Su Altı Türbülanslı Ortamda Uyarlanabilir Optik Kullanarak Görüntü Düzeltmesi

Abstract

Optik haberleşme yöntemleri veri iletim hızından dolayı ve gecikmenin az olmasından dolayı önemli bir haberleşme yöntemidir. Optik haberleşme yöntemlerinden su altı optik haberleşme önemli bir haberleşme yöntemidir ancak su altı ortamında görüntüleme bozulmaktadır. Bu bozulmanın önemli nedenlerinden biri türbülanstır ve su altı haberleşmenin performansını etkilemektedir. Bu tezde, uyarlanabilir optik yöntemi ile su altı ortamında bozulan görüntülerin düzeltilmesi incelenmiştir. Bilinen ve yeni geliştirilen kaynak profillerinin kullanılarak tanımlanmasıyla rastgele optik ışınların yayılımı su altı ortamında incelenmiş ve ortalama yoğunlukları elde edilerek sunulmuştur. Su altı türbülanslı ortamda rastgele optik ışınlarının, alıcıdaki yoğunluğu bulunarak analiz edilmiştir. Rastgele optik ışınların kaynak alan profilleri kaynak alanının piksellere bölünmesi ve piksellere faz ve genlik bilgisinin eklenmesiyle elde edilmiştir. Işın yoğunluklarının su altı türbülanslı ortamda alıcı düzleminde dağılımları gösterilirken, bilinen Gauss ışını, satranç tahtası şeklinde olan rastgele ışınlar ve Çankaya Üniversitesi baş harflerinin kısaltmasından oluşan Ç.Ü. ışını gibi farklı ışın tipleri kullanılmıştır. Dalga boyu, bağlantı uzunluğu, ortalama kare sıcaklığın dağılma oranı, sıcaklık ve tuzluluğun kırılma indisi spektrumuna katkı oranı, sıvı birim kütlesi başına kinetik enerjinin dağılma oranı, iç ölçek, alıcı açıklık çapı ve kaynak boyutu gibi su altı türbülans parametrelerinin ışın şiddetine olan etkisi incelenmiştir. Optik ışınlarının su altı türbülansı sonucunda bozulan görüntülerinin düzeltilmesinde, uyarlanabilir optik düzeltmesinin piston, eğim ve astigmatizma bileşenleri kullanılmıştır. Türbülans sonucu oluşan bozulma, uyarlanabilir optik yöntemi kullanılarak ve kullanılmayarak etkinliği karşılaştırılmıştır. MATLAB programı kullanılarak hesaplamalar yapılmış ve grafikler elde edilmiştir. Su altı türbülansının neden olduğu görüntü bozulmasının düzeltilmesi için kalite ölçütü belirlenmiş ve düzeltme miktarı incelenerek, uyarlanabilir optik yardımıyla ne kadar görüntü düzeltmesi sağlandığı incelenmiştir. Bu tezde, uyarlanabilir optik düzeltme yöntemi ile su altı ortamında türbülansın neden olduğu görüntü bozulmasının etkisinin en aza indirilmesi amaçlanmıştır. Bu tezde yapılan çalışma, su altı optik görüntüleme sistemleri, su altı kablosuz optik haberleşme ve elektro optik sistemlerin su altı performanslarının artırılması gibi alanlarda kullanılabilir.

Optical communication methods are an important communication method due to their high data transmission speed and low latency. Underwater optical communication is an important optical communication method, but imaging is distorted in the underwater medium. Turbulence is a major cause of this distortion, affecting the performance of underwater communication. The propagation of arbitrary optical beams in the underwater environment was investigated by defining known and newly developed source profiles, and their average intensities were obtained and presented. The intensity of arbitrary optical beams in an underwater turbulent environment was analyzed by finding the receiver. Source field profiles of arbitrary optical beams were obtained by dividing the source area into pixels and adding phase and amplitude information to the pixels. The distribution of beam intensities at the receiver plane in an underwater turbulent environment was demonstrated using various beam types, including the familiar Gaussian beam, arbitrary beams shaped like a chess board, and the Ç.Ü. beam, which is derived from the initials of Çankaya University. The effects of underwater turbulence parameters such as wavelength, link length, rate of dissipation of the mean-squared temperature, ratio of temperature and salinity contributions to the refractive index spectrum, the dispersion rate of kinetic energy per unit mass of liquid, inner scale, receiver aperture diameter, and source size on beam intensity were investigated. Piston, tilt, and astigmatism components of adaptive optics correction to correct images distorted by optical beams due to underwater turbulence. The effectiveness of adaptive optics distortion was compared with and without the use of adaptive optics. Calculations were performed using MATLAB, and graphs were obtained. A quality criterion for correcting image distortion caused by underwater turbulence was determined, and the amount of correction was examined to understand how much image correction is achieved by the help of the adaptive optics. This thesis aims to minimize the effect of image distortion caused by turbulence in the underwater environment using adaptive optics correction. The work done in this thesis can be used in areas such as underwater optical imaging systems, underwater wireless optical communication, and improving the underwater performance of electro-optical systems.