Robotik sistemlerde görüntü işleme tabanlı nesne tanıma için akıllı ortam aydınlatması
Özet
Görüntü işleme tabanlı uygulamalarda ortam aydınlatması, nesnelerin doğru tespit edilmesi ve enerji kullanımı açısından önemli bir husustur. Klasik yöntemlerde ortam aydınlatması ışık kaynağı sürekli açık tutularak, ihtiyaca göre elle açılıp kapatılarak, zamanlayıcı kullanarak veya çeşitli sensörler yardımıyla aydınlık düzeyi ölçülerek otomatik olarak yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, robotik elleçleme uygulamalarına yönelik nesne tespiti ve pozisyon belirlenmesi amacıyla görüntü işlemeye dayalı referans-renk-tabanlı akıllı ortam aydınlatması yapan bir gömülü sistem tasarımı yapılmış ve performansı incelenmiştir. Sistemde asgari aydınlık düzeyinin elde edilmesi için harici bir sensöre ihtiyaç duyulmadan pozisyonları daha önceden belirlenmiş kırmızı, yeşil, mavi ve sarı renkli nesneler referans alınarak aydınlatma sisteminin gücü ayarlanmaktadır. Tasarlanan sistemde görüntü işleme, aydınlatma ve 3-eksen elleçleme işlemleri için Raspberry Pi 4B mini bilgisayar ve GRBL yazılım yüklü Arduino CNC shield kartı kullanılmıştır. Görüntü alma işlemi Raspberry Pi kamera modülü üzerinden, nesnelerin elleçlenmesi ise bir elektromıknatıs ile yapılmıştır. Aydınlatma için PWM sinyali ile sürülen 12V DC beyaz şerit LED lamba kullanılmış ve aydınlık düzeyi oransal olarak kontrol edilerek akıllı ortam aydınlatması yapılmıştır. Sistem arayüz yazılımı Python dilinde kodlanmıştır ve görüntü işleme ile nesne tanıma ve pozisyon belirlenme için OpenCV kütüphanesi kullanılmıştır. Tasarlanan sistemin performansının incelenmesine yönelik deneysel çalışmalar kapsamında beyaz ışık ile aydınlatma yapılmış, platform zemini için yansıma yapmayan beyaz mat renkli plastik fon kullanılmış ve platform üzeri siyah örtü ile örtülmüştür. Renk tabanlı görüntü işleme ile nesne tespitinde Kırmızı, Yeşil, Mavi ve Sarı olmak üzere farklı renklere sahip referans nesneler kullanılarak gerekli olan minimum platform aydınlık düzeyi değerleri araştırılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlara göre; tespit işleminde renk seçimin önemli olduğu anlaşılmış ve bu renkler içerisinde en az aydınlık düzeyine ihtiyaç duyulan rengin sarı olduğu tespit edilmiştir. Sarı rengi ise sırasıyla, yeşil, kırmızı ve mavi renklerin takip ettiği görülmüştür. Tasarlanan sistemde yaklaşık 50 lx aydınlık düzeyinde renk tabanlı nesne tespitinin başarılı bir şekilde yapılabileceği ve çevresel aydınlatma durumuna bağlı olarak yaklaşık 0-225 mW arasında değişen bir güce ihtiyaç duyulduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak; akıllı ortam aydınlatması yapan gömülü sistemin çevresel koşullara bağlı olarak değişen enerji tasarrufu ile asgari aydınlık düzeyini sağladığı görülmüştür.
