Uzaktan Algılama Ünite 1-7 Özet

 1

UZAKTAN ALGILAMA ÖZET
1.1. Mekânsal Veri ve Önemi
Coğrafi bilgi ile çalışan bütün disiplinler jeoreferanslanmış (koordinatlanmış)
veriye ihtiyaç duyarlar. Bu disiplinler verinin toplanmasında, işlenmesinde,
analizinde veya genel olarak veriyi kullanarak karar verme
mekanizmasında görev alırlar. Uzaktan algılama, daha çok referanslandırılmış
mekânsal verinin elde edilme yöntemi olarak karşımıza çıkar.
CBS’nin altı önemli bileşeni bulunmaktadır. Bunlar; yazılım, donanım, insan, veri,
metot ve ağ (network) dır. Bu bileşenlerden veri bileşeni CBS’nin en önemli
bileşenidir. CBS’de veri, gerçek dünyadaki coğrafi olayların raster veya vektör
formatta depolanması olarak tanımlanabilir. Raster veriler hücrelerden oluşurken,
vektör veriler x,y koordinat çiftlerinin bir araya gelmesiyle oluşur ve nokta, çizgi
ve alan olarak temsil edilirler. Veriler, mekânsal olmayan sözel nitelikte CBS’de
depolanabilirler. CBS’deki mekânsal veriler, verinin temsil ettiği coğrafi olayın
doğası gereği 2 boyutlu (x,y) ve 3 boyutlu (z) ve 4 boyutlu olabilmektedir. 4.
boyut özelliği, verinin zaman içindeki değişimidir. Yani 4. Boyut, zamandır.
Uzaktan algılama metoduyla da 2 boyutlu, 3 boyutlu ve 4 boyutlu verileri
üretmek mümkündür.
1.2. Mekânsal Verinin Üretilmesi
Mekânsal verinin üretilmesinde iki önemli yöntem vardır: Yer/arazi
temelli metot ve uzaktan algılama metodu
Arazi temelli metot; arazi gözlemleri, arazi çalışmaları yapılarak yerinde
ölçümle gerçekleştirilir. Arazi temelli metodun temelini, gerçek dünyada ilgili
lokaliteye gidilip bizzat ölçüm ve gözlem yapmak oluşturur. Arazide yapılacak
gözlem ve ölçümler kullanılarak mekânsal veritabanı oluşturulur.
Uzaktan algılama metodunda; hava kameraları, tarayıcılar veya radarlar gibi
algılayıcılar tarafından elde edilen görüntülerin kullanımıyla mekânsal veri
tabanının oluşturulması gerçekleşir. Uzaktan algılama metodunun kullanılmasının
anlamı, dünyanın belirli bir alanını içeren görüntülerden bilgiyi üretmek demektir.
Uzaktan algılama metodunun, arazi temelli yaklaşımdan farkı, uydu
görüntülerinden elde edilen bilgilerin kontrolü için araziye gidilmesidir.
Arazi temelli metotta her bir lokasyon için araziye gidilip
ölçüm veya gözlem yapmak gerekirken, uzaktan algılama metodunda buna gerek
olmayıp, sadece uydu görüntülerinin işlenmesi neticesinde sonuçların kontrolü ve
doğrulanması amaçlı olarak belirli lokalitelere gidilir. Uzaktan algılama metodu,
arazi temelli yaklaşımın iş ve maliyet yükünü azaltmış olur.
1.3. Uzaktan Algılamanın Tanımı
Uzaktan algılama ile değişik birbirine yakın tanımlamalar şunlardır:
• Herhangi bir temas olmadan bir obje hakkında bir şeyler söyleme sanatı
veya bilimidir.
• Dünya üzerindeki belirli objelerden anlamlı bilgiler üretmek üzere elde edilmiş
görüntüleri yorumlayabilmek ve dünyayı belirli bir uzaklıktan izlemeyi
sağlayan araç, teknik ve metotlardır.
2
• Elektromanyetik enerji ve cisimler arasındaki etkileşimi kaydeden
görüntülerin elde edilmesi, işlenmesi ve yorumlanması bilimidir.
• Yeryüzündeki coğrafi varlıklarla herhangi bir fiziksel temasa geçmeksizin,
algılayıcılar ile elde edilen görüntülerin analiziyle coğrafi varlıklar hakkında
bilgi sahibi olma bilimi, tekniği ve sanatıdır.
Uzaktan algılamayla ilgili tanımlamaların ortak yanı, dünya üzerindeki verinin
sağlanabileceği herhangi bir objeyle fiziksel bir temasa geçmeksizin, uydular
tarafından elde edilen görüntüler üzerinde birtakım analizler yaparak o obje
hakkında bilgi sahibi olma özelliklerini barındırmasıdır. Buna en basit örnek
olarak, yaz tatilini geçirmek için gittiğiniz çok güzel bir lokasyondan çekmiş
olduğunuz fotoğrafları arkadaşlarınızla paylaşarak, o lokasyon hakkında
arkadaşlarınızda bir fikir oluşmasını sağlamanız verilebilir. Burada sizin tatil için
gittiğiniz lokasyonda hiç bulunmamış (fiziksel temasa geçmemiş) kişiler,
fotoğraflara bakarak tatil yeri hakkında bilgi sahibi olabilir.
Uzaktan algılamanın yapmak istediği, güneşten gelen elektromanyetik
spektrumların yeryüzü ve nesnelerle etkileşimi sonucu ortaya çıkan yansımaların
algılayıcı aletler tarafından kaydedilmesi ile ortaya çıkan uydu görüntülerinin, o
yüzey ve nesnelere temas etmeden bazı bilgilerin üretilmek istenmesidir.
Uzaktan algılama ile gerçek dünyadan mekânsal verilerin üretilmesine kadarki
süreçte, bilinmesi gereken bazı başlıklar; Elektromanyetik (EM) enerji,
algılayıcılar ve özellikleri, platformlar ve özellikleri, uydu görüntüleri,
uydu görüntülerinin radyometrik ve geometrik düzeltmeleri, görüntü
zenginleştirme, yorumlama ve sınıflamadır.
1.4. Uzaktan Algılamanın Tarihi
Uzaktan algılama her ne kadar insanın var oluşundan buyana var olsa da
literatürdeki ilk başlangıcı fotoğrafların ortaya çıktığı 1800 lü yıllara dayandırılır.
1800’lü yılların ikinci yarısında ve 1900 lü yılların başlarında fotoğraf makinaları
balon, güvercin ve uçaklara monte edilerek birtakım veriler elde edilmeye
çalışılmıştır. 1. Dünya savaşında uçaklarla çekilen fotoğraflar, askeri amaçlı
olarak kullanılmıştır. I. ve II. Dünya savaşları arasında hava fotolarının ve renkli
fotoğrafların ortaya çıkması uzaktan algılama tarihinde yeni bir dönemi
başlatmıştır. Özellikle de II. Dünya savaşında hava fotolarının yoğun kullanımını
görülür. 1950- 1970 li yıllar arasında uzaktan algılamanın temelleri atılmış ve
uzaktan algılama kavramı ilk defa kullanılmaya başlanmıştır.
Amerikalı bilimci Evelyn Pruitt, hava fotosu teriminin görünür dalga boylarının
ötesindeki spektrumları kaydeden görüntüleri tanımlamada yetersiz kaldığını
görünce, uzaktan algılama tanımlamasının temelini atmıştır.
1970 ve 80 li yıllarda uzaktan algılama ile ilgili olarak ilk defa Amerika Birleşik
Devletleri Landsat uydusunu fırlatmış ve uzaktan algılamada yeni bir dönem
başlamıştır. 1990 lı yıllarda RADAR görüntüleri ve hiperspektral görüntülerin de
elde edilmeye başlanmasıyla uzaktan algılama kapsamı genişlemiştir.
Uzaktan Algılamayla ilgili Önemli Gelişmeler
1839: Fotoğrafların ortaya çıkması
1909: Uçaklar fotoğraf çekmek için kullanılmıştır.
1910-20: I. Dünya savaşı sırasında fotoğraflardan faydalanılmıştır.
3
1920: Hava fotoları ortaya çıkmıştır.
1940: Renkli fotoğrafçılık
1950-70: Uydu algılaması kavramı bu tarihler arasında ortaya çıkmıştır. VHRR
meteorolojik amaçlı uydular kullanılmıştır.
1962: Uzaktan Algılama kavramı ortaya çıkmıştır.
1972: Kara parçasını araştırmak amaçlı LANDSAT 1 uydusu kullanılmıştır.
30×30 m çözünürlüğünde.
1982: LANDSAT 1 içine Thematic Mapper lar yerleştirildi.
1986: SPOT uydusunun (Fransız) kullanımı. Çözünürlük 10 × 10 m. Tarım,
orman, sulak alanlar, madencilikte o tarihlerde kullanılmıştır.
1980-1990: Hindistan, Rusya ve Japonya uydu sahibi oldu.
1990: Radar görüntülerinin kullanılmaya başlanması
Günümüz Farklı spektral, mekânsal ve zamansal çözünürlükte birçok uydu
mevcuttur.
1.5. Uzaktan Algılamanın Bileşenleri
Uzaktan algılamanın temel bileşenleri şunlardır: Enerji, atmosfer, algılanan,
algılayıcı, analiz-uygulama
Uzaktan algılamada enerjinin kaynağı güneştir. Güneşin ürettiği EM
spektrumlar uzaktan algılamanın başlangıç bileşenidir.
Atmosfer hem gelen enerjide hem de yüzeyden yansıyan enerjide birtakım
değişiklikler yaptığı için uzaktan algılamanın bileşenlerinden birisidir.
Yeryüzü üzerindeki bütün nesneler, kimyasal bileşikleri, fiziksel özellikleri ve
şekilsel büyüklükleri itibariyle birbirinden farklılık gösterdiği için, yüzeylerine
ulaşan EM spektrumlara karşı farklı tepkime verirler. Dolayısıyla algılayıcılar
tarafından bu farklı tepkimeler farklı kaydedilir. Ürünleri değiştirmesi bakımından
algılanan-hedef uzaktan algılamanın temel bileşenlerindendir.
Yeryüzündeki bütün olayların kaydedildiği aletlere algılayıcı (sensör) denir.
Algılayıcılar ve bunların içinde taşındığı platformlar (araçlar) uzaktan
algılamanın diğer önemli bileşenidir ve olmazsa olmazıdır. Çünkü uzaktan
algılamada gerekli olan uydu görüntülerini üreten araçlar bunlardır.
Üretilen veriler yer istasyonları sayesinde analizciye ulaştırılır.
1.6. Uzaktan Algılamanın Avantajları
Bu avantajları sayısallık, hızlılık, ucuzluğu, küreselliği, güncellenebilirliği, ayrınıtılı
olma, güvenirliliği ve esnekliği olarak sıralayabiliriz.
Sayısaldır: Uydu görüntüleri dijital verilerdir. Sahip olduğu bu sayısallık
neticesinde birçok uzaktan algılama yazılımında işlenebilir ve diğer
CBS’deki altlık sayısal verilerle değerlendirilebilir.
Hızlıdır: Uzaktan algılama ile dünyanın birçok yerindeki lokasyonlar için uydu
görüntüsü siparişi verilebilir ve çalışmalar yapılabilir. Aynı zamanda dünyanın
belirli bir yerinde meydana gelen bir olay için uydular o alanlara yönlendirilebilir
ve anlık görüntüler temin edilebilir.
4
Ucuzdur: Arazi temelli veri üretme metotlarında arazide yapılacak çalışmalara
bağlı olarak taşınan ekip ve ekipmanın maliyetleri ile karşılaştırıldığında uydu
görüntülerinin temini daha avantajlı bir konumdadır. Uydu görüntülerinin
temininde güncel görüntüler yanında, arşiv görüntüler de seçenek olarak
sunulmaktadır.
Globaldir: Uydularla çok küçük alanların çekimleri yapılabildiği gibi bütün
dünyayı kapsayan çekimler de yapılabilir. Çalışılacak alanın sınırına bağlı olarak
her büyüklükte görüntü temin etmek mümkündür.
Güncellenebilir: Mekâna ait görüntüler, uyduların zamansal çözünürlüklerine
bağlı olarak güncellenebilir. Mekânlara ait değişimler değişik zamanlarda elde
edilen görüntülerle izlenebilir ve geleceğe yönelik senaryolar üretilebilir.
Ayrıntılıdır: Yapılan çalışmaların içeriğine bağlı olarak çok küçük alanların
yüksek çözünürlüklü görüntüleri temin edilebilir. Piksel boyutları 0.50 m ye kadar
inen uydular mevcuttur. Bu uydularda, caddeler, sokaklar, binalar, araçlar, insan
vb. unsurlar kolay bir şekilde ayırt edilebilir.
Güvenilir: Uydu görüntüleri yerden yansıyan ışınların kaydedilmesi olduğu
için yeryüzündeki mevcut durumu olduğu gibi objektif olarak yansıtırlar.
Esnektir: Elde edilen uydu görüntüleri belirli bir amaç için kullanıldıktan
sonra kullanımı sona ermez. Başka bir zaman başka bir amaç için de
kullanılabilir veya aynı amaç için farklı zamanlardaki değişimi ortaya
koymak için kullanıma sahiptir.
2. ELEKTROMANYETİK ENERJİ VE UZAL
Uzaktan algılama; yeryüzü üzerindeki coğrafi olaylarla fiziksel bir temas
olmaksızın onlar hakkında bilgi sahibi olma özelliğine sahiptir. Bunun mümkün
olabilmesi için coğrafi olayları olduğu şekliyle algılayan bir nesnenin ve bu
nesnenin olayları algılayabilmesi için de olayların görülebilir olması
gerekmektedir. Bu görülebilirliği sağlayan en büyük enerji kaynağı güneştir.
Güneşten gelen elektromanyetik (EM) enerji ile algılayıcılar yeryüzünde meydana
gelen coğrafi olayları kolay bir şekilde algılar ve kaydederler. Uzaktan algılama;
EM enerjinin ölçülmesi ve analiz edilmesi üzerine çalışır.
En büyük enerji kaynağı güneş, görünür ışıkları, hissedebildiğimiz ısıyı ve cildimiz
için zararlı olan ultraviyole ışınları üretir. Pasif algılayıcılar; güneşten gelen ve
yüzeyden yansıyan ışınları kullanır, harici enerjiye ihtiyaç duyarlar,
yüzeyden gelen enerjiyi kaydederler, aktif algılayıcılar; kendi enerjisini
kendisi üretir ve kaydeder.
2.1. Dalga ve Özellikleri
Elektromanyetik (EM) enerji, dalga ve foton olmak üzere iki şekilde
modellenebilir.
Dalga modelinde, EM enerji uzayda sinüs dalgası formunu verir. Bu dalga
birbirine dik olan elektrik (E) ve manyetik (M) alandan oluşur. Bu nedenle
5
elektromanyetik ismi kullanılır. İki alanın hareketi, dalganın hareket ettiği yöne
diktir. İki alan uzayda yaklaşık 299.790.000 m/s (~3.108) olan ışık hızını (c)
üretir.
EM dalganın bir karakteristiği olan Dalga Boyu (λ) uzaktan algılamanın
anlaşılmasında büyük önem arz eder. Dalga boyu, iki dalga tepesi arasındaki
mesafeyi ifade eder. Dalga boyu birim olarak metre (m), mikrometre (μm= 10-6)
veya nanometre (nm=10-9) ile ifade edilir. Frekans, (v) belirli bir zaman
periyodunda bir noktadan geçen dalga sayısıdır ve Hertz (Hz) ile ifade edilir. Işık
hızı, (c) dalga boyu (λ) ile frekansının (v) çarpımına eşittir. Burada ışık hızı
yaklaşık bir değer olarak 3.108 m/s eşitken dalga boyu ile frekans arasında
ters bir ilişki söz konusudur. Çünkü kısa dalga boylarının frekansları daha
yüksek iken uzun dalga boylarının frekansları daha düşüktür.
2.2. Elekromanyetik Enerjinin Kaynağı
Elektromanyetik enerjinin temel kaynağı güneştir. Bütün mutlak sıfır üstü
sıcaklığa sahip (0 K veya -273 oC) maddeler, içlerindeki moleküllerin
hareketlerinden dolayı enerji yayarlar. Bütün dalga boylarındaki elektromanyetik
enerjiyi absorbe edebilen ve yayabilen maddeler “Kara Cisim” (black body) olarak
nitelendirilir.
Farklı sıcaklıklarda bulunan güneş ve dünyanın yaymış olduğu enerji miktarları da
farklılık göstermektedir. Güneşten gelen görünür dalga boylarındaki enerji miktarı
diğer dalga boylarına göre daha fazladır.
Maddelerin ne kadar enerji yaydıklarını bulmak için değişik kanunlar ortaya
atılmıştır. Bunlar; Stefan-Boltzmann Kanunu, Wien Kanunu ve Planck Kanunu
dur.
Enerjinin kaynağı, güneş veya cisimlerin kendisi olduğunda algılayıcılar mevcut
olan enerjileri kullanırlar. Bundan dolayı bu tür algılayıcılara pasif algılayıcılar ismi
verilir. Enerji kaynağı güneş olan pasif algılayıcılar sadece gün içinde algılama
yapabilirler. Enerji kaynağı daha uzun dalga boylarıyla dünyanın yaydığı ısı olan
pasif algılayıcılar güneşe bağlı olmaksızın günün bütün saatinde algılama
yapabilirler.
Radar ve lazer gibi bazı algılayıcılar kendi enerjilerini kendileri üretirler ve aktif
sistem olarak isimlendirilirler. Enerji kaynakları kendileri oldukları için gecegündüz bütün hava koşullarında algılama yapabilirler.
2.3. Elektromanyetik (EM) Spektrum (Tayf)
Mutlak sıfırın üstünde sıcaklığa sahip olan bütün maddeler, değişik dalga
boylarında elektromanyetik dalga üretirler. Bu dalga boylarının aralığı
elektromanyetik spektrum olarak tanımlanır. Bu aralığın sınırlarını, gama
ışınlarından radyo dalgaları oluşturur. En büyük EM spektrum kaynağı olan
güneş, gama ışınlarından radyo dalgalarına kadarki aralıkta enerji spektrumları
üretir.
Uzaktan algılama, EM spektrumun birkaç bölgesinde çalışır. EM spektrumun optik
kısmı X-ışınından (0.02 μm) başlar, görünür dalga boylarını da içine alarak
termal kızılötesinin sonuna kadar devam eder. Optik bölge arasında kalan
kısımlardan birincisi Ultraviyole ışınlarını içeren kısımdır. Bu ışınlar en kısa
dalga boylarına sahip ışınlardır ve uzaktan algılamada kullanırlar. Ultraviyole
6
ışınlardan sonra spektrumun görünür (visible) bölgesi 0.4 –0.7 μm arasında
yer alır ve genellikle “ışık” olarak bilinir. Bu aralık renklerin oluştuğu tek aralık
olup dünya üzerindeki bütün renkleri bu spektrum aralığı ile algılarız. Temel
renkler olarak bilinen mavi, yeşil, kırmızı renkler bu aralıkta yer alır. 0.4-0.5 μm
arası mavi, 0.5-0.6 μm arası yeşil ve 0.6-0.7 μm arası kırmızı dalga boylarından
meydana gelir. Diğer bütün renkler de bu üç rengin ve tonlarının kombinasyonu
ile oluşmaktadır. Görünür dalga boylarından sonra da kızılötesi bölgeye geçilir.
Bu bölge kendi arasında yakın, orta ve termal kızılötesi olarak üç gruba ayrılır ve
0.7 – 15 μm arasındaki dalga boylarını kapsar. Termal kızılötesi yüzey sıcaklıkları
hakkında bilgi verir. Yüzey sıcaklıkları da kayaçların mineral özellikleri ve bitki
şartlarıyla ilgili olabilir.
Optik bölgeden sonra daha uzun dalga boylarına geçilir ve bunlar mikrodalga ve
radyo dalgalarıdır. Mikrodalgalar yüzey pürüzlülüğü ve yüzeyin su içeriği
hakkında bilgi sahibi olmayı sağlar.
Optik aralıkta çalışan algılayıcılar, yerden yansıyan ışınları belirli dalga boyu
aralığında kaydeder. Burada kayıt işlemi, her bir pikselin dalga boylarının yerden
yansıma değerlerine bağlı olarak rakamsal değer atamasıyla gerçekleştirilir.
Örneğin 8 bitlik (28) bir görüntüde 256 gri renk tonu kullanılır. Bu renk
tonlarında kaydedilen dalga boyu aralıkları R-G-B (Red-Green-Blue, Kırmız-YeşilMavi) kombinasyonuna getirildiğinde gri renkten anlamlı renklere
dönüşürler. Görünür dalga boyları olan 0.4-0.5 μm mavi, 0.5-0.6 μm yeşil ve
0.6-0.7 μm kırmızı, R-G-B kombinasyonuna alındığında görünür normal
renkler oluşur. Görünür dalga boyları dışında kalan kızılötesi dalga boyları da RGB kombinasyonuna alındıklarında yüzeydeki cisimlerin dalga boylarını yansıtma
özelliklerine bağlı olarak anlamlı renkler haline dönüşürler.
Üstteki şekilde yakın kızıl ötesi, kırmızı ve yeşil dalga boyları R-G-B
kombinasyonuna alındığında yalancı renklerin oluştuğu görülür. Yalancı
denmesinin nedeni, gerçek görünen renklerinden farklı görülmesidir. Örnekte
orman alanları yeşil olması gerekirken kırmızı olarak gözükmektedir. Bunun
gerçekte nedeni bitkilerin kızılötesi ışınları daha fazla yansıtmasındandır.
2.4. Atmosferle Etkileşim
Güneş ışınları algılayıcılara ulaşıncaya kadar, atmosferi iki kez kat etmek
zorundadırlar. Bunlardan ilki güneşten yeryüzüne ulaşıncaya kadar atmosferi
katetmesi, diğeri yüzeyden yansıdıktan sonra atmosferi kat ederek algılayıcılara
ulaşmasıdır. Bunun yanında dünyanın yaymış olduğu termal dalga boylarını
kaydeden algılayıcılara ulaşan dalgalar, atmosferi sadece birkez geçtikleri için
7
güneşten gelenlere göre daha az kayba uğrarlar. Güneş enerjisi atmosferi kat
ederken üç önemli etkileşime uğrar:
1-Emilme-soğrulma,
2-İletme,
3-Yayılma-dağılma
Bütün bu etkileşimler atmosferin sahip olduğu özelliklere, EM spektrumun
özelliklerine ve dünyanın özelliklerine bağlı olarak değişiklik gösterir.
a) Soğrulma: EM enerjinin atmosfer içerisinden geçerken, birtakım moleküller
tarafından kayba uğramasına soğrulma denir. Atmosferde güneş ışığını
soğuranlar ozon, su buharı ve karbondioksittir (CO2). Güneşten ilk çıkan
spektrum ile atmosferi geçtikten sonra yeryüzünde yansıyan spektrum grafiği
arasındaki fark, atmosfer içerisindeki moleküllerden kaynaklanmaktadır. Burada
ozonun daha kısa dalga boylarına, su buharının orta dalga boylarına ve
karbondioksitin de uzun dalga boylarını soğurduğu görülmektedir.
b) İletme: 0-22 μm aralığındaki EM spektrumun hemen hemen yarısı dünya
yüzeyinin uzaktan algılaması için kullanışsızdır. Çünkü spektrumun büyük bir
kısmı atmosferi geçemez. Sadece atmosferik gazların soğurmasının
mümkün olmadığı bölgelerden geçen dalga boyları uzaktan algılamada
kullanılır. Bu bölgelere “Atmosferik Pencere” ismi verilir. Bu pencerelerde;
optik algılayıcıların da kullandığı görünür ve kızılötesi bölgede 0.4-2 μm arası
ve termal kızılötesi bölgesinde 3-5 μm ve 8-14 μm arası bölgede yer alırlar.
Bu bölgelerden dalga boyları kolaylıkla geçebilir. Atmosferin nem içeriğinden
dolayı çok uzun dalga boyları yüksek derecede soğrulamaya maruz kalırlar,
ve 22 μm ile 1 mm arası enerji iletimi yok gibidir.
c) Dağılma: Atmosfer içerisindeki partikül ve gaz moleküllerinin EM
dalgaların gerçek istikametlerinden saptırmalarıyla oluşur. Dağılma miktarı
dalga boyuna, atmosferdeki gaz ve partikül miktarına ve ışığın atmosferdeki kat
ettiği mesafeye bağlı olarak değişiklik gösterir. Üç tür dağılma vardır: Rayleigh,
Mie ve Non-selective dağılma
a-Rayleigh Dağılma: Bu dağılma partiküllerin dalga boylarından küçük olduğu
yerlerde meydana gelir. Bu partiküllere toz lekeleri, nitrojen ve oksijen
molekülleri örnek olarak verilebilir. Rayleigh dağılmada kısa dalga boyları uzun
dalga boylarına göre daha fazla dağılmaya uğrar. Atmosferdeki partiküllerin ve
dolayısıyla dağılmanın olmaması durumunda gökyüzü tamamen siyah görünürdü.
Gün içinde güneş ışınları geliş açılarına bağlı olarak atmosferi daha kısa
mesafede kat eder. Mavi ışığın diğer uzun dalgalı ışınlara kıyasla daha fazla
dağılmaya uğramasından dolayı gökyüzü mavi renkte görülür. Gün doğumu ve
batımında ise yine güneş ışınlarının geliş açısına bağlı olarak atmosferde kat
edilen mesafe fazla olduğundan kısa dalgalar kayba uğrar ve ancak uzun dalgalar
yeryüzüne ulaşır ve gökyüzü kırmızı ve turuncu renklerde görülür.
b-Mie Dağılma: Bu dağılma dalga boylarının büyüklüğü ile partiküllerin
büyüklüklerinin eşit olduğu durumlarda gerçekleşir. Mie dağılımın nedeni,
atmosferdeki gaz, su buharı ve toz karışımından oluşan aerosollerdir. Mie
dağılma, yakın morötesinden başlayıp kızılötesine kadarki hemen hemen bütün
8
spektral bölgeleri etkiler. Uzun dalga boylarına etkisi ise Rayleigh dağılıma göre
daha fazladır.
c-Non-selective (Seçici Olmayan) Dağılma: Seçici olmayan bu dağılma,
atmosferdeki partiküllerin büyüklükleri dalga boylarından çok daha
büyük olduğu durumlarda meydana gelir. Bu dağılıma su damlacıkları ve çok
büyük toz parçacıkları neden olur. Seçici olmayan bu dağılımda dalga boyları
uzun veya kısalığına bakılmaksızın eşit düzeyde dağılıma maruz kalır. Bunun en
güzel örneğini bulutların etkisi ortaya koyar. Bulut, bütün dalga boylarını eşit
miktarda dağıttığı için rengi beyaz gözükür. Bundan dolayı optik uzaktan algılama
bulutlara nüfuz edemez. Ayrıca bulutlar dünya yüzeyi üzerinde gölgelerinin
oluşmasıyla ikincil etkiye de sahiptirler.
2.5. Yüzeyle Etkileşim
Atmosferi geçen güneş ışınları yüzeye ulaştıklarında yüzeyle üç şekilde etkileşime
girerler. Bunlar; yansıma, soğrulma ve iletmedir. Uzaktan algılamada, arazi ve su
uygulamalarında en çok üzerinde durulan konu, yüzey karakteristikleri hakkında
bilgi vermesi bakımından yansıyan ışındır.
Işınların yüzeye ulaştıktan sonra, hedefin ışınları yansıtması iki şekilde
gerçekleşir. Bunlar; Düzgün ve Dağınık Yansımadır.
a) Düzgün Yansıma: Işınların ulaştığı yüzey pürüzsüz ve dolayısıyla gelen
enerji direkt olarak tek yönde yansırsa meydana gelir. Bu yansıma daha çok
güneş gökyüzünde yükseldiğinde öğle vakitlerinde meydana gelir.
b) Dağınık Yansıma: Işınların ulaştığı yüzey pürüzlü-engebeli ise ışınlar bütün
yönlere doğru dağılırlar. Bu tür yansıma dağınık yansıma olarak adlandırılır.
Yeryüzündeki cisimlerin tür ve özellikleri değişiklik göstermektedir. Bu farklı
türdeki cisimlerin yüzeylerine gelen ışınlarının yansıma özellikleri, gösterir
spektral yansıma eğrileri üretelebilir.
Güneş ışınlarının yüzeyle etkileşimi bitki, toprak ve su üzerinde açıklanacaktır.
Bitki: Bitkilerdeki yansıma karakteristiği, bitki yapraklarının özelliklerine bağlı
olarak değişiklik gösterir. Farklı spektrumlardaki yansıyan ışının oranını yaprak
pigmentleri, kalınlığı, hücre yapısı gibi özellikler belirler. Bitkilerdeki klorofil
görünür dalga boylarından mavi ve kırmızı dalga boyunu yeşil dalga boyuna göre
daha fazla absorbe ettiği (soğurduğu) için bitkilerin renklerini yeşil olarak
görürüz. Yakın kızılötesi dalga boyunu ise bitkiler daha fazla yansıtırlar. Ancak bu
dalga boyları insanın görebildiği aralığın dışında olduğu için bitkileri kırmız renkte
görmeyiz. Sonbahar ve kış aylarında ise bitkilerdeki klorofil miktarında azalma
meydana geldiği için kırmızı dalga boylarını daha fazla yansıtırlar. Bundan dolayı
bitkiler sarımsı kırmızı renkte görülür.
Toprak: Topraklara ait yansıma özellikleri, toprağın birçok parametresine bağlı
olduğu için tek tip bir yansıma eğrisi vermek mümkün olmamaktadır. Topraklarda
ışığın yansıma özelliklerine yön veren özellikleri toprağın rengi, nem içeriği,
karbonat varlığı ve demir oksit içeriği gibi özellikleridir.
9
Yukarıdaki yansıma eğrilerinden a, b, c ve d topraklarının yansıma eğrilerinin
genel trendi aynı iken e toprak tipinde (demir fazlası toprak) yansıma eğrisi
farklılık göstermektedir. Bunun nedeni demir ağırlıklı toprakların uzun dalga
boylarını daha fazla absorbe etmesidir.
Su: Su yüzeyleri bitki ve toprakla karşılaştırıldığında sahip oldukları özellik
bakımından gelen ışınları daha az yansıtır. Bu yansıtma oranları genel olarak bitki
de %50, toprakta %30-40 iken suda %10 civarındadır. Su, EM enerjinin yakın
kızılötesine kadarki görünür dalga boylarını yansıtır. Buna göre suyun rengi
değişik şekillerde gözükür. 1.2 μm sonrasındaki dalga boylarını ise su absorbe
eder.
0kyanus suyunun yansıma eğrisine baktığımızda yansımanın daha fazla mavi
dalga boyunda olduğu görülür. Bundan dolayı okyanusları biz mavi olarak
görürüz. Bulanık suyun yansıma eğrisine baktığımızda yeşil ve kırmızı dalga
boylarında yansıma daha fazladır. Klorofil içeriği fazla olan suyun yansıma
eğrisinde yeşil dalga boyunun fazla olduğu görülür. Bu nedenle bu tür sular yeşil
renkte görülürler.
3. ALGILAYICILAR (PASİF)
Elektromanyetik enerjiyi ölçen ve kaydeden alete algılayıcı (sensör) denir.
Algılayıcılar iki grupta incelenir: Pasif ve Aktif algılayıcılar. Aktif ve pasif
algılayıcıların temel farkı; enerjilerini farklı kaynaktan sağlamalarıdır.
Pasif Algılayıcılar: Harici bir enerji kaynağına ihtiyaç duyar ve kendileri
enerji üretemezler. Pasif algılayıcıların kullandığı enerji genellikle güneş, bazen
de dünyanın kendisidir. Pasif senörlerin EM spektrumundaki algıladığı aralık
Gama ışınları ile mikrodalgalara kadarki aralıktır. En eski ve en fazla kullanılan
pasif algılayıcı örneği fotoğraf makinalarıdır.
Aktif Algılayıcılar: Bu algılayıcılar harici enerjiye ihtiyaç duymaz, kendi
enerjilerine sahiptirler. Pasif sensörlere kıyasla dış etkenlerden daha az
etkilenirler. Aktif algılama metotları Radar, Lidar ve Sonar’ı içine alır.
3.1. Pasif Algılayıcılar
Gama ışını spektrometre, Hava kameraları, Video kamera, Çok bantlı
tarayıcılar, Hiperspektral görüntüleyici, Termal tarayıcılar, Mikrodalga
radyometre
3.1.1. Gama Işını Spektrometre
10
Gama ışını spektrometresi, toprak veya kayaların yüzeyleri tarafından yayılan
gama ışınlarını ölçer. Böylelikle yüzeydeki belirli mineraller hakkında bilgi sahibi
olunur. Mineroloji çalışmalarında büyük önemi vardır. Gama ışınları çok kısa
dalga boylarına sahip olduklarından dolayı atmosferik soğrulmaya çok fazla
uğrarlar. Yerden birkaç yüz metre yukarıda, alçaktan uçan uçaklar ile bu
dalga boyları ölçülebilir. Gama ışınlarını yayması bakımından Potasyum,
Toryum ve Uranyum minerallerinin belirlenmesinde daha çok kullanılırlar.
Yukarıdaki şekilde Kuzeybatı Avustralya’daki bir Akeen jeolojik alana ait görüntü
mevcuttur. Görüntüde potasyum kırmızı, toryum yeşil ve uranyum mavi
renktedir. Şekilde A metamorfik domları temsil ederken B ise senklinal çöküntü
alanları göstermektedir.
3.1.2. Hava Kameraları
Daha çok uçaklarda bulunan lens ve film gibi dijital kamera sistemleri ile hava
fotolarının çekimi yapılır. Kameralardaki film tiplerinin kaydettikleri
elektromanyetik spektrum aralığı 0.4-0.9 μm arasıdır. Hava fotoları, stereo hava
fotolarıyla birlikte çok fazla kullanım alanına sahiptir. Bunlardan en önemlisi, orta
ve büyük ölçekli topografik ve kadastral haritalamalardaki kullanımıdır.
Hava fotolarının kullanımı 20. yüzyılın başlarına kadar gitmektedir. Uzaktan
algılamanın en eski ve halen en yaygın olarak kullanılan tekniğidir. Hava fotoları
ormancılar, jeologlar, jeomorfologlar ve şehir plancıları için kullanışlı bir
kaynaktır. Hava fotoları iki ana kategoriye ayrılmıştır. Bunlar dikey ve oblik hava
fotolarıdır.
Haritalama uygulamalarının çoğunda dikey hava fotoları kullanılır. Dikey hava
fotoları bazen iki farklı bakış açısına bağlı olarak ve belirli bir bindirme oranına
sahip olan stereo şeklinde de elde edilir. Bu da algılanan yüzeyin üç boyutlu
görüntüsünün elde edilmesi ve yorumlanmasında kullanılır. Kamera eksenin dikey
olmadığı durumlarda ise oblik fotolar üretilir. Haritalamada fotoda meydana gelen
bozulmadan dolayı kullanılmaz. Ancak oblik fotolar binaların yan yüzeylerinin
görülmesinde önemlidirler.
3.1.3. Video Kamera
Video kameralar daha çok verileri kaydetmek için kullanılır. Video algılayıcılarının
birçoğu görünür dalga boylarına duyarlıdır ancak yakın kızılötesini de kaydeden
video kameralar da mevcuttur. Bunun yanında termal kızılötesini de kaydeden
video kameralar geliştirilmiştir. Geçmişte analog video kameralar yaygın iken
günümüzde dijital video kameralar daha fazla kullanılmaktadır. Video görüntüler
diğer sensörlerin çekim yaptığı alanlara ait ekstra bilgilerin elde edilmesinde
kullanılırlar ve daha ekonomiktirler.
11
3.1.4. Çok Bantlı Tarayıcılar (MSS)
Bu aletler, yerden yansıyan EM spektrumu tarayarak ölçerler. Ölçülen dalga
boyu aralığı görünür ve kızılötesi bölgedir. Bu algılayıcı yüzeyden yansıyan
enerjiyi sistematik olarak ve aynı anda birden çok dalga boyu aralığı şeklinde
tarar ve kaydeder. Birden çok bant bulunur. Bundan dolayı çok bantlı tarayıcı
ismi verilmiştir. Değişik dalga boylarını algılarlar. Bu algılayıcıda her bir bant,
dalga boyunun belirli bir aralığını içerir ve yeryüzünün farklı karakteristikleri
hakkında bilgi verir. Çizgi ve iterek tarama olarak iki türlü MSS vardır.
Çizgi taramada tarama nokta nokta gerçekleşir ve sensörün algıladığı aralık bir
çizgi olarak tarandıktan sonra diğer çizgiye geçilir. NOAA, AVHRR, Landsat-TM
algılayıcıları bu şekilde çalışır. İterek taramada ise sensörün algıladığı aralıktaki
çizgi bütünüyle aynı anda taranır ve diğer çizgiye geçilir. İkonos ve Orbview 3
gibi algılayıcılar bu şekilde tarama yaparlar. Dolayısıyla en düşük çözünürlükten
en yüksek çözünürlüğe kadar MSS görüntüler mevcuttur.
3.1.5. Hiperspektral Görüntüleyici (Görüntü spektrometre)
Bu algılayıcının çalışma şekli MSS ile benzerlik göstermektedir. Tek farklı yanı
birkaç tane bantla sınırlı olmayıp 64-256 bant aralığında ve çok dar
spektral aralıkta (5 – 10 nm) ölçüm yapar. Böylece neredeyse sürekli bir
yansıma eğrisi üretilmiş ve yüzey cisimlerine ait en küçük yansıma detayları
kaydedilmiş olur. Kaydedilmiş spektral yansıma eğrisi ölçülen materyalin
kimyasal bileşimi ve mikroskobik yapısına bağlı olarak değişiklik gösterir.
Hiperspektral görüntüleyici verileri yüzeyin mineral içeriği, yüzey sularının
klorofil içeriği veya asılı yük miktarlarının belirlenmesinde kullanılabilir.
Yukarıdaki şekil, Kuzey denizindeki asılı yük miktarını gösterir bir görüntüdür.
Kırmız renkler asılı yükün fazla olduğu alanları gösterirken mavi renk asılı yükün
olmadığı alanları göstermektedir.
3.1.6. Termal Tarayıcılar
Bu tarayıcılar 8 – 14 μm aralığındaki termal verileri ölçer. Bu aralıktaki dalga
boyu direkt olarak objelerin sıcaklıkları ile ilişkilidir. Örneğin hava tahminlerinde
bulut, kara ve deniz yüzeyi sıcaklık verilerinin bilinmesi gerekmektedir.
Meteoroloji için tasarlanmış uzaktan algılama sistemlerinin çoğunda termal
tarayıcılar mevcuttur. Termal tarayıcılar ayrıca tarımsal kuraklık takibi, termik
santrallerin soğutma, su atıklarına ait sıcaklıkların takibi veya yeraltı kömür
yangınlarının belirlenmesi gibi çalışmalarda kullanılabilmektedir.
12
Yukarıdaki şekil, gece vakti yeraltındaki kömür yangılarını göstermektedir. Siyah
olan alanlar soğuk yüzeyleri temsil ederken açık renkler ise sıcak yüzeyleri
gösterir. Beyaz alanların çoğu yeraltındaki kömür yangılarını gösterirken, kırmızı
çember içindeki büyük beyaz alan kömür yangınını göstermez. Bu beyazlık bir göl
alanını gösterir. Bunun nedeni de suyun geceleri karalara göre daha sıcak
olmasından kaynaklanır.
3.1.7. Mikrodalga Radyometre
Yeryüzündeki obje yüzeylerinden yayılan ve EM spektrumun uzun dalga boyları
olan 1– 100 cm aralığını kaydeder. 0 Kelvin (-273 oC) üzerindeki ısıya
sahip objeler enerji yayarlar. Bu enerji değeri oldukça az olduğu için geniş
alanların ölçümü yapılır ve mikrodalga radyometrenin mekânsal çözünürlüğü
oldukça düşüktür. Pasif mikrodalga radyometre mineral çalışmalarında,
toprak haritalamalarda, toprak nemliliği tahminlerinde ve kar ve buzul
örtüsü belirlemelerinde kullanılabilir.
Yukarıdaki şekil, İber Yarımadasında, 10 yıllık süre içerisindeki toprak nemliliği
değişim eğilimini göstermektedir. Kırmızı alanlar topraktaki nem
oranını %5-10 arasındaki azalımı göstermektedir. Görüntü çok büyük alanı
kapladığı için çözünürlüğü oldukça düşüktür.
4. ALGILAYICILAR (AKTİF)
Aktif algılayıcılar; lazer tarayıcılar, radarlar, radar altimetre ve
sonarlar’dır.
13
Aktif algılayıcılar, hava şartlarından minimum derecede etkilenmektedirler. Gecegündüz algılama yapabilme kapasiteleri vardır.
4.1. Aktif Algılayıcılar
4.1.1. Lazer Tarayıcılar
Bazı yönlerden radara benzeyen farklı bir aktif sensördür en güzel örneği
Lidar’dır. Lidar görünür ve yakın kızılötesi dalga boylarındaki lazer
ışınlarını saniyede binlerce olacak şekilde yüzeye gönderir. Bu ışınlardan bazıları
geri yansır. Geri yansıyan ışınların geri dönüş zamanları ve yoğunlukları ölçüm
parametresi olarak kullanılır. Lidar aleti uzay ve hava platformlarında kullanılır ve
gece ve gündüz çalışabilir. Lidar ile yükseklik belirlenebilir, hedeflerin içine nüfuz
etmesiyle ağaç yükseklikleri, dış yüzey özellikleri ve fazla derin olmayan suların
derinlikleri belirlenebilir. Lazer tarayıcılar, genel olarak uçak ve helikoptere monte
edilir ve sensör ile zemin arasındaki mesafeyi ölçmek amaçlı olarak lazer ışınları
kullanılır. Bu mesafe ölçümü daha sonra uydu sistemleri kullanılarak
sensörün gerçek konumu ile birlikte değerlendirilir ve böylece arazinin yüksekliği
hesaplanmış olur. Lazer tarayıcılar ile çok yüksek çözünürlükte Sayısal Arazi
Modelleri (SAM) ve 3 boyutlu şehir modelleri üretilebilmektedir. Lazer
tarayıcıların taşınabilir olan yersel lazer tarayıcıları da araçlara veya zemine
monte edilerek oblik ve enine ölçümler yapılabilmektedir.
4.1.2. Radar (Radio Detection and Ranging)
Radar enstrümanları 1 – 100cm aralığındaki dalga boylarıyla çalışırlar. Farklı
dalga boyu bantlarının kullanılması yüzeyin farklı fiziksel karakteristiklere sahip
olmasından dolayıdır. Radar, aktif algılayıcı sistem olduğu için kullanılan dalga
boyları bulutları geçebilir ve gece – gündüz ve bütün hava şartlarında
görüntü alımı yapabilir. Radarların çalışma prensipleri lazer tarayıcılara benzer
ve sensörden gönderilen dalgaların yeryüzündeki objelere çarptıktan sonra geri
dönüş yoğunluğu ve zamanına bağlı olarak görüntüler elde edilir. Radar
algılayıcılarının ürettiği görüntüler pasif algılayıcılarına pek benzerlik göstermez.
Bu görüntülerde her bir bant siyah ile beyaz arasında gri tonlarda ve daha
pürüzlü olarak gözükmektedir. Radar görüntülerde, su ve yerleşmeler diğer
arazi örtülerine göre daha kolay ayırt edilebilirler.
Yukarıdaki şekil incelendiğinde su, radar dalgalarını soğurduğu ve geriye sinyal
göndermediği için siyah renkte, yerleşmeler de yapısal özelliklerine bağlı olarak
gelen dalgaların her yöne saçılması ve yüksek miktarda geri sinyal dönüşünden
dolayı beyaz olarak görülür.
14
Günümüzde iki türlü Radar sistemi vardır: RAR ve SAR
RAR Sistemleri: Sinyalleri gönderen ve kaydeden anten uzunluğu azdır ve buna
bağlı olarak çözünürlük düşüktür.
SAR Sistemleri: Anten uzunluğu fazladır buna bağlı olarak da çözünürlüğü
yüksektir. Günümüzde birçok hava ve uzay radar sistemleri bu tip radarı
kullanmaktadır.
Radarlar meteoroloji, hidroloji ve oşinografi çalışmalarında yoğun olarak
kullanılırlar. Radarlar aktif sistemler oldukları için iki önemli avantajı
vardır:
*Veri elde etme herhangi bir zamanda (gece dâhil) mümkündür.
* Dalga boyları aktif olarak üretildiği için sinyal karakterleri (dalga boyu,
polarizasyon, geliş açısı vb.) tamamen kontrol edilebilmektedir.
Radarlar optik uzaktan algılama gibi bir veya birden fazla bantla çalışır. Bu
bantlar harflerle ifade edilir. Multi spektral bantlar gibi farklı radar bantları da
objelerin farklı karakterleri hakkında bilgi verir.
Radar uzaktan algılamada önemli olan konulardan birisi de Polarizasyon dur.
Radarların dalga boyunu gönderme ve alma şeklindeki farklılıklar, farklı
görüntülerin oluşmasını ve değişik bilgilerin elde edilmesini sağlar. Gönderilen ve
alınan dalgalar dikey (vertical) veya yatay (horizontal) ya da bunların
kombinasyonu şeklinde olabilmektedir. Buna bağlı olarak dört şekil polarizasyon
orataya çıkar. VV (vertical-vertical), dikey dalgayı gönderip dikey geri alır; VH
(vertical-horizontal), dikey gönderip yatay geri alır; HV (horizontalvertical),
yatay gönderip dikey geri alır; HH (horizontal-horizontal), yatay gönderip
yatay geri alır. Farklı polarizasyonlu ve farklı bandların kullanımıyla değişik ve
spesifik konularda uygulamalar yapılabilmektedir. Örneğin tarım alanlarını
sınıflamak gibi.
Radarlar yan bakış (side looking) geometriye sahip olduklarından radar
görüntüleri birçok geometrik ve radyometrik bozulmalara maruz kalır. Arazinin
yükseltisine bağlı olarak foreshortening, layover ve shadow problemleriyle
karşılaşılır. Bunun yanında aynı alanın iki stereo radar görüntüsüyle arazi
yükseklik verisi elde edilebilir. SAR Interferometri (INSAR) farklı
zamanda aynı yerin görüntüsü şeklinde veya aynı anda iki farklı
sensörün görüntü elde etmesi esasına dayanır. Yüzeyin yükseltisi,
yüzeydeki deformasyonların hassas olarak (5 cm ve altı) belirlenmesinde
kullanılmaktadır.
4.1.3. Radar Altimetre
Radar altimetre, uydu yörüngesine paralel olarak topografik profil
üretmede kullanılır. Profiller görüntü şeklinden ziyade tek bir çizgi ölçümü
şeklindedirler. Radar altimetreler 1 – 6 cm dalga boylarıyla çalışır ve 2 – 5
cm hassasiyette yükseklik verisi üretirler. Radar altimetreler okyanus
yüzeyi gibi daha pürüzsüz yüzeyleri ve kıtasal arazi modellerinin küresel
ölçekli haritalanmasında kullanışlıdır.
4.1.4. Sonar (Sound Navigation Ranging)
Sonarlar aktif sistemlerdir. Bu sistemler, deniz tabanı topografyasını
haritalamada ve su altındaki bazı pürüzlülükleri belirlemede kullanılır
15
Sonar, gemiden gönderilen ses dalgalarıyla çalışır. Bu dalgalar deniz tabanına
değer ve geri yansırlar. Geçen zamanın değerlendirilmesiyle su derinliği ve deniz
dibi topografyasının çıkartılmasını sağlar. Daha gelişmiş sistemlerde gönderilen
sinyallerin geri dönme sıklığı ile de deniz dibindeki materyal hakkında bilgi
edinilmesi sağlanır.
En basit şekliyle gemiye monte edilmiş sonar düz bir şekilde deniz dibine bakar
ve radar altimetre gibi çalışır. Deniz tabanını tarayan ve görüntü veren Yan
Taramalı Sonar ve Çok Dalgalı Ekosounder olmak üzere iki türlü sonar
mevcuttur. Okyanus tabanlarının geniş alanlarını en doğru şekliyle görüntüye
dönüştüren sistem yan taramalı sonarlardır. Bu doğruluklarına bağlı olarak 1 cm
altındaki küçük objelerin belirlenmesi bile bu sistemle mümkündür. Yan taramada
dalganın şekli sonuç görüntünün oluşturulmasında esastır. Temelde, yan taramalı
sonarda akustik dalga yatay yönde çok küçük (yaklaşık 0.1 derece), dikey yönde
ise çok geniştir (40-60 derece).
Sonar verileri kullanılarak su kütlelerinin tabanlarının eşderinlik haritaları
üretilebilir. Böylelikle batimetri haritaları üretilmiş olur.
5. PLATFORMLAR
5.1. Platform ve Özellikleri
Platform, uydu ve uçak gibi bir araç olup belirli bir amaç doğrultusunda ekipman
ve sensörleri taşımak için kullanılır. Uzaktan kullanılan sensörleri taşıyan araçlar,
yerden birkaç santimetre yükseklikte olabildiği gibi uzayda 36000 km uzaklıkta
veya ötesinde olabilmektedir. Platformlar, algıladıkları alan büyüklüğüne göre
Uzay platformları> Hava platformları> (Yüksek-Alçak hava)> Yer
platformları şeklinde sıralanır.
a) Uzay Platformları: Bu platformlar uzayda bulunurlar ve taşıdıkları
sensörlerle uydu görüntüleri elde edilir. Uydular uzaya roketlerle fırlatılır. Dünyayı
gözlemleyen uydular 150 km ile 36000 km arasında değişen bir yüksekliğe
sahiptir. Geniş alanları algılama yapabilirler. Bu platformların yörüngeleri sabit ve
süreklidir. Uydularla elde edilen veriler bantlar üzerine kaydedilir veya telemetri
ile yeryüzü istasyonlarına gönderilir. Uzay platformlarının yörünge seçimi
uydunun amacına göre değişiklik gösterir. Örneğin büyük alanların devamlı
olarak veya daha küçük alanların detaylı gözetlenmek istenmesi gibi farklı
amaçlar için farklı yörünge seçimi gerçekleştirilir. Son zamanlarda nispeten küçük
ve ağırlığı fazla olmayan (1 – 100 kg) ve aynı zamanda da çok daha düşük
maliyetli uydular geliştirilmiştir.
b) Hava Platformları: Sensörleri taşımak için özel olarak tasarlanmış hava
araçlarıdır. Bir hava aracının algılayıcı veya tarayıcıyı taşıyabilmesi için tabanda
bir delik veya özel uzaktan algılama alanına ihtiyaç duyar. Bu platformlar
balon, helikopter ve uçaklardan oluşur.
Platform ve sensörlere bağlı olarak hava gözlemleri 100 m altından başlayıp
40 km yukarıya kadar çıkabilir. Farklı ölçek ve çözünürlükte algılama
yaparlar. Uydu platformlarına göre hava platformlarının algılama alanı
bulundukları yüksekliklere bağlı olarak daha küçüktür ve aynı zamanda
hava koşullarından etkilenirler. Dolayısıyla hava araçlarının uçuşuna engel
olabilecek hava şartlarında kullanılamazlar. Hava platformlarıyla hava fotoları
elde edilir ve fotogrametri çalışmaları yapılır.
16
c) Yer Platformları: Bu platformlar genellikle yersel doğrulama ve
simülasyonlar için kullanılırlar. Daha detaylı ve güvenilir veri sağlarlar. Algılama
alanları bulundukları konum itibariyle çok daha küçüktür. Yersel radar ve lazer
tarayıcılar örnek olarak verilebilir.
5.2. Yörünge ve Özellikleri
Uzaktan algılama sistemlerinde, uyduların Dünya etrafında kat ettikleri yoluna
yörünge ismi verilir. Uydular sahip oldukları yörünge özelliklerine göre yeryüzünü
algılama kapasiteleri ve özellikleri değişiklik gösterir. Dünya üzerinde
meteorolojide olduğu gibi sürekli gözlemlemenin ve arazi örtüsü haritalamasının
küresel ölçekte yapılabilmesi gibi değişik olaylar için değişik yörüngeli uydulara
ihtiyaç duyulur. Uzaktan algılama kapsamında aşağıda belirtilen yörünge
özelliklerinin bilinmesinde fayda vardır.
Yörünge Yüksekliği: Yörünge yüksekliği, uydu ile dünya yüzeyi arasındaki
mesafeyi (km) temsil eder. Farklı yükseklilere bağlı olarak yörünge alçak seviyeli
ve yüksek seviyeli yörünge olmak üzere iki ayrılır. Alçak seviyeli yörüngenin
yükselti aralığı 150-1000 km arasında yer alırken, yüksek seviyeli
(Geostationary) yörünge ise yerden 36000 km’de yeralır. Bu yükseklik farklılığı
algılanan alanın genişliğine ve görüntünün çözünürlüğüne etki eder.
Yörünge Eğikliği: Yörünge çizgisi ile ekvator çizgisi arasındaki derece
cinsinden açıya verilen isimdir. Yörünge eğiklik açısı, sensörün görme alanı ile
birlikte hangi paralele kadar gözlemleyebileceğini belirler. Örneğin yörünge
eğiklik açısı 60o ise, uydu 60o kuzey ve 60o güney paralelleri arasında uçar. Bu
durumda eğer uydunun yörünge yüksekliği alçak seviyeli ise 60o paralellerinin üst
paralelindeki alanları gözlemleyemez.
Yörünge Periyodu: Uydunun dakika olarak bir tam yörüngesini tamamlama
zamanıdır. 806 km yüksekliğe sahip kutup yörüngeli bir uydu 101 dk. turunu
tamamlar. Uydunun hızı ise 23.700 km/saattir. Bu hız normal uçak hızı olan 400
km/s yaklaşık 60 kat daha hızlı demektir. Platformun hızı, görüntü tipi üzerinde
etkiye sahiptir.
Tekrarlama Aralığı: Uydunun gün olarak aynı lokasyonu ikinci kez çekebilmesi
ve aynı yörüngeye gelebilmesi için geçen zamandır. Her uydunun farklı yörünge
özelliklerine bağlı olarak tekrarlama aralığı farklılık gösterir. Örneğin Landsat-7
uydusunun tekrarlama aralığı 16 gündür. Yani Landsat-7 uydusu dünya
üzerindeki bir lokasyonun görüntüsünü 16 günde bir tekrar çeker.
Uzaktan algılama araçlarında yaygın olarak kullanılan yörünge
tipleri:
a) Kutupsal Yörünge: Yörünge eğiklik açısı 80o-90o arasında olan yörüngedir.
Yörünge açısının 90o üstünde olması demek, uydunun hareketinin batı yönünde
olduğunu gösterir. Uydunun hareketinin doğu yönlü olması daha az enerji
kullanmasına neden olur. Bunun sebebi, dünyanın hareketinin doğuya doğru
olmasındandır. Kutupsal yörüngeli uydular, 600 – 1000 km yükseklikte olup
hemen hemen bütün dünyayı gözlemleyebilirler.
17
b) Güneş Eşlemeli Yörünge: Kutuplara yakın yörüngedir. Bunun tercih
nedeni, uydunun her zaman tepe noktasından aynı zamanda geçmesidir. Bunu
başarabilmek için yörünge eğikliğinin 98o – 99o arasında iyi ayarlanması
gerekmektedir. Bir çok güneş eşlemeli yörüngeye sahip uydular ekvatoru yerel
saate göre 10:30’da geçerler. Bu zamanda Güneş’in açısı düşük olup oluşan
gölgeler arazi rölyefini ortaya çıkarırlar. Ayrıca, bu yörüngeye sahip uydular
dünyanın karanlık yüzünde gece vakti görüntü kaydedebilirler. (termal ve
radarlar için) Polar ve güneş eşlemeli uydulara örnek Landsat, Spot ve IRS
verilebilir.
c) Geostationary Yörünge: Ekvatorun tam üzerinde konumlanan uydulara ait
yörüngedir. Dolayısıyla yörünge eğikliği 0o dir. Yörünge yükseklikleri ise yaklaşık
36.000 km dir. Uydunun yörünge periyodu dünyanın dönme periyoduna eşittir.
Geostationary yörüngeleri meteoroloji ve haberleşme uyduları için kullanılır.
Günümüzde meteoroloji uyduları hem geostationary hem de polar yörüngeyi
kullanırlar. Geostationary uydular dünyanın hemen hemen yarısının sürekli
görüntüsünü alırlar, polar uydular ise yüksek çözünürlüklü görüntü sunarlar.
5.3. Yeryüzü Görüntüleme Sistemleri
Yeryüzü görüntüleme sistemlerini 5 grupta toplanır:
• Düşük çözünürlüklü sistemler (çözünürlük 1-5 km arası),
• Orta çözünürlüklü sistemler (çözünürlük 10 - 100 m arası),
• Yüksek çözünürlüklü sistemler (çözünürlük 10 m altında),
• Hiperspektrometre sistemleri (yüksek spektral çözünürlüklü),
• Radar sistemleri
5.3.1. Düşük Çözünürlüklü Sistemler
Meteosat, NOAA
Meteosat: Meteosat Geostationary bir uydu olup, Dünya Meteoroloji
Organizasyonuna ait uzay programı çerçevesinde kullanılmaktadır. Bu programın
tamamı 30-40 arası kutupsal ve geostatinary yörüngeye sahip uyduyu
kapsamaktadır. Meteosat uyduları Avrupa organizasyonu olan Eumetsat’a aittir.
İlk Meteosat uydusu 1977’de yörüngesine yerleştirilmiştir. Meteosat 8
ise 2002’de uzaya fırlatılmıştır. Meteosat ikinci jenerasyonun ilk uydusu olması
dolayısıyla spektral, mekânsal, radyometrik ve zamansal çözünürlükleri oldukça
gelişmiştir.
Günümüz itibariyle Meteosat 9- 10’ da aktif durumdadır. Bu uydularla yağış
tahminleri, yüzey sıcaklıkları, deniz yüzeyi sıcaklıkları, orman yangınları, volkanik
aktiviteler gibi konularda bilgi elde edilir.
Meteosat-8 uydusuna ait bazı özellikler:
Sensör: SEVIRI
Swath genişliği: Tüm Dünya (FOV: 18°)
Tekrarlama aralığı: (Zamansal Çözünürlük)15 dk.
Spektral bantlar (Spektral Çözünürlük):
0.5-0.9 (PAN - Pankromatik)
0.6, 0.8 (VIS – Visible)
1.6, 3.9 (IR – Infrared)
6.2, 7.3 (WV- Water Vapour)
18
8.7, 9.7, 10.8, 12.0, 13.4 (TIR- Thermal Infrared)
Piksel büyüklüğü: (Mekansal Çözünürlük) 1 km/ PAN, 3 km (Diğer bantlar)
Detay Bilgi www.eumetsat.int
SEVIRI sensörüne ait spektral bantlar meteorologlar açısından önemli olan
olayların incelenmesi için tercih edilir. Bu bantlar; Pankromatik (siyah-beyaz -
PAN) bant, orta-kızılötesi bantlardır ve bunlar atmosfer içerisindeki su buharı
(WV) hakkında bilgi verir ve Termal bantlardır. (TIR) Termal verilerle bulutlu
günlerde bulutların üst kısmına ait sıcaklıklar elde edilir, bu da yağış tahmini için
önemlidir. Bulutsuz havalarda termal verilerle kara ve deniz sıcaklıkları izlenip
anomaliler ortaya konabilmektedir.
NOAA: NOAA ABD’ye ait bir uydudur. NOAA uydusu üzerinde yeryüzünü
gözlemlemek için AVHRR sensörü mevcuttur. İlk TIROS uydusuyla başlayan
(1978) ve NOAA (1981) serisi ile devam eden uydulardan oluşmaktadır.
Günümüzde NOAA serilerinin en sonuncusu NOAA-19 2009’da fırlatılmış ve aktif
durumdadır. Ayrıca NOAA, hem GOES hem de POES bünyesinde barındırır.
NOAA uydusunda bulunan AVHRR sensörü, geniş görüş açısı ve çizgi tarama
tekniğine bağlı olarak bir tarama çizgisi üzerindeki zemin hücrelerinde büyük
farklılıklar gibi özelliklere sahiptir. AVHRR verisi Meteosat’tan daha detaylı bilgi
verdiği için meteorolojik tahminlerde her gün kullanılır. Ayrıca
deniz yüzeyi sıcaklıkları ve bitki örtüsü çalışmalarında kullanılmak üzere NDVI
haritalarının oluşturulmasında kullanılır.
NOAA-17 uydusuna ait bazı özellikler:
Sensör: AVHRR-3
Swath genişliği: 2800 km (FOV=110°)
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 2-14 kez/günde. (enleme bağlı
olarak)
Spektral bandlar (Spektral Çözünürlük):
0.58-0.68 (1) (Gün içi bulutluluk ve yüzey haritalaması)
0.73- 1.0 (2) (Kara içi su alanlarının sınır çalışmalarında)
1.58- 1.64 (3A gündüz) (Kar ve buz belirlemede)
3.55-3.93 (3B gece) (Gecede bulut haritalamada, deniz yüzeyi sıcaklıkları)
10.3-11.3 (4) (Gecede bulut haritalamada, deniz yüzeyi sıcaklıkları)
11.5-12.5 (5) (Deniz yüzeyi sıcaklıklarını belirlemede)
Piksel büyüklüğü (Mekansal Çözünürlük): 1 km x 1 km
Detay Bilgi www.noaa.gov
5.3.2. Orta Çözünürlüklü Sistemler
Landsat, Terra
Landsat: Landsat programı sivil olarak en eski dünya gözlemleme programıdır.
1972 yılında MSS sensörü taşıyan Landsat-1 ile başlamış, 1982’de MSS yerine TM
sensörü yerini almıştır. Her iki sensör de çizgi tarama tekniği ile taramasını
gerçekleştirir. 1999’da ETM+ sensörünü taşıyan Landsat-7 fırlatılmış ve halen
aktiftir. Ayrıca 2013 yılında Landsat-8 fırlatılmış ve Nisan ayı itibariyle görüntüler
alınmaya başlanmıştır. Landsat 8, diğer Landsat serisine göre OLI sensörüne
sahiptir ve spektral aralığı ve bant sayısı da arttırılmıştır (11 Bant)
19
Landsat TM ve ETM+ verileriyle birçok arazi örtüsü ve kullanımları, toprak
haritalaması, jeoloji uygulamaları ve deniz yüzeyi sıcaklıklarının haritalanması
gibi birçok çalışma yapılmıştır.
Landsat -8 uydusuna ait bazı özellikler:
Sensör: OLI (Operational Land Imager)
Swath genişliği: 170 x 185 km
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 16 gün
Spektral bantlar (Spektral Çözünürlük):
Band 1 Visible (0.43 - 0.45 μm)
Band 2 Visible (0.450 - 0.51 μm)
Band 3 Visible (0.53 - 0.59 μm)
Band 4 Near-Infrared (0.64 - 0.67 μm)
Band 5 Near-Infrared (0.85 - 0.88 μm)
Band 6 SWIR 1(1.57 - 1.65 μm)
Band 7 SWIR 2 (2.11 - 2.29 μm)
Band 8 Panchromatic (PAN) (0.50 - 0.68 μm)
Band 9 Cirrus (1.36 - 1.38 μm)
Band 10 TIRS 1 (10.6 - 11.19 μm)
Band 11 TIRS 2 (11.5 - 12.51 μm)
Piksel büyüklüğü (Mekânsal Çözünürlük): 15 m (Bant 8 PAN), 30 m (Bant
1-7,9), 100 m (Bant 10-11)
Detay Bilgi www.landsat.usgs.gov
Terra: EOS sonradan ismi Terra olmuştur, NASA’nın yerbilimleri açısından önemli
uydularından birisidir. 1999 yılında uzaya fırlatılmış olan Terra uydusu
bünyesinde MODIS ve ASTER i de içine alan 5 uzaktan algılama enstrümanına
sahiptir. ASTER enstrümanında 3 bant 15 m çözünürlüğünde görünür ve yakın
kızılötesi spektral aralığında, 6 bant 30 m çözünürlüğünde ve kısa dalga
kızılötesinde, 5 bant 90 m çözünürlüklü ve termal kızılötesi aralığından algılama
yapar. Ayrıca ASTER’de yer alan yakın kızılötesi (NIR) bantları (3 Nadir ve 3
Backward) 27.7o lik bir çakışmaya (overlay) sahip oldukları için yüksek kalitede
SAM (Sayısal Arazi Modeli) üretmede kullanılırlar.
Terra-ASTER uydusuna ait bazı özellikler:
Sensör: Aster
Swath genişliği: 60 km
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 5 gün
Spektral bandlar (Spektral Çözünürlük):
VIS (band 1-2) 0.56, 0.66
NIR 0.81 (3N nadir ve 3B backward 27.7)
SWIR (band 4-9) 1.65, 2.17, 2.21, 2.26, 2.33, 2.40 TIR (band 10-14) 8.3, 8.65,
9.10, 10.6, 11.3
Piksel büyüklüğü (Mekansal Çözünürlük): 15 m (VNIR), 30 m (SWIR), 90 m
(TIR)
Detay Bilgi http://terra.nasa.gov
5.3.3. Yüksek Çözünürlüklü Sistemler
RASAT, GÖKTÜRK-2, WORLDVIEW-4
20
RASAT: RASAT uydusu, Türkiye’nin ilk yerli yapım uydusudur. 17 Ağustos
2012 tarihinde Rusya’dan uzaya gönderilmiş ve görev süresi 3 yıl olarak
tasarlanmıştır. RASAT uydusunun sistem mühendisliği ve sistem tasarımı
Türkiye’de yurtdışından alınmış herhangi bir danışmanlık olmadan veya
yurtdışından mühendislik desteği almadan, TÜBİTAK UZAY’da görevli Türk
mühendisler ve teknisyenler tarafından yapılmış olup tüm testleri
Türkiye’de gerçekleştirilmiştir. RASAT’tan elde edilen uydu görüntülerinin şehir
bölge planlama, ormancılık, tarım, afet yönetimi ve benzeri amaçlarlarda
kullanılması planlanmaktadır. RASAT uydusunda kırmızı bandın üstü (kızılötesi)
bulunmamaktadır. MSS’te 15m çözünürlükte olmasına rağmen pankromatikte
7.5 m olduğu için yüksek çözünürlüklü sistem altında incelenmiştir.
RASAT uydusuna ait teknik özellikler:
Sensör: RASAT
Yörünge: Güneş Eş Zamanlı
Yörünge Yüksekliği: 700 km
Swath genişliği: 30 km
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 4 gün
Spektral bandlar (Spektral Çözünürlük):
0.42 – 0.73 (Pankromatik)
1. Bant: 0.42 – 0.55 (Mavi)
2. Bant: 0.55 – 0.58 (Yeşil)
3. Bant: 0.58 – 0.73 (Kırmızı)
Piksel büyüklüğü (Mekansal Çözünürlük): Pankromatik 7.5 m
MSS: 15m
Detay Bilgi: http://rasat.uzay.tubitak.gov.tr
RASAT uydusu, gerek ülkemizde gerekse diğer ülkelere ait ilk görüntülerini
vermiştir.
GÖKTÜRK-2: TÜBİTAK UZAY tarafından tasarlanıp geliştirilen ve TAI ile
entegrasyonu gerçekleştirilen keşif uydusudur. 18.12.2012 tarihinde
Çin’den uzaya gönderilmiştir. 409 kg ağırlığındaki uydu 2.5 m. çözünürlüğe
sahiptir. Göktürk-2 projesi Milli Savunma Bakanlığı, TÜBİTAK başkanlığı ve
TÜBİTAK UZAY-TUSAŞ iş ortaklığı arasında 13 Nisan 2007’de imzalanmış ve 1
Mayıs 2007’de yürürlüğe girmiştir. TÜBİTAK UZAY mühendisliğinde ve tüm görev
bilgisayarlarının yazılımı ile görev bilgisayarı tamamen Türkiye’de üretilmiştir.
Göktürk-2’nin donanımlarının %80’i, yazılımlarının %100’ü Türk mühendisleri
tarafından yapılmıştır. Göktürk-2 projesi kapsamında uzay ve uydu sistemlerine
yönelik teknoloji, uzman insan gücü ve altyapı geliştirilmesi, kamu kurum ve
kuruluşlarının gözlem ve araştırma ihtiyaçlarının milli imkân ve kabiliyetlerle
karşılanması hedeflenmiştir.Göktürk-2 uydusu pankromatikte 2.5 m, renkli de 5
m olacak şekilde yüksek çözünürlüğe sahiptir. Renkli MSS spektral aralıkları
henüz açıklanmamıştır. Göktürk-2’ye ait ilk görüntüler 2013 Ocak ayında
alınmaya başlanmıştır.
Göktürk-2 uydusuna ait teknik özellikler:
Yörünge Güneş: Eş Zamanlı
Yörünge Yüksekliği :~ 700 km
Swath genişliği :60 km
21
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 2.5 gün
Piksel büyüklüğü (Mekânsal Çözünürlük): Pankromatik : 2.5 m
Renkli: 5 m
Detay Bilgi http://www.tai.com.tr
WOLRDVIEW-4: WolrdView uydusunun şimdiye toplamda 4 serisi uzaya
gönderilmiştir. WolrdView 1 ve 2 serisi aynı çözünürlüğe (0.46m) sahip olup
spektral farklılıklar içermektedir. WolrdView 3 ve 4 uydusu da aynı mekânsal
çözünürlüğe (0.31m) sahiptir. WorldView-4 uydusu, 11 Kasım 2016 Cuma günü,
Vandenberg Hava Üssü, California'dan saat 10: 30’da başarıyla fırlatılmıştır.
DigitalGlobe'a ait WorldView-4, yeryüzünde pankromatik olarak 31cm gibi küçük
nesneler belirleyebiliyor ve 1,24 metrelik çözünürlükte 4 bant multispektral veri
toplayabilmektedir.
WorldView-4 uydusu istisnai coğrafi konum doğruluğu sunmakta olup; bu,
kullanıcıların doğal ve yapay özellikleri, zemin kontrol noktaları olmaksızın Dünya
yüzeyindeki gerçek konumları 4 m altında daha iyi eşleştirebilecekleri
anlamına geliyor. WorlView-4 temel uydu görüntüsü, jeoreferanslanmış Geo
ürünü, stereo uydu görüntüsü GeoStereo ürünü ve bunlardan DEM ve DSM
ürünleri sunmaktadır.
Wolrdview-4 uydusuna ait bazı teknik özellikler:
Swath genişliği: 13.1 km
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 1-4.5 gün
Spektral bantlar (Spektral Çözünürlük):
Panchromatic: 450 - 800 nm
4 Multispectral:
Red:655 - 690 nm
Green:510 - 580 nm
Blue:450 - 510 nm
Near-IR:780 - 920 nm
Piksel büyüklüğü (Mekânsal Çözünürlük):
PAN 0.31 m ,
MSS 1.24 m
Detay Bilgi http://www.worldview4.digitalglobe.com
5.3.4. Hiperspektrometre ve Radar Sistemler
EARTH OBSERVING-1, ERS
(EO-1): Earth Observing-1 (EO-1), NASA’nın Landsat’ın masraflarını azaltmak
için başlatmış olduğu Yeni Milenyum programlarından birisidir. EO-1 2000 yılında
yörüngesine 1 yıllığına oturtulmuş ve daha sonra süre uzatılmıştır. Landsat 7 ile
aynı yörüngeyi takip ediyor olup 1 dk gecikmeli olarak çekim yapar. EO-1 üç
cihaza sahiptir. Bunlar; Hyperion, ALI ve LAC’tır.
Hyperion, 220 bandlık görüntü spektrometreolup 30m çözünürlüklü 7.5 km
genişlikte görüntüler üretir. Görüntü aralığı 0.4-2.5 μm arası olup 10 nm
aralıklarladır.
LAC, 0.9-1.6 μm arasını ölçen bir görüntü spektrometredir. Multispektral
görüntüleyicilerdeki Atmosferik etkileri düzeltmek için kullanılmaktadır.
ALI, doğrulama cihazıdır. ALI Landsat’taki pankromatik ve multispektral band
tarzı görüntü üretir.
22
LANDSAT 7 ETM ve Earth Observing-1 uydusunun ortak özelliği; spektral bant
sayısının benzerliğidir.
EO-1 uydusuna ait bazı teknik özellikler:
Sensör: Hyperion
Swath genişliği: 7.5 km
Tekrarlama aralığı (Zamansal Çözünürlük): 16 gün
Spektral bandlar (Spektral Çözünürlük): 0.4 – 2.5 (220 band)
Piksel büyüklüğü (Mekansal Çözünürlük): 30 m
Detay Bilgi http://eo1.gsfc.nasa.gov/
ERS: The European Spaca Agency (ESA) 1991 yılında ilk olarak ERS-1’i
fırlatmıştır. İkinci olarak ERS-2’yi 1995’te fırlatılmıştır. ERS-1 2000 yılında
çalışmasını durdurmuş fakat ERS-2 halen görüntü elde etmeye devam
etmektedir.
ESA 2002 yılında da Envisat’ı yörüngeye yerleştirmiştir. Bu uydu bünyesinde
okyanus izleme sistemi olan MERIS ve ileri düzeyde radar görüntleme
sistemini de kapsayan birçok cihazı bulundurur. ERS-1 ve 2, değişik ve farklı
özellikteki sensörleri bünyesinde taşımaktadır. Bunlardan bazıları:
1)C-bant aktif mikrodalga cihazı 2) Ku- bant radar altimetre3) İterek tarayan
radyometre
ERS uydu görüntüleri kullanılarak; okyanus ve buzullar gözlenebilir, rüzgar ve
dalga dinamiği, deniz yüzeyi sıcaklığı, global ısınma ve sera etkisi gibi
birçok çalışma yapılabilir.
Radar görüntüler normal optik görüntülerden farklılık gösterir. Uzun dalga
boylarının kullanılmasından dolayı daha karıncalı olarak ortaya çıkan bu
görüntülerin yorumlaması da bir o kadar zordur. Ancak görüntüler üzerinde bazı
detaylar net bir şekilde ortaya çıkar.
Yukarıdaki şekilde verilen ERS SAR görüntüsünde suyun radar dalgalarını
soğurması ve geriye yansıtmaması nedeniyle rengi koyu siyah olarak gözükür.
Yani yansıma yok anlamındadır. Ayrıca koyuluk suyun derinliği ile de alakalıdır.
Akarsu kenarındaki parlaklık ise yerleşmelere ait yapıların radar dalgalarını her
yöne yansıtmasından dolayı geriye yansımanın maksimum düzeyde olduğunu
gösterir.
23
ERS-2’ye ait bazı teknik özellikler:
Sensör: SAR
Yükseklik: 785 km
Spektral Band: C Band
Polarization: VV
Bakış Açısı: 23°
Tarama Genişliği: 100 km
Çözünürlük: 30 m
Detay Bilgi: http://earth.esa.int/ers/
RADARSAT: Radarsat-1 1995 te fırlatılmış olup Kanada’nın ilk uydusudur.
Radarsat- 2 uydusu da 2007’de fırlatılmıştır. Radarsat, sun-synchronous
yörüngeye sahiptir. Radarsat-1 tek bir polarizasyona sahipken, Radarsat-2 multipolarizasyona sahiptir. Radarsat görüntülerinin kullanım amacı, kıyı
çalışmaları, arazi örtüsü haritalaması, tarım ve orman gözlemleri, afetlerin
izlenmesi (heyelan belirleme, taşkınları izleme vb.) kar örtüsünü dağılışını
haritalama, toprak nemliliğini belirleme gibi birçok alanı kapsamaktadır.
Radarsat-2’ye ait bazı teknik özellikler:
Sensör: SAR
Yükseklik: 798 km
Spektral Band: C Band
Polarization: HH, VV, HV, VH
Bakış Açısı: 10-60°
Tarama Genişliği: 10-500 km
Çözünürlük: 3 – 100 m
Detay Bilgi: http://www.radarsat2.info/
6. GÖRÜNTÜ VE ÖZELLİKLERİ
Uzaktan Algılamada fotoğraf ile görüntü ayırt edilmelidir. Fotoğraf, 0.3-0.9 μm
dalga boylarında, görünen ve yakın kızıl ötesi bölgelerindeki elektromanyetik
enerjinin bir fotoğraf filminin üzerine kaydedilmesidir. Görüntü ise, dalga boyu
veya elektromanyetik enerjiyi kaydeden algılayıcı cihaz ne olursa olsun, resimsel
sunumların hepsini içermektedir. Her fotoğraf görüntüdür, fakat her görüntü
fotoğraf değildir.
Uzaktan algılama açısından görüntü, coğrafi bir sahayı temsil eden, sütun ve
satırların grid tarzı düzenlenmesinden oluşan bir veridir. Görüntülerdeki bu
satır ve sütunların büyüklükleri, uydulardaki sensörlerin çözünürlükleri ile ilgilidir.
Gridlerde yer alan her piksel belirli bir konumdaki yeryüzü bölgesinden yansıyan
elektromanyetik enerji değerini içerir. Bu değerler Dijital Numara olarak
pikselde depolanır. Görüntüdeki pikselin değerini, dijital numara ifade eder.
24
Yukarıdak şekilde, sağ alt köşede verilen numaralar her bir pikselin sahip olduğu
değeri gösterir. Rakam değerinin artması, yansımanın daha fazla kaydedildiğini,
azalması da daha az kaydedildiğini gösterir. Mesela 81 değeri maksimum
yansımayı verirken, 26 değeri en az yansımayı verir. Her bir dalga boyu aralığı
ise piksellerin bir araya gelmesiyle oluşan bantlarda kaydedilir.
Yukarıdaki şekil, bir banttaki küçük bir kısmın kayıt özelliklerini
göstermektedir. Değerler 0 ile 255 arasında değişmektedir. 0 en düşük yansıma
değerini (hatta hiç yansıma yok) verir ve siyah renkle görüntü üzerinde temsil
edilir. 255 ise maksimum yansıma değerini verir ve beyaz renkle görüntü
üzerinde temsil edilir. 0-255 arasındaki değerler ise siyah ve beyaza yaklaşan ara
renklerle bant üzerinde temsil edilirler.
Bir banttaki siyah-beyaz ve ara renklerin her birinin arkasında rakamsal bir ifade
yer alır. Uzaktan algılamada bu rakamsal ifadeler kullanılarak bir takım analizler
gerçekleştirilir. Bantların bir araya gelmesiyle de görüntüler oluşur (görünür
veya yalancı renkli görüntüler gibi).
25
Tarama (Bant) genişliği, dünya üzerindeki yörüngelerini takip ederek uçan uydu
sensörlerinin, yeryüzünde gördüğü ve algıladığı sahanın tam genişliğini ifade
eder. Uyduların yörünge irtifaları farklı olduğu için yeryüzündeki kapladıkları
genişliklerde farklıdır. Landsat TM’de 185 x170 km, Spot’ta ise 60x60 km olduğu
gibi.
6.1. Çözünürlük
Ekranda görünen piksel sayısını veya görüntüdeki bir pikselin yeryüzündeki
karşılığını ifade eder. Uzaktan Algılamada 4 farklı çözünürlük tipi vardır:
• Spektral Çözünürlük
• Radyometrik Çözünürlük
• Mekânsal Çözünürlük
• Zamansal Çözünürlük
6.1.1. Spektral Çözünürlük
Algılayıcının kaydedebileceği elektromanyetik spektrumun belirli dalga aralığını
ifade eder. Bu özellik her bir uydu ve/ya sensör için farklılık gösterir. Örneğin,
Landsat TM sensöründe 1. Banttan 7. Banda kadarki aralıkta her bir bant değişik
spektral aralıkları kaydeder. Hiperspektral sistemlerde bant sayısı fazla olduğu
için spektral çözünürlükler daha fazla olarak karşımıza çıkar. Landsat TM de 0.45-
0.52 μm arası tek bir bantta gösterilirken, bu aralık hiperspektral sistemde 10
veya 20 bantta gösterilebilmektedir.
6.1.2. Radyometrik Çözünürlük
Radyometrik çözünürlük, her bir banttaki toplam olabilecek veri değerini
ifade eder. Her bir pikseldeki ışımanın şiddetine bağlı olarak derecelendirilir. Bu
da kaydedilen enerjinin bölünebileceği bit sayısıyla gösterilir. En karanlık yani en
düşük sinyal seviyesi 0, en parlak olan ise bit sayısına bağlı olarak (127, 255)
değişir. Bit sayısı arttıkça, ayrıntı artar.
8 bitlik bir veride her bir piksel, 0'dan 255'e kadar ( 28) değişen 256 veri değeri
alabilir. Bu çözünürlük 7 bitlik veri için 0'dan 127'ye (27) 128’ kadar, 11 bitlik
için (211) 0-2047’ye 2048 gri ton mevcuttur. 1 bitlik (21) görüntüde ise 0-2
arasında toplam 3 renk kullanılmıştır. Yani siyah (0) – gri (1) ve beyaz (2).
Görüntünün yüzeyi temsil kabiliyeti oldukça düşüktür ve yüzeydeki detaylar net
bir şekilde ayırt edilememektedir.
6.1.3. Mekânsal Çözünürlük
Mekânsal çözünürlük, her bir pikselin temsil ettiği arazideki alanı veya
algılayıcının kaydedebileceği en küçük objenin ölçüsünü ifade eder. Mekânsal
çözünürlüğe bağlı olarak görüntü üzerindeki objelerin algılanma düzeyleri de
değişiklik gösterir. Düşük çözünürlüklü görüntülerde yüzey üzerindeki nesneler
net bir şekilde algılanmazken, yüksek çözünürlüklü görüntülerde en ince detaylar
bile görüntü üzerinde algılanabilir ve yorumlanabilir.
26
Yukarıdaki görüntüde, 0.5 m çözünürlüklü bir görüntüde evler, ana ve tali yollar,
evlerin gölgeleri, ağaçlar vb. detaylar net bir şekilde ayırt edilebiliyorken,
çözünürlük düştükçe bu detayların ayırt edilebilme oranları azalmaktadır.
Mekânsal çözünürlüğün 80 m olduğu görüntüde hiçbir detay kalmamaktadır.
Ancak 80 m ve daha düşük çözünürlüklü görüntüler, çok küçük alanlar için değil
daha büyük alanların (ülke, kıta ve dünya ölçeğinde) çalışılmasında kullanışlı
olmaktadır.
6.1.4. Zamansal Çözünürlük
Zamansal çözünürlük, belirli bir bölgenin hangi sıklıkta algılanacağını ifade
eder. Zamansal çözünürlük uyduların yüksekliklerine ve yörünge eğikliklerine
bağlı olarak değişiklik gösterir. Örneğin Landsat uyduları aynı bölgeyi 16
günde, Spot 26 günde, NOAA uydusu 12 saatte algılayabilir. Uyduların
yörünge özelliklerine bağlı olarak dünyada herhangi bir yer üzerinden ne zaman
geçeceği bellidir. Dolayısıyla bir bölgedeki coğrafi olay veya olaylarla ilgili olarak
zaman içerisindeki değişimler uydulara ait zamansal çözünürlüklerine bağlı olarak
çalışılabilir. Ayrıca her bir uydunun zamansal çözünürlüğü farklılık gösterdiği için
bir uydu ile yakalanamayan coğrafi olay diğer bir uydu ile yakalanabilir ve gerçek
zamanlı veri uydu görüntülerinden elde edilebilir.
6.2. Görüntü Türleri ve Özellikleri
Uzaktan algılamada ham uydu görüntüleri, sürekli alan veri özelliği gösterir ve
hücre verilerden oluşur. Yani hücreler arası boşluk ve süreksizlik mevcut değildir.
Bu tür veriler de pankromatik (siyah-beyaz) tek bantlı olabildiği gibi çok bantlı
(multi-spektral) da olabilmektedir.
Çok bantlı görüntüler, eğer 0.4-0.7 μm aralığındaki bantlar R-G-B
kombinasyonuna alınırlarsa normal renkler, 0.4 altı ve 0.7 üstü spektral
aralıktaki bantlar ile RG-B kombinasyonu alınırsa yüzeydeki objeler
gerçekten farklı renklerde görülür ki buna yalancı renkli görüntü ismi
verilir.
27
TEK BANTLI ÇOK BANTLI ÇOK BANTLI
Yukarıdaki şekilde İstanbul boğazı ve çevresini gösteren tek bantlı görüntü siyah
beyaz olup, pankromatik bir görüntü özelliği gösterir.
Bant hangi spektral aralığı temsil ediyorsa o spektral aralıktaki yüzey detaylarına
biraz daha net bir şekilde görüntü üzerinde seçilebilir.
Çok bantlı görüntüler iki türlü olarak karşımıza çıkar:
Görünür dalga boyları (0.4-0.7 μm) kullanılarak oluşturulan normal renkler
ve görünür dalga boyları dışında kalan dalga boylarının kullanılmasıyla
oluşturulan yalancı renklerden oluşan görüntüdür. Örneğin, yukarıdaki şekilde,
gerçekte orman örtüsü yeşil olması gerekirken yalancı renklerde orman kırmızı
olarak gösterilmiştir.
Uzaktan algılamanın ham görüntüsü, amaca yönelik olarak eğer bir takım
proseslerden geçer ve işlenirse sınıflandırılmış (Tematik) görüntü ismini alır.
Sınıflandırılmış görüntüde pikseller artık yüzeyden yansıyan enerjinin değerini
göstermez, bazı analizler sonucunda benzer piksellere atanan sınıf türünü
yansıtırlar. Dolayısıyla artık görüntü olmaktan çıkmış tematik haritaya dönüşmüş
olur.
28
Yukarıdaki şekilde, bir alana ait görüntünün sınıflandırılması sonucunda ortaya
çıkan sonuç tematik harita verilmiştir. Bu haritada artık yeşil renkler, sağlıklı yeşil
bitkileri, mavi renkler kurumuş bitkileri ve çıplak zeminleri (yaklaşık aynı yansıma
değerlere sahip oldukları için) ve son olarak da kırmızı renk sağlıklı olmayan
hastalıklı bitkileri göstermektedir. Tematik haritada, piksellerin değerleri normal
yansıma değerlerinden ziyade bu üç sınıftan birisini temsil eder.
Uydu görüntüleri ham veya sınıflandırılmış olsun, iki şekilde bulundurulurlar.
Bunlar; analog ve dijital görüntü şeklindedir.
Kâğıt ortamındaki bütün görüntülere Analog görüntü ismi verilir. Bu görüntülerin
yeryüzündeki objeleri gösterim zenginliği sınırlı olup, sadece kâğıt ortamına
aktarıldığı dalga boylarını gösterebilirler.
Dijital görüntü ise boyutları istenilen ölçüde olabilen, hücrelerden meydana
gelmiş, her hücrenin bir sayısal ifadesi olan ve ortalama bir karakteristik özellikle
tanımlanan ve hücrelerin bir araya gelmesiyle oluşmuş görüntülerdir. Dijital
görüntüler, analog görüntülerin tersine bütün dalga boylarını bünyelerinde
barındırır ve istenilen bant kombinasyonu yapılarak istenen detayların ortaya
çıkartılması sağlanır. Ayrıca dijital görüntülerin bir kimlik kartı (metadata) vardır.
Bu kimlik kartında görüntü ile ilgili bütün bilgileri (koordinat bilgisi, sensör, bant
özellikleri, görüntünün çekildiği gün vb.) bulmak mümkündür.
A B
29
C D
Yukarıda, Havran ilçesi (Balıkesir) ve çevresine ait farklı uydu görüntüleri
gösterilmektedir. Bunlardan 6.8a daki uydu görüntüsü normal renklerde
Quickbird uydusundan elde edilmiş yüksek çözünürlüklü (0.60 m) bir uydu
görüntüsüdür. Görüntü yaklaştırıldığı takdirde tarlaları, tarlalar arası sınırlar,
yerleşme arasındaki sokak ve caddelerini ve hatta ağaçları görmek mümkündür.
Dolayısıyla objelerin birbirinden ayırt edilebilmesi oldukça kolaydır. Şekil 6.8b de
ise Spot XS uydu görüntüsü yer almaktadır. Bu görüntünün çözünürlüğü 20 m
olup yalancı renkli bir görüntüdür. Spot uydusunda mavi bant (0.4-0.5 μm)
bulunmadığı için 3-2-1 bant kombinasyonuyla normal renkler değil yalancı
renkler elde edilmektedir. Bu görüntüde (a) görüntüsü gibi olmasa da yerleşme,
tarım alanları, Havran çayı ve yatağı ve ağaçlık-ormanlık alanlar net bir şekilde
görülebilmektedir. Dolayısıyla (b) görüntüsünde (a) görüntüsüne göre detayların
biraz daha azaldığı net bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Şekil 6.8c’de ise Landsat
TM görüntüsü yer almaktadır. 30 m çözünürlüklü bu görüntü normal renklidir. (a)
ve (b) görüntülerine göre çözünürlüğü iyice düşük olan bu görüntüde yerleşme,
Havran çayı ve yatağı, yollar, tarım alanları ve ormanlık alanları belirli olmakla
birlikte ayırt edilebilirlikleri iyice azalmıştır. Uydu görüntüsünün çekim tarihi olan
1987 yılı dikkate alındığında (a) ve (b) görüntülerinde doğu-batı istikametindeki
yol üzerindeki açık alan (sanayi alanı) mevcut değildir. Ayrıca yerleşme alanının
sınır özelliklerinin de kısmen daha küçük bir alanda olduğu dikkat çekmektedir.
Şekil 6.8d ise Landsat MSS görüntüsü olup 60 m çözünürlüklü ve yalancı renkli
bir görüntüdür. Landsat MSS’te mavi bant bulunmadığıiçin normal renkli
görünüm elde edilememektedir. Bu görüntü de önceki 3 görüntüden farklı olarak
ayrıntılar iyi azalmış ve objelerin ayırt edilebilirliği neredeyse kaybolmuştur. Buna
rağmen yerleşme, akarsu yatağı ve ormanlık ve tarım alanı temel objeler olarak
ayırt edilebilmektedir.
30
(A) (B)
Yukarıda, Havran Çayı (Balıkesir) Edremit körfezine döküldüğü mansap kısmına
ait iki farklı görüntü verilmiştir. Bunlardan Şekil A, 1976 yılına ait bir hava fotosu
olup 1:35000 ölçeklidir. Pankromatik ve dikey olan hava fotosunda Havran
Çayı’nın mansap kısmındaki arazi kullanım özellikleri (tarım alanları ve sınırları,
boş alanlar) net bir şekilde ayırt edilebilmektedir. B’de ise aynı alana ait yüksek
çözünürlüklü (0.60m) Quickbird uydu görüntüsü verilmiştir. Normal renkli bu
görüntüde özellikle çayın mansap kısmındaki yerleşme artışını görmek
mümkündür. Aynı zamanda tarım alanı sınırları daha ayrıntılı olarak
görülebilmekte olup tarlalardaki ürün farklılıkları net bir şekilde ortaya
çıkmaktadır.
(A) (B)
Yukarıda, Bartın ili ve çevresine ait uydu görüntüleri verilmiştir. Bunlardan
A’da Landsat ETM+ uydu görüntüsü olup normal renkler kullanılmıştır.
Çözünürlüğü 30m olan bu uydu görüntüsünde deniz, ormanlık alan, yerleşme,
Bartın Çayı ve kısmen tarım alanları görülebilmektedir. B’de ise Ikonos uydu
31
görüntüsü verilmiştir ve normal renkler kullanılmıştır. 1 m çözünürlüklü bu uydu
görüntüsünde Bartın il merkezi ve çevresindeki arazi kullanım özellikleri net bir
şekilde ayırt edilebilmektedir. Ayrıca Bartın Çayı’nın menderesli yatağı da
gözlemlenebilen özellikler arasında yer alır. Dolayısıyla yüksek ve orta
çözünürlüklü görüntülerdeki detay farkları ve bu görüntülerden çıkartılabilecek
özellikler hakkında bu örnekler bize detaylı bilgi vermektedirler.
7. GÖRÜNTÜ DÜZELTME
Dijital görüntü analizleri olarak adlandırılan işlemler 4 grup altında toplanır:
• Görüntü Düzeltme
• Görüntü İyileştirme
• Görüntü Yorumlama
• Görüntü Sınıflama
Görüntü düzeltme işlemleri dijital görüntü analizleri içerisinde ilk halkayı
oluşturur ve ön-işlemler olarak adlandırılır. Uydu görüntüleri temin edildikten
sonra ilk uygulanacak işlemlerdir. Bu işlemler yapılmadan diğer analiz adımlarına
geçilemez. Bu işlemler, satıcı veya üretici firma tarafından yapılabildiği gibi
analizci tarafından da yapılabilmektedir.
Görüntü düzeltme işlemleri iki sınıfta gruplandırılır. Bunlar; Radyometrik
düzeltme ve Geometrik düzeltmedir. Radyometrik ve geometrik düzeltmeler
genellikle görüntü sağlayıcı firmalar tarafından ücreti ödenmek koşuluyla yapılmış
olarak uydu görüntüleri sağlar.
7.1. Radyometrik Düzeltme
Radyometrik düzeltme; genel olarak görüntü alanındaki aydınlanma
farklılıkları, görünüş geometrisi, atmosferik şartlar, sensörden
kaynaklanan parazitler gibi bilgilerdeki düzensizlik ve yanlış algılamalara
neden olan atmosferik etkilerin giderilmesi ve algılayıcılar tarafından
algılanan radyasyondan objeleri tam olarak temsil etmeyen yansımaların
düzeltilmesi ya da elimine edilmesini içerir.
Görüntüdeki radyometrik hatalar, detektör veya atmosferik nedenlerden olabilir.
Radyometrik düzeltme ile görüntü üzerinde meydana gelen bu hatalar ortadan
kaldırılır. Kozmetik düzeltme ile ortadan kaldırılabilen radyometrik hatalar birkaç
şekilde ortaya çıkmaktadır:
Çizgi Düşüşü: Periyodik olarak meydana gelen bu çizgi düşüşleri, sensörde
bulunan detektörlerden herhangi birisinde meydana gelen kayıt problemleri olup
veri üretimi veya çalışmasını durdurmasıyla ortaya çıkarlar. Örneğin Landsat ETM
termal bandı hariç bütün bantları için 16 detektöre sahiptir. Detektörlerden
birisinin arızalanması neticesinde her 16 satırda bir veri kaybı yaşanır “0” verisi
olarak kaydedilir. Dolayısıyla renkte siyah çizgi olarak görüntü üzerinde gözükür.
Landsat ETM üzerinde meydana gelen çizgi düşüşlerine örnek:
32
Bu durumda yapılacak işlem eksik satırlar için bir önceki veya bir sonraki
satırların değerleri kullanılır veya önceki ve sonraki satırların ortalaması
alınarak boşluk satıra aktarılır. Böylelikle “0” değeriyle hatalara yol açarken iki
çizgi arasındaki bu verisiz kısım daha problemsiz olarak halledilmiş olur.
Bu düzeltme şekline göre yukarıdaki şekildeki hataların düzeltilmiş hali, aşağıdaki
şekilde verilmiştir. Verisiz satırın öncesi ve sonrasındaki satırların değerlerinin
ortalaması alınarak yapılan bu düzletmeyle görüntü bir önceki hatalı örneğine
göre daha kullanışlı hale gelmiştir.
Çizgi Şeritleri: Çizgi şeritleri, çizgi düşüşlerinden çok daha fazla yaygındır.
Çizgi şeklindeki şeritler genellikle detektörün aynı şekilde işlem yapamamasından
meydana gelir. Uydular yörüngelerine fırlatılmadan önce detektörleri dikkatli bir
şekilde kalibre edilmesi ve eşleştirilmesine rağmen, zaman içinde bazen
detektörlerden bazıları daha yüksek veya alçak düzeyde işlem yapabilmektedir.
Bunun sonucunda detektör tarafından kaydedilen her bir çizgi diğerlerine göre
daha parlak veya karanlık olabilmektedir.
33
Yukarıdaki şekilde diğerlerine göre daha parlak olan dolayısıyla çizgi kayıt
değerleri daha yüksek olan bir çizgi şerit örneği verilmiştir.
Görüntüler üzerindeki bu hataların ortadan kaldırılmasında birçok prosedür
olmasına rağmen en yaygın olarak kullanılan düzeltme işlemi histogram eşleme
yöntemidir. Bu yöntemde her bir detektörün ayrı ayrı histogramı üretilir ve
eşleştirilir. Bunlardan birisinin standart olarak alınmasından sonra çizgi
şeritlerdeki ortalamadan sapan DN değerleri hesaplanır ve yeni DN numaraları
çizgilere aktarılır.
Nokta Parazitler: Çizgi düşüşleri ve şeritleri görüntü üzerinde rastgele olarak
gerçekleşmez ve bunlarında ortadan kaldırılmaları basit bir ortalama
hesaplamasıyla gerçekleştirilir. Nokta veya rastgele parazitler daha sofistike
bir yöntem olan dijital filtreleme yöntemi kullanılarak elimine edilirler. Nokta
parazitler genellikle verinin aktarımı sırasındaki hatalardan dolayı meydana
gelebilmektedir. Buradaki hata bir pikseldeki DN değerinin çevre piksellere göre
düşük veya yüksek değerde olmasıdır.
Yukarıdaki şekilde piksel değerleri, çevre piksellere göre siyah veya beyaz spotlar
üretmiştir. Bu tür nokta parazitler çevre piksellerle karşılaştırmalı olarak kolay
bir şekilde belirlenebilir. Bu hataların giderilmesi çevre piksel değerleri
kullanılarak enterpole edilmesiyle, bu piksellerin DN değerleri düzeltilmiş olur.
Atmosferik Hatalar: Atmosferde bulunan partiküller (aerosoller) ve gazlar
güneş radyasyonunun atmosferden geçişi sırasında onu soğurabilir, dağıtabilir
veya yansıtabilir. Bunların içinden en önemlisi ise, özellikle görünür dalga
boyunun atmosferdeki dağılımıdır.
34
Atmosferik hataların düzeltilmesi genel olarak iki yolla gerçekleştirilir. Bunlar;
Sis, pus, bulanıklılık (Haze) azaltımı ve Histogram Eşleme yöntemiyledir.
7.2. Geometrik Düzeltme
Sensörün konumu, tarama sistemi, platform yüksekliği, hızı, hareketi, arazinin
eğriliği ve dünyanın rotasyonu gibi etkilerden dolayı görüntülerde geometrik
bozulmalar meydana gelir. Geometrik düzeltme bu bozulmaları en aza indirir ve
gerçek dünyaya yakın görüntüler elde edilmesini sağlar.
Geometrik düzeltme işlemleri 2 boyutlu yaklaşımla gerçekleştirilen işlemlerdir.
Uydu görüntüleri harita değildir. Uzaydan çekilen görüntülerde veriler sütun-satır
sisteminde depolanır ve i ve j harfleriyle temsil edilirler. Haritalarda ise noktalar x
ve y koordinat sistemine göre tanımlanır ve konumlandırılır. Uzaktan algılama
görüntüsünün bir takım dönüşümler ile bir harita gibi ölçek ve projeksiyona sahip
olması işlemine Geometrik düzeltme denir. Geometrik düzeltme dönüşüm ve
yeniden örnekleme aşamalarından oluşmaktadır.
Uydu görüntüsünün harita projeksiyon sistemine aktarılmasının en basit yolu
geometrik dönüşümdür. Dönüşüm iki sisteme ait koordinatların ilişkilendirilmesi
için uygulanan fonksiyondur. (x,y) koordinat sisteminin (i,j) koordinat sistemine
ilişkilendirilmesini lineer formül olan 𝑥 = 3 + 5𝑖 ve 𝑦 = -2 + 2.5𝑗 ile yapılabilir.
Aşağıdaki şekildeki bu dönüşüm kullanılarak, görüntü pozisyonu olan (i=3, j=4)
haritadaki karşılık koordinatları (x=18, y=12) olarak bulunur. Yani görüntüde
sütun 3, satır 4 teki piksel, harita koordinatında x 18, y 12 konumuna geçmiştir.
Dönüşüm işlemi yapılmış görüntüler, jeoreferanslanmış görüntü ismini
alır.
Jeoreferanslama işlemi iki aşamadan oluşur:
1) Uygun dönüşüm tipinin seçilmesi
2) Dönüşüm parametrelerinin belirlenmesi
1) Uygun Dönüşüm Tipinin Seçimi: Dönüşüm tipi genellikle kullanılan
sensörplatform sistemine bağlı olarak değişir. Uzaktan algılamada kullanılan 4 tip
dönüşüm vardır: Conformal (4 parameters), Affine (4 parameters),
Projective (8 parameters), Polynomial (12 parameters)
Dönüşüm uygulanan orijinal raster görüntünün şekli değişir. Bu dönüşümlerdeki
karmaşıklık parametre sayılarına bağlı olarak artış gösterir. Parametre sayısı da
Conformal den Polynomial dönüşümüne artış gösterir. Örneğin, x, y eksenindeki
35
kayma, ölçek ve rotasyonu tanımlamak için 4 parametrenin olduğu Conformal
dönüşüme ihtiyaç duyulurken, bir görüntüyü başka bir görüntüye veya haritaya
oturtmak için daha fazla parametrenin olduğu Projective ve Polynomial
dönüşümler tercih edilir. Uzaktan algılama çalışmalarında genel olarak kullanılan
dönüşüm tipi Polynomial dönüşüm olup bu da kendi içinde birkaç dizin şeklinde
olabilmektedir (1. Dizin, 2. Dizin…. n. Dizin). 1. Dizin Polynomial dönüşümün
kullanımı genellikle yeterli olmaktadır.
2) Dönüşüm Parametrelerinin Belirlenmesi: Dönüşüm parametreleri Yer
Kontrol Noktaları GCP (Ground Control Points) ile belirlenebilir. GCP’ler, nokta
veriler olup, görüntü üzerinde net bir şekilde belirlenebilen yerlerden elde edilir.
Örnek; yol kesişim noktaları, akarsu kıvrımları, tarla sınırları vb. GCP ler,
topografik haritalardan elde edilebildiği gibi, geometrik düzeltimi yapılmış aynı
alanın başka bir uydu görüntüsünden de elde edilebilir veya arazide GPS ile
yapılan ölçümlerle temin edilebilir. Düşük çözünürlüklü uydu görüntülerinde GCP
lerin belirlenmesinde güçlükler vardır. Dönüşümlere ait formüllerin
çözümü için en az 3 GCP noktasına ihtiyaç vardır. Ancak dönüşüm
parametrelerinin hesaplanabilmesi için GCP’lerin 3 ten fazla olması her zaman
tercih edilenidir. Ayrıca bu GCP’lerin belirlendiği lokasyonlar görüntünün üzerinde
eşit dağıtılmalıdır.
Dönüşümler gerçekleştirildikten sonra, dönüşümün doğruluğunun ortaya konması
gerekmektedir. Ortalama Karekök Hatası (RMSE) dönüşümün doğruluğunu
gösteren sayısal bir metottur. Bu işlemde öncelikle x ve y yönündeki hatalar
hesaplanır daha sonrada toplam hata oranı elde edilir.
RMS hatası GCP’lerin görüntü üzerindeki mekânsal dağılımını dikkate almaz.
Bundan dolayı, bu işlem görüntünün hangi kısmının doğru bir şekilde
dönüşümünün yapıldığı hakkında bize bilgi vermez. Bu nedenle GCP’lerin
görüntünün tamamında eşit düzeyde dağılış gösterdiğine dikkat edilmelidir.
Geometrik düzeltmedeki ilk adım olan dönüşüm görüntüye uygulandıktan sonra
Yeniden Örneklemeye tabi tutulur. Orijinal girdi görüntünün büyüklük ve şekli
ile çıktı görüntü aynı olmadıkları için çıktı görüntüdeki piksellere yeni değer
ataması gerçekleştirilir. Bundan dolayı da enterpolasyon metodu yeni piksellere
değer atamada kullanılır.
Yeniden örneklemede kullanılan 3 tür enterpolasyon metodu vardır: En yakın
komşuluk, Yarı doğrusal ve Kübik Eğrilik enterpolasyon metotları
36
Yukarıdaki şekilde, yeniden örnekleme ve enterpolasyon tekniklerine güzel bir
örnek verilmiştir. Burada alttaki gri renkli görüntü girdi, yeşil renkli görüntü de
çıktı görüntü olarak kabul edilmiştir. Yeşil renkli çıktı görüntünün tam ortasındaki
kalın çerçeveli piksel değerinin belirlenmesinde 3 enterpolasyon metodunun
uygulama örneği verilmiştir. En yakın komşuluk metodu uygulanırsa yeşil pikselin
çıktı değerine, bu pikselin içinde en fazla alanı bulunan koyu siyah pikselin değeri
verilir. Yarı doğrusal enterpolasyon metodu uygulanırsa koyu yeşil pikselin
çevresindeki 4 pikselin (siyah ve koyu gri pikseller) ağırlıklı ortalaması alınarak
bu piksele çıktı değer olarak atanır. Kübik eğrilik enterpolasyon metodu
uygulanırsa da yine yeşil koyu pikselin çevresindeki 16 pikselin (siyah, koyu gri
ve açık gri pikseller) ağırlıklı ortalaması alınır ve bu piksele çıktı değer olarak
atanır.
Yeniden örnekleme tekniğinin seçimi girdi ve çıktı piksel büyüklüklerinin oranına
ve yeniden örnekleme yapılmış görüntünün kullanım amacına bağlılık gösterir.
En yakın komşuluğa bağlı yeniden örneklemede orijinal görüntünün piksel
değerlerinde çok büyük bir değişiklik olmaz sadece görüntünün kenar
kısımlarında basamaklı bir görüntü ortaya çıkar. Bundan dolayı bu tür yeniden
örnekleme metodunun uygulandığı uydu görüntülerine sınıflama analizi
uygulanabilir. Uydu görüntülerinin geometrik düzeltme işleminde, yeniden
örnekleme aşamasında tercih edilmesi gereken enterpolasyon yöntemi, en yakın
komşuluktur. Yarı doğrusal ve kübik eğrilik yeniden örnekleme metotları çıktının
şekilsel özelliğini daha pürüzsüz olarak ortaya koymakla birlikte çıktı görüntüdeki
piksel değerleri, çalışma prensiplerine bağlı olarak büyük değişikliğe
uğramaktadır.
Uydu görüntüleri temin edildikten sonra görüntü düzeltme işlemleri olan
radyometrik ve geometrik düzeltme işlemlerinin yapılması daha sonra görüntü
üzerinden birtakım analiz ve çıkarımlara gidilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde
yapılan analiz ve işlemler CBS’de diğer katmanlar ile birleştirilemez ve daha
sonraki analizler için kullanılamazlar.