Samo-optimalizovaný systém pro přenos senzorických dat za využití stranově-vyzařujících optických vláken a komunikace pomocí optické kamery

Abstract

Tato práce představuje návrh, implementaci a vyhodnocení systému komunikace optickou kamerou (OCC) v reálném čase využívajícího stranově vyzařující optické vlákno jako distribuovaný zdroj světla pro přenos dat ze senzorů. Mikrokontrolér snímá údaje z teplotního senzoru, aplikuje Manchester kódování a řídí LED diodu připojenou k vláknu, zatímco kamera s rolling-shutter senzorem a C++/OpenCV pipeline automaticky sleduje oblast zájmu, v reálném čase demoduluje proužkové vzory a obnovuje přenášená data. Komunikace optickou kamerou v reálném čase byla zachována až do 100 cm, při testech na 60 cm s daty z teplotního senzoru bylo pořízeno 20 000 snímků ( 360 kbit) při 40 fps, což vedlo k přenosové rychlosti 722 bit/s, bitové chybovosti 6,25×10^(-5) a úspěšnosti přenosu paketů 99,7 %. Systém byl rovněž testován při ohnutí a pohybu vlákna, kdy se bitová chybovost zvýšila na 6×10^(-2) pro ohnutí, přitom byla stále spolehlivě detekována oblast zájmu, a na 1×10^(-3) pro pohyblivé vlákno. Tato nízkonákladová, modulární platforma dokazuje spolehlivou reálnou OCC pro internet věcí (IoT), nositelná zařízení a ambientní osvětlení a tvoří základ pro budoucí vylepšení v oblasti komunikace optickou kamerou, zabezpečeného kódování a integrace do textilií.

This thesis presents the design, implementation, and evaluation of a real-time Optical Camera Communication (OCC) system using a side-emitting optical fiber as a distributed light transmitter for sensor-data links. A microcontroller samples a temperature sensor, applies Manchester coding, and drives a high-power LED coupled into the side-emitting fiber, while a rolling-shutter camera with a C++/OpenCV pipeline automatically tracks the fibers Region of Interest (ROI), demodulates stripe patterns in real time, and recovers the transmitted data. Real-time decoding was maintained up to 100 cm, in live tests at 60 cm using temperature-sensor data, 20 000 frames ( 360 kbit) captured at 40 fps yielded 722 bit/s throughput, a Bit Error Rate (BER) of 6.25 × 10^(-5), and a packet-success rate of 99.7 %. The system was also tested under bent and moving fiber conditions, where BER rose to 6 × 10^(-2) for bent fibers, while still reliably detecting the ROI, and to 1 × 10^(-3) for moving fibers. This low-cost, modular platform demonstrates reliable real-time OCC for Interned of Things (IoT), wearable, and ambient-lighting applications, and lays the groundwork for future enhancements in OCC, secure encoding, and fabric integration.