૧. ટાઇમ-ઓફ-ફ્લાઇટ (ToF) સેન્સર શું છે?

ફ્લાઇટનો સમયનો કેમેરા શું છે? શું તે કેમેરા વિમાનની ઉડાનને કેદ કરે છે? શું તેનો વિમાનો કે વિમાનો સાથે કોઈ સંબંધ છે? ખરેખર, તે તો ઘણું દૂર છે!

ToF એ કોઈ વસ્તુ, કણ અથવા તરંગને અંતર કાપવામાં લાગતા સમયનું માપ છે. શું તમે જાણો છો કે ચામાચીડિયાની સોનાર સિસ્ટમ કામ કરે છે? ફ્લાઇટનો સમય સિસ્ટમ પણ આવી જ છે!

ફ્લાઇટના સમયના સેન્સર ઘણા પ્રકારના હોય છે, પરંતુ મોટાભાગના ફ્લાઇટના સમયના કેમેરા અને લેસર સ્કેનર્સ હોય છે, જે ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશથી ચમકાવીને છબીમાં વિવિધ બિંદુઓની ઊંડાઈ માપવા માટે લિડર (પ્રકાશ શોધ અને રેન્જિંગ) નામની ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરે છે.

ToF સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને જનરેટ અને કેપ્ચર કરાયેલ ડેટા ખૂબ જ ઉપયોગી છે કારણ કે તે રાહદારીઓની શોધ, ચહેરાના લક્ષણોના આધારે વપરાશકર્તા પ્રમાણીકરણ, SLAM (એક સાથે સ્થાનિકીકરણ અને મેપિંગ) અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને પર્યાવરણ મેપિંગ અને ઘણું બધું પ્રદાન કરી શકે છે.

આ સિસ્ટમ વાસ્તવમાં રોબોટ્સ, સ્વ-ડ્રાઇવિંગ કાર અને હવે તમારા મોબાઇલ ઉપકરણમાં પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, વગેરેનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો, તો તમારા ફોનમાં ToF કેમેરા છે!

એક ToF કેમેરા

2. ફ્લાઇટનો સમય સેન્સર કેવી રીતે કામ કરે છે?

હવે, આપણે ફ્લાઇટનો સમય સેન્સર શું છે અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેનો ટૂંકો પરિચય આપવા માંગીએ છીએ.

ToFસેન્સર ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરવા માટે નાના લેસરોનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યાં પરિણામી પ્રકાશ કોઈપણ વસ્તુ પરથી ઉછળીને સેન્સર પર પાછો ફરે છે. પ્રકાશના ઉત્સર્જન અને પદાર્થ દ્વારા પ્રતિબિંબિત થયા પછી સેન્સર પર પાછા ફરવા વચ્ચેના સમયના તફાવતના આધારે, સેન્સર પદાર્થ અને સેન્સર વચ્ચેનું અંતર માપી શકે છે.

આજે, આપણે અંતર અને ઊંડાઈ નક્કી કરવા માટે ToF મુસાફરીના સમયનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરે છે તેની બે રીતો શોધીશું: ટાઇમિંગ પલ્સનો ઉપયોગ કરીને, અને એમ્પ્લીટ્યુડ મોડ્યુલેટેડ તરંગોના ફેઝ શિફ્ટિંગનો ઉપયોગ કરીને.

સમયબદ્ધ પલ્સનો ઉપયોગ કરો

ઉદાહરણ તરીકે, તે લેસર વડે લક્ષ્યને પ્રકાશિત કરીને, પછી સ્કેનર વડે પ્રતિબિંબિત પ્રકાશને માપીને, અને પછી પ્રકાશની ગતિનો ઉપયોગ કરીને ઑબ્જેક્ટના અંતરને એક્સ્ટ્રાપોલેટ કરીને મુસાફરી કરેલા અંતરની ચોક્કસ ગણતરી કરે છે. વધુમાં, લેસર રીટર્ન સમય અને તરંગલંબાઇમાં તફાવતનો ઉપયોગ લક્ષ્યની સચોટ ડિજિટલ 3D રજૂઆત અને સપાટીની સુવિધાઓ બનાવવા અને તેની વ્યક્તિગત સુવિધાઓને દૃષ્ટિની રીતે મેપ કરવા માટે થાય છે.

જેમ તમે ઉપર જોઈ શકો છો, લેસર પ્રકાશ બહાર કાઢવામાં આવે છે અને પછી તે પદાર્થમાંથી સેન્સર પર પાછો ઉછળે છે. લેસર રીટર્ન સમય સાથે, ToF કેમેરા પ્રકાશની ગતિને ધ્યાનમાં રાખીને ટૂંકા ગાળામાં ચોક્કસ અંતર માપવામાં સક્ષમ છે. (ToF અંતરમાં રૂપાંતરિત થાય છે) આ સૂત્રનો ઉપયોગ વિશ્લેષક પદાર્થના ચોક્કસ અંતર પર પહોંચવા માટે કરે છે:

(પ્રકાશની ગતિ x ઉડાનનો સમય) / 2

ToF ને અંતરમાં રૂપાંતરિત કરે છે

જેમ તમે જોઈ શકો છો, ટાઈમર પ્રકાશ બંધ હોય ત્યારે શરૂ થશે, અને જ્યારે રીસીવર રીટર્ન પ્રકાશ મેળવશે, ત્યારે ટાઈમર સમય પરત કરશે. બે વાર બાદબાકી કરવાથી, પ્રકાશનો "ઉડાનનો સમય" પ્રાપ્ત થાય છે, અને પ્રકાશની ગતિ સ્થિર રહે છે, તેથી ઉપરોક્ત સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને અંતર સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે. આ રીતે, પદાર્થની સપાટી પરના બધા બિંદુઓ નક્કી કરી શકાય છે.

AM તરંગના તબક્કા શિફ્ટનો ઉપયોગ કરો

આગળ,ToFઊંડાઈ અને અંતર નક્કી કરવા માટે પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના તબક્કા પરિવર્તનને શોધવા માટે સતત તરંગોનો પણ ઉપયોગ કરી શકે છે.

AM તરંગનો ઉપયોગ કરીને તબક્કા પરિવર્તન

કંપનવિસ્તારને મોડ્યુલેટ કરીને, તે જાણીતી આવર્તન સાથે સાઇનસૉઇડલ પ્રકાશ સ્ત્રોત બનાવે છે, જે ડિટેક્ટરને નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના તબક્કા શિફ્ટને નક્કી કરવાની મંજૂરી આપે છે:

જ્યાં c એ પ્રકાશની ગતિ છે (c = 3 × 10^8 m/s), λ એ તરંગલંબાઇ છે (λ = 15 m), અને f એ આવર્તન છે, સેન્સર પરના દરેક બિંદુની ઊંડાઈ સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે.

આ બધી વસ્તુઓ ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે કારણ કે આપણે પ્રકાશની ગતિએ કામ કરીએ છીએ. શું તમે કલ્પના કરી શકો છો કે સેન્સર કેટલી ચોકસાઈ અને ગતિથી માપી શકે છે? હું એક ઉદાહરણ આપું છું, પ્રકાશ પ્રતિ સેકન્ડ 300,000 કિલોમીટરની ઝડપે મુસાફરી કરે છે, જો કોઈ વસ્તુ તમારાથી 5 મીટર દૂર હોય, તો કેમેરામાંથી બહાર નીકળતા પ્રકાશ અને પાછા ફરતા પ્રકાશ વચ્ચેનો સમય તફાવત લગભગ 33 નેનોસેકન્ડ છે, જે ફક્ત 0.000000033 સેકન્ડ જેટલો જ છે! વાહ! ઉલ્લેખ ન કરવો, કેપ્ચર કરેલ ડેટા તમને છબીમાં દરેક પિક્સેલ માટે સચોટ 3D ડિજિટલ રજૂઆત આપશે.

ઉપયોગમાં લેવાયેલા સિદ્ધાંતને ધ્યાનમાં લીધા વિના, સમગ્ર દ્રશ્યને પ્રકાશિત કરતો પ્રકાશ સ્ત્રોત પૂરો પાડવાથી સેન્સર બધા બિંદુઓની ઊંડાઈ નક્કી કરી શકે છે. આવા પરિણામથી તમને એક અંતરનો નકશો મળે છે જ્યાં દરેક પિક્સેલ દ્રશ્યમાં અનુરૂપ બિંદુ સુધીના અંતરને એન્કોડ કરે છે. નીચે ToF રેન્જ ગ્રાફનું ઉદાહરણ છે:

ToF રેન્જ ગ્રાફનું ઉદાહરણ

હવે જ્યારે આપણે જાણીએ છીએ કે ToF કામ કરે છે, તો તે શા માટે સારું છે? તેનો ઉપયોગ શા માટે કરવો? તે શેના માટે સારા છે? ચિંતા કરશો નહીં, ToF સેન્સરનો ઉપયોગ કરવાના ઘણા ફાયદા છે, પરંતુ અલબત્ત કેટલીક મર્યાદાઓ પણ છે.

૩. ફ્લાઇટના સમયના સેન્સરનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા

સચોટ અને ઝડપી માપન

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અથવા લેસર જેવા અન્ય ડિસ્ટન્સ સેન્સરની તુલનામાં, ફ્લાઇટના સમયના સેન્સર ખૂબ જ ઝડપથી દ્રશ્યની 3D છબી કંપોઝ કરવામાં સક્ષમ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ToF કેમેરા આ ફક્ત એક જ વાર કરી શકે છે. એટલું જ નહીં, ToF સેન્સર ટૂંકા સમયમાં વસ્તુઓને સચોટ રીતે શોધી શકે છે અને ભેજ, હવાના દબાણ અને તાપમાનથી પ્રભાવિત થતો નથી, જે તેને ઘરની અંદર અને બહાર બંને ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે.

લાંબા અંતર

ToF સેન્સર લેસરનો ઉપયોગ કરતા હોવાથી, તેઓ લાંબા અંતર અને રેન્જને ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે માપવામાં પણ સક્ષમ છે. ToF સેન્સર લવચીક છે કારણ કે તેઓ તમામ આકાર અને કદના નજીકના અને દૂરના પદાર્થોને શોધી શકે છે.

તે એ અર્થમાં પણ લવચીક છે કે તમે શ્રેષ્ઠ કામગીરી માટે સિસ્ટમના ઓપ્ટિક્સને કસ્ટમાઇઝ કરી શકો છો, જ્યાં તમે ઇચ્છિત ક્ષેત્રનું દૃશ્ય મેળવવા માટે ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવર પ્રકારો અને લેન્સ પસંદ કરી શકો છો.

સલામતી

ચિંતિત છું કે લેસરમાંથીToFસેન્સર તમારી આંખોને નુકસાન પહોંચાડશે? ચિંતા કરશો નહીં! ઘણા ToF સેન્સર હવે પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે ઓછી શક્તિવાળા ઇન્ફ્રારેડ લેસરનો ઉપયોગ કરે છે અને તેને મોડ્યુલેટેડ પલ્સ સાથે ચલાવે છે. સેન્સર માનવ આંખ માટે સલામત છે તેની ખાતરી કરવા માટે વર્ગ 1 લેસર સલામતી ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે.

ખર્ચ-અસરકારક

સ્ટ્રક્ચર્ડ લાઇટ કેમેરા સિસ્ટમ્સ અથવા લેસર રેન્જફાઇન્ડર જેવી અન્ય 3D ડેપ્થ રેન્જ સ્કેનિંગ ટેકનોલોજીની તુલનામાં, ToF સેન્સર તેમની તુલનામાં ઘણા સસ્તા છે.

આ બધી મર્યાદાઓ હોવા છતાં, ToF હજુ પણ ખૂબ જ વિશ્વસનીય છે અને 3D માહિતી મેળવવાની ખૂબ જ ઝડપી પદ્ધતિ છે.

4. ToF ની મર્યાદાઓ

ToF ના ઘણા ફાયદા હોવા છતાં, તેની મર્યાદાઓ પણ છે. ToF ની કેટલીક મર્યાદાઓમાં શામેલ છે:

• છૂટાછવાયા પ્રકાશ

જો ખૂબ જ તેજસ્વી સપાટીઓ તમારા ToF સેન્સરની ખૂબ નજીક હોય, તો તે તમારા રીસીવરમાં ખૂબ જ પ્રકાશ ફેલાવી શકે છે અને કલાકૃતિઓ અને અનિચ્છનીય પ્રતિબિંબ બનાવી શકે છે, કારણ કે તમારા ToF સેન્સરને માપ તૈયાર થયા પછી જ પ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરવાની જરૂર છે.

• બહુવિધ પ્રતિબિંબ

ખૂણાઓ અને અંતર્મુખ આકાર પર ToF સેન્સરનો ઉપયોગ કરતી વખતે, તેઓ અનિચ્છનીય પ્રતિબિંબનું કારણ બની શકે છે, કારણ કે પ્રકાશ ઘણી વખત ઉછળી શકે છે, જેનાથી માપન વિકૃત થઈ શકે છે.

• એમ્બિયન્ટ લાઇટ

તેજસ્વી સૂર્યપ્રકાશમાં બહાર ToF કેમેરાનો ઉપયોગ કરવાથી બહારનો ઉપયોગ મુશ્કેલ બની શકે છે. આ સૂર્યપ્રકાશની ઊંચી તીવ્રતાને કારણે સેન્સર પિક્સેલ ઝડપથી સંતૃપ્ત થાય છે, જેના કારણે વસ્તુમાંથી પ્રતિબિંબિત થતા વાસ્તવિક પ્રકાશને શોધવાનું અશક્ય બને છે.

• નિષ્કર્ષ

ToF સેન્સર અનેToF લેન્સવિવિધ એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગ કરી શકાય છે. 3D મેપિંગ, ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન, અવરોધ શોધ, સ્વ-ડ્રાઇવિંગ કાર, કૃષિ, રોબોટિક્સ, ઇન્ડોર નેવિગેશન, હાવભાવ ઓળખ, ઑબ્જેક્ટ સ્કેનિંગ, માપન, દેખરેખથી લઈને ઓગમેન્ટેડ રિયાલિટી સુધી! ToF ટેકનોલોજીના ઉપયોગો અનંત છે.

ToF લેન્સની કોઈપણ જરૂરિયાત માટે તમે અમારો સંપર્ક કરી શકો છો.

ચુઆંગ એન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ એક સંપૂર્ણ વિઝ્યુઅલ બ્રાન્ડ બનાવવા માટે હાઇ-ડેફિનેશન ઓપ્ટિકલ લેન્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે

ચુઆંગ એન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ હવે વિવિધ પ્રકારના ઉત્પાદન કરે છેTOF લેન્સજેમ કે:

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