Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Kübra PEHLİVAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hasan Erdal
Eş Danışman: Barış Doğan
Özet:
Otonom uçuş
yapabilen İnsansız Hava Araçları (İHA) ile ilgili askeri ve sivil alanda
birçok çalışma yürütülmektedir. İHA’ların kullanımı yaygınlaştıkça su üstünde,
karada açık alanlarda ve kapalı mekanlarda belirli bir hedefe otonom olarak
iniş yapma (hassas iniş) gereksinimi de ortaya çıkmıştır. Günümüzdeki
uygulamalarda hassas iniş problemini çözme yaklaşımları; Global Navigasyon
Uydu Sistemi (GNSS), Atalatsel Navigasyon Sistemi (INS) veya Gerçek Zamanlı
Kinematik (RTK) vb. teknolojilere dayanır. Bu teknolojilerin çoğunun yüksek
maliyetli olmasının yanı sıra, INS ve GNSS sistemlerinde hedef üzerine inişte
sapma miktarı büyük olabilmektedir. Bilgisayarlı görü ve sinyal işleme tabanlı
teknolojilerin gelişmesiyle birlikte, İHA’ ların kontrol ve iniş
uygulamalarında görüntü verilerini temel alan ölçüm sistemlerinin kullanımı
yaygınlaşmaktadır.
Bu tez çalışmasında dikey iniş/kalkış yapabilen
döner kanat İHA’lar için optik tabanlı otonom hassas iniş sistemi
geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu doğrultuda açık kaynak kodlu uçuş kontrol
kartı (FCU) bulunan ve dört adet döner kanata sahip İHA’nın (Quadrotor)
üretilmesi, farklı ışık ortamlarında farklı dalga boylarındaki ışığın
algılanma çalışmaları yürütülmesi, kamera ile görüntü işleme algoritmaları
kullanımı ve konum/hız tabanlı PID konum kontrolü üzerine çalışmalar yapılması
hedeflenmektedir.
Hassas iniş için yapılan birçok benzer çalışmada,
gün ışığı bandında yer alan Kırmızı-Yeşil-Mavi (RGB) veya gri tonlu renk uzayı
tabanlı yöntemler kullanılmaktadır. RGB renk uzayı tabanlı uygulamalarda hedef
konum yüzeyinde bulunan renklerin veya şekil örüntülerinin tanınması
yöntemleriyle hedef iniş konumu belirlenir. Gri tonlu renk uzayı tabanlı
uygulamalarda ise programlama dilleri için hazır kütüphaneleri bulunan ARUCO,
AprilTag vb. işaretçiler (marker) hedef iniş konumunu belirlemede kullanılır.
Bunlar gibi gün ışığı bandında çalışan uygulamalarda, günün farklı saatlerinde
zemine etkiyen ışık şiddetinin değişmesi sonucu renk değerlerinin değişmesi,
hedefin ayırt edilememesi ve görülmemesi gibi problemlerle karşılaşılmaktadır.
Bu çalışmada ise, gün ışığı bandı tabanlı
uygulamalarda karşılaşılan problemlerin önüne geçebilmek üzere, kızıl ötesi
(IR) bantta çalışan ve aktif ışık kaynağı bulunan işaretçi (Beacon) tasarımı
yapılacaktır. Tasarlanan aktif işaretçiyi algılamak üzere, sadece IR bantta
çalışabilen kamera kullanılarak görüntü işleme algoritmaları
geliştirilecektir. Günümüzde popüler olarak kullanılan mini-bilgisayar
platformlarından biri üzerinde Python dili ile geliştirilecek uygulama ile
görüntü işleme tabanlı hassas iniş sistemi üretilecektir. Mini-bilgisayar, IR
kamera, IR işaretçi ve kontrol uygulamasından oluşacak hassas iniş sistemi
birçok döner kanatlı İHA için ticarileşebilir olacaktır. Bu yönüyle çalışma
ekonomik katkı sağlayabilecek TÜBİTAK 1512 proje başvurusuna da
dönüşebilecektir.
IR işaretçinin örüntü modeli üzerinde yapılacak
tasarım çalışmalarıyla işaretçinin her tür ışık şartında algılanma mesafesinin
arttırılması sağlanacaktır. Kontrol uygulamasında geliştirilecek algoritma ile
de İHA’nın hedef konuma iniş hassasiyeti mevcut uygulamalara göre daha iyi bir
seviyeye ulaştırılacaktır. Bu doğrultuda yapılacak tüm çalışmalar, bu tez
önerisinin özgün yönünü oluşturacaktır.