1800 yılında astronom Sir Frederick William Herschel’in elektromanyetik spektrumun kızıl ötesi bölgesini keşfetmesiyle bulunmuştur.

Isıl kızıl ötesi bölgedeki elektromanyetik enerjinin uygun algılayıcılarla ölçülüp iki boyutlu raster görüntü formatında kaydedilmesiyle termogram olarak adlandırılan ısıl görüntüler elde edilmiştir.

Isıl görüntüleme sistemleri değişik amaçlarla bitki örtüsü, toprak, kaya, su, buz ve atmosferin yaydığı ısıl ışınımı ölçmek amacıyla başarılı bir şekilde kullanılmaktadır.

Mutlak sıcaklığın üzerindeki her cisim, atomlarının titreşmesi, dönmesi ve hareket etmesi sonucunda sahip olduğu kinetik enerjiye bağlı olarak elektromanyetik ışınım yayarlar.

Elektromanyetik ışınımın büyük bir çoğunluğu elektromanyetik spektrumun ısıl kızıl ötesi (3-14 μm) bölgesinde gerçekleşir.

Maddenin yapı taşı olan atom, içinde proton ve nötron bulunan bir çekirdek ve bu çekirdek etrafındaki bir elektron bulutundan oluşur.

Fizyon, atom çekirdeğinin bölünmeye maruz kalması şeklinde tanımlanır. Füzyon ise çekirdeğin birleşimi olarak tanımlanır.

Yüksek bir enerji seviyesine çıkan elektron, tekrar eski enerji seviyesine dönerken yörüngeler arasındaki enerji farkı kadar bir enerji yayar. Bu yaylına enerji foton olarak adlandırılır.

Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. Potansiyel ve kinetik enerji olarak ikiye ayrılır.

Potansiyel enerji, cisimlerin bir alanda bulundukları fiziksel durumlardan ötürü depoladığı kabul edilen enerji (örn. barajlarda biriken su), kinetik enerji ise cisimlerin hareketlerine bağlı olarak sahip oldukları enerji (örn. rüzgâr) türüdür.

Sıcaklık ve ısı, ısıl enerji ile ilişkili olan iki terimdir. Sıcaklık bir cisimdeki tüm atomların veya moleküllerin ortalama kinetik enerjisi olarak tanımlanır. Isı ise farklı sıcaklıklara sahip cisimler arasındaki ısıl enerji akışıdır.

Bir cismin moleküllerinin rastlantısal hareketlerine bağlı olarak kazandığı enerji, cismin kinetik ısısı olarak adlandırılır.

Isı enerjisi bir ortamdan diğerine;
? İletim (Kondüksiyon): Moleküler temas,
? Taşınım (Konveksiyon): Isıtılan malzemenin fiziksel yer değiştirimi,
? Işıma (Radyasyon): Elektromanyetik dalga
ile üç farklı şekilde transfer edilir.

İletim, enerji bir cisimden diğer bir cisme geçtiğinde gerçekleşmektedir.

Elektromanyetik spektrumun 0.7 - 1000 μm bölgesi kızıl ötesi bölgedir. Bu bölgenin 0.7 - 3 μm alt bölgesi yansıtıcı kızıl ötesi olup Güneş kaynaklı elektromanyetik enerji baskındır.

Işınım yoğunluğu, kaynakla algılayıcı arasındaki uzaklığın karesinin tersiyle orantılıdır.

Işınım yoğunluğunun kaynakla algılayıcı arasındaki uzaklığın karesinin tersiyle orantılı olması Ters kare ilişkisi olarak adlandırılır.

Ters kare olarak adlandırılan bu ilişkiye göre Güneş ile Dünya arasındaki uzaklıktan dolayı 3 μm’den sonra yansıtılan enerji yoğunluğu önemli derecede azalır. Böylece, ısıl kızıl ötesi olarak adlandırılan 3 - 14 μm bölgesinde uydu algılayıcısı ile alınan baskın enerji, cisimlerin sıcaklıklarına bağlı olarak yaydıkları ışınım olur.

Atmosfer diğer bölgelerde olduğu gibi ısıl kızıl ötesi bölgedeki enerjiyi de düzenli bir şekilde geçirmez ve belirli dalga boylarında karbondioksit, su buharı ve ozon nedeniyle yutulma bölgeleri mevcuttur.

Isıl kızıl ötesi bölgede 3-5 μm ve 8-14 μm bölgeleri büyük ölçüde atmosferin geçirimli olduğu atmosfer pencereleridir.

Isıl algılamada 3-5 μm bölgesi, Wien Yer Değiştirme kanununa göre orman yangını, volkanik patlama, vb. gibi çok sıcak cisimlerin algılanması için daha uygundur.

Bir cisim fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak üzerine gelen elektromanyetik enerjinin bir kısmını yansıtır, bir kısmını geçirir ve bir kısmını da yutar. Gelen enerjiye göre oransal ifade edilen bu üç etkileşimin toplamı 1’dir.

Opak cisimlerde geçirim söz konusu değildir. Bu nedenle yansıtım+yutulum değeri 1’e eşittir.

Siyah cisim, malzemelerin kinetik ısı enerjilerine bağlı olarak yaptıkları ısıl ışınımı açıklamak için kullanılan teorik evrensel bir modeldir.

Siyah cisim mükemmel yutucu ve mükemmel ışınlayıcıdır. Dolayısıyla siyah cismin yansıtım değeri sıfırdır ve enerji ışıması Planck denklemine uygunluk gösterir.

Gerçek cisimlerin ısıl ışıma yapabilme yetenekleri, aynı sıcaklıktaki siyah cisim modeline göre oransal bir nicelik olan yayım ile (ε) belirtilir. Siyah cisim için 1 olan bu değer bütün gerçek cisimler için 1’den küçüktür.

Genel olarak yayımı(ε) etkileyen temel faktörler,
? Cisimlerin renk tonu; koyu cisimler daha iyi yutucu ve daha iyi yayıcıdır
? Yüzey pürüzlülüğü; dalga boyuna göre daha pürüzlü (kaba) olan yüzeyler daha büyük yüzey alanına ve daha büyük yutulma ve tekrar yayma potansiyeline sahiptirler
? Nem içeriği; nem içeriği fazla olan cisimlerin daha fazla yayıcı olma kapasitesi vardır
? Görüş alanı ve bakış açısıdır

? Algılanan ısıl enerji üç bileşene ayrılabilir: doğrudan cisimden yayılan enerji
? Atmosferden yayılıp cisimden yansıyan enerji
? Cisimle hiçbir teması olmadan atmosferden yayılan enerji

Klorofil pigmenti içeren yeşil yapraklı bitkiler fotosentez işlemi için ihtiyaç duydukları enerjiyi çoğunlukla görünür bölgeden özellikle de mavi ve kırmızı bölgelerden sağlarlar. Sıcaklığı artan bitki enerji dengesine bağlı olarak ısıl bölgede ışınım yapar. Buna karşın, yaprakları aracılığıyla terleyerek sürekli yutulum gösterirler. Dolayısıyla bitki örtüsü kanopisinin sıcaklığı, geniş yüzey alanına ve yüksek terleme oranına bağlı olarak değişim göstermektedir. Bu karmaşık ısınma ve soğuma etkileşimleri sonucunda geceleyin bitki örtüsü kendisini çevreleyen topraktan daha fazla ışınım oranına sahiptir.

Genel olarak bitki örtüsünün ısıl özellikleri suyun ve toprağın ısıl özelliklerine nazaran daha karmaşık olduğundan ısıl bölgede yapılan tarımsal uygulamalarda; (i) toprak sıcaklığı, (ii) algılayıcı açısı, (iii)bitki örtüsü tipi ve (iv) bitki örtüsünün nem içeriği gibi hususların dikkate alınması gerekmektedir.

Toprağın ısıl kızıl ötesi bölgedeki davranışı, asıl olarak su içeriğiyle belirlenir. Suyun iyi bir yutucu ve ışınlayıcı olması nedeniyle nemli toprağın daha sıcak olması ve daha çok ışınım yapması beklenir. Ancak su içeriği fazla olan zeminler buharlaşma nedeni ile soğuyacaklarından ışınım oranları düşer. Diğer bir ifade ile topraktaki su içeriği ne kadar fazla ise gün boyunca o kadar serin ve gece de ılık olmaktadır. Kuru zeminler ise Güneş enerjisini yutup ısındıklarından ve buharlaşma gibi bir nedenle de soğumadıklarından daha fazla ısıl ışınım yaparlar.

Isıl kızıl ötesi bölgede suyun ışınım sıcaklığı tüm su kütlesini çok iyi yansıtacak şekilde ölçülebilir. Genel olarak doğal su cisimlerinde enerji transferi konveksiyon yolu ile 100cm veya daha fazla derinliklere kadar gerçekleşir. Sabit bir yüzey sıcaklığına sahip olmasını sağlayan iç konveksiyonu olduğu için su cisimleri yüksek ısıl eylemsizliğe (gece ve gündüz oldukça uniform sıcaklık) sahip gözükürler.

Kaya gibi katı cisimlerde enerji transferi kondüksiyon yoluyla gerçekleşir ve ısı enerjisi yüzeye yakın kısımlarda (örn. 50-100cm) yoğunlaşır. Bu durum gün boyunca oldukça yüksek, gece ise çok düşük sıcaklıklarda olmasına neden olur.

Beton, asfalt, vb. materyaller hem gece hem de gündüz daha ılıktırlar. Bu tip materyallerin genelde gündüz Güneş ışınının iyi birer yutucusu olmaları ve oldukça yüksek ısıl kapasiteleri nedeniyle gün batımından sonraki saatlerde bile kuvvetli ısıl ışınıma sahiptirler.

Çıplak metal yüzeyler hem gece hem de gündüz düşük ısıya sahiptirler.

Isıl iletkenlik, ısının bir cisim içindeki geçirim oranıdır. Kaya ve toprak gibi cisimlerin ısıl iletkenliği düşük iken metalinki çok yüksektir. Bu nedenle bu malzemeler ısı yalıtımında kullanılabilirler.

Isıl kapasite, bir malzemenin ısıyı depolama yeteneğidir. Suyun ısıl kapasitesi diğer bütün cisimlerden daha fazladır. Isıl kapasitesi yüksek olan cisimler mevcut sıcaklıklarını daha uzun süre muhafaza ederler.

Isıl eylemsizlik, bir malzemenin sıcaklık değişimlerine karşı ısıl tepkisidir. Isıl eylemsizliği büyük olan cismin günlük sıcaklık değişimi daha azdır.

Isıl difüzyon, bir cismin yutma ve ışıma fazları arasında ısıyı içerisinde iletme yeteneğidir.

Yutulum ve ışınımı belirleyen temel etkenler, değişken gazların konsantrasyonları, askıdaki maddeler, karbon parçacıkları, duman, su buharı, bulut, sis, meteorolojik koşullar, vb. anormal yeryüzü ısıl aktiviteleridir.

Isıl algılayıcı sistemler, gelen ısıl enerjiyi, cisimlerin kinetik sıcaklıkları ve yayım (ε) katsayılarına göre ışıyan sıcaklığı olarak ölçerler.

Kinetik sıcaklıklar, Güneş’in konumu, atmosferin durumu, meteorolojik koşullar ve yangın gibi olağan dışı etkilere bağlı değişkenlik gösterir.

Yayım(ε) değeri ise, dalga boyuna, sıcaklığa, renge, pürüzlülüğe, su içeriğine ve bakış doğrultusuna göre değişkenlik gösterir.

Temel etkenler:
? Ton (koyu renk=soğuk; açık renk=sıcak)
? Zaman (24 saat) dilimi (gündüz-gece)
? Gölge (koyu renk=soğuk)
? Büyüklük
? Biçim
? Doku
? Birleşim ve bölge ilişkilendirmeleridir.

Yeryüzü cisimlerinin analiz edildiği ısıl görüntülerde, koyu renk tonu daha düşük ışıyan sıcaklığı, açık renk tonu ise daha yüksek ışıyan sıcaklığı gösterir.

Atmosferik bileşenler, su, toprak ve kayaçlar, ormanlar, metal yüzeylerdir.

Küçük buz ve su damlalarından oluşan bulutlar ısıl enerjiye karşı opaktır. Diğer bir ifade ile ısıl enerji buluta nüfuz edemez, bunun yerine bulut tarafından yutulur ve tekrar ışınımlanır. Sıcaklıkları genellikle kendilerini çevreleyen hava ile aynı değerde olup ısıl görüntülerde koyu-parlak değişken bir görünüme sahiptirler. Güneş enerjisi nedeniyle ısınan yer yüzeyi (1) üzerindeki bölgeyi (2) de ısıtacak ancak sıcak hava belirli bir noktaya geldikten sonra soğuyacak ve düşük ısısı nedeniyle aşağıya doğru hareket edecektir (3). Duman ise uzun dalga boylarına karşı geçirimlidir. Rüzgâr, leke ve çizgi desenli görünümler oluştururken temas ettiği cisimlerin soğumasına neden olur. Yanıltıcı ısıl görüntülerin oluşmaması için rüzgârın ısıl görüntülerde oluşturduğu dokular yeryüzü özelliklerinden ayırt edilmelidir.

Isıl eylemsizliğine bağlı olarak su yapıları gündüz toprağa göre daha soğuk (daha koyu renk tonu) bir yüzey sıcaklığına sahip olurken geceleri daha sıcak (daha açık renk tonu) olurlar. Konveksiyon akımları su yüzeyinde rölatif olarak üniform dağılımlı sıcaklık oluşturur.

Toprak ve kayalarda konveksiyon olmadığı için Güneş kaynaklı kinetik sıcaklık yüzeyde oluşur. Gece bu enerji ısıl ışınımla yayıldığından ve konveksiyona bağlı olarak cisim tekrar ısınmadığından, toprak ve kaya, çevresindeki su yapısından daha soğuktur. Toprak nem içeriğine bağlı olarak buharlaşmayla birlikte soğuyacak ve ısıl görüntülerde koyu renkte görünecektir. Aynı buharlaşma olgusu, jeolojik fay ve kırıkların ısıl görüntülerde tespit edilebilmesini de sağlar.

Ağaç toplulukları gündüz görece koyu renkte görünürken gece açık renkte görünürler. Yapraklarda oluşan terleme, sıcaklığı düşürdüğü için bitki örtüsü topraktan daha soğuk (koyu renkte) görünür. Geceleri ise yüksek su içeriği ve yaprak katmanlarının yalıtım etkisinden dolayı bitki örtüsü, kendisini çevreleyen topraktan daha sıcak (daha açık renk tonunda) görünür.

Çıplak metal yüzeyler düşük ısıları nedeniyle hem gece hem de gündüz koyu renk tonunda gözükürler. Parlak yüzeye sahip bu cisimler hava- dan keşifte göz önüne alınan diğer maddelere göre daha düşük yayıma sahiptirler.

Isıl görüntülerin doğru yorumlanması ve analiziyle:
? Kaya tipleri ve yapıları,
? Jeolojik fayların konumları,
? Toprak tipi ve toprak nemi,
? Sulama kanallarındaki kaçakların konumları,
? Volkanların ısıl özellikleri,
? Bitki örtüsü terlemesi,
? Soğuk su kaynaklarının konumları,
? Sıcak su ve gayzerlerin konumları,
? Göl ve nehirlerdeki ısıl ayrışmanın özellikleri,
? Su yapılarındaki doğal sirkülasyon örüntüleri,
? Aktif orman yangınlarının merkezleri ve konumsal dağılımları,
? Çöplük ve benzeri karbon temelli atık bölgelerindeki yüzeyaltı yangınlarının konumları, belirlenebilir.

Isıl algılama sistemleri genellikle uçuş doğrultusuna dik yönde tarama yapan özel bir tür çok spektrumlu tarayıcılardır. Kullanılan algılayıcı sistemler sadece spektrumun ısıl kızıl ötesi bölgesine duyarlıdırlar. Optik ve yakın kızıl ötesi bölgede kullanılan fotografik sistemler ısıl enerjinin tespitinde kullanılamazlar.

Temel olarak; bir ısıl algılayıcı sistem
? Optik-mekanik tarama sistemi,
? Isıl kızıl ötesi enerjiye duyarlı detektör ve
? Görüntü kayıt ve iletim sistemlerinden oluşur.

Isıl enerjiye duyarlı iki farklı tür detektör vardır: Bunlar, Kuantum (foton) detektörü ve Isıl detektördür.

Kuantum detektörleri:
? Civa katkılı Germanyum 3-14 μm,
? Indiyum Antimon 3-5 μm,
? Civa Kadmiyum Tellürit 8-14 μm’dir.

Bunun nedeni ise ısıl kızıl ötesi bölgede enerji yoğunluğunun düşük olmasıdır.

Isıl algıyacılar:
? GOES 10km,
? NOAA-AVHRR 1km,
? Landsat-TM 120km,
? ERS-I ATSR 1km,
? Landsat-ETM 60m,
? EOS-MODIS(Terra) 90m,
? EOS-MODIS(Terra/Aqua) 1km,
? TIMS(uçak) uçuş yüksekliğine bağlıdır.

Uygulama alanları:
? Jeolojik yapıların tanımlanması,
? Toprak nemi çalışmaları,
? Hidroloji,
? Kıyı bölgeleri,
? Orman yangınları,
? Maden ve kömür yangınları,
? Sismoloji,
? Çevresel modelleme,
? Meteoroloji,
? İstihbarat ve askeri uygulamalar,
? Yapılardaki ısı kayıpları olarak özetlenebilir.

Termogram olarak adlandırılmaktadır.

Termogram görüntülerin elde edilmesinde güneş ışığına ihtiyaç duyulmaması nedeniyle tercih edilmektedir.

Termogram görüntülerin askeri olmayan kullanım potansiyeli ise daha çok jeolojik uygulamalara yönelik olmuştur.

Fizyon, atom çekirdeğinin bölünmeye maruz kalmasını, füzyon ise çekirdeğin birleşimini tanımlar. 

Maddeye ısı, ışık veya elektrik yoluyla enerji verildiğinde söz konusu etkiler gerçekleşebilir.

Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. 

Cismin kinetik ısısı olarak tanımlanmaktadır.

Herhangi bir ortama ihtiyaç duymadan boşlukta bile gerçekleştirilmesidir.

Genel olarak ısı enerjisi bir ortamdan diğerine; iletim, taşınım ve ışıma yöntemleri ile transfer edilebilir.

Çoğu yeryüzü cismi opak oldukları için geçirim söz konusu değildir. Bu nedenle Yansıtım + Yutulum = 1 eşitliği geçerlidir.

Genel olarak yayımı etkileyen temel faktörler; cisimlerin renk tonu, yüzey pürüzlülüğü, nem içeriği, görüş alanı ve bakış açısıdır.

Algılanan ısıl enerji üç bileşene ayrılabilir. Bunlar; doğrudan cisimden yayılan enerji, atmosferden yayılıp cisimden yansıyan enerji ve cisimle hiçbir teması olmadan atmosferden yayılan enerjidir. 

Toprak, öğle saatlerinde en yüksek sıcaklık değerine sahip olur.

Söz konusu yüzey cisimlerinin ısıl özellikler göz önüne alındığında gece yarısından sabah saat 04:00'a kadar olan süre içerisinde en düşük sıcaklık ortalamasına sahip olan yüzey cisimleri nemli topraklardır. 

Bitki örtüsü, su, toprak ve nemli toprak gibi dört farklı yüzey cismi için öğle saatlerinde en düşük sıcaklık ortalamasına sahip olması beklenen yüzey cismi su olacaktır.

Kinetik sıcaklıklar, Güneş'in konumu, atmosferin durumu, meteorolojik koşullar ve yangın gibi olağan dışı etkilere bağlı olarak değişkenlik gösterir.

Ton, zaman, gölge, büyüklük, biçim, doku, birleşim ve bölge ilişkilendirmeleridir.

Isıl algılama sistemleri genellikle uçuş doğrultusuna dik yönde tarama yapan özel bir tür çok spektrumlu tarayıcılardır.

Uçuş doğrultusuna dik yönde tarama işlemi, dönel bir ayna sistemi aracılığıyla sağlanmaktadır.

Uzaktan algılamada büyük uygulama potansiyeli olan ısıl görüntülerin genel uygulama alanları; jeolojik yapıların tanımlanması, toprak nemi çalışmaları, hidroloji, kıyı bölgeleri, orman yangınları, maden ve kömür yangınları, sismoloji, çevresel modelleme, meteoroloji, istihbarat ve askeri uygulamalar, yapılardaki ısı kayıpları olarak özetlenebilir.