TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN: X Yapı Teknoojieri Eektronik Dergisi 2006 (2) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not YERSEL LAZER TARAMA TEKNOLOJİSİ H.Murat Yıaz a, Murat Yakar b a Aksaray Üniversitesi, Mühendisik Fakütesi, Jeodezi ve Fotograetri Böüü Aksaray b Seçuk Üniversitesi, Mühendisik-Miarık Fakütesi, Jeodezi ve Fotograetri Böüü Konya ÖZET Bigisayar teknoojisindeki son geişeer 3D ode ouşturada süreki yeniiker getirektedir. Yerse azer tarayıcıar 3D odeee için etkii bir öçe teknoojisi oarak evcut sisteere rakip veya aternatif oarak hıza geişektedir. Yerse azer tarayıcıar çok kısa bir zaan periyodunda iyonarca noktanın 3D koordinatarını ede edebiektedirer. Bu sisteer azerin taradığı yüzeydeki nokta küeerinin doğrudan öçüerini ede etektedirer. Yerse fotograetri ie kıyasandığında bazı dezavantajarı oasına rağen bir çok avantaja sahiptir. Ancak yapıan çaışaar 3D obje odeeede her iki teknoojinin birikte kuanıasının en iyi çözüü verdiğini gösterektedir. Yerse azer taraa yüksek çözünürükü 3D ode ouşturak için gereki nokta küeerini kısa sürede ve düşük aiyette ede edebien bir teknoojidir. Bu siste kopeks yapıdaki bir objenin 3D koordinatarını otoatik oarak ede edebiektedir. Bu çaışada yerse azer taraa teknoojisinin tee özeikeri ve kuanı aanarı kısaca tanıtıdı. 1. GİRİŞ Son yıarda azer taraa sisteerinin 3D odeee çaışaarında kuanıı hıza artaktadır. Bu sistede kopeks yapıdaki objeerin odeeesi nokta küeeri yardıı ie yapıaktadır. Bütün nokta küeerindeki noktaar 3D koordinatara sahiptir. Binerce 3D boyutu nokta igii obje yüzeyinde birkaç dakikada ede ediebiektedir. Yerse fotograetri bu aaç için uzun yıardır kuanıaktadır. Yerse azer taraa 3D obje odeeede odukça yeni bir etottur. Yerse azer taraa teknoojisinin bazı dezavantajarı oasına rağen önei avantajarı da vardır. Bu avantajar 3D noktaarın doğrudan ede ediesi, düzensiz yapıdaki objeerin tanıanasında odukça etkii oası ve sonuçarın kısa sürede ede ediesi oarak sıraanabiir. Mesafe sınıraası, görüntü aiyetinin yüksek oası ve objeye ait öz niteik verierinin ede edieeesi başıca dezavantajarıdır (Deir v.d., 2004). Yerse azer taraa teknoojisinde sayısa yüksekik odeeri nokta küeeri yardıı ie ede ediir. Rektifiye edien görüntü ie sayısa yüksekik odei üst üste bindirierek ortofotoar ede ediir. Bu sistedeki interaktif odeee fotograetrik sisteerden daha koay yapıaktadır. Operatör bu sistede fotograetrik değerendireyi pan üzerinde yapar.

2 Teknoojik Araştıraar : YTED 2006 (2) Yerse Lazer Taraa Teknoojisi 2. YERSEL LAZER TARAYICILAR Yerse azer taraa teknoojisinin en önei bieşeni yerse azer tarayıcıardır. Bir yerse azer tarayıcı yatay ve düşey yönde dönebien bir ekanizaya sahiptir. Modüe edien azer ışını aetin eektronik biriinden çıkar ve büyük bir hıza dönen optik kısa çarpar. Bir ayna gibi hareket eden bu optik biri yüzeyindeki ışın yansıtıır ve öze bir açı (ξ) ie aetten çıkar. Lazer tarayıcı bu açıyı ede ettikten heen sonra bir sonraki açıyı ede etek için düşey eksen etrafında çok küçük bir açı (Δα) ie döner (şeki 1) (Vozikis v.d., 2004). Bu işe periyodik oarak taraa işei bitene kadar deva eder. Bu taraaar esnasında büyük bir noktaar küesi ede ediir ve bu noktaar küesindeki her bir nokta kutupsa koordinatara ( ξ, α ve r objeye ie tarayıcı arasında öçüen esafe) tanıanır. Son üretien azer tarayıcıar geoetrik konuarın yanında her bir noktanın radyoetrik yoğunukarını da kayıt etektedirer. ξ α Şeki 1, Yerse Lazer Tarayıcının Gene Yapısı Yerse azer tarayıcıarı sınıfandırak zordur. Lazer tarayıcıar ya öçe prensibine ya da teknik özeikerine göre sınıfandırıabiir. Bütün uyguaaarda kuanıabien bir yerse azer tarayıcı tanıaak odukça zordur. Bazı yerse azer tarayıcıar kapaı ekânar ve orta esafeerde ( 100 ye kadar) uygun ourken bazı yerse azer tarayıcıar açık ekânarda ve daha uzun esafeerde daha uygundur. Bu nedene uyguaaya bağı oarak en uygun yerse azer tarayıcının seçiesi gerekir. Yerse azer tarayıcıar esafe öçüü için üç farkı teknooji kuanır. Bugün yerse azer tarayıcıar için en popüer esafe öçe sistei tie of fight prensibidir. Bu teknik birkaç 100 ye kadar oan beiri esafeerin öçüesini sağar. Bunun yanında faz öçe prensibi orta esafeer için başka bir ortak tekniktir. Bu teknikte esafe 100 ie sınırıdır. Öçüen esafe doğruuğu birkaç dir. Bazı yerse azer tarayıcıar birkaç ye kadar öçü yapabiirer. Bunar daha çok endüstriye uyguaaarda kuanıırar. Bu tip yerse azer tarayıcıar da kuanıan esafe öçe prensibi optik üçgeneedir. Bu öçedeki doğruukar birkaç ikron seviyesindedir. Yerse azer tarayıcıar teknik özeikerine göre sınıfandırıırsa bu özeiker aşağıdaki gibi sıraanabiir (Fröhich v.d., 2004; Schuz v.d., 2004). -Taraa hızı, azer öçe sisteinin örnekee oranı -Görüş aanı -Konusa çözünürük (esea görüş aanında taranan nokta sayısı) 44

3 Yıaz, H.M., Yakar, M. Teknoojik Araştıraar : YTED 2006 (2) Mesafe öçe sisteinin doğruuğu -Diğer aetere ( Kaera, GPS gibi) kobinasyonu Tabo 1 de yerse azer tarayıcıarın öçe prensibine bağı oarak bir sınıfandırıası görüektedir. Tabo 1, Yerse Lazer Tarayıcıarın Sınıfandırıası Öe Sistei Mesafe () Doğruuk () Tie of fight <100 <10 <1000 <20 Faz Öçüü <100 <10 Optik Üçgenee <5 <1 3. YERSEL LAZER TARAMA TEKNOLOJİSİ Yerse azer taraa teknoojisi son yıarda geişen ve objeerin 3D boyutu odeeesinde kuanıan bir teknoojidir. Bu teknoojide kuanıan yerse azer tarayıcı birkaç saniyede binerce noktayı ede edebien otorize bir tota station oarak dikkate aınabiir. Lazer tarayıcı çaıştırıdığında öçüen noktaar dahii bir koordinat sisteinde koordinatandırıır (Şeki 2) (Bornaz v.d., 2004). Bu koordinat sistei bir kutupsa koordinat sisteidir. Lazer tarafından öçüen esafe r, azer tarayıcının optik biriindeki aynanın dönüş açısı ξ ve taraa esnasında azer tarayıcının konu açısı α oarak adandırıırsa azer kutupsa koordinat sisteinden azer kartezyen koordinat sisteine dönüşü aşağıdaki denkee yapıır. x=r. Sin ξ. Cos α y=r. Sin ξ. Sin α (1) z=r. Cos ξ Şeki 2, Bir Yerse Lazer Tarayıcının Dahii Koordinat Sistei Lazer ekseneri iaattan doayı ükee bir şekide aynı hizada değidir, ayna dönüş ekseni (ξ açısı) ve azer taraa ekseni (α açısı) kesişez bu nedene ik azer kutupsa koordinatarı oka azer kartezyen koordinat sisteine dönüştürek için bu farkın düzetiesi gerekir. Dönüşü için gereki bağıntı aşağıda tanıanıştır. Lazer kartezyen koordinat sisteinin orijininin dönen ayna (ξ açısı) tarafından tanıanan eksen üzerinde, r o esafe öçüündeki kayıkık ve α d tarayıcının döne eksenindeki kayıkık oarak kabu ediirse, x e = r o. Cos α d y e = r o. Sin α d X = r. Sin ξ. Cos α + x e. Cos α + y e. Sin α (2) Y = r. Sin ξ. Sin α + x e. Sin α - y e. Cos α Z = r. Cos α 45

4 Teknoojik Araştıraar : YTED 2006 (2) Yerse Lazer Taraa Teknoojisi Lazer tarayıcı objeyi tararken sabit ise birkaç kontro noktası yardıı ie bir harita koordinat sisteine dönüşü aşağıdaki bağıntı ie yapıır (Taaya v.d., 2004). X Y Z X = Y Z T T T dönüşön + M X Y Z (3) M : Dönükük atrisi X Y Z : Obje üzerindeki her bir azer noktasının koordinatı Obje, yüzeyinin ta oarak taranabiesi için geneike farkı noktaardan taranır (Şeki 3) (Ipyeong v.d., 2004). Bu duruda taraaarda obje köşeerinde bindire oasına dikkat edieidir. Bu işe fakı noktaardan tarana obje yüzeyerinin hassas bir şekide bireştiriesi için gerekidir. Tarayıcının konuandırıdığı noktaarın koordinatarı jeodezik öçeere beirenir. Obje noktaarının doğrudan koordinatandırıaarı gerektiğinde tarayıcının her konuuna karşıık geen yönete açıarının ve koordinatarının biinesi gerekir. Öçüen noktaarın koordinatarının doğruuğu tarayıcının konu ve yönete eeanarının doğruuğuna odukça bağıdır. Ayrıca doğruuk yansıyan azer ışınarının yoğunuğuna da bağıdır. Obje yüzeyinin özeiği ve ışının yüzeye gidiş açısı da önei bir etkendir. Tarayıcının konu ve yöneteeri biiniyorsa bunarın yer kontro noktaarı yardıı ie doayı oarak hesapanası gerekir. Yer kontro noktaarı oarak geneike geri yansıtaı işareter kuanıır ve bunar çok yüksek kontrastı ve tek parça odukarından görüntü üzerinde otoatik oarak buunabiir. Her bir taraanın 6 yönete paraetresinin hesapanası için her bir taraada en az 3 yer kontro noktasına ihtiyaç vardır. Farkı taraaarın nokta küeerini bireştirek için bağantı noktaarına ihtiyaç vardır. Geneike bunar da geri yansıtaı işareterdir (koordinatarı biinez) ve değerendire işei sırasında siste tarafından otoatik oarak buunurar. Lazer tarayıcı istasyonarı Yer kontro noktaarı Şeki 3, Lazer Tarayıcı ve Yer Kontro Noktaarının Konuu 46

5 Yıaz, H.M., Yakar, M. Teknoojik Araştıraar : YTED 2006 (2) YERSEL LAZER TEKNOLOJİSİNİN KULLANIM ALANLARI Yerse azer taraa teknoojisi 3D odeeeye iişkin bir çok aanda kuanıaktadır. Bu teknoojini yoğun oarak aşağıda beirtien aanarda kuanıaktadır (Ashawabkeh v.d., 2004; Bitei v.d., 2004; Bornaz v.d., 2004; Guarnieri v.d., 2004; Haa v.d., 2004; Kadobayashi v.d., 2004; Sternberg v.d., 2004; Yokoyaa v.d., 2004). -Madenciik endüstrisinde, -Endüstriye yapıarın begeenesinde, -Arkeoojide, -Miarıkta, -Tarihi ve kütüre irasarın arşivenesi ve korunasında, -Otootiv endüstrisi ve robotik uyguaaarda, -Öçe ve CBS uyguaaarında, -Sahi şeridi tespit çaışaarında, -Vokanik gözeerde, -Orancıık çaışaarında, -Deforasyon çaışaarında, -Çevrese uyguaaarda. 5. SONUÇLAR Bir çok aanda 3D ode ouştura çaışaarına yeni bir boyut getiren yerse azer taraa teknoojisi günüüzde aratan bir hıza kuanıaya başaıştır. Özeike tarihi kütüre ve turistik irasarın korunası, röeve çaışaarı ve arşivenesi çaışaarında daha hızı ve daha pratik oası açısından öne arz etektedir. Ancak bu konuda yapıan çaışaar yerse azer taraa teknoojisinin digita fotograetri ie birikte kuanıasının bu süreçte daha iyi sonuçar verdiğini gösteriştir. Bu nedene bu teknoojinin yukarıda açıkanan uyguaa aanarında ükeizde de kuanıarak evcut duruunun ortaya konasında önei fayda görüektedir. KAYNAKLAR [1] Ashawabkeh, Y., Haaa, N., 2004, Integration of Digita Photograetry and Laser Scanning for Heritage Docuentation, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG 4, Juy 2004, İstanbu. [2] Bitei, G., Dubbini, M., Zanattu, A., 2004, Terrestria Laser Scannig and Digita Photograetry Tecniques to Monitor Landside Bodies ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/2, Juy 2004, İstanbu. [3] Bornaz, L., Lingua, A., Rinaudo, F., 2004, Engineering and Environenta Appications of Laser Scanner Tecniques, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [4] Deir, N., Bayra, B., Akış, Z., Hevacı, C., Çetin, I., Vögt, T., Ringe, K., Steıne, E., 2004, Laser Scanning for Terrestria Photograetry, Aternative Syste or Cobined with Traditiona Syste, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/2, Juy 2004, İstanbu. [5] Fröhich, C., Mettenaiter, M., 2004, Terrestria Laser Scanning- New Perspectives 3D Surveying, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [6] Guarnieri, A., Vettora, A., E-Haki, S., Gonzo, L., 2004, Digiata Photograetry and Laser Scanning in Cutura Heritage Survey, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/2, Juy 2004, İstanbu. [7] Haaa, N., Reuke, R., Thies, M., Aschoff, T., 2004, Cobination of Terrestria Laser Scanning with High Resution panoraic Iages for Investigations in Forest Appications and Tree Species Recognition, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. 47

6 Teknoojik Araştıraar : YTED 2006 (2) Yerse Lazer Taraa Teknoojisi [8] Ipyeong, L., Yunsoo, C., 2004, Fusion of Terrestria Laser Scanner Data and Iages for Buiding Reconstructions, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [9] Kadobayashi, R., Kochi, N., Otani, H., Furukawa, R., 2004, Coparison and Evauation of Laser Scanning and Photograetry and Their Cobined us efor Digita Recording of Cuture Heritage, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [10] Schuz, T., Ingesand, H., 2004, Terrestria Laser Scanning-Investigations and Appications for High Precision Scanning, FIG Working Week, May, Athens. [11] Sternberg, H., Kersten, Th., Jahn, I., Kinze, R., 2004, Terrestria 3D Laser Scanning Data Acquisition and Object Modeing for Industria as- Buit Docuentation and architectura Appications, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [12] Taaya, J., Aaus, R., Bosch, E., Serra, A., Korus, W., Baron, A., 2004, Integration of A Terrestria Laser Scanner with GPS/IMU Orientation Sensors, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [13] Yokoyaa, H., Chikatsu, H., 2004, 3D Modeing for Historica Structure Using Terrestria Laser Ranging Data, ISPRS xx. Syposiu, Co. V., WG V/4, Juy 2004, İstanbu. [14] Vozikis, G., Haring, A., Vozikis, E., Kraus, K., 2004, Laser Scanning: A New Method for Recording and Docuentation in Archaeogy, FIG Working Week, May, Athens. 48