UZAKTAN ALGILAMA SİSTEMLERİ

... konulu sunumlar: "UZAKTAN ALGILAMA SİSTEMLERİ"— Sunum transkripti:

1 UZAKTAN ALGILAMA SİSTEMLERİ
HAZIRLAYANLAR Şeyma Mıhçı Tolunay Ersen Berat Yunus İpek Duygu Firidin Mikail Mehmet Altıner

2 GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ
9.1. Çok Bantlı Görüntüler (multi spektral görüntüler) Çok bantlı görüntüler; elektromanyetik spekturumun değişik bölgelerinde, aynı objeden yansıyan ya da yayılan enerjinin, eş zamanlı olarak ayrı ayrı görüntüler durumuna getirilmiş şeklidir. Gözlemlenen sahadaki iki farklı objeden yansıyan yada yayılan karşılaştırılabilen spektral enerji, belirli obje ve olayların tanımında kullanılır. Siyah-beyaz olarak elde edilen çok bantlı görüntüler, algılandıkları dalga boylarına göre isimlendirilir. Çok bantlı görüntülerin, aynı enerji türünün kaydedilmesi ile elde edilmeleri, bu görüntüler arasında, tutarlı siyah-beyaz ve renkli görüntü kombinasyonları yapılabilmesine olanak tanımaktadır. Bu tür görüntülerde, mavi ışığı en fazla yansıtan objeler mavi, yeşil ışığı en fazla yansıtan objeler yeşil, kırmızı ışığı en fazla yansıtan objeler de kırmızı görüntüler üzerinde en iyi şekilde görülürler. Buna göre örneğin, yeşil ışığın suya metre derinliğe kadar geçebilme özelliği nedeniyle yeşil dalga boyunda algılama yapabilen askeri amaçlı filmler geliştirilmiştir.

3 9.2. Mikrodalga Görüntüleme Sistemi
Mikrodalga görüntüleme sistemi, elektromanyetik spektrumun 1mm-1m dalga boyları arasında kalan mikrodalga bölgesini oluşturur. Mikrodalga algılama, çoğunlukla yüzey ve yüzey örtüsü altının fiziksel özelliklerine karşı duyarlıdır. Uzaktan algılamada, mikrodalga görüntüleme sistemlerinin iki türü uygulanır. Bunlardan biri pasif mikrodalga sistemleridir. Objelerin yaydıkları mikrodalgaların algılanması ile elde edilen kayıtlar bu grup içindedir ve daha çok klimatoloji ve oşinografi çalışmalarında tercih edilir.

4 Radar görüntülerinde, objenin yapay ışını geri yansıtma oranı ne kadar büyük olursa görüntüdeki tonu da o kadar parlak olur. Metal, su gibi dielektrik (yalıtım) katsayısı yüksek olan maddeler çok iyi birer yansıtıcıdırlar ve çok az enerji soğururlar. Dielektrik katsayısının azalması, fazla enerji soğurulmasını ve bu soğurulan enerjinin yeraltına geçirilmesini sağlar. Genel olarak, radar dalga boyu arttıkça yer altına geçirimlilik de artar. Radar görüntülerinde gölgeler vardır. Bu gölgenin oluşması, enerjinin yüzeye doğru olan açısı ile ilgilidir. Uçuş hattından uzaklaştıkça açı azalacağından yüzeyin düz ve girintili çıkıntılı olması görüntüye etki eden faktörlerdendir. Aynı alanın farklı açılardan radar görüşüyle algılanması, elde edilen görüntülerin üç boyutlu incelenmesine olanak tanır (Şekil 16). Böylece, arazideki yükseltiler hakkında ve arazinin yapısal durumu (fay, kırık, v.b.) üzerinde, konvansiyonel yöntemlerle elde edilemeyen çok önemli bilgiler elde edilebilir.

5 Şekil 16. Yan Görüşlü Radar Sistemlerinin Algılama Yöntemi

6 Radar görüntülerinin avantajları şu şekilde özetlenebilir:
Bulut, sis ve bitki gövdelerinden geçer. Dolayısı ile her zaman bulutlu olan tropik bölgelerde kolaylık sağlar. Büyük alanların 1/ ve 1/ ölçekli haritalarının yapılmasında kullanılır. Geniş alanları kısa sürede görüntüleme yeteneğine sahiptir km2’lik bir alanı bir günde algılamak mümkündür. Gece de çalışmak mümkündür. Gölgeli bir görüntü verdiği için, düşey alınmış fotoğraflara göre değişik perspektiflerden görüş elde edilebilir. Streoskopik (3 boyutlu) görüş elde etmek için bindirmeli çekim yapılabilir. Radarla okyanus dalgalarının boyu, yönü ve genliği bulunabilir. Buz dağlarının oluşumu belirlenebilir.

7 9.3. Termal Görüntü Sistemleri
Termal algılamada elde edilen gerçek görüntü siyah-beyazdır. Görüntü; diğer algılamaların tersine objelerin doğadaki gerçek şekillerini göstermez ve oluşan açık ya da koyu renkler, doğrudan doğruya cisimlerin sıcaklığıyla ilgilidir. Cisimlerin sıcak olan kısımları açık, soğuk olan kısımları koyu renkte görülür. Sıcaklığın derecesine göre koyu ve açık renkler arasında bir sıralama vardır. Çok nemli ya da sulak yerler, çevrelerine göre daha soğuk olmalarından ötürü, termal görüntüler üzerinde siyah renklerde belirirler. Farklı gri tonların daha iyi görülebilmesi için gerçek görüntü renklendirilir. Genelde, sıcak yerler kırmızı, soğuk yerler mavimsi çok nemli ve sulak yerlerse koyu mavi yada lacivert renklerle gösterilir.

8 Termal algılamanın avantajlarından bir diğeri ise objelerin görünür dalga boyunda ayırt edilemeyen özelliklerinin, onların sıcaklıklarındaki farklılıklar yardımıyla ayırt edilebilmeleridir. Özellikle; drenaj sistemlerinin haritalanmasında, su kirliliği araştırmalarında, yeraltı suyunun saptanmasında, fay ve çatlakların belirlenmesinde, potansiyel heyelan sahalarının tanımlanmasında, orman ve maden yangınlarında ateşin etki sahasının bilinmesinde ve bunlara benzer çalışmalarda başarı ile kullanılırlar. Orman yangınlarında; normal fotoğraflama ya da görüntülemenin kalın duman tabakası tarafından engellenmesi nedeniyle, alevlerin genişliği ve özellikle “ateş çekirdeklerinin” belirlenmesi mümkün olmaz. Bu durumlarda; termal algılamayla, hem alevlerin kapladığı alan ve hem de yangını söndürmek için başlangıç noktası olan ateş çekirdeklerinin saptanması kolaylaşır.

9

10 9.4. False-Colour Görüntüler (yalancı renkli görüntüler)
Bunlara false-colour denilmesinin nedeni; algılanan objelerin, elde edilen görüntü üzerinde gerçek renginden farklı renklerde görülmelerinden ötürüdür. Bu görüntüler, elektromanyetik spektrumun yeşil kırmızı ve yakın-infrared bölgelerinde, objelerden ayrı ayrı fakat aynı koşullar altında yansıyan enerjinin algılanması ve renkli olarak görünür duruma getirilmesiyle elde edilir. Görünür duruma getirilirken, yeşil bölgeden kaydedilen yansıma mavi, kırmızı bölgeden kaydedilen yansıma yeşil ve infrared bölgeden kaydedilen yansıma da kırmızı renklerle eşleştirilir. Böylece; false-colour üzerindeki mavi renk, doğada yeşil ışığı en fazla yansıtan yani yeşil renkli bir cismi, yeşil renk, doğada kırmızı ışığı en fazla yansıtan, yani kırmızı renkli bir cismi, kırmızı renk de doğada infrared ışığı yansıtan cismi temsil eder. False-colour’ın en büyük özelliği; yeşil, canlı ve geniş yapraklı bitkilerin görüntü üzerinde kırmızı rengin değişik tonlarıyla belirmesidir. Bunun nedeni, bu bitkilerin elektromanyetik spektrumun yakın-infrared bölgesinde çok özel ve yüksek bir yansımaya sahip olmasıdır. False color görüntüler bu özelliği dolayısıyla, tarım, orman projeleri, toprak nemi, meraların araştırılması gibi konularda büyük yarar sağlar. Yerleşim sahalarındaki yeşil alanların sağlıklı olarak saptanabilmesi de yine false-colour görüntüler ile daha kolay olmaktadır.

11 UZAKTAN ALGILAMA UYDU GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ
Sinyal Gürültü Oranı (SGO) uydu görüntüleme sistemlerinde görüntü kalitesi ile radyometrik performansı birbirine bağlayan bir ölçüt olarak kullanılır ve uzaktan algılama uydu görüntüleme sistemlerinde görüntü kalitesini gösteren parametrelerden birisidir. Uzaktan algılama uydu görüntü sistemi tasarım aşamasında SGO hesaplamalarının ve analizlerinin yapılması gerekmektedir.

12 Son zamanlarda güvenlik ve savunma ihtiyacı gereği
dünya üzerindeki hedef bölgeleri gözlemlemek amacıyla uzaktan algılama uydu görüntüleme sistemlerine ilgi artmıştır. Bu tür görüntüleme sistemlerini tasarlarken yapılması gereken ilk ve en önemli adım optik sisteme ulaşan ışık miktarının hesaplanması ve görüntüleme sisteminin SGO analizinin yapılmasıdır. Sisteme ulaşan ışık miktarı ve sistemin SGO değeri sistemin performansının belirlenmesine yardımcı olur. SGO elektro-optik görüntüleme sistemlerinin performanslarının değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu amaçla ışık miktarı hesaplamaları ve SGO analizi literatürde incelenmiştir . Sistem SGO'nı hesaplamak için, simule edilmiş atmosferden gelen sinyal miktarı, optik geçirgenlik ve elektronik gürültü dikkate alınmalıdır

13 Uzaktan algılama sistemlerinde SGO'nı tanımlarken yapılması gereken ilk adım sinyal ve gürültü miktarlarını analiz etmektir. Bu analiz için optik sistemin, optik kısım ve odak düzlemi üzerinde yer alan dijital lineer sensörden oluştuğu varsayılmıştır. Dijital görüntüde oluşan aydınlanma güneşten gelen ve yeryüzünden yansıyan ışınların spektral radyansından türetilir. Sensör üzerindeki her pikselin dijitial değeri hedef radyans tarafından üretilen sinyal miktarına bağlıdır. Hedef radyans hesaplaması aydınlanma geometrisine bağlı ve karmaşık olduğu için spektral radyans hesaplamalarında genellikle MODTRAN (MODerate resolution atmospheric TRANsmission) ve 6S (Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spactrum) gibi programlar kullanılır .Hedefin spektral radyansı güneşin hedefi aydınlatma miktarına ve hedefin kara cisim (blackbody) ışımasına bağlıdır. Sinyal güç oranı elektro-optik görüntüleme sistemlerinde sistem performansını belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir parametredir. Optik görüntüleme sisteminin performans ihtiyaçları aynı zamanda SGO ile birlikte modülasyon transfer fonksiyonu (MTF) ile de tanımlanır ve bu iki parametre tasarım aşamasında sistem ihtiyaçlarına göre dikkate alınır. Işık miktarı hesaplaması ve SGO analizi doğrudan sinyal miktarını belirleyen optiğin giriş açıklığına, optik sistemde oluşan optik kayıplara (geçirgenlik, yansıma ve engeller) ve sensörün kuantum verimliliğine bağlıdır.

14 Bu çalışmada, yakın dünya yörüngesinde görev yapacak yakın kızıl ötesi bantta çalışan bir optik görüntüleme sistemi için ışık miktarının hesaplaması ve SGO analizi tasarım aşamasında gerçekleştirilmiştir. Önerilen yöntem ile optik sistem tasarımcılarının yüksek doğruluk oranıyla basit ve hızlı analiz yapılabilmesini sağlanmıştır.

15

16 UZAKTAN ALGILAMA PLATFORMLARI
Uzaktan algılama tekniğinde veri döngüsü genel olarak 3 temel sistem tarafından gerçekleştirilir. Bunlar; algılayıcılar, algılayıcıların monte edildiği taşıyıcı platformlar ve uydudan gelen veri sinyallerinin alındığı alıcı yer istasyonlarıdır. Uzaktan algılama platformları bir anlamda taşıyıcı sistemlerdir. Bulundukları ortamlara göre farklı tipleri vardır. Atmosfer dışında konuşlandırılmış platformlara Uzay Platformları, atmosfer içinde çalışan platformlara Hava Platformları, yerde kullanılanlara Yer Platformları adı verilir (Şekil 17).

17

18 Yer Platformları Yer platformlarını, kullandıkları yerlere göre Spektrofotometre ve Spektroradyometre olarak iki temel grupta toplamak mümkündür. Spektrofotometre yer laboratuvar çalışmalarında kullanılır. Spektroradyometre ise alan ölçümlerinde sıklıkla kullanılan bir sistemdir.

19 Hava Platformları Atmosfer içinde, değişik yükseltilerde ve değişik hava araçları kullanılarak oluşturulan uzaktan algılama platformlarıdır. Bunlar; uçaklar, yüksek irtifa uçakları, helikopterler ve balonlar olarak sıralanabilir. Uygulamada pratik olma avantajlarına karşın, algılama yaptıkları alanların küçük olması ve atmosferik şartlardan etkilenmeleri dezavantajlarıdır.

20 Uzay Platformları Yeryüzünün çok geniş alanları için algılama yapabilme yeteneğine sahip platformlardır. Dünya yörüngesinde belli bir noktada sabitleştirilmiş olmaları sebebi ile periyodik görüntü alırlar. Böylece, aynı noktadaki değişim ve gelişimi periyodik takip etme imkanı verirler. Algıladıkları verileri ya manyetik bantlara kayıt ederler yada yeryüzündeki istasyonlara gönderirler. Uzay platformlarının üç farklı tipi vardır. Bunlar; insanlı uydular, otomatik uydular ve uzay istasyonlarıdır.

21 Uydular iki ana bölümden oluşur: ana gövde ve taşıyıcı
Uydular iki ana bölümden oluşur: ana gövde ve taşıyıcı. Ana gövde, bir uydunun işlevlerini yerine getirebilmesi için ihtiyacı olan tüm malzemeyi içinde bulundurur. Bu malzemeler arasında; antenler, kameralar, radar ve diğer elektronik aksam sayılabilir. Taşıyıcı ise, uydunun ana gövde ile birlikte tüm diğer malzemelerini uzaya taşıyan kısımdır. Taşıyıcı uydunun tüm parçalarını bir arada tutar ve bilgisayar, elektrikli aksam gibi hassas gereçleri uzay boşluğunda korur.

22 Uzaktan algılama uyduları, yörünge durumlarına ve yeryüzünden yüksekliklerine göre sınıflandırılabilir. Uydunun izlediği ve tamamladığı dairesel yola yörünge denir. Yörüngeler yüksekliklerine, dönüş yönlerine ve dünyanın dönüşü ile ilişkilerine göre sınıflandırılmaktadır. Aşağıda Şekil 18’de verilen sıra ile bazı yörünge çeşitleri hakkında bilgi verilmiş ve tarama alanı tanımlanmıştır.

23 (1) Yer-Sabit Yörünge: Bu tür yörüngelere sahip olan uydular genellikle çok yüksek irtifaya sahiptirler. Bu uyduların en kullanışlı yörünge yüksekliği km’dir. Bunlar uzun ömürlü uydulardır. Meteorolojik ve haberleşme uyduları genellikle bu tür yörüngelere sahip uydulardır. Bu uydulara yer sabit yörüngeli (geo-stationary) uydular denilmesinin nedeni, ekvatora paralel bir yörüngeye yerleştirilmeleri ve ekvator üzerindeki bir noktaya göre duraylı kalıp, dünyanın kendi kutupsal ekseni çevresindeki dönüş hızına bağımlı olarak dünya ile birlikte hareket etmelerinden dolayıdır. Bu tür uydular her zaman dünyanın aynı bölgesini görürler. Bu nedenle aynı bölgeyi izleme ve o bölge hakkında sürekli bilgi elde etme imkanı sağlarlar (Şekil 18 (1)).

24 (2) Yakın-Kutupsal Yörünge: Pek çok uzaktan algılama platformu, kısa sürede dünyanın pek çok yerini görüntülemeyi sağlayacak yörüngelere oturtulmuştur. 'Yakın-kutupsal yörünge' ismi, bu tür uyduların kuzey ve güney kutupları arasında uzanan bir yolu takip etmeleri nedeni ile kullanılmaktadır (Şekil 18(2)). (3) Güneş-Eşzamanlı Yörünge: Pek çok yakın kutupsal uzaktan algılama uydusunun yörüngesi aynı zamanda güneş-eşzamanlıdır. Bu sayede, uydu dünyada görüntülediği her bölgeyi aynı yerel saatte görüntüler (Şekil 18 (3)). (4) Tarama Alanı: Uydu dünya etrafında dönerken, algılayıcı, yeryüzeyinin belli bir kısmını taramaktadır. Yörünge boyunca ilerlerken taranan bu bölgeye "tarama alanı" denilmektedir.

25

26 KAYNAKÇA http://mmfdergi.gazi.edu.tr/2013_2/217.pdf
ocw.metu.edu.tr