Stabilize gimbal sistemlerinde kullanılacak gündüz ve swır band kameralarının optik sistem tasarımı
Design of daylight and swir band cameras optical system to be used in stabilized gimbal systems
Yazar: BEKİR CANER KÜPELİ
Danışman: DOÇ. DR. ERHAN AKMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektro-Optik Sistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dengeleme = Balancing ; Gimbal = Gimbal ; Kamera = Camera ; Optik sistemler = Optical systems

Özet:
Kamera, görüntüden yansıyan ışığı, objektiften yararlanarak bir düzlemde toplayan, o düzleme konulan film veya ışığa duyarlı elektronik devre elemanları yardımıyla ışık enerjisini, elektrik enerjisine çevirdikten sonra bir çıkış sinyali veren cihazlara denir.  Gimbal ise bu kameraları içine alarak üzerinde bulunan motorlar ve sensörler sayesinde bu kameralara stabilizasyon sağlayan sistemlerdir. Gimbal'de bulunan kameralar Gündüz, SWIR ve Termal kameralardır. Bu çalışmada sivil ve askeri alanda kullanılan stabilize gimbal sistemlerindeki Gündüz ve SWIR kameranın optik sistem tasarımı, gerekli optik sapmalar dikkate alınarak ve üretilebilecek şekilde optik tasarım programı ile yapılmıştır. Sistem tasarımında yüksek çözünürlüklü FULL HD (1920x1080) ve SXGA (1280X1024) sensör parametreleri kullanılarak, DRI (Detection-Recognition-Identification) değerleri (Gündüz kamera 12.8 km – SWIR kamera 10km) hesaplanan tasarım başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Görüş alanı ( Field of View (FOV)) değeri düşük seçilerek daha uzak mesafelerin görüntüsü zoom sistemi ile sağlanmaya çalışılıp, Gündüz ve SWIR kamera görüntüsü 800 mm – 1200 mm zoom kademesi aynı modülden farklı sensörler ile elde edilmiştir. Tasarımda kullanılan mercekler visible (380 nm-700 nm) ve SWIR (900 nm-1700 nm) dalga boylarının her ikisini de karşılayan aralıkta seçilmiş olup, sistem tasarımında askeri standartlar gözönüne alınmıştır. Sistemin Türkiye şartlarına uygun olması için sıcaklık aralığında (-35°C)/(+55°C) termal optimizasyonu yapılmış ve sonrasında sistem toleranslaması gerçekleştirilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Gimbal, Gündüz, Kamera, SWIR, Zemax.

Abstract:
Camera is a device that collects the light reflected from the image on a surface by using the lens, and gives an output signal after converting the light energy into electrical energy with the help of film or photosensitive electronic circuit elements placed on that plane. Gimbal, on the other hand, is a system that includes these cameras and provides stabilization to these cameras thanks to the motors and sensors on it. The cameras in the gimbal are Day, SWIR and Thermal cameras. In this study, the optical system design of the daytime and SWIR camera in stabilized gimbal systems used in civil and military fields was made with an optical design program, taking into account the necessary aberrations and producing them. By using high resolution FULL HD (1920x1080) and SXGA (1280X1024) sensor parameters in the system design, the DRI (Detection-Recognition Identification) values (Day camera 12.8 km – SWIR camera 10km) were calculated and the design was carried out successfully. By selecting the Field of View (FOV) value low, the image of longer distances was tried to be provided with the zoom system, and the Day and SWIR camera images were obtained with different sensors from the same module with 800 mm – 1200 mm zoom range. The lenses used in the design were selected in the range that meets both visible (380 nm-700 nm) and SWIR (900 nm-1700 nm) wavelengths, and military standards were taken into account in the system design. In order for the system to be suitable for Turkish conditions, thermal optimization was made in the temperature range (-35°C)/(+55°C), and then system tolerance was carried out.

Keywords: Camera, Daylight, Gimbal, SWIR, Zemax.