Titreşim Yönetimi ve Gimbal: Kamera Görüntüsünü Stabilize Etmek

Sahada iki şikâyet neredeyse hep birlikte gelir. Birincisi: araç Loiter’da duruyor ama irtifası yavaşça tırmanıyor, yer istasyonunda “Vibration compensation ON” mesajı beliriyor. İkincisi: aynı uçuşun videosunda dikey çizgiler dalgalanıyor, sanki görüntü jöleye dönüşmüş.

Bunlar iki ayrı arıza değil. İkisi de tek bir kök nedenin, gövdeye binen mekanik titreşimin, iki farklı sensörde görünen yüzü. Uçuş kontrolcüsündeki IMU (atalet ölçüm birimi: ivmeölçer + jiroskop) titreşimi gerçek hareket sanır ve konum tahmini bozulur. Kameranın CMOS sensörü ise titreşimi görüntünün içine kaydeder.

Bu yazıda titreşimi nasıl ölçtüğümüzü, frekansını nasıl bulduğumuzu, yazılımsal (notch filtre) ve mekanik (balans, yalıtım, gimbal) çözümleri nasıl sıraladığımızı anlatıyoruz. Sıra önemli: önce ölç, sonra mekanik olarak azalt, en son filtrele.

Titreşimin iki kurbanı

IMU tarafı. ArduPilot’un EKF’i (Genişletilmiş Kalman Filtresi) ivmeölçer verisini barometre ve GPS ile birleştirerek hız ve konum tahmini üretir. İvmeölçere binen yüksek frekanslı gürültü bu tahmini kaydırır; en tipik sonucu irtifa kontrolünün bozulmasıdır. ArduPilot bu duruma karşı varsayılan olarak açık bir titreşim failsafe’i taşır (FS_VIBE_ENABLE). EKF’in dikey hız ve dikey konum innovation değerleri pozitifken hız varyansı 1 veya üzerine çıkar ve bu durum 1 saniye sürerse, uçuş modu değişmeden irtifa kontrolü titreşime daha dayanıklı (ama daha az hassas) bir algoritmaya geçer. Yer istasyonunda “Vibration compensation ON” görürsünüz; EKF normale döndükten 15 saniye sonra çıkılır.

Burada bir yanlış anlamayı düzeltelim: Loiter’da dönerek genişleyen daireler çizme, yani “toilet bowl” etkisi, ArduPilot dokümantasyonunda öncelikle pusula sorununa bağlanır (genellikle FC altındaki güç kablolarının manyetik girişimi). Titreşimin imzası farklıdır: irtifa kaçışı, konumda gezinme ve log’da yüksek VIBE değerleri.

Kamera tarafı. CMOS sensörlü kameralar kareyi satır satır okur (rolling shutter). Okuma sürerken sensör titreşirse, üstteki satırlarla alttaki satırlar farklı anlardaki sahneyi görür; düz direkler dalgalanır. Buna jello etkisi denir. ArduPilot dokümantasyonu jello’yu doğrudan dengesiz pervane ve motorlara bağlar. Yüksek frekanslı bileşen ayrıca pozlama süresi boyunca hareket bulanıklığı (motion blur) üretir — bu, YOLO tabanlı tespit hattımızın doğrudan girdisini bozar.

Kaynaklar ve ayırt edici belirtiler

Kaynak	Tipik belirti	İlk kontrol
Pervane dengesizliği	X ve Y birlikte yüksek	Pervane balansı, çatlak/çentik kontrolü
Motor balansı / rulman aşınması	X ve Y birlikte yüksek	Motoru elle çevirip boşluk/pürüz hissi
FC montajı (çok sert veya gevşek)	Yalnız X veya yalnız Y yüksek	Damping malzemesi ve kablo gerginliği
Pervane izleme (tracking) hatası, mil eğriliği	Z ekseni yüksek	Adaptör konsantrikliği, motor mili boşluğu
Kol/gövde rezonansı	Belirli gaz aralığında ani artış	Kol rijitliği, gevşek vida

Eksen bazlı bu ayrım ArduPilot’un titreşim ölçme sayfasından gelir ve arıza aramayı ciddi biçimde kısaltır.

Güvenlik. Pervane balansı ve motor kontrolü, pervaneler motordan sökülmüş ve batarya ayrılmış haldeyken yapılır. Çatlamış, çentilmiş veya onarılmış pervane kullanılmaz — dengesizlik en küçük sorunudur, dönerken parçalanabilir. Bataryayı ancak pervane montajı bittikten ve araç sabitlendikten sonra takın.

Ölçme: VIBE mesajı ve eşikler

ArduPilot her uçuşta VIBE mesajını log’lar. VibeX/VibeY/VibeZ, birincil ivmeölçer çıkışının standart sapmasıdır ve m/s/s biriminde verilir. Clip0/Clip1/Clip2 sayaçları ise bir ivmeölçer ölçüm sınırına (16G) her dayandığında artar.

Ölçüm	Değer	Yorum
VibeX/Y/Z	< 30 m/s/s	Normalde kabul edilebilir
VibeX/Y/Z	30–60 m/s/s	Konum/irtifa sorunu görülebilir
VibeX/Y/Z	> 60 m/s/s	Neredeyse her zaman sorunlu
Clip sayaçları	0	Hedef
Clip sayaçları	< 100 (sert iniş vb.)	Kabul edilebilir
Clip sayaçları	Log boyunca sürekli artan	Ciddi titreşim problemi

Mission Planner’da log’u açıp VIBE grafiğini çizmek ilk adımdır. Uçuşun tamamında değil, hover ve ileri uçuş segmentlerinde ayrı ayrı bakın: bazı rezonanslar yalnız belirli gaz aralığında görünür.

Frekansı bulmak: batch sampling ve FFT

Genlik “sorun var mı” sorusunu cevaplar, frekans “nereden geliyor” sorusunu. ArduPilot ham IMU örneklerini log’a yazabilir:

INS_LOG_BAT_MASK = 1     # İlk IMU'dan veri topla
INS_LOG_BAT_OPT  = 4     # Filtre öncesi ve sonrası 1 kHz örnekleme
# INS_LOG_BAT_LGIN / INS_LOG_BAT_LGCT varsayılanda bırakılabilir

Kısa bir hover uçuşundan sonra Mission Planner’ın FFT aracı dört spektrum çizer: ACC0/ACC1 (filtre öncesi/sonrası ivmeölçer) ve GYR0/GYR1 (jiroskop). Motor kaynaklı tepe, dokümantasyondaki örnekte küçük bir araçta ~200 Hz, büyük bir Copter/QuadPlane’de ~100 Hz civarındadır; 5 inç bir quad örneğinde hover’da 180 Hz’de belirgin tepe görülmüştür.

Beklediğiniz frekansı önceden hesaplayabilirsiniz:

f_motor  = RPM / 60                 # Hz — dengesizliğin temel frekansı
f_kanat  = (RPM x kanat_sayisi)/60  # Hz — bıçak geçiş frekansı

Örnek: ESC telemetrisinden hover'da 4800 RPM, 2 kanatlı pervane
f_motor = 4800 / 60        = 80 Hz
f_kanat = (4800 x 2) / 60  = 160 Hz

Spektrumda 80 Hz’de tepe görüyorsanız kaynak pervane/motor dengesizliğidir. Bu hesap, ölçtüğünüz tepenin gerçekten motorlardan mı yoksa gövde rezonansından mı geldiğini ayırmanızı sağlar.

Notch filtre: gürültüyü hedefli kesmek

Genel alçak geçiren filtreler (INS_GYRO_FILTER, INS_ACCEL_FILTER) tüm yüksek frekansları birlikte bastırır ve kontrol döngüsüne gecikme ekler. Harmonik notch filtresi bunun yerine yalnız motor frekansını ve harmoniklerini keser. Motor devri gaz ile değiştiği için notch’un merkez frekansı da takip etmelidir; INS_HNTCH_MODE bunu belirler:

Mode	Kaynak	Ne zaman
0	Sabit frekans	Devri sabit sistemler, hızlı deneme
1	Gaz tabanlı (varsayılan)	ESC telemetrisi yoksa — en yaygın seçim
2 / 5	Harici RPM sensörü	Sensör mevcutsa
3	ESC telemetrisi	ESC RPM veriyorsa, en doğrudan yöntem
4	Uçuş içi FFT	Diğerleri yoksa; dokümantasyon, FFT hesabının gecikmesi nedeniyle iyi kurulmuş gaz tabanlı notch’tan daha kötü sonuç verebileceğini not düşer

Gaz tabanlı kurulum için dokümantasyonun verdiği ilişkiler:

INS_HNTCH_MODE = 1
INS_HNTCH_FREQ = hover_freq          # FFT'den okunan hover tepe frekansı
INS_HNTCH_BW   = hover_freq / 2
INS_HNTCH_REF  = hover_thrust        # MOT_THST_HOVER değeri

# Geniş gaz aralığında daha iyi takip için:
INS_HNTCH_REF  = hover_thrust x (min_freq / hover_freq)^2

Örnek: hover_freq = 80 Hz, hover_thrust = 0.35, log'da görülen min_freq = 60 Hz
INS_HNTCH_FREQ = 80
INS_HNTCH_BW   = 80 / 2 = 40
INS_HNTCH_REF  = 0.35 x (60/80)^2 = 0.35 x 0.5625 = 0.197  ->  ~0.20

FFT modunu kullanacaksanız FFT_ENABLE = 1 (yeniden başlatma gerekir), INS_HNTCH_MODE = 4 ve INS_HNTCH_REF = 1 (ölçekleme yok). INS_HNTCH_HMNCS ile temel frekansın katlarındaki harmonikler de filtrelenebilir.

Filtre bir düzeltme değil, bir örtüdür. Önce mekaniği düzeltin.

Mekanik çözüm: balans ve yalıtım

ArduPilot’un titreşim sönümleme sayfasının özü şu: pervaneler iyi bir manuel balanser ile dengelenmeli, motor rulmanları aşınmamış olmalı, pervane adaptörü konsantrik ve düzgün olmalı. “Motor balansı, özellikle ucuz motorlarda büyük etki yapabilir.” Kollar mümkün olduğunca rijit olmalı — alüminyum veya karbon fiber kollar daha az bükülüp burulduğu için titreşimi azaltır.

Uçuş kontrolcüsü yalıtımında hedef şudur: yüksek ve orta frekanslı titreşimi azaltmak, ama kartın gerçek düşük frekanslı hareketini geçirmek. Kullanılan yöntemler köpük (çift taraflı yapışkanlı, 1–2 cm kareler halinde dört köşeye), jel bant, 3D baskı damper mountlar, O-ring süspansiyon ve kulak tıkacı montajıdır.

Kritik nokta damper sertliğinin izole edilen kütleye uygun olmasıdır. Dokümantasyon açıkça uyarır: piyasadaki hazır çözümlerin neredeyse tamamı, ortalama bir otopilotun en az 5–10 katı ağırlıktaki bir kütle için tasarlanmıştır. Yani yanlış seçilmiş damping ball, hiç damper olmamasından daha kötü sonuç verebilir. “Çok fazlası, çok azı kadar kötüdür.”

Bir başka sık gözden kaçan detay: kablolar. FC’ye giden kablolar sert ve gergin bağlanırsa titreşim yalıtımı baypas eder. Dokümantasyonun önerisi, tüm kablolarda esnek kablo ve gerilim boşaltma (strain relief) yaklaşımı kullanmaktır.

Gimbal: 2 eksen mi, 3 eksen mi?

Gimbal, düşük frekanslı gövde açı değişimini (yalpalama, yunuslama) telafi eden aktif bir sistemdir. Yüksek frekanslı titreşimi çözmez — onu kameranın kendi montajındaki yumuşak ara katman çözer.

	2 eksen (pitch + roll)	3 eksen (pitch + roll + yaw)
Telafi	Eğim ve yatış	Eğim, yatış ve sapma
Ağırlık / güç	Daha az	Daha fazla
Ne zaman	Nadir (aşağı) bakış ağırlıklı görevler; ağırlık bütçesi dar	Sabit bir hedefe kilitli kalması gereken görevler, yatay/eğik bakış

Bizim SUAS 2026 aracımızda SIYI A8 mini (3 eksen, 1080p RTSP, 81° yatay FOV) kullanıyoruz. ArduPilot tarafında kurulum:

MNT1_TYPE        = 8     # Siyi
SERIAL2_PROTOCOL = 8     # SToRM32 Gimbal Serial
SERIAL2_BAUD     = 115   # 115200 bps
CAM1_TYPE        = 4     # Mount (Siyi)
MNT1_PITCH_MIN   = -90   # nadir (tam aşağı) bakış
MNT1_PITCH_MAX   = 25
MNT1_YAW_MIN     = -135
MNT1_YAW_MAX     = 135
MNT1_RC_RATE     = 90    # deg/s

Nadir bakış (pitch = -90) görüntü işleme için önemlidir: kamera tam aşağı bakarken görüntü düzlemi zemine paralel olur, ölçek kare boyunca yaklaşık sabit kalır ve piksel–metre dönüşümü tek bir irtifa değeriyle yapılabilir. Eğik bakışta aynı nesne karenin üstünde ve altında farklı piksel boyutuna sahip olur; bu da SAHI dilimli çıkarım gibi ölçek varsayımına dayanan yöntemleri zorlaştırır. Gimbal’ın açıyı sabit tutması, kare kare değişen bir perspektif yerine tutarlı bir görüntü akışı verir — companion computer üzerinden gimbal komutlarını MAVLink ile göndererek bu açıyı görev boyunca koruyoruz.

Sık düşülen tuzaklar

• FC’yi doğrudan gövdeye vidalamak. Rijit montaj, gövdedeki tüm yüksek frekanslı enerjiyi ivmeölçere aktarır. Tersi de hatalıdır: aşırı yumuşak montaj kartın kendi düşük frekanslı salınımını başlatır ve EKF bunu araç hareketi sanar.
• Yanlış sertlikte damping ball. Otopilot kütlesine göre çok sert damper hiçbir şey sönümlemez, çok yumuşak damper rezonansa girer. Damperin izole ettiği kütleyi (FC + üzerine bağlı her şey) hesaba katın.
• Kabloları gergin bağlamak. Titreşim, damper yerine kablodan geçer. Kablolarda kıvrım payı bırakın.
• Hasarlı pervaneyi “idare eder” diye kullanmak. Çentikli veya onarılmış pervane hem dengesizdir hem güvenlik riskidir.
• Notch filtreyi mekanik sorunun üzerine örtmek. Clip sayacı artıyorsa ivmeölçer zaten doyuma gidiyordur; filtre doyan sensörü kurtaramaz.
• Kamerayı gimbal’a sert vidalamak. Gimbal düşük frekansı çözer; jello’yu kameranın altındaki yumuşak kauçuk, silikon veya köpük ara katman çözer.
• Yer testinde titreşim aramak. Titreşim imzası hover’da ve gaz değişiminde ortaya çıkar; masada motor döndürerek doğru veri alınmaz.

Pratik özet

1. Önce ölç. Her uçuştan sonra VIBE grafiğine ve Clip sayaçlarına bakın. Hedef: üç eksende de 30 m/s/s altı, Clip sayaçları sabit.
2. Sonra frekansı bul. INS_LOG_BAT_MASK=1, INS_LOG_BAT_OPT=4 ile bir hover uçuşu yapıp Mission Planner FFT ile tepe frekansını okuyun; RPM/60 ile beklentinizle karşılaştırın.
3. Mekaniği düzelt. Pervane balansı, motor rulmanı, adaptör konsantrikliği, kol rijitliği, vida sıkılığı. Bu adım atlanırsa geri kalan her şey palyatiftir.
4. Yalıtımı kütleye göre seç. Damper sertliğini FC kütlesine uydurun, kabloları gevşek bırakın, gimbal montajını gövdeden ayrı düşünün.
5. En son filtrele. Harmonik notch’u ölçtüğünüz hover frekansına kurun (FREQ = hover_freq, BW = hover_freq/2, REF = hover_thrust) ve değişikliği yeni bir log ile doğrulayın.

Bu sırayı bozmamak, SUAS 2026 hazırlığımızda en çok zaman kazandıran alışkanlıklardan biri oldu. Titreşim, uçuş kontrolü ile görüntü işlemeyi aynı anda etkileyen az sayıdaki ortak değişkenden biri; bir kez düzgün ölçmeye başladığınızda iki tarafta birden kazanıyorsunuz.