Ünite 4: Hava Fotogrametrisi

Giriş

Fotogrametri, fotoğraf çekilen konuma göre yersel fotogrametri ve hava fotogrametrisi olarak sınıflandırılır. Yersel fotogrametri, yeryüzünden ya da yeryüzüne yakın yerlerden elde edilen fotoğrafları kullanan fotogrametri tekniğidir. Hava fotogrametrisi ise atmosferde belirli bir yükseklikteki uçak vb. hava araçları yardımıyla elde edilen fotoğrafları kullanan fotogrametri tekniğidir. Hava fotogrametrisi tekniği haritacılıkta standart bir harita yapım yöntemidir. Fotogrametri’nin ilk uygulamaları yersel fotogrametri ile başlamıştır. Harita yapımında geniş olanaklar sağlaması nedeni ile sonraları yerini hava fotogrametrisi almıştır. Çünkü geniş alanların haritalarının yapımında hava fotogrametrisi ekonomi ve hız sağlamıştır. Yersel fotogrametri ise harita yapımında ancak belirli koşullar altında uygulanabilir. Yersel fotogrametri için gerekli koşullar sağlansa bile geniş alanlarda arazide fotoğraf çekmenin ve gerekli ölçüleri yapmanın güçlüğü hava fotogrametrisinin tercih edilmesinin önemli nedenlerindendir. Yersel fotogrametri harita yapımı için ancak hava fotogrametrisinin çalışmadığı ya da ekonomik olmadığı durumlarda kullanılabilir. Hava fotogrametrisinde kullanılan fotoğraflar özel kameralarla çekilir. Bu kameralar, odak uzaklığı sabit, distorsiyonu az, ayırma gücü yüksek objektiflere sahiptir.

Hava Fotoğrafları ve Geometrik Bağıntılar

Analog hava fotoğrafları kare biçimindedir. Kenar orta noktalarında veya dört köşesinde çerçeve işaretleri bulunur. Bazen her ikisi ile birlikte sekiz adet çerçeve işareti vardır. Bu fotoğrafların kenarında ayrıca film ve fotoğraf numarası, odak uzaklığı, fotoğraf ölçeği, fotoğraf çekim tarihi ve saati gibi bilgiler de bulunur.

Düşey bir hava fotoğrafı, geometrik olarak, haritaya benzer. İçerik olarak üzerinde görülen bilgiler açısından elbette birbirinden çok farklıdır. Haritada yalnız seçilmiş ayrıntılar, soyutlanarak çizgi ve sembollerle gösterilmiştir. Diğerinde ise fotografik sistemin kaydettiği tüm ayrıntılar bulunur. Pratikte tam düşey fotoğraf çekilemez. Kamera ekseni, düşey doğrultudan bir miktar sapar. Gerek yükseklik farkları ve gerekse fotoğraf eğiklikleri nedeniyle hava fotoğrafı için, fotoğrafın her yerinde aynı olan, homojen bir ölçekten söz edilemez. Başka bir deyişle fotoğraf ölçekleri yaklaşık ölçeklerdir. Harita ölçeklerinin paydaları 500, 1000, 2000, 2500, 5000 gibi yuvarlak sayılar oldukları halde fotoğraf ölçekleri herhangi bir sayı olabilir. Bununla birlikte hava fotoğraflarının çekim ve planlanması açısından bu sayılar da 6000, 14000, 18000 gibi yuvarlak sayılardır. Hava fotoğraflarının ölçeği, projenin planlanması ve gerçekleşmesi açısından önem taşır. Arazi tam düz ve yatay ise, fotoğraf da tam düşey olarak çekilmişse geçerli ve güvenilir bir ölçekten söz edilebilir.

Hava fotoğrafları ilgili araziyi tamamen örtecek şekilde ve sistematik bir biçimde çekilir. Birbirine paralel uçuş çizgilerini izleyen uçaktan belirli aralıklarla fotoğraflar çekilir. Uçağın bir doğru çizgi boyunca çekmiş olduğu fotoğraflar topluluğuna kolon, birden fazla paralel kolonlardan oluşan fotoğraflar topluluğuna da blok denir. Komşu fotoğrafların birbirlerini örten ortak bölgelerine bindirme alanı, bu alanın miktarına bindirme oranı denir. Bindirme oranları % ile ifade edilir. Bir kolonda ard arda gelen iki fotoğrafın ortak alanına boyuna bindirme ya da ileri bindirme denir. Yan yana iki kolonun ortak alanına enine bindirme veya yan bindirme adı verilir.

Aynı kolonda çekilmiş ve ortak alanı bulunan iki fotoğrafın ortak alanına stereomodel alanı, ya da kısaca model alanı denir .

Binoküler görme 15 cm’den başlar belirli bir uzaklığa kadar devam eder. Uzaklaştıkça derinlik netliği de azalır. Göz bazı sabit olduğuna göre baz/uzaklık oranı nesne uzaklaştıkça küçülür. Başka bir deyişle, yakınsama açısının doğrudan bir fonksiyonu olan oran küçüldükçe derinlik duyarlılığı da azalır. Hava fotogrametrisinde bu oran kurulabilir ve stereoskopik ölçmelerin (yüksekliğin) duyarlılığı için kullanılabilir. Hava fotogrametrisinde buna karşılık gelen oran baz yükseklik oranıdır.

Hesaplanan baz uzaklığına karşılık gelen Ä t süresi ile fotoğraflar çekilirse, tasarlanan boyuna bindirme oranı sağlanır. Ancak pratikte bindirme düzenleyicisi vb. bir araç ile istenilen bindirme otomatik olarak sağlanır. Bu nedenle arka arkaya iki fotoğraf çekiminin arasındaki Ä t süresinin hesaplanması gerekli değildir. dt poz süresi, ya da aydınlatma süresi, objektifin açıklığı ve filmin duyarlılığı ile ilgilidir. Objektifin açık kalma süresince uçak hareket edeceği için görüntü yürümesi denen olay meydana gelir. Nesne uzayında noktalara karşılık fotoğrafta çizgiler oluşur. Bu da görüntünün netliğinin bozulması anlamına gelir. Görüntü yürümesi, yalnız uçağın hızı nedeniyle oluşmaz. Pozlama sırasında, uçaktaki hız değişimi nedeniyle kameranın bir miktar hareket etmesinden dolayı da görüntü yürümesi oluşur. Özetle, görüntü yürümesini giderici kamera düzeni yalnız uçağın ileri hareketi nedeni ile ortaya çıkan ötelemeyi gidermektedir.

Hava Kameraları

Hava kameraları metrik kameralardır. Bunlara ölçü kameraları da denir. Hava kameralarının objektifleri, çok sayıda mercekten oluşan bir sistemdir. Bunlar hatasız sayılabilecek niteliktedir. İzdüşüm merkezinden geçen ışın, sapmadan fotoğraf düzlemine ulaşır. Klasik hava kameralarında kamera distorsiyon hatası 5 mikrondan daha küçüktür.

Hava fotogrametrisinde kullanılan kameralar genel olarak analog hava kameraları ve sayısal hava kameraları olarak iki ana gruba ayırılır. Teknolojide yaşanan gelişmeler sonucu fotogrametride yaygın olarak kullanılan analog hava kameraları artık yerini sayısal hava kameralarına bırakmaktadır. Sayısal hava kameraların sahip olduğu avantajlar bu kameraların kullanımının gün geçtikçe artmasını sağlamaktadır.

Analog hava kameralarında fotoğraf düzleminde genellikle bir film bulunur. Bir hava kamerası, kamera altlığı, kamera konisi ve magazin bölümlerinden oluşur. Kamera askı düzeni, kameranın uçağa oturduğu kısımdır. Uçağın titreşimlerini giderir. Kamera konisinde, objektif, odak düzlemi, diyafram, optratör ve filtre bulunur. Fotoğraf kenar bilgileri odak düzleminde yer alır. Magazin bölümü ise filmin bulunduğu kısımdır. Magazin bölümünde, vakum sistemi yardımıyla filmin düzleştirilmesi, obtratör açılarak pozlanması, pozlanan filmin sarılması işlemleri sırasıyla yapılır. Hava filmleri, bindirme düzenleyicisiyle birlikte bir hava kamerasının gövdesinin üzerindeki rulo halindeki filmin bulunduğu kasettir. Analog hava kameralarının diğer önemli bir özelliği de hızlı ve otomatik biçimde arka arkaya fotoğraf çekebilmesidir. Poz süresinin kısa olması gerekir. Bunu sağlamak için hava kameralarında merkezsel obtratörler kullanılır. Işığın geçip geçmemesini sağlayarak bir tür perde görevi yapan bu obtratörler sürekli olarak dönen çevrelerinde boşluklar bulunan plaklardan oluşur.

Uçuş yüksekliğine ve hızına bağlı olarak istenen boyuna bindirme, özel bindirme düzenleyici ile sağlanır. Bindirme düzenleyicisiyle birlikte bir hava kamerası düzeneğinde bir firmanın geliştirdiği intervalometre adı verilen alet bulunur. Bu özel alet de bir kameradır. Esas kamera ile bağlantılı olarak çalışır. Bu kameranın fotoğraf düzleminde bir buzlu cam bulunur. Ekran görevi yapan bu cam üzerinde uçağın üzerinde uçtuğu arazi görüntülenir. Bu ekranda araziyi gözetlemek ve izlemek mümkündür. Bu kameranın içinde bulunan ve istenilen hızda sürekli döndürülebilen, merdiven biçimindeki nesnenin görüntüsü de aynı ekran üzerine izdüşürülmüştür. Merdiven biçimindeki nesnenin dönüş hızı ayarlanabilir. Bu hız, ekranda izlenen arazinin akış hızına uydurulabilir. Bu sağlanırsa, bu yapay nesne de bir arazi nesnesi gibi algılanır. Bu düzenleme sayesinde arazinin ekranda akan hızı ölçülebilir ya da bir fotoğraf kenarı boyu yol alındığında bu düzenleyiciden bir sinyal alınabilir.

Hava kameraları, fotoğraf boyutları ve asal uzaklığı arasındaki orana göre sınıflandırılır. Bu oran ile yakından ilgili a ve Ù açıları kamera açıklığı olarak adlandırılır. Bu açının büyük olması kameranın daha geniş açılı olması anlamına gelir.

Günümüzde analog hava kameraları artık yerini sayısal hava kameralarına bırakmıştır. Sayısal hava kameralarının fotogrametride kullanımı, klasik fotogrametrik üretim süreci ve bazı kavramları değiştirmiştir. Sayısal kameralarla birlikte film kullanımı ve banyo işlemleri ortadan kalkmıştır. Bununla beraber arşivleme işlemleri de ortadan kalkmıştır. Bunun yerine ham görüntülerin bilgisayar ortamında işlenmesi ve sayısal ortamda saklanması söz konusudur.

Sayısal hava kameralarını farklı şekillerde sınıflandırmak mümkündür. Sayısal hava kameraları iki ana gruba ayrılabilir.

1. Sayısal çerçeve hava kameralar (Frame Camera)
2. Sayısal satır tarayıcı hava kameralar (Line scanner)

Sayısal çerçeve kameralar, görüntünün format boyutuna göre 3’e ayrılır.

1. Küçük formatlı çerçeve kamera
2. Orta formatlı çerçeve kamera
3. Büyük formatlı çerçeve kamera

Günümüzde görüntü boyutu 25 megapiksele kadar olan kameralar küçük formatlı, 80 megapiksele kadar olan kameralar orta formatlı ve 100 megapikselin üzerindeki kameralar da büyük formatlı kamera olarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırmada, kamera teknolojisindeki gelişmeler göz önünde bulundurularak zamanla görüntü boyutlarındaki sınırlar değişebilir. Bu üç sınıfın her biri, tekli ve çoklu kameralar olmak üzere iki alt sınıfa ayrılabilir. Bu sınıfları da elde edilen görüntülere göre monokromatik, renkli ve yapay renkli olmak üzere ayırabiliriz.

Sayısal kamera sistemlerinin avantaj ve dezavantajları aşağıdaki şekilde ifade edilebilir.

Avantajları:

• Maliyeti düşürür.
• Çok bantlı veri elde etmesinden dolayı görülemeyen detaylar farklı bantlar da görülebilir.
• Görüntü kalitesinin iyi olması detayların belirlenmesini kolaylaştırır.
• Banyo ve tarama işlemleri ortadan kalkmıştır.

Dezavantajları:

• Veri hacmi oldukça fazladır.
• Daha fazla detay belirlenmesi değerlendirme süresini artırmıştır.
• Analog fotoğraflara göre arazide daha az alan kaplamasından dolayı daha fazla fotoğraf gereklidir.

Uçuş Planları

Fotoğraf çekimi uçuşları, daha önce hazırlanan bir plana göre yapılır. Planlama sonucunda uçuş çizgileri ve uçuş yükseklikleri proje alanının uygun ölçekli haritası üzerine çizilir ve ilgili bilgiler kaydedilir. Uçuş planının yapılabilmesi için önce kamera ve fotoğraf ölçeğinin belirlenmesi gerekir. Bu iki parametre de çekilecek fotoğrafın amacına göre belirlenir. Kırsal alandaki harita üretim projelerinde, topografik harita üretiminde geniş ve çok geniş açılı kameralar tercih edilir. Meskûn alanda normal açılı kameraların kullanılması daha uygundur.

Fotoğraf ölçeği ise, hava fotoğrafının kullanılma amacına, değerlendirme yöntemine ve öngörülen doğruluk derecesine bağlı olarak seçilir. İlke olarak tüm isteklere cevap verecek en küçük fotoğraf ölçeği alınır. Daha az sayıda fotoğraf ve model oluşacağı için ölçeğin olabildiğince küçük seçilmesi ekonomi sağlar.

Uçuş doğrultusunun seçiminde de aşağıdaki faktörler göz önünde tutulur:

• Arazinin engebe durumu
• Proje alanın konumu; sözgelimi deniz kenarında ya da komşu ülkenin sınırlarına yakın oluşu gibi
• Proje alanının biçimi; sözgelimi yol etüdü vb. bir çalışma yapılacaksa geçki boyunca fotoğraf çekilecektir.
• Önceden belirlenebiliyorsa proje alanındaki fotoğraf çekim zamanındaki egemen rüzgârlar.

Tersine bir engel yoksa uçuş çizgileri kuzey-güney ya da doğu-batı yönünde paralel çizgiler biçiminde oluşur. Uçuş çizgileri yönünde arazi düzgün bir biçimde yükseliyorsa, uçuş çizgilerinin yükseklikleri de basamak basamak arttırılabilir veya azaltılabilir.

Fotoğraf Çekimi

Hava fotoğraflarının çekimi için aşağıdaki koşulların olması gerekir:

• Bulutsuz ve güneşli bir hava olması gerekir.
• Kar örtüsü olmaması gerekir. Geniş yapraklı ağaçların çok yoğun olduğu alanlarda, yaprakların oluşmadığı ya da döküldüğü mevsimlerde çekim yapılmalıdır.
• Güneşin yükseklik açısı 30º’den büyük olmalıdır.
• Son koşul, yer yüzeyi ve üzerindeki nesnelerden gelecek ışık ışınlarının belirli bir düzeyde olması açısından önemlidir. Başka bir deyişle üzerinde çalışılacak fotoğrafların yeterince kontrastlı olması sağlanmalıdır. Araştırmalar, güneşin yükseklik açısının 60º olması durumundaki aydınlanma 100º olarak alınırsa, 30º’lik güneş yüksekliğinde bu aydınlanmanın 40 birim, 25º’lik yükseklikte ise 30 birim dolaylarında olacağını göstermiştir.

Güneşin yükseklik açısı da, bilindiği gibi güneşin denklinasyonuna ve saat açısına (ya da yerel zamana) bağlıdır. Bu da uçuşun uygun mevsim ve saatlerde yapılması anlamına gelir. Pilotun görevi, daha önce uçuş planı ile sağlanan yükseklikte yatay olarak ve bir doğru çizgiyi izleyecek şekilde uçağı yönetmektir. Hava akımları dolayısıyla ortaya çıkabilecek sallanmalara olabildiğince engel olmaktır. Uçuş doğrultusunun başlangıç ve sonları rasıt tarafından pilota gösterilir.

Kamera operatörü (fotoğrafçı), bindirme düzenleyicisi ya da aynı görevi yapan, başka bir aletten kamerayı sürekli kontrol eder. Kamera yataylanmalıdır, fotoğrafın kenarını uçuş doğrultusuna paralel tutar. Rüzgârın etkisiyle, hiçbir önlem alınmazsa gerçekleşen uçuş çizgisi, uçuş planına göre bir miktar sapacaktır.

Ülkemizde hava fotoğrafları çeken iki kurum bulunmaktadır. Bunlar, TKGM (Tapu Kadastro Genel Müdürlüğü) ve HGK (Harita Genel Komutanlığı)’dır. Bu iki kurumun tam teşekküllü uçuş donanımları ve kameraları bulunmaktadır. Ayrıca birkaç özel şirket de hava fotoğrafları çekmektedir.

Eğik Fotoğraflar

Ayakucu (Nadir) uzaklığı da denilebilecek n açısı, 5 graddan büyük olan fotoğraflara eğik fotoğraf denir. Eğiklik, fotoğraflarda ölçek değişimine neden olur. Düşey fotoğraflarda yaklaşık da olsa sabit bir ölçekten söz edilebilir. Eğik fotoğraflarda ölçek, nadir uzaklığına ve fotoğraftaki konumuna göre değişir.

M ₁ ve M ₂ eğik fotoğrafların asal ölçeği olarak ifade edilir. P´ noktasından geçen yatay doğruya P ´ noktasından çizilen dik H ´ noktasından da geçer. Bu doğrulara karşılık gelen arazi doğruları ise birbirine dik değildir. Daha genel bir söyleyişle, fotoğraf üzerinde birbirine dik olan iki doğru arazide birbirine dik değildir. Açılar değişikliğe (deformasyona) uğramaktadır. Öyle bir F noktası bulunabilir ki tepesi bu noktada bulunan açılar fotoğrafta ve arazide birbirine eşit olsun. Böyle bir nokta varsa, bu noktada her yöndeki ölçekler de aynı olacak demektir.