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

टाइम-ऑफ-फ्लाइट कॅमेरा म्हणजे काय? तो कॅमेरा विमानाच्या उड्डाणाचे छायाचित्रण करतो का? त्याचा विमानांशी किंवा विमानांशी काही संबंध आहे का? बरं, खरं तर तो खूप दूरचा पल्ला आहे!

ToF म्हणजे एखाद्या वस्तूला, कणाला किंवा लाटेला अंतर पार करण्यासाठी लागणारा वेळ मोजण्याचे एकक आहे. तुम्हाला माहित आहे का की वटवाघळाची सोनार प्रणाली काम करते? उड्डाणाचा वेळ प्रणाली देखील अशीच आहे!

अनेक प्रकारचे टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर्स आहेत, परंतु बहुतेक टाइम-ऑफ-फ्लाइट कॅमेरे आणि लेसर स्कॅनर आहेत, जे लिडार (प्रकाश शोधणे आणि रेंजिंग) नावाच्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून प्रतिमेतील विविध बिंदूंची खोली इन्फ्रारेड प्रकाशाने चमकवून मोजतात.

ToF सेन्सर वापरून तयार केलेला आणि कॅप्चर केलेला डेटा खूप उपयुक्त आहे कारण तो पादचाऱ्यांची ओळख, चेहऱ्याच्या वैशिष्ट्यांवर आधारित वापरकर्ता प्रमाणीकरण, SLAM (समकालीन स्थानिकीकरण आणि मॅपिंग) अल्गोरिदम वापरून पर्यावरण मॅपिंग आणि बरेच काही प्रदान करू शकतो.

ही प्रणाली प्रत्यक्षात रोबोट्स, सेल्फ-ड्रायव्हिंग कार आणि आता तुमच्या मोबाईल डिव्हाइसमध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. उदाहरणार्थ, जर तुम्ही Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ इत्यादी वापरत असाल, तर तुमच्या फोनमध्ये ToF कॅमेरा आहे!

एक ToF कॅमेरा

२. उड्डाणाच्या वेळेचा सेन्सर कसा काम करतो?

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

ToFसेन्सर्स इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करण्यासाठी लहान लेसर वापरतात, जिथे परिणामी प्रकाश कोणत्याही वस्तूवरून उडी मारतो आणि सेन्सरकडे परत येतो. प्रकाशाचे उत्सर्जन आणि वस्तूद्वारे परावर्तित झाल्यानंतर सेन्सरकडे परत येण्यामधील वेळेच्या फरकावर आधारित, सेन्सर वस्तू आणि सेन्सरमधील अंतर मोजू शकतो.

आज, आपण अंतर आणि खोली निश्चित करण्यासाठी ToF प्रवास वेळेचा वापर कसा करते याचे दोन मार्ग शोधू: वेळेच्या पल्सचा वापर करणे आणि अॅम्प्लिट्यूड मॉड्युलेटेड लहरींचे फेज शिफ्टिंग वापरणे.

वेळेनुसार पल्स वापरा

उदाहरणार्थ, ते लेसरने लक्ष्य प्रकाशित करून, नंतर स्कॅनरने परावर्तित प्रकाशाचे मोजमाप करून आणि नंतर प्रकाशाच्या गतीचा वापर करून वस्तूचे अंतर एक्स्ट्रापोलेट करून प्रवास केलेले अंतर अचूकपणे मोजते. याव्यतिरिक्त, लेसर रिटर्न वेळ आणि तरंगलांबीमधील फरक नंतर लक्ष्याचे अचूक डिजिटल 3D प्रतिनिधित्व आणि पृष्ठभाग वैशिष्ट्ये तयार करण्यासाठी आणि त्याच्या वैयक्तिक वैशिष्ट्यांचे दृश्यमानपणे मॅप करण्यासाठी वापरला जातो.

जसे तुम्ही वर पाहू शकता, लेसर प्रकाश बाहेर टाकला जातो आणि नंतर वस्तूवरून सेन्सरवर परत येतो. लेसर रिटर्न वेळेसह, प्रकाशाच्या प्रवासाच्या गतीनुसार, ToF कॅमेरे कमी वेळेत अचूक अंतर मोजू शकतात. (ToF अंतरात रूपांतरित होते) विश्लेषक वस्तूच्या अचूक अंतरावर पोहोचण्यासाठी हे सूत्र वापरतो:

(प्रकाशाचा वेग x उड्डाणाचा वेळ) / २

ToF अंतरात रूपांतरित करते

तुम्ही बघू शकता की, लाईट बंद असताना टायमर सुरू होईल आणि रिसीव्हरला रिटर्न लाईट मिळाल्यावर, टायमर वेळ देईल. दोनदा वजा केल्यावर, प्रकाशाचा "उड्डाणाचा वेळ" मिळतो आणि प्रकाशाचा वेग स्थिर असतो, म्हणून वरील सूत्र वापरून अंतर सहजपणे मोजता येते. अशा प्रकारे, वस्तूच्या पृष्ठभागावरील सर्व बिंदू निश्चित करता येतात.

AM लाटेच्या फेज शिफ्टचा वापर करा

पुढे,ToFखोली आणि अंतर निश्चित करण्यासाठी परावर्तित प्रकाशाचा फेज शिफ्ट शोधण्यासाठी सतत लाटा देखील वापरू शकतात.

एएम वेव्ह वापरून फेज शिफ्ट

मोठेपणाचे मॉड्युलेट करून, ते ज्ञात वारंवारतेसह एक साइनसॉइडल प्रकाश स्रोत तयार करते, ज्यामुळे डिटेक्टर खालील सूत्र वापरून परावर्तित प्रकाशाचा फेज शिफ्ट निश्चित करू शकतो:

जिथे c हा प्रकाशाचा वेग आहे (c = 3 × 10^8 m/s), λ ही तरंगलांबी आहे (λ = 15 m), आणि f ही वारंवारता आहे, तिथे सेन्सरवरील प्रत्येक बिंदू खोलीत सहजपणे मोजता येतो.

प्रकाशाच्या वेगाने काम करताना या सर्व गोष्टी खूप वेगाने घडतात. सेन्सर्स किती अचूकता आणि वेग मोजू शकतात याची तुम्ही कल्पना करू शकता का? मी एक उदाहरण देतो, प्रकाश प्रति सेकंद ३००,००० किलोमीटर वेगाने प्रवास करतो, जर एखादी वस्तू तुमच्यापासून ५ मीटर अंतरावर असेल, तर कॅमेरा सोडताना आणि परतताना प्रकाशातील वेळेचा फरक सुमारे ३३ नॅनोसेकंद असतो, जो फक्त ०.००००००००३३ सेकंदांच्या समतुल्य आहे! व्वा! हे सांगायला नकोच की, कॅप्चर केलेला डेटा तुम्हाला प्रतिमेतील प्रत्येक पिक्सेलसाठी अचूक ३D डिजिटल प्रतिनिधित्व देईल.

वापरलेल्या तत्त्वाकडे दुर्लक्ष करून, संपूर्ण दृश्याला प्रकाशित करणारा प्रकाश स्रोत प्रदान केल्याने सेन्सर सर्व बिंदूंची खोली निश्चित करू शकतो. अशा परिणामामुळे तुम्हाला एक अंतर नकाशा मिळतो जिथे प्रत्येक पिक्सेल दृश्यातील संबंधित बिंदूपर्यंतचे अंतर एन्कोड करतो. खालील ToF श्रेणी ग्राफचे उदाहरण आहे:

ToF श्रेणी ग्राफचे उदाहरण

आता आपल्याला माहित आहे की ToF काम करते, ते का चांगले आहे? ते का वापरावे? ते कशासाठी चांगले आहेत? काळजी करू नका, ToF सेन्सर वापरण्याचे अनेक फायदे आहेत, परंतु अर्थातच काही मर्यादा आहेत.

३. टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर्स वापरण्याचे फायदे

अचूक आणि जलद मापन

अल्ट्रासाऊंड किंवा लेसर सारख्या इतर अंतर सेन्सर्सच्या तुलनेत, टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर्स एखाद्या दृश्याची 3D प्रतिमा खूप लवकर तयार करण्यास सक्षम असतात. उदाहरणार्थ, ToF कॅमेरा हे फक्त एकदाच करू शकतो. इतकेच नाही तर, ToF सेन्सर कमी वेळात वस्तू अचूकपणे शोधण्यास सक्षम आहे आणि आर्द्रता, हवेचा दाब आणि तापमानाचा त्यावर परिणाम होत नाही, ज्यामुळे ते घरातील आणि बाहेरील वापरासाठी योग्य बनते.

लांब अंतर

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

हे लवचिक देखील आहे कारण तुम्ही इष्टतम कामगिरीसाठी सिस्टमचे ऑप्टिक्स कस्टमाइझ करू शकता, जिथे तुम्ही इच्छित दृश्य क्षेत्र मिळविण्यासाठी ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर प्रकार आणि लेन्स निवडू शकता.

सुरक्षितता

काळजी वाटते की लेसरToFसेन्सर तुमच्या डोळ्यांना इजा करेल का? काळजी करू नका! बरेच ToF सेन्सर आता कमी-शक्तीच्या इन्फ्रारेड लेसरचा प्रकाश स्रोत म्हणून वापर करतात आणि ते मॉड्युलेटेड पल्ससह चालवतात. मानवी डोळ्यांसाठी सुरक्षित आहे याची खात्री करण्यासाठी सेन्सर क्लास १ लेसर सुरक्षा मानकांची पूर्तता करतो.

किफायतशीर

स्ट्रक्चर्ड लाईट कॅमेरा सिस्टीम किंवा लेसर रेंजफाइंडर्स सारख्या इतर 3D डेप्थ रेंज स्कॅनिंग तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत, ToF सेन्सर्स त्यांच्या तुलनेत खूपच स्वस्त आहेत.

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

४. ToF च्या मर्यादा

जरी ToF चे अनेक फायदे आहेत, 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 जास्त प्रकाश पसरवू शकतात आणि कलाकृती आणि अवांछित परावर्तने निर्माण करू शकतात, कारण तुमच्या ToF सेन्सरला मापन तयार झाल्यानंतरच प्रकाश परावर्तित करावा लागतो.

• अनेक प्रतिबिंबे

कोपऱ्यांवर आणि अवतल आकारांवर ToF सेन्सर वापरताना, ते अवांछित परावर्तन निर्माण करू शकतात, कारण प्रकाश अनेक वेळा उडी मारू शकतो, ज्यामुळे मापन विकृत होते.

• सभोवतालचा प्रकाश

तेजस्वी सूर्यप्रकाशात बाहेर ToF कॅमेरा वापरल्याने बाहेरील वापर कठीण होऊ शकतो. हे सूर्यप्रकाशाच्या उच्च तीव्रतेमुळे सेन्सर पिक्सेल जलद संतृप्त होतात, ज्यामुळे वस्तूमधून परावर्तित होणारा प्रत्यक्ष प्रकाश ओळखणे अशक्य होते.

• निष्कर्ष

ToF सेन्सर्स आणिToF लेन्सविविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाऊ शकते. 3D मॅपिंग, औद्योगिक ऑटोमेशन, अडथळा शोधणे, स्वयं-ड्रायव्हिंग कार, शेती, रोबोटिक्स, इनडोअर नेव्हिगेशन, जेश्चर रेकग्निशन, ऑब्जेक्ट स्कॅनिंग, मापन, पाळत ठेवणे ते ऑगमेंटेड रिअॅलिटी पर्यंत! ToF तंत्रज्ञानाचे अनुप्रयोग अंतहीन आहेत.

ToF लेन्सच्या कोणत्याही गरजांसाठी तुम्ही आमच्याशी संपर्क साधू शकता.

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

चुआंग एन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सने आता विविध प्रकारचे उत्पादन केले आहेTOF लेन्सजसे की:

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