Projeler / Ödüller

TUBITAK 45. ORTAÖĞRETİM ÖĞRENCİLERİ ARAŞTIRMA PROJELERİ YARIŞMASI

2014 yılında TÜBİTAK’ın düzenlemiş olduğu 45. Ortaöğretim Öğrencileri Araştırma Projeleri yarışmasına “Ağaç Liflerinden Karekoda” isimli projem ile katıldım. Okulum Enka önderliğinde katıldığım yarışma için ağaç lifleri üzerine yaptığım detaylı araştırmalar sonucunda belgeler ile ilgili bir güvenlik sistemi kurabileceğime karar verdim.ProjeResim-1

Arkeolojik bulgulara göre bilinen ilk kağıt, Milat’tan önce 2. yüzyılda Çin’de üretilmiştir. Günümüze gelene dek çokça değişen kağıdın hammaddesi, bitkisel liflerden elde edilmiştir. Bitkisel lifler doğadan elde edilir ve doğanın kusursuzluğu ile birbirinden farklı şekillere sahip olmaktadır. Günümüzde en yaygın hammadde olan ağaç, ilk olarak 1870′te kullanılmıştır. Modern kağıt, kağıt hamuru üretimi esnasında serbest hale gelen selülozik liflerin kurutularak birbirine zayıf hidrojen bağları ile bağlanmasından meydana gelmektedir. Proje, selülozik liflerin mikroskobik boyutlarda birbirinden farklı şekiller meydana getirerek kağıdı oluşturacağı ve kağıtların bu şekiller ile birbirinden ayırt edilebileceği hipotezine dayanmaktadır.

Bu verilere dayanarak, kağıtların birbirinden ayırt edilebilmesi ile onları kimliklendirmenin ve güvenilir kılmanın mümkün olacağını düşündüm.

Projede, hipotezin testi için gereken veriyi, bilgisayar bağlantılı bir mikroskop ile farklı kağıtların ve aynı kağıdın farklı bölgelerinin gözlenmesi sonucunda elde ettim. Kullanılan mikroskop en fazla 200X büyütme yapabilmektedir. Yapılan gözlemlerden elde edilen veri ise bana hipotezin desteklendiğini göstermiş oldu. Farklı kağıtların aynı bölgelerinden alınan mikroskop görüntüleri ile aynı kağıdın farklı bölgelerinden alınan mikroskop görüntüleri aynı olmamaktaydı.

Bir kağıdın belirli bir bölgesinden aldığım ve yapısındaki selülozik liflerin şekillendirdiği mikroskobik görüntü o kağıdı diğerlerinden ayıran bir anahtardı. Tıpkı insanların parmak izlerinin aynı olmaması gibi kağıtların da bu görüntüleri aynı olmamaktadır. Bu sebeple bu görüntüye kağıdın parmak izi denebilir. Projemde kağıdın parmak izi bilgisini karekoda çevirip, yine aynı kağıda bastım. Bu sayede bir kağıdın parmak izi aynı kağıt üzerine kaydedilmiş oldu. Kopyalanan veya yeniden basılan belgede karekod aynen kalmakta iken parmak izi değişecekti. Çünkü kağıt ta değişmekteydi. Parmak izi ile karekodda saklanan bilginin karşılaştırılması ile kağıdın orijinal olup olmadığı tespit edilebileğini böylece kıymetli kağıtların kopyalamaya karşı güvenli hale getirilebileceği konusunda projemi tamamladım.ProjeResim-2

 

PROJE PLANI

 

Araştırma Konusu:

Kağıda basılı belgelerin değiştirilerek yeniden basılması ya da kopyalanmasının zararlı olacağı durumlar mevcuttur. Öyleyse, kağıda basılmış belgenin kopyalanmadığını ya da yeniden basılmadığını, kısacası orijinal belge olup olmadığını tespit etmek mümkün müdür? Bu çalışma, belgelerin orijinal kağıdında olup olmadığının anlaşılmasını sağlayacak ve belge kopyacılığının önüne geçebilecek yöntemlerin araştırılmasını kapsar.

Hipotez

Kağıtlar, hammaddesi doğal malzeme olması sebebi ile birbirinden ayırt etmeye yarayacak bir yapıya sahiptirler. Bu yapının incelenmesi ile kağıtlar kimliklendirilebilir ve gerektiğinde ayırt edilebilir.

 

Süreçler

Veri toplanması için uygulanacak süreç kağıtların doğal yapılarının mikroskop altında incelenmesi olacaktır. Hipotezi destekleyecek ya da çürütecek veri farklı kağıtlardan alınacak mikroskobik görüntülerden toplanacaktır. Mikroskop görüntülerinin karşılaştırılabilmesi için görüntülerin saklanması gerekecektir. Bu sebeple bilgisayara bağlanabilecek sayısal bir mikroskop kullanılması anlamlı olacaktır.

Veri Analizi:

Toplanacak olan veri görüntü olduğu için analiz de görsel olarak yapılacaktır. Görüntü bilgisayar ortamında saklanabilen sayısal bir büyüklükle ifade edilebilmektedir. Bu sebeple mikroskobik görüntülerin karşılaştırılması için bilgisayar ortamında programlar kullanılabilir, gözle değerlendirme yapılabilir.

qrcode

 

DETAYLI RAPOR İÇİN TIKLAYIN YADA QR OKUTUN

 

1

 

 

 

Stand tasarımında da birebir bulunarak, stand giydirmesi konusunda yönlendirmeler yaptım. Ziyaretçilerin standın önünden geçerken göz gezdirdiklerinde projemin ne hakkında olduğu konusunda bir fikirleri olması adına bazı soru baloncukları ekledim. Bu alanlara proje yapma sebeplerimden bazı kritik sorular ekledim. Baskı ve montaj aşaması da çok zevkli geçti. Stand’ın zemininin pürüzlü olması ile yaşadığımız stressi bana yardımcı olan ekip ile bulduğumuz bir çözüm ile sorunsuz atlattık.

 

 

PROJE RAPORU

 

Proje Adı

Ağaç Liflerinden Karekoda

 

Proje Amacı

Kağıt belgelerin kopyalanmasına ve yeniden basılmasına karşı koruyucu olacak, kağıdın orijinal olduğunu tespit etmeyi sağlayacak bir yöntemin bulunması amaçlanmıştır. Ayrıca bu yöntemin kıymetli evrakta kullanılabilecek pratik bir hale dönüştürülmesi de amaçlanmaktadır.

 

Giriş

Önemli belgelerde kullanılan kağıtların güvenliği için çalışmalar geçmişten günümüze sürmektedir. Bilinen ilk güvenli kağıt uygulaması 1914 yılında yapılmıştır. Bu uygulamada kağıt hamuruna özel bir malzeme karıştırılarak zarfın içinin görülmesi engellenmiştir [1].

Günümüzde kağıtların sahtecilikle çoğaltılmaması için uygulanan yöntemler aşağıdadır [1]:

    • Filigran (wavelet) uygulama [3]: Filigranlar özel aydınlatma altında görülebilir.
    • Renkli ya da dokulu fon kullanma: Metnin arkası düz beyaz bırakılmaz, bir fon resmi ya da tonu üzerine metin yazılır.
    • Mikroskobik ölçekte yazı yazma [2].
    • Kağıt içinde metal iplikler kullanma.
    • Ultraviolet (UV) ışık altında renk değiştiren malzeme kullanma.
    • Holografik resim kullanma.

Bugün para ve kıymetli evrak kağıtlarının kopyalanmasını önlemek için yukarıdaki yöntemlerle kağıt üreten birçok firma mevcuttur [4-6]. Maliyetli üretim ile elde edilen güvenli kağıtlar (security papers) yerine herhangi bir kağıdın orijinalliğini tespit etmek üzere endüstriyel çalışmalar da sürmektedir. Fuji Xerox firmasının kağıt parmak izini tespit etme teknolojisini (Paper Fingerprint Recognition Technology) geliştirmeye çalıştığı bilinmektedir [7]. Bu teknoloji, kağıdın üretildiği ahşap hamurunda ham maddenin lifli olmasına ve kağıt üretildiğinde bu liflerin rastgele yerleşmiş olmasına dayanır.

‘Paper Fingerprint Recognition Technology’ de projemdekinden farklı olarak kağıt parmak izleri bir veritabanında saklanmaktadır. Orijinalliği test etmek istediğimizde kağıdın veritabanındaki kaydı ile o an ölçülen parmak izi karşılaştırılır. Bu projede ise kağıdın parmak izi bilgisi veritabanında saklanmamakta, yine kağıdın üzerinde karekodla basılmış biçimde saklanmaktadır. Bu sayede kontrol işlemi için parmak izlerinin bir yerde depolanmasına ihtiyaç duyulmaz. Tam güvenlik sağlamak için parmak izi resminin karekoda şifrelenerek dönüştürülmesi gerekir.

Kağıt parmak izinin üstten yapılan bir aydınlatma ile tespit edildiği bir çalışma mevcuttur [8]. Bu projede ise mikroskobun alt aydınlatması kullanılır. Bu sayede üst aydınlatmanın ortamdan ortama değişmesinden etkilenmeyiz. Hemen her ölçümde aynı parmak izi görüntüsü elde edilebilir.

Projenin basit cihazlarla gerçekleştirilebilmesi ve veritabanı gibi karmaşık sistemler ile özel yazıcılara ihtiyaç duymaması, önerilen yöntemin kullanışlı olmasını sağlar.

Projede ilk olarak farklı kağıt çeşitleri mikroskop altında incelenmiştir. Ek 1’de incelenen örnekler sunulmuştur. Yukarıdan aşağıya doğru sırasıyla kırmızı renkte karton, gazete kağıdı, beyaz kağıt, pişirme kağıdı, ince kuşe kağıt, kalın kuşe kağıt, peçete örneklerine ait mikroskobik görüntüler Şekil 1’de sunulmuştur.

34

 

Yöntem:

Farklı kağıtlar üzerinde yapılan gözlemlerle, kağıtların lif yapılarından ayırt edilebileceği hipotezimi desteklemiştir. Bu projede kağıdın parmak izinin karekoda dönüştürülüp aynı kağıt üzerine kaydedilmesi için aşağıda sıralanan adımlar yürütülür.

1. İlk adımda kağıdın mikroskop altında incelenecek bölgesi kağıt üzerinde işaretlenir. Bunun için kağıdın köşesine yakın bir bölgesine küçük gri bir çerçeve basılır. Bu sayede kağıdın parmak izi olacak lifli mikroskobik görüntüsü bu gri çerçevenin ortasındaki beyaz bölgeden alınır. Hem kağıdın karekodu hazırlanırken, hem de daha sonra kağıt test edilirken hep bu çerçeve kullanılır.

2. Kağıt, basılan çerçeve görüntülenecek şekilde mikroskop altına yerleştirilir. Olabildiğince yüksek yakınlaştırma miktarı ile (bu projede 200X) çerçevenin ortasındaki boş bölgenin dijital görüntüsü kaydedilir. Resmin karşıtlık ve parlaklık değeri en yüksek değere ayarlanır. Bu sayede liflerin daha iyi görünmesi sağlanır. Örnek bir görüntü Şekil 2’de sunulmuştur.

 

5

  Şekil 2: Mikroskoptan alınan görüntü. Gri çerçevenin ortasındaki beyaz bölge görülmektedir.

3. Kaydedilen resme ait karekodun üretilmesi için küçültülmesi ve lifli yapıyı temsil edebilecek en düşük boyutlu resim dosyasına çevrilmesi gerekir. Bunun için bir resim işleme programı ile gri bölgenin ortasındaki beyaz kısım kesilerek ayrılır, renksiz resme dönüştürülür ve karşıtlık değeri tekrar arttırılır. Böylece Şekil 3’teki görüntü elde edilir.

6

Şekil 3: Kesilen beyaz bölgenin karşıtlığı arttırılmış hali.

4. Elde edilen resim 30×30 piksel boyutlarına küçültülür, tekrar karşıtlık arttırma uygulanır ve üç tonlu resme (beyaz, gri, siyah) dönüştürülür. Sonuç Şekil 4’te sunulmuştur.

9

Şekil 4: Üç tondan oluşan, 30×30 piksel boyutlarında parmak izi görüntüsü.

5. Parmak izi karekoda ‘dmtxwrite’ adlı hazır bir karekod üretici program kullanılarak dönüştürülür. Üretilen karekod Şekil 5’te gösterilmiştir.

8

Şekil 5: Parmak izini saklayan karekod.

6. Karekod parmak izi alınan kağıdın arka yüzüne basılır. Bu sayede ön yüzde belge içeriğine engel olmaz. Karekod basıldığı andan itibaren kağıdın orijinalliği koruma altına alınmış olur. Herhangi bir anda kağıdın orijinal olup olmadığı kontrol edilecek olursa, karekod bir tarayıcı ile taranır. Etrafında beyaz bir çerçeve kalacak şekilde resim programı ile kesilir ve ‘dmtxread’ adlı hazır bir program ile sakladığı veri çözülür. Çözme işlemi ile Şekil 4’teki parmak izi görüntüsü elde edilir. Ardından parmak izi çerçevesi tekrar mikroskop altına alınır ve 2. adımdan 4. adıma işlemler yeniden yapılır. İkinci kez elde edilen parmak izi görüntüsü Şekil 6’da verilmiştir. Sonuç olarak Şekil 6 ve Şekil 4’teki görüntülerin birbirine benzeme miktarına göre kağıdın orijinal olduğuna karar verilebilir.

7

Şekil 6: Kontrol amacıyla ikinci kez elde edilen parmak izi görüntüsü.

Orijinal kağıt mikroskopla her incelendiğinde karekodunda saklanmış olan parmak izi resmine benzeyen görüntüler elde edilir. Fakat kağıdın kopyalanması ya da yeniden basılması halinde mikroskopla test için yapılacak görüntülemelerde, karekodda saklanan parmak izine benzemeyen sonuçlar elde edilir.

Yöntemin uygulanabilmesi için yazıcıya, tarayıcıya, dijital mikroskoba, resim işleme programına ve karakod üretip çözebilen bir programa ihtiyaç duyulur. Yöntemin geçerli ve başarılı olduğu durumlar Sonuçlar ve Tartışmalar bölümünde açıklanmıştır.

 

Sonuçlar ve Tartışma:

Yöntemde anlatıldığı şekilde başarılı bir karekod üretimi için öncelikle kaliteli mikroskobik görüntü alınmalıdır. Çerçeve içinde beyaz boşluk belli olmalıdır fakat çerçeve çok koyu basılmamalıdır. Bunun sebebi koyu çerçevenin beyaz bölgedeki detayların kaybolacak biçimde aydınlanmasına sebep olmasıdır. Şekil 7’de denenen farklı çerçeve koyulukları ve beyaz bölge genişlikleri verilmiştir. Şekildeki veriye bakarak çalışmada %60 gri tonla çerçeve basılmasına ve 0.4 mm x 0.4 mm boşluk alan bırakılmasına karar verilmiştir. Boşluk alanının küçük olması parmak izini küçültecek dolayısıyla karekod boyutu küçülecektir.

 

10

Şekil 7: Farklı tonda çerçeveler ve farklı boyutlu boşlukların mikroskobik görüntüsü.

Şekil 7’deki görüntülerin tamamı 200X ile kaydedilmiştir. 200X beyaz kağıdın lifli dokusunu tespit etmek için ancak yeterlidir. Mikroskobun daha düşük yakınlaştırma değerleri ile kaydedilen görüntüler Şekil 8’de verilmiştir. 10X ve 60X kağıdın parmak izinin tespiti için yeterli değildir.

 11

 

Beyaz bölgede birbirine yakın renklere sahip lifler, kabartılar ve diğer dokular ancak bir resim işleme programı ile düzenlendikten sonra kolay anlaşılır hale gelmektedir. Yöntem bölümünde açıklanan 3. ve 4. adımda resim işleme programı ‘GIMP’in hazır eşitleme (Equalize) fonksiyonu kullanılmıştır. Böylece açık tonlar tam beyaza, koyu tonlar da tam siyaha doğru sıralanır ve resimdeki karşıtlık arttırılır. Bu işlem uygulanmadığında parmak izi görüntüsünün algılanması ve karşılaştırılması mümkün olamamıştır.

Karekod, kullanılan yazıcıya göre farklı boyutlarda basılabilir. Şekil 9’da aynı karekodun farklı boyutları görülmektedir. Mürekkep püskürtmeli bir yazıcıda 3 cm x 3 cm boyutlu karekod düzgün basılmakta ve taranıp çözülebilmektedir. Daha küçük boyutlu karekodlar çözülememektedir. Lazer yazıcı ile daha başarılı bir sonuç elde edilmiştir. Lazer yazıcı ile basılmış 1.6 cm x 1.6 cm (yazıcının baskı kalitesine göre boyutlar değişebilir) boyutlu karekod başarı ile çözülebilmektedir.

 

12

 

Mürekkep püskürtmeli yazıcı ile basılan 3 cm x 3 cm boyutlu karekodun başarılı biçimde çözülebilmesi için 300 dpi çözünürlükte taranması yeterlidir. Lazer yazıcı ile basılan 1.6 cm x 1.6 cm(yazıcının baskı kalitesine göre boyutlar değişebilir) boyutlu karekodun çözülmesi için ise 600 dpi çözünürlükte tarama yapmak gerekmektedir. Belirtilenden düşük çözünürlükte tarama yapıldığına karekod çözücü program başarısız olmakta ve karekodda saklanan parmak izi görüntüsü elde edilememektedir. Son olarak dört farklı kağıdın parmak izi görüntüsü ve bu görüntüleri saklayan karekodları Şekil 10’da sunulmuştur.

 

13

 

Bu projede, yaygın olarak kullanılan cihazlar (yazıcı, tarayıcı) ile kolayca temin edilebilen bir dijital mikroskop ile kağıtların fiziksel özelliklerine bağlı olarak kimliklendirilmesi başarı ile gerçekleştirilmiştir. Kağıda ait bir parmak izi tespit edildikten sonra bu bilgi aynı kağıt üzerine karekod ile kayıt edilir. Bu sayede kağıdın orijinal olup olmadığını anlamak için uzak bir bilgisayarda saklanan verilere ihtiyaç duyulmaz. Kağıt kimliği mikroskop ve tarayıcı ile her zaman kontrol edilebilir. Bu projede elde edilen sonuçların pratik olarak kullanılabilmesi için parmak izini otomatik tespit edip karekodu otomatik olarak kağıda basacak bir cihaz geliştirilebilir. Bu yöntemle sınav kağıtları, sözleşmeler, resmi dairelerden alınan belgeler, banka belgeleri, kimlik belgeleri, mektuplar, biletler düşük maliyetli bir yolla kopyalanmaya ve tekrar basılmaya karşı güvence altına alınabilir.

 

Kaynaklar:
  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Security_paper
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Microprinting
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Watermark
  4. http://www.delarue.com/ProductsSolutions/HighSecurityPaper/
  5. http://www.highsecuritypaper.com/
  6. http://www.protectedpaper.com/
  7. http://www.fujixerox.com/eng/company/technology/base/security/xaya.html
  8. http://citpsite.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/oldsite-htdocs/pub/paper09oak.pdf

 

Ek 1: İncelemeye alınan farklı kağıt örneklerinin toplu taranmış resmi

tubitakproje12

 

 

22. ULUSLARARASI FİZİK ALANINDA NOBEL ÖDÜLÜNE İLK ADIM YARIŞMASI

Söz konusu yarışma her yıl lise öğrencilerinin katılımı ile Uluslararası düzeyde gerçekleştirilmektedir. Yarışma sonuçları, Research Paper, Contributions ve Instruments olmak üzere üç farklı kategoride değerlendirilmektedir. Yarışma Fizik alanında araştırma çalışmalarını tanıtmak isteyen lise öğrencilerini hedeflemektedir. Polonya Bilim Akademisi Fizik Enstitüsü 2013/2014 akademik yılında yarışmanın 22.sini düzenlemiştir. Yarışmanın adı bütün fizikçilerin, özellikle genç fizikçilerin hayallerini süsleyen ödüle atıfta bulunmaktadır. Ben bu yarışmada Contributions kategorisinde “Honourable Mentions” listesine Ağaç liflerinden Karekoda isimli projem ile girmeyi başardım.

Prizes and Honourable Mentions in the 22nd International Competition First Step to Nobel Prize in Physics

nobel-1

nobel-2

 

Google Bilim Fuarı, 13 – 18 yaş arası bireylere ve ekiplere açık bir küresel, çevrimiçi bilim ve teknoloji yarışmasıdır. Google Bilim Fuarı’nın amacı genç bilimsel yetenekleri desteklemek ve tüm dünyadaki öğrencilere iddialı fikirlerini gösterme olanağı sağlamaktır. Bu yıl (2014) gerçekleştirilen Google Bilim Fuarı’nda aşağıda örneği verilen sertifikayı almaya hak kazandım.

googlesciencefair2014

 


Back to Top