Endüstriyel Fotog. (LTT) – (2013-14 BYY)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 1
Ders Planı ve İçeriği
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 2
Kaynak, Yazılım, Ölçme ve Değerlendirme
 Shan, J. and Toth, C. K., (2009); Topographic Laser Ranging and Scanning
Principles and Processing, CRC Press, Taylor & Francis Group, LLC, USA.
 http://home.iitk.ac.in/~blohani/
 www.google.com.tr (anahtar kelime: LiDAR, laser scanning)
 www.isprs.org
 MATLAB, ENVI, FugroViewer, Fusion, LASTools. vb. yazılımlar
Ders Değerlendirme
Değerlendirme Takvimi
Etkinlik
Sayı
Katkı Oranı
Ara Sınav
1
% 20
Kısa Sınav
-
-
Yarıyıl Sonu Sınavı
1
% 60
Ödev
2
% 20
16.04.2014
Açıklama
Tarih
...04.2014
-
...06.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Saat
Yeri
0800
D-407
-
0800
-
D-407
Oda 216
Sayfa 3
Lazer Tarama Teknolojisi: Tarihi süreç
İlk optik lazer 1960’da geliştirildi (Maiman, USA).
İlk hava lazer mesafe ölçeri 1960’da geliştirildi.
1970’lerde Kuzey Amerikada hidrografik ve batimetrik ilk uygulamalar
yapıldı.
1980’li yılların başında GPS, hava laser profilleri için kullanılmaya
başlandı (Univ. of Stuttgart, Prof. Ackerman).
90’lı yıllardan itibaren hava lazer tarayıcılar GPS ve INS ile birlikte
kullanılmaya başlandı.
1996 ISPRS kongresinde (Viyana) ilk defa bir firma ALS (Airborne
Laser Scanning)’i tanıttı.
1996-2000 döneminde ISPRS Çalışma Grubu ve OEEPE (EuroSDR)
Çalışma Grupları kuruldu.
2000’den ititbaren yoğun ve geliştirilmek suretiyle kullanılmaya
başlandı, özellikle 2006 sonrası waveform digitizing (ful dalga tarama)
metodu geliştirildi.
Genelde lazer tarama için LiDAR terimi kullanılır: Light Detection And
Ranging (LiDAR)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 4
Lazer Tarama Teknolojisi: Giriş
- Aktif sensör: çok yüksek enerjiye sahip lazer ışını gönderir ve
yansıyan enerjiyi kaydeder. Gece ve gündüz çalışma
yeteneğinin yanında, gölgelik alanlarıda ölçme yeteneğine
sahiptir.
- Hava LiDAR’ı; uçuş zamanı (Time of Flight (TOF)) veya
nadiren de olsa faz (continuous wave (CW) lasers), ve
ilaveten yoğunluk (intensity) ölçer. Bütün ticari ALS sistemleri
TOF’ı kullanılır. (CW ALS, called SCALARS (Univ. of
Stuttgart) ise sürekli dalga ölçer).
- Temel olarak, ölçüm kutupsal tekniğe göre yapılır; ışın yönü
ve obje ile lazer kaynağı arasındaki mesafe ölçülür.
- Çoğu LiDAR sistemi yakın kızıl ötesi ışınları kullanır (NIR).
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 5
Lazer Tarama Teknolojisi: Temel Bileşenler
- Lazer transmitter ve detektör/alıcı = mesafe ölçme
ünitesi (range measuring unit),
- Lazer ışını döndürme/sapma mekanizması (ayna
(mirror), poligon (polygon),
- GPS/INS (aralarındaki ofset ve yönelme açıları
bilinmeli (boresight calibration)). Genelde çift frekanslı ve
diferansiyel GPS kullanılır.
- Bilgisayar ünitesi (navigasyon, uçuş planlama,
depolama) ve hassas zaman ölçer.
- Çerçeve yada satır tarayıcılı film tabanlı kamera.
- Platformlar: uçak, helikopter ve IHA (UAV).
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 6
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 7
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler
GPS yer istasyonu ile uçak
arasında kesin bir uzaklık söz
konusu olmayıp, arazi
topografyası ve görülebilen
uydu sayısına göre bu uzaklık
10-50 km arasında
değişebilmektedir.
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 8
Platformlar
-Hava (Aerial)
Genelde uçak ve helikopter,
IHA (İnsansız Hava Aracı, UAV) veya balon.
-Yersel (Terrestrial)
- Uydu (Satellites)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 9
Bazı tanımlamalar
- Pulse repetition frequency (PRF) or pulse rate:
saniyede gönderilen atım sayısı
- Echoes (sometimes called pulses): gönderilen bir atım
için objeden yansıyan ve kaydedilen atım sayısı
- Minimum düşey obje ayırımı (Minimum vertical object
separation): 2 ayırt edilebilir eko arasındaki minimum
mesafe
- Tarama sıklığı (Scan rate): saniyede taranan pattern
sayısı (örnek: taranan satır)
- Görüş alanı (Field of View (FOV) or scan angle): uçuşa
dik yönde lazer ışını görüş alanı
- Lazer ışın açısı (Beam divergence): lazer ışınının ortaya
çıkardığı açı
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 10
ALS için diğer önemli parametreler
- Min. ve mak. uçuş yüksekliği: min. mesafe otoritelerce
tanımlanan uçuş yüksekliği ve insan sağlığı için önemli,
mak. mesafe ise lazer cihazının gücüne bağlıdır.
- Maksimum tarama genişliği (Maximum swath width):
uçuş yüksekliği ve FOV’e bağlıdır.
- Lazer ayak izi (Laser footprint (ground area
illuminated by laser beam)): lazer (beam) divergense ve
uçuş yüksekliğine bağlıdır. İdealde daire, ancak gerçekte
elips veya düzensiz bir pattern olabilir.
- Dalga boyu (Wavelength): belirli objeleri ölçmek için
önem arz etmektedir. Objeler farklı dalgalara değişik
şekilde tepki veririler.
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 11
ALS için diğer önemli parametreler
-Uçuş ve uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (Across
and along track point density (these 2 define also the
average point density)): bir çok parametreye bağlıdır;
tarama patterni yada tipi, PRF, tarama sıklığı, uçuş
yüksekliği, platform hızı, FOV vb. Bu parametreler iyi bir
uçuş planı içinde önemlidir.
- Eko sayısı; her bir yoğunluk değeri için kaydedilir.
- GPS/INS ölçüm frekansları ve doğrulukları (özellikle INS
için)
- Kullanılan ilave sensörler (dijital kamera, video, vb.)
- Ağırlık, boyutlar, enerji tüketimi, çevresel şartlar (sıcaklık,
hava durumu vb.)
- Mesafe çözünürlüğü ve doğruluğu
- Yazılım (uçuş planı, veri işleme ve transfer vb.)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 12
Lazer echo sayısı
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 13
ALS: Lazer ışını
Spektral Özellikleri
- Genellikle kullanılan lazer: Nd:YAG = neodymiumdoped yttrium aluminium garnet
-1064 nm dalga boyunda yayılım gösterir
- Diğer sistemler: örn. 810 nm (ScaLARS), 900 nm (FLIMAP), 1540 nm (TopoSys, Riegl)
- Lazer sistemler tek bir dalga boyunda ışın yayarlar,
ancak batimetrik lazerlar 1064 ve 532 nm dalga
boyunda ışın yayarak su yüzeyi ve su altını ölçerler.
- Yayılan ışının spektral genişliği oldukça dar olup,
Nd:YAG için 0.1-0.5 nm aralığındadır.
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 14
ALS: Lazer ışını
Lazer ışın özellikleri
- Çok yüksek enerjiye ve güce sahip olduğundan
yüksek uçuşlarda dahi alıcıya geri dönebilmektedir.
- Çok dar ışın: lazer çok küçük obje veya hedefleri
aydınlatıp ölçebilir, çünkü bu ışınla belirli bir alana çok
fazla enerji gönderilebilmektedir.
- TOF (Time of flight) için, 10 ns (10-9 sn) bant
genişliği altında bir dar dalga yüksek enerji ile
yayılabilmektedir (1 ns: 0.3 m). Atım ne kadar dar ve
kısa olursa mesafe doğruluğu o derece artmış olur.
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 15
Atım (pulse) lazer
=
P (W )
16.04.2014
E (J )
=
; Watt Joule / sn
t (sn )
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 16
Atım (pulse) lazer ölçme prensibi
R=
c
tL
2
R: nesne ile lazer ünite arasındaki mesafe,
c: ışık hızı (300.000 km/h)
tL: lazer seyahat süresi
∆R =
c
∆tL
2
ΔR: mesafe çözünürlüğü
ΔtL: ölçü aleti zaman çözünürlüğü
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 17
Atım (pulse) lazer (hedef) çözünürlük
R=
∆R =
∆Rtar
16.04.2014
c
tP
=
2
c
tL
2
c
∆tL
2
tP: lazer ışın boyu (pulse çözünürlüğü);
tP=10 ns ve ΔRtar=1.5 m olması durumunda obje yada hedef
1.5 m’den daha büyük olmalı. Günümüzde daha küçük boyutta
lazer ışınları kullanılmakta. 10 ps (10-12 sn) için hedef boyutu
1.5 mm olur.
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 18
Atım (pulse) lazer ölçme prensibi
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 19
CW (Continuous wave)lazer
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 20
CW (Continuous wave)lazer ölçme prensibi
tL
φ
=
T 2π
φ
tL nT +
T
=
2π
T: Lazer ışınından modüle edilmiş sin
dalga periyodu,
n: tam dalga sayısı
Φ: faz farkı (yayılan ve alınan dalga)
f: frekans
c T
R=
φ
2 2π
1 c
R=
φ
4π f
λ
c
λ =
φ
=
; R
f
4π
Mesafe çözünürlüğü;
Runamb =
16.04.2014
λ
∆R =
λ
∆φ
4π
2
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 21
CW (Continuous wave)lazer ölçme prensibi
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 22
CW (Continuous wave)lazer ölçme prensibi
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 23
Tarama mekanizması & yer patterni
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 24
Tarama mekanizması & yer patterni
- Çoğu sistemler eşit açı artırımlı oscillating mirrors
kullanır.
- Tarama bölgesi kenarlarında bu yöntemde doğruluk
kısmen kötüleşir.
- Nokta yoğunluğu homojen değildir. Bazı detaylarda
fazla bazı detaylarda ise az olabilmektedir.
- Araziyi kaplama noktasında bazı boşluklar olabilir.
Özellikle bindirme bölgelerinde.
- Palmer taramada kenar bölgelerde nokta yoğunluğu
fazla olmaktadır. Bu durum bindirmeli bölgelerin
oluşmasına pozitif katkıda bulunur. Yani kolonların
bindirilmesi ve bağlanmasını kolaylaştırır.
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 25
Örnek: Poligon aynalama (mirror)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 26
Fiber switch (TopoSys, Falcon) detay
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 27
Örnek: Fiber tarama
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 28
Lazer ışın divergensi (beam divergence)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 29
Lazer ışın gücü (power balance)
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 30
Obje yansıtması
Materyal ve Yansıtma Yüzdesi (%) (lazer=900 nm)
Çam ağacı, temiz ve kuru
Kar
Limontaşı kil
Yapraksız ağaç
İğne yapraklı ağaç
Karbonat kum (kuru)
Karbonat kum (ıslak)
Plaj kumu, çöl
Beton
Asfalt
Lav
Siyah lastik duvar
16.04.2014
94
80-90
-75
60
30
57
41
50
24
17
8
2
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 31
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 32
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 33
16.04.2014
Endüstriyel Fotogrametri (LTT)- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 34

Download Report