1. ટાઈમ-ઓફ-ફ્લાઇટ (ToF) સેન્સર શું છે?

ફ્લાઇટના સમયનો કૅમેરો શું છે? શું તે કેમેરા છે જે પ્લેનની ઉડાન કેપ્ચર કરે છે? શું તેને વિમાનો કે વિમાનો સાથે કોઈ લેવાદેવા છે? ઠીક છે, તે વાસ્તવમાં ઘણો દૂર છે!

ToF એ કોઈ વસ્તુ, કણ અથવા તરંગને અંતરની મુસાફરી કરવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપ છે. શું તમે જાણો છો કે બેટની સોનાર સિસ્ટમ કામ કરે છે? ટાઈમ-ઓફ-ફ્લાઇટ સિસ્ટમ સમાન છે!

ફ્લાઇટના સમયના સેન્સર ઘણા પ્રકારના હોય છે, પરંતુ મોટા ભાગના સમય-ઓફ-ફ્લાઇટ કેમેરા અને લેસર સ્કેનર્સ હોય છે, જે તેને ચમકાવીને ઇમેજમાં વિવિધ બિંદુઓની ઊંડાઈ માપવા માટે લિડર (લાઇટ ડિટેક્શન અને રેન્જિંગ) નામની ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરે છે. ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ સાથે.

ToF સેન્સર્સનો ઉપયોગ કરીને જનરેટ થયેલો અને કેપ્ચર કરાયેલો ડેટા ખૂબ જ ઉપયોગી છે કારણ કે તે રાહદારીઓની શોધ, ચહેરાના લક્ષણો પર આધારિત વપરાશકર્તા પ્રમાણીકરણ, SLAM (એક સાથે સ્થાનિકીકરણ અને મેપિંગ) અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને પર્યાવરણ મેપિંગ અને વધુ પ્રદાન કરી શકે છે.

આ સિસ્ટમ વાસ્તવમાં રોબોટ્સ, સ્વ-ડ્રાઇવિંગ કાર અને હવે તમારા મોબાઇલ ઉપકરણમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ વગેરેનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો, તો તમારા ફોનમાં ToF કેમેરા છે!

એક ToF કેમેરા

2. ફ્લાઇટનો સમય સેન્સર કેવી રીતે કામ કરે છે?

હવે, અમે સમય-ઓફ-ફ્લાઇટ સેન્સર શું છે અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેનો સંક્ષિપ્ત પરિચય આપવા માંગીએ છીએ.

ToFસેન્સર ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને ઉત્સર્જિત કરવા માટે નાના લેસરોનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યાં પરિણામી પ્રકાશ કોઈપણ વસ્તુથી ઉછળે છે અને સેન્સર પર પાછો ફરે છે. પ્રકાશના ઉત્સર્જન અને ઑબ્જેક્ટ દ્વારા પ્રતિબિંબિત થયા પછી સેન્સર પર પાછા ફરવા વચ્ચેના સમયના તફાવતના આધારે, સેન્સર ઑબ્જેક્ટ અને સેન્સર વચ્ચેનું અંતર માપી શકે છે.

આજે, અમે અંતર અને ઊંડાણને નિર્ધારિત કરવા માટે ToF મુસાફરીના સમયનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરે છે તે 2 રીતોનું અન્વેષણ કરીશું: ટાઈમિંગ પલ્સનો ઉપયોગ કરીને, અને કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેટેડ તરંગોના ફેઝ શિફ્ટિંગનો ઉપયોગ કરીને.

સમયસર કઠોળનો ઉપયોગ કરો

ઉદાહરણ તરીકે, તે લેસર વડે લક્ષ્યને પ્રકાશિત કરીને, પછી સ્કેનર વડે પ્રતિબિંબિત પ્રકાશને માપીને, અને પછી મુસાફરી કરેલ અંતરની ચોક્કસ ગણતરી કરવા માટે પદાર્થના અંતરને એક્સ્ટ્રાપોલેટ કરવા માટે પ્રકાશની ગતિનો ઉપયોગ કરીને કાર્ય કરે છે. વધુમાં, લેસર રીટર્ન ટાઇમ અને તરંગલંબાઇમાં તફાવતનો ઉપયોગ પછી લક્ષ્યની સચોટ ડિજિટલ 3D રજૂઆત અને સપાટીની વિશેષતાઓ બનાવવા અને તેની વ્યક્તિગત વિશેષતાઓને દૃષ્ટિની રીતે મેપ કરવા માટે વપરાય છે.

જેમ તમે ઉપર જોઈ શકો છો, લેસર લાઇટ આઉટ થાય છે અને પછી ઑબ્જેક્ટને સેન્સર પર પાછા ઉછાળે છે. લેસર રીટર્ન ટાઇમ સાથે, ToF કેમેરા પ્રકાશ મુસાફરીની ઝડપને જોતા ટૂંકા ગાળામાં ચોક્કસ અંતર માપવામાં સક્ષમ છે. (ToF અંતરમાં રૂપાંતરિત થાય છે) આ એક સૂત્ર છે જેનો ઉપયોગ વિશ્લેષક ઑબ્જેક્ટના ચોક્કસ અંતર પર પહોંચવા માટે કરે છે:

(પ્રકાશની ઝડપ x ઉડાનનો સમય) / 2

ToF અંતરમાં ફેરવે છે

જેમ તમે જોઈ શકો છો, લાઇટ બંધ હોય ત્યારે ટાઈમર શરૂ થશે, અને જ્યારે રીસીવર રીટર્ન લાઇટ મેળવે છે, ત્યારે ટાઈમર સમય પાછો આપશે. જ્યારે બે વાર બાદબાકી કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રકાશનો "ઉડાનનો સમય" પ્રાપ્ત થાય છે, અને પ્રકાશની ગતિ સતત હોય છે, તેથી ઉપરના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને અંતરની સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે. આ રીતે, ઑબ્જેક્ટની સપાટી પરના તમામ બિંદુઓ નક્કી કરી શકાય છે.

એએમ વેવની ફેઝ શિફ્ટનો ઉપયોગ કરો

આગળ, ધToFઊંડાઈ અને અંતર નક્કી કરવા માટે પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના તબક્કાના શિફ્ટને શોધવા માટે સતત તરંગોનો પણ ઉપયોગ કરી શકે છે.

AM વેવનો ઉપયોગ કરીને તબક્કો શિફ્ટ

કંપનવિસ્તારને મોડ્યુલેટ કરીને, તે જાણીતી આવર્તન સાથે સાઇનસૉઇડલ પ્રકાશ સ્રોત બનાવે છે, જે ડિટેક્ટરને નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના તબક્કાના શિફ્ટને નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે:

જ્યાં c એ પ્રકાશની ગતિ છે (c = 3 × 10^8 m/s), λ એ તરંગલંબાઇ છે (λ = 15 m), અને f એ આવર્તન છે, સેન્સર પરના દરેક બિંદુની ઊંડાઈમાં સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે.

આ બધી વસ્તુઓ ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે કારણ કે આપણે પ્રકાશની ઝડપે કામ કરીએ છીએ. શું તમે કલ્પના કરી શકો છો કે સેન્સર માપવામાં સક્ષમ છે તે ચોકસાઇ અને ઝડપ? ચાલો હું એક ઉદાહરણ આપું, પ્રકાશ 300,000 કિલોમીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે પ્રવાસ કરે છે, જો કોઈ વસ્તુ તમારાથી 5 મીટર દૂર હોય, તો કેમેરા છોડવા અને પાછા ફરવા વચ્ચેના સમયનો તફાવત લગભગ 33 નેનોસેકન્ડનો છે, જે માત્ર 0.000000033 સેકન્ડની સમકક્ષ છે! વાહ! ઉલ્લેખ ન કરવો, કેપ્ચર કરેલ ડેટા તમને ઇમેજના દરેક પિક્સેલ માટે સચોટ 3D ડિજિટલ રજૂઆત આપશે.

ઉપયોગમાં લેવાતા સિદ્ધાંતને ધ્યાનમાં લીધા વિના, પ્રકાશનો સ્ત્રોત પૂરો પાડવો જે સમગ્ર દ્રશ્યને પ્રકાશિત કરે છે તે સેન્સરને તમામ બિંદુઓની ઊંડાઈ નક્કી કરવાની મંજૂરી આપે છે. આવા પરિણામ તમને અંતરનો નકશો આપે છે જ્યાં દરેક પિક્સેલ દ્રશ્યમાં અનુરૂપ બિંદુના અંતરને એન્કોડ કરે છે. નીચે ToF રેન્જ ગ્રાફનું ઉદાહરણ છે:

ToF રેન્જ ગ્રાફનું ઉદાહરણ

હવે જ્યારે આપણે જાણીએ છીએ કે ToF કામ કરે છે, તો તે શા માટે સારું છે? શા માટે તેનો ઉપયોગ કરવો? તેઓ શું માટે સારા છે? ચિંતા કરશો નહીં, ToF સેન્સરનો ઉપયોગ કરવાના ઘણા ફાયદા છે, પરંતુ અલબત્ત કેટલીક મર્યાદાઓ છે.

3. સમય-ઓફ-ફ્લાઇટ સેન્સરનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા

સચોટ અને ઝડપી માપન

અન્ય અંતર સેન્સર જેમ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અથવા લેસરોની સરખામણીમાં, સમય-ઓફ-ફ્લાઇટ સેન્સર ખૂબ જ ઝડપથી દ્રશ્યની 3D છબી કંપોઝ કરવામાં સક્ષમ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ToF કૅમેરા આ માત્ર એક જ વાર કરી શકે છે. એટલું જ નહીં, ToF સેન્સર ઓછા સમયમાં વસ્તુઓને સચોટ રીતે શોધી કાઢવામાં સક્ષમ છે અને ભેજ, હવાનું દબાણ અને તાપમાનથી પ્રભાવિત થતું નથી, જે તેને ઘરની અંદર અને બહાર બંને ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે.

લાંબા અંતર

ToF સેન્સર લેસરોનો ઉપયોગ કરતા હોવાથી, તેઓ ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે લાંબા અંતર અને રેન્જને માપવામાં પણ સક્ષમ છે. ToF સેન્સર લવચીક હોય છે કારણ કે તેઓ તમામ આકાર અને કદના નજીકના અને દૂરના પદાર્થોને શોધી શકે છે.

તે એ અર્થમાં પણ લવચીક છે કે તમે શ્રેષ્ઠ કામગીરી માટે સિસ્ટમના ઓપ્ટિક્સને કસ્ટમાઇઝ કરી શકો છો, જ્યાં તમે ઇચ્છિત ક્ષેત્ર જોવા માટે ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવરના પ્રકારો અને લેન્સ પસંદ કરી શકો છો.

સલામતી

ચિંતિત છે કે લેસર થીToFસેન્સર તમારી આંખોને નુકસાન પહોંચાડશે? ચિંતા કરશો નહીં! ઘણા ToF સેન્સર હવે પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે લો-પાવર ઇન્ફ્રારેડ લેસરનો ઉપયોગ કરે છે અને તેને મોડ્યુલેટેડ પલ્સ સાથે ચલાવે છે. સેન્સર માનવ આંખ માટે સલામત છે તેની ખાતરી કરવા માટે વર્ગ 1 લેસર સુરક્ષા ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે.

ખર્ચ અસરકારક

સ્ટ્રક્ચર્ડ લાઇટ કેમેરા સિસ્ટમ્સ અથવા લેસર રેન્જફાઇન્ડર જેવી અન્ય 3D ડેપ્થ રેન્જ સ્કેનિંગ ટેક્નોલોજીની સરખામણીમાં, ToF સેન્સર્સ તેમની સરખામણીમાં ઘણા સસ્તા છે.

આ બધી મર્યાદાઓ હોવા છતાં, ToF હજુ પણ ખૂબ જ વિશ્વસનીય અને 3D માહિતી મેળવવાની ખૂબ જ ઝડપી પદ્ધતિ છે.

4. ToF ની મર્યાદાઓ

જો કે ToFના ઘણા ફાયદા છે, તેની મર્યાદાઓ પણ છે. ToF ની કેટલીક મર્યાદાઓમાં શામેલ છે:

• છૂટાછવાયા પ્રકાશ

જો ખૂબ જ તેજસ્વી સપાટીઓ તમારા ToF સેન્સરની ખૂબ નજીક હોય, તો તે તમારા રીસીવરમાં વધુ પડતો પ્રકાશ ફેલાવી શકે છે અને કલાકૃતિઓ અને અનિચ્છનીય પ્રતિબિંબો બનાવી શકે છે, કારણ કે તમારા ToF સેન્સરને માપન તૈયાર થઈ જાય તે પછી જ પ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરવાની જરૂર છે.

• બહુવિધ પ્રતિબિંબ

જ્યારે ખૂણાઓ અને અંતર્મુખ આકારો પર ToF સેન્સર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ અનિચ્છનીય પ્રતિબિંબ પેદા કરી શકે છે, કારણ કે પ્રકાશ ઘણી વખત ઉછળી શકે છે, માપને વિકૃત કરી શકે છે.

• આસપાસના પ્રકાશ

તેજસ્વી સૂર્યપ્રકાશમાં બહાર ToF કેમેરાનો ઉપયોગ કરવાથી બહારનો ઉપયોગ મુશ્કેલ બની શકે છે. આ સૂર્યપ્રકાશની ઉચ્ચ તીવ્રતાને કારણે છે, જેના કારણે સેન્સર પિક્સેલ્સ ઝડપથી સંતૃપ્ત થાય છે, જેના કારણે ઑબ્જેક્ટમાંથી પ્રતિબિંબિત વાસ્તવિક પ્રકાશને શોધવાનું અશક્ય બને છે.

• નિષ્કર્ષ

ToF સેન્સર્સ અનેToF લેન્સવિવિધ કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગ કરી શકાય છે. 3D મેપિંગ, ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન, અવરોધ શોધ, સેલ્ફ-ડ્રાઈવિંગ કાર, એગ્રીકલ્ચર, રોબોટિક્સ, ઇન્ડોર નેવિગેશન, હાવભાવ ઓળખ, ઑબ્જેક્ટ સ્કેનિંગ, માપન, સર્વેલન્સથી લઈને ઓગમેન્ટેડ રિયાલિટી સુધી! ToF ટેક્નોલોજીની એપ્લિકેશન્સ અનંત છે.

તમે ToF લેન્સની કોઈપણ જરૂરિયાતો માટે અમારો સંપર્ક કરી શકો છો.

ચુઆંગ એન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ સંપૂર્ણ વિઝ્યુઅલ બ્રાન્ડ બનાવવા માટે હાઈ-ડેફિનેશન ઓપ્ટિકલ લેન્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે

ચુઆંગ એન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સે હવે વિવિધ ઉત્પાદન કર્યું છેTOF લેન્સજેમ કે:

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