Dairesel mesafe ölçme sistemleri kullanılarak sensör geliştirilmesi
Development of sensor using circular distance measurement system
Yazar: CİHAD SÜRMELİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EBUBEKİR KOÇ
Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada ToF (Time-of-Flight – Uçuş Süresi) yöntemiyle alan taraması yapan LiDAR cihazları ve biyomedikal alanda kullanımları üzerine durulmuş, yapılan çalışma sonucunda 360° alan taraması yapabilen tek boyutlu LiDAR cihazı geliştirilmiştir. Geliştirilen cihazın çeşitli testleri yapılarak sonuçlar rapor halinde sunulmuştur. 
Uçuş süresi hedef bir cismin uzaklığının ölçüldüğü bir yöntemidir. Cihazdan çıkan ışıkların hedef cisimden yansıyarak geri gelmesine kadar geçen sürenin hesaplanması esasına dayanmaktadır. Işığın havadaki hızı bilindiği için ölçülen süre üzerinden mesafe verisi elde edilebilmektedir. 
LiDAR sensörleri endüstride, otomotiv sektöründe, son kullanıcı cihazlarında ve biyomedikal gibi hayatın her alanında kendine yer bulmaya başlamıştır. Özellikle otonom araç ve robotlarda kullanımı yaygınlaşan bu cihazlar telefonlarda dahi kullanılmaktadır. Medikal alanda ise beden hacmi hesabı, tıbbi görüntüleme cihazlarında odaklama amaçlı olarak kullanılmaktadır. Yakın zaman araştırmalarında ise radarlı ve LiDAR bulunan hibrit ürünlerde kanserli doku ve tümör tespiti, damar yollarının bulunması, hasta güvenliği ve düşme tespiti gibi uygulamalarda denemeleri yapılmaktadır.
Bu çalışmada LiDAR cihazlarda uçuş süresi prensibinin incelenmesi, LiDAR cihaz türleri ve içyapısı üzerine durulmaktadır. LiDAR cihazlar için algılayıcı sensörler, lazer ışık kaynakları ve ToF sürücüler incelenmiş gerekli parametreler ışığında LiDAR sensör seçimi yapılmıştır. Karar verilen LiDAR sensör ile 360° alan taraması yapabilen bir cihaz projesi geliştirilip ürün haline getirilmiştir.
Proje sonucu tasarlanan LiDAR cihazı ilk olarak boş bir karton kutu içerisine yerleştirilerek tarama işlemi yapılmıştır. Ardından kutu içerisine ayrı ayrı 3 cisim daha yerleştirilerek tarama sonuçları elde edilmiş karşılaştırılması yapılmıştır.
Çalışma sonucu elde edilen veriler ışığında ilk aşamada daha hızlı tarama yapılabilecek sensörler bulunarak alan içerisindeki cisimlerin daha hızlı tespitinin yapılması amaçlanmaktadır. Otonom olarak hareket edebilen robotlarda rahatlıkla kullanılabilecek bir ürün geliştirilmesi başlıca amaçlarımız arasında yer almaktadır. Ayrıca optik ve mercek konusunda uzman çeşitli kurum veya kuruluşlarla iletişime geçilip daha uzak mesafeler için çalışmalarımız sürecektir. 

Anahtar Kelimeler; Time-of-Flight, LiDAR, Medikal Alanda LiDAR, 3D LiDAR Kamera, LiDAR Türleri

Abstract:
In this thesis, LiDAR devices that perform field scanning with the ToF (Time-of-Flight) method were examined and their use in the biomedical sector was investigated. As a result of the study, a one-dimensional LiDAR device capable of 360° field scanning was developed. Various tests of the developed device were performed, and the results were presented in a report.
Time-of-flight is a method of measuring distance using various signals. The time taken for the transmitted light to reach the target and reflect, and return is calculated. Since the speed of the light in the air is known, distance data can be obtained over the measured time.
LiDAR sensors have started to find a place for themselves in industry, automotive sector, end-user devices and in all areas of life such as biomedicine. These devices, which have become widespread especially in autonomous vehicles and robots, are also used in phones. In the medical sector, it is used for body volume calculation and for focusing purposes on medical imaging devices. In recent research, hybrid products with radar and LiDAR have been tested in applications such as cancerous tissue and tumor detection, vascular access, patient safety and fall detection.
In this thesis, the time-of-flight principle in LiDAR devices, LiDAR device types and their internal structure are examined. Detection sensors, laser light sources and ToF drivers for LiDAR devices were examined and LiDAR sensor selection was made in the light of the necessary parameters. A device project that can scan 360° area with the specified LiDAR sensor has been developed and turned into a product.
The LiDAR device designed as a result of the project was first placed in an empty cardboard box and scanned. Then, 3 more objects were placed in the box separately, and the scanning results were obtained and compared.
Based on the data obtained, sensors that can scan faster will be investigated in the first stage. In this way, objects in the area will be detected faster. Developing a product that can be used easily in autonomously moving robots is among our main goals. In addition, various institutions or organizations specialized in optics and lenses will be contacted and we will continue to extend the work to cover longer distances.

Keywords: Time-of-Flight, LiDAR, LiDAR in medical, 3D LiDAR Camera, Lidar Types