1. پرواز کے وقت (ToF) سینسر کیا ہے؟

پرواز کے وقت کا کیمرہ کیا ہے؟ کیا یہ وہ کیمرہ ہے جو جہاز کی پرواز کو قید کرتا ہے؟ کیا اس کا طیاروں یا طیاروں سے کوئی تعلق ہے؟ ٹھیک ہے، یہ اصل میں بہت دور ہے!

ToF اس وقت کا ایک پیمانہ ہے جو کسی چیز، ذرہ یا لہر کو ایک فاصلہ طے کرنے میں لگتا ہے۔ کیا آپ جانتے ہیں کہ چمگادڑ کا سونار سسٹم کام کرتا ہے؟ پرواز کے وقت کا نظام بھی ایسا ہی ہے!

پرواز کے وقت کے سینسرز کی بہت سی قسمیں ہیں، لیکن زیادہ تر ٹائم آف فلائٹ کیمرے اور لیزر سکینر ہیں، جو ایک تصویر کو چمکانے کے ذریعے مختلف پوائنٹس کی گہرائی کی پیمائش کرنے کے لیے lidar (روشنی کا پتہ لگانے اور رینج) نامی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں۔ اورکت روشنی کے ساتھ۔

ToF سینسر کا استعمال کرتے ہوئے تیار کردہ اور کیپچر کردہ ڈیٹا بہت مفید ہے کیونکہ یہ پیدل چلنے والوں کی شناخت، چہرے کی خصوصیات کی بنیاد پر صارف کی تصدیق، SLAM (ایک ساتھ لوکلائزیشن اور میپنگ) الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے ماحولیات کی نقشہ سازی، اور بہت کچھ فراہم کر سکتا ہے۔

یہ سسٹم دراصل روبوٹس، خود چلانے والی کاروں اور یہاں تک کہ اب آپ کے موبائل ڈیوائس میں بھی بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر آپ Huawei P30 Pro، Oppo RX17 Pro، LG G8 ThinQ وغیرہ استعمال کر رہے ہیں، تو آپ کے فون میں ToF کیمرہ ہے!

ایک ToF کیمرہ

2. پرواز کے وقت کا سینسر کیسے کام کرتا ہے؟

اب، ہم ایک مختصر تعارف دینا چاہیں گے کہ پرواز کے وقت کا سینسر کیا ہے اور یہ کیسے کام کرتا ہے۔

ٹو ایفسینسرز اورکت روشنی کے اخراج کے لیے چھوٹے لیزرز کا استعمال کرتے ہیں، جہاں نتیجے میں آنے والی روشنی کسی بھی چیز سے اچھال کر سینسر کی طرف لوٹ جاتی ہے۔ روشنی کے اخراج اور آبجیکٹ سے منعکس ہونے کے بعد سینسر کی طرف واپسی کے درمیان وقت کے فرق کی بنیاد پر، سینسر آبجیکٹ اور سینسر کے درمیان فاصلے کی پیمائش کر سکتا ہے۔

آج، ہم 2 طریقے دریافت کریں گے کہ کس طرح ToF فاصلے اور گہرائی کا تعین کرنے کے لیے سفر کے وقت کا استعمال کرتا ہے: ٹائمنگ پلس کا استعمال، اور ایمپلیٹیوڈ ماڈیولڈ لہروں کی فیز شفٹنگ کا استعمال۔

وقتی دالیں استعمال کریں۔

مثال کے طور پر، یہ لیزر کے ذریعے ہدف کو روشن کرکے، پھر اسکینر سے منعکس شدہ روشنی کی پیمائش کرکے، اور پھر روشنی کی رفتار کو استعمال کرتے ہوئے آبجیکٹ کے فاصلے کو نکالنے کے لیے درست طریقے سے طے کیے گئے فاصلے کا حساب لگاتا ہے۔ اس کے علاوہ، لیزر کی واپسی کے وقت اور طول موج میں فرق کو پھر ہدف کی درست ڈیجیٹل 3D نمائندگی اور سطحی خصوصیات بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور اس کی انفرادی خصوصیات کو بصری طور پر نقشہ بنایا جاتا ہے۔

جیسا کہ آپ اوپر دیکھ سکتے ہیں، لیزر لائٹ کو باہر نکال دیا جاتا ہے اور پھر آبجیکٹ کو واپس سینسر کی طرف اچھال دیا جاتا ہے۔ لیزر کی واپسی کے وقت کے ساتھ، ToF کیمرے روشنی کے سفر کی رفتار کو دیکھتے ہوئے مختصر وقت میں درست فاصلے کی پیمائش کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ (ToF فاصلے میں بدل جاتا ہے) یہ وہ فارمولہ ہے جسے ایک تجزیہ کار کسی چیز کے عین فاصلے پر پہنچنے کے لیے استعمال کرتا ہے:

(روشنی کی رفتار x پرواز کا وقت) / 2

ToF فاصلے میں بدلتا ہے۔

جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، لائٹ بند ہونے پر ٹائمر شروع ہو جائے گا، اور جب وصول کنندہ کو واپسی کی روشنی ملے گی، تو ٹائمر وقت واپس کر دے گا۔ دو بار گھٹانے پر، روشنی کا "اُڑان کا وقت" حاصل ہوتا ہے، اور روشنی کی رفتار مستقل رہتی ہے، اس لیے اوپر کے فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے فاصلہ آسانی سے لگایا جا سکتا ہے۔ اس طرح، آبجیکٹ کی سطح پر تمام پوائنٹس کا تعین کیا جا سکتا ہے۔

AM لہر کی فیز شفٹ کا استعمال کریں۔

اگلا،ٹو ایفگہرائی اور فاصلے کا تعین کرنے کے لیے منعکس روشنی کی فیز شفٹ کا پتہ لگانے کے لیے مسلسل لہروں کا بھی استعمال کر سکتا ہے۔

AM لہر کا استعمال کرتے ہوئے فیز شفٹ

طول و عرض کو ماڈیول کرنے سے، یہ معلوم فریکوئنسی کے ساتھ ایک سائنوسائیڈل لائٹ سورس بناتا ہے، جس سے پتہ لگانے والے کو مندرجہ ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے منعکس روشنی کی فیز شفٹ کا تعین کرنے کی اجازت ملتی ہے:

جہاں c روشنی کی رفتار ہے (c = 3 × 10^8 m/s)، λ ایک طول موج ہے (λ = 15 m)، اور f تعدد ہے، سینسر پر ہر نقطہ کو آسانی سے گہرائی میں شمار کیا جا سکتا ہے۔

یہ تمام چیزیں بہت تیزی سے ہوتی ہیں کیونکہ ہم روشنی کی رفتار سے کام کرتے ہیں۔ کیا آپ اس درستگی اور رفتار کا تصور کر سکتے ہیں جس کے ساتھ سینسر پیمائش کر سکتے ہیں؟ میں ایک مثال دیتا ہوں، روشنی 300,000 کلومیٹر فی سیکنڈ کی رفتار سے سفر کرتی ہے، اگر کوئی چیز آپ سے 5m دور ہے، تو روشنی کے کیمرے سے نکلنے اور واپس آنے کے درمیان وقت کا فرق تقریباً 33 نینو سیکنڈ ہے، جو کہ صرف 0.000000033 سیکنڈ کے برابر ہے! واہ! ذکر کرنے کی ضرورت نہیں، کیپچر شدہ ڈیٹا آپ کو تصویر میں موجود ہر پکسل کے لیے ایک درست 3D ڈیجیٹل نمائندگی فراہم کرے گا۔

استعمال شدہ اصول سے قطع نظر، ایک روشنی کا ذریعہ فراہم کرنا جو پورے منظر کو روشن کرتا ہے سینسر کو تمام پوائنٹس کی گہرائی کا تعین کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس طرح کا نتیجہ آپ کو فاصلے کا نقشہ فراہم کرتا ہے جہاں ہر پکسل منظر کے متعلقہ نقطہ پر فاصلے کو انکوڈ کرتا ہے۔ درج ذیل ایک ToF رینج گراف کی ایک مثال ہے:

ToF رینج گراف کی ایک مثال

اب جب کہ ہم جانتے ہیں کہ ToF کام کرتا ہے، یہ اچھا کیوں ہے؟ اسے کیوں استعمال کریں؟ وہ کس چیز کے لیے اچھے ہیں؟ پریشان نہ ہوں، ToF سینسر استعمال کرنے کے بہت سے فوائد ہیں، لیکن یقیناً کچھ حدود ہیں۔

3. پرواز کے وقت کے سینسر استعمال کرنے کے فوائد

درست اور تیز پیمائش

دوسرے فاصلاتی سینسر جیسے الٹراساؤنڈ یا لیزرز کے مقابلے، پرواز کے وقت کے سینسر کسی منظر کی 3D تصویر بہت تیزی سے مرتب کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک ToF کیمرہ صرف ایک بار ایسا کر سکتا ہے۔ صرف یہی نہیں، ToF سینسر مختصر وقت میں اشیاء کو درست طریقے سے پہچاننے کے قابل ہے اور نمی، ہوا کے دباؤ اور درجہ حرارت سے متاثر نہیں ہوتا، جس کی وجہ سے یہ اندرونی اور بیرونی استعمال کے لیے موزوں ہے۔

لمبی دوری

چونکہ ToF سینسر لیزرز کا استعمال کرتے ہیں، اس لیے وہ اعلیٰ درستگی کے ساتھ لمبی دوری اور رینجز کی پیمائش کرنے کی بھی صلاحیت رکھتے ہیں۔ ToF سینسر لچکدار ہیں کیونکہ وہ تمام شکلوں اور سائز کی قریب اور دور اشیاء کا پتہ لگانے کے قابل ہیں۔

یہ اس لحاظ سے بھی لچکدار ہے کہ آپ بہترین کارکردگی کے لیے سسٹم کے آپٹکس کو اپنی مرضی کے مطابق کرنے کے قابل ہیں، جہاں آپ مطلوبہ فیلڈ آف ویو حاصل کرنے کے لیے ٹرانسمیٹر اور ریسیور کی اقسام اور لینز کا انتخاب کر سکتے ہیں۔

حفاظت

فکر مند ہے کہ لیزر سےٹو ایفسینسر آپ کی آنکھوں کو نقصان پہنچے گا؟ فکر مت کرو! بہت سے ToF سینسر اب کم طاقت والے انفراریڈ لیزر کو روشنی کے منبع کے طور پر استعمال کرتے ہیں اور اسے ماڈیولڈ دالوں کے ساتھ چلاتے ہیں۔ یہ سینسر کلاس 1 لیزر کے حفاظتی معیارات پر پورا اترتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ یہ انسانی آنکھ کے لیے محفوظ ہے۔

لاگت مؤثر

دیگر 3D ڈیپتھ رینج سکیننگ ٹیکنالوجیز جیسے کہ اسٹرکچرڈ لائٹ کیمرہ سسٹمز یا لیزر رینج فائنڈرز کے مقابلے میں، ToF سینسر ان کے مقابلے میں بہت سستے ہیں۔

ان تمام حدود کے باوجود، ToF اب بھی بہت قابل اعتماد اور 3D معلومات حاصل کرنے کا ایک بہت تیز طریقہ ہے۔

4. ToF کی حدود

اگرچہ ToF کے بہت سے فوائد ہیں، لیکن اس کی حدود بھی ہیں۔ ToF کی کچھ حدود میں شامل ہیں:

• بکھری ہوئی روشنی

اگر بہت روشن سطحیں آپ کے ToF سینسر کے بہت قریب ہیں، تو وہ آپ کے ریسیور میں بہت زیادہ روشنی بکھیر سکتی ہیں اور نمونے اور ناپسندیدہ عکاسی پیدا کر سکتی ہیں، کیونکہ آپ کے ToF سینسر کو صرف پیمائش کے تیار ہونے کے بعد روشنی کو منعکس کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

• متعدد مظاہر

کونوں اور مقعر کی شکلوں پر ToF سینسر استعمال کرتے وقت، وہ ناپسندیدہ انعکاس کا سبب بن سکتے ہیں، کیونکہ روشنی متعدد بار اچھال سکتی ہے، پیمائش کو مسخ کر دیتی ہے۔

• محیطی روشنی

تیز سورج کی روشنی میں باہر ToF کیمرے کا استعمال بیرونی استعمال کو مشکل بنا سکتا ہے۔ یہ سورج کی روشنی کی زیادہ شدت کی وجہ سے ہے جس کی وجہ سے سینسر پکسلز تیزی سے سیر ہو جاتے ہیں، جس سے آبجیکٹ سے منعکس ہونے والی اصل روشنی کا پتہ لگانا ناممکن ہو جاتا ہے۔

• نتیجہ

ToF سینسر اورٹو ایف لینسایپلی کیشنز کی ایک قسم میں استعمال کیا جا سکتا ہے. تھری ڈی میپنگ، انڈسٹریل آٹومیشن، رکاوٹوں کا پتہ لگانے، سیلف ڈرائیونگ کاریں، زراعت، روبوٹکس، انڈور نیویگیشن، اشاروں کی شناخت، آبجیکٹ اسکیننگ، پیمائش، نگرانی سے لے کر بڑھی ہوئی حقیقت تک! ToF ٹیکنالوجی کی ایپلی کیشنز لامتناہی ہیں۔

آپ ToF لینز کی کسی بھی ضرورت کے لیے ہم سے رابطہ کر سکتے ہیں۔

Chuang An Optoelectronics ایک بہترین بصری برانڈ بنانے کے لیے ہائی ڈیفینیشن آپٹیکل لینز پر توجہ مرکوز کرتا ہے

Chuang An Optoelectronics نے اب مختلف قسم کی پیداوار کی ہے۔TOF لینسجیسے:

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