Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ. BEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ JDF329 FOTOGRAMETRİ I DERSi NOTLARI

FOTOGRAMETRİ I FOTOGRAMETRİDE KULLANILAN HAVA KAMERALARI Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ BEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ JDF329 FOTOGRAMETRİ I DERSi NOTLARI http://geomatik.beun.edu.tr/marangoz/

İÇERİK Analog Hava Kameraları Analog Hava Fotoğrafları Sayısal Hava Kameraları Sayısal Hava Fotoğrafları Analog 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

ANALOG HAVA KAMERALARI (Yastıklı, 2010) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 3

SAYISAL HAVA KAMERALARI Sayısal hava kameraları; silikon detektör, bilgisayar işlem hızı ve depolama kapasitelileri ile ilgili teknolojik gelişmelerle birlikte kullanılmaya başlanmış ve analog hava kameralarına rakip olarak gösterilmektedir. Sayısal hava kameraları: Klasik hava kameralarındaki banyo işlemleri ve hava fotoğraflarının taranması işlemlerini ortadan kaldırmakta, Görüntünün tümünde aynı kalitede (değerde) uzaysal ve radyometrik çözünürlük sağlamakta, Elektromanyetik spektrumun görünür ve yakın kızıl ötesi bölgesinde aynı anda görüntü kaydını olanaklı hale getirmekte, renkli ve yapay renkli görüntüler elde edilebilmektedir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 4

SAYISAL HAVA KAMERALARI Sayısal kameralarda kullanılan görüntü kayıt sistemi Charge Couple Device (CCD) ye dayanmaktadır. CCD elemanına gelen ışık, şiddeti ile orantılı olarak elektrik yükü oluşturur. CCD lerin temel yapı elemanı olan silikon detektörler bir dizi şeklinde veya bir çerçeve içerisindeki alanı kaplayacak biçimde dizilirler. Her kayıt elemanı, diğer bir deyişle silikon detektör, yeryüzündeki objelerden yansıyan ışık enerjisini elektrik sinyallerine dönüştürerek kaydeder. Bu elektrik yükü transfer edilerek kaydedilir ve radyometrik yoğunluk değerine dönüştürülür. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 5

UZAKTAN ALGILAMA (EK BİLGİ) Uzaktan Algılama; bir temas olmaksızın, algılayıcı sistemleri kullanarak yeryüzü hakkında bilgi elde etme sanatı ya da bilimidir. Bu teknolojide uygulamalar iki temel aşamadan oluşur. Bunlar "Veri Elde Etme" ve "Veri İşleme" aşamalarıdır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 6

SAYISAL HAVA KAMERALARI Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 7

SAYISAL HAVA KAMERALARI Silikon CCD elemanı, tek bir dizi şeklinde dizilmiş ise, sayısal dizi kamera digital line camera, Silikon CCD elemanı, bir çerçeve içerisindeki çok sayıdaki dizi CCD grubundan oluşmuşsa, sayısal çerçeve kameralar digital frame camera olarak isimlendirilir. Ayırma gücü 40-80 çç/mm olan 23 x 23 cm formatında bir analog hava fotoğrafı, 12.5 mikron piksel büyüklüğünde taranırsa sayısal fotoğraf 18400 x 18400 pikselden oluşur. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 9

SAYISAL HAVA KAMERALARI Z/I Digital Modular Camera (DMC) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 11

SAYISAL HAVA KAMERALARI Vexcel UltraCamD Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 14

SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 17

SAYISAL (CCD) HAVA KAMERALARI Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 18

SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI Her tarama dizisi için yöneltme elemanlarına gereksinim vardır GPS/IMU (Inertial Measurement Unit). Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 19

SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 20

ANALOG STEREO FOTOĞRAF Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 27

SAYISAL STEREO FOTOĞRAF Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 28

ANALOG VE SAYISAL FOTOĞRAF Analog Fotoğraf Sayısal Fotoğraf (Görüntü) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 29

ANALOG VE SAYISAL FOTOĞRAF Analog Fotoğraf Sayısal Fotoğraf (Görüntü) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 30

GÖRÜNTÜNÜN SAHİP OLDUĞU ÇÖZÜNÜRLÜK KAVRAMI Fotogrametri ve Uzaktan algılamada, görüntüleri için 4 farklı çözünürlük tanımlanmaktadır: Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Radyometrik Çözünürlük Spektral Çözünürlük Zamansal Çözünürlük Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 31

Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Bir görüntüde fark edilebilir en küçük detay, algılayıcının konumsal çözünürlüğü ile ilgilidir ve görülebilen en küçük hedef boyutunu tanımlar. GSD: Ground Sampling Distance YÖA: Yer Örnekleme Aralığı: Komşu piksellerin merkezlerinin yeryüzündeki fiziksel karşılıklarıdır. Genellikle cm. ve/veya m. cinsinden ifade edilir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 32

Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Aynı bölgenin farklı uzaysal çözünürlüklerde örneklenmesi Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 33

Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Algılayıcılar (fotogrametri ve uzaktan algılamada) santimetreden kilometrelere varan çözünürlükler sağlamaktadırlar. Sadece çok büyük nesnelerin görülebildiği görüntülerin çözünürlüğü düşük, küçük nesnelerin ayırt edilebildiği görüntüler ise yüksek çözünürlüklüdür. Farklı konumsal çözünürlüğe sahip görüntüler (Eminönü, İstanbul) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 34

Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Algılayıcı platform yüksekliği de konumsal çözünürlüğe etki etmektedir. Örneğin uçakbazlı sistemler, uzaktan algılama (yer gözleme) amaçlı kullanılan uydu-bazlı sistemlerine nazaran çok daha düşük platform yüksekliğine sahip olduklarından konumsal çözünürlükleri daha fazladır, diğer bir deyişle görüntüde ayırt edilebilir detay seviyesi daha yüksektir. Günümüzde gelişen uydu teknolojisine paralel olarak yüksek konumsal çözünürlüklü uydu sistemleri de mevcuttur, ancak dijital hava fotoğraflarının konumsal çözünürlüğü ile karşılaştırıldıklarında uydu-bazlı sistemlerin çözünürlükleri halen çok daha düşük kalmaktadır. Kaynak: Sunar vd,2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 35

Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük Yüksek ve düşük konumsal çözünürlüğe sahip sayısal görüntülerdeki temel avantaj ve dezavantajlar: Kaynak: Sunar vd,2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 36

Radyometrik Çözünürlük Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 37

Radyometrik Çözünürlük Aynı bölgeye ait değişik renk tonlarına sahip görüntüler karşılaştırıldığında, radyometrik çözünürlükle ilişkili olarak detay ayırt etme seviyesindeki fark göze çarpmaktadır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 38

Radyometrik Çözünürlük Dijital uydu görüntüsünde piksel değerleri (gri renk tonu), parlaklığın belirli sınırlar arasında kaydedilmiş ölçüsü olup, 0 ile değeri arasında tanımlanır. Kaynak: Sunar vd,2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 39

Radyometrik Çözünürlük 2 renk tonu 16 renk tonu Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 40

Radyometrik Çözünürlük Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 41

Radyometrik Çözünürlük Radyometrik çözünürlük bir görüntü dosyasının boyutunu (depolama alanını) da hesaplamada kullanılır. Örneğin 100 x 100 pikselden oluşan 8bit lik bir görüntünün kapladığı alan; Kaynak: Sunar vd,2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 42

Spektral Çözünürlük Spektral çözünürlük algılayıcının duyarlı olduğu dalga boyu aralıkları ile ilgilidir. Spektral çözünürlüğün iyi olması bir kanal ya da bandın algıladığı dalga boyu aralığının küçük olduğunu gösterir. Kuramsal olarak, spektrum ne kadar çok ve küçük parçaya ayrılırsa, spektral ayırma gücü o kadar artar. Çok gelişmiş çoklu-spektral algılayıcılara hiperspektral algılayıcılar denilmektedir. Bu algılayıcılar elektromanyetik spektrumun görünür, yakın kızılötesi ve ortakızılötesi bölgelerinde yüzlerce küçük spektral aralıkta algılama yapmaktadırlar. Grafikte, aynı spektral bölgede algılama yapan iki algılayıcıdan mavi ile gösterilen, daha küçük aralıklarda çalıştığı için yeşil ile gösterilenden daha yüksek spektral çözünürlüğe sahiptir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 43

Spektral Çözünürlük Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 44

Spektral Çözünürlük Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 45

Spektral Çözünürlük İyi bir görsel analiz için, spektral imzalardan yararlanılarak, proje amaçlarına göre çalışılacak bantlar belirlenir. UHUZAM (İTÜ-UA Merkezi) ın eş-zamanlı olarak direk veri indirdiği Spot uydularının elektromanyetik spektrumda algıladıkları bölgeler ve bant özellikleri aşağıdaki grafikte gösterilmektedir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 46

Spektral Çözünürlük Aşağıda, Kuş Gölü'ne (Balıkesir, Türkiye) ait 24.07.2003 tarihli Spot XS görüntüsünün spektral bantları verilmektedir. Bant 1 (0.50 to 0.59 mikrometre) Bant 2 (0.61 to 0.68 mikrometre) Bant 3 (0.78 to 0.89 mikrometre) Bant 4 (1.58 to 1.75 mikrometre) Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 47

Zamansal Çözünürlük Zamansal çözünürlük bir uzaktan algılama sisteminin aynı bölgeyi görüntüleme sıklığı ile ilgilidir. Bir bölgedeki spektral karakteristikler zamanla değişebilir ve çok-zamanlı görüntü setleri kullanılarak değişim analizi yapılabilir. İzmit'e ait depremden önce (1), deprem ve depreme bağlı yangın sonrası (2) Spot uydusundan alınan görüntüler Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 48

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Duyarlık Spektral Duyarlık: Fotoğrafik malzemesinin üzerine düşen ışının (radyasyon) enerjisine reaksiyon gösterebilme yeteneğine duyarlık denir. Farklı dalga boyları için duyarlığın da farklı olması doğaldır. Bu özellik spektral duyarlık olarak anılır. Sözgelimi gümüş tanecikleri daha çok mavi ve morötesi yakınındaki dalgalara duyarlıdır. Kimi organik boyalar eklenerek daha uzun boylu enerjilere de duyarlı hale getirilir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 49

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Duyarlık Spektral Duyarlık: Farklı fotoğraf malzemelerinin farklı dalga boylarına duyarlılıkları gösterilmiştir. Yatay eksen dalga boylarını, düşey eksen bağıl (rölatif) duyarlılığın logaritma değerini göstermektedir. Renkli (mavi, yeşil, kırmızı) ve yapay renkli (yeşil, kırmızı, yakın kızılötesi) emülsiyonlar üç ayrı katmanın üst üste yerleştirilmesi ile oluşturulmuştur. Develope edilmiş bir emülsiyonun ışık geçirgenliği ile ilgili bir dizi ölçme sonucunda saptanır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 50

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Geçirgenlik Saydamlık Matlık: Geçirgenlik, birim zamanda emülsiyona gelen şık enerjisine göre geçen ışık miktarıdır ve T (Transperancy) ile ifade edilir. Bu oranın tersine de matlık yada opozite denir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 51

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Kararma - Optik Yoğunluk: Pozlanmış bir fotoğraf malzemesinin (film, cam, kağıt) geliştirme banyosundan sonraki kararma derecesini belirlemek için, D ile gösterilen, yoğunluk ya da kararma adı verilen bir ölçüt kullanılır. Bu ölçüt 10 tabanına göre matlığın ya da saydamlığın tersinin logaritmasıdır. gelen( ışık _ miktarı ) D log log10 geçen( ışık _ miktarı ) logt Siyah film hiç ışık geçirmez, berrak film ışığı tam geçirir. Gelen ışığın 1/10 u geçiyor ve 9/10 u yutuluyorsa kararma 1, 1/100 ü geçiyorsa kararma 2, 1/1000 i geçiyorsa kararma 3 olur. 1 T 10 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 52

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Pozlanma: Işığa duyarlı malzeme tarafından toplanan enerji miktarına pozlanma denir (E = I.t). I, lüks biriminde ışıklandırma ya da aydınlatma, t saniye biriminde poz süresidir. Pozlanma birimi lüks-saniye dir. Aydınlatma ile birlikte yoğunluğun artması durumunda fotoğraf malzemesine negatif denir. Bu durumda parlak objeler siyah ya da koyu gri olarak kaydedilir. Pozlanma ile birlikte yoğunluk azalıyorsa bu malzemeye de pozitif malzeme denir. D 3 2 ΔD Yetersiz pozlanma Aşırı pozlanma C D Siyah Koyu gri 1 B α Gri Açık gri A Beyaz 0 1 Δlog E 2 3 4 log E Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 53

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Ayırma Gücü Çözünürlük: Ayırma gücü, 1mm de ayırt edilebilen maksimum çizgi sayısı ile ölçülür. Bunu belirlemek için, çeşitli sıklıkta çizgilerden oluşan özel hedeflerin fotoğrafları çekilir. Bu hedeflerin hangi düzeyine kadar ayırt edilebildiği saptanır. Her filmin ayırma gücü değişiktir. İnce grenli filmlerin ayırma güçleri daha yüksektir. Ayırma gücü; objektifin ayırma gücü ile, poz süresi ile, objektifin netlik ayarı ile, filmin banyo koşulları ile, fotoğrafı çekilen objeninhedefin kontrastlık derecesi ile de çok yakından ilgilidir. Analog bir hava fotoğrafında ortalarda 200 çift çizgi/mm kenarlarda 120 çç/mm dir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 54

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Hız/Genel Duyarlık: Emülsiyona bağlı olarak her filme verilmesi gereken ışık miktarı değişir. Kimi film az kimi film çok ışıklandırma ister. Fotoğrafik malzemenin bu özelliği genel duyarlılık ve hız olarak isimlendirilir. Örneğin ΔD=0.1 koyuluk dereceli ışıklandırmayı birim alınabilir. Genel duyarlık yada hız: DIN (Deutsche Industrie Norm ) Almanya ΔD=0.1 ASA (American Standarts Association) ABD ΔD=0.3 (AFS, Aerial Film Speed) BSI (British Standard Institution) İngiltere Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 55

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Hız/Genel Duyarlık Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 56

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Bağıl Açıklık Kamera objektifinde ışığın istenen miktarda geçip geçmemesini sağlayacak, ayarlanabilir daire biçiminde bir delik bulunur. Buna diyafram denir. Objektifin bağıl açıklığı D/f ile tanımlanır. D, diyafram çapı, f ise objektifin odak uzaklığıdır. D/f yerine f/d=n de kullanılır. Bu oran belirli bir ışık şiddeti altında birim zamanda objektiften geçen ışık miktarını tanımlar. Söz gelimi 30 cm odak uzaklığı olan bir kamerada f/5.6 da etkili diyafram açıklığı 30/5.6= 5.36 cm dir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 57

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Filtreler: Fotoğrafçılıkta filtreler sis ve pusun neden olduğu saçınmanın etkisini azaltmak, parıldamayı önlemek vb. amaçlar için kullanılır. Kısa dalga boylu ışınlar, uzunlardan daha fazla saçılmaya uğrarlar. Fotoğrafçılıkta ve özellikle hava fotogrametrisinde mavi rengi daha az geçiren ve bu yüzden eksi mavi adı da veriken sarı filtreler kullanılır. Hava moleküllerinin neden olduğu saçılma dalga boyunun yaklaşık dördüncü kuvveti ile ters orantılıdır. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 58

ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Filtreler: Işık saçılması bir hava filmi üzerinde, uniform ve zayıf bir aydınlanmaya neden olur. Böylece yoğunluk farklılıkları azalır. Özellikle gölge alanlarında bu etken en büyük değerini alır. Pus filtreleri gölge alanlarında kontrastı artırır. Filtre kullanıldığı zaman pozlanma süresini arttırmak gerekir. Filtre katsayısı, filtre kullanıldığı ve kullanılmadığı durumda gerekli poz süresi miktarlarının birbirlerine oranıdır. Bu süre 1.5-4 oranında değişir. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 59

GELECEK HAFTA: Üç Boyutlu (Stereoskopik) Görüş P γf F O1 γp F I x I I P y I O2 F II P II Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 60

KAYNAKLAR, Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN, YTÜ Fotogrametri Ders Notları, 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 Uzaktan Algılama Ders Notu, Sunar F., Özkan C. ve Osmanoğlu B., T.C. Anadolu Üni. Yayını No: 2320, AÖF Yayını No: 1317, 2011 Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ 61