Video işleme yöntemi ile hassas yerdeğişimi tespiti
Precise displacement measurement using video processing tecnique
Yazar: VEYSEL GÖKHAN BÖCEKÇİ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK VAROL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Ölçüm tasarımı = Measurement design ; Ölçüm teknikleri = Measurement techniques ; İnterferometri = Interferometry

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, hassas yerdeğiştirme ölçümlerinde video işleme tekniklerinin performansını incelemek, interferometrik sistemlerle entegrasyon kabiliyetini araştırmak ve konvansiyonel elektronik saçak sayma yöntemiyle karşılaştırmaktır.Uygulama olarak önerilen sistem, metal deneklerin ısıl uzamalarının ölçülmesinde denenmiştir.İnterferometre olarak Michelson interferometre düzeneği kullanılmıştır. Michelson interferometresi interferogram adı verilen görsel çıktı vermekte ve bu sistemde yerdeğişimleri geleneksel olarak mikrometre hassasiyetiyle elektronik saçak sayma yöntemi ile ölçülmektedir. Ancak görsel bir çıktının görsel sinyal işleme teknikleriyle analizi, elektronik yöntemlere göre çok daha uygun olacağı gerekçesiyle bu tez çalışması yapılmıştır. Bundan dolayı yerdeğiştirme bilgisini içinde barındıran interferogramlardaki saçakların sayılmasında elektronik yöntemler yerine video işleme teknikleri kullanmayı öneriyoruz. Çalışmamızda deneylerden elde ettiğimiz interferogramlar video sinyallerimizi oluşturmaktadır.Geliştirdiğimiz bilgisayar programında MATLAB/Simulink kullanılmıştır. MATLAB/Simulink programcıya hızlı ve esnek çalışma ortamı sağlayan araç kutularına sahiptir.Geliştirdiğimiz program ile önce bir model interferogram üzerinde denenmiş, hazırlanan donanım ve yazılımın bu çalışma için uygun olup olmadığı test edilmiştir. Uygunluğunun anlaşılmasından sonra, kurulan deney düzeneğinden elde edilen interferogramlar analiz edilmiştir. Isıl uzamaları ölçülen metal deneklerden alınan ölçüm sonuçları teorik değerlerle karşılaştırılmış ve % 0.3 gibi küçük bağıl hata oranları elde edilmiştir. Bu yöntemle denek malzeme olarak kullanılan Alüminyumun doğrusal ısıl uzama katsayısı ,Bakırın doğrusal ısıl uzama katsayısı olarak bulunmuştur.Yapılan ölçümler neticesinde interferogram desenlerindeki yerdeğiştirmeden doğan saçak sayılarının tespitinin video işleme yöntemiyle, elektronik saçak sayma yöntemine göre daha kolay ve daha hassas olabileceği sonucuna varılmıştır.Bunun yanında video işleme yönteminin elektronik yöntemlerde kullanılan ekstra eleman ihtiyacını ortadan kaldırdığı söylenebilir.Aynı zamanda MATLAB/Simulink ve Labview yazılımlarının özelliklerinin geliştirilen video ve elektronik saçak sayma programları ile her adımda görsel çıktılar elde etmenin mümkün olmasından dolayı, yapılan tüm işlemler adım adım görsel olarak izlenebileceğinden geliştirdiğimiz sistem akademik kurumlar tarafından, fen ve mühendislik öğrencileri için interferometrelerin, saçak sayma yöntemlerinin ve cisimlerin ısıl uzamalarının anlatımında bir araç olarak kullanılabilir.

Abstract:
In this thesis, the performance of video processing technique to measure precision displacements and its integration ability to interferometric systems were investigated. As an application the system is applied to the measurement of thermal expansion of metal samples.Michelson Interferometer setup was used in our studies due to its advantages in precision displacement measurements, since Michelson Interferometer gives a visual output called interferogram and it is much more convenient to analyse a visual output using visual processing techniques. Therefore in our studies interferograms containing displacement information were taken as our video signals to be processed.We used MATLAB/Simulink software to develop our programme, since this software provides fast and flexible solutions to the programmer by means of convenient toolboxes for video processing.The developed programme was first tested on a model interferogram video signal to understand the adequacy of the software and the hardware we developed. After beleiving that the developed software and hardware were working perfectly, the real interferograms obtained from our experimental setup were analysed. Thermal expansion of metal samples were measured as precise as micrometer scale. The results were compared with the theoretical results and relative error of %0.3 has been achieved. The linear thermal expansion coefficient of Aluminum was calculated as and for copper as using proposed video processing system.Based on our results it is concluded that the video processing technique is a much more convenient method than conventional electronic fringe counting technique.Video processing technique eliminates also extra electronic component used for electronic counting method.Futhermore, the developed programs using the advantages of the features of MATLAB/Simulink and Labview software provides us visual outputs at every stage of the analysis. This allows us to see the processes step by step. Therefore this system can be used by academic institutions for scientific educational purposes in teaching interferometers, thermal expansion of materials and fringe counting methods.