İlgiye Dayalı Gerçek Zamanlı Robot-Video Kodlama Ve İletimi

İÇİNDEKİLER

Özet 2

1 APES: Seçici Olarak Algılayan, Dikkate Dayalı Robot 3

1.1 Literatür 4

1.2 Fikri Mülkiyet Hakları 4

1.3 Orijinal Katkılar ve Yararları 4

2 Fikrin Buluş’a Dönüştürülmesi 5

2.1 Hedef Kullanıcı Beklentileri 5

2.2 Buluşun Özgün Yönleri ve Mukayaseli Karşılaştırma 6

3 Buluşun Uygulanması 7

3.1 Buluşun Ürün Dönüşme Çalışma Organizasyonu 7

3.2 Buluş Ürün Dönüşmesinde Kullanılan Yöntem ve Teknikler 9

3.2.1 APES’in Kafa Mekanizması 9

3.2.2 Motor Kontrol Kartı 11

3.2.3 Görme Sistemi: Seçici Algılama 13

3.2.4 İlgiye Dayalı Gerçek Zamanlı Robot-Video Kodlama ve İletimi 18

Uzamsal Ve Zamansal Video Süzgeçlemesi: 19

3.2.5 Internet Erişimli APES 20

Duraksız Video İşleme: 22

3.3 Başarımlar 23

3.4 Destekler 25

4 BULUŞUN TİCARİ BAŞARISI 25

4.1 Buluş ve Yeni Pazarlar 25

25

4.2 Buluşa Yönelik Pazar Dayanak Gerekçeleri 26

4.3 Tanıtım 26

5 Kaynakça 26

Özet

APES Boğaziçi Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği’nde bulunan Akıllı Sistemler Laboratuvarı’nda tasarımlanmış ve gerçekleştirilmiş bir robottur. APES’i hemcinslerinden farklı kılan ve onun bu konuda dünyada özgün olmasını sağlayan özelliği, görsel sisteminin biyolojik olarak esinlenmiş ve dolayısı ile tüm tasarımının bu özelliği destekleyecek şekilde yapılmış olmasıdır. Bu özellik, biyolojik sistemlerin “görme” işlevini, yoğun hesaplamalardan kaynaklanan gecikmelere uğramadan gerçekleştirebilmesine fırsat veren seçici algılama ve dikkate dayalı görebilmeleridir. APES, benzer robotlardan farklı olarak, aynı anda aşağıdaki biyolojik benzerlikteki özelliklere sahiptir.

1. 
   Odaklama Alanı – Çevresel Alan Ayırımı: Geleneksel kameraların aksine retinadaki algılayıcı hücreler Gauss dağılımına gore yerleşim bulmaktadır. Merkezdeki yüksek yoğunluktaki odak alanında, karmaşık işlemler yapılmakta, merkezden uzaktaki çevresel alanda ise çok sık yapılan, ancak basit işlemler yapılmaktadır.
   
2. 
   İlgi: Kafa ve göz hareketlerinin ilgiye dayalı yönlendirilmesi ile uzamsal-zamansal ilintili görsel veri toplanması gerçekleştirilir
   
3. 
   Temsil Modları: Yapılan çalışmalarda elde edilen bulgular, algılama ve dikkatin bakılan veya incelenen ortamı temsil edecek modlara bağlı olduğunu ortaya koymaktadır
   
4. 
   Seri İşlem: İnsan görme sistemi yoğun olarak parallel çalışmasına rağmen çoğu görsel işlemler seri işlemeyi de zorunlu kılmaktadır
   
5. 
   Hafıza: İnsan görme sistemin kısa ve uzun dönem hafızanın efektif kullanılmasıyla görsel bilginin biriktirilmesini ve uzun yıllar boyunca izlenen ortamların modellerinin tutulmasını sağlar.
   

İnsan görme sistemine benzer dikkat mekanizmalarının robot görme sistemlerinde uygulanması ise son zamanlarda hız kazanmıştır. Ancak dünya’da benzeri sistemlere bakıldığında, daha çok ilk üç madde üzerinde yoğunlaştıkları görülmektedir. İlk yapılan çalışmalar daha çok göz hareketlerini taklit eden elektro-mekanik sistemlerin tasarımı üzerinde olmuştur. Daha sonra araştırmacılar “bakılacak yerin belirlenmesi” ve “nasıl bakılacağı” problemlerine yönelmiş ve göz hareketleri ve ilgiye dayalı görsel arama modelleri geliştirmişlerdir. Gerçek zamanlı çalışan ve görme problemleri üzerine yoğunlaşan uygulamalar yukarıda belirtilen maddelerin hepsini göz önünde bulundurmalıdır. Biz, uzun bir süreden beri bu konuda araştırma yapmakta ve çeşitli buluşlar gerçekleştirmekteyiz. APES bu araştırma ve buluşları bünyesinde toplayarak, bu konuda ilk olabilme özelliğine sahip bir robottur.

1. APES: Seçici Olarak Algılayan, Dikkate Dayalı Robot

APES dikkate dayalı olarak etrafı görebilmesi özelliği ile 100% özgün bir robottur. Robotun tasarımı ve üretimi, tüm mekanik, elektromekanik ve görsel işleme kısımlar dahil olmak üzere, proje ekibi tarafından çeşitli aşamalar içinde yapılmıştır. APES’in benzer robotlardan en büyük farkı görsel sisteminin, bulunduğu ortamı seçici olarak algılamasıdır. İnsan gözünde bulunan mekanizmalara benzer olarak APES’te de bir fovea-çevresel alan farklılığı vardır. APES bulunduğu ortamda sadece dikkatini çeken kısımları görür ve ortamı tanıması sadece bu tip hareketler sonucu (saccades) oluşan görsel veriye dayalıdır. Bunun sonucu olarak, APES benzer robotlara mukayeseli olarak hayli ekonomik bir donanım ile, yine benzer robotların görsel yetilerine yakın veya daha iyi bir başarım gösterebilmektedir.


Şekil 1: APES Robotu

APES’in üç yenilikçi özelliği bulunmaktadır:

• 
  Seçici Algılama ve Tanıma: APES etrafını odakla-odak noktasına bak döngüsü içinde inceler. Odak noktasını incelemeyi, biyolojik olarak esinlenmiş süzgeçleri kullanarak yapar. Böylece oluşan odaklama dizileri, görülen nesnelerin tanınmasına yönelik öğrenme ve daha sonra öğrendiklerini kullanma yetileri ile işleme tabi tutar. Bu özelliği de çalışmamızın yenilikçi özelliklerinden birini oluşturmaktadır. APES yeni odaklama noktalarına gittikçe, gelen bilgiyi gerçek-zamanlı olarak toplar ve kendi hafızasındaki uzamsal-zamansal modeller kullanılarak sürekli olarak gördüğü nesneler hakkındaki kararlarını günceller.
  

• 
  Seçici Algılama ve Video İletimi: APES bulunduğu ortamı incelerken, gördüklerini aynı zamanda iletebilme yetisine sahiptir. Ancak bilindiği üzere, video iletimi aşırı derecede bir ağ kapasitesi gerektirir. APES’in ikinci yenilikçi özelliği, seçici algılama yetisini video iletiminde de kullanmasıdır. Çalışmamızın yeniliği bir video ardışımındaki çerçevelerde tanımlanan ilgi merkezlerinin pekiştirilmesi, bulunan ilgi merkezlerinin dışında kalan bölgelerin ise hem uzamsal hem de zamansal düzlemde süzgeçlenmesi, ve işlenmiş olan çerçeveyi düşük bit hızlarında kodlamaktır. Benzer sistemlerden farklı olarak, APES odaklama ve çevresel alanlarını diğerlerinden farklı seviyelerde kodlayıp H.263 kodlayıcısı belirtimlerine uyan bir bit akımı oluşturur. Bu sayede kodlanan videonun İnternet üzerinden duraksız erişimi sağlanır.
  

• 
  APES Uzaktan Erişim: APES’in İnternet üzerinden erişimi ve kontrolüne olanak sağlayan bir sistem. Bu sistemde entegrasyon çalışması ile donanımsal ve yazılımsal bir bütünlük sağlanmış ve uzaktan robotun hareketlerinin kontrolü ve kamera görüntülerinin karşı tarafa aktarılması sağlanmıştır. Bu iki yönlü iletişim çerçevesi içinde değişik algılayıcılardan gelen bilgilerin İnternet üzerinden kullanıcılarının erişimine sunabilmesi gerekmektedir. Aynı zamanda, dışarıdaki kullanıcıların da gönderecekleri komutlar aracılığı ile sistemle etkileşimlerine imkan tanınmalıdır. İnternet’in her yere girmesi ile, robotlar dahil her türlü makine ve cihazların web üzerinden erişimi önemli bir konu haline gelmeye başlamıştır.