FOTOGRAMETRİ FOTOĞRAFİK TEMELLER Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ BEÜ ZONGULDAK MYO MİMARLIK VE ŞEHİR PL. BÖL. HARİTA VE KADASTRO PROGRAMI ZHK 209/217/219 FOTOGRAMETRİ DERSİ NOTLARI http://geomatik.beun.edu.tr/marangoz/
İÇERİK Tarihçe Tanımlar Elektromanyetik Enerji Elektromanyetik Spektrum Emülsiyonlar (Siyah-Beyaz, Renkli ve Yapay Fotoğraf) Analog Hava Kamera ve Fotoğrafları Sayısal Hava Kamera ve Fotoğrafları Fotoğraf ile İlgili Kavramlar Bu sunumda çoğunlukla, Fotogrametrinin Temelleri Ders Notları, Doç. Dr. Naci YASTIKLI, YTÜ, 2010 kaynağından yararlanılmıştır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 2
TARİHÇE 16. yüzyıl başlarında İtalyan mimar, mühendis ve bilgin Leonardo Da Vinci, Camera Obscura yı tanımlamıştır. Bu alet bir yüzünde delik bulunan kapalı karanlık bir kutudur. Böyle bir karanlık ortamın içinde, delikten geçen ışınlar ters bir görüntü verirler. Camera Obscura Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 3
TARİHÇE Camera Obscura (www.representart.com) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 4
TARİHÇE 1727 de bir Alman kimyager Schulze gümüş nitratın güneş ışınlarına karşı duyarlı olduğunu farketmiştir. 19. yüzyıldan itibaren Fransa, İngiltere ve Almanya da görüntü kaydı ile ilgili yoğun çalışmalar yapılmıştır. Fransa da Arago, Niepce ve Daguerre tarafından önemli çalışmalar yapılmıştır: 1822 de Niepce, ışığa karşı duyarlı madde olarak asfalt kullanmış ve bu yönteme heliografik işlem adını vermiştir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 5
TARİHÇE 1837 de Daguerre, iyot buharına tutulmuş gümüş kaplamalı bakır levhaları üzerine çekilmiş resimlerin civa ile banyo edilebileceğini bulmuştur. Buna Daguerrotip adını vermiştir. Fotoğrafçılığın kullanışlı ve pratik hale getirilişi 1871 den sonra, Maddox un kuru emülsiyonu bulması ile olmuştur. Gümüş tuzları jelatin içinde eritiliyor ve bu cama sürülüyor, sonra da kurutuluyordu. Bu ilaçlı camlar karanlık bir yerde saklanıyor, gerektiğinde kullanılıyordu. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 6
TARİHÇE Fotoğraf sözcüğü daha sonra kullanılmaya başlamıştır. Bu sözcük Yunanca da Photo ve Graphie sözcüklerinin birleşmesinden oluşmuştur. Işıkla çizmek ya da ışık ile kayıt anlamına gelmektedir. Renkli fotoğraf düşüncesi de 1855 e uzanır. Bu tarihte fizikçi Maxvell renkli fotoğrafçılığı pratik olarak tanımlamıştır. Sayısal fotoğraf düşüncesi ise oldukça gerilere gitmekle birlikte, pratikte bilgisayar teknolojisinin gelişmesi ile birlikte gelişmiştir. Gelişmeyi hızlandıran diğer bir teknoloji alanı da Uzaktan Algılama teknolojisidir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 7
TANIMLAR Genel anlamda fotoğraf; nesnelerden yansıyan ışığın, ışığa duyarlı bir katman ya da elektronik sensörlerin üzerine düşürülmesiyle, kamera ile kaydedilen görüntüdür. Bir fotoğraf, orijinal kayıttan elde edilmiş bir kopya da olabilir. Buna göre pozitif (+) ve negatif (-) fotoğraftan söz edilebilir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 8
TANIMLAR Bu kayıt kimyasal veya elektronik olarak yapılabileceği gibi, kayıt sisteminin özelliklerine bağlı olarak fotoğraf; sadece grinin tonları olabilir, ya da doğal renklere yakın renklerde görülebilir. Büsbütün yapay renklerde de görülebilir. Bu nedenle uygulamalarda siyah/beyaz, doğal renkli, yapay renkli fotoğraflardan söz edilmektedir. Siyah / Beyaz Doğal Renkli Yapay Renkli Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 9
TANIMLAR Fotoğrafın çekilebilmesi için ışık şarttır. Işık herhangi bir kaynaktan cisme gelir. Cisimden yansıyan ışık bir algılayıcıya; yani göze ya da filme ya da sensöre geldiği zaman görünür olur ve renkleri konusunda bilgi verir. Cisimlerin renkleri üzerine gelen ışığın ne kadarını absorbe edip ne kadarını hangi dalga boyunda yansıttığına göre algılanır. Örneğin beyaz duvar sarı ışık ile aydınlatıldığında sarı, mavi ışık ile aydınlatıldığında ise mavi renk olarak görünür. Ancak kırmızı renkli cisim yeşil ışık ile aydınlatıldığında siyah gözükebilir (Yaşayan vd, 2011). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 10
TANIMLAR Işığın kimyasal olarak kayıt edilmesi, emülsiyon ad verilen ışığa duyarlı bir tabaka yardımıyla gerçekleştirilir. Işığa duyarlı madde, film, kart ve cam gibi fotoğraf altlıklarının üzerine yayılmıştır. Bu madde üzerine düşlen ışık miktarına bağlı olarak etkilenir. Işığın geldiği noktalarda farklı kararma dereceleri ile kayıt yapılmış olur. Bu şekilde elde edilen fotoğrafa analog fotoğraf ya da film tabanlı fotoğraf denilmektedir (Yaşayan vd, 2011). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 11
TANIMLAR Işığın elektronik olarak kayıt edilmesinde, emülsiyon yerine ışığa duyarlı sensörler yer almaktadır. Bu sensörler üzerine düşen ışığın şiddetine göre elektriksel yük üretirler. Nesnelerden yansıyan ışık enerjisi elektriksel sinyallere dönüştürülerek kayıt edilir. Daha sonra bu elektriksel yük transfer edilerek radyometrik yoğunluk değerine dönüştürülür. Bu şekilde kayıt edilen fotoğrafa ise sayısal fotoğraf veya görüntü denir. Sayısal fotoğraflar, özel sayısal kameralarla kayıt edilmiş olabileceği gibi, analog fotoğrafların tarayıcılarda taranarak sayısal ortama aktarılması ile de elde edilebilmektedir (Yaşayan vd, 2011). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 12
TANIMLAR Analog bir kamera ile kaydedilen fotoğraf sürekli bir fonksiyon olarak düşünülebilir. Bu fonksiyonu g(x,y) şeklinde tanımlayacak olursak, x,y konuma ilişkin koordinatlar olarak düşünülebilir. g(x,y) değerine karşılık gelen değerler ise yoğunluk değerini diğer bir ifade ile gri değerleri ifade eder. Analog bir fotoğrafta hem konum hem de yoğunluk değerleri süreklidir. Analog bir fotoğraf sayısal hale dönüştürüldüğünde bu fonksiyon kesikli hale dönüşür Sürekli fonksiyonun kesikli fonksiyon şekline dönüştürülmesi işlemine sayısallaştırma denir. Bu işlem sonucunda elde edilen ürün sayısal fotoğraf yada görüntü olarak isimlendirilir (Yastıklı, 2010). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 13
TANIMLAR Sayısallaştırma işlemi, x,y eksenleri boyunca belirli aralıklarla yapılan örneklemeler ve bu örnek alanlara karşılık gelen yoğunluk değerlerinin yani gri değerlerin bulunmasıdır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 14
TANIMLAR Sayısallaştırma işlemi sonucunda sayısal fotoğraf matris formunda aşağıdaki gibi gösterilebilir. Bu matrisin her elemanı bir fotoğraf elemanına, yani PİKSEL e (pixel = Picture X ELement) karşılık gelir ve bir gri değerine sahiptir. Burada ifade edilenler: x=0,1,...c-1 satır, y=0,1,...r-1 sütün, R maksimum satır, C maksimum sütün, g(x,y)= {0,1,2,...maksimum} gri değeri. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 15
TANIMLAR Siyah beyaz görüntülerde gri değerler 0 ile 255 değerleri arasında değişen gri değerlerle ifade ediliyor ise bu görüntülere 8 bitlik görüntü ( ) yada görüntünün radyometrik çözünürlüğü 8 bit değerindedir denir. Binary görüntülerde gri değer sadece siyah ve beyaz {0,1} şeklindedir. Renkli bir sayısal görüntü matrisi ise G= { g1(x,y), g2(x,y), g3(x,y)} şeklindedir. Çok bantlı görüntülerde G görüntü matrisi i={0,1,...n-1} bant sayısı olmak üzere her bant için alt gi(x,y) matrisinden oluşur. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 16
TANIMLAR Yeryüzünde bir piksele karşı düşen alan ne kadar değişik görünüm ve değerlere sahip olursa olsun, pikselin sayısal görüntüdeki parlaklık değeri, 0 (siyah) ile 255 (beyaz) arasında değişen bir sayı ile ifade edilir (8 bitlik bir görüntü için). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 17
TANIMLAR Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 18
TANIMLAR Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 19
ELEKTROMANYETİK ENERJİ Elektromanyetik enerji (E: ışınım), c ışık hızı ile harmonik dalgalar halinde hareket eden bütün enerji şekillerini kapsar. Harmoniklik, dalgaların eşit ve periyodik bir şekilde olduklarını ifade eder. Görünen ışık, elektromanyetik enerji şekillerinden ancak bir tanesidir. Radyo dalgaları, ısı, mor ötesi ve X-ışınları diğer şekilleridir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 20
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM Elektromanyetik spektrum, ışık hızı ile hareket eden ve dalga boyu nanometrelerden kilometrelere kadar uzanan sürekli enerji ortamıdır. Burada dalga boyları bina mertebesinde uzunluğa sahip radyo dalgalarından, bir atom çekirdeği mertebesindeki kısa dalga boylarına kadar uzanır. İnsan gözünün algılayabildiği dalga boyları, sadece görünür bölgedekilerdir (en duyarlı olduğu dalga boyu 550 nm). (400nm=0.4μm) 0.4-0.5μm (Mavi) 0.5-0.6μm (Yeşil) 0.6-0.7μm (Kırmızı) Uzaktan Algılama Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 21
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM Uzaktan Algılama Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 22
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM Uzaktan Algılama Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 23
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM Elektromanyetik spektrum ve enerji seviyeleri Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 24
SİYAH-BEYAZ FOTOĞRAF EMÜLSİYONLARI Emülsiyon (Duyarkat) ışığa duyarlı gümüş halojenidlerden (AgBr, AgCl, AgJ, v.b) oluşan bir katmandır. Bu maddeler ince tanecikler halinde bir jelatin içinde çözülmeyen sabit tanecikler biçiminde bulunur ve boyutları 0.5-1 μ dolayındadır. Kamera önündeki perde kısa bir süre açılınca mercek sisteminden geçen ışınlar emülsiyonu etkiler. Işığın fazla geldiği noktalarda etkilenme daha fazla, az geldiği noktalarda ise etkilenme daha az olur. Böylece, önce gözle görülmeyen gizli görüntü oluşur. Daha sonra kimyasal işlemler yapılarak gizli görüntü görünür ve kalıcı bir duruma getirilir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 25
RENKLİ ve YAPAY RENKLİ FOTOĞRAF EMÜLSİYONLARI Renkli emülsiyonlar, spektrumun belirli bölgelerine duyarlı katmanlardan oluşur. Örneğin mavi yeşil - kırmızı renkle duyarlı üç katman ile doğal görüntüde bir fotoğraf oluşur. Renkli filmlerdeki üç emülsiyon tabakasının en üstündeki emülsiyon tabakası mavi ışığa karşı duyarlıdır. Bunun altındaki emülsiyon tabakası ise ortokromatiktir, yani mavi ve yeşil ışıklara karşı duyarlıdır. Yeşil kırmızı kızılötesi, alışılmamış bir renkli görüntü meydana getirir. Bu tür fotoğraflara yapay renkli fotoğraf denir. Kaynak: Yaşayan vd.,2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 26
DOĞAL VE YAPAY RENKLİ FOTOĞRAF RGB (3,2,1) Doğal Renkli Siyah Beyaz Doğal Renkli Renkli Kızılötesi - Yapay Renkli (R = CIR yansıma), siyah / beyaz Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 27
DOĞAL VE YAPAY RENKLİ FOTOĞRAF Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 28
EMÜLSİYON TAŞIYICISI (Analog f.) Fotoğraf emülsiyonları cam, film ve kağıt üzerine sürülür ve emülsiyon taşıyıcısının boyut değiştirmesinin çok küçük olması istenir. Cam, boyut değiştirmesi en az olan taşıyıcıdır ve bu nedenle yersel kameralarda cam (kalınlığı 2-3 mm) kullanılmıştır. Hava fotogrametrisinde ise çok fazla yer tutması ve kırılma riski nedeniyle pek kullanılmaz. Film, plastik maddelerden yapılan saydam bir emülsiyon taşıyıcısıdır. Cronar, polyester ve asetat tan yapılmaktadır. Boyut değiştirmesinin çok az ve homojen olması gerekir. Hava fotogrametrisinde kullanılan filmlerin kalınlıkları 0.1-0.25 mm genişlikleri 25 cm dir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 29
FOTOĞRAFİK BANYO İŞLEMLERİ (Analog f.) Pozlanmış emülsiyonda oluşan gizli görüntü banyo işlemleri sonunda kalıcı bir görüntü biçimine dönüşür. Siyah / Beyaz fotoğraf malzemelerinin banyo işlemleri aşamaları: Geliştirme, Durdurma, Saptama, Yıkama ve Kurutma ( Duyarlık, Geçirgenlik, Matlık, Kararma, Pozlanma, Karakteristik Eğri, Gamma, Gren, Ayırma Gücü, Genel Duyarlık, Bağıl Açıklık, Filtre Ekseni ve Kızılötesi Filmler kavramlarını Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN ın Fotogrametri kaynağından takip ediniz) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 30
GELECEK HAFTA: Fotogrametride Kullanılan Hava Kameraları P γf F O1 γp F I x I I P y I O2 F II P II Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 31
KAYNAKLAR Fotogrametri I Ders Notları, Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN, YTÜ, Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN, vd. T.C. ANADOLU ÜNİVERSİTESİ YAYINI NO: 2295, ACIKOĞRETİM FAKÜLTESİ YAYINI NO: 1292 Fotogrametrinin Temelleri Ders Notları, Doç. Dr. Naci YASTIKLI, YTÜ, 2010 Fotogrametri, O. Altan, S. Külür, G. Toz, H. Demirel, Z. Duran, M. Çelikoyan, Karl Krauss, 7. Baskıdan çeviri, İTÜ, Nobel Yayın Dağıtım, 2007 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 32