Kalman Filtresine Dayalı Görsel Hedef Tespiti ve Takibi

Bu çalışmada, otonom uçaklarda çarpışmayı ve hedef takibini önlemek amacıyla, Kalman filtresine dayalı hedef tespit ve takip problemlerine uygun çözümler sunulmuştur. Kalman Filtre uygulaması için birden fazla nesnenin takibini kolaylaştıran hareket tabanlı izleme yöntemi kullanılmıştır. Hareketli nesnelerin algılanması için bir arka plan çıkarma algoritması kullanılırken, gürültüyü ortadan kaldırmak için ön plan maskesine düzeltici eylemler uygulanmış ve hareketli nesnelere karşılık gelen bağlı piksel grupları belirlenmiştir. Kullanılan görüntü, havada asılı duran bir drone tarafından çekilen bir görüntüyü temsil etmektedir. Takip edilen birden fazla hedef, engelin arkasında kaybolsa bile, Kalman Filtresi sayesinde tahmini lokasyon belirlenmiştir. Program kodlarının ince ayarı sayesinde başarılı bir takip sağlanmıştır. Program, hedefin bir parçası olarak hareket eden gölgeyi takip etmeye devam etmiştir.

Visual Target Detection and Tracking Based on Kalman Filter

In this study, in order to prevent collision and target tracking in autonomous aircraft, Kalman filter with appropriate solutions for target detection and tracking problems are presented. For the Kalman filter application, the motion- based tracking method that facilitates the tracking of multiple objects has been used. A background subtraction algorithm was used for the detection of moving objects while corrective actions were applied to the foreground mask to eliminate noise, and the connected pixel groups correspond to moving objects were identified. The used image represents an image taken by a hovering drone. Although the tracked multiple targets disappeared behind the obstacle, the estimated location was determined by means of Kalman filter. Thanks to the fine tuning of the program codes, a successful follow-up has been achieved. The program has continued to follow the moving shadow as a part of the target.

___

  • [1] M. Lao, X. Chen, F. Lin, G. Qin, W. Liu and Y. Zhou, "Visual Target Detection and Tracking Framework Using Deep Convolutional Neural Networks for Micro Aerial Vehicles", In 2018 IEEE 14th International Conference on Control and Automation ICCA 2018, Anchorage, Alaska, USA, June 12-15, 2018, pp. 276-281.
  • [2] S. Hossain and D. J. Lee, "Deep learning-based real- time multiple-object detection and tracking from aerial imagery via a flying robot with GPU-based embedded devices", Sensors, vol. 19, 2019.
  • [3] H. Duan, L. Xin and S. Chen, "Robust Cooperative Target Detection for a Vision-Based UAVs Autonomous Aerial Refueling Platform via the Contrast Sensitivity Mechanism of Eagle's Eye", IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 34, pp. 18-30, March 2019.
  • [4] X. Wang, Y. Deng and H. Duan, "Edge-based target detection for unmanned aerial vehicles using competitive bird swarm algorithm", Aerospace Science and Technology, vol. 78, pp. 708-720, July 2018.
  • [5] P. C. Lusk and R. W. Beard, "Visual multiple target tracking from a descending aerial platform", In 2018 Annual American Control Conference, ACC 2018, Milwaukee, WI, USA, June 27-29, 2018, pp. 5088- 5093.
  • [6] T. Kim and T. H. Park, "Extended kalman filter (Ekf) design for vehicle position tracking using reliability function of radar and lidar", Sensors, vol. 20, July 2020.
  • [7] F. Farahi and H. S. Yazdi, "Probabilistic Kalman filter for moving object tracking", Signal Processing: Image Communication, vol. 82, March 2020.
  • [8] Y. Wang, R. Yang and Y. T. Morton, "Filter-based Robust Closed-loop Carrier Tracking of Airborne GNSS Radio-Occultation Signals", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 56, pp. 3384-3393, October 2020.
  • [9] M. B. Khalkhali, A. Vahedian and H. S. Yazdi, "Vehicle tracking with Kalman filter using online situation assessment", Robotics and Autonomous Systems, vol. 131, September 2020.
  • [10] J. H. Lan, S. W. Chen, C. H. Lin, C. S. Shieh, S. A. Yeh, I. H. Tsai, ... and T. F. Lee, "Combining the Kalman Filter and Particle Filter in Object Tracking to Avoid Occlusion Problems", In Advanced Materials, vol. 6, pp. 571-586, June 2020.
  • [11] T. Jin, H. Yuan, K. V. Ling, H. Qin and J. Kang, "Differential Kalman Filter Design for GNSS Open Loop Tracking", Remote Sensing, vol. 12, March 2020.
  • [12] W. Li, K. Xiong, Y. Jia and J. Du, "Distributed Kalman Filter for Multitarget Tracking Systems with Coupled Measurements", IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, pp. 1-6, January 2020.
  • [13] K. H. Sipowa, J. W. McMahon and T. Deka, "Distributed Unscented-Information Kalman Filter (UIKF) for Cooperative Localization in Spacecraft Formation Flying", In AIAA Scitech 2020 Forum, an. 1917, Orlando, FL, USA, January 6-10, 2020.
  • [14] A. Kaba and E. Kıyak, "Optimizing a Kalman filter with an evolutionary algorithm for nonlinear quadrotor attitude dynamics", Journal of Computational Science, vol. 39, January 2020.
  • [15] M. S. Grewal and A. P. Andrews, "Applications of Kalman filtering in aerospace 1960 to the present", IEEE Control Systems Magazine, vol. 30, pp. 69-78, June 2010.
  • [16] G. M. Hoang, B. Denis, J. Härri and D. Slock, "Bayesian fusion of GNSS, ITS-G5 and IR–UWB data for robust cooperative vehicular localization", Comptes Rendus Physique, vol. 20, pp. 218-227, March-April 2019.
  • [17] H. Ahmed, I. Ullah, U. Khan, M. B. Qureshi, S. Manzoor, N. Muhammad, ... and R. Nawaz, "Adaptive filtering on GPS-aided MEMS-IMU for optimal estimation of ground vehicle trajectory", Sensors, vol. 19, December 2019.
  • [18] G. M. Magalhaes, Y. Cáceres, J. B. R. Do Val and R. S. Mendes, "UKF on Lie groups for radar tracking using polar and Doppler measurements", Anais da Sociedade Brasileira de Automática, vol. 1, 2019.
  • [19] R. Bieda and K. Jaskot, "Determining of an object orientation in 3D space using direction cosine matrix and non-stationary Kalman filter", Archives of Control Sciences, vol. 26, pp. 233-244, 2016.
  • [20] K. Mahmoud, M. Khoder, A. Nourdine, M. E. B. El Najjar and M. Nazih, "Prediction optimization method for multi-fault detection enhancement: Application to GNSS positioning", In 2018 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety, ICVES 2018, Madrid, Spain, September 12-14, 2018, pp. 1-6.
  • [21] G. Bishop and G. Welch, "An introduction to the kalman filter", Proc of SIGGRAPH, Los Angeles, CA, USA, August 12-17, 2001, pp. 27599-23175,.
  • [22] H. Wang and J. Leng, "A brief review on the development of Kalman filter", In 2018 Chinese Control and Decision Conference, CCDC 2018, Shenyang, China, June 9-11, 2018, pp. 694-699.
  • [23] M. S. Grewal and A. P. Andrews, Kalman filtering: Theory and Practice with MATLAB, John Wiley & Sons, 4th ed. New Jersey: Wiley-IEEE Press, 2014.
  • [24] M. K. Güllü, E. Yaman and S. Ertürk, "Image Sequence Stabilization using Fuzzy Adaptive Kalman Filtering", Electronics Letters, vol. 39, pp. 429-431. 2003.
  • [25] B. Manavoğlu, Simulation and Modelling of Target Tracking in Two Dimensions, Master of Science, Ankara: Hacettepe University, 2014.
  • [26] F. Orderud, "Comparison of kalman filter estimation approaches for state space models with nonlinear measurements", In Proc. of Scandinavian Conference on Simulation and Modeling, 2005, pp. 1- 8.
  • [27] M. E. El Najjar and P. Bonnifait, "A road- matching method for precise vehicle localization using belief theory and kalman filtering", Autonomous Robots, vol. 19, pp. 173-191, September 2005.
  • [28] C. Smaili, M. E. B. El Najjar and F. Charpillet, "A hybrid Bayesian framework for map matching: formulation using switching Kalman filter", Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 74, pp. 725-743, 2014.
  • [29] N. Arghavani, Optimization of Rule Weights And Membership Functions Of Fuzzy Controller Using Extended Kalman Filter, Master of Science, Istanbul Technical University, Control and Automation Engineering, 2013.
Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1304-0448
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2003
  • Yayıncı: Dr. Öğr. Üyesi Fatma Kutlu Gündoğdu
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yazılım Mühendisliğinin Etkin Öğrenimine ve Çok Disiplinli Takımlar İçinde İş-birliği Yeteneğinin Gelişimine Yönelik Genel Çerçeve

Dionysis GOULARAS, Tacha SERIF, Sezer GÖREN, Mert ÖZKAYA

Açık Kavitelerde Transonik Hızlarda OpenFOAM Kullanılarak Pasif Akış Kontrol Yöntemleri ile Gürültü Azaltımı

Bayram ÇELİK, Oğuzhan DEMİR, Kürşad Melih GÜLEREN

Eklemeli İmalat Yöntemiyle Üretilen Çentikli Numunelerin Farklı Darbe Hızları Altındaki Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

Mumin TUTAR

Bulanık Choquet Integral Yöntemini Kullanarak İnsansız Hava Aracı Seçimi

Muhammet Enes AKPINAR

Hava Aracı Hızını ve İrtifasını Sıkıştırılabilir Ses-Altı ve Transonik Rejimlerde Ölçmek İçin Tasarlanmış Bir Pitot-Statik Probun Rüzgar Tüneli Testleri

Hasan TABANLI, Kemal Bülent YÜCEİL

Uçak Bakımında Görsel Muayene Yöntemleri Üzerine Bir İnceleme

Ramazan DUVAR, Oğuzhan URHAN, Mustafa BÖYÜK

İHA Sistemleri için Güvenli Video Aktarımı Sağlayan Şifreli Görüntü Aktarım Yaklaşımlarının Karşılaştırılması

Ömer ÇETİN, Ebrar ŞAHİN

Nano Uydular için Vektör Ölçümleri Kullanılarak Açısal Hız Kestirimi

Halil Ersin SÖKEN

Makine Öğrenme Algoritmaları ile Ozon Seviyesi Tahmini

Atınç YILMAZ

Sık Kullanılan Katı Yakıt Geometrilerinin Dönme Yükü Altındaki Yapısal Davranışının Cevap Yüzeyi Yöntemi Kullanılarak İncelenmesi

Ceyhun TOLA, Hatice Begüm EYLENOĞLU