Uzaktan Algılama Genel Bİlgiler-Veri İsleme ve Görsel Yorumlama

Elektromanyetik Enerji

Elektromanyetik enerji iki bileşenden oluşmaktadır. Elektrik alan ve manyetik alan.

Elektromanyetik enerjinin belirli özellikleri vardır. Tüm elektromanyetik enerji ışık hızında hareket etmektedir, (c = 299,793 km/saniye veya c = 3 * 108 m/saniye (vakum ortamında)), ve hem tanecik hem de dalga modeli ile açıklanmaktadır.

Elektromanyetik enerjinin hareketi hız, dalga boyu ve frekans cinsinden ifade edilebilir: Hız (c), dalga boyu (L), ve frekans (f) olmak üzere, ilişki L = c/f eşitliği ile ifade edilmektedir.

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik spektrumda dalga boyları bina mertebesinde uzunluğa sahip radyo dalgalarından, bir atom çekirdeği mertebesindeki kısa dalga boylarına kadar uzanır. İnsan gözünün algılayabildiği dalga boyları, sadece görünür bölgedekilerdir.

Enerji Kaynağı ve Hedefle Etkileşim

Bir yüzeye enerji gönderildiğinde, gerçekleşebilecek 3 tür etkileşim vardır. Bunlar: Yutulma (Yu); İletim (İ); ve Yansıtım (Ys)'dır. Hedefe gelen toplam enerji (E) için bu etkileşimlerden biri veya birden fazlası gerçekleşebilir. Bu etkileşimlerin oranı gelen enerji ve hedef malzemesi ile ilişkili olarak değişim gösterir.

E=Yu+Ya+İ

Yutulma: Hedefe gelen toplam enerjiden bir kısmı ortamdaki elektron ve moleküler reaksiyonlar nedeniyle yutulur, bu enerjinin bir kısmı genellikle uzun dalga boylarında geri yayılır, diğer bir kısmı da yutularak hedefin ısısını arttırır.

Yansıtım: Toplam enerjinin bir kısmı hedeften geri yansıtılır ve ışının geliş açısı ve yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak farklı açılarda saçılır.

İletim: Toplam ışınımın bir kısmı su gibi bazı maddelere nüfuz edebilir, madde saydam ve bir boyutu ince ise bir kısmı maddeden geçerek diğer ortama iletilir.

Yayılım: Bir enerji kaynağından ışınım veya iletim yolu ile elektromanyetik enerjinin yayılmasıdır.

Saçılım: Enerji dalgasının bir ortamda, enerjinin geliş açısı, polarizasyonu veya frekansı değişerek saçılması veya malzeme ile atomik veya moleküler seviyede etkileşerek eski durumunu muhafaza etmeden saçılmasıdır.

Spektral İmza

Bir malzeme için yansıyan, yutulan, veya iletilen ışınım miktarları dalgaboyuna bağlı olarak değişir. Bu önemli özellik sayesinde farklı nesneleri ya da sınıfları ayırt etmek olanaklıdır.

Aşağıdaki görüntüde yeryüzündeki bazı maddelerin spektral yansımaları gösterilmektedir. Çalışmanın amacına göre, bir görüntüde ayırt edilmek istenen maddeler değişecektir. Analistler, daha iyi bir analiz yapmak için, spektral imzalardan yararlanarak kullanılması gereken spektral bantları belirlemektedirler.

Dijital Görüntü

Uzaktan Algılama görüntüleri dijital formlarda kayıt edilir ve bilgisayarlar tarafından görüntüye dönüştürülmek üzere işlenir. Bir uzaktan algılama sisteminde algılayıcı enerjiyi (ışığı) algılar, ölçer ve miktarını bilgisayarın okuyabileceği bir sayıya çevirir. Yörüngedeki uzay aracı bu kodları sinyaller ile yeryüzündeki uydu yer istasyonuna gönderir.

Bu sinyaller alınarak sayı dizilerine çevrilir, sıra ve sütunlar bir gri değerine denk gelen sayı ile ifade edilir ve bir dijital görüntü oluştururlar. Kısaca, sayılar küçük resim elemanlarına çevrilirler ve bir araya geldiklerinde görüntünün tamamını oluştururlar. Dijital görüntüyü oluşturan resim elemanlarına piksel adı verilir. Her piksele ait olan ve temsil edilen alandan gelen ortalama ışınımı veren değer DN ile gösterilir. DN değerleri genellikle 0-255 arasındadır.

Dijital Görüntünün Özellikleri

Çözünürlük bir görüntüleme sisteminde kayıt edilen detayların ayırt edebilebilirlik ölçüsüdür. Uydu Görüntüleri için 4 farklı çözünürlük tanımlanmaktadır:

Radyometrik Çözünürlük: Elektromanyetik enerji miktarında sahip olunan hassasiyet radyometrik çözünürlüğü göstermektedir. Bir başka deyişle, bir görüntüleme sisteminin radyometrik çözünürlüğü, enerji farklılıklarını ayırt edebilme yeteneğini gösterir. Bahsedilen enerji farklılıkları ayırt edilmesi mümkün olan gri tonu sayısına denk gelir.

Aynı bölgeye ait 2-bitlik bir görüntü (1) ile 8-bitlik bir görüntü (2) karşılaştırıldığında, radyometrik çözünürlükle ilişkili olarak detay ayırt etme seviyesindeki fark göze çarpmaktadır.

Spektral Çözünürlük: Spektral çözünürlük algılayıcının duyarlı oduğu dalga boyu aralıkları ile ilgilidir. Spektral çözünürlüğün iyi olması bir kanal ya da bandın algıladığı dalga boyu aralığının küçük olduğunu gösterir. Çok gelişmiş çoklu-spektral algılayıcılara hiperspektral algılayıcılar denilmektedir. Bu algılayıcılar elektromanyetik spektrumun görünür, yakın kızılötesi ve orta-kızılötesi bölgelerinde yüzlerce küçük spektral aralıkta algılama yapmaktadırlar.

Yukarıdaki grafikte, aynı spektral bölgede algılama yapan iki algılayıcıdan mavi ile gösterilen, daha küçük aralıklarda çalıştığı için yeşil ile gösterilenden daha yüksek spektral çözünürlüğe sahiptir.

İyi bir görsel analiz için, spektral imzalardan yararlanılarak, proje amaçlarına göre çalışılacak bantlar belirlenir. UHUZAM'ın eş-zamanlı olarak direk veri indirdiği Spot uydularının elektromanyetik spektrumda algıladıkları bölgeler ve bant özellikleri aşağıdaki grafikte gösterilmektedir.

Aşağıda, Kuş Gölü'ne (Balıkesir, Türkiye) ait 24.07.2003 tarihli Spot XS görüntüsünün spektral bantları verilmektedir.
(1) Bant 1 (0.50 to 0.59 mikrometre)
(2) Bant 2 (0.61 to 0.68 mikrometre)
(3) Bant 3 (0.78 to 0.89 mikrometre)
(4) Bant 4 (1.58 to 1.75 mikrometre)

Uzaysal Çözünürlük: Bir görüntüde farkedilebilir en küçük detay, algılayıcının uzaysal çözünürlüğü ile ilgilidir ve görülebilen en küçük hedef boyutunu tanımlar. Ticari uydular bir metreden kilometrelere varan çözünürlükler sağlamaktadırlar. Sadece çok büyük nesnelerin görülebildiği görüntülerin çözünürlüğü düşük, küçük nesnelerin ayırt edilebildiği görüntüler ise yüksek çözünürlüklüdür.

Aynı bölgeye ait,
(1) 80 m. çözünürlük - Landsat MSS
(2) 20 m. çözünürlük - Spot XS
(3) 10 m. çözünürlük - Spot P

Zamansal Çözünürlük: Zamansal çözünürlük bir uzaktan algılama sisteminin aynı bölgeyi görüntüleme sıklığı ile ilgilidir. Bir bölgedeki spektral karakteristikler zamanla değişebilir ve çok-zamanlı görüntü setleri kullanılarak değişim analizi yapılabilir.

Aşağıda, İzmit'e ait depremden önce (1), deprem ve depreme bağlı yangın sonrası (2) Spot uydusundan alınan görüntüler verilmektedir.

Görüntü Elde Etme

Renkler, üç ana rengin (kırmızı, yeşil, mavi) farklı oranlarda karıştırılması ile elde edilir. İnsan gözü sadece görünür bölgedeki dalga boylarını algılamaktadır. Optik görüntüler oluşturulurken, sırasıyla kırmızı yeşil ve mavi bantlara ait görüntüler bilgisayar ekranında görüntülendiğinde doğal renkli görüntü, diğer tüm bant kombinasyonlarının görüntülenmesi durumunda ise yapay renkli görüntü elde edilir. Yapay görüntüler, özellikle insan gözünün duyarlı olmadığı bir spektral bölgedeki yansımaya ilişkin bilgi sağlayarak gözün algılamadığının görünür hale getirildiği görüntüler olup bazı uygulama alanları için büyük öneme sahiptirler.

(1) Doğal renkli kompozit (TM bandları 3, 2 ve 1)
(2) Yapay renkli kompozit (TM bandları 4, 3 ve 2)

Radar görüntüleri de siyah-beyaz görüntüler olup kırmızı mavi yeşil (RGB) kombinasyonunda çok-spektrumlu, çok-zamanlı ve çok-polarizasyonlu görüntülerin kullanılması ile renkli görüntü elde edilebilir.

(1) Bir tarım bölgesine ait radar görüntüsü
(2) Aynı bölgenin YY (Yatay-Yatay), DD (Düşey-Düşey) ve YD (Yatay-Düşey) polarizasyonları ile oluşturulmuş renkli görüntüsü.