JDZ-427 Uzaktan Algılama. Hafta - 3

Transkript

1 Karadeiz Tekik Üiversitesi Harita Mühedisliği Bölümü JDZ-427 Uzakta Algılama Hafta - 3 Doç. Dr. Oguz GUNGOR 1

2 İçerik Uzakta Algılamaı Fiziksel presipleri Sayısal görütü, piksel ve bat taımları Pakromatik, çok batlı ve hiper batlı görütü kavramları 2

3 Uzakta Algılama Nasıl Çalışır? 3

4 Elektromayetik spektrum içide bizleri uzakta algılayıcıları ola gözlerimizi görebildiği ışığa görülebilir spektrum deilmektedir. Görülebilir ışığa ait dalga boyları yaklaşık olarak 0.4 ila 0.7 µm aralığıı kapsar. Görülebilir e uzu dalga boyua ait Elektromayetik spektrum kısa dalga boylu eerji (gama, rötge ışıları gibi) ile daha uzu dalga boylu eerjileri (mikro dalga, radyo ve televizyo dalgaları) arasıdaki tüm dalga boylarıı kapsar.. ışık kırmızı e kısa ışık ise meekşe regidir. Elektromayetik spektrum bir çok bölgeye ayrılmıştır. Source: 4

5 Elektromayetik Spektrum 5

6 Görülebilir Spektrum Meekşe: µm Mavi: µm Yeşil: µm Sarı: µm Portakal regi: µm Kırmızı: µm Dalga boyu Kayak: 6

7 Dalga Kavramı Uzu dalga boyu Farklı frekaslara sahip siüs dalgası Daha kısa dalga boyu Daha düşük frekas Daha düşük eerji Frekas birim zamada tekrar ede olayları sayısıdır Daha yüksek frekas Daha yüksek eerji Bir siüs dalgasıı boyu ola, λ, ayı faza sahip iki okta arasıdaki mesafe olarak ölçülür. Mesela bu, iki pik oktası arası olabileceği gibi iki sıfır geçişi arası da olabilir. Kayak: 7

8 Periyodik dalgalarda frekas dalga boyu ile ters oratılıdır. Dalgaı faz hızı ola C, frekas v ile dalgaboyu λ ı çarpımıdır. C = vλ C = faz hızı (3 x 10 8 m/s) v = frekas λ = dalga boyu Dalga boyu içi temel ölçü birimi mikrometre (µm) dir 8

9 Parçacık Modeli Bir foto frekasıyla ilişkili olarak eerjiye (Q) sahiptir. Q = hv burada; Q = Eerji (J) h = Plak sabiti (6,626 x J s) v = frekas Kuatum teoriside fotoları eerjileri elektromayetik radyasyo dalgasıı frekası ile doğru oratılıdır. Kayak: 9

10 C = vλ eşitliğide v çekilirse; v = C/λ Q = hv eşitliğide v yerie yazılırsa Q = hc/λ Yai; Dalgaboyu arttıkça eerji azalır, dalgaboyu azaldıkça eerji artar 10

11 Buraya kadar gördüklerimizi toparlayacak olursak Kozmik Işılar Gama Işıları X-Işıı UV 0.4 µm Mavi Yeşil Kırmızı 0.7 µm Yakı Kızılötesi Termal Kızılötesi Mikro Dalga Radyo Yüksek Eerji Düşük Kısa Dalgaboyu Uzu Yüksek Frekas Düşük 11

12 Işığı atmosferle etkileşimi Uzakta algılamada kullaıla radyasyo Düya yüzeyie ulaşmada öce belli bir süre atmosferde seyahat eder. Atmosferdeki partiküller ve gazlar yeryüzüe doğru gele ışığı ve radyasyou etkileyebilir. Bu etkiler saçılım ve soğurulma/emilme tabir edile mekaizmalar soucuda oluşur. 12

13 Saçılım Saçılım, atmosferdeki partikülleri ve büyük gaz moleküllerii gele ışık ile etkileşime girerek elektromayetik radyasyou orjial yoluda saptırması soucu oluşur. Saçılımı e boyutta olacağı gele radyasyou dalga boyu, atmosferdeki partikülleri veya gaz moleküllerii miktarı ve gele ışığı atmosferde kat ettiği yol gibi pek çok faktöre bağlıdır. Üç değişik saçılım türü vardır. Rayleigh saçılımı Mie saçılımı Seçici olmaya saçılım 13

14 Rayleigh Saçıımı Atmosferde yüksek kesimler geellikle daha temiz ve bulutludur, aksie yeryüzüe yaklaştıkça atmosfer kirleir ve bulutsuzlaşır. Saçıım atmosferdeki gazlar ve partiküller sebebiyle oluşur Atmosferdeki moleküller kısa dalga boylu eerjii daha fazla saçımasıa sebep olur. Mavi ışık kırmızı ışıkta 4 kat daha fazla saçıır Bu yüzde gökyüzü öğle vakti mavi ve gübatımıda kızıl görülür Havadaki toz ve duma kısa dalga boylu eerjiyii daha fazla saçımasıa sebep olur. Atmosfere gire eerjii dalga boyua Bu durumda saçıma ışığı gidiş yöüde daha göre değişir etkidir Eğer atmosferdeki parçacıkları çapı gele Bu yüzde özellikle gü doğumu ve gü ışığı dalga boyuda küçükse oluşur batımıda atmosfer kırmızı görüür Dalga boyu küçüldükçe saçıım artar Yeryüzüde 9-10 km yüksekte daha etkidir 14

15 Mie Saçıımı 0-5 km yükseklikte oluşur Sebebi toz, poleler,duma ve su zerreleridir Eğer atmosferdeki parçacıkları çapı heme heme gele ışığı dalga boyua eşitse oluşur Etkileri geelde ışığı dalga boyua bağlıdır ve geelde isa gözüü görebildiği dalga boylarıda etkilidir Rayleigh saçıımıda etkilee ışıkta daha uzu dalga boyua sahip ışıklarda görülür Bulutlu ve kapalı gülerde etkisi artar 15

16 Seçici olmaya Saçıım Yeryüzüe çok yakı mesafelerde oluşur Eğer atmosferdeki parçacıkları çapı gele ışığı dalga boyuda çok büyükse oluşur Oluşumuu sebebi havadaki su zerreleri ve sistir Seçici olmaya saçıım adıı tüm dalga boylarıı eşit orada yasıtmasıda alır Bu yüzde sis ve bulutlar bize beyaz ya da gri gibi görüür, çükü mavi, yeşil ve kırmızı ışıklar yaklaşık eşit miktarda saçıır. (Mavi + Yeşil + Kırmızı = Beyaz) 16

17 Saçıımı Geel Etkileri Sesörleri fotoğrafı kaydederke hedefle birlikte atmosferdeki parlaklığı da kaydetmeye zorlar Yasıya ışığı sesörü görüşüde kaçmasıa sebep olarak fotoğrafta detay kaybıa sebep olur Karalık eseleri daha aydılık, aydılık eseleri ise daha karalık çıkmasıa sebep olabileceği içi fotoğraftaki kotrastı düşürür 17

18 Kırılma Işığı kırılmasıdır Işık yoğuluğu farklı iki ortamda geçerke oluşur (Atmosferdeki tabakalar) Sıcak yaz güleride serap oluşumuu sebebidir Sıcak ve emli gülerde spektral çözüürlüğü düşürür 18

19 Soğrulma / Emilme Geelde atmosferdeki üç gaz sebebiyle oluşur Ozo UV yi emer (Bu yüzde deliirse UV isalarda cilt kaseri yapar) Karbodioksit gazı yüzeye yakı bölgede uzak kızıl ötesi ( mikrometre dalga boyudaki) eerjiyi emer. Bu bölge termal ısı bölgesii içermektedir, bu yüzde ısı hapsedilir ve karbodioksit sera gazı etkisi yapar. Su buharı. Yüzeye çok yakı kısımlarda etkilidir. Daha çok emli bölgelerde etkilidir. Dalga boyu mikrometre aralığıda ve 27 mikrometrei üzeride etkidir 19

20 Güeş Işıı ile Hedefi Etkileşimi Atmosfer tarafıda emile veya saçııma uğraya eerji yeryüzüe ulaşır ve burada üzerie düştüğü eselerle etkileşime girer. Yüzeye çarpa ışık (I) veya eerji üç değişik etkileşime sebep olur. Emilme (A) Yayılma (T) Yasıma (R) 20

21 Güeş Işıı ile Hedefi Etkileşimi Emilme, gele ışığı hedef tarafıda emilmesidir. Yayılma, gele radyasyou hedefi içide geçmesidir Yasıma ise gele ışığı hedef tarafıda yasıtılması ve yoluu değiştirilmesidir Uzakta Algılamada biz, geellikle yasıya ışıkla ilgilemekteyiz. 21

22 Düzgü ve Dağıık Yasıma Düzgü Yasıma Dağıık Yasıma Yüzey pürüzsüz ise düzgü veya aya gibi yasıma oluşur. Bu durumda eredeyse gele eerjii tamamı ayı yöde yasıtılır. Dağıık yasıma yüzey pürüzlü ise oluşur ve eerji çok farklı yölerde yasıtılır. Eğer dalga boyları yüzeydeki değişimlerde veya yüzeyi oluştura partiküllerde çok daha küçükse dağıık yasıma baskı olur. Öreği, çok ice kum taeciklerii oluşturduğu yüzey mispete büyük dalga boyularıa sahip mikrodalga ışılar içi oldukça düz bir yüzey gibi olurke, ayı yüzey görüür bölgedeki ışık içi çok pürüzlü bir yüzey olmaktadır. 22

23 Ağaç Öreği Bitkileri yapraklarıda bulua klorofil maddesi mavi ve kırmızı ışığı emer, yeşil ışığı yasıtır. Bu yüzde klorofil miktarıı maksimum olduğu yaz aylarıda bitkiler bize yeşil görüür. Sobaharda yapraklardaki klorofil miktarı azalır, bu yüzde diğer reklerdeki soğurulma azalır, ve ispete daha fazla kırmızı ışık yasıtılmaya başlaır. Bu yüzde sobaharda yapraklar sarı ve kırmızımsı görüür. Sarı zate yeşil ve kırmızıı karışımıdır. Sağlıklı bir yaprak e yüksek yasımayı aslıda yakı kızıl ötesi bölgede yapar. Eğer gözlerimiz yakı kızılötesi bölgesii algılayabilseydi ağaçlar bu dalga boylarıda gözümüze çok parlak görüecekti. Bu yüzde bilim adamları sağlıklı bitkileri belirlemesi ve izlemeside kızılötesi bat kullaırlar 23

24 Su Öreği Su uzu dalga boyu ve kızıl ötesi bölgedeki ışığı kısa dalga boylu ışığa göre daha fazla emer. Bu yüzde deiz bize mavi olarak görüür. 24

25 Spektral Karşılık Yeryüzüde hedefte yasıya farklı dalga boyudaki eerjii miktarıı ölçülmesi o eseye ait spektral karşılık elde edilmiş olur. 25

26 Değişik Neseleri Farklı Batlardaki Spektral Karşılıkları 26

27 Sayısal Görütü? Sayısal bir görütüde görütü, piksel deile küçük, eşit alalı karelere bölümüştür. Her piksel, belli bir aladaki parlaklığı sayısal bir değerle veya gri değerle temsil eder. Bilgisayar her bir gri değeri farklı bir parlaklık seviyesi olarak gösterir. Elektromayetik eerjiyi kaydede algılayıcı eerjiyi sayısal formatta sayı dizileri şeklide kaydeder. 27

28 Peki bu sayılar asıl oluşuyor?

29 CCD Çipler q CCD çipler yoğuluğua bağlı olarak elektromayetik eerjiyi 0 ila 2^ arasıda tam sayılara döüştürür. q 3 Megapiksel bir CCD kamerada 2048X1536 çok küçük hücre veya sesör veya algılayıcı var. q (Başka bir deyişle adet) 29

30 Bat veya Kaal Nedir? Öceki slaytlarda elektromayetik spektrumda isa gözüü görebildiği aralığı ve rek kavramıı alatmıştık. İsa gözü rekli görür çükü görülebilir spektrumdaki bütü dalga boylarıı gözlerimiz algılar ve beyimiz buları işleyerek farklı dalga boylarıı farklı rekler olarak algılar. Eğer çok daha dar bir dalga boyu aralığıı görebilseydik veya çok daha az miktarda rek görebilseydik düyayı asıl algılardık acaba? Dar bir dalga boyu aralığıdaki bilgi (ışık) algılaır ve bir kaal içeriside depolaır. Fakat, geellikle kaal yerie bat tabiri daha yaygı olarak kullaılır. Sayısal olarak batlar veya kaallar kombie edeilir ve görütü üç aa rek ola mavi, yeşil ve kırmızıı karışımı olarak gösterilir. Her bir bat bir aa rek olarak oluşturulur ve her pikseldeki parlaklık (yai gri değer) değerie bağlı olarak bu üç aa regi belli oralarda karışımı diğer rekleri elde etmede kullaılır. 30

31 Görülebilir Spektrum Source: Violet: µm Blue: µm Gree: µm Yellow: µm Orage: µm Red: µm Eğer algılayıcı elektromayetik spektrumu sadece mavi bölümüü algılıyorsa, oluşa siyah-beyaz görütüye mavi bat veya mavi kaal deir 31

32 Siyah-Beyaz ve Rekli görütü Biz tek bir batı veya tek bir dalga boyu aralığıı görütülediğimizde aslıda söz kousu batı üç aa rekteki değerleri üçü de ayı olarak gösteriyoruz. Her bir pikseli parlaklık değeri (gri değeri) üç aa rek içi de ayı değer olduğu içi bu gri değer siyah-beyaz görütü oluşturur. Siyah-beyaz görütüler siyah ve beyaz arasıda çeşitli gri toları gösterir. Eğer biz birde fazla batı her bir bat aa reklerde birii temsil edecek şekilde gösterirsek, ve her bir battaki gri değer farklı olursa, bu gri değerleri kombiasyou rekli görütüyü oluşturur. 32

33 Pakromatik, Çok batlı ve Hiper batlı görütü Eğer algılayıcı tüm görülebilir spektrumu ve buu bir miktar dışıı tek bat olarak algılayıp görütüye döüştürüyorsa bu görütüye pakromatik görütü deir. Diğer tarafta eğer algılayıcılar görülebilir spektrumu belli bölgelerii algılar ve bu şekilde farklı batlar oluşursa, bu şekildeki görütülere çok batlı görütü deir. So olarak eğer algılayıcı yüzlerce bat oluşturursa, bu görütüye hiper batlı görütü deir. Pakromatik Çok batlı Hiper batlı 33

34 Ladsat TM Pakromatik Bat 34

35 Ladsat TM Multispektral görütüye ait üç bat 35

36 AVIRIS Hyperspectral Image 224 Spectral bads 36

37 ÇÖZÜNÜRLÜK KAVRAMI Mekasal/Koumsal/Uzamsal Spektral Radyometrik Zamasal 37

38 Mekasal Çözüürlük Bir görütüde görülebile 7 seçilebile detaylar görütüü mekasal çözüürlüğüe bağlıdır, ve görütüde saptaabile e küçük ese olarak adladırılabilir. Sadece gerçekte boyutları çok büyük ola eseleri görülebildiği görütüleri mekasal çözüürlükleri düşük veya kötü deir. Ayı şekilde çok daha küçük boyutlu eseleri görülebildiği görütülere ise mekasal çözüürlüğü yüksek görütüler deir.. Ikoos Pa (1m) Ikoos XS (4m) Ladsat ETM Pa (15m) 38

39 IFOV (Alık Görüş Açısı (AGA)) Pasif algılayıcıları mekasal çözüürlükleri büyük orada algılayıcıları AGA a bağlıdır. AGA (A) algılayıcısıı koi şeklide görebildiği açıyı taımlar ve verile bir t zamaıda belli bir yükseklikte algılayıcıı Düya yüzeyide görebildiği B alaıı büyüklüğüü belirler. Görüle alaı boyutu AGA ile algılayıcı-zemi arasıdaki mesafe ola (C) i çarpımı ile elde edilir. Zemideki bu alaa çözüürlük hücresi deir ve algılayıcıı maksimum mekasal çözüürlüğüü belirler. 39

40 Spektral Çözüürlük Spektral çözüürlük bir algılayıcıı e kadar dar dalga boyu aralıklarıı algılayabildiğii gösterir. Spektral çözüürlük arttıkça bat veya kaalı algıladığı dalga boyu aralığı daralır. Başka bir deyişle, belli bir algılayıcıı suduğu farklı bat sayısı arttıkça spektral çözüürlük te artmaktadır. 40

41 Pakromatik 1-bat Çok batlı 4-badt Hiper batlı 224-bat Hagisi daha iyi, hagisi ise daha kötü spektral çözüürlüğe sahiptir?? 41

42 Radyometrik Çözüürlük Bir görütüleme sistemii radyometrik çözüürlüğü eerjideki çok küçük değişimleri ayırt edebilme yeteeği olarak taımlaabilir. Bir algılayıcıı radyometrik çözüürlüğü arttıkça yasıya veya yayımlaa eerjideki çok küçük değişimleri yakalamada daha başarılıdır. Görütü verisi 0 da 2 üzeri e kadar ola pozitif tam sayılarla temsil edilir. Bu sayıları aralığı sayıları ikilik sistemde kodlamada kullaıla bit sayısıa tekabül eder. Her bit 2 i üzerie ekleir. (Örek 1 bit=2 1 =2) Mevcut maksimum parlaklık derecesi kaydedile eerjiyi temsil etmede kullaıla bit sayısıa bağlıdır. Yai, eğer algılayıcı veriyi kaydetmek içi 8 bit kulladıysa, 0 da başlayıp 255 e kadar toplam 2 8 =256 sayısal değer vardır. Eğer sadece 4 bit kullaılmış olsaydı, o vakit sadece 0 da 15 e kadar toplam 2 4 =16 sayısal değer olurdu. Bu durum radyometrik çözüürlüğü düşmesi alamıa gelir. 2 bit bir görütü ile 8 bit bir görütü karşılaştırıldığıda ayırt edilebilir detay alamıda büyük farklılıklar olduğu görülür. 42

43 Zamasal Çözüürlük Mekasal, spektral ve radyometrik çözüürlüğe ek olarak zamasal çözüürlük kavramı da uzakta algılamada öemlidir ve dikkate alımalıdır. Düya üzeride farklı zamalarda ayı yeri görütüsüü tekrar çekebilme aralığıdır. Uydu görütüsü alırke zama faktörü şu durumlarda öemlidir: Sürekli bulutlu alalar (öreği tropik bölgeler) Düya yüzeyii temiz ve bulutsuz bir şekilde görütülemesii egellediğide Kısa zama içeriside olup bite olayları görütülemesi gerektiğide (Örek, sel, petrol sızıtısı, vb.) Belli zama aralıklarıda alıa görütülerle değişim aalizi yapılması söz kousu olduğuda (Örek, bir ormada ağaçlara dadaa bir hastalığı yıllık olarak dağılımıı icelemesi durumu gibi) Zama içeriside değişe yüzey özellikleri bu özelliği oa bezeye başka bir yüzey özelliğide ayırmak içi kullaılabilir. (Örek, buğday ve çavdar) 43