gerçek zamanlı gömülü hedef takibi yapabilen soğutmasız kızıl ötesi ...

More documents

Recommendations

Info

$Page 1 %XODQÕN 6 ]JHo LOH *|U QW 6WDELOL]DV\RQX M ...$

2. KAMERA DONANIMI Kızıl ötesi kameranın donanımsal mimarisi dört ayrı kartın birleşiminden oluşmaktadır. Bu kartlar Algılayıcı kartı, APKD kartı, DSP kartı ve Arayüz kartıdır. Algılayıcı kartı, kızıl ötesi algılayıcı ile algılayıcının çıkış verilerini üretebilmesini sağlayan çevresel birimlerden oluşmaktadır. Algılayıcı kartında üretilen çıkış verileri APKD kartına aktarılmaktadır. Kameranın kontrol merkezi APKD kartıdır. Kartın üzerinde bulunan APKD algılayıcı kartından gelen çıkış verilerini gerekli birimlere iletmekle yükümlüdür. APKD kartının bir diğer görevi üzerinde bulunan Ethernet birimi sayesinde algılayıcıdan gelen ham veriyi ya da DSP tarafından işlenmiş veriyi dış dünyaya aktarmaktır. DSP kartının birincil görevi APKD kartından gelen ham veriyi işlemek, işlenmiş veriyi APKD kartına geri aktarmaktır. DSP kartı aynı zamanda kameranın güç kartıdır. Kamera üzerinde bulunan elemanların çalışmasını sağlayan gerilim değerleri DSP kartı üzerinde bulunan regülatörler ile üretilir. Arayüz kartı, kameranın dış dünya ile haberleşmesini sağlayan karttır. Kameranın giriş gerilimi, tetikleme sinyali giriş ve çıkış uçları ile Ethernet konektörü, ara yüz kartının üzerinde bulunmaktadır. Kızılötesi kameranın içindeki kartların yerleşimi Şekil 2’de gösterilmiştir. Şekil 2: Kızılötesi kamerada bulunan elektronik kartların yerleşimi 2.1. Algılayıcı Kartı Algılayıcı kartı üzerinde ULIS firmasının UL 04 27 2 model kızılötesi algılayıcısı kullanılmıştır. Algılayıcı uzun dalga boyu aralığında çalışmakta olup, 640×480 piksel çözünürlüğe sahiptir. Algılayıcı 7 bitlik sayısal çıkış ucuna sahiptir, ancak kullanılan algılayıcı sürümünde, algılayıcı yalnızca analog çıkış verisi üretmektedir. Bu nedenle, algılayıcı kartının üzerinde analog çıkış verisini sayısal veriye dönüştürme işlemini yapan Texas Instruments firmasının ADS5421 kodlu analog-sayısal dönüştürücü (ASD) yongası kullanılmıştır. ASD, APKD kartı tarafından kontrol edilmektedir. Algılayıcı kartının üzerinde, algılayıcı için gerekli farklı voltaj değerlerini üreten Maxim firmasının MAX5590 kodlu sayısal-analog dönüştürücü (SAD) yongası kullanılmıştır. SAD, APKD kartı tarafından kontrol edilmektedir. Algılayıcı kartı öbek gösterimi Şekil 3’de görülmektedir. 2.2. APKD Kartı APKD kartının ana elemanı Xilinx firmasının Spartan6- LX25T kodlu APKD yongasıdır. Kamera üzerinde bulunan tüm aktif elemanların denetimi APKD tarafından yapılmaktadır. Kullanılan APKD'nin belleği kalıcı olmadığı için üretilen programlama dosyası APKD kartı üzerinde bulunan flash tipi hafıza birimine yazılır. Bu amaçla, kart üzerine Xilinx firmasının XCF32P kodlu bellek yongası konulmuştur. Ham olarak algılayıcı kartından veya DSP kartından işlenmiş olarak gelen veri dış dünyaya Ethernet aracılığı ile aktarılır. Bu nedenle kartın üzerinde National Semiconductor firmasının DP83865 kodlu Gigabit Ethernet PHY yongası kullanılmıştır. Şekil 3: Algılayıcı kartı öbek gösterimi 2.3. DSP Kartı DSP kartı üzerinde Analog Devices firmasının ADSP- BF561 numaralı DSP işlemcisi bulunmaktadır. DSP işlemcisi, APKD kartından gelen ham görüntü verisini işleyerek video çerçevesi üzerinde hedef tespit ve takip işlemlerini yapmaktadır. Bu işlemleri yaparken iki adet SDRAM, ve bir adet flash tipi hafıza birimi kullanılmaktadır. Kart üzerinde ayrıca, sayısala dönüştürülmüş veriyi analog olarak dış dünyaya aktarma işlevini yürüten Philips firmasının SAA7126H numaralı PAL/NTSC video dönüştürücü yongası kullanılmıştır. 2.3.1. APKD ile DSP arasındaki veri akışı APKD algılayıcıdan aldığı ham görüntü verisini DSP’ye aktarır. BF561 DSP işlemcisi iki çekirdeğe sahiptir ve bu iki çekirdek birbirinden bağımsız çalışabilmektedir. BF561 kodlu DSP yongası bu özelliği nedeniyle tercih edilmiştir. Aynı zamanda, DSP doğrudan bellek erişimi DBE birimine de sahiptir. DSP’nin gerçek zamanlı veri transferi gerçekleştirebilmesi için APKD ile arasında paralel çevresel arayüzü (Parallel Peripheral Interface-PPI) kullanılmıştır. Kamerada bulunan kartların birleştirilmiş hali Şekil 4 ve Şekil 5’te gösterilmiştir. Şekil 4: Kızıl ötesi kamera donanımı görüntüsü-1
Şekil 5: Kızıl ötesi kamera donanımı görüntüsü-2 En öndeki kart Algılayıcı kartıdır. Algılayıcı, kartın önünde bulunan konektörlere takılmıştır. Üst ve altta bulunan kartlar DSP ve APKD kartlarıdır. Arkada bulunan kart, Arayüz kartıdır. Dış kasası ile birlikte tamamlanmış kameranın görüntüsü Şekil 6'da gösterilmiştir. Şekil 6: Kamera Dış Görünümü Kızıl ötesi kamerada ham ya da işlenmiş veriler Gigabit Ethernet birimi aracılığıyla bilgisayara aktarılır. Verileri görüntülemek için bilgisayarda bir arayüz programı koşmaktadır. Şekil 7'de ara yüz programından alınmış bir görüntü görülmektedir. Şekil 7: Tasarlanan kızıl ötesi kameradan ara yüz programı kullanılarak elde edilmiş ham görüntü 3. YAZILIM Gerekli kontrol algoritmaları APKD üzerinde Verilog HDL donanım tanımlama dili kullanılarak yapılmıştır. APKD, algılayıcının analog veriyi ASD'ye aktarması, ASD'nin bu veriyi APKD karta aktarması, APKD kartının sayısal veriyi gerekli birimlere aktarması kontrollerini yapmaktadır. Ayrıca, SAD, ASD, PAL entegrelerinin çalışmasını sağlayan gerekli sinyalleşmeleri APKD yapmaktadır. Sayısal ya da analog verinin dış ortama aktarılma işleminde gerekli kontrolleri yine APKD yapmaktadır. Kamera üzerinde bulunan DSP işlemcisi üzerinde gömülü görüntü işleme yazılımları koşar. Bu yazılımlar hedef tespit ve takip uygulamalarını gerçekleştirmektedir. 3.1. Hedef Tespiti Hedef tespit için iki yöntem kullanılmıştır. Çerçeve eşik yönteminde hedef nesnenin yaydığı ısı ortamda bulunan nesnelerin ısı ortalamalarından yüksektir. Bu durum genlikle ilişkilendirildiğinde hedef piksellerin genliği arka plan genliğinden yüksek çıkmaktadır. Dolayısıyla, hedef tespit için bu yöntem uygun bir yöntemdir. Bir diğer yöntem ise çerçeve farkı yöntemidir. Çerçeve farkı yönteminde ardışık görüntü çerçeveleri arasındaki fark hesaplanmaktadır. Bu durumda, hedefin bulunduğu çerçevenin genliği arka plan genlik değerlerinden yüksek çıkmaktadır. 3.2. Hedef Takibi Hedef tespit edildikten sonra hedef takip uygulamasına geçilmektedir. Hedef takip uygulamasında kullanılan en uygun yöntem Kalman Filtreleme (KF) yöntemidir. Bu çalışmada sabit hızlı Kalman Filtesi yöntemi kullanılmıştır. Hedefin yeni pozisyonuna bir önceki koordinat ve ölçüm değerleri kullanılarak karar verilir. Hedefin hızı sabit kabul edildiği için, hafıza kullanımı diğer yöntemlerden daha düşüktür. 4. TEST SONUÇLARI Hedef tespit/takip gömülü yazılımları Blackfin BF561 DSP işlemcisi üzerinde koştuğu için, işlemcinin çift çekirdek ve DMA özelliklerinden dolayı, saniyede 50 çerçeve işlem hızına ulaşılmıştır. Hedef tespit/takip sistemlerini test etmek amacıyla iki farklı görüntü seti kullanılmıştır. İlk set, yapay olarak yarı ve tam karanlık odalarda, düşük yoğunluklu ışık olan bir ortamda çekilmiş videodan elde edilen kızılötesi görüntüdür. İkinci test seti, tasarlanan kızılötesi kamera kullanılarak çekilmiş gerçek kızılötesi görüntüsüdür. Örnek çerçeveler Şekil 8’de gösterilmiştir. (a) (b) (c) Şekil 8: Test gruplarından örnek imgeler; (a) Yarı karanlık oda, (b) Tam karanlık oda , (c) Tasarlanan kızılötesi kamera İlk olarak yapay olarak üretilmiş imge verileri kullanılarak eşikleme yapılmıştır. Şekil 9’da hedef tespit sonuçları gösterilmiştir.
Page 1: GERÇEK ZAMANLI GÖMÜLÜ HEDEF TAK

gerçek zamanlı gömülü hedef takibi yapabilen soğutmasız kızıl ötesi ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?