Dar bant antosiyanin indeksine dayalı bitki türü tanımlaması
Arka Plan Girişi
Hiperspektral görüntülemenin dar bant aralığında fotosentetik pigment indeksini kullanarak bitki türleri doğru bir şekilde ayırt edilebilir. Bu vaka çalışması, ARI1 antosiyanin indeksini hesaplamak ve tarım alanları içindeki ormanlık alanları belirlemek için Xiguang-1 05 (Tianxianpei olarak da bilinen) uydusundan ve Sentinel-2 verilerinden elde edilen hiperspektral verileri kullanmaktadır. Xiguang-1 05 uydusunun (Tianxianpei) 9 nm spektral çözünürlüğü ve dar bant tasarımı sayesinde, 550 nm ve 700 nm'deki hassas konumlardaki yansıma farkı önemli ölçüde artırılarak ormanlık alan özellikleri kolayca belirgin hale getirilmiştir. Sentinel-2 sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, daha az yanlış pozitif sonuç elde edilmiş ve çıkarılan sonuçlarda daha az gürültü bulunmuştur. Ayrıca, tek bir görüntü yeterli olup, zaman serisi verilerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, tarım arazilerinin "tarım dışılaştırılmasının" izlenmesi için hızlı ve güvenilir spektral kanıt sağlamaktadır.
Yöntemler ve Prensipler

Tablo 1. Bant Parametrelerinin Karşılaştırılması
Yaprak pigment indeksi (ARI1), bitki örtüsündeki strese bağlı pigmentleri ölçmek için kullanılır. ARI1, yapraklardaki antosiyaninlere karşı oldukça hassastır; daha yüksek bir ARI1 değeri, bitki örtüsünün büyümesini veya ölümünü gösterir. Hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

Değer aralığı 0 ile 0,2+ arasındadır, genel yeşil bitki örtüsü alanları için ise aralık 0,001 ile 0,1 arasındadır.
Dar bantlı bir bitki örtüsü indeksi olarak, merkez dalga boyu formülün gerektirdiği dalga boyuna ne kadar yakınsa ve FWHM ne kadar küçükse, indeks hesaplama sonuçları gerçek antosiyanin konsantrasyonunu o kadar iyi yansıtır.
Sentinel-2 ve Xiguang-1 05 uydularından ("Tianxianpei" uydusu) elde edilen verileri karşılaştırdık. Sentinel-2 verileri 1 Nisan - 10 Nisan 2025 tarihleri arasında toplanmış olup, ortalama bir bileşik sonuçtur. Xiguang-1 05 uydusundan ("Tianxianpei" uydusu) elde edilen veriler ise 6 Nisan 2025 tarihinde toplanmıştır.
Xiguang-1 05 (Tianxianpei) ve Sentinel-2 uydularından elde edilen veriler kullanılarak, 550nm ve 700nm'ye en yakın iki bant seçildi ve ARI1 indeksi hesaplandı. İndeks sonuçları için, tarım arazilerindeki ormanlık alanları ayıklamak amacıyla basit eşikleme segmentasyonu kullanıldı ve Xiguang-1 05 (Tianxianpei) ve Sentinel-2 uydularının sonuçları karşılaştırılıp değerlendirildi.

Tablo 2. İndeks hesaplamasında kullanılan dalga bantlarının karşılaştırılması
Sonuçları Görüntüle
Bölge 1

Şekil 1. Sentinel-2, Bölge 1'in ARI1 indeksi

Şekil 2. Sentinel-2, Bölge 1'den elde edilen tarım arazisi ve ormanlık alan çıkarım sonuçları

Şekil 3. Xiguang-1 05 uydusunun (Tianxianpei) ARI1 indeksi, bölge 1

Şekil 4. Xiguang-1 05 uydusundan (Tianxianpei), Bölge 1'den elde edilen tarım arazisi ve orman arazisi çıkarım sonuçları.
Bölge 2

Şekil 5. Sentinel-2, Bölge 2'den elde edilen tarım arazisi ve ormanlık alan çıkarım sonuçları

Şekil 6. Xiguang-1 05 uydusundan (Tianxianpei), Bölge 2'den elde edilen tarım arazisi ve ormanlık alan çıkarım sonuçları.
Bölge 3

Şekil 7. Sentinel-2, Bölge 3'ten elde edilen tarım arazisi ve ormanlık alan çıkarım sonuçları

Şekil 8. Xiguang-1 05 uydusundan (Tianxianpei), 3. Bölge'den elde edilen tarım arazisi ve ormanlık alan çıkarım sonuçları
Karşılaştırma sonuçları, sıradan NDVI indeksine kıyasla ARI1 indeksinin ürünler arasındaki farklılıkları yansıtabildiğini ve ürün stresi analizi ile tarım arazilerindeki yasadışı orman arazilerinin çıkarılması gibi uygulama senaryolarını destekleyebildiğini göstermektedir.
Sentinel-2'nin sınırlı sayıda banda sahip olması nedeniyle, bantlar formülün gerektirdiği dalga boylarıyla tam olarak eşleşmemektedir. Dahası, Sentinel-2'nin geniş bant genişliği, belirli bir dalga boyunda yansımayı doğru bir şekilde elde etmeyi imkansız kılmaktadır. Bu nedenle, Sentinel-2'nin ARI indeksi hesaplaması için değer aralığı, Xiguang-1 05 uydusuna (Tianxianpei uydusu olarak da bilinir) göre daha kısadır; bu da ARI1 indeksine dayalı ürün farklılaştırma yeteneğinin Xiguang-1 05 uydusuna (Tianxianpei uydusu olarak da bilinir) göre daha düşük olduğunu göstermektedir.
Aynı basit eşikleme segmentasyon yöntemini kullanarak tarım arazisi ve ormanlık alanların çıkarılması sonuçlarına göre, Sentinel-2'nin çıkarma sonuçlarında yüksek oranda tuz-biber gürültüsü bulunmakta ve bu görüntünün batı bölgesinde daha fazla yanlış pozitif sonuç mevcuttur. Buna karşılık, Xiguang-1 05 uydusundan (Tianxianpei olarak da bilinir) elde edilen sonuçlar daha iyidir.
Geniş bantlı çok spektrumlu verilere kıyasla, hiperspektral veriler dar bantlı bitki örtüsü indekslerinin hesaplanmasında belirgin bir avantaja sahiptir.

