1. टाइम-ऑफ-फ्लाइट (ToF) सेन्सर म्हणजे काय?

टाइम ऑफ फ्लाइट कॅमेरा म्हणजे काय? विमानाचे उड्डाण टिपणारा कॅमेरा आहे का? त्याचा विमानांशी किंवा विमानांशी काही संबंध आहे का? बरं, खरं तर खूप दूर आहे!

ToF म्हणजे एखाद्या वस्तू, कण किंवा तरंगाला अंतर प्रवास करण्यासाठी लागणाऱ्या वेळेचे मोजमाप. बॅटची सोनार यंत्रणा काम करते हे तुम्हाला माहीत आहे का? उड्डाणाची वेळ प्रणाली सारखीच आहे!

उड्डाणाच्या वेळेचे अनेक प्रकारचे सेन्सर आहेत, परंतु बहुतेक वेळा-उड्डाणाचे कॅमेरे आणि लेसर स्कॅनर आहेत, जे प्रतिमेतील विविध बिंदूंची खोली चमकवून मोजण्यासाठी लिडर (प्रकाश शोधणे आणि श्रेणी) नावाचे तंत्रज्ञान वापरतात. इन्फ्रारेड प्रकाशासह.

ToF सेन्सर्सचा वापर करून व्युत्पन्न केलेला आणि कॅप्चर केलेला डेटा अतिशय उपयुक्त आहे कारण तो पादचारी ओळख, चेहर्यावरील वैशिष्ट्यांवर आधारित वापरकर्ता प्रमाणीकरण, SLAM (एकाच वेळी स्थानिकीकरण आणि मॅपिंग) अल्गोरिदम वापरून पर्यावरण मॅपिंग आणि बरेच काही प्रदान करू शकतो.

ही प्रणाली यंत्रमानव, स्व-ड्रायव्हिंग कार आणि आता तुमच्या मोबाइल डिव्हाइसमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. उदाहरणार्थ, जर तुम्ही Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ इ. वापरत असाल तर तुमच्या फोनमध्ये ToF कॅमेरा आहे!

एक ToF कॅमेरा

2. उड्डाणाचा वेळ सेन्सर कसा काम करतो?

आता, आम्हाला टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर काय आहे आणि ते कसे कार्य करते याचा थोडक्यात परिचय देऊ इच्छितो.

ToFसेन्सर इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करण्यासाठी लहान लेसर वापरतात, जेथे परिणामी प्रकाश कोणत्याही वस्तूवरून उडातो आणि सेन्सरकडे परत येतो. प्रकाशाचे उत्सर्जन आणि ऑब्जेक्टद्वारे परावर्तित झाल्यानंतर सेन्सरकडे परत येण्याच्या वेळेतील फरकाच्या आधारावर, सेन्सर ऑब्जेक्ट आणि सेन्सरमधील अंतर मोजू शकतो.

आज, आम्ही अंतर आणि खोली निर्धारित करण्यासाठी ToF प्रवासाचा वेळ कसा वापरतो हे 2 मार्ग एक्सप्लोर करू: टाइमिंग पल्स वापरणे आणि ॲम्प्लीट्यूड मॉड्युलेटेड लहरींचे फेज शिफ्टिंग वापरणे.

वेळेवर कडधान्ये वापरा

उदाहरणार्थ, ते लेसरच्या सहाय्याने लक्ष्य प्रकाशित करून, नंतर स्कॅनरने परावर्तित प्रकाशाचे मोजमाप करून आणि नंतर प्रवास केलेल्या अंतराची अचूक गणना करण्यासाठी ऑब्जेक्टचे अंतर एक्स्ट्रापोलेट करण्यासाठी प्रकाशाचा वेग वापरून कार्य करते. या व्यतिरिक्त, लेझर रिटर्न टाइम आणि तरंगलांबीमधील फरक नंतर अचूक डिजिटल 3D प्रतिनिधित्व आणि लक्ष्याची पृष्ठभाग वैशिष्ट्ये तयार करण्यासाठी आणि त्याची वैयक्तिक वैशिष्ट्ये दृश्यमानपणे मॅप करण्यासाठी वापरला जातो.

जसे तुम्ही वर पाहू शकता, लेसर लाइट बाहेर काढला जातो आणि नंतर ऑब्जेक्ट परत सेन्सरवर उचलला जातो. लेझर रिटर्न टाइमसह, ToF कॅमेरे प्रकाशाच्या प्रवासाचा वेग पाहता कमी कालावधीत अचूक अंतर मोजू शकतात. (ToF अंतरामध्ये रूपांतरित होते) हे सूत्र आहे जे विश्लेषक ऑब्जेक्टच्या अचूक अंतरावर पोहोचण्यासाठी वापरतो:

(प्रकाशाचा वेग x उड्डाणाची वेळ) / 2

ToF अंतरामध्ये रूपांतरित होते

तुम्ही बघू शकता, लाईट बंद असताना टायमर सुरू होईल आणि रिसीव्हरला रिटर्न लाइट मिळाल्यावर, टायमर वेळ परत करेल. दोनदा वजा केल्यावर, प्रकाशाची "उड्डाणाची वेळ" मिळते आणि प्रकाशाचा वेग स्थिर असतो, त्यामुळे वरील सूत्र वापरून अंतर सहज काढता येते. अशा प्रकारे, ऑब्जेक्टच्या पृष्ठभागावरील सर्व बिंदू निर्धारित केले जाऊ शकतात.

एएम वेव्हची फेज शिफ्ट वापरा

पुढे, दToFखोली आणि अंतर निर्धारित करण्यासाठी परावर्तित प्रकाशाच्या फेज शिफ्टचा शोध घेण्यासाठी सतत लाटा देखील वापरू शकतात.

AM लहर वापरून फेज शिफ्ट

ॲम्प्लिट्यूड मोड्युलेट करून, ते ज्ञात फ्रिक्वेन्सीसह साइनसॉइडल प्रकाश स्रोत तयार करते, ज्यामुळे डिटेक्टरला खालील सूत्र वापरून परावर्तित प्रकाशाची फेज शिफ्ट निर्धारित करता येते:

जेथे c हा प्रकाशाचा वेग आहे (c = 3 × 10^8 m/s), λ एक तरंगलांबी आहे (λ = 15 m), आणि f ही वारंवारता आहे, सेन्सरवरील प्रत्येक बिंदू सहजपणे खोलीत मोजला जाऊ शकतो.

आपण प्रकाशाच्या वेगाने काम करत असल्यामुळे या सर्व गोष्टी खूप वेगाने घडतात. सेन्सर्स किती अचूक आणि वेग मोजू शकतात याची तुम्ही कल्पना करू शकता? मी एक उदाहरण देतो, प्रकाश 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंद या वेगाने प्रवास करतो, जर एखादी वस्तू तुमच्यापासून 5 मीटर दूर असेल, तर कॅमेरा सोडणे आणि परत येणे यामधील वेळेचा फरक सुमारे 33 नॅनोसेकंद आहे, जो फक्त 0.000000033 सेकंदांच्या समतुल्य आहे! व्वा! उल्लेख नाही, कॅप्चर केलेला डेटा तुम्हाला प्रतिमेतील प्रत्येक पिक्सेलसाठी अचूक 3D डिजिटल प्रतिनिधित्व देईल.

वापरलेल्या तत्त्वाची पर्वा न करता, संपूर्ण दृश्याला प्रकाश देणारा प्रकाश स्रोत प्रदान केल्याने सेन्सरला सर्व बिंदूंची खोली निश्चित करता येते. असा परिणाम तुम्हाला अंतराचा नकाशा देतो जेथे प्रत्येक पिक्सेल दृश्यातील संबंधित बिंदूपर्यंत अंतर एन्कोड करतो. खालील ToF श्रेणी आलेखाचे उदाहरण आहे:

ToF श्रेणी आलेखाचे उदाहरण

आता आम्हाला माहित आहे की ToF कार्य करते, ते चांगले का आहे? ते का वापरावे? ते कशासाठी चांगले आहेत? काळजी करू नका, ToF सेन्सर वापरण्याचे बरेच फायदे आहेत, परंतु नक्कीच काही मर्यादा आहेत.

3. टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर वापरण्याचे फायदे

अचूक आणि जलद मापन

अल्ट्रासाऊंड किंवा लेसर सारख्या इतर अंतर सेन्सर्सच्या तुलनेत, उड्डाणाच्या वेळेचे सेन्सर एखाद्या दृश्याची 3D प्रतिमा खूप लवकर तयार करण्यास सक्षम आहेत. उदाहरणार्थ, ToF कॅमेरा हे फक्त एकदाच करू शकतो. इतकेच नाही तर, ToF सेन्सर कमी वेळात वस्तू अचूकपणे शोधण्यात सक्षम आहे आणि आर्द्रता, हवेचा दाब आणि तापमान यांचा प्रभाव पडत नाही, ज्यामुळे ते घरातील आणि बाहेरच्या दोन्ही वापरासाठी योग्य बनते.

लांब अंतर

ToF सेन्सर लेसर वापरत असल्याने, ते उच्च अचूकतेसह लांब अंतर आणि श्रेणी मोजण्यास देखील सक्षम आहेत. ToF सेन्सर लवचिक असतात कारण ते सर्व आकार आणि आकारांच्या जवळच्या आणि दूरच्या वस्तू शोधण्यात सक्षम असतात.

हे या अर्थाने लवचिक देखील आहे की आपण इष्टतम कार्यप्रदर्शनासाठी सिस्टमचे ऑप्टिक्स सानुकूलित करण्यास सक्षम आहात, जिथे आपण इच्छित फील्ड ऑफ व्ह्यू मिळविण्यासाठी ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर प्रकार आणि लेन्स निवडू शकता.

सुरक्षितता

काळजी वाटते की लेसर पासूनToFसेन्सरमुळे तुमचे डोळे दुखतील का? काळजी करू नका! अनेक ToF सेन्सर आता प्रकाश स्रोत म्हणून कमी-पॉवर इन्फ्रारेड लेसर वापरतात आणि ते मोड्युलेटेड पल्ससह चालवतात. सेन्सर मानवी डोळ्यासाठी सुरक्षित असल्याची खात्री करण्यासाठी वर्ग 1 लेसर सुरक्षा मानकांची पूर्तता करतो.

खर्च प्रभावी

इतर 3D डेप्थ रेंज स्कॅनिंग तंत्रज्ञान जसे की संरचित लाईट कॅमेरा सिस्टीम किंवा लेसर रेंजफाइंडर्सच्या तुलनेत, ToF सेन्सर त्यांच्या तुलनेत खूपच स्वस्त आहेत.

या सर्व मर्यादा असूनही, ToF अजूनही अतिशय विश्वासार्ह आणि 3D माहिती कॅप्चर करण्याची एक अतिशय जलद पद्धत आहे.

4. ToF च्या मर्यादा

ToF चे अनेक फायदे असले तरी त्याला मर्यादा देखील आहेत. ToF च्या काही मर्यादांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• विखुरलेला प्रकाश

जर खूप तेजस्वी पृष्ठभाग तुमच्या ToF सेन्सरच्या अगदी जवळ असतील, तर ते तुमच्या रिसीव्हरमध्ये खूप जास्त प्रकाश पसरवू शकतात आणि कलाकृती आणि अवांछित प्रतिबिंब तयार करू शकतात, कारण तुमच्या ToF सेन्सरला मापन तयार झाल्यावरच प्रकाश प्रतिबिंबित करणे आवश्यक आहे.

• एकाधिक प्रतिबिंब

कोपऱ्यांवर आणि अवतल आकारांवर ToF सेन्सर वापरताना, ते अवांछित प्रतिबिंबांना कारणीभूत ठरू शकतात, कारण मापन विकृत होऊन प्रकाश अनेक वेळा बंद होऊ शकतो.

• सभोवतालचा प्रकाश

तेजस्वी सूर्यप्रकाशात ToF कॅमेरा घराबाहेर वापरल्याने बाहेरचा वापर कठीण होऊ शकतो. हे सूर्यप्रकाशाच्या उच्च तीव्रतेमुळे होते ज्यामुळे सेन्सर पिक्सेल द्रुतपणे संतृप्त होतात, ज्यामुळे ऑब्जेक्टमधून परावर्तित होणारा वास्तविक प्रकाश शोधणे अशक्य होते.

• निष्कर्ष

ToF सेन्सर्स आणिToF लेन्सविविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाऊ शकते. थ्रीडी मॅपिंग, इंडस्ट्रियल ऑटोमेशन, अडथळे शोधणे, सेल्फ-ड्रायव्हिंग कार, शेती, रोबोटिक्स, इनडोअर नेव्हिगेशन, जेश्चर रेकग्निशन, ऑब्जेक्ट स्कॅनिंग, मोजमाप, पाळत ठेवणे ते ऑगमेंटेड रिॲलिटी! ToF तंत्रज्ञानाचे अनुप्रयोग अंतहीन आहेत.

ToF लेन्सच्या कोणत्याही गरजांसाठी तुम्ही आमच्याशी संपर्क साधू शकता.

चुआंग एन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स परिपूर्ण व्हिज्युअल ब्रँड तयार करण्यासाठी हाय-डेफिनिशन ऑप्टिकल लेन्सवर लक्ष केंद्रित करते

चुआंग एन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सने आता विविध प्रकारचे उत्पादन केले आहेTOF लेन्सजसे:

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