YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ UYDU GÖRÜNTÜLERİNİN KOORDİNATLANDIRILMASINDA RFM KULLANIMI

Transkript

1 YÜKSEK ÇÖÜNÜRLÜKLÜ UYDU GÖRÜNTÜLERİNİN KOORDİNTLNDIRILMSIND RFM KULLNIMI ÖET Hüseyi TOPN Yd. Doç. D., Bület Eevit Üivesitesi, Jeodezi ve Fotogameti Mühedisliği Bölümü, 671, oguldak, Uydu göütüleii kullaıldığı pek çok uygulamada koodiatladıma işlemi geekli ve öemli i adımdı. Koodiatladıma, temelde göütü ve ese koodiat sistemlei aasıda i döüşümü sağlaması işlemidi ve u işlem içi paametik, yaı paametik ve paametik olmaya matematik modelle kullaılı. Bu ildiide, OGC (Ope Geospatial Cosotium) taafıda öeile, yüksek çözüülüklü optik uydu göütüleii koodiatladıılmasıda yaygı olaak kullaıla ve yaı paametik i model ola algılayıı ağımlı RFM (Ratioal Futio Model Oatısal İşlev Modeli) döüşüm modeli kou edilmişti. Öelikle RFM i geel ağıtısı, katsayılaıı asıl elde edildiği, u katsayılaı e tü hatala içediği ve ulaı asıl gideildiği, katsayılaı özellikleie göe RFM modelii asıl asitleştiileileeği ve faklı degeleme modellei üetileileeği hakkıda kuamsal ilgi veileekti. Soa, egeeliı ve dağlık i topoğafyaya sahip oguldak test alaıı kapsaya moo i IKONOS pakomatik göütüsü üzeide hem yatayda hem de düşeyde uygu dağılmış 22 ye kotol oktası ile yaza taafıda Matla otamıda delee GeoFigo hesaplama paketide elde edile koum doğuluklaı gösteileekti. Elde edile souçlaa öek olaak, öteleme düzeltmesi içi ezelik döüşümü kullaıldığıda iii deee RFM içi m.4 piksel, m.5 piksel koum doğuluğua ulaşılmıştı. x ahta Sözükle: RFM, IKONOS, oguldak, koodiatladıma, koum doğuluğu, optik uydu göütüsü BSTRCT RFM USGE FOR GEOREFERENCING OF HİGH RESOLUTION STELLITE IMGES y Geoefeeig is a madatoy issue at may appliatios whee the satellite images ae used. Geoefeeig is ased o a tasfomatio etwee image ad ojet oodiate systems, ad paameti, semi paameti ad o-paameti mathematial models is pefeed fo this issue. semi-paameti model, i.e. Seso-ased RFM (Ratioal Futioal Model) suggested y the OGC (Ope Geospatial Cosotium), is sujeted i this pape. Some theoetial akgoud aout the geeal equatio, the estimatio of oeffiiets, the distotios aied ad thei emovig, the simplifiatio of RFMs thaks to the speial haateistis of oeffiiets ad also the vaious adjustmet models will e peseted at fist. The, the geoefeeig auaies of a moo IKONOS pahomati image oveig oguldak test field havig a udulatig ad moutaious topogaphy will e peseted usig 22 GCPs via a omputatio pakage alled GeoFigo deived i Matla eviomet y the autho. If a ias ompesatio is applied, the auaies ae m.4 pixel, m.5 pixel whe 1st degee RFM is pefeed. Keywods: RFM, IKONOS, oguldak, geoefeeig, geoefeeig auay, optial satellite image 1. GİRİŞ Güümüzde göütü temelli pekçok çalışmada, kullaıla göütüü koodiatladıılması kaçıılmaz i işlem adımıdı. Koodiatladıma işlemide aa amaç, göütü ile ese koodiat sistemlei aasıda i döüşüm ilişkisi kumaktı. Bu döüşüm, geel olaak paametik ve paametik olmaya matematik modelle şeklide iki sııfa ayılı. Paametik modelle, yöeltme elemalaı adı veile ve döüşüm içi geekli ola elemalaı ölçüleek döüşümde kullaıldığı modelledi. Bu elemala, iç ve dış yöeltme elemalaıdı. lgılayıı ve taşıyıı sistemlee göe faklılık göstee u iç yöeltme elemalaı geelde asal oktaı koumu, vasa çeçeve işaetlei, asal uzaklık, distosiyo değelei, kamea koum ilgilei gii ilgile yadımıyla göütüleme geometisii temsil edele. Dış yöeltme elemalaı ise uyduu duum ve koum ilgilei, hızı ve Keple elemalaı gii ilgiledi. Bu ilgilei tümüü valığı duumuda i paametik model ile, göütü ve ese koodiat sistemlei aasıdaki geometik ilişki, yadımı koodiat sistemlei de kullaılaak tam olaak ifade edileilii. Bu paametele, YKN (Ye Kotol Noktası) kullaılaak degeleme işlemi ile düzeltileili ve olaildiğie yüksek koum doğuluğua ulaşılailii (Topa, 29). Paametik olmaya i model ise göütüleme geometisii ve dolayısıyla göütü ve ese koodiat sistemlei aasıdaki geçek geometik ilişkiyi dikkate almaz ve öyle i modelde sadee YKN laı kullaılaak döüşüm katsayılaı elileeili. Bu edele, paametik i model paametelee ve YKN laıa ağlı ike, paametik olmaya i model ise sadee YKN laıı sayısıa, doğuluğua ve dağılımıa ağlıdı. Bu edele paametik olmaya modellele elde edile doğuluk, paametik modele kıyasla daha düşüktü (Topa, 24). x y IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak

2 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı Elde edile yüksek doğuluğa ağme paametik i modelle çalışmak oldukça zodu. Buu içi, göütü ile ese koodiat sistemi aasıdaki geçek geometik ilişkiyi ilmek ve aze de u iki aa koodiat sistemi aasıda kala yadımı pekçok koodiat sistemi aasıda döüşüm yapmak geekeili (Riazaoff, 24). Paametik olmaya i modelde ise göütü ve ese koodiat sistemlei aasıdaki geçek geometik ilişki dikkate alımamakta ve dolayısıyla geelde daha kaa doğuluğa ulaşılmaktadı. Duum öyle olua, üçüü i model sııfıa yai yaı-paametik modellee ihtiyaç duyulmuştu. Liteatüde yaı-paametik model taımıa astlamasa da yaza taafıda u şekilde i adladıma uygu göülmüştü. Çükü, u ildiii de kousu ola RFM ye (Ratioal Futio Model Oatısal İşlev Modeli) ait katsayıla (RPC: Ratioal Poliomial Coeffiiet Oatısal Poliom Katsayılaı), eğe algılayıı ağımlı olaak elilemekte ise paametik i model kullaılaak elde edilile. ak e geçek i paametik modeldi, e de tam olaak paametik olmaya i modeldi. RFM, özellikle meika Bileşik Devletleide kullaıla ve OGC (Ope Geospatial Cosotium) taafıda geel i döüşüm modeli olaak kullaılması öeile i modeldi (OGC, 1999; Dowma ve Dolloff, 2) yılıda ei kullaımda ola IKONOS uydusua ait göütülele geiş i kullaım alaı ula RFM lele elde edile koum doğuluğu ile paametik i modelle elde edile koum doğuluğu aasıda.5 piksel fak olduğu otaya komuştu (Godeki ve Dial, 21). RPC le, sadee YKN laı kullaılaak da elde edileili. ak öyle i duumda elde edile doğuluğu, i öeki RPC tüüe göe daha düşük olaağı otaya komuştu (Hu ve Tao, 22; Jaose, 26). İzleye ölümlede, RFM i geel ağıtısı, katsayılaıı asıl elde edildiği, u katsayılaı e tü hatala içediği ve ulaı asıl gideildiği, katsayılaı özellikleie göe RFM modelii asıl asitleştiileileeği ve faklı degeleme modellei üetileileeği hakkıda kuamsal ilgi veileek ve IKONOS moo pakomatik uydu göütüsü üzeide öek i uygulamaı souçlaı paylaşılaaktı. 2. RFM VE ÖELLİKLERİ RFM içi geel ağıtı aşağıdaki giidi. m m m i j k a ijk m1 m2 m3 k ijk i j k, m1 m2 m3 k dijk i j k (1) m m m i j i j k X Y X Y ijk i j k X Y i j IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak X Y i, S S (2) X X Y Y, Y, X S S S (3) X X Y Buada ve sıasıyla göütü koodiat sistemii satı ve sütu koodiatlaıı, X, Y ve ese koodiatlaıı, omalleştime yapıldığıı, ötelemeyi, S ölçeği, a,, ve d katsayılaı (RPC) ifade etmektedi. Buada RFM i deeesi i j k 3 kualıa uymak zoudadı. lgılayıı ağımlı i RFM söz kousu olduğuda: 1. Nomalleştime işlemi ile göütü ve ese koodiatlaı -1 ve +1 aalığıda ifade edili ki u sayısal çözümleme açısıda yaalı i işlemdi. 2. Nomalleştimede kullaıla öteleme ve ölçek paametelei, göütü ile ilikte veile metadata dosyasıda mevuttu. 3. Nese koodiatlaı WGS-84 (Wold Geodeti System-1984) datumuda ve oğafi koodiatla şeklide olmalıdı. ia RPC le, u koodiat sistemide ve tüüde GNSS ile elde edile paametele yadımıyla hesaplamaktadı. 4. IKONOS göütülei içi d ve hem IKONOS hem de QuikBid göütülei içi 1 d1 1 di. Böylee omalde toplam 8 ola katsayı adedi IKONOS içi 59, QuikBid içi ise 78 e düşe. Bu, degeli çözüm içi geeke YKN sayısıı elileye öemli i etkedi. lgılayıı ağımlı i RFM de RPC le Şekil 1 de gösteildiği gii elde edilile. Buada, göütüde * ile gösteile i P oktasıı göütüdeki kaşılığıı (P) koumu (X, Y, ), paametik i model ve p u kualı yadımıyla faklı yükseklik seviyelei (öeği h 1, h 2 ve h 3 ) içi elilei. Faklı yükseklik seviyelei içi j k

3 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı elilemesii seei, idimeli (steeo) göütü veya ölgeye ait yükseklik ilgisi yoksa, P oktasıı hagi yükseklik seviyeside olduğuu iliememesidi. Böylee, P i tüm yüksekliklee göe koumu elilei ve ula yukaıda veile eşitliklede yeie koulaak RPC le elde edili. He yükseklik seviyesi içi faklı RPC elde edileeğide ulaı otalaması alıaak, göütüü he yükseklik ölgesi içi e uygu RPC seti oluştuulmuş olu. * P O (X, Y, ) u h 1 p P (X, Y, ) P P h 2 h 3 Şekil 1. lgılayıı ağımlı RFM de RPC üetimi. RPC le, öteleme ve süükleme hatası deile iki tü hata içemektedi. Bulada süükleme hatası, göütüü 5 km de daha geiş i alaı kapsaması duumuda etkilidi (Fase vd., 26). IKONOS gii pekçok göütüü 1 km de daha da oyuta sahip olması edeiyle u ildiide süükleme hatasıda ahsedilmeyeekti Öteleme Hatası Y RPC le hesaplaıke geellikle göütülee ölgeye ait YKN laı elde mevut değildi. Bu duumda, geellikle dış yöeltme elemalaıa (yai algılayııı veya taşıyıı sistemi koumu ve döüklüğü v.) ait değele degeli olaak elileemez. Bu şekilde hesaplaa RPC le, öteleme hatası deile i hatayı taşıla. Bu hataı düzeltilmesi içi azı matematik modelle öeilmişti. Bu ildiide Teo (211) taafıda öeile aşağıdaki modelle kullaılmıştı. X (4) (5) Bu eşitliklede ve öteleme düzeltmesi getiilmiş ve omalize edilmiş göütü koodiatlaıı, ise döüşüm katsayısıı elitmektedi. Göüleeği üzee (4) eşitliği ezelik (Helmet), (5) eşitliği ise afi (1. Deee poliom) döüşümdü Degeleme Degeleme hesaıda amaç, hem ölçülee (yai göütü koodiatlaıa, l ) ait düzeltmelei (v ), hem de degeleme paameteleie (yai RPC, P ) ait düzeltmelei ( dp ) elilemekti. Eğe EKK (E Küçük Kaele) degeleme yötemi kullaılısa, v T v mi şatıı sağlaması geeki. Bu duumda, aşağıdaki ağıtılaa ulaşılı: l l dp ( T v l dp 1 T ) ( l l ) (7) (6) IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak

4 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı v l P P dp (8) l dp (9) Buada yaklaşık değe alamıdadı., omal deklemlei katsayıla matisidi. Biim ağılıklı ölçüü kaesel otalama hatası ise T v v m (1) u Buada toplam ölçü sayısı, u ise ilimeye sayısıdı. Bu ildiide , iii deee RFM içi u 15, ikii deee RFM içi ise u 29 du GeoFigo Uygulama kapsamıda, göütülei kouma ağlı aalizi amaıyla yaza taafıda Matla otamıda geliştiile GeoEtim hesaplama paketii i alt-paketi ola GeoFigo, u ildiideki hesaplamala amaıyla yeide düzeleeek geliştiilmişti. GeoFigo, RFM ile hesaplama yapake Şekil 2 deki gii i akış şeması ile çalışı. Buada, m 1piksel koşulu sağlamıyosa, düzeltilmiş RPC le ve göütü koodiatlaı yeide degeleme işlemie sokulaak şat sağlaaa veya hep ayı (ya da çok yakı) souçla uluaa kada işlem teka edili. YKN ve RPC le Nomalleştime Öteleme Düzeltmesi E Öteleme Düzeltmesi H dp, v, m hesaı H m 1piksel E Hata vektöleii çizdiilmesi Kayıt ve souç Şekil 2. kış şeması. 3. UYGULM 3.1. Kullaıla Göütü ve Test laı Uygulama, oguldak il mekezii kapsaya taihli IKONOS pakomatik moo göütüsü ile geçekleştiilmişti (Şekil 2). Göütü 114 piksel 114 piksel oyutuda ve ye öekleme aalığı 1 m di. oguldak test alaı olaak adladııla, Batı Kaadeiz Bölgeside oguldak ilii tamamıı ve Batı, Bolu, IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak

5 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı Düze ve Kaaük illeii de kısme kapsaya u test alaı, özellikle dağlık ve egeeli yapısı, deize kıyısı olması, iç ölgelede yoğu oma, taım aazilei ve akasulaı aıdıması ile öemli i test alaıdı. Bu alada çoğu uzakta algılama algılayıısıa ait faklı göütüle aşta kouma ağlı uygulamala olmak üzee pekçok aaştımaya kou olmuştu (FUKL, 212). GNSS aaılığıyla toplam 22 YKN toplamıştı ve uada Topa vd. (27) taafıda otaya koula YKN laıı aazide seçilmeside dikkat edilmesi geeke kuallaa titizlikle uyulmuştu. YKN laıı doğuluğu hem yatayda hem de düşeyde ±3 m di. Şekil 3. Kullaıla IKONOS göütüsü ve YKN dağılımı Elde Edile Souçla Uygulama ile Çizelge 1 deki ve Şekil 3 deki souçla elde edilmişti. Bu souçla ielediğide, öteleme düzeltmesi uygulamadığıda, ±1.1 piksellik i stadat sapmaı valığı otaya çıkmaktadı. Öteleme hatası, Şekil 3.a da göüleilmektedi. Buada hata sistematikti ve yöü kuzeyde güeye doğudu. Bu duumda YKN laıda elde edile doğuluk ise m 3. 1 pikseldi. Bu hata, ezelik ya da afi döüşümle düzelttiğide ise stadat sapma ±.5 piksel olaak ulumuştu. KOH ise ±.6 pikseldi. Çizelge Deee RFM İçi YKN laıda Elde Edile Doğuluk Souçlaı (± piksel) Öteleme Düzeltmesi Yok Bezelik fi Stadat Sapma Kaesel Otalama Hata m m m o IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak

6 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı a) Öteleme hatası (m =±1.1 piksel) ) Öteleme düzeltmesi (m =±.5 piksel) Şekil 4. Kullaıla IKONOS göütüsü ve YKN dağılımı. Öteleme düzeltmesi getiildikte soa hata vektölei çizdiildiğide Şekil 3. deki gii sistematik olmaya i yapı otaya çıkmaktadı. 1. deee RFM içi YKN laıda elde edile hata vektölei de heme heme ayı yöde ve üyüklükte olduğuda uada gösteilmesie geek duyulmamıştı. 4. SONUÇLR Bu ildiide, yüksek çözüülüklü uydu göütüleii koodiatladıılmasıda sıklıkla kullaıla RFM hakkıda geel ilgile veileek, oguldak test alaıa ait 1 m ye öekleme aalığıa sahip pakomatik i moo IKONOS göütüsü kullaılaak öek i uygulamaı souçlaı veilmişti. Elde edile souçlada da göüleileeği gii öteleme hatası sistematik ve öemli i etkidi, gideilmesi geeki. Buu içi ezelik veya afi döüşüm gii asit i matematik model yetelidi. Bu etki gideildikte soa 1. deee RFM ile düzeltme işlemi yapılsı veya yapılması, ±1 pikselde daha yüksek doğuluğa ulaşılaaktı. Bu ildiide ağımsız deetim oktalaıda (BDN) doğuluk ielemesi ileek yapılmamıştı. ia BDN ile yapıla doğuluk ielemeleii eksikliklei Setel vd. (27) ve Topa ve Kutoğlu (29) taafıda otaya koulmuştu. Haliyle, uada şekil kuvveti yötemi ile i ieleme yapılması geekmektedi ki u kou heüz aaştıma/geliştime aşamasıdadı. Bu koudaki souçla ileleye süeçte ivedilikle kamuoyu ile paylaşılaaktı. RFM, uzakta algılama göütüleii işleye pekçok tiai paket yazılım taafıda kullaılmaktadı. ak kullaııla, u ildiide ve pekçok kayakta veile ağıtıla yadımıyla, yazaı GeoEtim i i paçası ola GeoFigo da yaptığı gii kedi yazılımlaıı (veya hesaplama paketleii) kedilei geliştieili ve elde ettiklei souçlaa daha çok güveeilile. TEŞEKKÜR Yaza, göütüü temii kousudaki desteğide dolayı TÜBİTK a, aazi çalışmalaı kousudaki desteğide dolayı Uzm. Muat ORUÇ ve Yd. Doç. D. Umut Güeş SEFERCİK e, ayıa Matla kousudaki yadımlaıda dolayı Yd. Doç. D. M. Güve KOÇK a teşekkü ede. KYNKLR Dowma, I., Dolloff, J. T., 2, Evaluatio of Ratioal Futios fo Photogammeti Restitutio, Iteatioal hives of Photogammety ad Remote Sesig, Vol. XXXIII, Pat B3. Jaose, K., 26, Pos ad Cos of the Oietatio of Vey High Resolutio Optial Spae Images, Iteatioal hives of the Photogammety, Remote Sesig ad Spatial Ifomatio Siees, Vol. XXXVI, Pat 1, Com. I. IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak

7 H. Topa: Yüksek Çözüülüklü Uydu Göütüleii Koodiatladıılmasıda RFM Kullaımı Godeki, J., Dial, G., 21, IKONOS Geometi uay, Poeedigs of Joit Wokshop of ISPRS Wokig Goups I/2, I/5 ad IV/7 o High Resolutio Mappig fom Spae 21, Uivesity of Haove. Fase, C. S., Dial, G., Godeki, J., 26, Seso Oietatio via RPCs, ISPRS Joual of Photogammety ad Remote Sesig, 6(3), FUKL, 212, Fotogameti-Uzakta lgılama ve Koumsal aliz Laoatuvaı, Bület Eevit Üivesitesi Mühedislik Fakültesi Jeodezi ve Fotogameti Mühedisliği Bölümü, ( ). Hu, Y., Tao, V., 22, Updatig Solutios of the Ratioal Futio Model Usig dditioal Cotol Ifomatio, Photogammeti Egieeig ad Remote Sesig, 68(7), OGC (Ope Geospatial Cosotium), The OpeGIS stat Speifiatio-topi 7: Eath Imagey. ( ). Riazaoff, S., 24, SPOT Geomety Hadook, Refeee GEL-P135-DOC-1, Issue 1, Revisio 4, Date Setel, E., Kutoglu, Ş. H.,Kaya, Ş., 27, Geometi Coetio uay of Diffeet Satellite Seso Images: ppliatio of Figue Coditio, Iteatioal Joual of Remote Sesig, 28(2), Teo, T., 211, Bias Compesatio i a Rigoous Seso Model ad Ratioal Futio Model, Photogammeti Egieeig ad Remote Sesig, 77(12), Topa, H., 24, Yöüge Düzeltmeli IRS-1C/1D Pakomatik Moo Göütüsüü Geometik Doğuluk ve Bilgi İçeiği çısıda İelemesi, Yüksek lisas tezi, oguldak Kaaelmas Üivesitesi, oguldak. Topa, H., Ouç, M., Koçak, M. G., 27, Otogöütü Üetimide Ye Kotol Noktası Seçimi ve Souçlaa Etkisi,. Tükiye Haita Bilimsel ve Tekik Kuultayı, kaa. Topa, H., 29, Geometi alysis of High Resolutio Spae Images Usig Paameti ppoahes Cosideig Satellite Oital Paametes, Doktoa tezi, İstaul Tekik Üivesitesi, İstaul. Topa, H., Kutoğlu, Ş. H., 29, Geoefeeig uay ssessmet of High-Resolutio Satellite Images Usig Figue Coditio Method, IEEE Tasatios o Geosiee ad Remote Sesig, 47(4), IV. Uzakta lgılama ve Coğafi Bilgi Sistemlei Sempozyumu (UL-CBS 212), Ekim 212, oguldak