ÖNSÖZ Uzaktan algılanan görüntüler konusunda, nazari ve en son bilgileri içeren Türkçe Uzaktan Algılama kitabı; Uzaktan algılamaya giriş, Uzaktan algılama sistemleri ve görüntüler, Görüntü kıymetlendirme ve analiz ve Uzaktan algılama uygulamaları konularını içeren dört bölümden oluşmuştur. Uzaktan algılamanın geçmişi ve gelişimi, esasları, engelleyici faktörler, görüntülerin özellikleri, algılama sistemleri, muhtelif sensör ve uyduların olanakları, görüntü tipleri, görüntülerin kıymetlendirilmesi ve analizi, sivil ve askeri disiplinlere yönelik uygulama alanları, muhtelif cisimlerin dalga uzunluklarına göre tayfsal yansıma değerleri, görüntü kıymetlendirilmesine yönelik seviyeleri içermektedir. Bu kitap, aşağıda belirtilen yayınlardan istifade edilerek hazırlanmıştır. The remote sensing tutorial, USA, RST, NASA, Eylül 1999 Fundamentals of remote sensing tutorial, Canada centre for remote sensing, 9 Kasım 1998 Remote sensing tutorial, USA, ERDAS, 1999 Imagine field guides, USA, ERDAS, 2001 ArcView Image Analysis, USA, ERDAS, 1998 Remote sensing principles and ınterpretation, F.Sabins, 1987 Multispectral users guide. USA, DIA. Agustos 1995 STANAG: 3769 Minimum resolved object sizes and scales for ımagery ınterpretation, NATO, MAS, 1990 STANAG: 3704 Ground resolution target for aerial photography, NATO, MAS, 1980 Bu kitabın pdf formatındaki metinleri, UZAKTAN ALGILAMA DOKÜMANI isimli bir CD-ROM a yüklenmiştir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU i 2002
İ Ç İ N D E K İ L E R BÖLÜM-1 1-45 UZAKTAN ALGILAMAYA GİRİŞ 1. UZAKTAN ALGILAMA BİLİMİ 1 A. ENERJİ KAYNAĞI VEYA AYDINLATMA 1 B. YAYIM VE ATMOSFER 2 C. YER YÜZEYİNİN ENGELLEMESİ 2 D. SENSÖRÜN ENERJİYİ KAYDI 2 E. GÖNDERME, ALMA VE İŞLEME 2 F. KIYMETLENDİRME VE ANALİZ 2 G. UYGULAMA 2 2. UZAKTAN ALGILAMANIN GEÇMİŞİ VE GELİŞİMİ 2 3. UZAKTAN ALGILAMANIN ESASLARI 2 a. ELEKTROMANYETİK YAYIM 7 b. ELEKTROMANYETİK TAYF VE ÖZELLİKLERİ 7 (1) ULTRAVIOLE 8 (2) GÖRÜNEN IŞIK 9 (3) INFRARED 10 (a) YAKIN INFRARED 0.72-1.1 µm 11 (b) KISA DALGA INFRARED 1.1-3.0 µm 12 (c) ORTA DALGA INFRARED 3.0-5.0 µm 12 (d) UZUN DALGA INFRARED 5.0-14.0 µm 12 (4) MICROWAVE 13 c. UZAKTAN ALGILAMAYI ENGELLEYEN FAKTÖRLER 14 (1) UZAKTAN ALGILAMAYA İLİŞKİN FİZİKSEL KURAMLAR 14 PLANCK KANUNU 15 WIEN KANUNU 16 STEFAN-BOLTZMAN KANUNU 17 TERS KARE KANUNU 17 LAMBERT İN KOSİNÜS KANUNU 18 (2) ATMOSFERİN ETKİLERİ 18 (a) DAĞILMA 18 Rayleigh Dağılım 19 Mie Dağılım 19 Nonselective Dağılım 20 (b) Emme 20 (3) DÜNYA YÜZEYİNİN ETKİLERİ 23 (a) EMME 23 (b) GEÇME / AKTARMA 24 (c) YANSIMA 24 d. GÖRÜNTÜLERİN ÖZELLİKLERİ VE ETKİLEYEN UNSURLAR 28 (1) PIXEL 29 (2) TARAMA GENİŞLİĞİ (SWATH) 29 (3) BAND LAR 30 (4) ÇÖZÜMLEME (Resolution) 32 (a) MEKANSAL ÇÖZÜMLEME 32 ÖLÇEK 33 ANLIK GÖRÜŞ SAHASI (IFOV) 33 İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU ii 2002
İ Ç İ N D E K İ L E R (b) TAYFSAL ÇÖZÜMLEME 35 (c) RADYOMETRİK ÇÖZÜMLEME 37 (d) ZAMANSAL ÇÖZÜMLEME 38 (5) PARLAKLIK VE TON (Brightness and Tone) 39 (6) KONTRASLIK ORANI (Contrast Ratio) 40 (7) DETAY AYIRT ETME GÜÇÜ (Resoving Power) 41 BÖLÜM-2 UZAKTAN ALGILAMA SİSTEMLERİ VE GÖRÜNTÜLER 1. SENSÖR SİSTEMLERİ 46 a. PASİF VE AKTİF SENSÖRLER 46 (1) PASİF SENSÖRLER 46 (2) AKTİF SENSÖRLER 46 b. KAMERA VE TARAYICI SİTEMLER 49 (1) KAMERA SİSTEMLERİ 49 (2) TARAYICI SİSTEMLER 50 (a) ACROSS-TRACK TİPİ TARAYICILAR 50 (b) ALONG-TRACK TİPİ TARAYICILAR 52 (c) CIRCULAR TİPİ TARAYICILAR 53 (d) SIDE TİPİ TARAYICILAR 54 2. MUHTELİF SENSÖRLER VE UYDULAR 55 a. METEOROLOJİ SENSÖRLERİ VE UYDULARI 55 (1) GOES 56 (2) NOAA AVHRR 57 b. YER SATHINI GÖZLEYEN SENSÖRLER VE UYDULARI 57 (1) LANDSAT 58 (2) SPOT 59 (3) IRS-1C / 1D 60 (4) IKONOS 61 c. RADAR SENSÖRLERİ VE UYDULARI 62 (1) UYDU - RADAR SENSÖRLERİ 64 (a) ALMAZ-1 SENSÖRÜ 65 (b) JERS-1 SENSÖRÜ 65 (c) ERS-1 ve ERS-2 SENSÖRÜ 65 (d) RADARSAT SENSÖRÜ 66 (e) SIR-A, B, C SENSÖRLERİ 66 (2) UÇAK VE İNSANLI UZAY VASITALARI - RADAR SENSÖRLERİ 67 (a) AIRSAR 67 (b) IFSAR 67 d. DENİZ ARAŞTIRMA SENSÖRLERİ VE UYDULARI 71 (1) CZCS SENSÖRÜ 71 (2) MESSR, VTIR VE MSR SENSÖRLERİ 72 (3) SeaWiFS SENSÖRÜ 72 e. GEZEGENLERE YÖNELİK SENSÖRLER VE UYDULAR 73 f. DİĞER SENSÖRLER 80 (1) VİDEO KAMERALARI 80 (2) FLIR SENSÖRÜ 80 (3) LASER FLUORO SENSÖRÜ 81 (4) LIDAR SENSÖRÜ 81 46-94 İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU iii 2002
İ Ç İ N D E K İ L E R 3. UZAKTAN ALGILANAN GÖRÜNTÜ TİPLERİ 82 a. HAVA FOTOĞRAFLARI 82 (1) HAVA FOTOĞRAFÇILIĞINDA KULLANILAN FİLMLER 85 (a) SİYAH BEYAZ FİLMLER 85 (b) NORMAL RENKLİ FİLMLER 85 (c) INFRARED RENKLİ FİLMLER 86 (2) HAVA FOTOĞRAFLARININ TİPLERİ 86 (a) DİKEY FOTOĞRAFLAR 87 (b) MAİL FOTOĞRAFLAR 87 b. ÇOK BANDLI GÖRÜNTÜLER 88 (1) MULTISPECTRAL GÖRÜNTÜLER 89 (2) HYPERSPECTRAL VE ULTRASPECTRAL GÖRÜNTÜLER 89 DEVAMLI VERİ TİPİ GÖRÜNTÜLER 92 TEMATİK GÖRÜNTÜLER 92 PANKROMATİK (1 Bandlı) GÖRÜNTÜLER 94 MULTISPECTRAL (2 veya daha fazla bandlı) GÖRÜNTÜLER 94 BÖLÜM-3 GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRME VE ANALİZ 95-129 1. GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRME KRİTERLERİ VE UNSURLARI 96 a. GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRME KRİTERLERİ 96 (1) HAVA FOTOĞRAFLARI İÇİN YER ÇÖZÜMLEME HEDEFLERİ 97 (2) GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMESİ İÇİN CİSİMLERİN ASGARİ AYIRT EDİLEBİLME ÖLÇÜLERİ VE ÖLÇEKLERİ 98 (3) GÖRÜNTÜLERİN KIYMETLENDİRMESİNE YÖNELİK SINIFLANDIRMA SEVİYELERİ 103 b. GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMENİN UNSURLARI 110 (1) TON 110 (2) ŞEKİL 110 (3) EBAT 111 (4) PATERN 111 (5) DOKU 112 (6) GÖLGE 112 (7) ETRAFI İLE MÜNASEBET 112 2. SAYISAL GÖRÜNTÜLERİ İŞLEME 113 a. GÖRÜNTÜ İŞLEMENİN ÖN HAZIRLIKLARI 115 b. GÖRÜNTÜYÜ GELİŞTİRME 119 c. GÖRÜNTÜYÜ DÖNÜŞTÜRME 123 d. GÖRÜNTÜYÜ SINIFLANDIRMA VE ANALİZ 125 3. VERİYİ BÜTÜNLEME VE ANALİZ 127 BÖLÜM 4 UZAKTAN ALGILAMA UYGULAMALARI 130-149 1. SİVİL AMAÇLI UZAKTAN ALGILAMA UYGULAMALARI 130 a. ZİRAATE YÖNELİK UYGULAMALAR 130 b. ORMANLARA YÖNELİK UYGULAMALAR 131 c. JEOLOJİK UYGULAMALAR 131 d. HİDROLOJİK UYGULAMALAR 131 e. DENİZLERDEKİ BUZ KİTLERİNE YÖNELİK UYGULAMALAR 131 f. ARAZİ ÖRTÜSÜ VE KULLANIMINA YÖNELİK UYGULAMALAR 131 İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU iv 2002
İ Ç İ N D E K İ L E R g. HARİTACILIK UYGULAMALARI 131 h. OKYANUS VE SAHİL YÖNETİMİNE YÖNELİK UYGULAMALAR 131 2. ASKERİ AMAÇLI UZAKTAN ALGILAMA UYGULAMALARI 137 a. HAREKAT VE İSTİHBARATA YÖNELİK GENEL UYGULAMA KATEGORİLERİ 137 b. ASKERİ UYGULAMA ÖRNEKLERİ 137 (1) BATHMETRY UYGULAMASI 138 (2) KAMUFLAJ, GİZLEME VE ALDATMAYI TESBİT UYGULAMASI 139 (3) DEĞİŞİKLİKLERİ TESBİT UYGULAMASI 141 (4) GÖRÜNTÜ HARİTALARI UYGULAMASI 142 (5) GÖREV PLANLAMA UYGULAMASI 143 (6) PERSPEKTİF GÖRÜNÜŞ UYGULAMASI 144 (7) ARAZİ SINIFLANDIRMASI UYGULAMASI 145 (8) AFET DEĞERLENDİRMESİ VE KURTARMA HAREKATI UYGULAMASI 146 EK-A 1-8 TABİİ NESNELERİN MUHTELİF DALGA UZUNLUKLARINA GÖRE TAYFSAL YANSIMA DEĞERLERİ TOPRAK, YERLEŞİM SAHASI VE SUYUN MUHTELİF DALGA UZUNLUKLARINA GÖRE TAYFSAL YANSIMA DEĞERLERİ MİNERALLERİN MUHTELİF DALGA UZUNLUKLARINA GÖRE TAYFSAL YANSIMA DEĞERLERİ VE PROFİLLERİ EK-B 1-7 ASKERİ AMAÇLI GÖRÜNEN BANDDAKİ MİLLİ GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMESİNE 1 YÖNELİK SEVİYELER SİVİL AMAÇLI GÖRÜNEN BANDDAKİ MİLLİ GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMESİNE 2 YÖNELİK SEVİYELER RADAR GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMESİNE YÖNELİK SEVİYELERİ 4 INFRARED GÖRÜNTÜ KIYMETLENDİRMESİNE YÖNELİK SEVİYELER 6 EK-C 1-16 GENEL BİLGİ TİPLERİNE TATBİK EDİLEBİLEN UZAKTAN ALGILAMA 1 UYGULAMALARI BİLGİ GEREKSİNİMLERİNE TATBİK EDİLEBİLEN GENEL BİLGİ TİPLERİ 6 1 1 2 İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU v 2002
BÖLÜM-1 UZAKTAN ALGILAMAYA GİRİŞ 1. UZAKTAN ALGILAMA BİLİMİ: Uzaktan algılama, yer sathına fiziksel bir temas olmaksızın cisimlerin gözlenmesi ve ölçülmesine ilişkin bilgi sağlayan bir bilimdir. Bu bilgi; yansıyan veya yayılan enerjinin algılanması, kaydı, analizi sonucunda elde edilmektedir. Bir ağaçın yüksekliğini veya bir gölün derinliğini belirlemek için bunların yanına gidilmesine ve ölçülmesine gereksinim bulunmaktadır. Hava fotoğrafları uzaktan algılamanın temel taşlarındandır. Günümüzde uzaktan algılama verisi, kameralar ve sensörler ile donatılmış uçaklar, insansız hava araçları ve uydular tarafından sağlanmaktadır. Kameralar ve sensörler görüntüyü; elektromanyetik tayfda Tayf görüntü bölgesi (spectral Image region) olarak adlandırılan ve kapsamındaki ultra viyole, görünen ve ınfrared bölgelerinde, yer yüzünden yansıyan ve yayılan enerjiyi ölçerek oluştururlar. KOZMİK IŞIN Kısa Dalga Uzunluğu AC GÜÇÜ Uzun Dalga Uzunluğu GAMA IŞINI X IŞINI ULTRAVİYOLE INFRARED MİCROWAVE TV / RADYO GÖRÜNEN TAYF GÖRÜNTÜ BÖLGESİ Şekil-1 Elektromanyetik tayf üzerindeki tayf görüntü bölgesi Uzaktan algılama sadece hava fotoğrafları ve uydu görüntülerinden ibaret olmayıp tıbbi taramaları, mikroskobik çalışmaları, sonar ve radarları da içermektedir. Uzaktan algılama işlemleri, hedefin ve gelen ışının arasındaki etkileşime bağlı olarak aşağıda şekli ve açıklamaları yapılan 7 unsuru içermektedir. A. ENERJİ KAYNAĞI VEYA AYDINLATMA: Uzaktan algılamanın ilk gereksinimi, aydınlatma için örneğin güneş gibi bir enerji kaynağı veya hedefin özelliğine uygun elektromanyetik enerjidir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 1 2002
Şekil-2 Uzaktan algılama işlemleri B. YAYIM VE ATMOSFER: Enerji, kaynaktan hedefe doğru yayılırken atmosferin engellemesi ile karşılaşır. Bu engelleme ikinci defa hedeften sensöre giderken de meydana gelir. C. YER YÜZEYİNİN ENGELLEMESİ: Yer yüzeyine gelen enerji, yüzeyin ve yayımın özelliğine bağlı olarak engellenir. D. SENSÖRÜN ENERJİYİ KAYDI: Enerjinin atmosferdeki dağılmasını veya hedefden yansımasını takiben sensör, elektromanyetik enerjiyi toplar ve kaydeder. E. GÖNDERME, ALMA VE İŞLEME: Sensörün kayıt ettiği enerji verisi, işlenerek görüntü haline getirileceği istasyona, ekseriyetle elektronik olarak gönderilir. F. KIYMETLENDİRME VE ANALİZ: Görüntü üzerindeki hedefler görerek ve/veya sayısal veyahutta elektronik olarak değerlendirilir. G. UYGULAMA: Elde edilen bilgilerin, muhtelif alanlarda kullanılması veya özel problemlerin çözümüne yardım edecek hale getirilmesi işlemlerini içermektedir. 2. UZAKTAN ALGILAMANIN GEÇMİŞİ VE GELİŞİMİ: Uzaktan algılama teknolojisi, 1858 yılında bir balona konulan kameranın çektiği siyah/beyaz bir fotoğrafla başlamıştır. LANSAT uydusunun uzaya atılmasına kadar geçen süre içinde gelişmiş ve günümüzün ihtiyaçlarına cevap verecek seviyeye erişmiştir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 2 2002
Kameralar 150 yıldan daha uzun bir süre uzaktan algılama hizmetinde kullanılmıştır. Bu kameralar, bir mercek vasıtasıyla elektromanyetik tayfın görünen bandı kapsamındaki hedefleri gümüş tabanlı bir film ortamına kaydeden techizatlardır. Filmler üzerindeki hedefler, siyah/beyaz parlaklık farklarından veya renkli tonlardan istifade ile belirlenmiştir. Balondan kullanılan kamera deneyimini takiben, 1882 yılında meteorolojik bir uygulama için kamera ile donatılmış bir uçurtma uçurulmuştur. 1909 yılında uçaktan kullanılan bir kamera ile sinema filmi çekilmiştir. Birinci dünya harbi esnasında, askeri amaçlı kameralar, uçaklara monte edilmiş ve geniş yer satıhları fotoğraflanarak kıymetli bilgiler elde edilmiştir. Hava fotoğraflarının askeri önemini anlayan ülkeler, sadece keşif görevi amaçları için dizayn edilmiş uçakları envanterlerine ithal etmişler ve ikinci dünya harbinde askeri istihbaratın %80 nini hava fotoğraflarından sağlamışlardır. Keşif uçaklarının gelişmesine paralel olarak 1940 lı yıllarda Infrared e hassas elemanlar geliştirilmiş ve takiben 1950 yılında üretilen False color Infrared filmler, askeri amaçlar ve bitki haritalarının çıkarılması için kullanılmışlardır. Atmosferden yapılan uzaktan algılama konusu, uzay cağının başlarında ortaya çıkmıştır. İkinci dünya harbinden sonra Almanyadan ele geçirilen V-2 roketleri Viking olarak adlandırılan bir proğram çercevesinde otomatik still ve sinema kamerası ile teçhiz edilerek uzaya atılmıştır. Bu roket yörüngeye oturtulmadan 227 km.lik bir yüksekliğe erişmiştir. Tırmanış esnasında çekilen görüntüler roketin düşmesini takiben elde edilmiş ve uzaydan alınan ilk resimler olarak tarihe geçmiştir. Şekil-3 V-2 roketine yerleştirilmiş K-12 kamerası ile çekilen New Mexico, Arizona, Nevada ve California körfezinin görüntüsü 1 Nisan 1960 tarihinde, Atlas roketi ile insansız TIROS-1 meteorolojik uydusu uzaya gönderilmiştir. Bölgelerin bulut durumunu ve meteorolojik haritalarını çıkarmak için geniş sahaları tarayan vidicon kameralarla techiz edilen bu uydunun, dünyaya gönderdiği ilk görüntü 9 mayıs 1960 tarihinde alınmıştır. Takiben aynı amaçlara hizmet eden Nimbus, NOAA ve GOES olarak adlandırılan uydular hizmete girmiştir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 3 2002
Şekil-4 İlk meteorolojik uydu görüntüsü 1960-1970 yılları arasında uydular ay ve dünya sathının görüntülenmesini sağlayan sensörlerle teçhiz edilmiştir. 1970 li yıllarda ABD iç işleri bakanlığı ile NASA teşkili müştereken, sistematik olarak dünya hakkında bilgi toplamaya yönelik ERTS (Earth Resources Technology Satellites) adı altında bir proğram oluşturmuştur. Bu proğram çerçevesinde 1972 yılında Nimbus meteoroloji uydusunun modifikasyonu ile ERTS-1 uydusu üretilmiştir. 1975 yılında bu proğramın adı LANSAT olarak değiştirilmiştir. Takiben üretilen Landsat-2 (1975), Landsat-3 (1978), Landsat-4 (1982), Landsat-5 (1984) uyduları uzaya gönderilmiştir. Bu uydular genel olarak jeolojik ve bitki örtüsü verilerini toplayan çok bantlı (Multispectral Scanner: MSS) ve mekansal çözümlemeli 7 bantlı toprak, arazi örtüsü, hidroloji gibi konusal harita (Thematic Mapper: TM) amaçlı sensörlerle donatılmıştır. Fransız üretimi SPOT-1 (1986), SPOT-2 (1990), SPOT-3 (1993) uyduları hizmete girmiştir. Bu uydulara, siyah/beyaz görüntü sağlayan Panchromatic ve Landsat verilerinden daha fazla detay veren Multispectral sensörler konulmuştur. Aralık 1995 de Panchromatic (PAN), Linear Imaging Self-scanning Sensör (LISS-III) ve Wide Field Sensör (WiFS) olarak adlandırılan sensörlerle teçhiz edilmiş IRS (Indian Remote Sensing) uydusu hizmete girmiştir. Eylül 1999 da 1 metre çözümlemeli Panchromatic ve 4 metre çözümlemeli Multispectral sensörlere sahip IKONOS uydusu uzaya atılarak göreve başlamıştır. Uzaktan algılamanın gelişimi; ABD, Fransa, Hindistan, Rusya, Kanada, Japonya, Almanya ve İsrail in katkıları ile sağlanmış olup aşağıdaki tablolarda bunların sadece belli başlılarına kronolojik bir sıra içinde değinilmiştir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 4 2002
FOTOĞRAFİK METODLAR 1759 Lambert (Fransız) photogrammetry prensiplerine ilişkin ilk ifadeler 1839 Daguerre and Nepce (Fransız) ilk fotoğraf 1840 Totoğraf kullanarak topografik harita üretimi (Fransa) 1855 Trichromatic renkli görüş denemesi (Maxwell) 1858 Paris in balondan kamera kullanımı ile fotoğrafının çekilmesi 1862 Single-lens beam splitter tekniği ile multispectral görüntünün analizi. 1860 American sivil harbi esnasında, balondan askeri amaçlı fotoğraf çekilmesi 1870 Basit kimyasal renkli projeksiyon sisteminin geliştirilmesi 1880 İngiltere, Fransa ve Rusya uçurtmadan kamera kullanımı 1895 Fotoğraf kullanımı ile Kanada da Topografik gözlem yapıldı (Seville) 1900 3 mercekli multispectral kamera icat edildi (Ives). 1903 Güvercinlere kamera bağlandı 1909 Uçaktan ilk sinema filmi çekildi (Wilbur Wright) 1915 Birinci dünya harbinde İngiliz kraliyet hava kuvvetleri (R.A.F.) tarafından çekilen keşif fotoğrafları taktik değişliği çalışmalarında kullanıldı. 1917 ABD muhabere birliği tarafından Meksika harbinde hava fotoğrafları kullanıldı. 1920 Petrol jeoloğları petrol aramada hava fotoğraflarını kullandı. 1923 Zeiss tarafından Stereoplanegraph aleti üretildi. 1924 Çok katmanlı renkli (Multilayered color) film geliştirildi 1930 Yer sathının ilk hava spectrophotography si çekildi Krinov Rus) 1930 Yer bilmi ve ziraat amaçları için yoğun hava fotoğrafı kullanıldı. 1931 Stratospheric balonda Infrared e hassas hava filmi test edildi. 1935 Kodachrome filmler piyasaya sürüldü. 1937 Hava keşfinde renli film kullanıldı. 1938 Multiplex photogrammetric plotter cihazı üretildi (Bausch and Lomb). 1940 Kelsh plotterları kullanılmaya başladı 1940-1943 Kamuflaj tesbiti ve pus a nüfuz eden Siyah/Beyaz, renkli IR filmler gelişti. 1941 Eardley'in Aerial Photos: Their Use and Interpretation dokümanı yayınlandı. 1940-1945 İkinci Dünya Harbi gereksinimlerini karşılamak için hava fotoğrafcılığı ve fotogrametri büyük gelişme gösterdi.. FOTOĞRAFİK OLMAYAN SENSÖR SİSTEMLERİ 1944 Manual of Photogrammetry dokümanının ilk baskısı yayınlandı. 1944 Askeri amaçlı olarak su derinliğinin tesbiti için 2 bantlı hava fotoğrafı kullanıldı. 1947 Spectral Reflectance Properties of Natural Materials dokümanı yayınlandı. 1950 Orthophoto haritacılık popular oldu.. 1952 Jeolojik haritalama için renkli hava fotoğrafı kullanıldı. 1956 Spectro-zonal photography for mapping soils isimli soviet dokümanı yayınlandı. 1960 Renkli filmler hava fotoğrafcılığı kapsamında kullanılmaya başladı. 1960 Colwell'ın Manual of Photointerpretation and Ray's Aerial Photographs in Geologic Interpretation and Mapping dokümanı yayınlandı 1960 Çok bantlı (multispectral) fotoğrafcılıkta dikkate değer bir faaliyet başladı. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 5 2002
1962 ABD ve Rusya 9 mercekli multispectral kamera üretti; Itek firması 1963 yılında 10 mercekli kamerayı üretti. 1964 NASA, dünya kaynaklarının çok bantlı fotoğrafcılıkla araştırılması proğramına resmen başladı. 1967 Ultra Viole fotoğrafçılığının kullanılmasına başlandı. 1967 ABD Ordu istihkam Kolordusu tarafından 2 bölümlük Earth Resources Surveys from Space dokümanı yayınlandı. 1968 ASP'nin Manual of Color Aerial Photography dokümanı yayınlandı. 1968 Apollo-9 ile çok bantlı fotoğrafcılık tecrübesi yapıldı. 1975 ASP'nin Manual of Remote Sensing dokümanı yayınlandı. FOTOĞRAFİK OLMAYAN SENSÖR SİSTEMLERİ 1800 Sir William Herschel tarafından Infrared tayf bölgesi keşfedildi. 1879 Langley bolometer kullanarak elektriki cisimlerin oluşturduğu ısıyı ölçtü. 1889 Hertz, radyo dalgalarının katı cisimlerden yansımasını tecrübü etti. 1930 İngiltere ve Almanya uçakların bulundukları yerde geceleri meydana getirdiği termal paternler üzerinde çalıştı. 1940 İngilte ve ABD ikinci dünya harbi esnasında uçakların ve gemilerin radarda izlenmesi konusunu geliştirdi. 1950 Michigan Universitesi tarafından Infrared sistemler üzerinde geniş bir çalışma yapıldı. 1954 Synthetic Aperture Radar (SAR) konsepti hazırlandı. 1950 Motorola, Philco, Goodyear, Raytheon firmaları tarafından SLAR ve SAR sistemleri araştırma ve geliştirme çalışmaları yapıldı 1960 Non-imaging radiometers, scanners, spectrometers and polarimeters cihazlarının görüntüyü oluşturan muhtelif dedektörleri geliştirildi. UYDU GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ 1891 Rahrmann, foto platformu olarak bir roketin kullanılmasını teklif etti. 1908 Alman Maul, cyro-istikrarlı bir kameranın rokete monte edilmesini geliştirdi. 1946 V-2 rocketi, uzaya atıldı ve fotoğraf çekti. 1957 Rusya, Sputnik-1 uydusunu uzaya gönderdi. 1960 ABD, TIROS-1 uydusunu uzaya attı ve fotoğraf çekti. 1961 Yörüngedeki insansız Mercury spacecraft MA-4 fotoğraf çekti ve dünyaya gönderdi. Takiben MA-8 and MA-9 daki Astronotlar tarafından fotoğraflar çakildi ve dünyaya gönderildi. 1964 TV and diğer sensorler ile donatılmış Nimbus meteorolojik arştırma uydusunun proğramına başlandı. 1965 Gemini uydusu ile uzayda ilk insanlı uçuş gerçekleştirildi ve bazı renkli fotoğraflar çekildi. 1965 Gemini uydusu fotoğrafik deneyimlerini geliştirdi. 1965 ABD iç işleri bakanlığı ve NASA, ERTS (Landsat) programına başladı. 1967 Apollo-6 ve 7 dünya yörüngesi etrafında uçuşlara başladı. multispectral 1968 Apollo-9 multispectral fotoğraf çekme deneyimlerine başladı. 1972 ERTS-1 (Landsat) (1972), Landsat-2 (1975) ve Landsat-3 (1978) uzaya atıldı. 1972-73 Astronotlu Skylab uzaya atıldı ve yer araştırma deneyimlerine başladı. 1975 Apollo-Soyuz uzayda uçmaya başladı bazı fotoğraflar çekti. 1978 Seasat-1 uydusu uzaya atıldı. 99 gün sonar düştü 1979 Nimbus-7 uydusu uzaya atıldı. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 6 2002
3. UZAKTAN ALGILAMANIN ESASLARI: Sensörler vasıtasıyla elde edilen görüntüleri, muhtelif alanlarda uygulamak için uzaktan algılamayı etkileyen fiziksel ve kimyasal hususların, görüntülerin özellik ve tiplerinin bilinmesi gerekmektedir. a. ELEKTROMANYETİK YAYIM: Uzaktan algılamanın temel gereksinimi hedefin bir enerji kaynağı tarafından aydınlatılmasıdır. Güneş, kısa dalga uzunluğunda bir enerji yaymaktadır. Bu enerji, elektromanyetik yayım şeklinde olup dalga teorisinin temel kurallarına bağlı ve sinisoidal tarzda seyahat etmektedir. Elektromanyetik yayım; yayım istikametine dik yönde ve değişik büyüklükte bir elektriksel saha (E) ile bu saha ile dik açı yapan bir manyetik sahayı (M) içermektedir. Dalga Uzunlukları Şekil-5 Elektromanyetik yayım Elektromanyetik yayımın, Dalga uzunluğu (wavelength) ve Frekans (frequency) olarak adlandırılan 2 özelliğinin tam olarak bilinmesi önem taşımaktadır. Dalga uzunluğu, birbirini izleyen dalgaların tepe noktaları arasındaki mesafe olup λ harfi ile tanımlanmıştır. Dalga uzunluğu; Nanometers (nm: 10-9 m, 10-7 cm ), Micrometers (µm:10-6 m, 10-4 cm), Centimeters (cm: 10-2 m) ve Meters (m) cinsinden ifade edilir. Frekans, dalganın saniyedeki devir sayısını belirtmekte olup hertz cinsinden ifade edilir ve her bir saniyede geçen bir devire eşittir. Nanometers Micrometers Centimeters Meters.003.03 0.3 3.0 30.0 300.0 3 30 300 0.3 3 30 3 30 300 Gama Rays X- Rays (Hard) X- Rays Ultra (Soft) violet Görünen Infrared EHF SHF UHF VHF HF LF ve MF 10 14 10 13 10 12 10 11 10 10 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 1 Frekans (Megahertz) Frekans = 3 x 10 8 (m /s) / Dalga Uzunluğu (m) Microwave Radar TV ve Radio İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 7 2002
Şekil-6 Dalga uzunluğu ve frekans Dalga uzunluğu ile frekans arasındaki ilişki aşağıdaki formül ile tanımlanmıştır. Bu karşılıklı ilişki sonucunda; yüksek enerji veren sıcak cisimler, kısa dalga boyunda ve yüksek frekansda, düşük enerji veren soğuk cisimler, uzun dalga boyunda ve düşük frekansda yayım yaparlar. c = λ x v Uzun dalga uzunluğu λ : Dalga uzunluğu (m) v : Frekans (saniyedeki devir, Hz) c : ışığın sürati (3 x 10 3 m/s) Kısa dalga uzunluğu Düşük frekans Düşük enerji Soğuk cisim Şekil-7 Yüksek frekans Yüksek enerji Sıcak cisim Dalga uzunluğu ve frekans ilişkileri b. ELEKTROMANYETİK TAYF VE ÖZELLİKLERİ: Uzaktan algılama platformlarındaki sensörler, elektromanyetik yayımı kaydederek görüntüyü oluştururlar. Bu yayımın kategorize edilmesi ile Elektromanyetik Tayf oluşmuştur. Tayf; gama ve x ışınlarını da içeren kısa dalga uzunluğu ile, microwave ve TV / radyo dalgalarını kapsayan uzun dalga uzunluğu arasında yer almıştır. Elektromanyetik tayf uzaktan algılama açısından önem taşıyan muhtelif bölgelere ayrılmıştır. Aşağıdaki şekillerde tayfın içerdiği genel bölgeler ile Ultraviole (UV), Görünen Işık (Visible Light), Infrared (IR) ve Microwave bölgelerinin dalga uzunluğu ve frekans durumu gösterilmiştir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 8 2002
YANSIYAN SOLAR IŞIN PANKROMATİK (S/B) YAYILAN IŞIN VEYA TERMAL UV GÖRÜNEN IŞIK MAVİ YEŞİL KIRMIZI YAKIN IR NWIR I N F RA R E D KISA IR Orta IR SWIR MWIR Uzun IR LWIR MICROWAVE 0.2 µ 0.4 µ 0.5 µ 0.6 µ 0.7 µ 1.1 µ 3.0 µ 5.0 µ 14.0 µ (1) ULTRAVIOLE: Şekil-8 Elektromanyetik tayf bölgeleri Çok kısa dalga uzunluğundaki tayfın Ultraviole veya kısa bir deyişle UV bölgesi, 0.2-0.4 µm dalga uzunluğunda yer almakta ve uzaktan algılamaya olanak sağlamaktadır. Dünya sathındaki kayalar ve mineraller gibi bazı materyaller, UV ışınları tarafından aydınlatıldığında ışık saçma (Fluoresce) veya görünen ışığı yayma özelliği bulunmaktadır. Bu özellikleri nedeniyle bu tip materyaller sensörler tarafından algılanarak belirlenirler. Şekil-9 Ultraviolet bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 9 2002
(2) GÖRÜNEN IŞIK: İnsan gözü veya uzaktan algılama sensörleri, görünen ışık bölgesindeki hedefleri tesbit ederler. Görünen dalga uzunluğu 0.4 0.7 µm arasındadır. Şekil-10 Görünen Işık bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar En uzun dalga uzunluğu kırmızı, en kısası ise menekşe renğidir. Görünen ışık bölgesindeki renkler ve bunların dalga uzunlukları aşağıda belirtilmiş olup ana renkler mavi, yeşil ve kırmızıdır. Diğer renkler bunların kombinasyonundan oluşmaktadır. Menekşe : 0.4-0.446 µm Mavi : 0.446-0.500 µm Yeşil : 0.500-0.578 µm Sarı : 0.578-0.592 µm Turuncu : 0.592-0.620 µm Kırmızı : 0.620-0.700 µm Mavi renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.40-0.50 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; uzun dalga boylarında görünmeyen gölgedeki metaryali aydınlatma, yeşil bitkilerin içerdiği klorofil tarafından emilme (klorofilin en iyi emildiği dalga uzunluğu 0.40 µm dir) ve takriben 40 metre derinliğindeki temiz suya nüfuz etme özelliklerine sahiptir. Yeşil renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.50-0.60 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; 13 metre derinliğindeki temiz suya nüfuz etme, temiz ve bulanık su arasındaki kontrastlığı belirleme, satıhdaki gerilim etkisi nedeniyle sudaki yağı tesbit etme ve yakın Infrared (NIR) bölgesine göre daha az tarzda bitkilerin yaptığı yüksek yansımayı belirleme, özelliklerini içermektedir. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 10 2002
Kırmızı renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.60-0.70 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; klorofilin emilmesi nedeniyle (0.66 µm) bitkileri ayırt etme, toprağı ayırt etme ve yerleşim sahası niteliklerini analiz etme, ölü yaprakların içerdiği kırmızı ve sarı renkteki pigmentlerin yaptığı yansımayı tesbit ve 8 metre ile limitli su derinliğine nüfuz etme özelliklerini kapsamaktadır. İnsan gözü, güneş ışınlarını tek veya homojen bir renkte görmektedir. Gerçekte bu renk; tayfın ultraviolet, görünen ve ınfrared bölgelerin yaydığı muhtelif dalga uzunluklarından oluşmuştur. Güneş ışınlarının bir prizmadan geçirilmesi halinde, bu renkleri ayrı ayrı görmek mümkündür. Şekil-11 Prizmadan geçirilen güneş ışınları ve oluşan renkler (3) INFRARED: Infrared (IR) bölgesi, elektromanyetik tayfın 0.7-100 µm dalga uzunluğunda yer almıştır. Görünen ışık bölgesinin 100 mislinden daha geniş bir sahaya yayılmıştır. Bu bölge yayımın özelliğine bağlı olarak yansıyan (reflected) IR ve yayılan (emitted) veya termal (thermal) IR olarak adlandırılan 2 kısma bölünmüştür. 0.7-3.0 µm dalga uzunluğunda yer alan yansıyan IR bölgesindeki ışık veya ısı tarzındaki yayım, görünen ışık bölgesindekine çok benzemekte ve uzaktan algılama amaçlarına hizmet vermektedir. 3.0-100 µm dalga uzunluğuna sahip termal IR bölgesi, görünen ışık ve yansıyan IR bölgesinden oldukça farklı özellikleri taşımaktadır. Bu bölgedeki enerji temelde yer sathından yayılan sıcaktır. Görünen ışık ile microwave (radar) bölgeleri arasında bulunan IR bölgesinin bazı özellikleri optik bazıları ise radar enerjisine benzemektedir. Bölge kendi içinde ayrıca dalga uzunluklarına dayalı olarak; Yakın Infrared (Near IR: NIR), Kısa dalga Infrared (Short Wave IR: SWIR), Orta dalga Infrared (Mid Wave IR: MWIR) ve Uzun dalga Infrared (Long Wave IR: LWIR) olarak 4 kısma bölünmüştür. Yakın Infrared ve kısa dalga Infrared yansıyan enerji, Orta dalga Infrared yansıyan ve termal, Uzun dalga Infrared ise yayılan veya termal bölge kapsamındadır. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 11 2002
(a) YAKIN INFRARED 0.72-1.1 µm: Yakın ınfrared bölgesindeki yansıma, yaprak dokusunun hücresel yapısından kuvvetli bir şekilde etkilenmektedir. Bu özellik nedeniyle bitkilerin analizinde kullanılır. Suyun emme ve bitkilerin yansıma özelliği nedeniyle (0.76-0.90 µm) kıyı haritacağına olanak sağlamaktadır. Ayrıca canlı kütlelerin (0.76-0.90 µm) belirlenmesinde, iğne ve yayvan yapraklı ağaçların birbirinden ayırt edilmesine imkan vermektedir. (b) KISA DALGA INFRARED 1.1-3.0 µm: Bitki tipleri arasında kontraslık farklılıkları bu bölgede ortaya çıkmaktadır. Sınırlı olarak buluta nüfuz eden kısa dalga Infrared; sulardaki yağın, toprak ve bitkilerin içerdiği nemin belirlenmesini sağlayan özelliklere sahiptir. (c) ORTA DALGA INFRARED 3.0-5.0 µm: Uzun dalga ınfrared bölgesi kadar sıhatli olmamakla beraber termal sıcaklıkları tesbit etmektedir. Bu bölge gündüzleri; yansıyan enerjiyi ve termal yayım karışımını, geceleri; yayılan ısıyı, metal çatılardan yansıyan enerjiyi, bacalardan çıkan ve yangınlardan kaynaklanan ısı yayımını ve buhar yansımasını tesbit eder. Dumana nüfuz etme özelliğine de sahiptir. (d) UZUN DALGA INFRARED 5.0-14.0 µm: Termal analizlerde kullanılır. Bazı bitkilerin yoğunluğu ve örtü tipini, günlük ve mevsimsel olarak termal atalet gösteren bitkileri belirme özelliklerini taşımaktadır. Şekil-12 Infrared bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 12 2002
(4) MICROWAVE: Yakın zamanda, uzaktan algılamanın ilgi sahasına giren microwave enerji bölgesi, elektromanyetik tayfın 0.1-100 cm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu bölge, kendi içinde muhtelif gereksinimler için kullanılan 6 bandı içermektedir. Ka-Bandı (0.75-1.1 cm), K-Bandı (1.1-1.67 cm) ve Ku-Bandı (1.67-2.4 cm): çok kısa dalga uzunluğundadır. Uçaklarda ilk radar sistemi olarak kullanılmışlardır. X-Bandı (2.4-3.75cm): Askeri keşif ve arazi haritacılığı amaçları için uçaklarda yaygın olarak kullanılmıştır. C-Bandı (3.75-7.5cm): Bir çok uçakta, İnsansız hava araçınnda ve uzay araçlarında (ERS-1 ve RADARSAT) kullanılmaktadır. S-Bandı (7.5-15 cm): Rusların ALMAZ uydusunda kullanılmıştır. L-Bandı (15-30cm): ABD nin SEASAT, Japonların JERS-1 uyduları ve NASA nın uçaklarında bulunmaktadır. P-Bandı (30-100 cm): NASA nın deneyimsel araştırma sistemi olarak uçaklarda kullanılmaktadır. Şekil-13 Microwaves bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar Bölgenin kısa uzunluktaki dalga uzunlukları, termal ınfrared bölgenin özelliklerini taşırken, uzun uzunluktaki dalga uzunlukları ise radyo yayınlarına olanak sağlamaktadır. Şiddetli yağmur dışında, uzun dalga uzunluğundaki microwave enerji; bulut örtüsüne, pus a ve toza nüfuz etme kabiliyetine sahip olup kısa optik dalga uzunluğuna tesir eden atmosferik dağılmadan etkilenmemektedir. Bu özellik nedeniyle microwave bölgede, hemen hemen tüm hava ve çevresel koşullar altında, herhangibir zamanda veri toplamaya imkan sağlamaktadır. İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 13 2002
Tüm cisimler belirgin miktarda microwave enerji yaymaktadır. Bu enerji cismin veya sathın yaydığı sıcaklık ve nem özelliklerine bağlıdır. Microwave algılama, uzaktan algılamada kullanılan pasif ve aktif yöntemlerden her ikisinide içermektedir. c. UZAKTAN ALGILAMAYI ENGELLEYEN FAKTÖRLER: Enerji kaynağı, hedef ve algılayıcı arasındaki atmosfer ve dünya sathındaki materyaller, uzaktan algılamayı engellemektedir. Güneşin sağladığı enerjinin tümü hiç bir zaman algılayıcılar tarafından kaydedilemez. Bunların yanı sıra mevcut fiziksel kuramların ve etkilerinin de bu başlık altında incelenmesi gerekmektedir. Gerek fiziksel kuramların gereksede atmosferin ve dünya sathının uzaktan algılamaya olan etkilerinin temel bazda bilinmesi; doğru sensörün seçilmesine, daha iyi görüntünün elde edilmesine ve hedeflerin daha iyi kıymetlendirilmesine olanak sağlamaktadır. (1) UZAKTAN ALGILAMAYA İLİŞKİN FİZİKSEL KURAMLAR: Bilim adamı Kelvin, her cismin birbirinden farklı ve mutlak sıfır (-273 C) olarak tanımlanan bir sıcaklığın üzerinde Infrared enerji yaydığı kuramını ortaya koymuştur. Yayılan solar enerjinin (6000 C 0 ) tümünü emen bunu en iyi şekilde tekrar yayan cisimlere siyah cisim (Blackbody) denilmektedir. Dünya üzerinde böyle bir cisim mevcut olmayıp, bulunanlar ise Gri cisim (Greybody) olarak tanımlanmışlardır. Fiziksel olarak ışınlar; Az yoğun ortamdan (ortam 1) çok yoğun bir ortama girerken, normale yaklaşır. Diğer bir deyişle geliş açısı (Q1) sapma açısından (Q2) büyüktür (Q1>Q2). Çok yoğun ortamdan (ortam 2) az yoğun ortama giderken ise normalden uzaklaşır (Q2<Q1). Gelen ışın Ortam 1 Yansıma Ortam 2 Ortam 1 Dağılma Emme Yayım Şekil-14 Yayım Gelen ışın, dağılma, yansıma, emme ve yayım İŞLEM ŞİRKETLER GRUBU 14 2002