Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ

FOTOGRAMETRİ I
FOTOGRAMETRİDE KULLANILAN
HAVA KAMERALARI
Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
JDF329 Fotogrametri I Ders Notu
2015-2016 Öğretim Yılı Güz Dönemi
http://geomatik.beun.edu.tr/abdikan/
İÇERİK
Analog Hava Kameraları
Analog Hava Fotoğrafları
Sayısal Hava Kameraları
Sayısal Hava Fotoğrafları
Analog Fotoğraf ile İlgili Kavramlar
Bu sunumda çoğunlukla, ‘Fotogrametrinin Temelleri Ders Notları, Doç. Dr. Naci YASTIKLI, YTÜ, 2010’ kaynağından yararlanılmıştır.
2
ANALOG HAVA KAMERALARI
Analog hava kameralarında fotoğraf düzleminde genellikle
bir film bulunur
Hızlı ve otomatik biçimde arka arkaya fotoğraf çekebilir
(saatte 150 km hızla gidebilen bir uçakla 400 m aralıklarla
(baz uzaklığı) fotoğraf çekmek istenirse, yaklaşık her 10
snde bir fotoğraf)
Bu kadarlık bir süre içinde pozlanan filmin sarılması, yeni
filmin tam düz hale getirilmesi, arzu edilen bindirmeye
karşılık gelecek şekilde uygun zaman aralığında ve istenen
poz süresi kadar kısa bir süre içinde objektifin açılması
gerekmektedir.
Sınıflandırma
Hava kameraları, fotoğraf boyutları ve asal uzaklığı arasındaki orana göre sınıflandırılır
Bu oran ile yakından ilgili α ve ω açıları kamera açıklığı olarak isimlendirilir
Uzaktan Algılama Dersi, Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
• Kamera açısı büyüdükçe bir fotoğrafın
arazide kapattığı alan genişlemektedir
• Alanlar arasındaki oran F1/F2=(c2/c1)2
• Buda daha az sayıda fotoğraf ve
modelle kapatılabilecek demektir
• Geniş ve çok geniş açılı kameralar ile
ekonomi sağlanacaktır
ANALOG HAVA KAMERALARI
(Yastıklı, 2010)
Fotogrametri I Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
6
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Sayısal hava kameraları; silikon detektör, bilgisayar işlem hızı
ve depolama kapasitelileri ile ilgili teknolojik gelişmelerle birlikte
kullanılmaya başlanmış ve analog hava kameralarına rakip
olarak gösterilmektedir.
Sayısal hava kameraları:
Klasik hava kameralarındaki banyo işlemleri ve hava fotoğraflarının
taranması işlemlerini ortadan kaldırmakta,
Görüntünün tümünde aynı kalitede (değerde) uzaysal ve
radyometrik çözünürlük sağlamakta,
Elektromanyetik spektrumun görünür ve yakın kızıl ötesi bölgesinde
aynı anda görüntü kaydını olanaklı hale getirmekte, renkli ve yapay
renkli görüntüler elde edilebilmektedir.
7
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Sayısal kameralarda kullanılan görüntü kayıt
sistemi Charge Couple Device (CCD)’ye
dayanmaktadır.
CCD elemanına gelen ışık, şiddeti ile orantılı
olarak elektrik yükü oluşturur.
CCD’lerin temel yapı elemanı olan silikon
detektörler bir dizi şeklinde veya bir çerçeve
içerisindeki alanı kaplayacak biçimde dizilirler.
Her kayıt elemanı, diğer bir deyişle silikon
detektör, yeryüzündeki objelerden yansıyan
ışık enerjisini elektrik sinyallerine dönüştürerek
kaydeder.
Bu elektrik yükü transfer edilerek kaydedilir ve
radyometrik yoğunluk değerine dönüştürülür.
8
SAYISAL HAVA KAMERALARI
9
SAYISAL HAVA KAMERALARI
10
Microsoft Ultracam X
Görüntü Boyutu: 14.430 x 9.420 piksel
Piksel Boyutu: 7,2 µm
Odak Uzaklığı: 100 mm
Bant Sayısı: Pan + R, G, B, NIR
Uçuş Yüksekliği 4.500 m Olduğunda:
PAN Piksel Boyutu: 30 cm
11/
11/36
Microsoft Ultracam Eagle
Görüntü Boyutu: 20.010 x 13.080 piksel
Piksel Boyutu: 5,2 µm
Odak Uzaklığı: 80 mm
Bant Sayısı: Pan + R, G, B, NIR
Uçuş Yüksekliği 5000 m Olduğunda:
PAN Piksel Boyutu: 32,5 cm
Görüntü Boyutu: 20.010 x 13.080 piksel
Piksel Boyutu: 5,2 µm
Odak Uzaklığı: 100-210 mm
Bant Sayısı: Pan + R, G, B, NIR
Uçuş Yüksekliği 5000 m Olduğunda:
PAN Piksel Boyutu: 25 - 12 cm
12/
12/36
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Silikon CCD elemanı, tek bir dizi şeklinde dizilmiş ise,
sayısal dizi kamera “digital line camera”,
Silikon CCD elemanı, bir çerçeve içerisindeki çok
sayıdaki dizi CCD grubundan oluşmuşsa, sayısal
çerçeve kameralar “digital frame camera” olarak
isimlendirilir.
13
Sayısal çerçeve kameralar, görüntünün format boyutuna göre
3’e ayrılır:
• Küçük formatlı çerçeve kamera (görüntü boyutu 25
megapiksele kadar olan kameralar)
• Orta formatlı çerçeve kamera (80 megapiksele kadar olan
kameralar orta formatl›)
• Büyük formatlı çerçeve kamera (100 megapikselin
üzerindeki kameralar)
Bu üç sınıfın her biri, tekli ve çoklu kameralar olmak üzere iki alt
sınıfa ayrılabilir
Elde edilen görüntülere göre monokromatik, renkli ve yapay
renkli
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Fotogrametri I Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
16
Tek Mercekli kameralar
17
TEK KAMERALI HAVA KAMERALARI
Uçak
Uçuş yönü
Görüntü genişliği
Ayman F. Habib 2015
ÇOKLU SAYISAL HAVA KAMERALARI
Z/I Digital Modular Camera (DMC)
19
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Z/I Digital Modular Camera (DMC)
20
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Vexcel UltraCamD
21
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Vexcel UltraCamD
22
SAYISAL HAVA KAMERALARI
Vexcel UltraCamD
23
SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI
Her tarama dizisi için yöneltme elemanlarına gereksinim vardır
GPS/IMU (Inertial Measurement Unit).
24
SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI
25
ÇOKLU EĞİK SAYISAL HAVA KAMERALARI
Multiple Oblique Cameras
4 bindirmeli görüntü
bağlantı noktaları
26
ÇOKLU ENTEGRE SAYISAL HAVA KAMERALARI (Düşey+Eğik)
Z/I Digital Modular Camera (DMC)
Üç kamera (1 düşey+ 2 eğik) yada
beş kamera (1 düşey + 4 eğik)
ÇOKLU ENTEGRE SAYISAL HAVA KAMERALARI (Düşey+Eğik)
Z/I Digital Modular Camera (DMC)
28
SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI
Digital Line Camera
• Çizgi tarayıcı kameralar da denir.
• line scanner/ linear array scanner
• Pushbroom system
• Dizi şeklinde kayıt ile kolonlar oluşturulur
Tek satır tarayıcı:
Pankromatik
Multispectral
Hiperspektral
Panoromik tarayıcı
Üç satır tarayıcı
(i) Tek satır Pushbroom
tarayıcı
(ii) Panoramik dizi tarayıcı
(iii) 3 satır stereo
tarayıcı
Uzaktan Algılama Dersi, Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
31
SAYISAL DİZİ HAVA KAMERALARI
32
SAYISAL HAVA KAMERALARI
33
SAYISAL HAVA KAMERALARI
34
SAYISAL HAVA KAMERALARI
35
SAYISAL HAVA KAMERALARI
36
SAYISAL HAVA KAMERALARI
37
SAYISAL HAVA KAMERALARI
38
ANALOG STEREO FOTOĞRAF
39
SAYISAL STEREO FOTOĞRAF
40
ANALOG VE SAYISAL FOTOĞRAF
Analog Fotoğraf
Sayısal Fotoğraf (Görüntü)
41
ANALOG VE SAYISAL FOTOĞRAF
Analog Fotoğraf
Sayısal Fotoğraf (Görüntü)
42
GÖRÜNTÜNÜN SAHİP OLDUĞU
ÇÖZÜNÜRLÜK KAVRAMI
Fotogrametri ve Uzaktan algılamada, görüntüler için 4
farklı çözünürlük tanımlanmaktadır:
Konumsal (Uzaysal-Mekansal) Çözünürlük (Spatial)
Radyometrik Çözünürlük
Spektral Çözünürlük
Zamansal Çözünürlük
43
Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük
Bir görüntüde fark edilebilir en küçük detay, algılayıcının konumsal
çözünürlüğü ile ilgilidir ve görülebilen en küçük hedef boyutunu
tanımlar.
GSD: Ground Sampling Distance – YÖA: Yer Örnekleme Aralığı:
Komşu piksellerin merkezlerinin yeryüzündeki fiziksel karşılıklarıdır.
Genellikle cm. ve/veya m. cinsinden ifade edilir.
44
Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük
Aynı bölgenin farklı uzaysal çözünürlüklerde örneklenmesi
45
Konumsal (Uzaysal) Çözünürlük
Algılayıcılar (fotogrametri ve uzaktan algılamada) santimetreden
kilometrelere varan çözünürlükler sağlamaktadırlar. Sadece çok
büyük nesnelerin görülebildiği görüntülerin çözünürlüğü düşük, küçük
nesnelerin ayırt edilebildiği görüntüler ise yüksek çözünürlüklüdür.
Farklı konumsal
çözünürlüğe sahip
görüntüler
(Eminönü, İstanbul)
46
16 m
2m
8m
1m
4m
0,5 m
Radyometrik Çözünürlük
48
Radyometrik Çözünürlük
Aynı bölgeye ait değişik renk tonlarına sahip görüntüler
karşılaştırıldığında, radyometrik çözünürlükle ilişkili olarak detay ayırt
etme seviyesindeki fark göze çarpmaktadır.
49
Radyometrik Çözünürlük
2 renk tonu
16 renk tonu
50
Radyometrik Çözünürlük
51
Spektral Çözünürlük
Spektral çözünürlük algılayıcının duyarlı olduğu dalga boyu aralıkları
ile ilgilidir. Spektral çözünürlüğün iyi olması bir kanal ya da bandın
algıladığı dalga boyu aralığının küçük olduğunu gösterir. Kuramsal
olarak, spektrum ne kadar çok ve küçük parçaya ayrılırsa, spektral
ayırma gücü o kadar artar. Çok gelişmiş çoklu-spektral algılayıcılara
hiperspektral
algılayıcılar
denilmektedir.
Bu
algılayıcılar
elektromanyetik spektrumun görünür, yakın kızılötesi ve orta-kızılötesi
bölgelerinde
yüzlerce
küçük
spektral
aralıkta
algılama
yapmaktadırlar.
Grafikte, aynı spektral bölgede algılama
yapan iki algılayıcıdan mavi ile
gösterilen, daha küçük aralıklarda
çalıştığı için yeşil ile gösterilenden daha
yüksek spektral çözünürlüğe sahiptir.
52
Spektral Çözünürlük
53
Spektral Çözünürlük
54
Spektral Çözünürlük
İyi bir görsel analiz için, spektral imzalardan yararlanılarak, proje
amaçlarına göre çalışılacak bantlar belirlenir. UHUZAM (İTÜ-UA
Merkezi)’ın eş-zamanlı olarak direk veri indirdiği Spot uydularının
elektromanyetik spektrumda algıladıkları bölgeler ve bant özellikleri
aşağıdaki grafikte gösterilmektedir.
55
Spektral Çözünürlük
Aşağıda, Kuş Gölü'ne (Balıkesir, Türkiye) ait 24.07.2003 tarihli Spot
XS görüntüsünün spektral bantları verilmektedir.
Bant 1 (0.50 to 0.59 mikrometre)
Bant 2 (0.61 to 0.68 mikrometre)
Bant 3 (0.78 to 0.89 mikrometre)
Bant 4 (1.58 to 1.75 mikrometre)
56
Hiperspektral görüntü
http://www.nature.com/nphoton/journal/v3/n11/fig_tab/nphoton.2009.205_F3.html
Zamansal Çözünürlük
Zamansal çözünürlük bir uzaktan algılama sisteminin aynı bölgeyi
görüntüleme sıklığı ile ilgilidir. Bir bölgedeki spektral karakteristikler
zamanla değişebilir ve çok-zamanlı görüntü setleri kullanılarak
değişim analizi yapılabilir.
İzmit'e ait depremden önce
(1), deprem ve depreme
bağlı yangın sonrası (2)
Spot uydusundan alınan
görüntüler
58
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Duyarlık – Spektral Duyarlık:
Fotoğrafik
malzemesinin,
üzerine
düşen
ışının
(radyasyon) enerjisine reaksiyon gösterebilme yeteneğine
duyarlık denir.
Farklı dalga boyları için duyarlığın da farklı olması
doğaldır. Bu özellik spektral duyarlık olarak anılır.
Sözgelimi gümüş tanecikleri daha çok mavi ve morötesi
yakınındaki dalgalara duyarlıdır. Kimi organik boyalar
eklenerek daha uzun boylu enerjilere de duyarlı hale
getirilir.
59
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Duyarlık – Spektral Duyarlık:
Farklı fotoğraf malzemelerinin farklı
dalga
boylarına
duyarlılıkları
gösterilmiştir.
Yatay eksen dalga boylarını, düşey
eksen bağıl (rölatif) duyarlılığın logaritma
değerini göstermektedir.
Renkli (mavi, yeşil, kırmızı) ve yapay
renkli (yeşil, kırmızı, yakın kızılötesi)
emülsiyonlar üç ayrı katmanın üst üste
yerleştirilmesi ile oluşturulmuştur.
Develope edilmiş bir emülsiyonun ışık
geçirgenliği ile ilgili bir dizi ölçme
sonucunda saptanır.
60
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Geçirgenlik (Saydamlık) – Matlık:
Geçirgenlik, birim zamanda emülsiyona gelen ışık
enerjisine göre geçen ışık miktarıdır ve T (Transperancy)
ile ifade edilir. Bu oranın tersine de matlık yada opozite
denir.
61
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Kararma - Optik Yoğunluk:
Pozlanmış bir fotoğraf malzemesinin (film, cam, kağıt) geliştirme
banyosundan sonraki kararma derecesini belirlemek için, D ile
gösterilen, yoğunluk ya da kararma adı verilen bir ölçüt kullanılır. Bu
ölçüt 10 tabanına göre matlığın ya da saydamlığın tersinin
logaritmasıdır.
D = log 10
gelen ( ışık miktarı )
1
= log 10 = − log T
T
geçen( ışık miktarı )
Siyah film hiç ışık geçirmez, berrak film ışığı tam geçirir. Gelen ışığın
1/10’ u geçiyor ve 9/10’ u yutuluyorsa kararma 1, 1/100’ ü geçiyorsa
kararma 2, 1/1000’ i geçiyorsa kararma 3 olur.
62
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Pozlanma:
Işığa duyarlı malzeme tarafından toplanan enerji miktarına pozlanma denir
(E = I.t). I, lüks biriminde ışıklandırma ya da aydınlatma, t saniye biriminde
poz süresidir. Pozlanma birimi lüks-saniye’dir. Aydınlatma ile birlikte
yoğunluğun artması durumunda fotoğraf malzemesine negatif denir. Bu
durumda parlak objeler siyah ya da koyu gri olarak kaydedilir. Pozlanma ile
birlikte yoğunluk azalıyorsa bu malzemeye de pozitif malzeme denir.
D
3
Yetersiz
pozlanma
Aşırı
pozlanma
2
∆D
Siyah
D
C
Koyu gri
Gri
1
B
Açık gri
α
Beyaz
A
0
1
∆log E 2
3
4
log E
63
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Ayırma Gücü – Çözünürlük:
Ayırma gücü, 1mm’ de ayırt edilebilen
maksimum çizgi sayısı ile ölçülür. Bunu
belirlemek için, çeşitli sıklıkta çizgilerden
oluşan özel hedeflerin fotoğrafları çekilir. Bu
hedeflerin hangi düzeyine kadar ayırt
edilebildiği saptanır.
Her filmin ayırma gücü değişiktir. Ayırma
gücü; objektifin ayırma gücü ile, poz süresi
ile, objektifin netlik ayarı ile, filmin banyo
koşulları ile, fotoğrafı çekilen objeninhedefin kontrastlık derecesi ile de çok
yakından ilgilidir.
Analog bir hava fotoğrafında
ortalarda 200 çift çizgi/mm
kenarlarda 120 çç/mm’dir.
64
GREN
Emülsiyondaki gümüş tuzu taneciklerinin her birine verilen addır
Gümüş tuzu tanecikleri ışıklandırılıp geliştirildikten sonra siyah metalik
gümüş zerreciklere dönüşerek görüntüyü oluştururlar.
Fotoğraf emülsiyonları, ince, orta ve iri taneli ya da grenli
İnce grenli filmlerin ayırma güçleri daha yüksektir.
http://www.optics. rochester.edu/workgroups/cml/opt307/spr04/jidong/
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Hız/Genel Duyarlık:
Emülsiyona bağlı olarak her filme verilmesi gereken ışık miktarı
değişir. Kimi film az kimi film çok ışıklandırma ister. Fotoğrafik
malzemenin bu özelliği genel duyarlılık ve hız olarak isimlendirilir.
Örneğin ∆D=0.1 koyuluk dereceli ışıklandırmayı birim alınabilir.
Genel duyarlık yada hız:
DIN (Deutsche Industrie Norm ) Almanya ∆D=0.1
ASA (American Standarts Association) ABD ∆D=0.3 (AFS, Aerial Film Speed)
BSI (British Standard Institution) İngiltere
SCH (Scheiner) Almanya
GOST Rusya
ISO
66
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Hız/Genel Duyarlık
67
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Bağıl Açıklık
Kamera objektifinde ışığın istenen miktarda geçip geçmemesini
sağlayacak, ayarlanabilir daire biçiminde bir delik bulunur. Buna
diyafram denir. Objektifin bağıl açıklığı D/f ile tanımlanır. D, diyafram
çapı, f ise objektifin odak uzaklığıdır.
D/f yerine f/D=N de kullanılır. Bu oran belirli bir ışık şiddeti altında
birim zamanda objektiften geçen ışık miktarını tanımlar.
Söz gelimi 30 cm odak uzaklığı olan bir kamerada f/5.6 da etkili
diyafram açıklığı 30/5.6= 5.36 cm dir.
68
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Filtreler:
Fotoğrafçılıkta filtreler sis ve pusun neden olduğu saçınmanın
etkisini azaltmak, parıldamayı önlemek vb. amaçlar için
kullanılır.
Kısa dalga boylu ışınlar, uzun olanlardan daha fazla
saçılmaya uğrarlar. Fotoğrafçılıkta ve özellikle hava
fotogrametrisinde mavi rengi daha az geçiren ve bu yüzden
eksi mavi adı da verilen sarı filtreler kullanılır.
Hava moleküllerinin neden olduğu saçılma dalga boyunun
yaklaşık dördüncü kuvveti ile ters orantılıdır.
69
ANALOG FOTOĞRAF İLE İLGİLİ
KAVRAMLAR
Filtreler:
Işık saçılması bir hava filmi üzerinde, uniform ve zayıf bir
aydınlanmaya neden olur.
Böylece yoğunluk farklılıkları azalır. Özellikle gölge
alanlarında bu etken en büyük değerini alır. Pus filtreleri gölge
alanlarında kontrastı artırır.
Filtre kullanıldığı zaman pozlanma süresini arttırmak gerekir.
Filtre katsayısı, filtre kullanıldığı ve kullanılmadığı durumda
gerekli poz süresi miktarlarının birbirlerine oranıdır. Bu süre
1.5-4 oranında değişir.
70
GELECEK HAFTA:
Üç Boyutlu (Stereoskopik) Görüş
F
P
γF
γP
O1
P
I
F
I
x
I
I
y
O2
II
F
P
II
71
KAYNAKLAR
Digital photogrammetric systems, Ayman F. Habib, 2015 (Lecture
CE59700)
Fotogrametri I Ders Notları, Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN, YTÜ
Fotogrametri Ders Notları, Prof. Dr. Ahmet YAŞAYAN, vd. T.C.
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ YAYINI NO: 2295, ACIKOĞRETİM
FAKÜLTESİ YAYINI NO: 1292
Fotogrametrinin Temelleri Ders Notları, Doç. Dr. Naci YASTIKLI,
YTÜ, 2010
Fotogrametri Ders Notları, Prof. Dr. Fatmagül Kılıç, YTÜ, 2009
Fotogrametri, O. Altan, S. Külür, G. Toz, H. Demirel, Z. Duran, M.
Çelikoyan, Karl Krauss, 7. Baskıdan çeviri, İTÜ, Nobel Yayın
Dağıtım, 2007
72