1. टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट (ToF) सेंसर क्या है?

उड़ान के समय का कैमरा क्या है? क्या यह वह कैमरा है जो विमान की उड़ान को कैद करता है? क्या इसका विमानों या विमानों से कोई लेना-देना है? खैर, यह वास्तव में बहुत दूर है!

टीओएफ किसी वस्तु, कण या तरंग को दूरी तय करने में लगने वाले समय का माप है। क्या आप जानते हैं कि चमगादड़ का सोनार सिस्टम काम करता है? उड़ान के समय की प्रणाली समान है!

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

टीओएफ सेंसर का उपयोग करके उत्पन्न और कैप्चर किया गया डेटा बहुत उपयोगी है क्योंकि यह पैदल यात्री का पता लगाने, चेहरे की विशेषताओं के आधार पर उपयोगकर्ता प्रमाणीकरण, एसएलएएम (एक साथ स्थानीयकरण और मैपिंग) एल्गोरिदम का उपयोग करके पर्यावरण मैपिंग और बहुत कुछ प्रदान कर सकता है।

यह प्रणाली वास्तव में रोबोट, सेल्फ-ड्राइविंग कारों और यहां तक ​​कि अब आपके मोबाइल डिवाइस में भी व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि आप Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ इत्यादि का उपयोग कर रहे हैं, तो आपके फ़ोन में एक ToF कैमरा है!

एक टीओएफ कैमरा

2. उड़ान का समय सेंसर कैसे काम करता है?

अब, हम एक संक्षिप्त परिचय देना चाहेंगे कि टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट सेंसर क्या है और यह कैसे काम करता है।

टीओएफसेंसर इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए छोटे लेजर का उपयोग करते हैं, जहां परिणामी प्रकाश किसी भी वस्तु से उछलकर सेंसर में वापस आ जाता है। प्रकाश के उत्सर्जन और वस्तु द्वारा परावर्तित होने के बाद सेंसर में वापसी के बीच के समय के अंतर के आधार पर, सेंसर वस्तु और सेंसर के बीच की दूरी को माप सकता है।

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

समयानुसार दालों का प्रयोग करें

उदाहरण के लिए, यह किसी लक्ष्य को लेजर से रोशन करके, फिर स्कैनर से परावर्तित प्रकाश को मापकर, और फिर प्रकाश की गति का उपयोग करके वस्तु की दूरी का अनुमान लगाकर तय की गई दूरी की सटीक गणना करता है। इसके अलावा, लेजर रिटर्न समय और तरंग दैर्ध्य में अंतर का उपयोग लक्ष्य की सटीक डिजिटल 3डी प्रस्तुति और सतह सुविधाओं को बनाने के लिए किया जाता है, और इसकी व्यक्तिगत विशेषताओं को दृष्टिगत रूप से मैप किया जाता है।

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

(प्रकाश की गति x उड़ान का समय) / 2

ToF दूरी में परिवर्तित हो जाता है

जैसा कि आप देख सकते हैं, लाइट बंद होने पर टाइमर शुरू हो जाएगा, और जब रिसीवर को रिटर्न लाइट प्राप्त होगी, तो टाइमर समय लौटा देगा। दो बार घटाने पर, प्रकाश की "उड़ान का समय" प्राप्त होता है, और प्रकाश की गति स्थिर होती है, इसलिए उपरोक्त सूत्र का उपयोग करके दूरी की गणना आसानी से की जा सकती है। इस प्रकार, वस्तु की सतह पर सभी बिंदु निर्धारित किए जा सकते हैं।

एएम तरंग के चरण बदलाव का उपयोग करें

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

एएम तरंग का उपयोग करके चरण बदलाव

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

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

ये सभी चीजें बहुत तेजी से घटित होती हैं क्योंकि हम प्रकाश की गति से काम करते हैं। क्या आप कल्पना कर सकते हैं कि सेंसर कितनी सटीकता और गति से मापने में सक्षम हैं? मैं एक उदाहरण देता हूं, प्रकाश 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करता है, यदि कोई वस्तु आपसे 5 मीटर दूर है, तो कैमरे से निकलने वाली रोशनी और लौटने के बीच का समय अंतर लगभग 33 नैनोसेकंड है, जो केवल 0.000000033 सेकंड के बराबर है! बहुत खूब! उल्लेख करने की आवश्यकता नहीं है, कैप्चर किया गया डेटा आपको छवि में प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक सटीक 3डी 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 निर्धारित करने की अनुमति देता है। ऐसा परिणाम आपको एक दूरी मानचित्र देता है जहां प्रत्येक पिक्सेल दृश्य में संबंधित बिंदु की दूरी को एन्कोड करता है। निम्नलिखित ToF रेंज ग्राफ़ का एक उदाहरण है:

ToF रेंज ग्राफ़ का एक उदाहरण

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

3. उड़ान के समय सेंसर का उपयोग करने के लाभ

सटीक और तेज़ माप

अल्ट्रासाउंड या लेजर जैसे अन्य दूरी सेंसर की तुलना में, टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट सेंसर किसी दृश्य की 3डी छवि बहुत तेज़ी से बनाने में सक्षम होते हैं। उदाहरण के लिए, एक ToF कैमरा केवल एक बार ही ऐसा कर सकता है। इतना ही नहीं, टीओएफ सेंसर कम समय में वस्तुओं का सटीक पता लगाने में सक्षम है और नमी, वायु दबाव और तापमान से प्रभावित नहीं होता है, जो इसे इनडोर और आउटडोर दोनों उपयोग के लिए उपयुक्त बनाता है।

लंबी दूरी

चूंकि टीओएफ सेंसर लेजर का उपयोग करते हैं, वे उच्च सटीकता के साथ लंबी दूरी और दूरी को मापने में भी सक्षम हैं। टीओएफ सेंसर लचीले होते हैं क्योंकि वे सभी आकृतियों और आकारों की 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 दृश्य क्षेत्र प्राप्त करने के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर प्रकार और लेंस चुन सकते हैं।

सुरक्षा

चिंता है कि लेजर सेटीओएफसेंसर आपकी आंखों को नुकसान पहुंचाएगा? चिंता मत करो! कई टीओएफ सेंसर अब प्रकाश स्रोत के रूप में कम-शक्ति वाले इन्फ्रारेड लेजर का उपयोग करते हैं और इसे मॉड्यूलेटेड दालों के साथ चलाते हैं। सेंसर क्लास 1 लेजर सुरक्षा मानकों को पूरा करता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह मानव आंखों के लिए सुरक्षित है।

प्रभावी लागत

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

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

4. टीओएफ की सीमाएं

हालाँकि ToF के कई लाभ हैं, लेकिन इसकी सीमाएँ भी हैं। ToF की कुछ सीमाओं में शामिल हैं:

• हल्का फैला हुआ

यदि बहुत चमकीली सतहें आपके टीओएफ सेंसर के बहुत करीब हैं, तो वे आपके रिसीवर में बहुत अधिक प्रकाश बिखेर सकती हैं और कलाकृतियाँ और अवांछित प्रतिबिंब बना सकती हैं, क्योंकि आपके टीओएफ सेंसर को माप तैयार होने के बाद ही प्रकाश को प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता होती है।

• एकाधिक प्रतिबिंब

कोनों और अवतल आकृतियों पर टीओएफ सेंसर का उपयोग करते समय, वे अवांछित प्रतिबिंब पैदा कर सकते हैं, क्योंकि प्रकाश कई बार उछल सकता है, जिससे माप विकृत हो सकता है।

• परिवेशीय प्रकाश

तेज धूप में टीओएफ कैमरे का बाहर उपयोग करना बाहरी उपयोग को कठिन बना सकता है। यह सूर्य के प्रकाश की उच्च तीव्रता के कारण होता है, जिससे सेंसर पिक्सल जल्दी से संतृप्त हो जाते हैं, जिससे वस्तु से परावर्तित वास्तविक प्रकाश का पता लगाना असंभव हो जाता है।

• निष्कर्ष

टीओएफ सेंसर औरटीओएफ लेंसविभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है। 3डी मैपिंग, औद्योगिक स्वचालन, बाधा का पता लगाना, सेल्फ-ड्राइविंग कार, कृषि, रोबोटिक्स, इनडोर नेविगेशन, जेस्चर रिकॉग्निशन, ऑब्जेक्ट स्कैनिंग, माप, निगरानी से लेकर संवर्धित वास्तविकता तक! टीओएफ प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग अनंत हैं।

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

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