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इस श्रृंखला का उद्देश्य पाठकों को टाइम ऑफ़ फ़्लाइट (TOF) सिस्टम की गहन और प्रगतिशील समझ प्रदान करना है। सामग्री TOF सिस्टम का व्यापक अवलोकन शामिल करती है, जिसमें अप्रत्यक्ष TOF (iTOF) और प्रत्यक्ष TOF (dTOF) दोनों की विस्तृत व्याख्याएँ शामिल हैं। ये खंड सिस्टम मापदंडों, उनके फायदे और नुकसान और विभिन्न एल्गोरिदम में गहराई से उतरते हैं। लेख TOF सिस्टम के विभिन्न घटकों, जैसे वर्टिकल कैविटी सरफ़ेस एमिटिंग लेज़र (VCSEL), ट्रांसमिशन और रिसेप्शन लेंस, CIS, APD, SPAD, SiPM जैसे रिसीविंग सेंसर और ASIC जैसे ड्राइवर सर्किट का भी पता लगाता है।
TOF (उड़ान का समय) का परिचय
मूलरूप आदर्श
TOF, जिसका मतलब है टाइम ऑफ़ फ़्लाइट, एक ऐसी विधि है जिसका उपयोग प्रकाश द्वारा किसी माध्यम में एक निश्चित दूरी तय करने में लगने वाले समय की गणना करके दूरी मापने के लिए किया जाता है। यह सिद्धांत मुख्य रूप से ऑप्टिकल TOF परिदृश्यों में लागू होता है और अपेक्षाकृत सरल है। इस प्रक्रिया में प्रकाश स्रोत से प्रकाश की किरण निकलती है, जिसमें उत्सर्जन का समय दर्ज किया जाता है। यह प्रकाश फिर एक लक्ष्य से परावर्तित होता है, एक रिसीवर द्वारा कैप्चर किया जाता है, और रिसेप्शन का समय नोट किया जाता है। इन समयों में अंतर, जिसे t के रूप में दर्शाया जाता है, दूरी निर्धारित करता है (d = प्रकाश की गति (c) × t / 2)।
ToF सेंसर के प्रकार
ToF सेंसर के दो मुख्य प्रकार हैं: ऑप्टिकल और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक। ऑप्टिकल ToF सेंसर, जो अधिक सामान्य हैं, दूरी मापने के लिए आमतौर पर इन्फ्रारेड रेंज में प्रकाश पल्स का उपयोग करते हैं। ये पल्स सेंसर से उत्सर्जित होते हैं, किसी वस्तु से परावर्तित होते हैं, और सेंसर में वापस आते हैं, जहाँ यात्रा का समय मापा जाता है और दूरी की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है। इसके विपरीत, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ToF सेंसर दूरी मापने के लिए रडार या लिडार जैसी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों का उपयोग करते हैं। वे एक समान सिद्धांत पर काम करते हैं लेकिन इसके लिए एक अलग माध्यम का उपयोग करते हैंदूरी माप.
ToF सेंसर के अनुप्रयोग
ToF सेंसर बहुमुखी हैं और इन्हें विभिन्न क्षेत्रों में एकीकृत किया गया है:
रोबोटिक्स:बाधाओं का पता लगाने और नेविगेशन के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, रूम्बा और बोस्टन डायनेमिक्स के एटलस जैसे रोबोट अपने आस-पास के वातावरण को मैप करने और मूवमेंट की योजना बनाने के लिए ToF डेप्थ कैमरों का उपयोग करते हैं।
सुरक्षा प्रणालियाँ:घुसपैठियों का पता लगाने, अलार्म चालू करने, या कैमरा सिस्टम सक्रिय करने के लिए मोशन सेंसर में आम।
मोटर वाहन उद्योग:अनुकूली क्रूज नियंत्रण और टक्कर से बचाव के लिए ड्राइवर सहायता प्रणालियों में शामिल, नए वाहन मॉडलों में तेजी से प्रचलित हो रहा है।
चिकित्सा क्षेत्रगैर-इनवेसिव इमेजिंग और डायग्नोस्टिक्स में नियोजित, जैसे ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी (OCT), उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऊतक छवियों का उत्पादन।
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: चेहरे की पहचान, बायोमेट्रिक प्रमाणीकरण और हावभाव पहचान जैसी सुविधाओं के लिए स्मार्टफोन, टैबलेट और लैपटॉप में एकीकृत।
ड्रोन:नेविगेशन, टकराव से बचने, तथा गोपनीयता और विमानन संबंधी चिंताओं को दूर करने के लिए उपयोग किया जाता है
TOF सिस्टम आर्किटेक्चर
एक विशिष्ट TOF प्रणाली में वर्णित दूरी माप प्राप्त करने के लिए कई प्रमुख घटक होते हैं:
· ट्रांसमीटर (Tx):इसमें मुख्य रूप से एक लेज़र प्रकाश स्रोत शामिल हैवीसीएसईएल, लेजर को चलाने के लिए एक ड्राइवर सर्किट ASIC, और बीम नियंत्रण के लिए ऑप्टिकल घटक जैसे कि कोलिमेटिंग लेंस या विवर्तनिक ऑप्टिकल तत्व, और फिल्टर।
· रिसीवर (आरएक्स):इसमें प्राप्तकर्ता छोर पर लेंस और फिल्टर, TOF प्रणाली पर निर्भर CIS, SPAD या SiPM जैसे सेंसर, तथा रिसीवर चिप से बड़ी मात्रा में डेटा के प्रसंस्करण के लिए एक इमेज सिग्नल प्रोसेसर (ISP) शामिल होता है।
·पावर प्रबंधन:स्थिर प्रबंधनवीसीएसईएल के लिए वर्तमान नियंत्रण और एसपीएडी के लिए उच्च वोल्टेज महत्वपूर्ण है, जिसके लिए मजबूत पावर प्रबंधन की आवश्यकता होती है।
· सॉफ्टवेयर परत:इसमें फर्मवेयर, एसडीके, ओएस और एप्लिकेशन परत शामिल हैं।
आर्किटेक्चर यह दर्शाता है कि कैसे एक लेज़र बीम, VCSEL से निकलती है और ऑप्टिकल घटकों द्वारा संशोधित होती है, अंतरिक्ष में यात्रा करती है, किसी वस्तु से परावर्तित होती है, और रिसीवर पर वापस लौटती है। इस प्रक्रिया में समय चूक की गणना दूरी या गहराई की जानकारी प्रकट करती है। हालाँकि, यह आर्किटेक्चर शोर पथों को कवर नहीं करता है, जैसे कि सूर्य के प्रकाश से प्रेरित शोर या प्रतिबिंबों से बहु-पथ शोर, जिनकी चर्चा श्रृंखला में बाद में की गई है।
TOF प्रणालियों का वर्गीकरण
TOF सिस्टम को मुख्य रूप से उनकी दूरी माप तकनीकों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है: प्रत्यक्ष TOF (dTOF) और अप्रत्यक्ष TOF (iTOF), जिनमें से प्रत्येक में अलग-अलग हार्डवेयर और एल्गोरिदमिक दृष्टिकोण होते हैं। श्रृंखला में पहले उनके सिद्धांतों की रूपरेखा दी गई है, फिर उनके लाभों, चुनौतियों और सिस्टम मापदंडों के तुलनात्मक विश्लेषण पर चर्चा की गई है।
TOF के सरल सिद्धांत के बावजूद - प्रकाश पल्स का उत्सर्जन करना और दूरी की गणना करने के लिए इसकी वापसी का पता लगाना - जटिलता परिवेशीय प्रकाश से लौटने वाले प्रकाश को अलग करने में निहित है। इसे उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात प्राप्त करने के लिए पर्याप्त रूप से उज्ज्वल प्रकाश उत्सर्जित करके और पर्यावरणीय प्रकाश हस्तक्षेप को कम करने के लिए उपयुक्त तरंग दैर्ध्य का चयन करके संबोधित किया जाता है। एक अन्य दृष्टिकोण उत्सर्जित प्रकाश को एनकोड करना है ताकि इसे वापसी पर अलग किया जा सके, टॉर्च के साथ एसओएस सिग्नल के समान।
यह श्रृंखला डी.टी.ओ.एफ. और आई.टी.ओ.एफ. की तुलना करते हुए उनके अंतरों, लाभों और चुनौतियों पर विस्तार से चर्चा करती है, तथा उनके द्वारा प्रदान की जाने वाली सूचना की जटिलता के आधार पर टी.ओ.एफ. प्रणालियों को 1डी टी.ओ.एफ. से लेकर 3डी टी.ओ.एफ. तक वर्गीकृत करती है।
डीटीओएफ
डायरेक्ट TOF सीधे फोटॉन के उड़ान समय को मापता है। इसका मुख्य घटक, सिंगल फोटॉन एवलांच डायोड (SPAD), एकल फोटॉन का पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील है। dTOF फोटॉन आगमन के समय को मापने के लिए टाइम कोरिलेटेड सिंगल फोटॉन काउंटिंग (TCSPC) का उपयोग करता है, एक विशेष समय अंतर की उच्चतम आवृत्ति के आधार पर सबसे संभावित दूरी का अनुमान लगाने के लिए एक हिस्टोग्राम का निर्माण करता है।
आईटीओएफ
अप्रत्यक्ष TOF उत्सर्जित और प्राप्त तरंगों के बीच चरण अंतर के आधार पर उड़ान समय की गणना करता है, आमतौर पर निरंतर तरंग या पल्स मॉड्यूलेशन संकेतों का उपयोग करता है। iTOF मानक छवि सेंसर आर्किटेक्चर का उपयोग कर सकता है, समय के साथ प्रकाश की तीव्रता को माप सकता है।
iTOF को आगे निरंतर तरंग मॉड्यूलेशन (CW-iTOF) और पल्स मॉड्यूलेशन (पल्स्ड-iTOF) में विभाजित किया गया है। CW-iTOF उत्सर्जित और प्राप्त साइनसोइडल तरंगों के बीच चरण बदलाव को मापता है, जबकि पल्स्ड-iTOF स्क्वायर वेव सिग्नल का उपयोग करके चरण बदलाव की गणना करता है।
आगे पढें:
- विकिपीडिया. (nd). उड़ान का समय. यहाँ से लिया गयाhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- सोनी सेमीकंडक्टर सॉल्यूशंस ग्रुप. (एनडी). ToF (टाइम ऑफ फ्लाइट) | इमेज सेंसर की सामान्य तकनीक. से लिया गयाhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- माइक्रोसॉफ्ट. (2021, 4 फरवरी)। माइक्रोसॉफ्ट टाइम ऑफ फ्लाइट (ToF) का परिचय - Azure डेप्थ प्लेटफ़ॉर्म। से लिया गयाhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 मार्च)। टाइम ऑफ फ्लाइट (TOF) सेंसर: एक गहन अवलोकन और अनुप्रयोग। से लिया गयाhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
वेब पेज सेhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
लेखक : चाओ गुआंग
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पोस्ट करने का समय: दिसम्बर-18-2023