1। एक टाइम-ऑफ-फ़्लाइट (TOF) सेंसर क्या है?

टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरा क्या है? क्या यह कैमरा है जो विमान की उड़ान को कैप्चर करता है? क्या इसका विमानों या विमानों के साथ कुछ करना है? खैर, यह वास्तव में एक लंबा रास्ता है!

TOF उस समय का एक माप है जो किसी वस्तु, कण या तरंग के लिए दूरी की यात्रा करने के लिए लेता है। क्या आप जानते हैं कि बैट का सोनार सिस्टम काम करता है? टाइम-ऑफ-फ्लाइट सिस्टम समान है!

कई प्रकार के टाइम-ऑफ-फ़्लाइट सेंसर हैं, लेकिन अधिकांश टाइम-ऑफ-फ़्लाइट कैमरे और लेजर स्कैनर हैं, जो एक छवि में विभिन्न बिंदुओं की गहराई को मापने के लिए LiDAR (लाइट डिटेक्शन और रेंजिंग) नामक एक तकनीक का उपयोग करते हैं। अवरक्त प्रकाश के साथ।

TOF सेंसर का उपयोग करके उत्पन्न और कैप्चर किए गए डेटा बहुत उपयोगी है क्योंकि यह पैदल यात्री का पता लगाने, चेहरे की विशेषताओं के आधार पर उपयोगकर्ता प्रमाणीकरण, स्लैम (एक साथ स्थानीयकरण और मानचित्रण) एल्गोरिदम का उपयोग करके पर्यावरण मानचित्रण, और बहुत कुछ प्रदान कर सकता है।

यह प्रणाली वास्तव में रोबोट, सेल्फ-ड्राइविंग कारों और अब भी आपके मोबाइल डिवाइस में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि आप Huawei P30 Pro, oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, आदि का उपयोग कर रहे हैं, तो आपके फोन में TOF कैमरा है!

एक टीओएफ कैमरा

2। टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेंसर कैसे काम करता है?

अब, हम एक संक्षिप्त परिचय देना चाहते हैं कि एक समय-उड़ान सेंसर क्या है और यह कैसे काम करता है।

टीओएफसेंसर इन्फ्रारेड लाइट का उत्सर्जन करने के लिए छोटे लेज़रों का उपयोग करते हैं, जहां परिणामी प्रकाश किसी भी वस्तु को उछाल देता है और सेंसर पर लौटता है। ऑब्जेक्ट द्वारा परिलक्षित होने के बाद प्रकाश के उत्सर्जन और सेंसर में वापसी के बीच समय के अंतर के आधार पर, सेंसर ऑब्जेक्ट और सेंसर के बीच की दूरी को माप सकता है।

आज, हम 2 तरीकों का पता लगाएंगे कि कैसे TOF दूरी और गहराई निर्धारित करने के लिए यात्रा के समय का उपयोग करता है: समय दालों का उपयोग करना, और आयाम संशोधित तरंगों के चरण स्थानांतरण का उपयोग करना।

समयबद्ध दालों का उपयोग करें

उदाहरण के लिए, यह एक लेजर के साथ एक लक्ष्य को रोशन करके काम करता है, फिर एक स्कैनर के साथ परावर्तित प्रकाश को मापता है, और फिर प्रकाश की गति का उपयोग करके वस्तु की दूरी को एक्सट्रपलेशन करने के लिए यात्रा की गई दूरी की गणना करने के लिए ठीक है। इसके अलावा, लेजर रिटर्न समय और तरंग दैर्ध्य में अंतर का उपयोग तब लक्ष्य की एक सटीक डिजिटल 3 डी प्रतिनिधित्व और सतह सुविधाओं को बनाने के लिए किया जाता है, और इसकी व्यक्तिगत विशेषताओं को नेत्रहीन रूप से मैप किया जाता है।

जैसा कि आप ऊपर देख सकते हैं, लेजर लाइट को निकाल दिया जाता है और फिर ऑब्जेक्ट को वापस सेंसर पर उछाल दिया जाता है। लेजर रिटर्न के समय के साथ, TOF कैमरे प्रकाश यात्रा की गति को देखते हुए कम समय में सटीक दूरी को मापने में सक्षम हैं। (TOF दूरी के लिए परिवर्तित होता है) यह वह सूत्र है जो एक विश्लेषक किसी वस्तु की सटीक दूरी पर पहुंचने के लिए उपयोग करता है:

(उड़ान के हल्के x समय की गति) / 2

TOF दूरी में परिवर्तित होता है

जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रकाश बंद होने के दौरान टाइमर शुरू हो जाएगा, और जब रिसीवर रिटर्न लाइट प्राप्त करता है, तो टाइमर समय वापस कर देगा। दो बार घटाते समय, प्रकाश की "उड़ान का समय" प्राप्त किया जाता है, और प्रकाश की गति स्थिर होती है, इसलिए दूरी को आसानी से ऊपर के सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है। इस तरह, वस्तु की सतह पर सभी बिंदुओं को निर्धारित किया जा सकता है।

एएम वेव के चरण पारी का उपयोग करें

अगला,टीओएफगहराई और दूरी निर्धारित करने के लिए परावर्तित प्रकाश की चरण पारी का पता लगाने के लिए निरंतर तरंगों का उपयोग कर सकते हैं।

एएम वेव का उपयोग करके चरण पारी

आयाम को संशोधित करके, यह एक ज्ञात आवृत्ति के साथ एक साइनसोइडल प्रकाश स्रोत बनाता है, जिससे डिटेक्टर को निम्न सूत्र का उपयोग करके परावर्तित प्रकाश के चरण बदलाव का निर्धारण करने की अनुमति मिलती है:

जहां C प्रकाश की गति है (C = 3 × 10^8 m/s), λ एक तरंग दैर्ध्य (λ = 15 मीटर) है, और F आवृत्ति है, सेंसर पर प्रत्येक बिंदु को आसानी से गहराई में गणना की जा सकती है।

ये सभी चीजें बहुत तेजी से होती हैं क्योंकि हम प्रकाश की गति से काम करते हैं। क्या आप उस सटीकता और गति की कल्पना कर सकते हैं जिसके साथ सेंसर मापने में सक्षम हैं? मुझे एक उदाहरण दें, प्रकाश 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करता है, यदि कोई वस्तु आपसे 5 मीटर दूर है, तो कैमरे को छोड़ने और लौटने के बीच समय का अंतर लगभग 33 नैनोसेकंड है, जो केवल 0.000000033 सेकंड के बराबर है! बहुत खूब! उल्लेख नहीं करने के लिए, कैप्चर किया गया डेटा आपको छवि में प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक सटीक 3 डी डिजिटल प्रतिनिधित्व देगा।

उपयोग किए गए सिद्धांत के बावजूद, एक प्रकाश स्रोत प्रदान करना जो पूरे दृश्य को रोशन करता है, सेंसर को सभी बिंदुओं की गहराई को निर्धारित करने की अनुमति देता है। ऐसा परिणाम आपको एक दूरी का नक्शा देता है जहां प्रत्येक पिक्सेल दृश्य में संबंधित बिंदु तक दूरी को एन्कोड करता है। निम्नलिखित एक TOF रेंज ग्राफ का एक उदाहरण है:

एक TOF रेंज ग्राफ का एक उदाहरण

अब जब हम जानते हैं कि TOF काम करता है, तो यह अच्छा क्यों है? इसका उपयोग क्यों करें? वे किस चीज़ लिए अच्छे हैं? चिंता न करें, एक TOF सेंसर का उपयोग करने के कई फायदे हैं, लेकिन निश्चित रूप से कुछ सीमाएं हैं।

3। टाइम-ऑफ-फ़्लाइट सेंसर का उपयोग करने के लाभ

सटीक और तेज़ माप

अल्ट्रासाउंड या लेजर जैसे अन्य दूरी सेंसर की तुलना में, टाइम-ऑफ-फ़्लाइट सेंसर बहुत जल्दी एक दृश्य की 3 डी छवि बनाने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, एक TOF कैमरा केवल एक बार ऐसा कर सकता है। इतना ही नहीं, TOF सेंसर थोड़े समय में वस्तुओं का सही पता लगाने में सक्षम है और आर्द्रता, हवा के दबाव और तापमान से प्रभावित नहीं होता है, जिससे यह इनडोर और बाहरी उपयोग दोनों के लिए उपयुक्त हो जाता है।

लंबी दूरी

चूंकि TOF सेंसर लेज़रों का उपयोग करते हैं, इसलिए वे लंबी दूरी और उच्च सटीकता के साथ रेंज को मापने में भी सक्षम हैं। TOF सेंसर लचीले होते हैं क्योंकि वे सभी आकृतियों और आकारों के निकट और दूर की वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम होते हैं।

यह इस अर्थ में भी लचीला है कि आप इष्टतम प्रदर्शन के लिए सिस्टम के प्रकाशिकी को अनुकूलित करने में सक्षम हैं, जहां आप वांछित क्षेत्र को देखने के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर प्रकार और लेंस चुन सकते हैं।

सुरक्षा

चिंतित है कि लेजर सेटीओएफसेंसर आपकी आंखों को चोट पहुंचाएगा? चिंता मत करो! कई TOF सेंसर अब प्रकाश स्रोत के रूप में एक कम-शक्ति वाले इन्फ्रारेड लेजर का उपयोग करते हैं और इसे संशोधित दालों के साथ ड्राइव करते हैं। सेंसर यह सुनिश्चित करने के लिए कक्षा 1 लेजर सुरक्षा मानकों को पूरा करता है कि यह मानव आंख के लिए सुरक्षित है।

प्रभावी लागत

अन्य 3 डी डेप्थ रेंज स्कैनिंग तकनीकों जैसे कि संरचित लाइट कैमरा सिस्टम या लेजर रेंजफाइंडर की तुलना में, टीओएफ सेंसर उनकी तुलना में बहुत सस्ते हैं।

इन सभी सीमाओं के बावजूद, TOF अभी भी बहुत विश्वसनीय है और 3D जानकारी को कैप्चर करने का एक बहुत तेज़ तरीका है।

4। टीओएफ की सीमाएँ

हालांकि TOF के कई लाभ हैं, लेकिन इसकी सीमाएं भी हैं। TOF की कुछ सीमाओं में शामिल हैं:

• हल्का फैला हुआ

यदि बहुत उज्ज्वल सतहें आपके TOF सेंसर के बहुत करीब हैं, तो वे आपके रिसीवर में बहुत अधिक प्रकाश डाल सकते हैं और कलाकृतियों और अवांछित प्रतिबिंबों का निर्माण कर सकते हैं, क्योंकि आपके TOF सेंसर को केवल माप तैयार होने के बाद प्रकाश को प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता होती है।

• बहु प्रतिबिंब

कोनों और अवतल आकृतियों पर TOF सेंसर का उपयोग करते समय, वे अवांछित प्रतिबिंबों का कारण बन सकते हैं, क्योंकि प्रकाश कई बार उछाल सकता है, माप को विकृत कर सकता है।

• परिवेशी प्रकाश

उज्ज्वल धूप में TOF कैमरे के बाहर का उपयोग करना बाहरी उपयोग को मुश्किल बना सकता है। यह सूर्य के प्रकाश की उच्च तीव्रता के कारण होता है, जिससे सेंसर पिक्सेल जल्दी से संतृप्त हो जाते हैं, जिससे ऑब्जेक्ट से परिलक्षित वास्तविक प्रकाश का पता लगाना असंभव हो जाता है।

• निष्कर्ष

TOF सेंसर औरटीओएफ लेंसविभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया जा सकता है। 3 डी मैपिंग, औद्योगिक स्वचालन, बाधा का पता लगाने, स्व-ड्राइविंग कारों, कृषि, रोबोटिक्स, इनडोर नेविगेशन, इशारा मान्यता, वस्तु स्कैनिंग, माप, संवर्धित वास्तविकता के लिए निगरानी से! TOF प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग अंतहीन हैं।

आप TOF लेंस की किसी भी आवश्यकता के लिए हमसे संपर्क कर सकते हैं।

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