FPGA üzerinde çapraz korelasyon kullanılarak İHA görüntülerinin çakıştırılması

Abstract

İnsansız Hava Araçları (İHA) askeri ve sivil uygulamalarda büyük faydalar sağlarlar. Genellikle, İHA'lar navigasyon için Küresel Konumlandırma Sistemini (GPS) kullanırlar ve GPS sinyali olmadığında veya karıştırmaya maruz kaldığında, nispeten hatalı bir Atalet Ölçüm Birimi'ne güvenmek zorundadırlar. Bu tezin amacı, bir İHA'nın GPS sinyalinin yokluğunda, yerleşik bir kamera ile alınan görüntüleri FPGA üzerinde işleyerek hedefine gitmesine ve başlangıç noktasına geri dönmesine yardımcı olacak bir yöntem geliştirmektir. Kameradan ardarda alınan görüntüler, kameranın iki çekim arasındaki yer değiştirmesini bulmak için, 2 boyutlu çapraz korelasyon yöntemi kullanılarak karşılaştırılır. Yöntem, daha hızlı bir gerçek zamanlı hesaplamaya imkan vermek için, Verilog HDL kullanılarak bir FPGA üzerinde gerçeklenmiştir. Uçağın tek yönde doğrusal hareket ettiği varsayılarak, drone koordinatları makul bir sürede hesaplanmıştır. Ardışık görüntülerden birini diğerine göre kaydırarak ve maksimum korelasyonu veren kayma miktarını bularak bu iki fotoğrafın arasında uçağına hareket miktarı hesaplanır. Bu şekilde, bir navigasyon sisteminin bir parçası olarak kullanılabilecek hızlı bir hesaplama bileşeni geliştirilmiştir. (100*150) bir görüntü boyutu için, iki görüntü arasında alınan mesafenin hesaplanması, gerçek zamanlı navigasyon uygulamaları için makul bir zaman olan ms mertebesinde gerçekleştirilmişitir. Doğrudan görüntü korelasyon hesaplamalarını içeren bir navigasyon yönteminin hesaplama süresi açısından yapılabilir olduğu, bu çalışmadan gösterilmiştir.

Unmanned Aerial Vehicles (UAV) provide huge benefits in military and civil applications. Usually, UAVs utilize Global Positioning System (GPS) for navigation and must rely on a relatively inaccurate Inertial Measurement Unit when a GPS signal is not present or jammed. The scope of this thesis is to develop a method that will help a UAV to go to its target and come back to its origin, in the absence of a GPS signal, by processing the images taken by an onboard camera on an FPGA. Images taken from the camera in a sequence are compared using the 2-D image cross-correlation method so as to find the displacement of the camera between the two shots. The method has been implemented for an FPGA using Verilog HDL, for a faster real-time calculation. Assuming that the plane is moving in 1-direction linear translation, the coordinates of the drone have been calculated in a reasonable time. By shifting one of the consecutive images with respect to the other and finding the shift amount that gives the maximum correlation, the movement of the plane these two photos is calculated. In this way, a fast computational component that can be used as a part of a navigation system has been developed. For an image size of (100*150), the computation of the distance taken between two images is calculated to be in the order of () ms which is a reasonable time for real-time navigation applications. In this study, the feasibility of a navigation method involving direct image correlation calculations has been demonstrated from a computation time perspective.