Quadrotor Hava Aracının Katadioptrik İmgelerdeki Kaçış Noktaları Kullanılarak Kontrol Edilmesi

Abstract

İnsansız hava araçları (İHA) günümüzde büyük önem kazanmıştır. Özellikle insan hayatını tehlikeye atabilecek şartlarda veya insanlı iken imkânsız olan manevraların olduğu durumlarda, askeri uygulamalardan film çekimlerine kadar pek çok uygulamada bu araçlardan yararlanılmaktadır. İHA’nın uçuş esnasında en önemli parametrelerinden biri de onun sahip olduğu yönelimidir. Küresel konumlandırma sisteminin (GPS) veya ataletli seyrüsefer sisteminin (INS) kullanılamaz olduğu şartlarda veya normal şartlarda bunlara ek olarak görüntü sistemleri kullanılabilir. Katadioptrik tüm yönlü kamera kullanımı son yıllarda büyük oranda artmıştır. Tek bir çerçevede yatay düzlemde 360˚ görüntü alınmasına olanak sağlayan bu sistemler ile pek çok alanda yenilikçi çalışmalar yapılmaktadır. Ancak tüm yönlü kameranın insansız hava araçlarında kullanılması çok yeni bir konudur. Bir grup araştırmacı İHA’nın pozunun bulunmasına yönelik çalışmalar yapmış ancak bu pozun bir İHA üzerinde uygulaması yapılmamıştır. Kentsel ortamlarda binaların üzerinde birbirlerine paralel çok sayıda çizgi bulunur. Bu paralel çizgiler ufukta bir noktada kesişir. Bu noktalar kaçış noktaları olarak isimlendirilir. Bu noktalar ötelemeden bağımsızdır ve İHA’nın dönüşüyle birlikte onlar da görüntü düzleminde dönerler. Üç birbirine dik kaçış doğrultusunun oluşturduğu eksen takımının dönmesi bize İHA’nın dönmesini verir. Bu şekilde katadioptrik imgelerdeki kaçış noktaları takip edilerek İHA’nın mutlak yönelimi tahmin edilebilir. Bu çalışmada ilk önce quadrotordan ve modelinden bahsedilmiş daha sonra katadioptrik sistemler tanıtılmıştır. Poz bulunmasında kullanılan algoritmadan ve kontrolcüden bahsedildikten sonra bunlar benzetimlerde sınanmıştır. Son olarak yapılan deneyler ile quadrotor katadioptrik tüm yönlü kamera ile kontrol edilmeye çalışılmıştır.

Nowadays, Unmanned Air Vehicles (UAVs) have become more and more important. These vehicles are employed in many applications from military operations to movie shooting especially under life threatening conditions or in cases where maneuvers by human beings are not possible. Attitude is one of the most important parameters for a UAV during a flight. Under situations where global positioning system (GPS) and inertial navigation system (INS) do not function, or as an additional sensor, vision systems can be used. In recent years omnidirectional camera usage has experienced a remarkable increase. In many fields innovative research has been done by this camera which captures 360˚ view in a single frame. However, employment of omnidirectional cameras in UAVs is very new. A group of researchers have studied about attitude estimation of UAVs; however, this estimation has never been applied to a real UAV. In urban environment, on buildings there exist many parallel lines. These parallel lines intersect in the horizon. These intersection points are called vanishing points. These points are independent from translation and they rotate on the image plane with the rotation of the UAV. The rotation of reference frame that is composed of three orthonormal vanishing directions gives us the rotation of the UAV. In this way, by tracking vanishing points in catadioptric images one can estimate the absolute orientation of the UAV. In this thesis, firstly quadrotor and its model were presented. Then catadioptric systems were introduced. After explaination of the algorithm that is used to estimate the attitude, and description of the controller, some simulations have been done. Finally, in real experiments quadrotor has been controlled.