Demir yollarında ray profil analizi için üç boyutlu görüntü işleme
Three dimensional image processing for rail profile analysis in railways
Yazar: GÜLŞAH KARADUMAN
Danışman: PROF. DR. ERHAN AKIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Kullanım sıklığı ve tren hızlarının artmasına bağlı olarak, demiryollarında güvenlik ve konfor raylı taşımacılık için her geçen gün daha fazla önem taşımaktadır. Güvenliğin sağlanması, işletme maliyeti ve bakım masraflarının düşürülmesi için yol ve raylardaki bozulmaların teşhis edilmesi gerekir. Demiryollarında raylara ait hata tespiti için temaslı ölçüm teknikleri kullanılmaktadır. Temaslı algılama sistemlerinin düşük hassasiyeti ve doğruluk seviyesi günümüz modern demiryolu gereksinimlerini karşılayamadığından demiryollarında gelişmiş teknolojiler ile beraber temassız algılama teknikleri kullanılmaktadır. 
Bu tezde kamera ve lazer teknolojileri kullanılarak ve üç boyutlu görüntü işleme algoritmaları geliştirilerek temassız ray profil ölçümü yapılmaktadır. Lazer kamera ile raydan alınan görüntüler işlenerek arızalı bölgelerin tespit edilmesi, yine lazer kamera ile alınan mesafe ve koordinat verileri ile arızanın olup olmadığı garantilenmektedir. Lazer teknolojileri ile elde edilen mesafe ve koordinat verileri ile lazer ışınların rayın şekline göre kırılması kamera ile elde edilen iki boyutlu görüntüye üçüncü bir boyut kazandırmaktadır. Bu şekilde raya ait derinlik bilgisi elde edilmektedir. Gerçekleştirilen uygulamalarda görüntüye dair gürültüler gaussian ve medyan filtreleme teknikleri uygulanarak yok edilmektedir. Gürültüden arındırılan görüntülerden faydalı veri elde edebilmek için Watershed dönüşümü gibi dönüşümler, Roberts, Canny, Prewitt gibi kenar çıkarım teknikleri ve Boundary Detection gibi sınır algılama teknikleri uygulanmaktadır. Derinlik verileri ve görüntü verileri bulanık mantık ve yapay sinir ağları gibi akıllı hesaplama teknikleri ile sınıflandırılmaktadır. Geleneksel izleme ve kontrol yöntemlerine karşılık rayların temassız izlenmesi, böylece izlemeden dolayı herhangi bir aşınmanın olmaması için görüntü işleme tekniği tabanlı ray profil analizi yapılmaktadır. Günümüz koşullarında bir ray hattının sadece ölçüm işlemine harcanan maliyetlerin çok yüksek olduğu düşünüldüğünde daha düşük maliyetlerle ray profil analizi yapılacağına dair bir başlangıç adımı sağlanmaktadır. Bu tez ile demiryollarındaki ölçüm sistemleri konusunda bilgi birikiminin oluşması, başka tezler ve çalışmalara yön vermesi, son derece pahalı olan demiryolu ölçüm sistemlerinde maliyetlerin düşürülmesi kısmen de olsa sağlanmaktadır.

Abstract:
Depending on increase of speed of trains and frequency of use, security at railways and comfortable rail transport has importance each passing day. It is required to identify the impairment of road and rails to provide security and decrease operating cost and maintenance cost. Contact measurement techniques are used for error detection on railways tracks. Because low level of sensitivity and accuracy of the contact sensing systems do not meet the requirements of today's modern railway, the non-contact sensing techniques are used in conjunction with advanced technologies at the railways. 
In this thesis, the cameras and laser technologies are used, and a three-dimensional image processing algorithms are developed and measurement of non-contact rail profile is made. The images taken from rail is processed with the laser camera, and this guarantees detection of faulty regions, and whether or not there is fault with distance and coordinate data taken with laser camera. The distance obtained with laser technology and refraction of laser beams according to the shape of rail with coordinate data gains third dimension to the two dimensions obtained with camera. The depth knowledge of rail is obtained in this way. The noises for image in realized applications are applied Gaussian and median filtering techniques and are eliminated.  For obtainment of beneficial data from images purified from noise, conversions like Watershed conversion apply Edge detection methods such as Roberts, Canny, Prewitt, and Boundary detection techniques such as Boundary Detection are applied.   Depth data and image data are classified with intelligent computing techniques such as fuzzy logic and artificial neural networks. 
In this thesis, the image processing technique based ray profile analysis is made for non-contact monitoring of the rails despite   the traditional methods of monitoring and control methods. When considering high spent costs for the measurement of rail line in today's climate, an initial step in making rail profile analysis with lower costs is provided in this thesis. This thesis provides the formation of knowledge about measurement systems in rail, guides dissertations and other studies, and at least partly reduces costs which are extremely expensive in railway measurement systems.