Bachelor's Thesis

Thermal imaging surveillance system for long-term unattended measurements

Final Thesis 3.05 MB Appendix 3.81 MB

Author of thesis: Bc. Michal Blažík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Abstract:

The aim of this work is to design, implement and test a prototype for long-term unattended temperature measurements. The prototype is made up of an affordable thermal imaging sensor with a minicomputer that controls the created output circuit on a separate printed circuit board. The system task further addresses the issue of data collection, its appropriate conversion and evaluation. Based on the information obtained, it performs an adequate response. All data and modes are visualized on a hosted web server. The output circuit can be described as an interlock and a monostable flip-flop and diode logic were used to create it. The prototype passed the required evaluation tests and also demonstrated adequate behavior during the long-term test (continuously 71 h). The prototype successfully replicates the behavior of common commercial solutions and is an economically available solution.

Keywords:

Thermal imaging, safety interlock, fail-safe, computer vision, image processing, printed
circuit board, monitoring system, industrial safety, raspberry pi, Diode-Resistor Logic

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil diplomovou/bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta ohledně ceny prezentovaného zařízení, ošetření SW chyb a prezentoval i webové rozhraní ve fázích nastavení a měření. Komise se studenta tázala na cenový limit, které firma na zařízení poskytla, a diskutovala o výpočetní náročnosti navrženého programu a šumu použitého snímače.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdeněk Slanina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Karel Horák, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Richter, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Jedná se o téma z průmyslové praxe, které si student přinesl. I přesto mě pravidelně seznamoval s postupem prací a svůj postup konzultoval, včetně dostupných řešení. Některá rozhodnutí však byla ovlivněna požadavky z průmyslu. Během práce osvědčil znalosti z řešené problematiky a to jak z hlediska tvorby měřicího pracoviště, tak z hlediska zpracování získaných dat. Vědomosti získané z literatury, která je v práci uvedená a citovaná, použil v předloženém řešení. Práce je na dobré prezentační i formální úrovni. Práce má požadovaný rozsah, jednotlivé části mají rozsah odpovídající jejich důležitosti.
Práce svědčí o bakalářských schopnostech studenta. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Zadání bakalářské práce bylo praktické, firemní. Cílem byl návrh a realizace autonomního dohledového systému využívajícího termokameru pro dlouhodobá měření bez přítomnosti operátora.
Odborná úroveň práce je na velmi dobré úrovni. Student musel při řešení prokázat široké mezioborové znalosti od návrhu elektronických obvodů až po tvorbu moderních webových aplikací. Autor stručně, ale věcně shrnul relevantní části souboru norem věnujících se požární bezpečnosti. Zmapoval technologie a metodické přístupy termovizního monitoringu komerčních produktů. Shrnul firemní, bezpečnostní, normativní i konkurenceschopné funkční požadavky a na základě nich vybral všechny potřebné hardwarové komponenty včetně termovizního modulu (Waveshare 25288) a výpočetní jednotky (Raspberry Pi 5) a navrhl celkovou koncepci. Pro realizaci spínání, vizuální signalizace a externího hardwarového interlocku úspěšně navrhl, osadil a oživil desku plošných spojů. Konkrétní technické volby jsou řádně zdůvodněny a podloženy výpočty, byť návrhové rezervy jsou u některých prvků na hraně (viz worst case rozbor spínacího MOSFETu). Za zmínku stojí i nesoulad mezi simulací a skutečností: vlivem použití náhradního simulačního modelu vykazovala simulace zásadní odchylky v časování i ve výstupní impedanci a původně navržené hodnoty se ukázaly jako nepoužitelné. Student tento problém při fyzickém oživení správně odhalil a úspěšně vyřešil, simulační fáze tak však plně nesplnila svou verifikační úlohu před realizací návrhu. Koncepce nezávislého hardwarového interlocku (retriggerovatelný monostabilní klopný obvod SN74LVC1G123 + slučovací diodově rezistorová logika + spínací MOSFET + relé) je technicky správná a z hlediska bezpečnosti vhodná – tvoří druhou, na softwaru nezávislou ochrannou vrstvu nad rámec interního watchdogu.
Pro implementaci řídicí logiky (stavový automat), práci s daty a zpracování obrazu student vytvořil funkční softwarový pipeline v Pythonu. Návrh responzivního webového rozhraní s dynamickými prvky pro přehlednou vizualizaci naměřených dat zvyšuje uživatelskou hodnotu celého systému. Výsledný systém byl úspěšně otestován a ověřen pro dlouhodobý provoz. Nechybí ani návrhy na možná vylepšení.
Rozsah práce (37 normostran) odpovídá doporučenému rozmezí. Členění do kapitol logicky sleduje vývojový cyklus produktu. Práce je vhodně doplněna grafickými přílohami (blokové schéma, schéma zapojení, návrh DPS, 3D model, vývojový diagram, Moorův automat, ukázky termogramů). Jazyková a formální stránka nabízí prostor ke zlepšení. V textu se vyskytuje vyšší počet překlepů a gramatických nepřesností (např. „spolehlivsot“, „mapětí“, „nutnnost“, „dvouch“, „zornám polem“, „čístě“, „zhasnulo“). Došlo také k záměně nadpisů ABSTRAKT/ABSTRACT (český abstrakt je uveden pod anglickou hlavičkou). Vyskytují se také drobnosti typu dvojice hodnota–jednotka i hned vedle sebe s i bez mezery, hodnota a jednotka zalomené na konci řádku, mezera navíc za desetinnou čárkou, rozsah 200 °C až -1000 °C. apod. Uvedené nedostatky však nesnižují odbornou hodnotu práce. Práce s literaturou je na velmi dobré úrovni. Seznam literatury obsahuje 43 zdrojů s vhodnou skladbou. Zdroje jsou v textu řádně citovány a propojeny s jednotlivými technickými rozhodnutími.
Výsledkem práce je plně funkční, odzkoušený prototyp termovizního dohledového systému, který je připraven pro nasazení v režimu bez dozoru. Práce představuje ucelené inženýrské dílo s okamžitou praktickou využitelností a svědčí o bakalářských schopnostech studenta – prokazuje schopnost samostatně řešit komplexní úkol od rešerše přes návrh a realizaci až po testování a kritické vyhodnocení dosažených výsledků. Práci proto doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B (87 b). Topics for thesis defence:
  1. - Jaká je tedy orientačně cena celého zařízení při současném návrhu? Mohlo by být použito nějaké nižší/starší/levnější Raspberry?
  2. - Hardwarový interlock reaguje na výpadek pravidelných impulzů z řídicí jednotky. Které třídy softwarových poruch tím skutečně pokrýváte a které nikoli (např. logická chyba ve vyhodnocení při stále běžící hlavní smyčce)? Jak by zařízení detekovalo poruchu samotného výstupního prvku – slepení kontaktů relé nebo proražení MOSFETu?
  3. - V kap. 6.3 je alarm vyvolán při překročení rozdílu 8 °C oproti předchozí teplotě. Vztahuje se tento práh k rozdílu mezi dvěma po sobě jdoucími snímky, nebo je přepočten na časovou rychlost růstu (°C/s) v souladu s definicí gradientu v kap. 2.4.3? Jak práh souvisí s proměnnou snímkovou frekvencí a jak je metoda zabezpečena proti falešným poplachům ze šumu — k falešnému překročení limitu šumovou anomálií došlo v 56. hodině dlouhodobého testu?
  4. - Můžete detailněji popsat/ukázat webové rozhraní ve fázích nastavení a měření? Můžete ukázat příklad pdf reportu?
Points proposed by reviewer: 87

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová