İnsansız Hava Araçları İçin Görüntü İşleme Tabanlı Otonom İniş

Öz

Günümüzde teknolojik anlamda herkes güvenli ölçümlerin hayatımızdaki etkisine oldukça aşinadır. Yani bu bağlamda araştırmacılar tarafından güvenli ölçüm çalışmaları için birçok çalışma yapıldı ve bunlardan biri İnsansız Hava Aracı. İnsansız Hava Aracının iyi bilinen bir kullanımı, belki de, bu cihazı sadece insansız hareketi için değil, aynı zamanda keyfi alanlar üzerinde uçuş sırasında benzersiz manevra için son derece pratik kılan güvenlik ve bakım ölçümlerindeki kabiliyetidir. Bu araştırmada İnsansız Hava Aracının otomatik inişi ele alınmıştır. İnsansız Hava Araçlarının (İHA) günümüzde gözetleme, keşif, askeri amaçlar, taşımacılık, zirai ilaçlama, kamera çekimi, yangın söndürme gibi birçok alanda kullanımı hızla artmıştır. İHA sistemlerinde kalkış, seyir, güdüm ve iniş kontrolü en önemli olaylardır. İHA’nın seyir halinde havadaki dengesi, çevre güvenliği ve uçuş stabilitesi açısından önem arz etmektedir. İHA’nın kalkış ve iniş manevraları güvenlik ve kararlılık açısından oldukça önemlidir. Bu çalışmada, havadaki bir İHA’nın görüntü işleme metodları kullanılarak zemin üzerindeki renkli bir alana otonom olarak inmesi sağlanmıştır. Alan üzerine dairesel biçimde bir cisim konulmuştur. Bunun için renkli dairesel cismin kamera ile koordinatları ölçülerek bu koordinatlara göre iniş yörüngesi belirlenmiştir. Kamera ile çekilen görüntü 512 piksele ayrılmıştır. Çekilen görüntünün tam orta noktası 256x256 pikseller olarak ayarlanmıştır. Kameradan gelen anlık geri kazançlar ile İHA kendi konumunu sürekli kontrol ederek sabit kalmaya çalışmıştır. Bu sayede otonom iniş için gerekli olan anlık kontrol edilen değerler kamera görüntüsü kullanılarak değerlendirilmiştir. Ayrıca çalışmada İHA için eşdeğer lineer bir transfer fonksiyonu elde edilmiştir. İHA’nın giriş sinyallerinin ve çıkış sinyallerinin değerleri incelenerek System identification ile uygun bir transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Bu transfer fonksiyonu denetleyici tasarımında kullanılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Otonom Uçuş
• Görüntü İşleme
• Sistem Tanılama

Image Processing Based Autonomous Landing for Unmanned Aerial Vehicles

Abstract

Technologically, everyone today is very familiar with the impact of safe measurements on our lives. In this context, many studies have been done by researchers for safe measurement studies, and one of them is Unmanned Aerial Vehicle. A well-known use of the Unmanned Aerial Vehicle is perhaps its ability in safety and maintenance measurements, which makes this device extremely practical not only for unmanned movement but also for unparalleled maneuvering during flight over arbitrary areas. In this research, the automatic landing of the Unmanned Aerial Vehicle is discussed. The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in many areas such as surveillance, reconnaissance, military purposes, transportation, agricultural spraying, camera shooting and fire fighting has increased rapidly. Take-off, navigation, guidance and landing control are the most important events in UAV systems. The balance of the UAV in the air while traveling is important in terms of environmental safety and flight stability. The take-off and landing maneuvers of the UAV are very important in terms of safety and stability. In this study, an airborne UAV was enabled to land autonomously on a colored area on the ground using image processing methods. An object is placed in a circular shape on the field. For this, the coordinates of the colored circular object were measured with the camera and the landing trajectory was determined according to these coordinates. The image taken with the camera is divided into 512 pixels. The exact midpoint of the captured image is set to 256x256 pixels. With the instant gains from the camera, the UAV tried to stay stable by constantly checking its position. In this way, the instantly controlled values required for autonomous landing were evaluated using the camera image. In addition, an equivalent linear transfer function was obtained for the UAV. and output signals of the UAV, a suitable transfer function has been obtained with System identification. This transfer function is used in controller design.

Keywords

• Autonomous Flight
• System Identification
• Image Processing

Kaynakça

1. T. Hamel, R. Mahony, R. Lozano & J. Ostrowski. (2002). “Dynamic Modelling and Configuration Stbilization for an X4-Flyer”, 15th IFAC Triennial World Congress, Barcelona, Spain
2. S. Bouabdallah, A. Noth & R. Siegwart. (2004). “PID vs LQ Control Techniques Applied to an Indoor Micro Quadrotor”, Proc. of 2004 IEEE/RSJ Int. Conf. on. Intelligent Robots and Systems, Japan.
3. K.Bilge Arıkan & A. Güçlü. (2012) " Attıtude And Altıtude Control Of An Outdoor Quadrotor "
4. Alvika Gautam, P.B. Sujit & Srikanth Saripalli. (2014) “A Survey of Autonomous Landing Techniques for UAVs”, International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) May 27-30, Orlando, FL, USA
5. Ağın O. & Malaslı Z. (2016). Görüntü işleme tekniklerinin sürdürülebilir tarımdaki yeri ve önemi: Literatür çalışması. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 12 (3), 199-206.
6. Şin B., Kadıoğlu İ. & Sarı T. (2019). Detectıon and ıdentıfıcatıon of weed by ımage processıng techniques. BIALIC, 7-8 Novamber, s. 40, Lviv Ukraine.
7. Ahmet Demiryürek (2018). Bir Dört Pervanelinin Modellenmesi ve Denetimi, Hacettepe Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi
8. P. Pounds, R. Mahony & P. Corke. (2010). “Modelling and control of a large quadrotor robot,” Control Eng. Pract., vol. 18, no. 7, pp. 691–699.

9. Bahram Lavi & Sahand Pourhassan Shamchi. (2014). “Auto Landing Process For Autonomous Flying Robot By Using Image Processing Based On Edge Detection”, Conference: International Conference on Foundations of Computer Science & Technology