Sentetik/ Yapay Açıklık Radar (SAR) Görüntüleri
Coğrafi görüntüleme sistemleri üzerinde çalışırken iki farklı görüntü kaynağı kullanılır. Bunlardan ilki Multispektral optik görüntüleyicilerden ikincisi ise radar sensörlerinden elde edilen görüntülerdir. Multispektral (MSI) optik görüntüleyiciler elektromanyetik spektrumun görünür, yakın kızılötesi ve kısa dalga kızılötesi bölümlerinde veri toplarlar. Radar sensörleri ise santimetreden metre ölçeğine daha uzun dalga boylarını kullanılır. Bu sayede farklı özelliklere sahiptir. Örneğin MSI görüntüleri bulutluluk oranının yüksek olduğu alanlarda net görüntüler veremezler ancak radar sensörleri bulutların içindeki yüzeyleri kolaylıkla görüntüleyebilir. Google Earth Engine serisi boyunca anlatımlar ve analizler için Sentinel, Landsat gibi multispektral görüntüler üzerinde çalıştım. Bu yazıda ise bir diğer görüntü kaynağı olan radar görüntülerinin özelliklerinden ve kullanım alanlarından bahsedeceğim.
Detaylı anlatıma geçmeden önce yazıda sıklıkla kullanılacak olan radar ,SAR ve dalga boyu kavramlarını açıklayalım.
Radar, bir cisme çarpıp gelen radyoelektrik dalgalarından yararlanarak çarptığı cismin konumunu ortaya çıkarabilen cihazdır.
SAR yani Sentetik Açıklık Radar ise kendi enerjisini kendisi üreten ve daha sonra Dünya ile etkileşime geçip etkileşim sonrasındaki enerjinin miktarının kaydedildiği aktif veri toplamadır.
Dalga Boyu Bir radar sinyalinin yüzeyle nasıl etkileşime girdiğini ve sinyalin ortama ne kadar nüfuz edebileceğini belirleyen kavramdır.
Peki Sentetik Açıklık Nedir?
Uydu görüntüsü işlemede yapılacak analiz türüne göre çözünürlük önemlidir. Radar verilerinde uzaysal çözünürlük, sensör dalga boyu / anten uzunluğu ile doğrudan ilişkilidir.
Örneğin; Yaklaşık 5 cm dalga boyunda çalışan uzaydaki bir uydunun (yukarıdaki tabloda C-bandındaki radar) 10 m’lik bir çözünürlük elde etmesi için yaklaşık 4250m (47 futbol sahasından fazla) uzunluğunda bir radar antenine ihtiyacı vardır.
Bu boyutlardaki antenin uzaydaki bir uydu sensörü için pratik olmayacağı aşikardır. Tam bu noktada bilim insanları ‘Sentetik Diyafram’ kavramı sayesinde büyük antenleri simüle ederek yüksek çözünürlükte veriler toplayabilmektedirler.
| BANT | Frekans | Dalga Boyu | Uygulama Alanı |
| Ka | 27 – 40 GHz | 1,1 – 0,8 cm | Nadiren kullanılır (ör: havaalanı gözetimi) |
| K | 18 – 27 GHz | 1,7 – 1,1 cm | Nadiren kullanılır (ör: H2O emilimi) |
| Ku | 12 – 18 GHz | 2,4 – 1,7 cm | Nadiren kullanılır (ör: uydu altimetresi) |
| X | 8 – 12 GHz | 3,8 – 2,4 cm | Yüksek Çözünürlüklü SAR görüntüsüdür (ör: kentsel izleme, bitki örtüsü izleme, buz ve kar gibi iklimsel olayların izlemesi) |
| C | 4 – 8 GHz | 7,5 – 3,8 cm | Daha yüksek tutarlılıkta çalışmalar için kullanılır (ör: küresel haritalamalar, buzullar ve okyanuslarda görülen değişiklikler) |
| S | 2 – 4 GHz | 15 – 7,5 cm | Tarım İzlemeleri |
| L | 1 – 2 GHz | 30 – 15 cm | Orta çözünürlüklü görüntülerdir (ör: jeofiziksel araştırmalar, bitki örtüsü ve biyokütle haritalama) |
Gelin birlikte SAR görüntülerini daha yakından tanıyalım,
SAR görüntülerindeki renk bilgisi, görüntülenmek istenen nesnenin pürüzsüzlüğü, nesnenin yüksekliği, radyoelektrik dalga boyu, dalgaların geliş açısı ve polarizasyonu gibi özelliklerle ilişkilidir.
Penetration, dalga boylarının nesneyi geçme özelliğine verilen isimdir. Yukarıdaki tablodan görüldüğü gibi farklı dalga boyları farklı uygulamalar için kullanılır. Uzun dalga boyuna sahip bantlar yüksek penetrationa sahiptir ve bu sebeple nesneleri geçerek yere kadar etki edebilir. Kısa dalga boylarındaki bantlar ise daha az geçirgenlik özelliğindedir.
Radar görüntüleri yandaki görselde görüldüğü gibi gri tonlamalı görüntülerdir. Bu gri tonlamalar, görüntülenen yerin dokusuna( yansıttığı enerjiye) göre siyahtan beyaza doğru farklı parlaklıklarda görüntülenir.
Örneğin; deniz, akarsu gibi sulu alanlar ya da yol gibi düz nesneler tam yansımaya neden olduğu için daha koyu tonlarda görüntülenirken ormanlık, ağaçlık alanlar, dağlar pürüzlü yapıda oldukları için dağınık yansımadan dolayı daha açık tonlarda görüntülenirler.
Peki yansımaları etkileyen şeyler nelerdir?
Sinyallerin yansımasını etkileyen parametreleri temel olarak iki alt başlıkta inceleyebiliriz,
1) Gözlemsel Parametreler (Frekans, Polarizasyon, Sinyalin gelme açısı)
2) Fiziksel Yeryüzü Parametreleri ( Yüzey pürüzlülük oranı, geometrik şekil ve nemlilik)
1) Gözlemsel Parametreler
1.1) Frekans
Arazi yüzeyinin altına inebilecek derinliğin anlaşılması ve yüzey pürüzlülüğünün mutlak olarak ölçülmesinde kullanılır.
- Burada kritik nokta su ve nem oranıdır. Mikrodalgaların su içeren ve ıslak yüzeylerde birkaç mm’den fazla derine inemeyeceği unutulmamalıdır.
1.2) Polarizasyon
Polarizasyon, yeryüzüne iletilen elektromanyetik dalganın salındığı düzlemin yönünü ifade eder. Yönlendirme herhangi bir açıda gerçekleşebilir ancak SAR sensörleri genellikle doğrusal polarizasyonla iletilir. Yatay polarizasyon H, dikey polarizasyon ise V harfi ile gösterilir.
Uygulamalarda kullanılabilecek örnek polarizasyon saçılımları;
VV Saçılımı; Çıplak toprak veya suyun neden olduğu pürüzlü yüzeyler.
VH /HV Saçılımı; Orman bölgelerindeki yaprak ve dalların neden olduğu hacim
HH Saçılımı; Binalar, ağaç gövdeleri, su altında kalmış bitki örtüsü
1.3) Yansıyan Sinyallerin Geliş Açısı
Geliş açısı, enerji gönderilen yüzeyin normali ile yansıyan sinyallerin doğrultusu arasında kalan açıdır. Açının artması ya da azalması, yüzeydeki cisimlerden yansıyan sinyallerin kuvvet değerlerinde değişime sebep olur.
2) Fiziksel Yeryüzü Parametreleri
2.1) Pürüzlülük
Pürüzlülük mikrodalga sinyallerinin yüzey ile yaptığı geliş açısıyla doğrudan ilişkilidir. Yüzeyler pürüzlü olduğunda geri dönen sinyal sayısı, gönderilen sinyal sayısına göre daha az olur. Bu durum ise yansımanın şiddetinin düşük olmasına ve radar görüntülerinin parlaklık tonunun az olmasına yol açar.
2.2) Nemlilik etkisi
Radar görüntülerinde su ve nem oranının öneminden yukarıda bahsetmiştik. Kuru nesneler, ıslak nesnelerden daha parlak görüntü yansıtırlar. (Göller, denizler hariç çünkü bu bölgeler yalnızca sudan oluşur ve sinyaller düzgün yansır.) Örneğin sulama yapılmamış bir tarım alanı sulama yapılmış bir tarım alanına göre daha parlak görünecektir.
Son olarak SAR görüntüsü kullanmanın avantajları nelerdir ve neden bu görüntüleri kullanmalıyız?
- Radar sistemleri aktif sistemler olduğu için kendi enerjilerini kendileri üretirler. Böylelikle güneş enerjisine ihtiyaç duymadıkları için her türlü hava şartlarında yeryüzünü görüntüleyebilirler.
- Deniz ve kara ortamlarındaki morfolojik değişimlere karşı çok hassastırlar.
- Su ve bağıl nemi yüksek hassasiyette algılayabilirler.
- Toprağın izin verdiği şartlarda yeraltı özelliklerini iyi şekilde sunabilirler.
SAR görüntüleri ile ilgili anlatacaklarım burada sona eriyor. Umarım yazının sonuna geldiğinizde SAR görüntüleri ile ilgili temel bilgiler zihninizde oturmuştur. Bu konuyu farklı bir bakış açısı ile izlemek isterseniz aşağıdaki videoya göz atabilirsiniz.
GEE üzerinde SAR uygulamasını anlatacağım yazıda görüşmek üzere 🙂
- Görseller ve Örnekler; https://www.earthdata.nasa.gov/