一、टाइम ऑफ फ्लाइट कैमरे क्या होते हैं?

टाइम-ऑफ-फ्लाइट (टीओएफ) कैमरे एक प्रकार की डेप्थ-सेंसिंग तकनीक हैं जो प्रकाश द्वारा वस्तुओं तक पहुंचने और वापस कैमरे तक आने में लगने वाले समय का उपयोग करके कैमरे और दृश्य में मौजूद वस्तुओं के बीच की दूरी को मापती हैं। इनका उपयोग आमतौर पर ऑगमेंटेड रियलिटी, रोबोटिक्स, 3डी स्कैनिंग, जेस्चर रिकग्निशन आदि विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है।

ToF कैमरेयह तकनीक प्रकाश संकेत, आमतौर पर अवरक्त प्रकाश, उत्सर्जित करके और दृश्य में मौजूद वस्तुओं से टकराने के बाद संकेत के वापस लौटने में लगने वाले समय को मापकर काम करती है। इस समय माप का उपयोग वस्तुओं की दूरी की गणना करने के लिए किया जाता है, जिससे एक डेप्थ मैप या दृश्य का 3डी प्रतिनिधित्व तैयार होता है।

उड़ान समय कैमरे

स्ट्रक्चर्ड लाइट या स्टीरियो विज़न जैसी अन्य डेप्थ-सेंसिंग तकनीकों की तुलना में, ToF कैमरे कई फायदे प्रदान करते हैं। ये वास्तविक समय में गहराई की जानकारी देते हैं, इनका डिज़ाइन अपेक्षाकृत सरल होता है, और ये विभिन्न प्रकाश स्थितियों में काम कर सकते हैं। ToF कैमरे कॉम्पैक्ट भी होते हैं और इन्हें स्मार्टफोन, टैबलेट और वियरेबल डिवाइस जैसे छोटे उपकरणों में आसानी से इंटीग्रेट किया जा सकता है।

ToF कैमरों के अनुप्रयोग विविध हैं। संवर्धित वास्तविकता में, ToF कैमरे वस्तुओं की गहराई का सटीक पता लगा सकते हैं और वास्तविक दुनिया में रखी आभासी वस्तुओं की यथार्थता को बढ़ा सकते हैं। रोबोटिक्स में, ये रोबोटों को अपने परिवेश को समझने और बाधाओं को अधिक प्रभावी ढंग से पार करने में सक्षम बनाते हैं। 3D स्कैनिंग में, ToF कैमरे आभासी वास्तविकता, गेमिंग या 3D प्रिंटिंग जैसे विभिन्न उद्देश्यों के लिए वस्तुओं या वातावरण की ज्यामिति को तेजी से कैप्चर कर सकते हैं। इनका उपयोग बायोमेट्रिक अनुप्रयोगों में भी किया जाता है, जैसे कि चेहरे की पहचान या हाथ के हावभाव की पहचान।

二、टाइम ऑफ फ्लाइट कैमरों के घटक

टाइम-ऑफ-फ्लाइट (टीओएफ) कैमरेइसमें कई प्रमुख घटक शामिल होते हैं जो गहराई संवेदन और दूरी मापन को सक्षम करने के लिए एक साथ काम करते हैं। विशिष्ट घटक डिज़ाइन और निर्माता के आधार पर भिन्न हो सकते हैं, लेकिन यहां ToF कैमरा सिस्टम में आमतौर पर पाए जाने वाले मूलभूत तत्व दिए गए हैं:

प्रकाश स्रोत:

ToF कैमरे प्रकाश स्रोत का उपयोग करके प्रकाश संकेत उत्सर्जित करते हैं, जो आमतौर पर अवरक्त (IR) प्रकाश के रूप में होता है। कैमरे के डिज़ाइन के आधार पर, प्रकाश स्रोत एक LED (लाइट-एमिटिंग डायोड) या लेज़र डायोड हो सकता है। उत्सर्जित प्रकाश दृश्य में मौजूद वस्तुओं की ओर गति करता है।

प्रकाशिकी:

लेंस परावर्तित प्रकाश को एकत्रित करता है और परिवेश की छवि को इमेज सेंसर (फोकल प्लेन ऐरे) पर अंकित करता है। ऑप्टिकल बैंड-पास फिल्टर केवल उसी तरंगदैर्ध्य वाले प्रकाश को गुजरने देता है जो प्रकाश इकाई के प्रकाश के समान होता है। इससे अनावश्यक प्रकाश को दबाने और शोर को कम करने में मदद मिलती है।

इमेज सेंसर:

यह टीओएफ कैमरे का मुख्य भाग है। प्रत्येक पिक्सेल प्रकाश इकाई (लेजर या एलईडी) से वस्तु तक और फिर फोकल प्लेन ऐरे तक प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी को मापता है।

टाइमिंग सर्किटरी:

प्रकाश की गति को सटीक रूप से मापने के लिए, कैमरे को सटीक टाइमिंग सर्किट की आवश्यकता होती है। यह सर्किट प्रकाश सिग्नल के उत्सर्जन को नियंत्रित करता है और प्रकाश को वस्तुओं तक पहुंचने और कैमरे तक वापस आने में लगने वाले समय का पता लगाता है। यह सटीक दूरी माप सुनिश्चित करने के लिए उत्सर्जन और पहचान प्रक्रियाओं को सिंक्रनाइज़ करता है।

मॉड्यूलेशन:

कुछToF कैमरेदूरी माप की सटीकता और मजबूती को बेहतर बनाने के लिए मॉड्यूलेशन तकनीकों का उपयोग किया जाता है। ये कैमरे उत्सर्जित प्रकाश संकेत को एक विशिष्ट पैटर्न या आवृत्ति के साथ मॉड्यूलेट करते हैं। मॉड्यूलेशन उत्सर्जित प्रकाश को अन्य परिवेशी प्रकाश स्रोतों से अलग करने में मदद करता है और दृश्य में विभिन्न वस्तुओं के बीच अंतर करने की कैमरे की क्षमता को बढ़ाता है।

गहराई गणना एल्गोरिदम:

टाइम-ऑफ-फ्लाइट मापों को गहराई की जानकारी में बदलने के लिए, ToF कैमरे परिष्कृत एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। ये एल्गोरिदम फोटोडिटेक्टर से प्राप्त टाइमिंग डेटा का विश्लेषण करते हैं और कैमरे तथा दृश्य में मौजूद वस्तुओं के बीच की दूरी की गणना करते हैं। गहराई की गणना करने वाले एल्गोरिदम में अक्सर प्रकाश के प्रसार की गति, सेंसर की प्रतिक्रिया का समय और परिवेशी प्रकाश के हस्तक्षेप जैसे कारकों को ध्यान में रखा जाता है।

गहराई डेटा आउटपुट:

गहराई की गणना हो जाने के बाद, ToF कैमरा गहराई डेटा आउटपुट प्रदान करता है। यह आउटपुट डेप्थ मैप, पॉइंट क्लाउड या दृश्य के 3D निरूपण के रूप में हो सकता है। इस गहराई डेटा का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों और प्रणालियों द्वारा ऑब्जेक्ट ट्रैकिंग, ऑगमेंटेड रियलिटी या रोबोटिक नेविगेशन जैसी विभिन्न कार्यक्षमताओं को सक्षम करने के लिए किया जा सकता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ToF कैमरों के विशिष्ट कार्यान्वयन और घटक विभिन्न निर्माताओं और मॉडलों में भिन्न हो सकते हैं। प्रौद्योगिकी में प्रगति से ToF कैमरा प्रणालियों के प्रदर्शन और क्षमताओं को बेहतर बनाने के लिए अतिरिक्त सुविधाएँ और सुधार आ सकते हैं।

三、अनुप्रयोग

ऑटोमोटिव अनुप्रयोग

उड़ान समय कैमरेइनका उपयोग उन्नत ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों जैसे सक्रिय पैदल यात्री सुरक्षा, दुर्घटना-पूर्व पहचान और इनडोर अनुप्रयोगों जैसे आउट-ऑफ-पोजिशन (ओओपी) पहचान के लिए सहायता और सुरक्षा कार्यों में किया जाता है।

ToF कैमरों का अनुप्रयोग

मानव-मशीन इंटरफेस और गेमिंग

As उड़ान समय कैमरेवास्तविक समय में दूरी की छवियां प्रदान करने से मनुष्यों की गतिविधियों को ट्रैक करना आसान हो जाता है। इससे टेलीविजन जैसे उपभोक्ता उपकरणों के साथ नए प्रकार के इंटरैक्शन संभव हो पाते हैं। एक अन्य विषय वीडियो गेम कंसोल पर गेम के साथ इंटरैक्ट करने के लिए इस प्रकार के कैमरों का उपयोग करना है। Xbox One कंसोल के साथ मूल रूप से शामिल दूसरी पीढ़ी के Kinect सेंसर ने अपनी रेंज इमेजिंग के लिए टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरे का उपयोग किया, जिससे कंप्यूटर विज़न और जेस्चर रिकग्निशन तकनीकों का उपयोग करके प्राकृतिक उपयोगकर्ता इंटरफेस और गेमिंग एप्लिकेशन सक्षम हुए।

क्रिएटिव और इंटेल गेमिंग के लिए इसी तरह का एक इंटरैक्टिव जेस्चर टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरा भी प्रदान करते हैं, जिसे सॉफ्टकाइनेटिक के डेप्थसेंस 325 कैमरे पर आधारित Senz3D कहा जाता है। इन्फिनियन और पीएमडी टेक्नोलॉजीज ऑल-इन-वन पीसी और लैपटॉप जैसे उपभोक्ता उपकरणों के नज़दीकी रेंज जेस्चर कंट्रोल के लिए छोटे एकीकृत 3डी डेप्थ कैमरे (पिको फ्लेक्स और पिको मॉन्स्टर कैमरे) उपलब्ध कराते हैं।

गेम में ToF कैमरों का अनुप्रयोग

स्मार्टफोन कैमरे

कई स्मार्टफ़ोन में टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट कैमरे होते हैं। इनका मुख्य उपयोग फ़ोटो की गुणवत्ता को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है, क्योंकि ये कैमरा सॉफ़्टवेयर को फ़ोरग्राउंड और बैकग्राउंड के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। इस तकनीक का उपयोग करने वाला पहला मोबाइल फ़ोन LG G3 था, जिसे 2014 की शुरुआत में लॉन्च किया गया था।

मोबाइल फोन में ToF कैमरों का अनुप्रयोग

मापन और मशीन दृष्टि

अन्य अनुप्रयोगों में मापन कार्य शामिल हैं, जैसे कि साइलो में भरने की ऊंचाई मापना। औद्योगिक मशीन विज़न में, टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरा रोबोट द्वारा उपयोग के लिए वस्तुओं को वर्गीकृत करने और उनका पता लगाने में मदद करता है, जैसे कि कन्वेयर पर गुजरने वाली वस्तुएं। दरवाज़े के नियंत्रण उपकरण दरवाज़े तक पहुँचने वाले जानवरों और मनुष्यों के बीच आसानी से अंतर कर सकते हैं।

रोबोटिक

इन कैमरों का एक और उपयोग रोबोटिक्स के क्षेत्र में है: मोबाइल रोबोट अपने आसपास के क्षेत्र का नक्शा बहुत जल्दी बना सकते हैं, जिससे वे बाधाओं से बच सकते हैं या किसी मार्गदर्शक का अनुसरण कर सकते हैं। दूरी की गणना सरल होने के कारण, इसमें बहुत कम कंप्यूटर शक्ति का उपयोग होता है। चूंकि इन कैमरों का उपयोग दूरी मापने के लिए भी किया जा सकता है, इसलिए FIRST रोबोटिक्स प्रतियोगिता में भाग लेने वाली टीमें स्वायत्त कार्यों के लिए इन उपकरणों का उपयोग करती रही हैं।

पृथ्वी की स्थलाकृति

ToF कैमरेइनका उपयोग भू-आकृति विज्ञान के अध्ययन के लिए पृथ्वी की सतह की स्थलाकृति के डिजिटल ऊंचाई मॉडल प्राप्त करने के लिए किया गया है।

भू-आकृति विज्ञान में टीओएफ कैमरों का अनुप्रयोग