ÝÞLENMEMÝÞ YAPAY AÇIKLIKLI RADAR VERÝLERÝNÝN SIKIªTIRILMASI SYNTHETIC APERTURE RADAR RAW DATA COMPRESSION

Transkript

1 ISTANBUL UNIVERSITY ENGINEERING FACULTY JOURNAL OF ELECTRICAL & ELECTRONICS YEAR VOLUME NUMBER : 001 : 1 : (7-36) ÝÞLENMEMÝÞ YAPAY AÇIKLIKLI RADAR VERÝLERÝNÝN SIKIªTIRILMASI SYNTHETIC APERTURE RADAR RAW DATA COMPRESSION N.Gökhan KASAPOÐLU Bngül YAZGAN Ýstanbul Teknk Ünverstes, Elektrk-Elektronk Mühendslð Fakültes 8066 Maslak, Ýstanbul 1 e-posta: gokhan@ehb.tu.edu.tr ÖZET Bu çalýþmada þlenmemþ yapay açýklýklý radar (YAR) verlernn sýkýþtýrýlmasý çn DCT-BAQ algortmasý tanýtýlmýþtýr. Sonuçlar geleneksel sýkýþtýrma yöntem olan BAQ le karþýlaþtýrýlarak verlmºtr. Zaman domennde ve dönüºüm domennde olmak üzere (YAR) versnn kodlanmasý çn k tür kodlama yaklaþýmý vardýr. Zaman domennde drek kodlama yaparken en çok kullanýlan teknk blok adaptf kuantalamadýr (BAQ). Blok adaptf kuantalamada tüm data, daha küçük boyutlu data bloklarýna ayrýlýr. Ýþlenmemþ YAR versnn gauss daðýlýmlý olmasýndan yararlanarak her br data bloðu çn kuantalama sevyeler, her br bloðun standart sapmasýna baðlý olarak belrlenr. Dönüþüm domennde sýkýþtýrma þlemnde ayrýk kosnüs dönüþümü (DCT) kullanýlmýþtýr. Ýþlenmemþ YAR verlernn dönüþüm katsayýlarýnýn dnamk aralýðý oldukça yüksektr. Bu se sýkýþtýrma performansýný olumsuz etkler. Bu çalýþmada dönüþüm katsayýlarýnýn dnamk aralýðýnýn azaltýlmasý çn dönüþümün DC bleþenler ayrý kodlanmýþtýr. DC bleþenn 8 Btle ayrý kodlanmasý sýkýþtýrma oranýný küçük blok boyutlarý çn azaltsa da bu olumsuz etk büyük blok boyutlarý çn gözardý edleblr. Zaman domennde BAQ ve dönüºüm domennde DCT-BAQ le yapýlan karþýlaþtýrmalar sonunda DCT-BAQ nun BAQ ya göre oldukça y sonuçlar verdð görülmüþtür. Anahtar Sözcükler: Yapay Açýklýklý Radar, YAR, Data Sýkýþtýrma ABSTRACT In ths study Synthetc Aperture Radar (SAR) raw data compresson technques are ntroduced. Two encodng approaches are generally used. Drect encodng n spatal doman and transform encodng n transform doman. A well-known spatal doman compresson technque s based on Block Adaptve Quantzaton (BAQ). BAQ encodng s mplemented by dvdng the SAR Raw data set nto data blocks of small sze and by estmatng for each block, the standard devaton value. In transform doman we use dscrete cosne transform (DCT). SAR Raw data transform coeffcents have hgh dynamc range. Ths causes reducton for compresson performans. We have appled new approach for reducton of dynamc range. We have coded DC component of the transform coeffcents wth 8 Bts for each data block and transmt standard devaton and DC component seperately from transform doman coeffcents. Dynamc range reducton of transform doman coeffcents mproves compresson performans results versus BAQ. Keywords: Synthetc Aperture Radar, SAR, Data Compresson

2 8 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý I. Grº Uydu platformlarýnda bulunan Yapay Açýklýklý Radarlar, yer yüzeynn görüntüleyen uzaktan algýlama sstemlerdr. Genþ alanlarýn görüntülenmes sonucu elde edlen verler oldukça büyük mktardadýr. Bu ölçüde büyük verlern letlmes çn gerekl lnk hýzý (104 Mbt/sn) çoðu zaman baþarýlamayablr. Bu yüzden ºlenmemº YAR verlernn sýkýþtýrýlmasý gerekr. Sadece þlenmemþ YAR verlernn letlmes çn deðl, ayný zamanda bu verlern uzaktan algýlama yer stasyonlarýnda arºvlenmes çn de sýkýþtýrma algortmalarýna htyaç duyulur. YAR sensörü tarafýndan aydýnlatýlan alandan yansýyan þaret alýnýr, alýnan analog ºaret ara frekans bölgesne ndrlr ve temel bandda eþ fazlý I ve 90 derece faz farklý Q bleþenler elde edlr. Ýþlenmemþ YAR vers Nyqust frekansýnda genellkle 3 bt le 8 bt arasý kodsözcükler le kodlanarak sayýsallaþtýrýlýr. YAR sensörü le YAR verlernn þlendð yer stasyonlarý arasýndak aþaðý lnk gerçek zamanda ver letmn saðlamalýdýr. Uydu YAR sensörler çn ver sýkýþtýrma, YAR da geçc olarak sensörün bulunduðu platformda kaydedlen data mktarýný azaltmak, uydu yer stasyonu aþaðý lnk çn htyaç duyulan gerekl ver hýzýný azaltmak ve yer stasyonunda YAR verlernn arºvlenmes ve son kullanýcýlara letlmesnde ver hýzýný düþürmek amacýyla gerekldr. Ver sýkýþtýrma berabernde blg kaybýna neden olur, bunun sonucunda da görüntü kaltes bozulablr. Kullanýcýlarýn radar görüntülern hang amaçla kullanacaklarýnýn blnmes durumunda kullanýcýlarýn htyaç duyduklarý görüntü kaltes saðlanablr. Ýþlenmemþ YAR vers drek konumsal uzayda ve dönüþüm uzayýnda olmak üzere genellkle k tür kodlama yapýsý kullanýlarak sýkýþtýrýlablr. En y blnen konumsal uzay sýkýþtýrma teknð Blok Adaptf Kuantalamaya (BAQ) dayanýr ve bu sýkýþtýrma algortmasý Magellan çn uygulanmýþtýr.[9]. Blok Adaptf Kuantalama (Block Adaptve Quantzaton, BAQ) Ýþlenmemþ YAR versn küçük deðþml standart sapmalý rasgele Gauss daðýlýmlý br ºaret olarak modeller.[1] BAQ Ýþlenmemþ YAR versn küçük boyutlu bloklara böler ve her br blok çn standart sapmayý belrler. Ver bloðunun standart sapmasýna baðlý olarak kuantalayýcý eþkler belrlenr. BAQ çn öneml konulardan br de blok boyutunun seçmdr. Blok boyutu, blok çndek Gauss daðýlýmýný garant edecek bçmde büyük, ayný zamanda anten patern modülasyonu ve ºaret gücünün menzl zayýflamasý etklern göstermemes çn se yeternce küçük seçlmeldr. Dönüþüm bazlý sýkýþtýrma teknklernn Ýþlenmemþ YAR verlerne uygulanmasý lneer dönüºümler çn gerçekçdr. Dönüºüm temell kodlama problem çn verlen br rasgele vektörün temel vektörler cnsnden fadesnde ortalama karesel hatanýn (Mean Square Error, MSE) mnmze edlmes stenr. Karhunen- Loeve dönüºümü (Karhunen-Loeve Transformaton, KLT) ortalama karesel hatayý mnmum yapan dönüºümdür. [7], fakat ºlem yoðunluðu oldukça fazladýr. Ayrýk cosnüs dönüþümü (DCT) oldukça sýk kullanýlýr çünkü KL dönüþüme en y yaklaþýmý saðlar ve hýzlý algortmalarla etkn uygulamalara sahptr. II.Yapay Açýklýklý Radar Datasý Ýstatstksel Özellkler Yapay açýklýklý radar versn belrleyen, yüzeyn saçýcýlýðý ve yüzeydek saçýcý yoðunluðu, sadece statstksel parametrelerle açýklanablr. Bundan dolayý saçýlan alan (Ýþlenmemþ yapay açýklýklý radar ºaret) br rasgele süreçtr. YAR ayýrýcýlýk hücres elektromanyetk dalganýn dalga boyu le karþýlaþtýrýldýðý zaman oldukça genþtr.bununla brlkte her ayýrýcýlýk hücresnde yüzeyn yapýsý ve saçýcýlýk yoðunluðunun daðýlýmýna baðlý olarak çok sayýda saçýcý bulunmaktadýr. Yansýyan þaret, herbr saçýcý yansýmalarýnýn, uygun faz düzeltmeler dkkate alýnarak, toplamýnýn sonucudur. Tek br saçýcýdan dönen þaretn fazý, sensör le saçýcý arasýndak mesafe, karþýlýklý yönelme, ve saçýcýnýn elektromanyetk özellkleryle lgldr. Hareketl sstemler çn dönen þaretn fazýndak deðþklk zamana ve alýnan þarettek farklýlýklara baðlý olarak deðþr. Eðer ayýrýcýlýk hücresnde N tane saçýcýnýn olduðunu ve baskýn br hedefn olmadýðýný kabul edersek, toplam saçýlan þaret N N N I + jq = S = + = exp( jφ ) I j Q = cosφ 1 1 = 1 snφ (1)

3 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý ºeklnde fade edleblr. Burada I exp( jφ ). saçýcýnýn katkýsýdýr.i ve Q se sýrasýyla toplam þaretn reel ve majner bölümüdür. Eðer saçýcý sayýsý,n, büyükse merkez lmt teorem uygulanablr ve bu durumda I ve Q normal daðýlýmlýdýr. Buna baðlý olarak I ve Q ye lþkn olasýlýk daðýlým fonksyonlarý sýfýr ortalamalý ve varyansý p ( I ) p ( Q ) = = σ olmak üzere 1 πσ 1 πσ exp( exp( I ) σ Q ) σ ºeklnde belrtleblr.[17]. I ve Q lºksz kabul edersek brleþk olasýlýk yoðunluk fonksyonu 9 yararlanýlýr. I ve Q bleþenler Gauss daðýlýmlý, sýfýr ortalamalý ve blnmeyen varyanslýdýrlar. Algortmanýn adaptf olmasý, gelen data bloðunun uygun alt bloklara ayrýlmasý ve her ayrýlan blok çn varyans blgsnn hesaplanarak kuantalamada kullanýlacak eþk blgsnn varyansa baðlý bulunmasýyla saðlanýr. Ýþlenmemþ ver bloðunu oluþturan alt bloklar, Gauss Daðýlýmýný saðlayacak kadar büyük, blok çndek enerjnn sabt olmasýný garant edecek kadar küçük boyutta seçlmeldrler. ªekl 1 de BAQ çn kullanýlan algortmanýn blok dagramý gösterlmºtr.[4,9,10] () Ýþlenmemþ Ver Bloðu Blok Büyüklüðü:blb (I ve Q kanallarý) b b Sýkýþtýrýlmamýþ ver hýzý (bt/örnek) xblbxb xblb 1 I + Q Lloyd-Max p ( I, Q ) = exp( ) (3) Kuantalayýcý πσ σ r: sýkýþtýrma oraný Standart sapma σ nýn hesaplanmasý BAQ ºeklndedr. Polar koordnatlar çn; S S Kodlanmýþ ver bloðu p ( S, φ) = exp( ) (4) blok büyüklüðü:blb πσ πσ (I ve Q kanallarý) olarak bulunur. I + Q = S alýnýrsa 1 p (5) π ( φ ) = ds p ( S, φ) = 0 π S S p ( S ) dφ p ( S, φ) = exp( ), 0 σ σ = V 0 eºtlkler elde edlr. (5) ve (6) fadelernde 0, gösterldð üzere þaretn genlð, S, ( ) aralýðýnda Raylegh daðýlýmlý ve fazý, φ, se 0, π arasýnda unform daðýlýmlýdýr.[4,1] ( ) YAR datasýnýn statstksel özellklernden yararlanacak olan sýkýþtýrma algortmasý çn Saçýlan þaretn reel (I) ve majner (Q) bleþenlernn ayrý ayrý kodlanmasý uygun olacaktýr. Ýþaretn genlk (S) ve fazý (φ) sýkýþtýrma algortmasý çn statstksel yönden uygun deðldr. III. Blok Adaptf Kuantalama Algortmasý BAQ, sensörün bulunduðu platformda, sýkýþtýrma þlemnn gerçek zamanda yapýlmasýna olanak saðlar. Saçýcýlardan yansýyan þaretn I ve Q bleºenlernn statstksel özellklernden b/r Sgma σ Þekl 1 BAQ blok dagramý BAQ algortmasýnda þlenmemþ ver temelde br kaç btle kodlanýr. Bt sayýsýnýn az olmasý blok çndek þaret gücünün deðþm aralýðýnýn, tüm ver (6) çndek gücün deðþm aralýðýna göre çok küçük olmasýna dayanýr. BAQ algortmasýnda kullanýlan Lloyd-Max kuantalayýcý, kuantalanacak þaretn olasýlýk yoðunluk fonksyonunun blnmes durumunda eþðn kuantalama hatalarýný mnmze edecek þeklde seçlmesn saðlar. Þekl de Lloyd-Max kuantalayýcýya at -btlk kodlama karakterstlð gösterlmºtr.[10] ç ý 11 k 10 ý 01 º 00 0,98. σ 0 0,98. σ Þekl Ýk btlk BAQ algortmasý çn kodlama karakterstlð 8 Sýkýþtýrýlmýþ ver hýzý (bt/örnek) xblbx ( b / r) + 8 xblb Grº

4 30 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý Tablo 1' de se kaynaðýn olasýlýk yoðunluk fonksyonunun blnmes durumunda kuantalama hatalarýný optmze eden kuantalayýcý çn kuantalayýcý sýnýrlarý ve tekrar oluþturma sevyeler unform olmayan Gauss kuantalayýcý çn sadece poztf deðerler çn gösterlmþtr. Tablo 1 Unform olmayan Gauss (BAQ) Kuantalayýcý sýnýrlarý ve tekrar oluþturma sevyeler Sevyeler b BAQ y SNR 4 0,0 0,9816σ 6 0,0 0,6589σ 1,447σ 8 0,0 0,7560σ 1,050σ 1,748σ 0,458σ 1,510σ 9,3 db 0,3177σ 1,0σ 1,894σ 9,3 db 0,451σ 0,6813σ 1,3440σ,150σ 14,6 db ªekl 3 de YAR ºlenmemþ datasýndan alýnan 8x8 lk br ver bloðunun DCT sonrasý katsayýlarý görülmektedr. Þeklde de görüldüðü üzere katsayýlarýn tüm blok çndek daðýlýmý JPEG de kullanýlan zgzag tarama çn uygun deðldr. Katsayýlarýn bell br düzen çnde olmadýðý, þlenmemþ YAR datasýnýn düþük frekans bleþenlernn yanýnda, yüksek frekans bleþenlernn de etkn olduðu görülmektedr. Bu durum ºlenmemº YAR verlernn zaman domennde dnamk aralýðýnýn fazla olmasýyla açýklanablr.verler arasýndak sert geçþ ler yüksek frekans bleþenlernn de etkn olmasýnýn kanýtýdýr. IV. DCT-BAQ Algortmasý Dönüþüm domennde sýkýþtýrma, zaman domennde çok sayýda olan brbryle lþkl verlern daha az sayýda brbryle lºksz dönüþüm katsayýlarýyla fade edlmesyle saðlanýr. Dönüþüm sonrasý daha az anlamlý katsayýlar atýlýr veya daha az btle kodlanýr. Ýþlenmemþ YAR vers dönüþüm domennde Gauss daðýlýmýna uygun se Blok Adaptf Kuantalama dönüºüm domennde de uygulanablr. Bu ºart oldukça genº blok boyutlarý çn saðlanýr. Ýþlenmemþ YAR vers hem azmuth hem de menzl doðrultusunda frekans modülasyonu çerr. Frekans modülasyonu enerjnn dönüºüm domennde az br bölgeye yoðunlaþmasý sonucunu doðurur. Bunun sonucu olarak ºlenmemº YAR versnn dönüþüm domenndek dnamk aralýðý artar. Dnamk aralýðýn artmasý sýkýþtýrma performansýný olumsuz etkler, Benz, U.,Strodl, K. ve Morera A. dönüºüm domennde þlenmemþ YAR verlernn sýkýþtýrýlmasý çn br yöntem önermºtr.[3] Bu yöntemde ºlenmemº YAR verler, en büyük blgsayar duyarlýlýðý olan 3 btle BAQ kullanýlarak kodlanýr. Böylelkle þlenmemþ YAR verlernn dnamk aralýðýnýn düþürülmes amaçlanmýþtýr. Burada BAQ le kodlanan ver bloklarýnýn boyutu, bls 1, daha öncek bölümde anlatýldýðý gb Gauss daðýlýmýný saðlayacak ölçüde büyük, ver bloðu çndek enerj sevyesnn sabt tutulablmes amacýyla da yeternce küçük seçlmeldr. BAQ sonrasý ver bloklarý brktrlerek bls boyutunda bls >> bls 1 þartýný saðlayan br ver bloðu oluºturulur. Dönüºüm bu brktrlmº ver bloðuna uygulanýr. Dönüþüm sonrasý kodlama þlem yne BAQ kodlayýcý le yapýlýr. Dönüþüm sonrasý BAQ kod þemasýnýn bulunmasý Benz, U.,Strodl, K. ve Morera tarafndan açýklanmýþtýr. [3] Bu çalýþmada dönüþüm temell sýkýþtýrma þlemnde, dnamk aralýðýn azaltýlma þlem dönüþüm sonrasý yapýlmýþtýr. Dönüþüm sonrasý Þekl 3 Ýþlenmemþ YAR 8x8 ver bloðunun DCT katsayýlarý

5 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý 31 Ýþlenmemþ Ver Bloðu Blok Büyüklüðü:blb (I ve Q kanallarý) b Dönüºüm DC bleºen yerne sýfýr ekleme b Lloyd-Max Kuantalayýcý r: sýkýþtýrma oraný b/r Kodlanmýþ ver bloðu blok büyüklüðü:blb (I ve Q kanallarý) Sýkýþtýrýlmýþ ver hýzý (bt/örnek) Sýkýþtýrýlmamýþ ver hýzý (bt/örnek) Þekl 4 Ýþlenmemþ YAR verlernn dönüºüm domennde sýkýþtýrýlmasý b Standart sapma σ nýn hesaplanmasý 8 Sgma σ xblbxb xblb xblb BAQ xblbx ( b / r ) DC bleºen 8 BAQ uygulanablmes çn dönüþüm sonrasý ver bloðunun Gauss daðýlýmlý olmasý gerekr. Dönüþüm sonrasý katsayýlar Þekl 3 de gösterlmþtr. Burada DC katsayýsýnýn dðer katsayýlara göre oldukça büyük olduðu görülmektedr. Bu nedenle ver bloðunun standart sapmasý oldukça küçülmekte ve DC bleþene göre küçük olan katsayýlar dönüþüm sonrasý ayný BAQ kuantalama sevyesnde kalmakta ve bu durum kuantalayýcý sevyelernn hepsnn kullanýlablmesn engellemektedr. Eðer dönüþüm sonrasý elde edlen ver bloðunda DC bleþen ayrýlýr ve DC bleþenn yerne sýfýr eklenrse elde edlen yen data bloðunun BAQ le daha verml kodlandýðý görülmüþtür. Burada DC bleþen çýkarýldýðýnda oluþan yen data bloðunun Gauss daðýlýmýna yaklaþtýðý görülür. Varyansla brlkte DC bleºenn de 8 btle kodlanarak gönderlebleceð düþünülürse bu durum sýkýþtýrma performansýný braz da olsa olumsuz etkler fakat daha büyük data bloklarý çn sýkýþtýrma oranýndak olumsuz etks az olur. ªekl 4 de þlenmemþ YAR datasýnýn dönüþüm domennde sýkýþtýrýlmasýna at algortma görülmektedr. Ýþlenmemþ YAR verler Sýkýþtýrýlmýþ x(k,l) Ýþlenmemþ x s (k,l) Ýþlenmemþ x ) ( k, l) yˆ ( k, l) YAR vers YAR YAR vers σ x Sýkýtýrma Açma σ x σ ) ) y Görüntü x(k,l) σ x Ýþleme y(k,l) σ y Þekl 4 Ýþlenmemþ YAR verler performans karþýlaþtýrýlmasý çn sýkýþtýrma sstem V.Ýþlenmemþ YAR Datasý Sýkýþtýrma Teknkler Performans Analz. Sýkýþtýrma þlem sonucunda orjnal ver le sýkýþtýrýlýp tekrar elde edlmþ verlern karþýlaþtýrýlmasý çn çeþtl krterler vardýr. Bu krterlern belrlenmesnde sýkýþtýrýlan vernn hang amaçla kullanýlacaðý önem taþýr. Km zaman nsanýn görme yapýsýný da krterlern belrlenmesnde dkkate almak gerekeblr. Ama sýkýþtýrýlan verler br uydudan elde edlmþ ºlenmemº verler se, orjnal verlerle sýkýþtýrýlýp tekrar elde edlmþ verlern brebr

6 3 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý karþýlaþtýrýlmasýnýn yanýnda, sýkýþtýrmanýn ºlenmº ver üzerndek etksnn de belrlenmes gerekr. ªekl 4 de x(k,l) le ºlenmemº orjnal YAR verler, σ le ºlenmemº orjnal YAR x ºaret gücü, x ˆ ( k, l ) le sýkýþtýrýlýp açýlmýþ ºlenmemº YAR vers, σ xˆ le se sýkýþtýrýlýp açýlmýþ YAR þaret gücü gösterlmþtr. Karþýlaþtýrmalarda burada belrtlen bleþenler dkkate alýnmýþtýr. Sýkýþtýrma teknklernn baþarým analz, þaret gürültü oraný, sýkýþtýrma oraný olmak üzere k krterle ortaya konmuþtur. Normalze ortalama karesel hata N N 1 x = x ( k, l) N k= 1 l = 1 σ (9) olarak verlr. Tepeden tepeye ºaret gürültü oraný, PSNR tepe x PSNR ( db ) = 10 log 10 (10) MSE olarak tanýmlanýr. Sýkýþtýrma Oraný, CR sýkýþtýrýl orjnal mýþ ver ver CR = (11) NMSE 1 N N ) ( x ( k, l) x ( k, l )) N k = 1 l = 1 = N N 1 x ( k, l) N k= 1 l = 1 olarak bulunur. Ýþaret gürültü oraný, SNR σx SNR ( db ) = 10 log 10 (8) MSE ºeklndedr. (8) de σ orjnal ºaret gücü x (7) olarak belrtlr. Bu çalýþmada tanýtýlan þlenmemþ YAR verlernn sýkýþtýrýlmasýna yönelk kullanýlan örnek verler 56x56 pksel buyutunda 0-55 gr sevyede, pksel baþýna 8 btle gösterlen görüntüler olarak alýnmýþtýr. Örnek verlern seçmnde þlenmemþ YAR verlernn yanýnda þlenmþ YAR verler de alýnmýþ, Ýþlenmemþ YAR verler çn gelþtrlen algortmalarýnn Ýþlenmþ YAR verlerne etkler de ncelenmþtr. Ýþlenmemþ YAR verlernn doðal görüntülerden farkýný ortaya koymak çn pkseller arasý yumuþak geçþlere sahp doðal a) b) Þekl 5 Ýþlenmemþ YAR vers a) reel (I) bleþen ve b) majner (Q) bleþen

7 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý 33 a) b) Þekl 6 Uydudan elde edlmþ Ýþlenmþ YAR görüntüler a)noktasal gürültüden arýndýrýlmýþ L.A. görüntüsü b)noktasal gürültülü Hollanda görüntüsü görüntü de performans analznde örnek ver olarak kullanýlmýþtýr. Böylelkle pkseller arasýnda lþks az olan þlenmemþ YAR verleryle, pkseler arasýnda lþkye sahp doðal görüntülernn karþýlaþtýrýlmasý ve doðal görüntüler çn gelºtrlen teknklern neden ºlenmemº YAR verler çn kullanýlamayacaðýný ortaya çýkarýlablr. Ýþlenmemþ YAR vers komplekstr, reel (I) ve majner (Q) olmak üzere k farklý bleþenden oluºur. ªekl 5 de ºlenmemº YAR versnn reel (I) ve majner (Q) bleºeler görülmektedr.ªekl 5 de görülen verler ºlenmemº ERS 1 data benzetmlernden elde edlmº verlerdr.[11] ªekl 6 a da uydudan elde edlmþ Ýþlenmþ YAR görüntüsü Þekl 6 b de se noktasal gürültülü Ýþlenmþ YAR görüntüsü görülmektedr. Optk sensörlerden elde edlen görüntülerle, YAR sensöründen elde edlen görüntü çn sýkýþtýrma performansýnýn farklýlýðýný ortaya koymak çn se Þekl 7 de ayný yere at, uçaktan elde edlmº YAR sensörü ve optk sensör görüntüler kullanýlmýþtýr. a) b) Þekl 7 Uçaktan elde edlen Havaalaný a)yar görüntüsü b)optk görüntü

8 34 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý ªekl 8 Lena VI. BAQ ve DCT-BAQ Algortmalarý Performans Analzler BAQ algortmasý YAR sstemlernde pratkte uygulanan br algortmadýr. Ýþlenmemþ YAR verlernn sýkýþtýrýlmasý çn yen br algortma önerldðnde, Ýþlenmemþ YAR verlernn sýkýþtýrýlmasýnda standart kabul edlen, BAQ le karþýlaþtýrýlmalarý, yen algortmanýn avantajlarýný ortaya koymak çn kullanýlablecek br yoldur. Bu amaçla Bölüm V de anlatýlan örnek verlern performanslarý BAQ ve DCT- BAQ algortmalarý çn karþýlaþtýrmalý olarak gösterlmþtr.þekl 9 de Ýþlenmemþ YAR 1 I ve Q bleºenlernn BAQ ve DCT-BAQ çn performansý brlkte gösterlmþtr. Þekl 9 de görüldüðü gb DCT-BAQ algortmasý yaklaþýk 10 db daha y SNR saðlar. BAQ algortmasý çn blok boyutunun artmasýna baðlý olarak SNR da genel br düþüþ görülürken DCT-BAQ çn blok boyutunun artmasýyla genel br yükselþ görülmektedr. Ayrýca DCT-BAQ algortmasýnýn baþarýmýný Blok boyutuyla az lþkl olduðu söyleneblr. Bu se dönüþüm domenndek DC bleþen dýþýndak katsayýlarýn daðýlýmýnýn blok boyutuna baðlý olmaksýzýn Gauss daðýlýmlý olduðunu gösterr. ªekl 10 de se tüm örnek verler çn DCT-BAQ performans analz gösterlmºtr. ªeklde de görüldüðü gb DCT-BAQ çn en y performans sonucu Ýþlenmemþ Islenmems YAR 1 I ve Q blesenler 5 SNR (db ) DCT-BAQ I DCT-BAQ Q BAQ I BAQ Q Blok Boyutu Þekl 9 Ýþlenmemþ YAR I ve Q bleþenlernn performans analz

9 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý YAR vers çn elde edlmºtr. Bununla brlkte YAR verlernn optk verlere göre daha y performans sergledð görüleblr. ªekl 11 de se BAQ ve DCT-BAQ algortmalarýnýn yukarda açýklanan performans sonuçlarý çn blok boyutuna baðlý saðladýklarý sýkýþtýrma oranlarý gösterlmºtr. BAQ algortmasýnda alýnan her bloða lþkn standart sapma 8 btle kodlanýr. DCT-BAQ da se herbr bloða lþkn dönüþüm katsayýlarýnýn DC bleþen 35 de, standart sapmayla brlkte 8 Btle kodlanarak gönderlr. Bu durum DCT-BAQ da gerçeklenen sýkýþtýrma oranýnýn BAQ ya göre braz daha az olmasý sonucunu doðurur. Bu etk yüksek blok boyutlarý çn gözardý edleblr. DCT-BAQ nun SNR performansýnýn blok boyutundan baðýmsýz olduðu düþünülürse, DCT dönüþüm katsayýlarýnýn DC bleþennn 8 Btle kodlanarak gönderlmes sonucu sýkýþtýrma oranýna getrdð olumsuz etk göz ardý edleblr Tüm Örnek verler çn DCT-BAQ Performans Analz SNR (db ) slenmems YAR 1 I Islenms Uydu YAR Islenms Uçak YAR Islenms Uçak optk Islenms Uydu Gürültülü YAR Lena 8x8 16x16 3x3 64x64 18x18 Blok Boyutu ªekl 10 Tüm örnek verler çn DCT-BAQ performans Analz Þekl 11 de Ýþlenmþ Gürültülü YAR Hollanda Görüntüsü, Sýkýþtýrma oraný 3.5 çn gösterlmºtr. DCT-BAQ sonucunda tekrar elde edlen ºaret çn SNR 3.1 db olarak gerçekleþmþtr. Ýþlenmþ Gürültülü YAR Hollanda görüntüsünün düþük blok boyutlarý çn Ýþlenmemþ YAR datasýna yakýnsadýðý söyleneblr. Þekl 1 de görüldüðü gb 3x3 lk bloklarda sýkýþtýrma oraný brbrne çok yakýn deðerler almaktadýr. Bu blok boyutundan büyük blok boyutlarý çn sýkýþtýrma oraný BAQ ve DCT- BAQ algortmalarý çn eþt kabul edleblr. Þekl 11 Ýþlenmþ Gürültülü Uydu YAR Hollanda Görüntüsü CR=3.55 DCT-BAQ SNR=3.1 db

10 36 Ýþlenmemþ Yapay Açýklýklý Radar Verlernn Sýkýþtýrýlmasý 4,1 4 BAQ Blok Boyutuna Bagl Skstrma Oran [9] Kwok, R. and Johnston,W., Block Adaptve Quantzaton of Magellan SAR Data, IEEE Trans. On Geoscence and Remote Sensng. Vol. 7 No 4 July CR 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 BAQ DCT-BAQ 8x8 16x16 3x3 64x64 18x18 Blok Boyutu ªekl 1 BAQ ve DCT-BAQ algortmalarý çn sýkýþtýrma oranýnýn blok boyutuna baðlý deðþm KAYNAKLAR [1] Zeol, G. W., A lower bound on the data rate for synthetc aperture radar, IEEE Trans. Inform. Theory,, 708. [] Evert P. and Attema, W., The actve mcrowave nstrument on-board the ERS-1 satellte, Procc. IEEE, 79, 791. [3] Stenberg, B.S., A theory on the effect of hard lmtng and other dstortons upon the qualty of mcrowave mages, IEEE Trans. Acoustcs, Speech, Sgnal Proc., 35, 146 [4] Benz, U.,Strodl, K. and Morera, A., A Compresson of Severel Algorthms for SAR Raw Data Compresson, IEEE Trans On Geoscence and Remote Sensng, Vol 33, No 5, September [5] Franceshett, G., Pascazo, V.,and Schrnz, G., Processng of sgnum coded SAR sgnal: theory and experments, IEE Proc., Part F, 138, 19. [6] Franceshett, G.,Merello,S., and Tesauro, M.,1999.processng of phase quantzed SAR sgnal: theory and experments, IEEE Trans. AEROSP. Electron. Syst., 31, 7. [10] Syood, K., 1996 Introducton to Data Compresson, Morgan Kaufmann Publshers, San Francsco. [11] Rabban, M. and Jones, P., 1991 Dgtal Image Compresson Technques, Spe Optcal Engneerng Press Washngton, USA. [1] Franceschett, G and Lanar, P., 1999 Synthetc Aperture Radar Processng, CRS Press Washngton, USA. [13] Wjmans, W and Armbruster, P., 1996 Data Compresson Technques for Space Aplcatons DASIA 96 Rome, Italy [14] Rulang, Y, Yanfe, W and Png, B., 1998 Raw Data Compresson Technology Study n Spaceborne SAR, Eurosar 98, p 83, Germany. [15] Odoux, B, Deschaux, M and Planes, J., 1998 SAR Raw Data On-Board Compresson wth Frequency Flterng, Eurosar 98 p 51, Germany [16] /Applet_donnees_brutes/exec_eng.htm [17] Ulaby,.W., Moore, R. K., and Fung, A.K.,198 Mcrowave Remote Sensng :Actve and Passve, vol.:radar remote Sensng and Surface Scatterng and Emsson, Addson Wesley, Readng MA. [18] Kasapoðlu, N.Gökhan., Y. Lsans Tez, ÝTÜ Fen Blmler. Ensttüsü., 000 [7] Lm, S, J, Two Dmentonal Sgnal and Image Processng, Prntce-Hall [8] Curlander, J. and. Mcdonough, R., Synthetc Aperture Radar Systems and Sgnal Processng, John Wley & Sons, Inc.