Uzaktan Alg lamada Alg lama Çeflitleri, Alg lay c Sistemler ve Alg lama Platformlar

Transkript

1 Uzaktan Alg lamada Alg lama Çeflitleri, Alg lay c Sistemler ve Alg lama Platformlar ALGILAYICI S STEMLER Alg lay c sistemler uzaktan alg lama sisteminin en önemli parças olup, farkl alg - lay c lar n ve alg lama platformlar n n özelliklerinin bilinmesi çeflitli uygulamalarda kullan lacak uydu verisinin seçiminde etkili olmaktad r. Farkl platformlara yerlefltirilen alg lay c sistemler yeryüzü cisimlerinden yans - t lan/yay lan analog sinyalleri dijitallefltirerek dijital görüntü format na dönüfltürler. Alg lay c sistemler genelde kullan lan fl n m kayna na göre; Pasif sistemler Aktif sistemler olarak iki ana gruba ayr l rlar. Bu sistemler Tablo 2.1 de gösterildi i gibi görüntü veren ve görüntü vermeyen alg lay c sistemler olarak da grupland r l rlar. Görüntü vermeyen alg lay c lar, alg lanan hedeflerden al nan fl n m bir elektrik sinyal gücü veya di er nicel birimde ölçen sistemlerdir. Görüntü veren alg lay c lar, aç a ç kan elektronlar harekete geçiren veya iyonize etmek (örn. film tabakas ndaki gümüfl iyonlar ) için kullanan veya görüntü üreten ayg tlarda (örn. TV, bilgisayar monitörü, katod fl n tübü, vb.) gösteren sistemlerdir. PAS F ALGILAYICILAR (Do al kaynaklardan yans t lan veya yay lan elektromanyetik fl n m saptayan) Pasif Tarama yapmayan Görüntü vermeyen Profil kaydedici, örn. Mikrodalga radyometre Gravimetre, Fourier spektrometre Görüntü veren Kamera (Monokrom, do al renkli, k z l ötesi, vb.) Tarama yapan Görüntü veren Cisim düzlemi tarayan Optik mekanik taray c Mikrodalga radyometre Görüntü düzlemi tarayan TV kamera Solid taray c AKT F ALGILAYICILAR (Radar gibi yapay olarak üretilen enerji kaynaklar ndan cisimlere fl n m gönderen ve geri yans t lan fl n m saptayan) Aktif Tarama yapmayan Görüntü vermeyen Profil kaydedici, örn. Mikrodalga radyometre Mikrodalga altimetre, Lazer uzakl kölçer Tarama yapan Görüntü veren Radar Cisim düzlemi tarayan Gerçek aç kl kl radar Yapay aç kl kl radar Görüntü düzlemi tarayan Pasif fazl dizi radar Tablo 2.1 Ifl n m kayna na göre uzaktan alg lama alg lay c sistemleri.

2 24 Uzaktan Alg lama Pasif ve aktif alg lay c sistemlere yönelik bilgi, 1. ünitede Uzaktan Alg lama Sistemi bölümünde aç klanm flt r. Alg lay c sistemleri s n fland rmada dikkate al nan di er bir özellik alg lay c n n tarama yapan veya tarama yapmayan özellikte olup olmad d r. Tarama yapma özelli i belirli bir zamanda görüntü boyunca alg lay c n n hareket etmesini, tarama yapmama özelli i ise alg lay c n n görüntü üzerinde sabit tutulmas n veya çok k - sa anl k bir zamanda ilgilenilen hedefi alg lamas n ifade eder. Örne in bir amatör foto raf kameras tarama yapmayan bir alg lay c d r, çünkü deklanflör sistemi aç ld nda an nda fl al r ve kapan r. Fakat kamera ve/veya hedef ilerledi inde, ayn film kameras nda oldu u gibi, alg lay c bir bak ma tarama yap yor durumundad r. Di er taraftan, hedef statik (hareket etmeyen) olabilir fakat alg lay c ilgilenilen alan boyunca tarama yapabilir, di er bir ifade ile elektro-optik alg lay c daki detektör(ler) sürekli tarama modunda sistematik olarak hareket edecek flekilde tasarlanm fl olabilir. Bu ise ofisinizde veya evinizde bulunan bilgisayar n z ile ba lant l olan taray c ayg t n z n çal flma prensibi ile ayn d r. Görüntü verisinin al nmas nda da kullan lan alg lay c sistemlerdeki alg lama modu da iki farkl türdedir: Çerçeveleme sistemleri: Tüm alandan gelen fl n m bir kerede alan alg lay c sistemler (örn. bir foto raf kameras veya TV vidikon). Çerçevelenen alan n büyüklü ü sistemde kullan lan optik sistem ve aç kl tan mlayan görüfl alan na (FOV) ba l d r. Tarama sistemleri: Görüntünün belirli bir zaman aral nda bir bütün olarak de il de nokta (görüntüdeki en küçük alan) baz nda tarama do rular fleklinde al nmas durumundaki ölçme modudur. Genel olarak üç farkl türde tarama sistemi vard r: görüntüyü tek bir detektör eleman yla oluflturan line taray c (örn. NOAA- AVHRR uydusu), alg lay c n n hareket do rultusuna paralel (along-track) do rultuda dizilmifl detektör dizisi içeren whiskbroom taray c (örn. LANDSAT-TM, fiekil 2.1a). Whiskbroom taray c lar, birkaç detektör eleman yla hareket yönüne dik do rultuda (cross-track) tarama yaparlar. alg lay c n n hareket do rultusuna dik do rultuda dizilmifl detektör dizisi içeren pushbroom taray c (örn. SPOT-HRV, fiekil 2.1b). Pushbroom taray c larda ise binlerce detektör eleman vard r ve tarama hareket yönüne paralel bir do rultuda (along-track) yap l r. Alg lay c n n cisim düzlemi veya görüntü düzlemi tarayan sistem olmas, detektör sisteminde AMAÇLARIMIZ kullan lan ayna ve merce in konumuna ba l d r. Görüntü düzlemi tarayan sistemde mercek aynadan yans yan görüntüyü K T Adetektör P üzerinde odaklar. Cisim düzlemi tarayan sistemde ise mercekten geçen fl k fl nlar detektöre gelmeden önce tarama sisteminde kullan lan ayna ile yans t l r.

3 2. Ünite - Uzaktan Alg lamada Alg lama Çeflitleri, Alg lay c Sistemler ve Alg lama Platformlar 25 fiekil 2.1 Farkl görüntü tarama sistemleri. (a) hareket yönüne dik do rultuda (cross-track) tarama. (b) hareket yönüne paralel do rultuda (along-track) tarama.( Sabins, F.F., 1987) Motor Dönen tarama aynas Dedektör dizisi Odak düzlemi Mercek Tarama do rultusu Anl k görüfl alan Aç sal görüfl alan Dedektör Tarama do rultusu Yer çözünürlük eleman (a) Yer çözünürlük eleman (b) nsan gözü çerçeveleme mi yoksa tarama alg lama sistemine mi örnektir? Alg lay c sistemler ayn zamanda, kullan lan platforma ba l olarak (Resim 2.1), Yer-bazl alg lama sistemleri Uçak-bazl alg lama sistemleri Uydu-bazl alg lama sistemleri kullan lan elektromanyetik spektrum bölgesine ba l olarak (Resim 2.2), Optik alg lay c sistemler (görünür ve yans t c k z l ötesi) Is l alg lay c sistemler ( s l k z l ötesi) Mikrodalga alg lay c sistemler olarak da grupland r labilir. AMAÇLARIMIZ 1

4 26 Uzaktan Alg lama Resim 2.1 Farkl alg lama platformlar. Geosabit uydu sistemleri Alçak yörüngeli uydu sistemleri Uzay meki i Alçak/orta irtifal uçak sistemleri Yer bazl sistemler Optik/ s l görüntüleme sistemleri kullan lan spektral bant say s na göre grupland r lmaktad r: Monospektral veya pankromatik (tek bir dalga boyu band /gri renk tonu görüntüsü) sistemler, Çok spektrumlu (birkaç spektral bant) sistemler, Hiperspektral (yüzlerce spektral bant) sistemler. Yapay aç kl kl radar görüntüleme sistemleri ise kullan lan frekans band ile polarizasyon modunun kombinasyonuna göre grupland r lmaktad r: Tek frekansl (L -bant veya C -bant veya X -bant) sistemler, Çoklu frekans (iki veya daha fazla frekans band n n kombinasyonu) sistemleri, Tek polarizasyonlu (DD veya YY veya YD) sistemler, Çoklu polarizasyon (iki veya daha fazla polorizasyon modunun kombinasyonu) sistemleri.

5 2. Ünite - Uzaktan Alg lamada Alg lama Çeflitleri, Alg lay c Sistemler ve Alg lama Platformlar 27 Günümüzde keflif ve haritalama amaçl kullan lan uydu sistemlerindeki teknolojik geliflmeler göz önüne al nd nda mevcut uydu sistemleri; Birinci kuflak uydu sistemleri ( ), kinci kuflak uydu sistemleri ( ), Uçüncü kuflak uydu sistemleri (1997 ve sonras ) olarak ta 3 ayr grupta toplanmaktad r. Is l k z l ötesi Mikrodalga Resim 2.2 Elektromanyetik spektrumun farkl bölgelerinde kullan lan alg lay c sistemler. Görünür/ Yans yan k z l ötesi Enerji Mavi Yeflil K rm z Yak n kö. Günefl enerjisi (6000 K) Yeryüzünün enerjisi (300 K) Dalga boyu Polarizasyona yönelik bilgi, 4. ünitede Sistem Parametreleri bölümünde genifl bir flekilde verilmifltir. ALGILAMA PLATFORMLARI Polarizasyon, genelde elektromanyetik dalgan n elektrik alan vektör yönünü belirtmek için kullan lan bir kavramd r. Radar Uzaktan alg lama sistemleri uzayda farkl e im ve yörüngelere oturtulabilir ve kullan lan alg lay c lar atmosferin içinde farkl sistemlere (uçak, AMAÇLARIMIZ balon, insans z hava antenlerinin tasar m da bu sisteminde al c ve verici arac, vb.) yerlefltirilebilirler veya arazide (yer-bazl sistemler) konumland r labilirler. Di er bir ifade ile uzaktan alg lama sistemleri birçok farkl platformda çal flabil- verici antenin polarizasyonlar do rultuda yap l r. SAR sisteminde polarizasyon, al c ve mektedir. Genelde en yayg n olarak kullan lan uzaktan alg lama K platformlar T A P do rultusunda belirlenir. uçakve uydu- bazl sistemler olmakla beraber yer-bazl sistemlerden atmosferin d fl nda iletim, Yatay düzlemde geri al m), K T Di er A P bir ifade ile YY(Yatay düzlemde DD (Düfley düzlemde iletim, çal flabilen farkl yüksekliklere sahip di er olas platformlar afla da verilmektedir: Düfley düzlemde geri al m), Yer-bazl platformlar: yer, araç ve/veya kule => 50 m ye DY(Düfley düzlemde kadar iletim, Yatay düzlemde geri al m), YD(Yatay Uçak-bazl platformlar: uçak, helikopter, yüksek-irtifal uçak, balon => 50 düzlemde iletim, Düfley düzlemde geri al m) olmak üzere 4 farkl km ye kadar do rusal polarizasyon vard r. Uydu-bazl platformlar: roket, uydu, mekik => yaklafl k 100 km ile km Do rusal polorizasyonun yan s ra eliptik ve dairesel polorizasyon da ye kadar - Uzay meki i: km - Uzay istasyonu: km - Alçak yörüngeli uydular: km - Yüksek yörüngeli uydular: yaklafl k km kullan lmaktad r. Günümüzde daha çok tekli do rusal polarizasyona sahip uydu sistemlerinin (örn. Radarsat-1) yan s ra geliflen SAR teknolojisinin beraberinde çoklu do rusal polarizasyona sahip geliflmifl radar uydu sistemleri de (örn. TerraSAR-X, Radarsat-2) mevcuttur.

6 28 Uzaktan Alg lama Platform seçimi elde edilecek görüntü kalitesi ile görüntü kapsama alan büyüklü üne etki etmektedir. Uydu- ve uçak- bazl alg lama sistemleri aras ndaki temel farkl l klar Tablo 2.2 de verilmektedir. lk uzay istasyonu Sovyetler Birli i nin Salyut uzay istasyonudur. Daha sonra NASA n n Skylab istasyonu ve Sovyetler Birli i nin ikinci uzay istasyonu olan Mir yörüngeye oturtulmufltur. Günümüzde 1998 y l nda yap m na bafllanan ve 350 km yükseklikteki bir yörüngede Dünya etraf nda günde 15,7 kez dönmekte olan Uluslararas Uzay stasyonunda (ISS), yerçekimsiz ortam n yaratt etkiler araflt r lmaktad r. Uluslararas uzay istasyonu bulutsuz gecelerde ç plak gözle görülebilmektedir. Tablo 2.2 Uydu- ve uçak- bazl alg lama sistemleri aras ndaki temel farkl l klar. Uydu- bazl alg lama sistemleri Genifl kapsama alan Daha düflük mekânsal çözünürlük Yeryüzünü sürekli izleme (24/7 operasyon) Birim alan bafl na göreceli daha düflük maliyet Otomatik dijital görüntü iflleme Uydu ömrü süresince (5-10 y l) homojen veri Politik s n rlarla ilgili yasal s n rlamalar n olmay fl Uçak- bazl alg lama sistemleri Daha küçük kapsama alan Çözünürlük yükseklik ile belirlenmektedir Yüksek mekânsal çözünürlük (20 cm veya alt ) Esnek zamanlama Birim alan bafl na yüksek maliyet Daha kolay görsel yorumlama Yüksek spektral çözünürlük Artan platform h z (h zl veri toplama) 2 Hava foto raflar yerine uydu görüntülerinin kullan lmas n gerektiren en az iki neden belirtiniz. Hubble Uzay Teleskobu, NASA ve Belirli bir uygulamaya yönelik özel alg lay c sistem mimarisinin seçiminde platform ve alg lay c aras ndaki baz özelliklerin uyumlu olmas gereklidir. Genel olarak Avrupa Uzay Ajans (ESA) taraf ndan evrenin iflleyifline yönelik araflt rmalarda uydulardaki görüntüleme sistemleri için tüm sistem mimarisinin saptanmas na etki kullan lmak üzere 1990 y l nda Uzay Meki i Discovery eden temel faktörler kapsama alan, mekânsal çözünürlük ve örnekleme-zaman aral - taraf ndan Dünya etraf ndaki d r. Bu faktörler platform yüksekli ini ve alg lay c tasar m parametrelerini etkilemektedir. Sistem mimarisi, ayn zamanda tüm uzaktan alg lama uygulamalar nda kullan la- yörüngesine konulan bir uzay teleskopudur. cak uydu verilerinin çözünürlü ünün (mekânsal, spektral, radyometrik ve zamansal) belirlenmesi SIRA aç s ndan S ZDE da önem tafl maktad r. Bunlar n yan s ra sistem gelifltirme maliyeti, sistemin teknik olarak yeterlili i, güç, a rl k ve veri h z gereksinimleri de göz önünde tutulmal d r. AMAÇLARIMIZ Mekânsal, spektral, radyometrik ve zamansal çözünürlük kavramlar na yönelik bilgi, 5. ünitede Çözünürlük bölümünde genifl bir flekilde verilmifltir. UYDU S STEMLER Genel anlamda herhangi bir cisim etraf nda (örn. Galaksi, Günefl, Dünya veya Mars) AMAÇLARIMIZ dönen cisimlere uydu denilmektedir. Bu kapsamda Ay, Dünya n n uydusu, Dünya ise Günefl in uydusudur. AMAÇLARIMIZ Do al uydu olarak adland r lan bu uydular n d fl nda insano lu taraf ndan herhangi bir gezegenin çevresindeki bir yörüngeye yeryüzünden f rlat larak yerlefltirilmifl uydu sistemleri de bulunmaktad r ve bu sistemler yapay uydu sistemi ola- rak adland r lmaktad r. Günümüzde Dünya n n yörüngesinde bulunan yaklafl k 950 adet uydu sistemi mevcuttur. Farkl amaçlara yönelik uzaya f rlat lan ve daha çok sivil ve askeri amaçla kullan lan bu uydu sistemleri, ilk olarak iletiflim alan nda daha h zl ve yüksek kapasiteli ama ayn zamanda da düflük maliyetli sistemler yaratma çabalar sonucunda ortaya ç km flt r y l nda uzaya ilk uydunun (SPUTNIK) gönderilmesi ile uzay ça bafllam fl ve uydu sistemleri haberleflmenin yan s ra birçok alanda kullan lmaya bafllanm flt r.

7 2. Ünite - Uzaktan Alg lamada Alg lama Çeflitleri, Alg lay c Sistemler ve Alg lama Platformlar 29 Uydular en genel anlamda iki gruba ayr lmaktad r; 1. nsans z uydular: Landsat, Meteosat, Ikonos, Envisat, vb. 2. nsanl uydular: Apollo, Gemini, Uzay meki i, vb. Genellikle çok katl bir rokete yerlefltirilip yerden f rlat larak yörüngelerine sabitlenen insans z uydu sistemleri iki ana sistem eleman ndan oluflur (fiekil 2.2): -Faydal yük (payload): Uydunun ifllevini görebilmesi için gerekli tüm donan m (anten, kameralar, radar ve elektronik sistemler) içerir ve her uydu için farkl d r. Uydunun amac na/görevine göre faydal yük tasarlanmaktad r. -Uydu yap s (bus): Uydunun faydal yük ve tüm donan mlar n uzaya tafl yan bölümüdür. Uydunun tüm parçalar n (elektrik, bilgisayar donan m, yeryüzü ile iletiflimde gerekli donan m ve itici güç) bir arada tutar. Elektronik cihazlar için gereken enerji, üzerinde bulunan günefl panelleri ile Günefl enerjisinden sa lan r. Faydal yük elemanlar fiekil 2.2 Örnek bir uydu sistemi elemanlar. Yap elemanlar Uydular kütlelerine göre; Büyük uydular: a rl 1 tondan fazla (Hubble, Türksat 3A) Orta boy uydular: 500 kg - 1 ton (THEOS) Mini uydular: 100 kg - 500kg (Göktürk -II) Mikro uydular: 10 kg kg (UoSAT-1) Nano uydular: 1 kg 10 kg (Delfi C3) Piko uydular: 0,1kg - 1kg ( TÜpSAT1) Femto uydular: A rl 0,1 kg dan az olarak s n fland r l rlar. Uydular kullan m amaçlar na göre; Askeri amaçl uydu sistemleri Haberleflme amaçl uydu sistemleri Meteoroloji uydu sistemleri Navigasyon amaçl uydu sistemleri Uzaktan alg lama (yeryüzü gözlem) amaçl uydu sistemleri Uzay araflt rma uydu sistemleri olarak grupland r lmaktad r. Bu ünite Uzaktan Alg lamada kullan lan alg lay c sistemlerine yönelik haz rland için uzaktan alg lama (veya yeryüzünü gözleme) amaçl kullan lan uydu sistemleri detayl olarak incelenecektir.