Uzaktan algılama; hassas tarımdan şehir planlamasına, afet yönetimine, çevre izlemeye ve ulusal harita üretimine kadar her şeyi destekleyen modern coğrafi analizlerin vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Uydu görüntüleri, hava fotoğrafları ve İHA verileri, analistlerin Dünya yüzeyini olağanüstü ayrıntılarla gözlemlemesine ve ölçmesine olanak tanır. Bununla birlikte, ham görüntüler mükemmellikten uzaktır. Arazi değişimleri, algılayıcı geometrisi, görüş açısı ve Dünya eğriliği yeryüzü objelerinin görünümlerini bozabilir, konumlarını değiştirebilir.

İşte burada ortorektifikasyon vazgeçilmez hale gelir. Ortorektifikasyon; ham görüntüleri, her pikselin tam olarak gerçek yer konumuna yerleştirildiği geometrik olarak düzeltilmiş bir ürüne dönüştürür. Sonuç, bir haritanın geometrik doğruluğuna sahip bir fotoğraf olan ortofotodur. Haritacılar, uzaktan algılama uzmanları ve CBS profesyonelleri için ortorektifikasyon temel bir süreçtir.

Bu blogda, ortorektifikasyonun ne olduğunu, ardındaki geometrik teoriyi ve neden doğru konumsal analiz için vazgeçilmez bir araç haline geldiğini uydu görüntüleri açısından inceliyoruz.

Ortorektifikasyon nedir?

Ortorektifikasyon, algılayıcı eğimi ve topografik yüksekliklerden kaynaklanan görüntü bozulmalarını veya yer değiştirmelerini giderme işlemidir.

Ortorektifikasyon, görüntüdeki her noktanın, algılayıcının tam altında (yani, en düşük noktada) yakalanmış gibi temsil edilmesini sağlamayı amaçlar. Ortorektifikasyon, görüntü özelliklerini gerçek zemin konumlarına yerleştirirken, aynı zamanda düzgün bir ölçek sağlar.

Bu bozulmalara ne sebep oluyor?

Genel olarak, görüntü bozulmaları şu nedenlerden kaynaklanabilir:

• “Gözlemci” veya veri toplama sistemi, örneğin algılayıcı eğimi, platformun hareketi ve tarama sisteminin hareketi.
• “Gözlemlenen” veya edinim sisteminin dışındaki faktörler, örneğin Dünya’nın dönüşü, eğriliği, topoğrafyası ve atmosferi.

Görüntüler mümkün olduğunca düşey eksene yakın bir noktadan alınırsa, algılayıcı eğiminin etkileri azaltılabilir. Bununla birlikte, pratikte ve özellikle uydu platformları için, esneklik ve tekrar ziyaret yeteneklerini sağlamak amacıyla algılayıcının eğik görüntü alımı önemlidir.

Uydu platformlarının, hava araçlarına kıyasla nispeten daha istikrarlı yörüngelerde ve daha yüksek irtifada çalışması nedeniyle, bozulma etkileri genellikle uydu görüntülerinde hava fotoğraflarına göre daha az belirgindir. Ancak her durumda, ölçüm yapmaya veya daha fazla bilgi çıkarmaya çalışmadan önce görüntü bozulmalarını gidermemiz veya azaltmamız gerekir.

Bununla birlikte, binalar gibi karmaşık yüksek rölyefe sahip alanlarda ortorektifikasyon bazı zorluklar sunmaktadır.

Yüksek rölyefli, karmaşık alanlarda ortorektifikasyonun zorlukları nelerdir?

Sayısal Arazi Modellerinin (SAM-DTM) kullanılması, ağaçlar ve binalar gibi düşey objelerin yalnızca tabanlarının doğru konumlarına düzeltildiği anlamına gelir. Zemin seviyesinden uzaklaştıkça bir kayma meydana gelir ve bu objeler eğik görünür. Bunun nedeni, DTM’lerin ağaçlar, binalar, köprüler vb. gibi yer üstü yüzey özelliklerinin yüksekliğini yakalayamamasıdır.

Ayrıca, yamaçlar veya bina duvarları gibi dik yüzeyler, ham görüntülerde örtüşmelere ve gölgelere yol açar. Sonuç olarak, elde edilen ortogörüntüde boşluklar da olabilir. Bu etkiler, yüksek binaların bulunduğu alanlarda daha belirgindir ve kentsel haritalamada kullanım alanlarını azaltır.

Bu hataları ortadan kaldırmak için genellikle gerçek ortorektifikasyon uygulanır.

Gerçek (True) ortorektifikasyon nedir?

Gerçek ortorektifikasyon (veya kısaca gerçek orto), sayısal yükseklik modelinde (DTM) yer almayan yüksek binalar ve yapılar gibi yüzey özelliklerinin doğru ve dik konumlarına getirilmesi işlemidir. Ayrıca, gerçek orto, binalar ve diğer kentsel yapılar gibi yüksek detayların (örneğin binalar) neden olduğu örtüşmelerden kaynaklanan boşlukları telafi eder.

Elde edilen görüntülere gerçek ortofoto denir ve yer üstü nesneler, sanki doğrudan yukarıdan bakılmış gibi gösterilir. Gerçek ortofoto üretimi, yer üstü objelerin modellenmesi (sayısal yüzey modellerinde yer alan) ve görünürlük analizinin gerekliliği nedeniyle geleneksel ortofotolardan farklıdır.

Gerçek ortofoto üretmek için farklı yöntemler vardır. Genellikle bu yöntemler, sayısal arazi modelinden (DTM) ziyade sayısal yüzey modelinden (DSM) yükseklik değerlerinin uygulanmasını içerir.

Ortorektifikasyonun faydaları nelerdir?

Ortorektifikasyonun temel avantajı, görüntüleme ve haritaların avantajlarını tek bir üründe birleştirmesidir: ortogörüntüler.

Bir yandan, ortofoto görüntüler görsel temsillerdir, bu da yorumlanmalarını kolaylaştırır ve yerdeki nesnelerin tanımlanmasını sağlar. Öte yandan, haritalar gibi ortofoto görüntüler de geometrik olarak doğrudur ve görüntü üzerindeki yer mesafelerinin hassas bir şekilde ölçülmesini mümkün kılar.

Ortorektifikasyonun belirgin faydaları şunlardır:

• Görüntü boyunca sabit bir ölçek, zemin açılarını ve mesafelerini ölçmenizi sağlayarak, arazi ölçümüne olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
• Eğik yapılar ve eğri yollar gibi arazi yapısından kaynaklanan geometrik bozulmalardan arınmış olmaları, bunları iki boyutlu vektör özelliklerini sayısallaştırmak veya haritaları güncellemek için kullanabileceğiniz anlamına gelir.
• Yer koordinat sistemine dayalı olması nedeniyle, daha fazla bilgi edinmek için ortogörüntüleri diğer raster veya vektör veri kümeleriyle entegre etmenizi/birleştirmenizi sağlar.

Coğrafi Bilgi Sistemlerinde (GIS), ortorektifikasyon, verilerin doğru bir şekilde birleştirilmesini ve üst üste bindirilmesini sağlar. Ortorektifikasyon uygulanmış görüntüler ayrıca şunları da sağlar:

• Harita verilerinin bulunmasının zor olduğu alanlarda arka plan katmanları
• Harita üretimini hızlandıran ve kriz haritalamasını mümkün kılan güncel veriler.
• Analiz sonuçlarına ilişkin bağlam
• Diğer dijital veri kümeleriyle birleştirildiğinde yeni görselleştirme yöntemleri

Yukarıda belirtilen faydalar, daha sonra ele alacağımız farklı uygulamalara yol açmaktadır.

Ortorektifikasyon nasıl yapılır?

Ortorektifikasyon iki şekilde yapılabilir. Bunlara geçmeden önce, ortorektifikasyon için gerekli girdileri listeleyelim:

• Rasyonel polinom katsayıları (RPC’ler). Bu, görüntü ile yer arasındaki konumsal ilişkinin bir modelidir. Ham uydu görüntüleri genellikle RPC’lerle birlikte dağıtılır.
• Sayısal Yükseklik Modeli (SYM-DEM).

RPC dosyasına ve varsa SYM’ye ek olarak, elde edilen ortofotonun doğruluğunu artırmak için Yer Kontrol Noktaları (YKN-GCP’ler) da kullanılabilir.

Ortorektifikasyon işlemini gerçekleştirmenin ilk yolu, RPC modellerini destekleyen NV5 ENVI vb. yazılımlar kullanmaktır. Bu yöntem genellikle kara kutu veya analitik model olarak bilinir. Bu tür yazılımlar, görüntüleri yalnızca RPC dosyalarına dayanarak ortorektifikasyon edebilir. Yüksek doğruluk için, RPC’ler ve bir SYM ile ortorektifikasyon yapabilirsiniz. Daha yüksek doğruluklar, RPC’ler, bir SYM ve YKN’ler kullanılarak yapılan ortorektifikasyon ile elde edilebilir.

Ortorektifikasyon işlemini gerçekleştirmenin ikinci yolu, fiziksel algılayıcı modelini kullanmaktır. Bu yöntem, RPC dosyalarının yanı sıra, görüntüleri ortorektifikasyon etmek için veri toplama sırasında oluşturulan algılayıcı verilerini (örneğin, uydu konumu ve atmosferik koşullar) de gerektirir. Bu yöntemin bir dezavantajı, yalnızca görüntü/algılayıcı sahibinden elde edilebilen tescilli bilgiler olan algılayıcı parametrelerine erişimi gerektirmesidir.

Not: Ortogörüntü doğruluğu, kullanılan yöneltme verilerinin (RPC dosyaları) ve Sayısal Yükseklik Modelinin doğruluğuna bağlıdır.

Ortofoto görüntüleme: Örnek kullanım durumları

Ortofoto görüntüleme, doğru konum bilgisi ve özelliklerin hassas ölçümünü gerektiren uygulamalar için vazgeçilmezdir.

Genellikle GIS ortamlarında şu amaçlarla bir katman olarak kullanılır:

• Topografik haritalama ve güncelleme: Yol, bina, nehir, göl, orman vb. ortofoto görüntü özelliklerinin sayısallaştırılması yoluyla.
• Arazi ölçümü: Ortofotolar, mülk sınırlarının yeniden belirlenmesi, arazi planlaması ve keşif çalışmaları için kaba temel haritalar olarak kullanılabilir.
• Karayolu planlaması ve tasarımı: Koridor çalışmaları, güzergâh analizi, ön planlama ve etki değerlendirmesi, ortofotolardan faydalanabilir.
• Şehir planlaması: Zaman içindeki değişiklikleri değerlendirmek için ortofotolar üzerinde arazi kullanım haritalaması.
• Kıyı izleme: Kıyı şeridindeki değişikliklerin izlenmesi, örneğin deniz seviyesinin yükselmesi veya fırtına gibi doğal olaylar nedeniyle meydana gelen değişikliklerin izlenmesi.
• Orman izleme: Çok zamanlı ortofotolar kullanarak orman büyüklüğü ve sağlığının haritalandırılması ve eğilimlerin izlenmesi.

Uydu ortogörüntüleri, tutarlı zaman aralıklarında geniş alan kapsamı avantajı sunduğundan, çevre izleme, doğal afet değerlendirmesi, kaynak yönetimi, değişim tespiti, planlama vb. alanlarda uygulama alanı bulmaktadır.

Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, arazinin 3 boyutlu modellenmesi ve görselleştirilmesi için Sayısal Yükseklik Modellerinin üzerine de yerleştirilebilir.

Burada sunulan örnekler, ortofotoların uygulanabileceği birçok yöntemden sadece küçük bir örnektir. Gelecekte yeni uygulamaların ortaya çıkmaya devam etmesini bekliyoruz.

Ortorektifiye edilmiş mi, ortorektifiye edilmemiş mi?

Geometrik bozulma, görüntü alım sürecinin kaçınılmaz bir sonucudur. Ortorektifiye edilmemiş görüntüler, konum ve ölçek hatalarıyla karakterize edilir. Ayrıca eğik ve çarpık objeler gibi yapay bozulmalara da eğilimlidirler.

Ortorektifiye görüntüler bozulmalardan arındırılmış olup, doğru konum bilgisi ve hassas ölçüm gerektiren uygulamalar için vazgeçilmezdir. Ortofotolar ayrıca doğru veri birleştirme, üst üste bindirme ve özellik çıkarma işlemlerini de sağlar.

Ortofoto görüntülerin çok yönlü olduğu ve birçok amaca hizmet edebileceği tartışılmaz bir gerçektir. İster önceden ortorektifiye edilmiş bir görüntü tercih edin, ister ortorektifiye işlemini kendiniz yapmak isteyin, Atay Mühendislik olarak her iki seçeneği de sunuyoruz.

Önemli noktalar

• Ortorektifikasyon, algılayıcı eğimi ve topografik özelliklerden kaynaklanan geometrik bozulmaları giderme işlemidir. Amaç, bir fotoğrafın estetik kalitesine sahip ancak bir haritanın planimetrik (yatay) doğruluğuna sahip bir görüntü oluşturmaktır; bu görüntüye ortofoto denir.
• Standart ortorektifikasyon, zemin seviyesini düzelten ancak gökdelenler veya ağaçlar gibi düşey objelerin “eğik” görünmesine neden olabilen Sayısal Arazi Modelleri (SAM-DTM) kullanır. Gerçek ortorektifikasyon ise bu yer üstü özelliklerini doğru dik konumlarına getirmek için Sayısal Yüzey Modelleri (SYM-DSM) kullanır.
• Ham görüntülerden farklı olarak, ortorektifiye edilmiş görüntülerde ölçek her yerde sabittir. Bu, kullanıcıların gerçek yer mesafelerini, açılarını ve konumlarını doğru bir şekilde ölçmelerini sağlar ve görüntüleri CBS yazılımlarında katman olarak kullanılmaya uygun hale getirir.
• Ortorektifikasyon işlemi genellikle görüntü ile zemin arasındaki ilişkiyi modelleyen Rasyonel Polinom Katsayıları ve Sayısal Yükseklik Modeli (SYM-DEM) gerektirir. Yer Kontrol Noktaları eklenmesi doğruluğu daha da artırabilir.

Dr.Altan YILMAZ