১. টাইম-অফ-ফ্লাইট (ToF) সেন্সর কাকে বলে?

টাইম-অফ-ফ্লাইট ক্যামেরা কী? এটা কি সেই ক্যামেরা যা বিমানের উড্ডয়নের দৃশ্য ধারণ করে? এর সাথে বিমানের কি কোনো সম্পর্ক আছে? আসলে, বিষয়টি এখনও অনেক দূরের!

ToF হলো কোনো বস্তু, কণা বা তরঙ্গের একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব অতিক্রম করতে যে সময় লাগে তার একটি পরিমাপ। আপনি কি জানতেন যে বাদুড়ের সোনার সিস্টেম কাজ করে? টাইম-অফ-ফ্লাইট সিস্টেমটিও একই রকম!

বিভিন্ন ধরণের টাইম-অফ-ফ্লাইট সেন্সর রয়েছে, তবে বেশিরভাগই হলো টাইম-অফ-ফ্লাইট ক্যামেরা এবং লেজার স্ক্যানার, যেগুলো লাইডার (লাইট ডিটেকশন অ্যান্ড রেঞ্জিং) নামক একটি প্রযুক্তি ব্যবহার করে কোনো ছবির উপর ইনফ্রারেড আলো ফেলে সেটির বিভিন্ন বিন্দুর গভীরতা পরিমাপ করে।

ToF সেন্সর ব্যবহার করে উৎপন্ন ও সংগৃহীত ডেটা অত্যন্ত উপযোগী, কারণ এর মাধ্যমে পথচারী শনাক্তকরণ, মুখের বৈশিষ্ট্যের ওপর ভিত্তি করে ব্যবহারকারীর পরিচয় যাচাই, SLAM (একযোগে অবস্থান নির্ণয় ও ম্যাপিং) অ্যালগরিদম ব্যবহার করে পরিবেশের ম্যাপিং এবং আরও অনেক কিছু করা যায়।

এই সিস্টেমটি আসলে রোবট, স্বচালিত গাড়ি এবং এমনকি এখন আপনার মোবাইল ডিভাইসেও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, আপনি যদি Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, ইত্যাদি ব্যবহার করেন, তাহলে আপনার ফোনে একটি ToF ক্যামেরা আছে!

একটি ToF ক্যামেরা

২. টাইম-অফ-ফ্লাইট সেন্সর কীভাবে কাজ করে?

এখন, টাইম-অফ-ফ্লাইট সেন্সর কী এবং এটি কীভাবে কাজ করে, সে সম্পর্কে আমরা একটি সংক্ষিপ্ত ধারণা দেব।

ToFসেন্সরগুলো ক্ষুদ্র লেজার ব্যবহার করে ইনফ্রারেড আলো নির্গত করে, যা যেকোনো বস্তু থেকে প্রতিফলিত হয়ে সেন্সরে ফিরে আসে। আলো নির্গমন এবং বস্তু দ্বারা প্রতিফলিত হয়ে সেন্সরে ফিরে আসার মধ্যবর্তী সময়ের পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে, সেন্সরটি বস্তু এবং সেন্সরের মধ্যকার দূরত্ব পরিমাপ করতে পারে।

আজ আমরা এমন দুটি উপায় জানব, যার মাধ্যমে ToF ভ্রমণ সময় ব্যবহার করে দূরত্ব ও গভীরতা নির্ধারণ করে: টাইমিং পালস ব্যবহার করে এবং অ্যামপ্লিচিউড মডুলেটেড তরঙ্গের দশা পরিবর্তন ব্যবহার করে।

সময়ানুবর্তী স্পন্দন ব্যবহার করুন

উদাহরণস্বরূপ, এটি একটি লেজার দিয়ে কোনো লক্ষ্যবস্তুকে আলোকিত করে, তারপর একটি স্ক্যানার দিয়ে প্রতিফলিত আলো পরিমাপ করে এবং এরপর আলোর গতি ব্যবহার করে বস্তুটির দূরত্ব অনুমান করে অতিক্রান্ত দূরত্ব নির্ভুলভাবে গণনা করে। এছাড়াও, লেজার ফিরে আসার সময় এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পার্থক্য ব্যবহার করে লক্ষ্যবস্তুটির একটি নির্ভুল ডিজিটাল ত্রিমাত্রিক উপস্থাপনা ও পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্য তৈরি করা হয় এবং এর স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্যগুলোকে দৃশ্যমানভাবে ম্যাপ করা হয়।

উপরে যেমন দেখতে পাচ্ছেন, লেজার আলো নিক্ষেপ করা হয় এবং তারপর তা বস্তুটি থেকে প্রতিফলিত হয়ে সেন্সরে ফিরে আসে। লেজারের ফিরে আসার সময়ের সাহায্যে, আলোর গতিকে বিবেচনায় রেখে ToF ক্যামেরাগুলো অল্প সময়ের মধ্যে সঠিক দূরত্ব পরিমাপ করতে সক্ষম হয়। (ToF দূরত্বে রূপান্তরিত হয়) কোনো বস্তুর সঠিক দূরত্ব নির্ণয় করার জন্য একজন বিশ্লেষক এই সূত্রটি ব্যবহার করেন:

(আলোর গতি x উড্ডয়নের সময়) / ২

ToF দূরত্বে রূপান্তর করে

যেমনটি দেখতে পাচ্ছেন, আলো বন্ধ থাকা অবস্থায় টাইমারটি চালু হবে এবং যখন রিসিভারটি প্রত্যাবর্তিত আলো গ্রহণ করবে, তখন টাইমারটি সময়টি ফেরত দেবে। দুইবার বিয়োগ করলে আলোর ‘যাত্রার সময়’ পাওয়া যায় এবং আলোর গতিবেগ ধ্রুবক হওয়ায়, উপরের সূত্রটি ব্যবহার করে দূরত্ব সহজেই গণনা করা যায়। এইভাবে, বস্তুটির পৃষ্ঠের সমস্ত বিন্দু নির্ধারণ করা সম্ভব।

AM তরঙ্গের দশা পরিবর্তন ব্যবহার করুন

এরপরে,ToFগভীরতা ও দূরত্ব নির্ধারণের জন্য প্রতিফলিত আলোর দশা পরিবর্তন শনাক্ত করতে অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গও ব্যবহার করা যেতে পারে।

এএম তরঙ্গ ব্যবহার করে দশা পরিবর্তন

বিস্তার পরিবর্তন করার মাধ্যমে এটি একটি জ্ঞাত কম্পাঙ্কের সাইনুসয়েডাল আলোক উৎস তৈরি করে, যা ডিটেক্টরকে নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে প্রতিফলিত আলোর দশা পরিবর্তন নির্ণয় করতে সাহায্য করে:

যেখানে c হলো আলোর গতি (c = 3 × 10^8 m/s), λ হলো তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λ = 15 m), এবং f হলো কম্পাঙ্ক, এর মাধ্যমে সেন্সরের প্রতিটি বিন্দুর গভীরতা সহজেই গণনা করা যায়।

এই সবকিছু খুব দ্রুত ঘটে, কারণ আমরা আলোর গতিতে কাজ করি। আপনি কি কল্পনা করতে পারেন যে সেন্সরগুলো কত সূক্ষ্মতা এবং গতিতে পরিমাপ করতে সক্ষম? একটি উদাহরণ দিই, আলো প্রতি সেকেন্ডে ৩,০০,০০০ কিলোমিটার গতিতে চলে। যদি কোনো বস্তু আপনার থেকে ৫ মিটার দূরে থাকে, তবে ক্যামেরা থেকে আলো বের হওয়া এবং ফিরে আসার মধ্যে সময়ের পার্থক্য প্রায় ৩৩ ন্যানোসেকেন্ড, যা মাত্র ০.০০০০০০৩৩ সেকেন্ডের সমান! ওয়াও! এছাড়াও, সংগৃহীত ডেটা আপনাকে ছবির প্রতিটি পিক্সেলের একটি নির্ভুল ত্রিমাত্রিক ডিজিটাল উপস্থাপনা দেবে।

ব্যবহৃত নীতি যাই হোক না কেন, এমন একটি আলোক উৎস সরবরাহ করা হয় যা পুরো দৃশ্যকে আলোকিত করে এবং সেন্সরটিকে সমস্ত বিন্দুর গভীরতা নির্ধারণ করতে সাহায্য করে। এর ফলে একটি ডিস্ট্যান্স ম্যাপ পাওয়া যায়, যেখানে প্রতিটি পিক্সেল দৃশ্যের সংশ্লিষ্ট বিন্দুর দূরত্বকে এনকোড করে। নিচে একটি ToF রেঞ্জ গ্রাফের উদাহরণ দেওয়া হলো:

ToF রেঞ্জ গ্রাফের একটি উদাহরণ

এখন যেহেতু আমরা জানি যে ToF কাজ করে, তাহলে এটি কেন ভালো? কেন এটি ব্যবহার করা হয়? এগুলো কী কাজে লাগে? চিন্তা করবেন না, ToF সেন্সর ব্যবহারের অনেক সুবিধা রয়েছে, তবে অবশ্যই এর কিছু সীমাবদ্ধতাও আছে।

৩. টাইম-অফ-ফ্লাইট সেন্সর ব্যবহারের সুবিধাসমূহ

সঠিক এবং দ্রুত পরিমাপ

আল্ট্রাসাউন্ড বা লেজারের মতো অন্যান্য দূরত্ব সেন্সরের তুলনায়, টাইম-অফ-ফ্লাইট সেন্সর খুব দ্রুত কোনো দৃশ্যের একটি ত্রিমাত্রিক (3D) চিত্র তৈরি করতে সক্ষম। উদাহরণস্বরূপ, একটি ToF ক্যামেরা এই কাজটি মাত্র একবার করতে পারে। শুধু তাই নয়, ToF সেন্সর অল্প সময়ে নির্ভুলভাবে বস্তু শনাক্ত করতে পারে এবং এটি আর্দ্রতা, বায়ুচাপ ও তাপমাত্রা দ্বারা প্রভাবিত হয় না, ফলে এটি ঘরের ভেতরে ও বাইরে উভয় স্থানে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত।

দীর্ঘ দূরত্ব

যেহেতু ToF সেন্সর লেজার ব্যবহার করে, তাই এগুলো উচ্চ নির্ভুলতার সাথে দীর্ঘ দূরত্ব এবং পরিসীমাও পরিমাপ করতে সক্ষম। ToF সেন্সরগুলো বহুমুখী, কারণ এগুলো সব আকৃতি ও আকারের কাছের এবং দূরের বস্তু শনাক্ত করতে পারে।

এটি এই অর্থেও নমনীয় যে, সর্বোত্তম পারফরম্যান্সের জন্য আপনি সিস্টেমটির অপটিক্স নিজের মতো করে সাজিয়ে নিতে পারেন, যেখানে কাঙ্ক্ষিত ফিল্ড অফ ভিউ পাওয়ার জন্য আপনি ট্রান্সমিটার ও রিসিভারের ধরন এবং লেন্স বেছে নিতে পারেন।

নিরাপত্তা

চিন্তিত যে লেজারটি থেকেToFসেন্সরটি কি আপনার চোখের ক্ষতি করবে? চিন্তা করবেন না! এখনকার অনেক ToF সেন্সর আলোর উৎস হিসেবে কম-শক্তির ইনফ্রারেড লেজার ব্যবহার করে এবং মডুলেটেড পালসের মাধ্যমে এটিকে চালিত করে। সেন্সরটি ক্লাস ১ লেজার সুরক্ষা মান পূরণ করে, যা নিশ্চিত করে যে এটি মানব চোখের জন্য নিরাপদ।

সাশ্রয়ী

স্ট্রাকচার্ড লাইট ক্যামেরা সিস্টেম বা লেজার রেঞ্জফাইন্ডারের মতো অন্যান্য ৩ডি ডেপথ রেঞ্জ স্ক্যানিং প্রযুক্তির তুলনায় ToF সেন্সরগুলো অনেক সস্তা।

এই সমস্ত সীমাবদ্ধতা থাকা সত্ত্বেও, ToF এখনও ত্রিমাত্রিক তথ্য ধারণ করার একটি অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য এবং দ্রুত পদ্ধতি।

৪. ToF এর সীমাবদ্ধতা

যদিও ToF-এর অনেক সুবিধা রয়েছে, এর কিছু সীমাবদ্ধতাও আছে। ToF-এর কয়েকটি সীমাবদ্ধতা হলো:

• বিক্ষিপ্ত আলো

যদি খুব উজ্জ্বল পৃষ্ঠতল আপনার ToF সেন্সরের খুব কাছে থাকে, তবে সেগুলি আপনার রিসিভারে অতিরিক্ত আলো ছড়িয়ে দিতে পারে এবং আর্টিফ্যাক্ট ও অবাঞ্ছিত প্রতিফলন তৈরি করতে পারে, কারণ আপনার ToF সেন্সরের কেবল পরিমাপ প্রস্তুত হলেই আলো প্রতিফলিত করার প্রয়োজন হয়।

• একাধিক প্রতিফলন

কোণা এবং অবতল আকৃতিতে ToF সেন্সর ব্যবহার করার সময়, এগুলি অনাকাঙ্ক্ষিত প্রতিফলন ঘটাতে পারে, কারণ আলো একাধিকবার প্রতিফলিত হয়ে পরিমাপকে বিকৃত করে দেয়।

• পরিবেষ্টিত আলো

উজ্জ্বল সূর্যালোকের নিচে বাইরে ToF ক্যামেরা ব্যবহার করা কঠিন হতে পারে। এর কারণ হলো, সূর্যালোকের উচ্চ তীব্রতার কারণে সেন্সরের পিক্সেলগুলো দ্রুত স্যাচুরেটেড হয়ে যায়, ফলে বস্তু থেকে প্রতিফলিত প্রকৃত আলো শনাক্ত করা অসম্ভব হয়ে পড়ে।

• উপসংহার

ToF সেন্সর এবংToF লেন্সএটি বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে। থ্রিডি ম্যাপিং, ইন্ডাস্ট্রিয়াল অটোমেশন, প্রতিবন্ধকতা শনাক্তকরণ, স্বচালিত গাড়ি, কৃষি, রোবোটিক্স, ইনডোর নেভিগেশন, অঙ্গভঙ্গি শনাক্তকরণ, বস্তু স্ক্যানিং, পরিমাপ, নজরদারি থেকে শুরু করে অগমেন্টেড রিয়েলিটি পর্যন্ত! ToF প্রযুক্তির প্রয়োগের ক্ষেত্র অফুরন্ত।

ToF লেন্স সংক্রান্ত যেকোনো প্রয়োজনে আমাদের সাথে যোগাযোগ করতে পারেন।

চুয়াং আন অপ্টোইলেক্ট্রনিক্স একটি নিখুঁত ভিজ্যুয়াল ব্র্যান্ড তৈরি করতে হাই-ডেফিনিশন অপটিক্যাল লেন্সের উপর মনোযোগ দেয়।

চুয়াং আন অপ্টোইলেক্ট্রনিক্স এখন বিভিন্ন ধরণের উৎপাদন করেছেTOF লেন্সযেমন:

CH3651A f3.6mm F1.2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3.6mm F1.2 1/2″ IR940nm

CH3652A f3.3mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3652B f3.3mm F1.1 1/3″ IR940nm

CH3653A f3.9mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3653B f3.9mm F1.1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5.0mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3″ IR940nm