1. टाइम-ऑफ-फ्लाइट (टीओएफ) सेंसर क्या है?

टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरा क्या होता है? क्या यह वह कैमरा है जो विमान की उड़ान को रिकॉर्ड करता है? क्या इसका विमानों से कोई संबंध है? खैर, यह वास्तव में बहुत दूर की बात है!

उड़ान समय (ToF) किसी वस्तु, कण या तरंग द्वारा एक निश्चित दूरी तय करने में लगने वाले समय का माप है। क्या आप जानते हैं कि चमगादड़ का सोनार तंत्र कैसे काम करता है? उड़ान समय प्रणाली भी कुछ इसी तरह काम करती है!

टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेंसर कई प्रकार के होते हैं, लेकिन अधिकांश टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरे और लेजर स्कैनर होते हैं, जो लिडार (लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग) नामक तकनीक का उपयोग करके किसी छवि में विभिन्न बिंदुओं की गहराई को मापने के लिए उस पर अवरक्त प्रकाश डालते हैं।

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

यह सिस्टम वास्तव में रोबोट, सेल्फ-ड्राइविंग कारों और यहां तक ​​कि आपके मोबाइल डिवाइस में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता 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 ToF कैमरा

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

अब हम आपको संक्षेप में यह बताना चाहेंगे कि टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेंसर क्या होता है और यह कैसे काम करता है।

टीओएफसेंसर अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए छोटे लेज़रों का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश किसी वस्तु से टकराकर सेंसर पर वापस लौटता है। प्रकाश के उत्सर्जन और वस्तु से परावर्तित होकर सेंसर पर वापस लौटने के बीच के समय के अंतर के आधार पर, सेंसर वस्तु और सेंसर के बीच की दूरी को माप सकता है।

आज हम उन दो तरीकों का पता लगाएंगे जिनसे ToF दूरी और गहराई निर्धारित करने के लिए यात्रा समय का उपयोग करता है: टाइमिंग पल्स का उपयोग करके, और आयाम मॉड्यूलेटेड तरंगों के चरण स्थानांतरण का उपयोग करके।

समयबद्ध पल्स का उपयोग करें

उदाहरण के लिए, यह लेजर से किसी लक्ष्य को प्रकाशित करके, 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 के परावर्तन समय और तरंगदैर्ध्य के अंतर का उपयोग लक्ष्य का सटीक डिजिटल 3डी निरूपण और सतह की विशेषताओं को बनाने और उसकी अलग-अलग विशेषताओं को दृश्य रूप से दर्शाने के लिए किया जाता है।

जैसा कि आप ऊपर देख सकते हैं, लेज़र प्रकाश उत्सर्जित होता है और फिर वस्तु से टकराकर सेंसर पर वापस लौटता है। लेज़र के इस वापसी समय के कारण, ToF कैमरे प्रकाश की गति को ध्यान में रखते हुए कम समय में सटीक दूरी माप सकते हैं। (ToF दूरी में परिवर्तित होता है) किसी वस्तु की सटीक दूरी ज्ञात करने के लिए विश्लेषक इस सूत्र का उपयोग करते हैं:

(प्रकाश की गति x उड़ान का समय) / 2

ToF दूरी में परिवर्तित होता है

जैसा कि आप देख सकते हैं, लाइट बंद होने पर टाइमर चालू हो जाएगा, और जब रिसीवर वापस आने वाली लाइट को प्राप्त करेगा, तो टाइमर समय बताएगा। दो बार घटाने पर प्रकाश का "पलायन समय" प्राप्त होता है, और प्रकाश की गति स्थिर होती है, इसलिए ऊपर दिए गए सूत्र का उपयोग करके दूरी की गणना आसानी से की जा सकती है। इस तरह, वस्तु की सतह पर सभी बिंदुओं का निर्धारण किया जा सकता है।

AM तरंग के चरण विस्थापन का उपयोग करें

इसके बाद,टीओएफपरावर्तित प्रकाश के चरण परिवर्तन का पता लगाने और गहराई एवं दूरी निर्धारित करने के लिए निरंतर तरंगों का भी उपयोग किया जा सकता है।

एएम तरंग का उपयोग करके चरण स्थानांतरण

आयाम को मॉड्यूलेट करके, यह एक ज्ञात आवृत्ति के साथ एक साइनसोइडल प्रकाश स्रोत बनाता है, जिससे डिटेक्टर निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके परावर्तित प्रकाश के चरण विस्थापन को निर्धारित कर सकता है:

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

ये सभी चीज़ें बहुत तेज़ी से होती हैं क्योंकि हम प्रकाश की गति से काम करते हैं। क्या आप कल्पना कर सकते हैं कि सेंसर कितनी सटीकता और गति से माप कर सकते हैं? एक उदाहरण लीजिए, प्रकाश 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करता है। यदि कोई वस्तु आपसे 5 मीटर दूर है, तो कैमरे से प्रकाश के निकलने और वापस आने के बीच का समय अंतर लगभग 33 नैनोसेकंड है, जो केवल 0.000000033 सेकंड के बराबर है! वाह! इतना ही नहीं, कैप्चर किया गया डेटा आपको छवि के प्रत्येक पिक्सेल का सटीक 3D डिजिटल प्रतिनिधित्व प्रदान करेगा।

चाहे कोई भी सिद्धांत इस्तेमाल किया जाए, पूरे दृश्य को रोशन करने वाला प्रकाश स्रोत प्रदान करने से सेंसर सभी बिंदुओं की गहराई निर्धारित कर पाता है। इस तरह के परिणाम से आपको एक दूरी मानचित्र मिलता है, जिसमें प्रत्येक पिक्सेल दृश्य में संबंधित बिंदु तक की दूरी को दर्शाता है। नीचे ToF रेंज ग्राफ का एक उदाहरण दिया गया है:

ToF रेंज ग्राफ का एक उदाहरण

अब जब हम जानते हैं कि ToF कैसे काम करता है, तो यह अच्छा क्यों है? इसका उपयोग क्यों करें? यह किन कामों के लिए उपयोगी है? चिंता न करें, ToF सेंसर का उपयोग करने के कई फायदे हैं, लेकिन निश्चित रूप से कुछ सीमाएं भी हैं।

3. उड़ान समय सेंसरों के उपयोग के लाभ

सटीक और तीव्र माप

अल्ट्रासाउंड या लेजर जैसे अन्य दूरी सेंसरों की तुलना में, टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेंसर किसी दृश्य की 3डी छवि बहुत जल्दी बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक ToF कैमरा यह काम केवल एक बार में कर सकता है। इतना ही नहीं, ToF सेंसर कम समय में वस्तुओं का सटीक पता लगा सकता है और आर्द्रता, वायु दाब और तापमान से अप्रभावित रहता है, जिससे यह इनडोर और आउटडोर दोनों उपयोगों के लिए उपयुक्त है।

लंबी दूरी

क्योंकि ToF सेंसर लेजर का उपयोग करते हैं, इसलिए वे उच्च सटीकता के साथ लंबी दूरी और रेंज को मापने में सक्षम हैं। ToF सेंसर लचीले होते हैं क्योंकि वे सभी आकार और प्रकार की निकट और दूर की वस्तुओं का पता लगा सकते हैं।

यह इस मायने में भी लचीला है कि आप इष्टतम प्रदर्शन के लिए सिस्टम के ऑप्टिक्स को अनुकूलित कर सकते हैं, जहां आप वांछित दृश्य क्षेत्र प्राप्त करने के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर के प्रकार और लेंस का चयन कर सकते हैं।

सुरक्षा

मुझे चिंता है कि लेजर सेटीओएफक्या इस सेंसर से आपकी आंखों को नुकसान पहुंच सकता है? चिंता मत कीजिए! आजकल कई ToF सेंसर प्रकाश स्रोत के रूप में कम शक्ति वाले इन्फ्रारेड लेजर का उपयोग करते हैं और इसे मॉड्यूलेटेड पल्स से संचालित करते हैं। यह सेंसर क्लास 1 लेजर सुरक्षा मानकों को पूरा करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि यह मानव आंखों के लिए सुरक्षित है।

प्रभावी लागत

स्ट्रक्चर्ड लाइट कैमरा सिस्टम या लेजर रेंजफाइंडर जैसी अन्य 3डी डेप्थ रेंज स्कैनिंग तकनीकों की तुलना में, टीओएफ सेंसर काफी सस्ते होते हैं।

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

4. टीओएफ की सीमाएँ

हालांकि टॉफ़िनिशन ऑफ़ फ़ैक्टरी (ToF) के कई फायदे हैं, लेकिन इसकी कुछ सीमाएँ भी हैं। टॉफ़िनिशन ऑफ़ फ़ैक्टरी की कुछ सीमाएँ इस प्रकार हैं:

• हल्का फैला हुआ

यदि बहुत चमकदार सतहें आपके ToF सेंसर के बहुत करीब हैं, तो वे आपके रिसीवर में बहुत अधिक प्रकाश बिखेर सकती हैं और कलाकृतियाँ और अवांछित प्रतिबिंब उत्पन्न कर सकती हैं, क्योंकि आपके ToF सेंसर को माप तैयार होने पर ही प्रकाश को प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता होती है।

• एकाधिक प्रतिबिंब

कोनों और अवतल आकृतियों पर ToF सेंसर का उपयोग करते समय, वे अवांछित परावर्तन उत्पन्न कर सकते हैं, क्योंकि प्रकाश कई बार टकराकर वापस आ सकता है, जिससे माप विकृत हो जाता है।

• परिवेशी प्रकाश

तेज धूप में ToF कैमरे का बाहरी उपयोग मुश्किल हो सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि सूर्य की तीव्र रोशनी के कारण सेंसर के पिक्सल जल्दी संतृप्त हो जाते हैं, जिससे वस्तु से परावर्तित होने वाली वास्तविक रोशनी का पता लगाना असंभव हो जाता है।

• निष्कर्ष

टीओएफ सेंसर औरToF लेंसइसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। 3डी मैपिंग, औद्योगिक स्वचालन, बाधा पहचान, सेल्फ-ड्राइविंग कार, कृषि, रोबोटिक्स, इनडोर नेविगेशन, जेस्चर रिकग्निशन, ऑब्जेक्ट स्कैनिंग, मापन, निगरानी से लेकर ऑगमेंटेड रियलिटी तक! टॉफ़ तकनीक के अनुप्रयोगों की संभावनाएं अनंत हैं।

ToF लेंस से संबंधित किसी भी आवश्यकता के लिए आप हमसे संपर्क कर सकते हैं।

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