Uzaktan Algılama Temelleri

Uzaktan Algılama Teknolojileri
Ders 3 – Uzaktan Algılama Temelleri
Alp Ertürk
[email protected]
Elektromanyetik Spektrum
Elektromanyetik Spektrum
• Görünür Işık (Visible Light)
• Mavi: (400 – 500 nm)
• Yeşil: (500 – 600 nm)
• Kırmızı: (600 – 700 nm)
Elektromanyetik Spektrum
• Kızılötesi (Infrared - IR): 700 nm – 1 mm
•
•
•
•
Yakın kızılötesi (Near Infrared - NIR): (700 – 1000 nm)
Kısa dalgaboyu (Short Wave IR - SWIR) (1000 – 3000 nm)
Orta dalgaboyu (Middle Wave IR - MWIR) (3000 – 5000 nm)
Uzun dalgaboyu (Long Wave IR – LWIR) (8000 – 14000 nm)
Elektromanyetik Spektrum
• Kızılötesinin bulunuşu:
Cosmos: A Space-Time Oddsey Episode 5 17:35 – 21:45
Elektromanyetik Spektrum
https://www.youtube.com/watch?v=cfXzwh3KadE
Elektromanyetik Spektrum
• Radyo Dalgaları:
https://www.youtube.com/watch?v=OzDmEA8x0nQ
Elektromanyetik Spektrum
• Mikrodalga (MW):
• https://www.youtube.com/watch?v=UZeBzTI5Omk
Elektromanyetik Spektrum
• Kızılötesi (Infrared - IR): 700 nm – 1 mm
• https://www.youtube.com/watch?v=i8caGm9Fmh0
Elektromanyetik Spektrum
• Görünür Işık (Visible Light): 400 nm – 700 nm
• https://www.youtube.com/watch?v=PMtC34pzKGc
Elektromanyetik Spektrum
• Morötesi Işık (Ultraviolet Light): 10nm – 400 nm
• https://www.youtube.com/watch?v=PMtC34pzKGc
Elektromanyetik Spektrum
• X Işınları (X-Rays):
• https://www.youtube.com/watch?v=CCAYcuCWOnM
Elektromanyetik Spektrum
• Gamma Işınları (Gamma Rays):
• https://www.youtube.com/watch?v=TA5SLDiIUWs
Elektromanyetik Spektrum
• Dalgaboyları ve bilgi:
Cosmos: A Space-Time Oddsey Episode 5 41:20 – 43:00
Diyalog
Güneş Işınımı
• Güneşteki nükleer füzyon reaksiyonları sonucu ortaya çıkan
enerjinin elektromanyetik enerji olarak iletilmesidir
Güneş Işınımı
• Güneş ışınımının enerjisi, 5800 K (5526 C) sıcaklıkta siyah cisim
(blackbody) davranışına yakındır
• Siyah cisimler ısı enerjisini ışınım enerjisine dönüştürür
• Planck Yasası, belirli bir sıcaklıktaki siyah cismin spektral ışınımını
tespit etmek için kullanılır:
Işınımlar (Logaritmik ölçekte)
Güneş Işınımı
Güneş Işınımı
Işıma ve Yansıma (Radiance &
Reflectance)
• Işıma:
Bir kaynak alanı A’dan θ yönünde, α
elektromanyetik ışınım akısı. Birimi 𝑊𝑚−2 𝑠𝑟 −1
açısıyla
ayrılan
Işınım ve Yansıma (Radiance &
Reflectance)
• Yansıma:
Yansıyan ışımanın gelen ışımaya belirli bir dalgaboyu aralığında
bölünmesi ile elde edilir.
Başka bir deyişle, dalgaboyuna, geometriye ve malzemenin
doğasına bağlıdır.
Atmosfer ile Etkileşim
• Dünya’nın atmosferi gazlar, katı ve sıvı parçacıklar içermektedir
• Atmosferin bileşenleri ve yaklaşık oranları:
•
•
•
•
•
•
Azot (~ % 78)
Oksijen (~ % 21)
Argon (~ % 1)
Küçük oran bileşenler (< % 0.04)
Su buharı ve ozon
Aerosol, su damlaları, buz kristalleri, ...
Atmosfer ile Etkileşim
• Atmosferdeki gazların dalgaboyuna bağlı soğurumları:
Atmosfer ile Etkileşim
• Saçılım ve soğurumdan göreceli olarak az etkilenen bölgeler:
Atmosfer ile Etkileşim
Atmosfer ile Etkileşim
• Soğurum (Absorption): Anlık ışıma aracı tarafından alınır.
Işımanın bir kısmı ısı enerjisine dönüştürülerek salınır veya daha
yüksek dalgaboylarında geri ışır
• İletim (Transmission): Anlık ışıma maddenin içinden ölçülebilir
azalma (saçılım veya soğurulma) ile geçer
• Saçılım (Scatter): Anlık ışıma ortamdaki parçacıklar tarafından her
yönde ve öngörülemeyen oranlarda dağıtılır / yayılır
• Yansıma (Reflectance): Anlık ışıma malzemenin yüzeyinden seker
/ yansır
Atmosfer ile Etkileşim
• Saçılımın türü anlık ışıma enerjisinin dalga boyuna ve
atmosferdeki gaz molekülü, toz parçacığı ve su damlası gibi
yapıların boyutuna bağlıdır
• İki ana çeşit saçılım vardır:
1. Seçici saçılım: Belirli dalgaboylarını etkiler
1.
2.
Rayleigh saçılımı
Mie saçılımı
2. Seçici olmayan saçılım: Dalgaboyundan bağımsızdır
Atmosfer ile Etkileşim
Rayleigh Saçılımı:
• Neden olan parçacık boyutları dalgaboyundan çok küçüktür (örn.
Aerosol)
• Saçılımın miktarı ışımanın dalgaboyunun dördüncü üssü ile ters
orantılıdır
• Örneğin, mavi ışık (~0.4 μm), yakın kızılötesi (~0.8 μm) ışığa göre
16 kat daha fazla Rayleigh saçılımına maruz kalır
Atmosfer ile Etkileşim
Rayleigh Saçılımı:
Atmosfer ile Etkileşim
Mie Saçılımı:
• Neden olan parçacık boyutları dalgaboyu ile benzer boyuttadır
(örn. Duman, toz, su buharı)
• Kısa dalgaboylarını düşük dalgaboylarına göre daha çok etkiler
• Ancak aradaki farklar Rayleigh saçılımındaki kadar çok değildir
Atmosfer ile Etkileşim
Seçici Olmayan Saçılım:
• Alt atmosferdeki parçacıklar ışımaya göre birkaç kat daha büyük
çapta olduğunda meydana gelir
• Tüm dalgaboyları saçılır
• Örneğin su damlaları / sis, görünür dalgaboylarının tamamına
saçılım yaparak beyaz görünür
Yüzey ile Etkileşim
• Enerji, yüzeyler ile üç şekilde etkileşime geçer: yansıma, iletim,
soğurum
• Yüzeyin özelliğine ve gelen ışımanın dalgaboylarına göre
etkileşimin türü ve seviyesi değişir
Yüzey ile Etkileşim
• Yüzeyin özelliğine ve gelen ışımanın dalgaboylarına göre
etkileşimin türü ve seviyesi değişir
• Bu kavramı / özelliği önümüzdeki hafta spektral imzayı
tanımlarken ve multispektral / hiperspektral görüntülemenin her
aşamasında kullanacağız
Veri Düzeltmeleri
Veri Düzeltmeleri
Veri Düzeltmeleri
• Radyometrik düzeltme
• Atmosferik düzeltme
• Işınım – Yansıma (Radiance – Reflectance)
• Topografik düzeltme
• Geometrik düzeltme
Veri Düzeltmeleri
Radyometrik düzeltme:
• Alıcı (sensör) kusurları (görüntü iyileştirme kullanılarak giderilir)
• Çizgi etkileri (alıcı kalibrasyonu kullanılarak giderilir)
• Kayıp pikseller veya kayıp çizgiler (komşuluk veya diğer bantlar
kullanılarak giderilir)
• Gürültü (gürültü giderimi kullanılarak giderilir)
Veri Düzeltmeleri
Radyometrik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Radyometrik düzeltme:
• Hareket bulanıklığı giderilir
• Işıklılık dengesizlikleri giderilir
• Düşük görüntü kalitesi iyileştirilir
• Radyometrik düzeltmeler genellikle veri sağlayıcıları tarafından
gerçekleştirilmektedir.
Veri Düzeltmeleri
Atmosferik düzeltme:
• Işınımın yapısını ve değerlerini dalgaboyuna bağlı olarak değiştirir
• Rayleigh saçılımı, Mie saçılımı, seçici olmayan saçılım
• Soğurma bantları
• ...
Veri Düzeltmeleri
Atmosferik düzeltme:
• Yapılabilecekler:
1)
2)
3)
4)
Göz ardı etmek
Biofiziksel parametrelerin ölçümleri ile kalibrasyon
Atmosferik modeli ve meteorolojik veri parametreleri kullanımı
Işınım transferi denklemleri (Hazır program ve yöntemler:
MODTRAN, FLAASH, QUAC, ATCORR)
5) Piksel tabanlı birinci seviye etki giderimi
Veri Düzeltmeleri
Atmosferik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Atmosferik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Topografik düzeltme:
• Dikey ve yatay geometrik bozunumlar
• Atmosferik etkilerin yüksekliğe göre değişmesi
• Yüzeyde eğim ve yönelim farkları
• Gölgede ve aydınlıkta kalan alanlar
• Yansıma ve saçılmada farklılıklar
Veri Düzeltmeleri
Topografik düzeltme:
• Yükseklik, eğim ve yönelim bilgileri gerekmektedir
• Bu bilgiler veriden çıkarılabilir veya DEM haritaları gibi ek
kaynaklar kullanılabilir
Veri Düzeltmeleri
Topografik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Geometrik düzeltme:
• Geocoding: Coğrafi açıdan referanslama
• Kayıtlama / çakıştırma (registration): Görüntüden haritaya veya
görüntüden görüntüye yapılabilir. Yer kontrol noktaları veya
dönüşümler kullanılılır
• Uzamsal aradeğerleme
• Değer aradeğerlemesi
Veri Düzeltmeleri
Geometrik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Geometrik düzeltme:
Veri Düzeltmeleri
Geometrik düzeltme:
Sorular
?
?
?
?
?