Parçalanmış 2B nesnelerin bilgisayar destekli yöntemlerle yeniden oluşturulması
Reconstruction of fragmented 2D objects with computer aided methods
Yazar: SEÇKİN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. VASIF NABIYEV
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar destekli yazılım = Computer aided software ; Bilgisayar yazılımları = Computer softwares ; Eğri uydurma algoritmaları = Curve fitting algorithms ; Sezgisel algoritmalar = Heuristic algorithms

Özet:
Bu çalışmada çok şekilli olarak parçalanmış 2B nesnelerin bilgisayar desteğiyle daha hızlı ve daha az hatayla yeniden oluşturulması amacıyla bir sistem tasarlanmıştır.  Önerilen sistemde parçalanmış nesneler ile ilgili referans görüntüler kullanılmıştır. Parçalanmış nesnelerin yeniden oluşturma süreci, oldukça zorlayıcı alt problemler içerdiğinden alt aşamalara ayrılarak irdelenmiş ve literatüre çeşitli katkılar yapılmıştır. İlk aşamada ele alınan problemlerle ilgili İnternet ortamında veri setleri bulunmadığından kapsamlı bir veri seti oluşturulmuştur. Parçaların referans görüntüler ile eşleştirilmesi aşamasında anahtar nokta tabanlı SIFT, SURF, BRISK ve AKAZE yöntemleri karşılaştırılmıştır. Önerilen Borda sayısına dayalı yaklaşım ile eşleştirme aşamasında AKAZE yönteminin kullanılmasına isabetli bir şekilde karar verilmiştir. Ayrıca anahtar nokta tabanlı yöntemlerin yetersiz kaldığı durumlar için Zernike momente dayalı blok tabanlı bir yöntem geliştirilmiştir. Parçaların hizalanma problemleri için minimum kapalı çevrim tabanlı alternatif bir yöntem geliştirilmiştir. Parçalara ait piksellerin belirlenmesi aşamasında önerilen CIELAB renk uzayı tabanlı yaklaşım ile tarayıcılardan kaynaklanan renk problemlerinin üstesinden gelinmiştir. Çoklu yeniden oluşturma işlemlerinde parçaların kenar ve renk bilgilerinin benzerliklerini dikkate alan yaklaşım ile global tutarlılık sağlanmıştır. Ayrıca nesnelere ait parçaları kendi içlerinde gruplandıran bir yöntem ilk kez önerilmiş ve gruplandırma işlemi ile problem çözümünün hızlandırılabileceği ortaya konmuştur. Önerilen yeniden oluşturma sisteminde yüksek başarı oranında sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, a system is designed to reconstruct multi-fragmented 2D objects with faster and less errors with the computer aided. In the proposed system, the reference images related to fragmented objects are used. Since the reconstruction process of fragmented objects contains quite challenging sub-problems, it is divided into sub-stages and various contributions are made to the literature. In the first stage, since there are no datasets on the internet, a comprehensive dataset is created. At the stage of matching the pieces with reference images, the keypoint based SIFT, SURF, BRISK and AKAZE methods are compared. Owing to the proposed Borda count based approach, AKAZE method is decided to use at the matching stage. Also, a block based method that used Zernike moments is developed for sub-problems where keypoint based methods are insufficient. An alternative method based on minimum convex hull is developed for the problem of alignment of pieces. At the determination of the pixels of the pieces, the CIELAB color space based approach is proposed to overcome the color problems arising from the scanners. Global consistency are achieved by approach that takes into account the edges and color information similarities of the pieces at the multiple reconstruction process. In addition, a method that grouped the pieces of the 2D objects within themselves is proposed for the first time and it is shown that the problem solving can be accelerated by grouping process.