توصيفگر ها :
مخابرات نوري بيسيم , مخابرات نوري مبتني بر دوربين , حسگر تصوير , بلومينگ
چكيده فارسي :
در دهههاي اخير، رشد پرشتاب فناوريهاي ارتباطات بيسيم منجر به افزايش قابل توجه فشار بر طيف فركانسي راديويي شده است. اين وضعيت، لزوم بهرهگيري از رويكردهاي نوين به منظور كاهش وابستگي به طيف فركانس راديويي را آشكار كرده است. مخابرات نوري بيسيم به عنوان يكي از گزينههاي كمككننده، با برخورداري از پهناي باند وسيع، ايمني بالا و مصونيت از تداخلات الكترومغناطيسي، توجه بسياري را به خود جلب كرده است. در اين ميان، مخابرات نوري مبتني بر دوربين، بهدليل فراگير بودن دوربينها و منابع نوري مانند ديودهاي نوراني، از ظرفيت بالايي براي بهرهبرداري در كاربردهاي متنوع برخوردار است. مخابرات نوري مبتني بر دوربين همچنين مزايايي چون پايداري نسبت سيگنال به نويز بالا، جداسازي فضايي منابع نوري با استفاده از آرايههاي پيكسل و امكان انتقال داده به صورت موازي را دارد. با اين حال، محدوديتهاي فني مهمي نيز وجود دارد از جمله آنها، محدوديت نرخ داده (مثلاً چند ده كيلوبيت بر ثانيه) ناشي از محدوديت نرخ فريم دوربين و نياز به خط ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده ميباشد. يكي از چالشهايي كه كمتر به آن پرداخته شده است، پديدهي بلومينگ (شكوفايي تصوير) است. پديدهي بلومينگ زماني رخ ميدهد كه پيكسلهاي دوربين نور زيادي را دريافت كنند و تصوير خروجي سفيد شود. بلومينگ به دو علت اتفاق ميافتد، هنگامي كه يك پيكسل نور زيادي را دريافت كند و تعداد حاملهاي ايجاد شده بيش از ظرفيت ذخيرهسازي فوتودايود باشد، حاملهاي اضافي به پيكسلهاي مجاور سرازير ميشوند و اين موضوع باعث پديدهي بلومينگ ميشود. همچنين ايدهآل نبودن فيلترهاي تفكيك رنگ به كار رفته در دوربين نيز زمانيكه شدت نور دريافتي زياد باشد، باعث ايجاد پديدهي بلومينگ ميشود. اين دو عامل باعث سفيد شدن و گسترش تصوير و درواقع پديدهي بلومينگ ميشوند. در سامانههاي مخابرات نوري مبتني بر دوربين، بلومينگ باعث تداخل بين فرستندههاي مختلف نوري و كاهش دقت بازيابي دادهها ميگردد. در اين رساله، ابتدا نحوهي گسترش تصوير به صورت آزمايشگاهي بررسي شد و بر اساس دادههاي آزمايشگاهي يك مدل براي نحوه بزرگ شدن تصوير ارائه شد. در مدل ارائه شده مشخص شد ميزان رشد تصوير به اندازهي واقعي تصوير منبع نور در حسگر تصوير وابسته است. هرچه اندازهي تصوير اوليهي LED در حسگر تصوير كوچكتر باشد، ميزان رشد تصوير در اثر افزايش زمان نورگيري بيشتر است. علاوه بر اين، تاثير بلومينگ بر كيفيت لينك ارتباطي از طريق محاسبهي SNR، زماني كه دو منبع نوري به صورت مستقل در حال ارسال داده هستند، بررسي شد. در نتايج بهدست آمده مشخص شد در فاصلههاي نزديك (كمتر از سه متر) بلومينگ باعث مختل شدن ارتباط نميشود، ولي با افزايش فاصله LED و دوربين از يكديگر تاثير بلومينگ بر كاهش SNR بيشتر ميشود و در صورت عدم رعايت فاصلهي مناسب بين فرستندهها، باعث مختل شدن ارتباط ميگردد.
چكيده انگليسي :
In recent decades, the rapid growth of wireless communication technologies has led to a significant increase in the demand for the radio frequency (RF) spectrum. This has highlighted the necessity of adopting innovative approaches to reduce dependency on the RF spectrum. Optical wireless communication (OWC) has emerged as a promising complementary technology, offering advantages such as high bandwidth, enhanced security, and immunity to electromagnetic interference. Among its various forms, optical camera communication (OCC) has attracted significant attention due to the widespread availability of cameras and light sources such as light-emitting diodes (LEDs). OCC also offers benefits such as stable signal-to-noise ratio (SNR), spatial separation of light sources using pixel arrays, and the potential for parallel data transmission. However, there are important technical limitations, including low data rates (typically a few tens of kilobits per second) caused by camera frame rate restrictions, and the requirement for a direct line-of-sight between transmitter and receiver. One relatively underexplored challenge is the blooming phenomenon. The blooming phenomenon occurs when the camera pixels receive too much light and the output image becomes white. Blooming occurs for two reasons: when a pixel receives too much light and the number of generated carriers exceeds the storage capacity of the photodiode, the excess carriers overflow into adjacent pixels, which causes the blooming phenomenon. Also, the imperfection of the color separation filters used in the camera, when the received light intensity is high, leads to blooming as well. These two factors cause the whitening and spreading of the image, and in fact, the blooming phenomenon. In OCC systems, Blooming causes interference between multiple optical transmitters and reduces the accuracy of data recovery. In this thesis, the spatial growth of the captured image was first investigated experimentally, and based on the laboratory data, a model was proposed to describe the image expansion process. The proposed model showed that the amount of image growth depends on the actual size of the light source image on the image sensor. The smaller the initial LED image size on the image sensor, the greater the image growth resulting from an increase in exposure time. Furthermore, the effect of blooming on link quality was evaluated by calculating the SNR when two optical sources transmitted data independently. The findings revealed that at short distances (less than three meters), blooming does not significantly disrupt communication. However, as the LED–camera distance increases, blooming has a greater impact on SNR reduction, and insufficient spacing between transmitters can eventually lead to communication failure.