30 m)를 찾아 보정했습니다.
보정 결과, 영상이 지도와 약 5 m 이내(약 1 화소)로 맞고 — 유럽 Sentinel-1 위성의 지형보정 영상과 독립 비교해도 3~14 m(0.6~2.8 화소) 안에서 일치 — 영상끼리는 1 m 이내(0.2 화소)로 겹칩니다. 최종 영상의 화소가 5 m 이므로, 지도 위에서는 화소 하나 안, 영상 사이에서는 화소의 5분의 1 안에서 맞춘 것입니다. 별도의 지상기준점 없이 위성 궤도 정보와 지형자료만으로 도달한 정확도입니다.
12장 중 10장이 백록담을 담고 있어 시계열(같은 곳을 시간 순으로 보기)로 쌓을 수 있습니다. 아래 지도에서 위성지도 위에 영상을 켜고 꺼 보시면 해안선·분화구·계곡이 그대로 겹치는 것을 확인할 수 있습니다.
이 정확도 덕분에 백록담 바닥의 물을 찾아냈습니다. 4개 시점(2025-03-29 · 04-02 · 04-20 · 06-11)에서 분화구 최저부가 주변보다 어둡게 나타났고, 그 영역을 직접 판독해 폴리곤으로 그렸습니다. 이전 처리(영상 간 오차 11 m)로는 지름 40~90 m 의 물웅덩이를 짚어낼 수 없었습니다.

≈ 5 m지도(절대) 위치 정확도
≈ 1 화소

≤ 1 m영상 간(상대) 정합 정확도
≈ 0.2 화소

10 / 12백록담을 담은 영상 수

5 m최종 영상 화소 크기

4 시점백록담 물 확인
최대 0.72 ha (04-20)

1. 지도에서 직접 확인하기

영상 투명도 100 %

배경: Esri World Imagery(광학 위성사진). 회색 영상 = SAR. 밝은 곳 = 전파를 많이 되돌려 보낸 표면(위성을 향한 급경사, 바위, 건물), 어두운 곳 = 잔잔한 물·매끈한 면·위성 반대편 사면. 오른쪽 위 레이어 목록에서 개별 영상을 켜고 끌 수 있습니다. "보정 전" 스트립을 켜고 해안선을 보면 약 50 m 어긋나 있고, "보정 후"는 맞습니다. 산악의 밝게 뭉개진 띠는 레이오버(위성을 향한 급경사가 겹쳐 찍힘)로, 위치는 맞지만 값 해석은 주의가 필요합니다.

2. 처리 흐름

① 원자료 읽기위성 원본(SSC) 12장. 궤도·촬영시각·거리 정보 추출. 배포본 결함(영상 절반만 수록, 배열 선언 오류) 확인·우회

② 센서모델 수립"이 화소 = 위성이 t초에 R km 떨어진 곳을 본 것"이라는 거리-도플러 방정식으로 화소 ↔ 위경도 양방향 계산기 구축

③ 편향 추정지형(DEM)으로 "이렇게 보여야 한다"는 가상 영상을 만들어 실제 영상과 맞춤 → 위성 위치 오차(거리 +31 m, 진행방향 −4 m) 산출

④ 지오코딩지도 격자(UTM 5 m) 각 점의 높이를 DEM에서 읽어 영상 어디인지 계산 후 값 채움. 산악 지형 왜곡 보정 포함

⑤ 검증Sentinel-1(유럽 위성) 지형보정 영상과 비교 3~14 m 일치. 12장 결합조정으로 DEM 자체 오차(북 5 m) 분리

⑥ 시계열 타일백록담 중심 6 km 정사각형으로 10장 추출, 영상 간 미세정합 → 1 m 이내로 겹침

3. 영상 목록

촬영일	조명 방향(촬영 기하)	입사각	백록담 6 km 커버	비고
2023-07-16	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	24°	0 %	백록담이 스트립 밖
2024-02-29	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	34°	47 %	적설 100 % — 밝기 비교 제외 권고
2025-01-04	동쪽에서 비춤 (상승·좌측)	21°	100 %
2025-01-10	동쪽에서 비춤 (상승·좌측)	25°	0 %	백록담이 스트립 밖
2025-03-01	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	21°	100 %
2025-03-17	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	31°	100 %
2025-03-29	동쪽에서 비춤 (상승·좌측)	31°	100 %
2025-04-02	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	26°	56 %	부분 커버
2025-04-03	동쪽에서 비춤 (상승·좌측)	22°	37 %	부분 커버
2025-04-20	동쪽에서 비춤 (하강·우측)	23°	100 %
2025-05-25	동쪽에서 비춤 (하강·우측)	25°	100 %
2025-06-11	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	33°	100 %	기준 씬

비교용 광학 영상(Sentinel-2) — 유럽 Sentinel-2 위성의 실제 촬영일 기준 11장을 함께 실었습니다(지도 레이어 목록의 ── Sentinel-2 광학 ──). 레이더 촬영일과 며칠 차이가 나므로 레이어 이름은 광학 위성이 실제로 찍은 날짜로 적었고, 적설 상태를 괄호에 함께 표시했습니다. 눈이 100 % 인 날은 광학으로 분화구 바닥을 볼 수 없습니다.

조명 방향이 두 종류입니다. 위성이 서쪽 상공에서 동쪽을 본 영상(6장)은 산의 서쪽 사면이 밝고, 동쪽에서 본 영상(6장)은 동쪽 사면이 밝습니다. 위치는 모두 같은 지도에 맞춰져 있지만 시간 변화를 비교할 때는 같은 조명 방향끼리 보셔야 합니다 — 지도의 레이어 목록도 이 두 그룹으로 나눠 두었습니다.

4. 백록담 수체 탐지 결과

기하보정이 끝난 영상에서 분화구 바닥의 물을 찾았습니다. 물은 수면이 거울처럼 전파를 위성 반대쪽으로 반사해 SAR 영상에서 어둡게 나타납니다. 아래 4개 시점에서 분화구 최저부 (물이 고이는 자리)가 주변보다 뚜렷하게 어둡게 나타나, 그 영역을 판독해 면적을 산출했습니다.

촬영일	조명 방향	SAR 판독 면적	광학(Sentinel-2) 확인
2025-03-29	동쪽에서 비춤 (상승·좌측)	0.60 ha	2025-04-01 · 0.11 ha
2025-04-02	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	0.52 ha	2025-04-01 · 0.11 ha
2025-04-20	동쪽에서 비춤 (하강·우측)	0.72 ha	2025-04-16 · 판정 불가 (적설 100 %)
2025-06-11	서쪽에서 비춤 (상승·우측)	0.54 ha	2025-06-05 · 0.08 ha

수체 폴리곤 지도 오른쪽 위 목록의 ── 수체 판독 ── 그룹에서 날짜별로 켜고 끌 수 있습니다.

어떻게 읽어야 하나

SAR 판독 면적이 광학보다 넓습니다(예: 03-29 SAR 0.60 ha vs 광학 0.11 ha). 광학은 맑은 열린 수면만 잡지만, 레이더는 그 주변의 물에 젖어 매끄러워진 바닥까지 어둡게 담기 때문입니다. 두 값은 서로 다른 것을 재고 있으므로 직접 비교하면 안 됩니다.
04-20 은 광학으로는 볼 수 없었습니다. 그날 분화구가 눈으로 100 % 덮여 광학 위성은 바닥을 못 봤지만, 구름·적설을 통과하는 레이더는 물을 보았습니다. SAR 이 광학을 보완하는 대표 사례입니다.

5. 용어 풀이

SAR (합성개구레이더): 위성이 전파를 쏘고 되돌아오는 신호로 만드는 영상. 카메라가 아니라 레이더라서 밤·구름과 무관하게 촬영되며, 색이 아니라 표면의 거칠기·기울기가 밝기로 나타납니다.
스트립맵: 위성이 날아가면서 연속으로 녹화하는 촬영 방식. 그래서 SAR 영상은 폭 10 km 안팎, 길이 수십 km의 긴 띠 모양입니다.
상승 / 하강 궤도: 위성이 남→북으로 올라가며 찍었는지(상승, 아침), 북→남으로 내려가며 찍었는지(하강, 저녁). 진행 방향이 반대라 같은 산도 다르게 보입니다.
룩사이드 (우측룩/좌측룩): 레이더는 항상 진행 방향의 옆을 봅니다. 오른쪽을 보면 우측룩. 궤도 방향과 합쳐 위성이 산의 어느 쪽에서 비췄는지가 정해집니다.
입사각: 전파가 지면에 닿는 각도(수직 0°). 이 영상들은 21~34°. 입사각이 다르면 같은 땅도 밝기가 달라집니다.
지오코딩 / 정사보정: 레이더 좌표(시각·거리)의 영상을 지도 좌표(경위도·UTM)로 옮기는 작업. 산의 높이 때문에 생기는 위치 왜곡을 DEM으로 바로잡는 것이 정사보정입니다.
엄밀센서모델 (거리-도플러 모델): 위성 궤도와 전파 왕복시간으로부터 영상의 각 화소가 지상 어디인지 물리 법칙으로 계산하는 수식. 이 작업의 핵심입니다.
DEM (수치표고모델): 땅의 높이를 격자로 담은 자료. 여기서는 유럽 Copernicus 30 m DEM을 사용했습니다.
편향 보정: 위성이 기록한 시각·거리에 남아 있는 일정한 오차(여기서는 거리 약 31 m)를 찾아 빼는 것. 보정 전에는 영상이 지도에서 약 50 m 어긋납니다.
절대 정확도 / 상대 정확도: 절대 = 지도(진짜 위치)와 얼마나 맞나. 상대 = 영상끼리 얼마나 겹치나. 시계열 분석에는 상대 정확도가 더 중요합니다.
레이오버 / 그림자: 위성을 향한 급경사는 꼭대기 신호가 바닥보다 먼저 도착해 겹쳐 찍히고(레이오버, 밝게 뭉개짐), 반대쪽 급경사는 전파가 닿지 않습니다(그림자). 산악 SAR의 고유 현상으로, 해당 화소는 분석에서 제외합니다.
멀티룩 / 스펙클: SAR 영상의 특유의 소금-후추 잡음이 스펙클. 여러 화소를 평균해 잡음을 줄이는 것이 멀티룩. 5 m 영상은 원본(약 1×2 m) 화소를 4×3개 평균한 것입니다.
dB (데시벨): 밝기(반사 강도)를 로그 눈금으로 적은 값. SAR 밝기는 수천 배 범위라 로그로 봐야 화면에 표현됩니다.
Sentinel-1: 유럽우주국의 C-band 레이더 위성. 지형보정된 영상이 무료 공개되어 있어 우리 결과의 위치를 독립적으로 확인하는 기준으로 썼습니다.
NDWI (정규화 수분지수): 광학 위성의 초록·근적외 밴드로 계산하는 물 지수. 0.1 보다 크면 물로 봅니다. 열린 수면은 0.4 이상인데 백록담은 0.24 정도로, 맑은 호수가 아니라 얕고 탁한 습지에 가깝습니다.
UTM 52N: 한반도에 쓰는 미터 단위 지도 좌표계(EPSG:32652). 산출 영상은 이 좌표계의 5 m 격자입니다.