FPGA tabanlı 3D lazer tarayıcı tasarımı ve gerçekleştirimi

Abstract

ÖZETFPGA TABANLI 3D LAZER TARAYICI TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİMİMehmet İrfan GEDİKYüksek Lisans TeziOptik Mühendisliği Anabilim DalıDanışman: Dr.Öğr. Üyesi Emre ÜNSAL2020, 39+xvi sayfaSon yıllarda Üç Boyutlu (Three Dimension-3D) yazıcıların genel kullanımının artması benzer şekilde 3D tarayıcılarının gelişmesini de sağlamıştır. 3D Lazer Tarama temelde bir lazer ve bu lazer ışınını algılayan sensör teknolojisi aracılığıyla 3D nokta bulutu elde eden sistemlerdir. Lazer tarama sistemleri lazer ışınının parça üzerine yansıması ve bu ışının parçadan geri yansıması sonucu sensör üzerine düşürdüğü noktaların koordinatlarının belirlenmesi ile veriyi elde eder. Endüstri için geliştirilen temaslı ve temassız tarayıcılar uzun yıllardır kullanılmasına rağmen bu teknolojilerin üretim maliyetleri oldukça yüksektir. Bu sebeple, bu tez çalışmasında bir nesnenin daha az maliyetle ve hızlı prototiplemesini gerçekleştiren bir 3D tarayıcı sistemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Günümüz teknolojisinde lazer tarama, parlak ve koyu renkli yüzeylerde optik tarama teknolojilerine göre daha verimlidir. Buna karşın lazer tarama sistemlerinin çözünürlük değerleri henüz optik tarama sistemleri kadar verimli değildir. Bu tez çalışmasında, çizgi tarama sensörü yardımıyla tarama işlemi ile elde edilen veriler bilgisayar ortamında nesnenin modellenmesi aşamasında kullanılmıştır. Çizgi tarama sensörleri tek bir piksel sırası kullanarak sürekli görüntüler oluşturabilir ve böylece çok daha yüksek çözünürlükler elde edilebilir. Yapılan çalışmada, Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri (Field Programmable Gate Array: FPGA) elektronik komponentlerin kontrol edilmesinde kullanılmıştır. MATLAB (Matrix Laboratory) yazılım geliştirme platformu aracılığıyla da nesnenin 3D modeli elde edilmiştir. Önerilen 3D lazer tarayıcı sistemiyle, nesne modellemesinin daha hızlı ve daha düşük maliyetli gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Böylece, 3D sistemler hem endüstri hem de ev kullanıcıları tarafından kullanılabilir. Anahtar kelimeler: 3D Lazer tarayıcı, Çizgi tarama sensörü, Görüntü işleme, 3D görüntüleme, FPGA.

ABSTRACTFPGA BASED 3D LASER SCANNER DESIGN ANDIMPLEMENTATIONMehmet İrfan GEDİKOptical Engineering DepartmentSupervisor: Asst. Prof. Emre ÜNSAL2020, 39+xvi pagesIn recent years, the increasing general use of 3D (3 Dimension) printers has also led to the development of 3D scanners. 3D Laser Scanning is basically systems that obtain 3D point cloud through a laser and sensor technology that detects this laser beam. Laser scanning systems obtain the data by determining the coordinates of the points that the laser beam falls onto the sensor as a result of the reflection of the laser beam on the part and the reflection of this beam from the part. Although contact and non-contact scanners developed for industry have been used for many years, the production costs of these technologies are very high. Therefore, in this thesis, it is aimed to develop a 3D scanner system which performs rapid prototyping of an object with less cost. In today's technology, laser scanning is more efficient than optical scanning technologies on bright and dark colored surfaces. However, the resolution values of laser scanning systems are not yet as efficient as optical scanning systems. In this thesis, images obtained by scanning with the help of line scanning sensor are used in the modeling of the object in computer environment. Line scan sensors can produce continuous images using a single pixel sequence, resulting in much higher resolutions. In this study, Field Programmable Gate Array (FPGA) is used to control electronic components. MATLAB (Matrix Laboratory) software development platform through the 3D model of the object was obtained. With the proposed 3D laser scanner system, object modeling is made faster and more cost-effective. Thus, 3D systems can be used by both industry and home users.Key Words: 3D Laser scanner, Line scan sensor, Image processing, 3D imaging, FPGA.