YHEY2008 DOĞADA YÖN BULMA. Yrd. Doç. Dr. Uzay KARAHALİL

Transkript

1 YHEY2008 DOĞADA YÖN BULMA Yrd. Doç. Dr. Uzay KARAHALİL

2 Sunum Akışı Uydu Görüntüleri

3 UYDULAR NASIL ÇALIŞIR?

4 Algılayıcılar Yansıyan Işın Gelen Işın Emilen Işın Geçirilen Işın

5

6 Pankromatik Görüntü Elektromanyetik spektrumun enerji ölçebilen algılayıcılar tarafından elde edilebildiği bölümlere bant adı verilir. Halihazırdaki bir çok pankromatik algılayıcılar (sensörler) için bu tek bant genellikle spektrumun görünen (visible) ile yakın kızılötesi (near-infrared) bölümünü kapsamaktadır. Pankromatik veriler siyah-beyaz görüntü olarak oluşturulurlar.

7

8 Multispektral Görüntü Multispektral Görüntü: Elektromanyetik spektrumdaki birden fazla bant'ta ölçen dijital sensörlerle elde edilirler. Örneğin; alıcıların (Detektörler) bir bölümü görünür kırmızı yansıyan enerjiyi ölçerken, diğer bir grup yakın kırmızı ötesi (near-infrared) enerjiyi ölçer. İki ayrı algılayıcı (detektör) dizilimi aynı dalga boyunun değişik bölümlerindeki enerjiyi ölçebilirler. Bu çoklu yansıma değerleri; renkli görüntü yaratmak için birleştirilirler. Günümüzdeki, multi-spektral (çok bantlı) uzaktan algılama uyduları bir kerede 3 ila 7 değişik bant'taki yansımaları ölçebilirler.

9 Spatial Bilgi: Şekil, büyüklük, renk, genel görünüm Spektral Bilgi: Mineral içerik, toprak nemi, bitki örtüsü sağlığı SPOT 124 Nisan Multispektral 2016 Trabzon görüntü U. Karahalil

10 ALGILAMA SİSTEMLERİ

11 PASİF SİSTEMLER Enerji kaynağı: Güneş Işık atmosferden geçerek yeryüzündeki bir obje veya yüzeye ulaştıktan sonra, o yüzey veya objenin cinsine göre ışığın belli bir dalga boyundaki spektrumu yansıtılır. Koordinatları ve yeryüzü özelliği belli bir alandan yansıtılan enerjinin ölçülmesiyle o yüzey özelliği veya objeye ait spektral aralığını belirlemiş oluruz. Bu bilgi bize, benzer nitelikteki yeryüzü veya objelerin yerlerini, alanlarını ve niteliklerini elde etmemizi sağlar. Farklı spektrumlar orman, su yüzeyi, karla kaplı alan, çıplak arazi gibi farklı yeryüzü şekillerini temsil ettiğinden, uydu görüntülerinin işlenmesiyle onlar arasında ayırım yapabiliriz. Pasif algılama sistemleri elektromanyetik spektrumun mor ötesi ve mikro dalga gölgesi arasında algılama yapar. Bu sistemlerden bazıları; LANDSAT, SPOT, IRS, IKONOS, QUICBIRD, vb. uydulardır.

12 AKTİF SİSTEMLER RADARLAR Yapay ışın yardımıyla (mikrodalga alanında yapay ışık oluşturarak nesnelere gönderen ve bunlardan yansıyanları yakalayan sistemler) nesneler hakkında bilgi edinilmesini sağlarlar. RADAR ( Radio Detecting and Ranging/ Işınları Yakalama ve Uzaklık Ölçme) Radar sistemleri antenleri aracılığıyla mikro dalga üretir (yapay ışın kaynağı) ve yeryüzüne gönderir. Yeryüzünden yansıyıp geri dönen ışınları aynı anten tekrar yakalar. Böylece mikro dalga ışının gidiş-dönüş zamanını ve gücünü ölçer. Kendi elektromanyetik ışık kaynağına sahip algılama sistemleridir. Syntetic Aperture Radar kısaca SAR olarak adlandırılırlar. Havadan lazer tarama (LIDAR) ve InSAR olmak üzere ikiye ayrılırlar. LIDAR elektromanyetik spektrumun yakın kızılötesi bölgesinde algılama yaparken InSAR ise mikrodalga bölgesinde algılama yapmaktadır. ERS-1 uydusu aktif algılama sistemine sahiptir. SAR sistemleri, pasif sistemlerden daha uzun dalga boylarında çalışırlar. Bu nedenle, karanlıkta, siste, bulutlu alanlarda görüntüleme yapabilirler.

13 UA Tekniklerinin Ormancılık Çalışmalarında Kullanımı Orman amenajman haritalarının üretilmesi Orman sınırlarının belirlenmesi Orman alanlarındaki değişimlerin gözlenmesi Orman yangınlarına hassas bölgelerin tespit edilmesi Ormanda Biyolojik çeşitliliğin tespit edilmesi ve korunması gereken alanların belirlenmesi Uydu görüntülerinden vejetasyon sınıflandırması

14 Görüntü oluşumu elektromanyetik enerji kavramına dayanmaktadır. Elektromanyetik enerji; c ışık hızında sinüzoidal ve harmonik dalgalar şeklinde hareket eden bir enerji olarak tanımlanmaktadır

15 Enerji Nesne İlişkisi Güneş enerjisi alan bütün nesneler aynı zamanda ısınırlar Dalga boyu arttıkça (büyüdükçe) E kuantum enerjisi azalır. Kuantum enerjisi azalınca nesnelerin ışını yansıtma yetenekleri azalır. Toplam enerji miktarı azalmayacağına (ya da kaybolmayacağına) göre; E T ( ) = E Gelen ( ) + E Saçılan ( ) + E Yutulan ( ) + E Yansıyan ( ) Nesneler bulundukları ortamdan sıcak iseler enerji yayarlar. Yutma (soğurma) ve yayma belli bir sürede dengeye girer Enerjiyi yutma ve yayma özelliği ideal olan nesneler SİYAH CİSİM lerdir. Siyah cisim kötü bir yansıtıcıdır.

16 Electromagnetic Spectrum Ölçü Birimi: Mikronmetre=mikron 1 m = 10-6 metre

17 Uzaktan Algılama Nasıl Gerçekleşir? Uzaktan Algılayıcılar (sensörler), dünya yüzeyi ile etkileşimde bulunan elektromanyetik (EM) ışını ölçerler. Madde ile etkileşimler EM ışının yönünü, yoğunluğunu, dalga boyu içeriğini ve kutuplaşmasını değiştirebilir. EM Işın Kaynağı Yayılma Sensör Emilim Yayılma Emilim Yayılma Yayılma Emisyon Emilim

18 YANSIMA Dogada her nesne farklı yansıma özelliklerine sahiptir

19 YANSIMA

20 Landsat TM (False Color Composite)

21 SPOT (2.5 m)

22 QUICKBIRD (0.6 m)

23 IKONOS (4 m Multispectral)

24 IKONOS (1 m Panchromatic)

25 RADAR (Radio Detection and Ranging) Image: NASA 2005

26 LIDAR (Light Detection and Ranging) Image: Bainbridge Island, WA courtesy Pudget Sound LIDAR Consortium, 2005

27 LANDSAT İlk LANDSAT uydusunun 1972 yılında uzaya gönderilmesinden sonra 4 adet LANDSAT uydusu daha yörüngeye oturtulmuştur. İlk kuşak 3 uydudan oluşmaktadır. Bu uydular iki sensör taşımaktadır. Return Beam Vidicon (RBV) kamera ve Multispectral Scanner (MSS). RBV kamera ile yaşanan teknik sorunlar, MSS'in spektral ve radiometrik üstünlüğü nedeniyle RBV data nadiren kullanılır. İkinci kuşak LANDSAT uyduları, 1982 'te LANDSAT 4 ile başlayarak, RBV yerine Thematic Mapper (TM) adında yeni bir cihazla donatılmışlardır yılında, LANDSAT 6 şansız bir şekilde düştükten sonra LANDSAT 7, geliştirilmiş Thematic Mapper ve yüksek çözünürlüklü scanner ile donatılarak Mart 1999 da fırlatılmıştır.

28 LANDSAT 1-7 Uyduları Özellikler Uydu Landsat 1/2/3 Landsat 4/5 Operatör NASA- EOSAT Space Imaging Başlangıç ve Sonlanma Tarihi 1972/75/ /82/ /84, 1987/- Landsat 7 NASA 1999 Sensör Yersel Radyometri k Şerit Genişliği Swath Görüntüle me Sıklığı MSS 80m 8 bit 18 gün TM TM 30m (VNIR) 30m (SVIR) 8 bit gün 8 bit gün TM 120m (TIR) 8 bit gün Pan 15m. 8 bit gün ETM 30m(VNIR- SWIR) 8 bit gün ETM 60m. (TIR) 8 bit gün Multi-Spectral Scanner (MSS) MSS alıcısı görünür ve yakın-infrared bölgede 4 adet band'a sahiptir. (0.5 ; 10 ; 1.1 pm) ve 80 metre çözünürlüktedir. Thematic Mapper adlı cihazın spektral ve geometrik çözünürlük üstünlüğü nedeniyle MSS' in talebi hızla azalmıştır. LANDSAT 5 teki Thematic Mapper (TM) LANDSAT 4 'teki ile aynıdır.1984 yılından beri kullanılan TM görünür NIR ve SWIR bölgede 30m çözünürlüklü 6 adet band ve 120m çözünürlüğüe sahip Termal Band'a sahiptir.( önceki verilerle uyumluluğu sağlamak amacıyla bu band Band 6 olarak kullanılmaktadır ). LANDSAT 7 Geliştirilmiş Thematic Mapper Tarayıcısı taşımaktadır.standart 7 Band'a ek olarak 15m çözünürlüğe sahip pankromatik band ( pm ) eklenmiştir. Bunlara ek olarak Termal Band'ın çözünürlüğü de 60m'ye indirilmiştir. Aynı zamanda MSS yerine HRMSI taşıyacaktır.bu cihaz 10m çözünürlüğe sahiptir.ilk 1-4 bandları TM ile aynı spektral aralığa sahip olup stereo görüntüleme özelliğine sahip 5-metrelik pankromatik tarayıcıya da sahiptir. HRMSI 60km görüntüleme alanı (swath width ) içerisinde yandaki iki path'i de görüntüleyebilmektedir.

29 Landsat Landsat 7 ETM+ Uydu Görüntüsündeki Bantlar ve Özellikleri: TM1 (Mavi): Mavi renge, su yüzeylerine, nemli alanlara hassastır. TM2 (Yeşil): Yeşil renge, yeşil renkli bitkilere hassastır. TM3 (Kırmızı): Kırmızı renge, demir içeren minerallere hassastır. TM4 (Yakın Kızılötesi): Klorofile hassastır. TM5 (Orta Kızılötesi): Organik topraklardaki hidroksil iyonuna, karbonit minerallerine ve bitkilerin içerdiği suya hassastır. TM7 (Orta Kızılötesi): Hidroksil iyonuna ve karbonit minerallerine hassastır. TM6 (Termal Kızılötesi): Isı yayan materyallere hassastır. TM9 (Pankromatik): Mekansal çözünürlüğü diğer bantlara göre daha yüksektir (15m.) 321 Bant Kombinasyonu 432 Bant Kombinasyonu 543 Bant Kombinasyonu

30 Landsat Uydu Görüntüleri 321 Bant Kombinasyonu

31 Landsat Uydu Görüntüleri 543 Bant Kombinasyonu

32 Landsat Uydu Görüntüleri 432 Bant Kombinasyonu

33 IKONOS IKONOS ticari SpaceImaging Şirketi'nce 24 Eylül 1999 yılında yörüngeye gönderilmiştir. Bu uydu ±85 derece paralel arasında algılama yapabilir. Multispektral ve pankromatik algılama yapan 2 algılayıcıya sahiptir. Uydu Ikonos-1 Başlangıç Tarihi Sonlanma Tarihi Yükseklik Yörünge Açısı Algılayıcılar Başarısız Ikonos-2 24 Eylül 1999 Aktif 681 Km 98.1 derece PAN, MS Algılayıcılar Band Spektral Bant Aralıkları Yersel Çözünürlülük Radyometik Çözünürlülük PAN 1 0,45-0, bit 11 km MS 1 (mavi) 2 (yeşil) 3 (kırmızı) 4 (VNIR) 0,45-0,53 0,52-0,61 0,64-0,72 0,77-0, bit 11 km Swat Genişliği

34 QUICKBIRD 2 Digital Globe isimli özel bir A.B.D. şirketi tarafından çalıştırılmaktadır. QuickBird 2 verisinden, pankromatik band için 0.61 m. lik resolasyonda, multispekral bantlar içinse 2.5m. lik çözünürlükte görüntüler elde edilmektedir. QuickBird 2 bir görüntüyü (17km. x 17km.) kabaca 4 saniyelik bir sürede çekmektedir. Ayrıca uydunun bulunduğu alçak yükseklik ve arttırılmış hızı, görüntünün doğruluğu, berraklığı gibi etkenleri eksi yönde etkilememekle beraber alçak yükseklik, jeolokasyon doğruluğu (geolocation accuracy) arttırmaktadır. QuickBird 2, 2003 yılından itibaren stereo görüntü (in-orbit stereo pairs) çekimine de imkan sunacaktır. Çözünürlük 0.61m. Pan (nadir) 2.5m.Mult. ( nadir) 0.73m. Pan - 30 (off-nadir) 2.9m Mult.- 30 (off-nadir Sensör Pankromatik - Multispektral

35

36

37 Konumsal Çözünürlük Dalga boyu =0,61µm Spektral Çözünürlük Parasal Çözünürlük Zamansal Çözünürlük

38 Spektral Çözünürlük Spektral Ayırma Gücü- Nesnelerin ve arazi türlerinin uzaktan algılama yolu ile ayırt edilebilmelerinin en önemli nedeni spektral özelliklerinin değişiklik göstermesidir. Algılayıcılar bu değişimleri fark edecek şekilde tasarlanır Her spektralaralık elektromanyetik spektrumun bir bölgesine duyarlıdır

39 Radyometrik Çözünürlük Radyometrik Ayırma Gücü Bir piksele ait yayın şiddeti (amplitude) Ayırma gücü sayısal olarak bit cinsinden ifade edilir 2 8, 2 11, = 256 [0-255] 2 11 = 2048 [0-2047] 2 16 = [ ]

40 Zamansal Çözünürlük Zamansal Ayırma Gücü Uydunun aynı bölgeden arka arkaya geçişi arasındaki süre Bazı uygulamalar için görüntülerin alınma aralığı önem taşır Tarım alanlarının izlenmesinde : Gün Kent alanlarının bümesinin izlenmesinde : Yıl

41 Konumsal Çözünürlük Yersel Ayırma Gücü Piksel büyüklüğü 2 2 ~3piksel LANDSAT 30 x30 SPOT 20m x 20m / pan 10m x 10m IKONOS 4m x 4m / pan 1m x 1m QUICKBIRD 60 cm x 60cm

42 HAFTAYA KALDIĞIMIZ YERDEN DEVAM EDECEĞİZ