KÖ algılayıcı sistemlerinin görüntüleme, hedef tespit, tanıma ve izleme gibi uygulamalar için giderek yaygınlaşan kullanım alanlarından dolayı; bu sistemlerin başarımlarını değerlendirebilmek kapsamında sentetik KÖ sahne benzetimlerine olan ihtiyaçlar gün geçtikçe artmaktadır.
KÖ sahne üreteci yazılımları, bir KÖ algılayıcının gördüğü KÖ sahne imgelerinin sentetik olarak oluşturulması / benzetilmesi amacıyla kullanılmaktadırlar. Sentetik KÖ sahne benzetimlerinde, benzetimi gerçekleştirilen platformun ortam ile etkileşimleri altında; KÖ ışıması üzerine etkili olabilecek olan önemli katkılar (iletim, taşınım ve ışıma gibi) göz önünde bulundurularak yüzey sıcaklıklarının / ışımalarının hesaplanması, 'fiziksel olarak doğru' sentetik KÖ sahne imgeleri oluşturulması açısından önemlidir.
Algılayıcı sistemlerinin çerçeve yakalama hızları genellikle görüntüledikleri platformların hareket hızına bağlı olarak belirlenmektedir. Bu sebeple, belirli bir görüntüleme sisteminin dinamik başarım testlerinin gerçekleştirilebilmesi için benzetim yazılımının gerçek-zamanlı çalışması önem arz etmektedir. Bununla birlikte atmosferik etkilerin baskın olduğu durumlar altında, KÖ sahne imgesi üzerinde, imge bozulmaları önemli ölçülerde etkili olabilmektedir. Bu sebeple, KÖ sensör sistemleri öncesinde ve sonrasında oluşan imgede bozulmaların da benzetim içerisinde yer alması, benzetimi gerçekleştirilen sentetik KÖ sahne imgelerinin
Belirli bir ortam içerisinde bulunan platform(lar) üzerinde yer alan yüzeyler, ortam (güneş, gökyüzü, deniz ve toprak gibi) ve kendileri ile (iletim ve ışınım gibi) sürekli olarak etkileşim halindedirler. Platform yüzeylerinin gerçekleştirdikleri bu etkileşimlerin KÖ ışıma değerleri açısından önemli katkıları bulunabilmektedir. Örnek olarak, uzun süre güneş altında bekletilmiş bir platform, ortam etkileşimleri sebebiyle, daha fazla ışıma yapabilmektedir.
Ayrıca, belirli bir an için platform(lar)dan yayınlanan ışımalar ani olarak büyük değişimler içerebilmektedir. Örneğin, gökyüzünden bulutların çekilmeye başlaması ile birlikte güneş ışıması kısa süreler (~1 dk.) içerisinde 50 W/m2 mertebesinde değişim içerebilmektedir. Bu durum, özellikle platform ve deniz yüzeyi üzerinden güneş yansımalarının yoğun olarak gözlendiği MWIR (Orta dalgaboyu KÖ) bandı içerisinde platformun ışımasına anlık olarak büyük katkılarda bulunabilmektedir. Platform yüzeyleri bu ve benzeri etkileşimler altında iletim (conduction), ışınım (radiation) ve taşınım (convection) yardımıyla sürekli olarak denge sıcaklığına ulaşmaya çalışmaktadırlar.
KÖ denge ışıması, yüzeyden yansıyan ışımalar da göz önünde bulundurularak ışınsallık (radiosity) denklemleri ile ifade edilmektedir.
Herhangi bir ortam içerisinde yer alan platform yüzeylerinin belirli bir andaki sıcaklık / ışıma dağılımının doğru tahmini için iletim, ışınım ve taşınım denklemlerinin çözülmesi ile birlikte ilgili ışınsallık denklemleri altında denge sıcaklığının / ışımasının belirlenmesi önem arz etmektedir. Bununla birlikte, bu tür denklemlerin gerçek zamanlı olarak çözümlenmesi, problem ve girdilerinin anlık değişimler içermesi ve büyüklüğü sebebiyle birçok zorluk içermektedir.
Bilgisayar teknolojilerinin ve özellikle Grafik Kartı İşlemci birimlerinin (GPU) kabiliyetlerinin artması ile birlikte donanım üretici firmalar (özellikle NVIDIA®) tarafından yazılım ortamlarının (CUDA™ kütüphanesi gibi) sağlanması, günümüzde fiziksel gerçekçi benzetimlere bir adım daha yaklaşmamıza imkân kılmaktadır.
Günümüzde CUDA™ ve OpenCL gibi GPU tabanlı kütüphaneler kullanıcıya GPU üzerinde koşturulacak olan yazılımların geliştirilmesinde kolaylıklar sağlamaktadır. Bu ve benzeri kütüphaneler kullanılarak, GPU üzerinde paralel olarak koşturulabilen algoritmalar, sentetik olarak bilgisayar
tabanlı oluşturulan sahne imgelerinin gerçeğe daha yakın ve gerçek zamanlı olarak benzetimine imkân kılmaktadır.
Tez çalışması kapsamında; bir nesne üzerinde yer alan yüzeylere ait sıcaklıkların, sıcaklığı etkileyen koşullar (iletim, taşınım ve ışınım gibi) altında tahmini ile bu sıcaklıklar ve yüzeye ait optik / malzeme özellikleri kullanılarak ilgili dalgaboyundaki KÖ ışımaların benzetimi gerçekleştirilmektedir.
Bu amaç doğrultusunda; KÖ Isıl Transfer ISIT), KÖ Sensör (KÖ-SENSÖR) ve bir KÖ Hedef Tespit-Takip (KÖ-HTT) modülünü içerisinde barındıran bir KÖ Sahne Üreteci (KÖ-SÜ) yazılımı geliştirilmiştir.
Geliştirilen yazılım; algılayıcıya ulaşan ışımanın eldesinde, bir nesne üzerinde yeralan motor ve / veya diğer ısı kaynakları tarafından oluşturulan soğuk ve sıcak yüzeyler arasındaki ısıl aktarımlar (iletim) ile ışınım ve taşınım gibi olguları kullanmaktadır. Bununla birlikte; görüntülenen nesnenin uzaklığı dolayısıyla oluşan atmosferik etkiler, algılayıcı birimi üzerinde bulunan optik sistemler dolayısıyla oluşan iletim kayıpları ve bozulmalar gibi KÖ ışıma üzerinde önemi bulunan olguları da göz önünde bulundurmaktadır.
Geliştirilen yazılımın bu ve benzeri işlevleri yerine getirmek amacıyla kullanmış olduğu modüller arasında yer alan; KÖ-ISIT modülü; ilgili platform(lar) üzerinde yer alan herbir yamaya ait sıcaklık / ışımanın hesaplanmasından sorumludur. KÖ-SENSÖR modülü, sentetik KÖ sahne imgelerinin algılayıcı tarafından görülen KÖ sahne imgelerine benzetimi işlevini yerine getirmek amacıyla, KÖ sahne imgeleri üzerinde fizik tabanlı modellere dayalı bozulma (bulanma ve gürültü) etkilerinin benzetiminden sorumludur. KÖ-HTT modülü, sentetik KÖ sahne imgesi içerisinde yer alan platform(lar)ın tespit ve takibinin gerçekleştirilmesinden sorumludur. Bu modüllerin içerisinde yer aldığı KÖ-SÜ yazılımı ise KÖ-ISIT modülü tarafından sağlanan platform yama sıcaklıklarının / ışımalarının içerisinde yer aldığı KÖ sahnenin sentetik ortamda üretilmesi, sahne ışımasının bir KÖ algılayıcı sistemine ulaşana kadar maruz kaldığı atmosferik etkilerin benzetimi, belirli bir hareket modeli yardımıyla platformun / platformların dinamik olarak 3 boyutlu (3D) görselleştirilmesi ile KÖ-SENSÖR ve KÖ-HTT modülüne, gerçek zamanlı döngüde (açık ve / veya kapalı döngü), girdi
Ülkemizde özellikle fiziksel yaklaşımlar altında, problemi nesnenin ısısal etkileşimlerinden başlayarak ele alan ve farklı atmosferik ortam koşulları altında belirli KÖ dalgaboylarında çalışan bir algılayıcının gördüğü sentetik KÖ sahnenin oluşturulması basamağına kadar inceleyen bugüne kadar yapılmış bir çalışma bilgimiz dâhilinde bulunmamaktadır. Bu kapsamda çalışmanın özellikle sentetik KÖ sahne benzetimi ile ilgili önemli bir temel sağlayacağı değerlendirilmektedir.
Çalışmanın, platform yüzeylerinin ortam ve birbirleri ile ısıl etkileşimlerin hesaba katıldığı durum(lar) altında koşturulacak olan hedef tespit, tanıma ve izleme algoritmalarının eniyilenmesine yönelik yapılacak olan çalışmalara ışık tutacağı düşünülmektedir. Çalışmanın, gerçek zamanlı benzetim ihtiyacı bulunan döngüde (açık ve / veya kapalı döngü) başarım test sistemlerinin geliştirilmesi kapsamındaki çalışmaları destekleyici ve yol gösterici olacağı değerlendirilmektedir. Bununla birlikte, çalışmanın sonuçlarının bilgisayar tabanlı KÖ sentetik benzetim gerçekleştirebilen ve hız bakımından yüksek başarıma sahip düzeneklerin geliştirilmesine yardımcı olacağı değerlendirilmektedir. Ayrıca çalışmanın, platform(lar)a ait KÖ ışımanın bastırılması ve bu konuda alınabilecek tedbirler konusunda da kullanılabileceği değerlendirilmektedir.
Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmanın GİRİŞ bölümü içerisinde;
tezin kapsamı ve gerçekleştirilme amacı sunulmaktadır. MATERYAL VE YÖNTEM bölümü içerisinde; KÖ sahne üreteci yazılımlarında 'fiziksel olarak doğru' bir benzetimin nasıl gerçekleştirilebileceği ile ilgili literatür bilgisi sunulduktan sonra detaylı olarak tez kapsamında yer alan model bileşenlerinden bahsedilmektedir. YAZILIM BİLEŞENLERİ bölümü içerisinde;
tez kapsamında geliştirilen yazılım bileşenlerinin geliştirilme aşamaları, zafiyetleri, varsayımları ve kazanımları sunulmaktadır. UYGULAMA VE SONUÇLAR bölümü içerisinde, ilgili yazılım kullanılarak oluşturulan test senaryoları ve sonuçlarından bahsedilmektedir. SONUÇLAR VE TARTIŞMA bölümü içerisinde ise tezin genel olarak sonuçları tartışma(lar) halinde sunularak çalışma tamamlanmaktadır.