Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

Transkript

1 Dijital Görüntü İşleme (JDF338) Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi 1

2 A- Enerji Kaynağı / Aydınlatma B- Işıma ve atmosfer C- Hedef nesneyle etkileşim D- Nesneden yansıyan / yayılan enerjinin kaydedilmesi E- Enerjijnin yer istasyonuna iletimi F- Yorumlama ve analiz G- Uygulama 2

3 Isaac Newton 3

4 Elektromanyetik spektrum Fiziksel etkileşimin olmadığı uzaktan algılamada bilgi aktarımı elektromanyetik ışıma (EMR) ile gerçekleştirilir. Görülebilen spektrum insan gözünün görebileceği elektro manyetik dalga boyu aralığını tanımlar. 4

5 Sayısal Görüntü Piksel görüntüyü oluşturan en küçük anlamlı eleman koordinatı ve her bir piksel alanına karşılık gelen gri değeri vardır (DN) matris olarak ifade edilir y 0 gij 255 x

6 6

7 Görüntü Nitelikleri Renk Aşağıda 32bit uzunluğunda bir renk kodu (gerçek renk) olduğu varsayılsın. Şekilden de görüleceği üzere ilk 8 bit kırmızı, ikinci 8 bit yeşil, üçüncü 8 bit mavi için ayrılmıştır. Son 8 bit ise piksellerin saydamlık bilgisini tutan alfa kanalı olarak adlandırılır. Kırmızıya tahsis edilen ilk 8 bitte kırmızı, 2 8 = 256 adet farklı renk tonu alabilir. Yeşile tahsis edilen ikinci 8 bitte yeşil, 2 8 = 256 adet farklı renk tonu alabilir. Maviye tahsis edilen üçüncü 8 bitte mavi 2 8 = 256 adet farklı renk tonu alabilir. Son 8 bitin renk ile alakası olmadığından; toplamda 256 x 256 x 256 = farklı renk elde edilebilir.

8 Görüntü sayısallaştırma Görüntülerin bilgisayarda işlenebilmesi için veri formatı bilgisayar ortamının tanıyabileceği hale getirilmelidir Sayısallaştırma (digitizing) Fotoğrafın/Görüntünün sayısal hale dönüştürülmesi Analog Dijital 8

9 Analog görüntüler sınırlı spektral aralık içerir (VIS, NIR) Taranmış görüntüler sadece üç (mavi, yeşil, kırmızı) katmana ayrılır Çok alımlı fotoğraflarda komuşu fotoğraflar arası radyometrik etki giderilemez 9

10 Bu da obje tarafından yayılan enerjinin (analog sinyal) bir algılayıcı tarafından öngörülen elektromanyetik aralıkta algılanarak sayısal sinyal haline dönüştürülmesi ile olanaklıdır. Analogdan dijitale dönüştürülmüş sinyallerin işlenmesine dijital sinyal işleme, dijital sinyalden elde edilen görüntülerin işlenmeşine dijital görüntü işleme denilir. 10

11 DİJİTAL UYDU GÖRÜNTÜSÜ Raster Veri

12 DİJİTAL UYDU GÖRÜNTÜSÜ Görüntü boyutu Dijital bir görüntü, elemanları, uzaydaki x,y konumlarına karşılık gelen noktaları n f(x,y) parlaklık değerlerini içeren bir matristir. Görüntü verisinin boyutu veri katmanı (bant) sayısı ile saptanır

13 DİJİTAL UYDU GÖRÜNTÜSÜ Görüntü türleri

14 Piksel / dpi Piksel en küçük anlamlı birim dpi = dot per inch/ 1 inch teki nokta sayısı 1 inch =25.4 mm =25400

15 Piksel/dpi Örnek Bir harita yada fotoğraf 400 dpi ile taranmış ise piksel boyutu nedir? dpi=dot per inch 1 inch =25.4 mm = / 400 = 63

16 Piksel/dpi Örnek Bir harita yada fotoğraf 1200 dpi ile taranmış ise piksel boyutu nedir? 1 inch =25.4 mm = / 1200 = 21

17 Piksel/dpi Örnek Fotogrametrik uygulamalarda piksel boyutu 10 dan büyük olmaması gerekirse fotoğraşar kaç dpi taranmalıdır? 1 inch =25.4 mm = /x dpi = 10 x=2540 dpi

18 Piksel/dpi Örnek 1/4000 ölçekli bir harita 200 dpi ile tarandığında her bir pikselin büyüklüğü yeryüzünde kaç metreye karşılık gelir? 200 dpi taranmış bir haritada piksel boyutu = 25.4mm/200 dpi = mm 1/4000 ölçeğinde piksel boyutu = 4000 x = 508mm ~ 0.5m Bir pikselin örttüğü alan 0.5 x 0.5=0.25m2

19 Piksel/dpi Örnek 300 dpi ile taranmış 1/ ölçekli bir haritanın piksel boyutu ne kadardır? 1 piksel boyutu 1 / 300 dpi = 25.4 mm/ 300 1/ ölçeğinde piksel boyutu = x 25.4/300mm = 2.1 m ~ 2 m

20 Piksel/dpi GSD = Ground Sample Distance (Yer örnekleme aralığı) Komşu piksellerin merkezlerinin yeryüzündeki fiziksel karşılığıdır. GSD büyükse mekansal çözünürlük küçüktür, detaylar daha az görünür. 20

21 21

22 22

23 23

24 Sayısal/ Dijital Kameralar ile mr x piksel fiziksel boyutu ( ) = GSD Örnek mr x 3.7( ) = 1 cm mr= / 3.7( ) mr=2700

25 Pikesel/dpi Örnek 8 bit gri seviyeli, 200dpi, jpg formatında bir görüntümüz olsun. Bu görüntü 450x450piksel dir. Dolayısıyla resmin boyutu 2.25x2.25 inç olur. Bu resim f değişkenine atanmış olsun. Biz bu resmi tiff formatında, sıkıştırmadan, sf ismiyle saklamak isteyelim. Daha sonra 450x450 piksel sayısını değiştirmeden boyutunu1.5x1.5 inç yapalım.

26 450x450 piksellik bir resmin çözünürlüğü 200 dpi ise bu resim; 450 dot/200 dpi=2.25x2.25 inç boyutlarında olur. 450x450 piksellik bir resmi 1.5x1.5 inç boyutunda ifade edersek; bir doğrultudaki piksel sayısı 450/1.5=300 dpi olur. veya 2.5x2.5 inç boyutundan 1.5x1.5 inç boyutuna düşürülürse, resmin çözünürlüğü (2.25/1.5) x 200=300 dpi olur. 26

27 ÇÖZÜNÜRLÜK Birçok uzaktan algılama algılayıcısı, verileri uzaktan algılamada geçerli olan temel prensiplere bağlı olarak algılamış olsa da, sonuç görüntüsünün formatı ve kalitesi çok farklılık gösterebilir. Bu farklılıklar dört farklı uydu çözünürlüğü ile ilişkilidir. Mekansal/Konumsal/Geometrik (Spatial resolution) Radyometrik Spektral Zamansal

28 28

29 29

30 Çözünürlük Geometrik/Mekansal Bir görüntünün /geometrik/uzaysal/mekansal çözünürlüğü (spatial resolution), ilgili görüntünün 1 pikselinin fiziksel büyüklüğüne eşittir. Kısaca çözünürlük, bir görüntünün detaylanabilir en küçük parçasıdır.

31 Çözünürlük Geometrik/Mekansal Mekânsal çözünürlük görüntüde ayırt edilebilir detay seviyesini gösteren bir özelliktir. Diğer bir ifade ile bir uydu görüntüsünde görünen detaylar algılayıcının mekânsalçözünürlüğüne bağlı olup, bu değer görüntünün en küçük elemanı olan bir pikselin yeryüzündeki kapladığı alana karşılık gelmektedir. Örneğin NOAA uydusundaki AVHRR algılayıcısı1kmx1km SPOT pankromatik (P) görüntüsünde ise bir piksel ise10m x 10m lik IKONOS -Pan - 1mx1m

32 LAC: Lokal Kapsama Alan, GAC: Global Kapsama Alan 32

33 MODIS Terra

34 34

35 35

36 Yeryüzünde algılanan minimum alan görüntünün maksimum mekânsal çözünürlüğüne eşit olup bu alan, algılayıcının platform yüksekliğine ve Anlık Görüş Alanı (IFOV) ile ifade edilen gözleme açısına bağlı olarak belirlenir. Daha küçük gözleme açısı veya daha alçak uydu yüksekliği daha küçük IFOV a neden olur. Gözleme doğrultusunun nadir doğrultuda veya eğik algılama olması durumu da yerde kaplanan alana etki etmektedir.

37 Uzaysal / Mekansal çözünürlük Whiskbroom tarayıcılar için bu durum mekânsal çözünürlüğün görüntü merkezinden kenarlara doğru değişmesine neden olmaktadır Pushbroom tipi tarayıcı sistemler için; Yer çözünürlük elemanı = Uydu yüksekliği (H) Anlık görüş alanı (IFOV) olarak belirlenir, burada IFOV, radyan cinsinden ölçülmektedir.

38 WHISKBROOM SCANNING PUSHBROOM SCANNING 38

39 Mekânsal çözünürlük açısından uydu görüntüleme sistemleri: Düşük mekânsal çözünürlüklü sistemler (30 - >1 km) Orta mekânsal çözünürlüklü sistemler (4 m - 30 m) Yüksek mekânsal çözünürlüklü sistemler (0.5 m - 4 m) olarak gruplandırılmaktadır.

40

41 41

42 Introduction/RS-Introduction.html 42

43 Yüksek ve düşük mekânsal çözünürlüğe sahip dijital görüntülerdeki temel avantaj ve dezavantajlar

44 UYDU SİSTEMLERİ-Görüntülerin Özellikleri Yersel Ayırma Gücü Piksel büyüklüğü 2 2 ~3piksel (bir objenin tanınabilmesi için) LANDSAT SPOT IKONOS QUICKBIRD 30 x30 20m x 20m / pan 10m x 10m 4m x 4m / pan 1m x 1m 60 cm x 60cm

45 Piksel/dpi Örnek Bir Landsat görüntüsünde 450 hektar alan kaç piksel ile örtülür? Landsat 30mx 30m 450x10000= m 2 30x30=900m /900= 5000piksel ~71x71

46 Piksel/dpi Örnek Bir SPOT görüntüsünde 450 hektar alan kaç piksel ile örtülür? SPOT 20 m x 20 m 450x10000= m 2 20x20=400m /400= piksel SPOT pankromatik 10 m x 10 m 10x10=100m /100= piksel

47 Piksel/dpi Örnek Bir IKONOS görüntüsünde 450 hektar alan kaç piksel ile örtülür? IKONOS 4m x 4m 450x10000= m 2 4x4=16m /16= pikse IKONOS pankromatik 1m x 1m 1x1=1m /1= piksel

48 Piksel/dpi Bir QUICKBIRD görüntüsünde 450 hektar alan kaç piksel ile örtülür? (Mekansal çözünürlük 60 cm) Örnek 450x10000= m 2 60x60=3600 cm 2 =0.36m /0.36= piksel

49 Sayısallaştırma-Örnekleme

50 Analog bir görüntünün dijital görüntüye dönüştürülmesi ya da Dijitalleştirme Örnekleme (sampling) ve nicemleme (quantization- genliğin ayrıklaştırılması) adımları Örnekleme: Koordinat değerlerini sayısallaştırma Kuantalama: f(x,y) genlik değerlerini sayısallaştırma Örnekleme mekansal çözünürlüğün bir parametresidir 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 Örnekleme 56

57 57

58 58

59 Kuantalama 256 Gri değer 64 Gri değer 59

60 256 Gri değer 16 Gri değer 60

61 256 Gri değer 4 Gri değer 61

62 256 Gri değer 2 Gri değer 62

63 63

64 UYDU SİSTEMLERİ Görüntülerin Özellikleri Spektral Ayırma Gücü Nesnelerin ve arazi türlerinin uzaktan algılama yolu ile ayırt edilebilmelerinin en önemli nedeni spektral özelliklerinin değişiklik göstermesidir. Algılayıcılar bu değişimleri fark edecek şekilde tasarlanır Her spektral aralık elektromanyetik spektrumun bir bölgesine duyarlıdır Spektral dalga boyu genişliği: Bir algılayıcının, elektromanyetik spektrumda kaydedebildiği spesifik dalga boyu aralığıdır. Algılama yapılan bant sayısı: Bant sayısı arttıkça spektral çözünürlük de artmaktadır.

65

66 66

67

68 Genel olarak spektral çözünürlüğe bağlı olarak algılayıcı sistemler; geniş-bant aralıklı, dar-bant aralıklı, spektral, hiperspektral algılayıcılar olarak gruplandırılırlar.

69 Yüksek ve düşük spektral çözünürlüğe sahip dijital görüntülerdeki temel avantaj ve dezavantajlar : Dar bant aralığına sahip bantlar daha fazla spektral detay içerirler, ancak daha az enerjiye diğer bir ifade ile düşük sinyal gücüne sahiptirler. Çok bantlı veri daha fazla bilginin depolanması, iletilmesi ve işlenmesini gerektirir. Ancak daha fazla bant sayısı daha fazla spektral detay içerdiğinden cisimlerin ayırt edilmesinde daha çok kolaylık sağlamaktadır.

70 70