Multispektral ve Hiperspektral Görüntüler

Nedir bu multispektral ve hiperspektral görüntü dediğimiz ? Aslında ne olduğunu söylemeden önce ne işe yaradıklarına değinmek istiyorum. Ne işe yaradıklarını birer örnekle açıklayalım isterseniz. Sizden şimdi kendinizi iki farklı canlı olarak hayal etmenizi isteyeceğim. Bunlar aslında özel canlılar sakın küçümsemeyelim. Bizim yapamadığımız çok önemli şeyleri yapabiliyorlar gözleriyle. Kim bu canlılar ? Bumbur arıları ve Akvaryum Balıkları..

İlk önce birer akvaryum balığı olduğunuzu hayal etmenizi istiyorum. Eğer bir akvaryum balığı olsaydınız ; Işığı çok daha farklı görecektiniz. İnsanların göremediği kızılötesi radyasyonları görüyor olacaktınız şuan.

Peki ya bir bumbur arısı olsaydınız. İşte bu sefer de ultraviyole ışıkları görüyor olacaktınız. Gerçekten olağanüstü değiller mi ? İnsanın görüş alanının aslında ne kadar dar olduğunu bilseydiniz , belki de biz hiç bir şey görmüyoruz diye düşünmeye başlardınız..

Siz bu yazıyı okurken aslında gördüğünüz şey bilgisayarın sana yansıtmış olduğu enerjiden ibaret. Peki ya bilgisayar nasıl görüyor ? Bilgisayarın gözleri , görüntüleri 3 dalga şekilde algılar. Bunlar ; RGB dediğimiz Kırmızı(Red) , Yeşil(Green) ve Mavidir.(Blue)

Şimdi sizden tekrar insan olarak hayal etmeni istiyorum. Ya gerçekten bir bumbur arısı ya da bir akvaryum balığı gibi görebilseydiniz ? İşte bu mümkün. Biz bunları Multispektral ve Hiperspektral görüntüler sayesinde başarabiliyoruz.

ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM

Biraz önce RGB olarak bahsettiğimiz , kırmızı , yeşil ve mavi bantlarla beraber kızılötesi ve ultraviyole elektromanyetik spektrumda tanımlayıcı bölgelerdir. Biz insanlar aslında bu bölgeleri bunları sınıflandırmak için tanımlamış bulunuyoruz. Her bölgeyi kendi frekansına göre kategorize ettik. Örnek verirsek ;

• İnsanlar ; 380-700 nm arasındaki ışığı görür
• Akvaryumbalıkları ; 700-1000 nm arasında ki kızılötesi ışığı görür
• Bumbur arıları ; 10-380 nm arası ultraviyole ışığı görür.

Multispektral ve Hiperspektral görüntüler işte insana bir bumbur arısı ya da bir akvaryum balığı gibi görmek için güç verir. Aslında Elektromanyetik spektrum radyasyonuna yansıyan sensörler yardımıyla bundan çok daha fazlasını görebiliriz.

Multispektral ve Hiperspektral Görüntüler Arasındaki Farklar

Bu farkları aslında maddeler halinde yazmak istiyorum kısa ve öz biçimde. Nedir bu farklar ?

1. Ana fark band sayıları ve bandlar arasında ki sıklıktır. Hiperspektral görüntülerde bant sayısı ; yüzlerce hatta binlerce olabiliyorken , Multispektral görüntüler de 3-10 arasındadır.
2. Sizin de öngöreceğiniz gibi binlerce banttan oluşan bir Hiperspektral görüntü de bantlar arasında ki sıklık nerdeyse boşluk yok denecek kadarken , 3-10 arasında banta sahip olan Multispektral Görüntülerde bantlar arasında boşluk fazladır.
3. Hiperspektral görüntüler daha fazla bir spektral ayrıntıya sahip olacağından ötürü , bazı görünmeyen detayları bize görmemizde Multispektral görüntülere oranla daha büyük bir katkı sağlayacaktır. Hatta yapılan bir çalışmada ; Hiperspektral Görüntülerle 3 farklı mineral arasında ayrım yapılabildi fakat Multispektral Landsat Tematik Haritacısı , 3 minerali birbirinden ayırt edemedi.
4. Diğer bir önemli fark ise ÇÖZÜNÜRLÜK. Bandlar hiperspektral görüntülerde oldukça sık olduğundan ötürü çözünürlüğü düşürecektir. Multispektral görüntülerde ise bantlar arası boşluk olduğundan çözünürlük daha güzel olacaktır. Çözünürlük ve detay birbirinden çok farklı şeylerdir burayı kesinlikle karıştırmayalım.

Çözünürlük düşükse hiperspektral görüntüler nasıl bu kadar kullanışlı dediğinizi duyar gibi oldum. Buraya işte bir başka konu olan görüntü iyileştirme çalışmaları giriyor. Bir başka yazımda '' Görüntü iyileştirme nedir ve teknikleri nelerdir ? '' yazmayı planlıyorum. Yazımı bitirmeden önce sizleri bir kaç hiperpektral ve multispektral görüntülerle ilgili görüntülerle baş başa bırakıyorum.

Multispektral Görüntüler ;

Hiperspektral Görüntüler ;

Kaynaklar: 

1. KTÜ , Hiperspektral Görüntülerle Uzaktan Algılama Ders Notlarım
2. https://gisgeography.com/multispectral-vs-hyperspectral-imagery-explained/

Görsel Kaynaklar:

1. https://content.satimagingcorp.com/static/galleryimages/aster_geology_3.jpg
2. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQLGd_uA-JWBvd3M36nO4B4vGkW3F61EYzMkkOMt1MX7HbxN-N-
3. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQDpqmqnVx-tOniXnf_VC3Ytl0WyypQl5eA8a3Pl_naiQy7L7Dw
4. https://www.photonics.com/images/Web/Articles/2016/12/30/PIC_Ben_Gurion_Hyperspectra.jpg
5. https://analytik.co.uk/wp-content/uploads/2015/10/Fusarium-Detection.jpg
6. https://code3.media/images/pix-ag.jpg
7. https://www.bumblebeeconservation.org/wp-content/uploads/2017/08/Bterrestris_PG_BillTemples_web.jpg
8. https://slideplayer.biz.tr/slide/10314602/33/images/6/IKONOS+Multispectral+%28Bands%3A+4%2C3%2C2%29+%E2%80%93+4m.jpg
9. https://www.trthaber.com/resimler/10000/10307.jpg

Uzaktan Algılama

Uzaktan algılama. Ya da ingilizce olarak tercüme edersek '' Remote Sensing ''. Nedir bu uzaktan algılama. Ne işimize yarar. Bu yazımda bunları inceleyeceğim.

Uzaktan algılama bilimsel anlamda ; '' Fiziken orada olunmadığı halde bilgi edinme şeklidir. ''

Aslında tanımı hepimiz Uzaktan Algılama söz öbeğini okuduğumuzda beynimizde canlandırmışızdır. Elbette ki hepimizin beyninde canlandırdığı şey birbirinden farklıdır ama en saf anlamda bilimsel tanıma ulaştığımız da aşikardır.

Uzaktan algılama deyince bir çoğumuzun aslında aklı ; ''Uydu'' , ''Drone'' , ''Fotoğraf Makinesi'' ve bir çok alete gitmiştir. Aslında bu yapıtlara gitmeden önce bir gözlerimize uğramamız gerekmektedir. Bu kendi yorumumdur ki en gelişmiş uzaktan algılama cihazı gözlerimizdir. Eğer gözlerimiz olmasaydı uzaktan algılama diye bir şeyden de bahsediyor olamayacaktık.

Temel anlamda uzaktan algılama iki aşamadan oluşur. Gördüğümüz şeylerin sinirler aracılığıyla beyinde tanımlanması. Beyinde tanımlanma işine de biz algılama diyoruz.

Görüş mesafemizde olan bir nesneyi gördükten sonra , daha önce o nesneyle ilgili bir bilgimiz olduğunda algılarız. Eğer bir bilgi yoksa beynimiz bize cevap olarak gördüğün şey bir nesne , hayvan , bitki vb. gibi bir şeydir cevabı gönderecektir. Burda temel olan şey nesnenin görüş mesafesinde olmasıdır. Peki ya mesafe algılayabileceğimizden çok uzaktaysa ?

İşte o zaman nesneyi göremeyeceğimiz için algılama da söz konusu olamayacaktır. Günümüzün teknolojisi seviyesini düşündükçe bunun en ufak bir sorun olduğunu düşünen yoktur herhalde. Zira artık binlerce kilometre uzaklıktan uydular aracılığıyla net görüntüler elde etmekteyiz. Elde ettiğimiz görüntüleri anlamlandırmak elbette yine beynimizin görevi olmaya devam edecektir.

Uzaktan Algılama'nın temelini insan gözünün var oluşuyla başladığını düşünsem de , Uzaktan Algılama Bilimi'nin temeli 1909 yılında Wilbur Wright ' a dayanır. Wilbur Wright , uçak yardımıyla havadan bir dizi fotoğraf çekimi yapmıştı. Bu da bu Uzaktan Algılama Bilimi'nin başlangıcı sayıldı.

Daha sonra 4 Ekim 1957 yılında Ruslar yörüngeye bir uydu oturttu. Bu uydunun adı Sputnik-I olarak adlandırılır. Bu uyduyla beraber Uzay Çağı'da başlamış oldu.

Aslında uydular başlangıçta asker amaçlı kullanılıyordu. Halen daha askeri amaçlı kullanılmaya devam ediliyor elbet ama şuanda kullanım alanları ve amaçları oldukça genişledi. En basit bir örnekle izah edecek olursam ; Oldukça büyük bir orman düşünün. Ormanda bitkilerin , mantarların , hayvanların , parazitlerin oluşturduğu bir popülasyon hayal edin. O büyük ormanda küçük bir bitki popülasyonunu dahi etkileyecek parazitlerin tespitinde bile artık uzaktan algılama bilimini kullanabiliyoruz. Geldiğimiz seviye akıl almaz boyutlara ulaştı ve gelişmeye de devam edecek.

Yukarıda verdiğim örneğin tespitinde uydulardan çekilen hiperspektral görüntüleri kullanıyoruz. Tabi bunları kullanırken bir çok bilgisayar programını kullanmak zorunda olduğumuzda bir gerçek. Bu görüntülerle ilgili bir başka yazı yazmayı hedefliyorum önümüzde ki günlerde. Zira konuyu dağıtmak istemiyorum. Verdiğim örnek sadece basit bir kullanım alanımızdı.

Uzaktan algılamanın kullanım alanlarınının bazılarını paylaşmak isterim. Bakalım ne işimize yarıyormuş bu uzaktan algılama ?

1. Bilim adamlarının buzulları incelemek istediğini farzedelim. Buzullarda ki güvenlik risklerinin yanı sıra ulaşımın zorluğu gibi bir çok neden bu incelemeyi zorlaştıracaktır. Ama uzaktan algılama sayesinde bunlar sorun olmaktan çıkacaklardır.
2. Gemi , uçak , araç gibi bir çok şeyin takibinde 
3. Ulusal savunmada
4. Sel , erozyon , tsunami gibi bir çok doğal felaketi önceden belirleme de
5. Orman yangını gibi felaketleri büyümeden belirlemede 
6. Yanardağ hareketleri
7. Trafiğin hangi bölgelerde sıkışık olduğunu belirlemede
8. Bitkiye zarar veren parazitleri tespit etmede
9. Askeri alanlarda..
10. Hava durumu tahminlerinde
11. Mekansal analiz işlemlerinde

Bu liste uzar gider. Uzaktan algılama biliminin bize faydaları saymakla bitmez. Hayatımızı ne kadar kolaylaştırdığı , bilimin gelişmesine olan katkısı yadsınamaz bir gerçektir.

Son olarak ntv'nin ekte vereceğim haberine göz atmanızı öneririm. Uydudan çekilmiş harika fotoğraflarla uzaktan algılamanın önemini daha iyi kavrayacaksanız.


https://www.ntv.com.tr/galeri/teknoloji/uzaydan-boyle-gorunuyoruz,npBM4BD3T0OY_Z4PGxDWVA/2xPa5-7220ibBjmznsgHGw



Kullandığım Kaynaklar:

1. https://gisgeography.com/
2. https://landsat.usgs.gov/landsat-8
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Sputnik_1
4. http://www.yildiz.edu.tr/~bayram/uz_al/uzal.htm

Görsel Kaynak:

1. https://media.mehrnews.com/d/2018/07/23/4/2840816.jpg
2. https://cdn1.ntv.com.tr/gorsel/teknoloji/uzaydan-boyle-gorunuyoruz/canavarin-uyanisi,tIEnZJ4NG0WalbXPHdOpYg.jpg?w=960&mode=max&v=20160218123300013