Kalman filter based fusion of camera and inertial sensor measurements for body state estimation
Kalman filtre ile tümleştirilen ataletsel ölçer ve kamera ölçümlerinden gövde durum kestirimi
- Tez No: 255419
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Durum kestirimi, INS, Kalibrasyon, Kalman filtre, Kamera, Sensörler, State estimation, INS, Calibration, Kalman filter, Camera, Sensors
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ataletsel ölçer ve kamera ölçümlerinin durum kestirimi amacı ile tümleştirilmesison yıllarda aktif bir araştırma alanı haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında tek başınaataletsel ölçerlerin, tek başına kameraların ve iki tür ölçerin bir aradakullanılmasının gövde durum kestirimi başarımına etkisi incelenmiştir. ÖlçerlerKalman Filtre yapısı kullanılarak tümleştirilmiş, bilgisayar ortamında benzetimlerve laboratuar ortamında deneyler gerçekleştirilmiştir. Tek eksen etrafında daireselhareket ile sınırlanan deneylerde dönme açısı ve dönme hızı tahmin edilmektedir.Kısıtlı tutulan hareket bu iki ölçerin tümleştirilmesinin kazandırdıkları konusundaaçık bir değerlendirme ortamı sağlamaktadır. Çalışmada aynı zamanda kalibrasyonhatalarının kestirim başarımına etkisi benzetim ortamında incelenerek bir hassasiyetanalizi yapılmıştır. İki ölçerin bir arada kullanılmasının hatalara karşı gürbüzlüğüarttırdığı gözlenmiştir. Tümleştirme Doğrudan Kalman Filtresi ile yapıldığı gibiDolaylı Kalman Filtresi ile de gerçekleştirilmiştir. Böylece hassas bir dinamiksistem modelinin elde olmasının durum kestirimine etkisi değerlendirilmiştir.Ataletsel ölçerlerden kaynaklanan hata artışının ölçerlerin bir arada kullanılması ilegiderildiği ve bu tümleştirmenin tek başına kamera ile durum kestiriminden de dahaiyi sonuç verdiği benzetimlerde ve donanım ile yapılan deneylerde gözlenmiştir.Ataletsel ölçerler ve kameraların bir arada kullanılmasının zamanla artan hatalarıengellediği ve durum kestirimi hassasiyetini arttırdığı görülmektedir. Sonuçlar buiki ölçerin bir arada kullanılmasının çok serbestlik dereceli sistemlerde de başarıolabileceğini düşündürmektedir.
Özet (Çeviri)
The focus of the present thesis is on the joint use of cameras and inertial sensors, arecent area of active research. Within our scope, the performance of body stateestimation is investigated with isolated inertial sensors, isolated cameras and finallywith a fusion of two types of sensors within a Kalman Filtering framework. Thestudy consists of both simulation and real hardware experiments. The body stateestimation problem is restricted to a single axis rotation where we estimate turnangle and turn rate. This experimental setup provides a simple but effective meansof assessing the benefits of the fusion process. Additionally, a sensitivity analysis iscarried out in our simulation experiments to explore the sensitivity of the estimationperformance to varying levels of calibration errors. It is shown by experiments thatstate estimation is more robust to calibration errors when the sensors are usedjointly. For the fusion of sensors, the Indirect Kalman Filter is considered as well asthe Direct Form Kalman Filter. This comparative study allows us to assess thecontribution of an accurate system dynamical model to the final state estimates.Our simulation and real hardware experiments effectively show that the fusion ofthe sensors eliminate the unbounded error growth characteristic of inertial sensorswhile final state estimation outperforms the use of cameras alone. Overall we candemonstrate that the Kalman based fusion result in bounded error, high performanceestimation of body state. The results are promising and suggest that these benefitscan be extended to body state estimation for multiple degrees of freedom.
Benzer Tezler
- Virtual GPS for uav navigation in GPS-denied environments: sensor fusion of ınertial navigation system and google maps-based virtual gps using kalman filtering
Gps erişimi kısıtlı bölgelerde iha navigasyonu için sanal gps: kalman filtrelemesi kullanılarak ataletsel navigasyon sistemi ve google haritalar tabanlı sanal GPS'in sensör füzyonu
EMRE KESKİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ULAŞ DOĞRUER
- Alternative navigation methods: Fusion of optical flow and visual-inertial pose estimation using EKF
Alternatif navigasyon metotları: EKF kullanılarak, poz tahmini için optik akışı ile görsel ataletliyi füzyon etmektedir
ABDEL SALAM BAWARSHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE KOYUNCU
- Kapalı ortamlarda yerelleştirme ve haritalama için sensör füzyonu
Sensor fusion for gps denied environment for localization and mapping
HÜSEYİN BURAK KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Madgwick IMU algoritması kullanılarak, ataletsel ölçü birimi ile oryantasyon analizi
Orientation analysis with inertial measurement unit by using Madgwick IMU algorithm
MEHMET FATİH ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU
- İsaretçi takibi ile PnP tabanlı 6DoF poz tahminive CFD simülasyon karşılaştırması
PnP-based 6DoF pose estimation with marker trackingand CFD simulation comparison
YUSUF DEMİREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET NURİ AKINCI