شکل۶،۴: دیتاشیت پتانسیومتر دیجیتال AD8403 49
شکل ۷،۴: هلیکوپتر نمونه استفاده شده در پروژه ۵۰
شکل ۸،۴: قاب اصلی، ماسک های تولید شده، ماسک پس از فرسایش تولید شده توسط آستانه. ۵۱
شکل ۹،۴: راه اندازی سیستم خلبان اتوماتیک. ۵۱
شکل ۱،۵: راه اندازی و آزمایش ۴۴
شکل ۲،۵: دوربین RGB کینکت و سنسور عمق خروجی نشان می دهد ۴۵
شکل ۳،۵: دوربین RGB کینکت و سنسور عمق خروجی ۴۵
شکل ۴،۵:نتایج آستانه در شرایط نوری مناسب، نتایج آستانه در نور روشن باعث سطوح روشن در پس زمینه. ۴۶
چکیده:
امروزه کنترل خودکار در سیستم های حمل و نقل به طور گسترده ای به کار می رود. دلایل متعددی برای بکارگیری این روش وجود دارد که اهم آن عبارتند از کاهش هزینه، قابلیت سبک تر ساختن وسایل، امنیت بیشتر سرنشینان و یا دور از خطر ماندن آنها. دو مورد آخر در سیستم هایی که قابلیت پرواز دارند بیشتر به چشم می خورد. در این پایان نامه یک سیستم کنترل پرواز هلیکوپتر طراحی شده است که قابلیت کنترل از راه دور مبتنی بر پردازش تصویر را داراست. هلیکوپتر مدل با بهره گرفتن از یک دوربین متصل به رایانه، با بهره گرفتن از الگوریتم های پردازش تصویر ردیابی می شود. پس از ردیابی هلیکوپتر، فرمان ها با نرخ انتقال ۹۶۰۰ فریم بر ثانیه از کامپیوتر به سخت افزار ارسال می شود. سخت افزار ساخته شده در این پروژه یک بورد دست ساز جهت دیجیتال کردن پارامتر های آنالوگ رادیو کنترل و همچنین وطیفه دریافت فرمان از کامپیوتر را دارد. هلیکوپتر با بهره گرفتن از پردازش تصویر و الگوریتم های ردیابی رنگ شناسایی می شود سپس موقعیت جهت X,Y هلیکوپتر در صفحه معیین شده و به نمایش در می آید. به منظور انجام ردیابی با سرعت بالا، روش های مورد استفاده برای تشخیص شی و همچنین آستانه گیری و تقسیم بندی به کارگرفته شده است. تشخیص هلیکوپتر در فریم توسط وبکم کامپیوتر و دوربین مایکروسافت کینکت انجام شده است. پیاده سازی برنامه ها و الگوریتم های مورد نیاز به زبان C++ در محیط Visual Studio 2013 انجام شده است. پردازش تصویر به وسیله تابع ردیابی رنگ cvInRenge موجود در کتابخانه پردازش تصویر OpenCV انجام شده است. کامپیوتر به وسیله وبکم متصل به آن، هلیکوپتر در حال پرواز را شناسایی می کند سپس کامپیوتر از طریق پورت سریال به رادیو کنترل دستورات سرعت و چپ و راست را ارسال می کند تا هلی کوپتر در مرکز فریم قرار گیرد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

واژه های کلیدی: بینایی ماشین، تشخیص هلیکوپتر، شناسایی رنگ، رادیو کنترل، کتابخانه پردازش تصویر
فصل ۱
کلیّات تحقیق

کلیّات تحقیق
اهمیت بینایی کامپیوتر، از طریق بسیاری از کاربرد ها در زندگی قابل مشاهده است. بینایی کامپیوتر، کاربردهایی همچون تشخیص سرطان، برنامه های امنیتی، بیومتریک و موارد دیگر را دارا می باشد.
پردازش تصاویر امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصاویر دیجیتالی گفته می‌شود که شاخه‌ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال های دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با یک دوربین دیجیتال یا تصاویر پویش شده توسط یک پویشگر هستند، سر و کار دارد. پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمده بهبود تصاویر و بینایی ماشین است. بهبود تصاویر دربرگیرنده روشهایی همچون استفاده از محوکننده‌ها و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد(مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه)است، در حالی که بینایی ماشین به روشهایی می‌پردازد که به کمک آنها می‌توان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک استفاده شود.
ردیابی اشیاء، نمایش تغییرات موقعیت یک شیء و دنبال کردن آن در یک دنباله از تصاویر ویدئویی، با هدفی خاص است که باید با دقت مطلوبی انجام شود. اگرچه سابقه ایجاد پدیده ردیابی اشیاء به مسائل نظامی برمی‌گردد ولی امروزه به دلیل کاربردهای بسیار گسترده‌ی ردیابی اشیاء در زمینه‌های مختلف، مثلاً کنترل ترافیک و تشخیص حرکات غیرمعمول، این مقوله و جوانب مختلف آن مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته است. از جمله مسائلی که همواره عملکرد الگوریتم‌های ردیابی را با مشکل مواجه ساخته است، تعامل آنها با روش‌های تشخیص هدف، ظاهر متغیر اهداف و همچنین ردیابی همزمان چند هدف است. در این پژوهش، یک روش با بهره وری بالاتر و دقیق‌تر از روش‌های قبل ‌برای ردیابی اشیاء با بهره گرفتن از تصویر برداری با دوربین وبکم معرفی می‌گردد. در این سیستم تصاویر ویدئویی گرفته شده از پرواز هلیکوپتر مدل، پردازش، شناسایی و استخراج می‌گردند. الگوریتم پیشنهادی به چندین تقسیم می شوند. ابتدا پس‌زمینه‌ی ثابت را شناسایی و نویز را از آن حذف می‌کند. این پس‌زمینه برای تفریق شدن از اشیا‌ی متحرک به‌کار می‌رود. پس از آن طی یک مرحله‌ی فیلتر کردن تصویر، سایه‌ها و نویزهای تصویر فیلمبرداری شده حذف و در نهایت با بهره گرفتن از روش مسیریابی حباب شی متحرک یا اشیا‌ی متحرک تفکیک، شناسایی و ردیابی می‌شوند. آزمایش این سیستم، بر روی تصاویری از یک فرد در حیاط منزل و جاده‌های شهری انجام شد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی برای تشخیص اشیاء متحرک و ردیابی آنها، به خوبی کار می‌کند و می‌تواند تخمین حرکت و مسیر حرکت اشیاء را از نظر سرعت و دقت تا حد مطلوبی بهبود دهد. ردیابی شیء، در وسایل نقلیه هوایی مستقل (یا هواپیماهای بدون سرنشین) کاربرد دارد، روش دیگر مورد استفاده برای ردیابی وسایل نقلیه هوایی، تشخیص رنگ می باشد که با بهره گرفتن از الگوریتم پردازش تصویر جهت شناسایی رنگ مورد استفاده قرار می گیرد.

تعریف مساله و اهداف تحقیقات
هدف از این پروژه تحقیقاتی، ایجاد یک سیستم، جهت کنترل یک هلیکوپتر بدون خلبان مدل جهت قراردادن هلیکوپتر در مرکز تصویر دریافتی از وبکم متصل به رایانه می باشد. این هلیکوپتر با بهره گرفتن از یک وبکم متصل به رایانه ردیابی می شود و دستورات را در کوتاهترین زمان برای هلیکوپتر ارسال می کند. دستورات شامل سرعت و جهت می باشند. از این رو لازم است برای پیدا کردن هلیکوپتر، از یک روش مناسب جهت ردیابی استفاده شود. نتیجه نهایی این پروژه یک هلیکوپتر کنترل به صورت خودکار، و انجام برخی از حرکات از پیش تعریف شده خواهد بود.

اهداف
اهداف اصلی این پروژه عبارتند از:
اتصال بورد رادیو کنترل هلیکوپتر مدل به رایانه جهت دیجیتال کردن رادیو کنترل آنالوگ.
شناسایی و ردیابی هلیکوپتر بوسیله پردازش تصویر جهت تعیین موقعیت و جهت گیری.
ارسال دستورات خودکار از رایانه به هلیکوپتر و قرار دادن هلیکوپتر در مرکز فریم .
فرود هلیکوپتر در نقطه تعیین شده توسط کلیک موس روی فریم تصویر.
سازمان پایان نامه
در فصل ۲ برخی از پیشینه مربوط به پروژه معرفی و ارائه شده و بررسی کارهای قبلی انجام شده در این زمینه پرداخته می شود. در این بخش با هدف برخی از بینش ها به روش هایی همچون الگوریتم های تفریق دو تصویر و تشخصی رنگ که برای این پروژه استفاده می شود می پردازیم. ابزار و طراحی مورد استفاده برای این پروژه و همچنین نرم افزار مورد نیاز، مانند کتابخانه ها و الگوریتم ها، سخت افزار های مورد نیاز برای انجام پروژه در فصل ۳ توضیح داده شده است. اجرای پروژه در فصل ۴ آمده شده است که در این قسمت توضیح فنی از روش های مورد استفاده برای انجام این پروژه را نشان می دهد. تست سیستم و نتایج به دست آمده در فصل ۵ آمده است و هر آزمون همراه با نتیجه آن شرح داده شده است. نتایج تجزیه و تحلیل و قابلیت ها و محدودیت های سیستم مورد بحث قرار گرفته و در نهایت، نتیجه گیری در فصل ۵ آمده شده است که خلاصه نتایج و پیامدهای این سیستم و کارهای آینده نیز در فصل ۵ بحث شده است.
فصل۲
پیشینه تحقیق

پیشینه تحقیق
از آنجا که این پروژه اولین گام به دنیای اتوماسیون است، برای دادن یک پیشینه مختصری از وسایل نقلیه مستقل و نمونه که در حال حاضر در کلاس هلیکوپتر وجود داشته باشد می پردازد. تمرکز اصلی این پروژه بر روی پردازش تصویر و ردیابی رنگ هلیکوپتر می باشد.

وسایل نقلیه خودمختار
کنترل هلیکوپتر به دلیل پیچیدگی های خود، جهت کنترل کردن آن نسبت به سایر وسایل نقلیه مشکل تر می باشد[۱]. هلیکوپتر ها وسایل نقلیه بسیار مفیدی هستند، به هر حال، بسیاری از برنامه های کاربردی در دنیای واقعی مانند هلیکوپتر های خودمختار مزایا و کاربردهای بسیاری دارند. آنها می تواند برای امنیت، از جمله کمک به خلبانان، در شرایط از دست دادن کنترل خود یا ارائه نظارت از فضای هوایی استفاده شوند. همچنین می توانند برای نظارت بر عوامل محیطی، مانند آتشفشان ها یا بررسی شرایط هوا استفاده شوند. استفاده پرکاربرد دیگر آن در موقعیت های خطرناک مانند رفتن درون معادن و یا تخریب آنها و یا حرکت در فضاهای آلوده است. [۱]. در ضمن در سیستم های مورد استفاده در سطح دریاها و اقیانوس ها نیز می تواند بکار رود. هوش و کنترل سایل نقلیه خودمختار به طور کلی به سه دسته هوش داخلی، هوش خارجی و ترکیب هوش داخلی و هوش خارجی تقسیم می شوند.

هوش داخلی
هوش داخلی زمانی است که همه ردیابی و ناوبری در داخل وسیله نقلیه انجام شود. چالش بزرگ در آن ها ایجاد یک وسیله نقلیه مستقل است که می تواند راه خود را در یک جاده در یک مقدار مشخصی از زمان پیدا کرده و حرکت کند. به عنوان مثال وسیله نقلیه، به نام استنلی دارای یک سیستم GPS، دوربین، آنتن و سنسورهای متصل را دارا می باشد و همه هوش آن در داخل سیستم انجام شده است[۲۱]. به عنوان مثال دیگر، از هوش در داخل سیستم یک مدل هلیکوپتر مستقل به عنوان بخشی از یک پایان نامه دکتری ایجاد شده است [۳]. این هلیکوپتر دارای پردازنده و هوش در داخل سیستم می باشد، دوربین فیلمبرداری، ژیروسکوپ و شتاب سنج از دیگر امکانات موجود در این هلیکوپتر می باشد. همه پردازش تصویر و ناوبری در خود هلیکوپتر انجام شده است. عیب این نوع وسایل نقلیه این است که به علت آنکه تجهیزات در داخل وسیله نقلیه می باشد، بسیار سنگین می باشند، بنابراین نگرانی وزن وجود دارد.

هوش خارجی
هوش خارجی هنگامی است که وسیله نقلیه ردیابی و داده های ناوبری از یک منبع خارجی ارسال می شود. این نوع وسایل نقلیه هوش را از ارتباط بین وسیله نقلیه و منبع خارجی تامین می کنند. وسایل نقلیه ممکن است محدودیت های وزن یا محدودیت های اندازه داشته باشند [۱۸]. به عنوان مثال سیستم پردازش سه بعدی برای کنترل از راه دور هلیکوپتر برد کوتاه مورد استفاده قرار گرفته که بسیاری از دوربین ها به منظور ضبط تمام زوایای هلیکوپتر استفاده می شود و همه اندازه گیری ها، تصمیم گیری ها و ناوبری در یک کامپیوتر خارجی انجام می شود و اطلاعات از کامپیوتر با بهره گرفتن از یک اتصال بیسیم به هلیکوپتر فرستاده می شود. عیب این نوع عملکرد این است که اگر ارتباط با وسیله نقلیه در هر نقطه مسدود شود، ردیابی غیر ممکن یا دشوار می شود[۱۸].