Stereo görme ile hareketli görüntülerde engellerin uzaklık ve boyutlarının gerçek zamanlı bulunması

Abstract

Engel tesbiti ve engel aşma konularındaki çalışmalar, başta askeri uygulamalar olmak üzere, sınır muhafaza, itfaiye, polis ve sivil savunma konularında faaliyet gösteren robot uygulamalarının, insan yaşamına elverişli olmayan ortamlarda (radyasyonlu ortam, su altı, uzay, vb.) uzaktan kontrollü olarak çalışan operasyonel uygulamaların, şüpheli şahısların teşhisi, trafik kontrolü ve düzenlenmesi, insansız gözetim, insansız araç navigasyonu, depo yönetimi gibi sistemlerin en önemli araştırma alanlarından biridir.Bu projede, iki kamera ile alınan hareketli görüntüleri değerlendirerek, otonom araçlara ya da mobil robotlara engel tanıma ve engel aşma özelliklerini kazandırmayı hedefleyen gerçek zamanlı bir sistem geliştirilmiştir.Geliştirilen sistem iki temel aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama sistemin gerçek zamanlı adımları uygulanmadan önce ihtiyaç duyulan kamera kalibrasyonu adımlarından oluşur. Kamera kalibrasyonu sonucu iki kameranın iç ve dış parametreleri elde edilir. Eğer görüntü alımı yapacak kameralar paralel olacak ve optik eksenlerde dönme olmayacak şekilde konumlandırılmışsa, kamera kalibrasyonu aşaması uygulanmadan doğrudan ikinci aşamaya geçilir. İkinci aşama sistemin gerçek zamanlı adımlarından oluşur. Bu aşamada öncelikle iki adet 90 derece görme açısına sahip, renkli video kamera ile eş zamanlı olarak görüntü alımı yapılır. Alınan görüntüler, önceden kamera kalibasyonu yapılmışssa, kalibrasyon parametreleri kullanılarak düzeltilir. Böylece görüntülerdeki eş piksellerin aynı y koordinatlarında olması sağlanır. Bu adım, kameraların paralel olmaması durumunda uygulanır. Eğer görüntü alımı, paralel olarak konumlandırılmış kameralardan yapılmışsa elde edilen görüntülerin düzgün olduğu kabul edilir ve stereo eşleme adımına geçilir. Stereo eşleme adımında, sağ ve sol kameradan elde edilmiş eş zamanlı görüntülerin, Birchfield dinamik programlama yöntemi ile işlenmesi sonucu stereo uzaklık haritası elde edilir. Ardından stereo uzaklık haritası üzerinden arka arkaya gelen ve aynı fark değerine sahip olan aralıkların bulunmasıyla engeller tespit edilir. Son olarak engel olarak tespit edilen bölgedeki fark değeri ile kameraların geometrik yerleşiminden yararlanılarak engelin kameralara olan uzaklığı ve gerçek dünyadaki boyutları bulunur.Platformun durağan değil hareketli olması, hareketi esnasında sistemin çalışacağı ortamın sürekli değişmesi, dolayısıyla ortamdaki engellerin daha önceden belirlenmiş sabit nesneler olmaması, stereo görme özelliği kullanılarak görüntünün üç boyutlu değerlendirilmesi ve tüm bu işlemlerin gerçek zamanlı yapılması geliştirilen sistemde göz önünde bulundurulan karmaşıklık düzeyi yüksek problemlerdir.Geliştirilen sistem, üç farklı gerçek zamanlı uygulama ile test edilmiştir. İlk uygulamada kameraların monte edildiği platform sabit, ortamdaki nesneler hareketlidir. İkinci uygulamada kameraların monte edildiği platform hareketli, ortamdaki nesneler sabittir. Üçüncü ve son uygulamada ise hem kamera platformu hem de ortamdaki nesneler hareketlidir. Doğru ve güvenilir stereo uzaklık haritası elde etmenin, tüm uygulamalardaki engel tespiti ve engellerin kameraya olan uzaklığının bulunması aşamalarının başarıyla sonuçlanmasını sağlayan en önemli faktör olduğu görülmüştür. Düzgün bir stereo uzaklık haritası elde edilmesi durumunda, engelin kameraya olan uzaklığı ve boyutları, +10 cm, -10 cm hatayla doğru hesaplanmıştır. Aynı zamanda gerçekleştirilen sistemin gerçek zamanlı bir uygulamanın en büyük gereksinimlerinden biri olan hız konusunda yeterli olduğu görülmüştür. Yapılan testler sonucunda, tüm sistemin başarısını etkileyen başlıca faktörler, ortamın ışık şiddeti, kameraların ışıklandırılma seviyeleri, arka plan deseni, ortamdaki nesnelerin hareket hızı ve ortamdaki nesnelerin kameraya olan mesafesi olarak belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Stereo, Engel Tesbiti, Engel Aşma, Kameraya Olan Uzaklık