Atmosfer tarafından dağıtılmayan veya emilmeyen enerji, dünya yüzeyine ulaştığında önemli derecedeki bir engelleme ile karşılaşır. Enerji dünya yüzeyine çarptığında ve geldiğinde (I); emme (Absorption: A), Geçme veya aktarma (Transmission: T) ve yansıma (Reflection: R) olarak adlandırılan 3 tip etkiye maruz kalmaktadır. Gelen enerji yer yüzeyinde 3 tip etkiden biri veya daha fazlası ile karşılaşmaktadır. Bunlardan her birinin etkileme oranı; enerjinin dalga uzunluğuna, yüzeydeki materyale ve şartlara bağlı olarak değişmektedir. Yansıyan veya emilen enerji, algılayıcılar tarafından yapılan ölçümlerle ve kaydedilen sayısal numaralar (DN) vasıtasıyla direk olarak kontrol edilebilmektedir. Farklı materyaller, farklı miktarlardaki enerjiyi yansıtır, emer ve aktarır. Bu farklılıklar, görüntüdeki farklı özelliklerin belirlenmesine olanak sağlamaktadır.
Şekil 1 - Dünya yüzeyinin 3 tip engellemesi I: Gelen enerji A:Emilen enerji T: Geçen / aktarılan enerji R: Yansıyan enerji
EMME:
Güneş ışınları hedefe çarptığında, materyalin kimyasal bileşimi veya molekülleri kapsamındaki atomların çekimi nedeniyle emilir. Elektromanyetik tayfın emilen bu kısmı algılayıcıya dönmez. Emilen tayf (absorption spectra) olarak adlandırılan bu tip dalga uzunlukları, görüntülenen saha hakkında birçok bilgiyi içermektedir.
GEÇME / AKTARMA:
Yansımayan veya emilmeyen enerji, materyalin bir uçundan girip diğer uçuna doğru gitmektedir. Elektromanyetik tayfın bu kısmı algılayıcıya dönmemektedir.
YANSIMA:
Enerjinin tümü veya bir kısmı yüzeye çarptığında yön değiştirerek tekrar atmosfere döner. Yansıma olarak isimlendirilen bu husus sensörler tarafından algılanarak kaydedilir. Hedefe çarpan enerji; düzgün yansıma (specular reflection) ve dağınık yansıma (diffuse reflection) şeklinde olmaktadır. Yüzeyin ayna gibi düz olması durumunda, gelen enerji yüzeye vurduğunda, normal ile yaptığı açıya eşit bir açı ile yansır. Gelen enerji düz olmayan yani pürüzlü bir yüzeye çarptığında ise, gayri muntazam ve muhtelif yönlerde yansıyarak atmosfere geri döner. Dünya yüzeyindeki pek çok özellik ya düzgün veya dağınık yansıma yapmaktadır. Bu yansımalar gelen ışının dalga boyuna ve yüzeyin yapısına bağlı olarak değişmektedir. Şayet dalga boyu yüzeyi oluşturan varyasyonlardan veya zerrelerin ebadından daha küçük ise dağınık bir yansıma meydana gelir. Örneğin ince taneli kumlar uzun dalga boyundaki microwave bölgede oldukça düzgün, görünen ışık bölgesinde ise tamamen kaba tarzda görünmektedir.
Şekil 2 - Düzgün ve dağınık yansıma
Yaprakların kimyasal yapısındaki klorofil, kırmızı ve mavi dalga boylarında enerjiyi, güçlü bir tarzda emerken, yeşil rengi yansıtmaktadır. Yaz aylarında yaprakların azami klorofili içermesi nedeniyle bunlar bize, yeşilimsi renkte görünürler. Sonbaharda yapraklardaki klorofil daha azdır ve daha az emme ve kırmızı dalga boyunda daha fazla yansıma yaparlar. Bunun sonucu olarak kırmızı veya sarı renkte görüntü verirler. Sağlıklı yapraklar içeren yapısı nedeniyle, yakın infrared dalga boyunda mükemmel bir dağınık yansıtıcı işlevini yapmaktadır. İnsan gözü yakın infrared bölgeye hassas ise, bu tip yapraklara sahip ağaçlar, bize oldukça parlak bir görüntü sunarlar. Bu özelliği göz önüne alan fen adamları, yakın infrared bölgedeki bu yansımayı ölçerek ve analiz ederek bitkilerin sağlıklı veya sağlıksız oluşunu belirlemişlerdir.
Şekil 3 - Sağlıklı ve sağlıksız bitkilerin yaydığı tayf sinyalleri
Su; uzun dalga boyu görünen ışık ve yakın infrared bölgelerinde, kısa dalga boyu görünen ışık bölgesine göre daha fazla emme yapmaktadır. Böylece su, kısa dalga boylarında yaptığı güçlü bir yansıma nedeniyle mavi veya mavi-yeşil renkte, kırmızı veya yakın infrared dalga boylarında ise daha koyu renkte görünmektedir. Su gövdesinin yukarı tabakalarında katı partiküller veya tortusal maddeler (S) varsa, daha iyi yansıma yapmakta ve daha parlak bir görüntü vermektedir. Su içinde asılı gibi duran bu maddeler, birbirine benzer iki doğa olayının etkisi ile sığ fakat temiz suların karıştırılmasına sebep olmaktadır.
Su yosun içeriyorsa, yosundaki klorofil, mavi dalga boyunu daha fazla emer ve yeşil dalga boyunu yansıtır. Bu özellik suyun daha yeşil görünmesine neden olur. Su yüzeyi düzgün veya dalgalı veya yüzer maddeleri içeriyorsa, suyun rengi ve parlaklığının değerlendirilmesi oldukça zordur.
Şekil 4 - Yaprakların ve suyun muhtelif dalga boylarındaki emme ve yansıma özellikleri
Yukarıda belirtilen yaprak ve suyun farklı dalga boylarında yaptıkları emme, yansıma ve geçirme özelliği, dünya üzerindeki mevcut tüm materyaller için kendilerine özgü tarzda farklılıklar göstermektedir.
Bu önemli özellik, materyallerin elektromanyetik tayfa olan tepkisi (spectral response) ve meydana getirdiği tayf sinyalleri (spectral signature) vasıtasıyla birbirlerinden ayrılmalarına olanak sağlamaktadır. Materyallerin birbirinden ayrılmasını dolayısıyla tanınmasını sağlayan tayf tepkileri ve tayf sinyalleri konusunun daha iyi anlaşılması, aşağıda verilen 2 örnek ile açıklanmıştır.
ÖRNEK 1: Su ve bitkiler elektromanyetik tayftaki muhtelif dalga boylarına farklı tepkiler vermekte ve birbirinden farklı sinyaller yayımlamaktadır.
Şekil 5 - Bitki ve suyun tayf tepkileri
ÖRNEK 2: Çam ormanı, otlak, kırmızı toprak ve çamurlu suyu içeren 4 genel satıh materyalli bu örnekte; kayanın, yeşil bitkilere nazaran bazı dalga boylarında daha fazla enerji yansıttığı, diğer dalga boylarında ise daha fazla emme yaptığı görülmektedir.
Temelde, çeşitli tipteki yüzey materyalleri, onların yaptığı farklı yansımalardan istifade edilerek tanınmaktadır. Bu farklılıkları, dalga boyunun bir fonksiyonu ve aydınlatmanın yoğunluğu olarak ölçmek için bazı uygun metotlar bulunmakta ve kullanılmaktadır.
Şekil 6 - Çam ormanı, otlak, kırmızı toprak ve çamurlu suyun yansıma sinyalleri
Şekil 7 - 0.55 ve 0.85 micrometer dalga uzunlukları üzerindeki yansıma oranı plotu
Bu dört materyalin meydana getirdiği sinyal eğrileri, dalga uzunluğu ve yansıma oranını içeren grafikler üzerinde gösterilebilmekte ve dalga uzunluğuna göre plot edilebilmektedir. Görünen ışık ve yakın infrared bölgelerini içeren şekil-29’daki grafik ve şekil-30’daki plot üzerinde yapılan analizlerde aşağıdaki sonuçlara ulaşılmaktadır.4 materyalin birbirinden ayrıldığı ve tanınabildiği dalga uzunlukları; görünen ışık bölgesinde 0.55 micrometer, yakın infrared bölgesinde ise 0.85 micrometer’dır.
4 materyalin iki dalga uzunluğundaki yansıma oranları, aşağıdaki tabloda belirtilen değerlerdedir.
DALGA UZUNLUĞU
(micrometer)
|
YANSIMA YÜZDESİ
| |||
ÇAM ORMANI
|
OTLAK
|
KIRMIZI
TOPRAK
|
ÇAMURLU SU
| |
0.55
|
25
|
35
|
53
|
15
|
0.85
|
57
|
80
|
43
|
5
|
4 materyalin en fazla yansıma yaptığı dalga uzunlukları, aşağıdaki tabloda belirtilen değerlerdedir. (*) Çam ormanı, otlaktan biraz daha az yansıma yapmaktadır.
MATERYAL TİPİ
|
DALGA UZUNLUĞU
(micrometer)
|
ÇAM ORMANI
|
0.8-0.95 (*)
|
OTLAK
|
0.8-0.95
|
KIRMIZI TOPRAK
|
0.59
|
ÇAMURLU SU
|
0.57
|
Görünen ışık bölgesinde (0.6 mikron) kırmızı toprak, bitkilerden ve sudan daha fazla parlaklık, yakın infrared bölgesinde (1.2 mikron) ise bitkiler daha fazla parlaklık vermektedir.
Bu analizler, örneğin çok bantlı (mutispectral) görüntülerin içerdiği ikiden fazla dalga uzunlukları kullanılarak yapıldığında, materyallerin birbirinden ayrılması daha kolaydır.
Kaynak: İşlem GIS, Uzaktan Algılama Kitabı, 2002.
