Ülkemde Hiper Spektral Uzaktan Algılama Teknolojisinin Gelişim Durumu ve Gelecek Perspektifleri

Hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi  

Hiperspektral uzaktan algılama, yer özelliklerini sürekli olarak görüntülemek için dar ve sürekli bir spektral kanal aralığı kullanan bir tekniktir. Görüntüleme ve spektroskopiye dayanarak geliştirilmiştir. Yer tabanlı radyometrelerle karşılaştırıldığında, hiperspektral uzaktan algılama, tek bir noktada değil, sürekli bir uzamsal alanda spektral ölçümler alır ve böylece hedef nesnenin hem görüntü hem de spektral bilgilerinin eş zamanlı olarak elde edilmesini sağlar. Geleneksel uzaktan algılama ile karşılaştırıldığında, hiperspektral çözünürlüklü görüntüleme spektrometreleri, her piksel için çok dar bir görüntüleme bandı sağlayarak, genellikle sürekli olarak bağlı olan onlarca hatta yüzlerce spektral kanalla nanometre mertebesinde çözünürlükler elde eder.

Geleneksel uzaktan algılama ile karşılaştırıldığında, hiperspektral uzaktan algılama daha fazla spektral mekansal bilgi elde edebilir ve Dünya gözlemi ve çevre araştırmalarında daha geniş bir uygulama yelpazesi sunabilir. Bu durum esas olarak şu yönlerde kendini gösterir: yer özelliklerini ayırt etme ve tanımlama yeteneği büyük ölçüde gelişir, görüntüleme kanalı sayısı büyük ölçüde artar ve uzaktan algılamanın nitel analizden nicel veya yarı nicel analize dönüşümü mümkün hale gelir.

Ülkemde Hiper Spektral Uzaktan Algılama Teknolojisi Gelişiminin Mevcut Durumu

Ülkemizin hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi nispeten geç başladı, ancak ülkenin artan ve acil sosyal ve ekonomik ihtiyaçları doğrultusunda, hem havadan hem de uzaydan uzaktan algılama, benzeri görülmemiş gelişim fırsatları elde etti ve hızla gelişti.

2002.3.25

25 Mart 2002'de Shenzhou-3 uzay aracı, ülkemiz tarafından bağımsız olarak geliştirilen orta çözünürlüklü bir görüntüleme spektrometresi taşıdı ve böylece Çin, Amerika Birleşik Devletleri'nin Dünya Gözlem Sistemi'ndeki Terra uydusunda bir görüntüleme spektrometresi taşımasının ardından, uzaya hiperspektral yük gönderen ikinci ülke oldu.

24.10.2007

24 Ekim 2007'de Chang'e-1 ay sondası uydusu fırlatıldı ve görüntüleme spektrometresi de önemli bir yük olarak ay yörüngesine yerleştirildi. Bu, ülkemizin Fourier dönüşümüne dayalı ilk uzay interferometrik görüntüleme spektrometresiydi.

2008.9.6

HJ-1A uydusu, 6 Eylül 2008'de Taiyuan Uydu Fırlatma Merkezi'nden HJ-1B uydusuyla birlikte "tek roket, iki uydu" fırlatma operasyonuyla başarıyla fırlatıldı. Hiperspektral görüntüleyici taşıyan uydu, atmosfer izleme, kentsel değişim izleme ve denizcilik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

29.09.2011

29 Eylül 2011'de fırlatılan Tiangong-1 hedef uzay aracı, ülkemiz tarafından bağımsız olarak geliştirilen bir hiperspektral görüntüleyici taşıyordu. Tiangong-1'den elde edilen spektral veriler kullanılarak, arazi kaynakları, okyanus bilimi, ormancılık, kentsel çevre izleme ve hidrolojik ve ekolojik izleme gibi alanlarda önemli uygulamalı araştırmalar yürütüldü ve bir dizi değerli uygulama sonucu elde edildi.

2018.5

Mayıs 2018'de Gaofen-5 başarıyla fırlatıldı. Ülkemizin ilk hiperspektral kapsamlı gözlem uydusu olan bu uydu, şu anda en gelişmiş hiperspektral tespit uydusu ve aynı zamanda ulusal "Gaofen Projesi" kapsamında en fazla yük kapasitesine, en yüksek spektral çözünürlüğe ve en büyük geliştirme zorluğuna sahip uydudur. Uydu, jeostasyonel yörüngede çalışmakta ve ultraviyoleden uzun dalga kızılötesi spektral bantlara kadar hiperspektral çözünürlüklü uzaktan algılama veri örnekleri elde etmek için kullanılmaktadır.

2019.9

Eylül 2019'da, "Zhuhai-1" 03 grubunun beş uydusu, Jiuquan Uydu Fırlatma Merkezi'nden Long March-11 taşıyıcı roketiyle önceden belirlenmiş yörüngelerine başarıyla fırlatıldı. 03 grubu, dört hiperspektral uydu ve bir adet 0,9 metre çözünürlüklü video uydusundan oluşmaktadır. Daha sonra altı hiperspektral uydu daha fırlatılarak 10 hiperspektral uydudan oluşan bir uydu takımı oluşturulacaktır. Bu uydu takımı, tekrar ziyaret döngüsünü kısaltabilir, dinamik gözlem verimliliğini artırabilir ve Dünya yüzey ortamının izlenmesinde hızlı yanıt verilmesini sağlayabilir.

2021.9

7 Eylül 2021 tarihinde saat 11:01'de, ülkemizdeki Taiyuan Uydu Fırlatma Merkezi, Long March-4C taşıyıcı roketi kullanarak Gaofen-5 02 uydusunu uzaya başarıyla fırlattı. Uydu, yedi adet uzaktan algılama cihazı taşıyor. Faaliyete geçtiğinde, ulusal kirlilik azaltma, çevre kalitesi izleme, atmosferik bileşim ve iklim değişikliği izleme çalışmalarında kullanılacak ve kirleticilerin, bölgesel ortam hava kalitesinin, atmosferik bileşimin ve iklim değişikliğinin hiperspektral uzaktan algılama izleme uygulamalarının gösterimlerini gerçekleştirecektir.

Çin, günümüzde hava ve uydu tabanlı uzaktan algılama yeryüzü gözlem sistemini başarıyla kurmuş ve geliştirmiştir. Bu sistem, kaynaklar ve çevre alanlarında yaygın olarak kullanılmakta olup, arazi, bitki örtüsü ve su kaynakları araştırmaları ve yönetimi, jeolojik ve mineral kaynak araştırmaları ve afet izleme konularında önemli bir rol oynamaktadır.

Hiperspektral Uydu Teknolojisinin Geleceği  

Algılama aralığı daha da genişletildi.:Zamansal/mekansal/spektral çözünürlük daha da iyileştirildi.

Hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin ilk aşamalarındaki temel geliştirme hedefi, yüksek hassasiyetli, nicel uzaktan algılama ihtiyaçlarını karşılamak için spektral çözünürlüğü iyileştirmekti. Geniş alanlı, yüksek çözünürlüklü dedektör teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, spektral çözünürlüğü iyileştirmeye devam ederken, daha yüksek mekansal çözünürlüğe doğru evrilmeye başlandı.

Günümüzde, görünür ışıktan termal kızılötesine kadar algılama bantlarını kapsayan, spektral çözünürlüğü nanometre seviyesine ulaşan ve bant sayısı yüzlerceye çıkan çeşitli hiperspektral uzaktan algılama uydu sistemleri uluslararası alanda mevcuttur. Bu, uzaktan algılama bilgisi edinme yeteneğini önemli ölçüde artırarak, Dünya yüzeyinin katı ve sıvı kimyasal bileşenlerinin hassas analizini mümkün kılmaktadır. Gaz bileşenlerini ve atmosferik özellikleri daha ayrıntılı incelemek için, daha yüksek spektral çözünürlük ihtiyacı, hiperspektral uzaktan algılama gelişiminde durdurulamaz bir trend haline gelmiştir.

Öte yandan, uzaktan algılama gözlemlerini daha doğru ve hızlı bir şekilde gerçekleştirmek ve güvenilir ve zamanında uzaktan algılama verileri elde etmek için, Yüksek uzamsal çözünürlük, yüksek spektral çözünürlük ve yüksek zamansal çözünürlük gibi hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin yeni özellikleri giderek daha belirgin hale gelmekte ve uzun vadeli hava tahmini, hassas tarımsal izleme, nicel kara ve deniz kaynakları araştırmaları ve gerçek zamanlı savaş alanı ortam analizi gibi yeni uygulama alanlarına uyum sağlamasını mümkün kılmaktadır.

Sürekli olarak yeni ilkeler ve yeni çözümler öneriliyor.:Hiperspektral uzaktan algılama teknolojilerinin türleri daha da zenginleştirilmiştir.

Bilgi teknolojisi, görüntüleme teknolojisi ve optik işleme teknolojisindeki gelişmeler ve ilerlemelerle birlikte, çeşitli yeni hiperspektral uzaktan algılama teknolojileri ve çözümleri sürekli olarak ortaya çıkmaktadır. Bunların temel spektroskopik unsurları, olgunlaşmış dağılımlı ve interferometrik tiplerden daha çeşitli bir yaklaşıma doğru evrilmektedir. Şu anda, dönen filtre tipi, akustik-optik ayarlı filtre tipi, sıvı kristal ayarlı filtre tipi ve hesaplamalı tomografi tipi dahil olmak üzere çeşitli spektroskopik prensip şemaları ortaya çıkmıştır.

Son yıllarda, anlık görüntüleme spektroskopisi hızla gelişmiştir. Tek bir pozlama süresi içinde eksiksiz üç boyutlu görüntü spektral verilerini elde edebilme özelliği, gerçek zamanlı algılama için büyük bir potansiyel göstermektedir. Kodlanmış açıklıklı görüntüleme spektroskopisi, sıkıştırılmış algılama teorisini görüntüleme spektrometrelerine uygulayan yeni bir anlık görüntüleme spektroskopisi tekniğidir. Tüm dalga boylarının uzamsal bilgilerini modüle etmek için kodlanmış desenler kullanır, hedef nesnenin uzamsal ve spektral bilgilerinin karıştırılıp kodlandığı bir alan dizisi dedektöründe bir yoğunluk haritası kaydeder ve son olarak çok ölçekli bir yeniden yapılandırma algoritması kullanarak yoğunluk haritasından uzamsal ve spektral bilgileri çıkarır. Üç boyutlu görüntüleme spektroskopisi, hedef görüntüyü farklı açılarda görüntülere bölmek için farklı eğim açılarına sahip birden fazla uzun şerit aynadan oluşan bir görüntü segmentasyon elemanı kullanır. Bu görüntüler daha sonra dağıtıcı bir prizma aracılığıyla bir mercek dizisine iletilir ve böylece geniş bir alan dizisi dedektöründe farklı açılardaki görüntülerin dağıtıcı spektrumları elde edilir. Bu teknik de bir anlık görüntüleme spektroskopisi tekniğidir.

Görüntüler, spektrumlar ve polarizasyon dahil olmak üzere çok boyutlu bilgilerin entegre olarak elde edilmesi

Hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi, hedeflerin spektral ve görüntü bilgilerinin entegre bir şekilde elde edilmesini sağlayarak, yer nesnelerinin kimyasal bileşimini ve morfolojik özelliklerini tespit etme ihtiyacını karşılayabilir. Bununla birlikte, hedeflerin yüzey özelliklerinin gözlemlenmesi, gizli hedeflerin tanımlanması ve izlenmesi ve aerosollerin tespiti gibi bazı diğer uygulama senaryolarında, özellikle aynı malzemeden yapılmış uzak hedefler (uydu ve füze gibi) için, görüntüleme spektroskopisi teknolojisi tespit işlevini kaybedecektir. Bu durumlarda, polarizasyon bilgisi tespiti çok önemli bir rol oynayabilir.

Polarizasyon bilgisi, bir hedefin köşe özelliklerini ve yüzey pürüzlülüğünü belirlemede önemli bir yeteneğe sahiptir ve bir maddenin saçılma ve yansıma özelliklerini daha iyi tanımlayabilir. Polarizasyon bilgisinin hiperspektral uzaktan algılama teknolojisine dahil edilmesi, görüntüler, spektrumlar ve polarizasyon gibi çok boyutlu bilgilerin entegre bir şekilde elde edilmesini sağlayarak, hedef tespiti, tanımlanması ve doğrulanması için daha bilimsel, doğru ve kapsamlı tespit teknolojileri ve yöntemleri sunar.Hedef tespiti ve algılama sürecinde, aynı hedefe ait görüntüler, spektrumlar ve polarizasyon durumları, tamamlayıcı çok değişkenli bilgiler sağlayarak hedefin zengin fizikokimyasal özelliklerinin analizine yardımcı olur ve böylece hedef hakkında daha kapsamlı, doğru ve bilimsel bir anlayış elde edilmesini sağlar. Atmosferik sondaj, su kalitesi izleme, hedef tanımlama ve askeri keşif gibi önemli uygulamaları vardır. Görüntü, spektral ve polarizasyon çok değişkenli bilgilerinin entegre olarak elde edilmesi ve polarizasyon hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin uygulanması üzerine yapılan araştırmalar, hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin geliştirilmesi için şu anda önemli bir yöndür.

Akıllı hiperspektral uzaktan algılama ve büyük veri çağı geliyor.

Günümüzdeki hiperspektral uzaktan algılama uyduları öncelikle yerden kontrol edilmektedir. Çok miktarda hiperspektral uzaktan algılama verisi, yerdeki alıcı istasyonlara iletilmeden önce uydu üzerinde depolanıp sıkıştırılmaktadır. Son olarak, yer tabanlı veri işleme, uzaktan algılama ürünlerini ortaya çıkarmaktadır. Dahası, uydu parametreleri sabittir ve esnek bir şekilde ayarlanamaz. "Yapay zeka" çağının başlamasıyla birlikte, sinir ağları, makine öğrenimi ve diğer teknolojileri hiperspektral uzaktan algılama ile birleştirerek, uydu üzerindeki hiperspektral görüntüleme yükü parametrelerinin otomatik kalibrasyonu ve optimizasyonu, uydu üzerindeki verilerin gerçek zamanlı işlenmesi ve ürün üretimi yapabilen "akıllı" hiperspektral uzaktan algılama uydu sistemleri oluşturmak geleceğin trendi haline gelmiştir. "Akıllı" hiperspektral uzaktan algılama uyduları, akıllı bilgi algılama yeteneklerine ve uyarlanabilir ayarlama yeteneklerine sahip olacak ve kullanıcı ihtiyaçlarına göre gerçek zamanlı olarak yüksek kaliteli veriler üretebilecektir.

Bu arada, hiperspektral görüntüleme uzaktan algılama cihazlarının çözünürlüğü arttıkça ve elde edilen bilginin boyutları büyüdükçe, elde edilen uzaktan algılama verisi miktarı da hızla artmakta ve önemli "büyük veri" özellikleri sergilemektedir. Hiperspektral uzaktan algılama verilerinden bilgiyi etkili bir şekilde nasıl çıkarıp veri sıkıştırma ve veri iletim verimliliğini artırabileceğimiz, hiperspektral uzaktan algılamanın geleceğinde ele alınması gereken önemli konular arasındadır.

Hiper Spektral Uzaktan Algılama Yüklerinin Minyatürleştirilmesi ve Hafifletilmesi

Küçük insansız hava aracı (İHA) uzaktan algılama teknolojisi ve mikro/nano uydu teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, hiperspektral uzaktan algılama da daha düşük maliyet, daha fazla esneklik, entegrasyon ve daha güçlü gerçek zamanlı performans yönünde gelişmektedir. Şu anda, küçük İHA'lara dayalı hafif hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi, tarım ve ormancılıkta zararlı ve hastalık gözlemi, büyük kargoların optik olarak ayrıştırılması, güvenlik izleme, hedef arama ve afet yardımı gibi alanlarda muazzam uygulama potansiyeli ve değerine sahiptir. Bu arada, mikro/nano uydular düşük maliyet, yüksek esneklik, düşük güç tüketimi ve kısa geliştirme döngüleri gibi avantajlar sunarak daha karmaşık uzay keşif görevlerinin gerçekleştirilmesini mümkün kılmaktadır.

Hiperspektral uzaktan algılama ve mikro/nano uydu teknolojisinin birleşimi, entegre çok fonksiyonlu yapıların ve kapsamlı uzay keşif yüklerinin yenilikçi gelişimini destekleyecektir.Bu, gelecekteki hiperspektral uzaktan algılama sistemlerinin hafif, entegre ve sistematik gelişimini desteklemede, uzay ağlarını mümkün kılmada ve her türlü hava koşulunda gerçek zamanlı tespit yapmada önemli bir rol oynayacaktır.

Son yıllarda, hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin gelişimi, birçok yeni ilke, şema ve teknolojinin uygulanmasına ve kullanımına tanık olmuştur. Hiperspektral görüntüleme uzaktan algılama cihazlarının yapısı daha rasyonel ve basit hale gelmiş, çok kaynaklı bilgi için entegre edinim yetenekleri büyük ölçüde geliştirilmiştir. Daha geniş görüş alanı, daha yüksek verim, daha küçük boyut, statik görüntüleme ve daha yüksek çözünürlük yönünde kademeli olarak gelişmektedirler. Eş zamanlı olarak, hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte maliyeti önemli ölçüde azalacak ve hiperspektral uzaktan algılama veri ürünlerinin ticarileştirilmesi gelecekteki gelişme için önemli bir yön olacaktır.

(Bu makaledeki bazı içerikler internetten alınmıştır. Herhangi bir telif hakkı ihlali söz konusuysa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.)