Distance detection method based on pixel registration with image processing
Görüntü işleme ile piksel çakıştırmaya dayalı mesafe tespit yöntemi
Yazar: HAYDAR YANIK
Danışman: YRD. DOÇ. BÜLENT TURAN
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Mesafe ölçme = Distance measurement ; Sayısal görüntü = Digital image ; Sayısal görüntü analizi = Digital image analysis ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing ; Sayısal görüntüleme teknikleri = Digital imaging techniques ; Video görüntüsü = Video image

Özet:
Günümüzde görüntü sensörleri (kameralar), görüntü analizi (sınıflandırma, bölütleme vb.) ve 
sentezi (nesne tespit, takip, mesafe tespiti vb.) için yaygın olarak kullanılmaktadır. Çalışmada 
lazer-metre, lidar-metre, radar ve benzeri endüstriyel amaçlar için kullanılabilecek, görüntü 
işleme tabanlı bir ölçüm cihazının (görüntü metre) geliştirilmesi için teorik temellerin atılması 
amaçlanmıştır. Bu amaçla literatürdeki görüntü işleme tabanlı mesafe tespit yöntemleri 
incelenmiştir. Bu yöntemlerde başarımı olumsuz etkileyen temel etkenler tespit edilip, bu 
etkenlerden etkilenmeyen yeni bir yöntem önerilmiştir. Öncelikle önerilen yöntemin teorik 
temelleri atılmıştır. Bu teorik temeller donanımsal ve yazılımsal bileşenlerden 
oluşturulmuştur. Çalışmada bu teorik temeller verilip, donanımsal ve yazılımsal bileşenlerin 
tasarımları yapılmıştır. Böylece, donanımsal ve yazılım bileşenlere sahip elektromekanik bir 
sistem geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemde bir adet sabit, bir adet hareketli kamera 
kullanılmıştır. Hareketli kamera için 0.01mm/adım hassasiyette lineer motor ve 526.375 
adım/devir hassasiyette çalışan açısal motor kullanılmıştır. Çalışmada 1-800 m arasında 
uzaklığa sahip hedefler için ölçümler gerçekleştirilmiştir. Total Station ile mm hassasiyette 
ölçülen hedef noktalar referans olarak kabul edilmiştir. İkinci bir ölçüm cihazı olarak lazer 
metre kullanılmıştır. Belirlenen hedef uzaklıklar için görüntü metre ile hem teorik 
hesaplamalar hem de deneysel ölçümler yapılmıştır. Teorik ve deneysel ölçüm sonuçları 
kullanılarak, geliştirilen cihazın ölçüm hataları belirlenmiştir. 19 ayrı mesafe için deneysel
ölçüm sonuçları ile teorik hesaplamalar karşılaştırıldığında deneysel sonuçların ortalama 
hatası %1.2 olmuştur. Ayrıca geliştirilen ölçüm cihazı ile elde edilen deneysel ölçüm 
sonuçları lazer metre ölçüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Görüntü metre ile yapılan 
ölçümler sonucunda %2'nin altında başarı oranına ulaşılmıştır. Görüntü metre ile belirli 
mesafelerde yapılan 19 ayrı ölçüm noktası için hata ortalaması %1.244 olarak bulunmuştur. 
Aynı mesafeler için lazer metre ile yapılan ölçümlerde bu oran %1.425 olmuştur.

Abstract:
Today, image sensors (cameras) are widely used for image analysis (classification, 
segmentation, etc.) and synthesis (object detection, tracking, distance detection, etc.). In the 
study, it was aimed to lay the theoretical foundations for the development of an image 
processing-based measuring device (image meter), which can be used for laser-meter, lidarmeter, radar and similar industrial purposes. For this purpose, image processing-based 
distance detection methods in the literature were examined. In these methods, the main factors 
that negatively affect the performance were determined, and a new method that was not 
affected by these factors was proposed. First, the theoretical foundations of the proposed 
method were laid. These theoretical foundations were created from hardware and software 
components. In the study, these theoretical foundations were given and the designs of 
hardware and software components were made. Thus, an electromechanical system with 
hardware and software components was developed. In the developed system, one fixed and 
one moving camera were used. A linear motor with 0.01mm/step sensitivity and an angular 
motor operating with 526.375 steps/revolution sensitivity were used for the motion camera. In 
the study, measurements were carried out for targets with a distance of 1-800 m. Target points 
with mm precision with Total Station were accepted as reference. A laser meter was used as a 
second measuring device. Both theoretical calculations and experimental measurements were 
made with the image meter for the determined target distances. Using the theoretical and 
experimental measurement results, the measurement errors of the device were determined.
When the experimental measurement results were compared with the theoretical calculations 
for 19 different distances, the average error of the experimental results was 1.2%. In addition, 
the experimental measurement results of the device were compared with the laser meter 
measurement results. As a result of the measurements of the image meter, the success rate was 
below 2%. The mean error was found to be 1.244% for 19 separate measurement points at 
certain distances with the image meter. For the same distances, this rate was 1.425% in 
measurements with laser meters.