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

टाइम-ऑफ-फ्लाइट कॅमेरा म्हणजे काय? हा तो कॅमेरा आहे का जो विमानाचे उड्डाण टिपतो? याचा विमानांशी काही संबंध आहे का? खरं तर, या गोष्टीला अजून बराच काळ लोटला आहे!

टीओएफ (ToF) म्हणजे एखादी वस्तू, कण किंवा तरंगाला ठराविक अंतर पार करायला लागणाऱ्या वेळेचे मोजमाप. तुम्हाला माहित आहे का की वटवाघळाची सोनार प्रणाली काम करते? टाइम-ऑफ-फ्लाइट प्रणाली अगदी तशीच आहे!

टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर्सचे अनेक प्रकार आहेत, परंतु त्यापैकी बहुतेक टाइम-ऑफ-फ्लाइट कॅमेरे आणि लेझर स्कॅनर्स आहेत, जे लिडार (लाइट डिटेक्शन अँड रेंजिंग) नावाच्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून प्रतिमेवर इन्फ्रारेड प्रकाश टाकून त्यातील विविध बिंदूंची खोली मोजतात.

ToF सेन्सर्स वापरून निर्माण केलेला आणि मिळवलेला डेटा खूप उपयुक्त आहे, कारण त्याद्वारे पादचारी ओळख, चेहऱ्याच्या वैशिष्ट्यांवर आधारित वापरकर्ता प्रमाणीकरण, SLAM (सिमल्टेनियस लोकलायझेशन अँड मॅपिंग) अल्गोरिदम वापरून पर्यावरण मॅपिंग आणि बरेच काही करता येते.

ही प्रणाली प्रत्यक्षात रोबोट्स, स्वयंचलित गाड्या आणि आता तुमच्या मोबाईल डिव्हाइसमध्येही मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. उदाहरणार्थ, जर तुम्ही Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, इत्यादी वापरत असाल, तर तुमच्या फोनमध्ये ToF कॅमेरा आहे!

एक टीओएफ कॅमेरा

२. टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर कसे काम करतो?

आता, टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर म्हणजे काय आणि ते कसे काम करते याची आम्ही थोडक्यात ओळख करून देऊ इच्छितो.

टीओएफसेन्सर इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करण्यासाठी सूक्ष्म लेझरचा वापर करतात, ज्यामुळे निर्माण झालेला प्रकाश कोणत्याही वस्तूवरून परावर्तित होऊन सेन्सरकडे परत येतो. प्रकाशाचे उत्सर्जन आणि वस्तूवरून परावर्तित होऊन सेन्सरकडे परत येण्याच्या वेळेतील फरकाच्या आधारावर, सेन्सर वस्तू आणि सेन्सरमधील अंतर मोजू शकतो.

आज आपण, अंतर आणि खोली निश्चित करण्यासाठी ToF प्रवासाच्या वेळेचा वापर कसा करते, याच्या २ पद्धती पाहणार आहोत: टायमिंग पल्सेसचा वापर करून, आणि ॲम्प्लिट्यूड मॉड्युलेटेड लहरींच्या फेज शिफ्टिंगचा वापर करून.

वेळेनुसार पल्स वापरा

उदाहरणार्थ, यात एका लक्ष्यावर लेझरने प्रकाश टाकला जातो, नंतर स्कॅनरने परावर्तित प्रकाशाचे मोजमाप केले जाते आणि त्यानंतर प्रकाशाच्या वेगाचा वापर करून वस्तूच्या अंतराचा अंदाज लावला जातो, जेणेकरून तिने कापलेले अंतर अचूकपणे मोजता येईल. याव्यतिरिक्त, लेझर परत येण्याच्या वेळेतील आणि तरंगलांबीतील फरकाचा वापर करून लक्ष्याचे अचूक डिजिटल ३डी प्रतिरूप आणि पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये तयार केली जातात, तसेच त्याच्या वैयक्तिक वैशिष्ट्यांचा दृष्य नकाशा तयार केला जातो.

तुम्ही वर पाहू शकता, लेझर प्रकाश बाहेर टाकला जातो आणि नंतर वस्तूवरून परावर्तित होऊन सेन्सरकडे परत येतो. लेझर परत येण्याच्या वेळेमुळे, प्रकाशाच्या प्रवासाच्या वेगाचा विचार करता, ToF कॅमेरे कमी वेळात अचूक अंतर मोजू शकतात. (ToF अंतरामध्ये रूपांतरित होते) एखाद्या वस्तूचे अचूक अंतर काढण्यासाठी विश्लेषक हे सूत्र वापरतात:

(प्रकाशाचा वेग x उड्डाणाचा वेळ) / २

ToF अंतरात रूपांतरित करते

जसे तुम्ही पाहू शकता, दिवा बंद असताना टायमर सुरू होईल आणि जेव्हा रिसीव्हरला परत आलेला प्रकाश मिळेल, तेव्हा टायमर वेळ परत पाठवेल. दोनदा वजा केल्यावर प्रकाशाचा “प्रवासाचा वेळ” मिळतो आणि प्रकाशाचा वेग स्थिर असल्यामुळे, वरील सूत्राचा वापर करून अंतर सहजपणे मोजता येते. अशा प्रकारे, वस्तूच्या पृष्ठभागावरील सर्व बिंदू निश्चित केले जाऊ शकतात.

एएम लहरीच्या कला बदलाचा वापर करा

पुढे,टीओएफखोली आणि अंतर निश्चित करण्यासाठी परावर्तित प्रकाशाचा फेज शिफ्ट शोधण्याकरिता अखंड लहरींचा वापर देखील करता येतो.

एएम वेव्ह वापरून फेज शिफ्ट

अँप्लिट्यूडचे मॉड्युलेशन करून, ते ज्ञात फ्रिक्वेन्सीचा एक साइनोसायडल प्रकाश स्रोत तयार करते, ज्यामुळे डिटेक्टरला खालील सूत्राचा वापर करून परावर्तित प्रकाशाचा फेज शिफ्ट निश्चित करता येतो:

येथे c हा प्रकाशाचा वेग (c = 3 × 10^8 m/s), λ ही तरंगलांबी (λ = 15 m) आणि f ही वारंवारता आहे, सेन्सरवरील प्रत्येक बिंदूची खोली सहजपणे मोजता येते.

आपण प्रकाशाच्या वेगाने काम करत असल्यामुळे या सर्व गोष्टी खूप वेगाने घडतात. सेन्सर्स किती अचूकतेने आणि वेगाने मोजमाप करू शकतात याची तुम्ही कल्पना करू शकता का? मी एक उदाहरण देतो, प्रकाश प्रति सेकंद ३,००,००० किलोमीटर वेगाने प्रवास करतो, जर एखादी वस्तू तुमच्यापासून ५ मीटर अंतरावर असेल, तर प्रकाश कॅमेऱ्यातून बाहेर पडण्यापासून ते परत येण्यापर्यंतचा वेळेचा फरक सुमारे ३३ नॅनोसेकंद असतो, जो फक्त ०.०००००००३३ सेकंदांच्या बरोबर आहे! व्वा! इतकेच नाही, तर मिळवलेला डेटा तुम्हाला प्रतिमेतील प्रत्येक पिक्सेलचे अचूक ३डी डिजिटल प्रतिनिधित्व देईल.

कोणतेही तत्त्व वापरले असले तरी, संपूर्ण दृश्याला प्रकाशित करणारा प्रकाश स्रोत उपलब्ध करून दिल्यास सेन्सरला सर्व बिंदूंची खोली निश्चित करता येते. अशा परिणामामुळे तुम्हाला एक डिस्टन्स मॅप मिळतो, ज्यामध्ये प्रत्येक पिक्सेल दृश्यातील संबंधित बिंदूपर्यंतचे अंतर दर्शवतो. खाली ToF रेंज ग्राफचे एक उदाहरण दिले आहे:

ToF रेंज ग्राफचे एक उदाहरण

आता आपल्याला माहित आहे की ToF काम करते, तर ते चांगले का आहे? त्याचा वापर का करावा? ते कशासाठी उपयुक्त आहेत? काळजी करू नका, ToF सेन्सर वापरण्याचे अनेक फायदे आहेत, पण अर्थातच काही मर्यादाही आहेत.

३. टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेन्सर वापरण्याचे फायदे

अचूक आणि जलद मापन

अल्ट्रासाऊंड किंवा लेझरसारख्या इतर अंतर संवेदकांच्या तुलनेत, टाइम-ऑफ-फ्लाइट संवेदक एखाद्या दृश्याची त्रिमितीय (3D) प्रतिमा खूप वेगाने तयार करू शकतात. उदाहरणार्थ, एक ToF कॅमेरा हे काम फक्त एकदाच करू शकतो. इतकेच नाही, तर ToF संवेदक कमी वेळात वस्तू अचूकपणे ओळखू शकतो आणि त्यावर आर्द्रता, हवेचा दाब व तापमान यांचा परिणाम होत नाही, ज्यामुळे तो घराच्या आत आणि बाहेर अशा दोन्ही ठिकाणी वापरण्यासाठी योग्य ठरतो.

लांब अंतर

टीओएफ सेन्सर्स लेझरचा वापर करत असल्यामुळे, ते लांबचे अंतर आणि पल्ला देखील उच्च अचूकतेने मोजण्यास सक्षम असतात. टीओएफ सेन्सर्स लवचिक असतात कारण ते सर्व आकार आणि प्रकारच्या जवळच्या व दूरच्या वस्तू ओळखू शकतात.

हे या अर्थानेही लवचिक आहे की, सर्वोत्तम कामगिरीसाठी तुम्ही सिस्टीमचे ऑप्टिक्स सानुकूलित करू शकता, जिथे इच्छित फील्ड ऑफ व्ह्यू मिळवण्यासाठी तुम्ही ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरचे प्रकार तसेच लेन्स निवडू शकता.

सुरक्षितता

लेझरमुळे चिंता वाटत होतीटीओएफसेन्सरमुळे तुमच्या डोळ्यांना इजा होईल का? काळजी करू नका! अनेक ToF सेन्सर्स आता प्रकाश स्रोत म्हणून कमी-शक्तीच्या इन्फ्रारेड लेझरचा वापर करतात आणि त्याला मॉड्युलेटेड पल्सेसद्वारे चालवतात. हा सेन्सर क्लास १ लेझर सुरक्षा मानकांची पूर्तता करतो, ज्यामुळे तो मानवी डोळ्यांसाठी सुरक्षित असल्याची खात्री होते.

किफायतशीर

स्ट्रक्चर्ड लाईट कॅमेरा सिस्टीम किंवा लेझर रेंजफाइंडर यांसारख्या इतर 3D डेप्थ रेंज स्कॅनिंग तंत्रज्ञानांच्या तुलनेत, ToF सेन्सर्स खूपच स्वस्त आहेत.

या सर्व मर्यादा असूनही, ToF ही 3D माहिती मिळवण्याची एक अत्यंत विश्वसनीय आणि वेगवान पद्धत आहे.

४. टीओएफच्या मर्यादा

जरी ToF चे अनेक फायदे असले तरी, त्याच्या काही मर्यादाही आहेत. ToF च्या काही मर्यादा खालीलप्रमाणे आहेत:

• विखुरलेला प्रकाश

जर खूप तेजस्वी पृष्ठभाग तुमच्या ToF सेन्सरच्या अगदी जवळ असतील, तर ते तुमच्या रिसीव्हरमध्ये जास्त प्रकाश विखुरू शकतात आणि त्यामुळे कलाकृती व अवांछित प्रतिबिंब निर्माण होऊ शकतात, कारण तुमच्या ToF सेन्सरला मोजमाप तयार झाल्यावरच प्रकाश परावर्तित करण्याची आवश्यकता असते.

• अनेक प्रतिबिंबे

कोपऱ्यांवर आणि अंतर्वक्र आकारांवर ToF सेन्सर वापरताना, प्रकाश अनेक वेळा उसळून अवांछित परावर्तन निर्माण करू शकतो, ज्यामुळे मोजमापात बदल होतो.

• सभोवतालचा प्रकाश

प्रखर सूर्यप्रकाशात घराबाहेर ToF कॅमेरा वापरणे अवघड होऊ शकते. याचे कारण म्हणजे सूर्यप्रकाशाची तीव्रता जास्त असल्यामुळे सेन्सरचे पिक्सेल लवकर सॅचुरेट होतात, ज्यामुळे वस्तूवरून परावर्तित होणारा खरा प्रकाश ओळखणे अशक्य होते.

• निष्कर्ष

ToF सेन्सर्स आणिटीओएफ लेन्सयाचा उपयोग विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जाऊ शकतो. ३डी मॅपिंग, औद्योगिक स्वचालन, अडथळा ओळखणे, स्वयंचलित गाड्या, कृषी, रोबोटिक्स, इनडोअर नॅव्हिगेशन, हावभाव ओळखणे, वस्तू स्कॅनिंग, मोजमाप, निगराणी ते ऑगमेंटेड रिॲलिटीपर्यंत! टीओएफ तंत्रज्ञानाच्या अनुप्रयोगांना अंत नाही.

ToF लेन्सच्या कोणत्याही गरजेसाठी तुम्ही आमच्याशी संपर्क साधू शकता.

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

चुआंग आन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सने आता विविध प्रकारचे उत्पादन केले आहेटीओएफ 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