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इस श्रृंखला का उद्देश्य पाठकों को टाइम ऑफ़ फ़्लाइट (TOF) प्रणाली की गहन और प्रगतिशील समझ प्रदान करना है। इसमें TOF प्रणालियों का एक व्यापक अवलोकन शामिल है, जिसमें अप्रत्यक्ष TOF (iTOF) और प्रत्यक्ष TOF (dTOF) दोनों की विस्तृत व्याख्या शामिल है। ये खंड सिस्टम मापदंडों, उनके फायदे और नुकसान, और विभिन्न एल्गोरिदम पर गहराई से चर्चा करते हैं। यह लेख TOF प्रणालियों के विभिन्न घटकों, जैसे वर्टिकल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेज़र (VCSEL), ट्रांसमिशन और रिसेप्शन लेंस, CIS, APD, SPAD, SiPM जैसे रिसीविंग सेंसर, और ASIC जैसे ड्राइवर सर्किट, का भी विश्लेषण करता है।
TOF (उड़ान का समय) का परिचय
मूलरूप आदर्श
TOF, जिसका अर्थ है उड़ान का समय, दूरी मापने की एक विधि है जिसका उपयोग प्रकाश को किसी माध्यम में एक निश्चित दूरी तय करने में लगने वाले समय की गणना करके किया जाता है। यह सिद्धांत मुख्यतः प्रकाशीय TOF परिदृश्यों में लागू होता है और अपेक्षाकृत सरल है। इस प्रक्रिया में एक प्रकाश स्रोत प्रकाश की एक किरण उत्सर्जित करता है, जिसका उत्सर्जन समय दर्ज किया जाता है। यह प्रकाश फिर किसी लक्ष्य से परावर्तित होता है, एक अभिग्राही द्वारा ग्रहण किया जाता है, और ग्रहण का समय नोट किया जाता है। इन समयों के अंतर, जिसे t द्वारा दर्शाया जाता है, दूरी निर्धारित करता है (d = प्रकाश की गति (c) × t / 2)।
ToF सेंसर के प्रकार
ToF सेंसर दो मुख्य प्रकार के होते हैं: ऑप्टिकल और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक। ऑप्टिकल ToF सेंसर, जो ज़्यादा प्रचलित हैं, दूरी मापने के लिए आमतौर पर इन्फ्रारेड रेंज में प्रकाश स्पंदों का उपयोग करते हैं। ये स्पंद 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 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। ये समान सिद्धांत पर काम करते हैं, लेकिन इसके लिए एक अलग माध्यम का उपयोग करते हैं।दूरी 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 का मानचित्रण करने और गतिविधियों 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 टकराव से बचाव के लिए ड्राइवर सहायता प्रणालियों में शामिल, नए वाहन मॉडलों में तेजी से प्रचलित हो रहा है।
चिकित्सा क्षेत्र: गैर-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, और गोपनीयता एवं 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 एक लेज़र प्रकाश स्रोत, मुख्य रूप से एकवीसीएसईएल, 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 के आधार पर 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 धारा नियंत्रण और एसपीएडी के लिए उच्च वोल्टेज महत्वपूर्ण है, जिसके लिए मजबूत ऊर्जा प्रबंधन की आवश्यकता होती है।
· सॉफ्टवेयर परत:इसमें फर्मवेयर, एसडीके, ओएस और एप्लिकेशन लेयर शामिल हैं।
यह आर्किटेक्चर दर्शाता है कि कैसे एक लेज़र किरण, VCSEL से निकलकर और ऑप्टिकल घटकों द्वारा संशोधित होकर, अंतरिक्ष में यात्रा करती है, किसी वस्तु से परावर्तित होती है और रिसीवर तक वापस लौटती है। इस प्रक्रिया में समय-अंतराल 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 उत्पन्न शोर या परावर्तन से उत्पन्न बहु-पथ शोर, जिनकी चर्चा श्रृंखला में आगे की गई है।
TOF प्रणालियों का वर्गीकरण
TOF प्रणालियों को मुख्य रूप से उनकी दूरी मापन तकनीकों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है: प्रत्यक्ष TOF (dTOF) और अप्रत्यक्ष TOF (iTOF), जिनमें से प्रत्येक के अपने हार्डवेयर और एल्गोरिथम दृष्टिकोण होते हैं। यह श्रृंखला शुरू में उनके सिद्धांतों की रूपरेखा प्रस्तुत करती है, फिर उनके लाभों, चुनौतियों और सिस्टम मापदंडों का तुलनात्मक विश्लेषण करती है।
TOF का सिद्धांत, जो एक प्रकाश स्पंद उत्सर्जित करता है और दूरी की गणना के लिए उसकी वापसी का पता लगाता है, सरल प्रतीत होता है, फिर भी जटिलता लौटने वाले प्रकाश और परिवेशी प्रकाश में अंतर करने में निहित है। उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उज्ज्वल प्रकाश उत्सर्जित करके और पर्यावरणीय प्रकाश हस्तक्षेप को कम करने के लिए उपयुक्त तरंगदैर्ध्य का चयन करके इस समस्या का समाधान किया जाता है। एक अन्य तरीका उत्सर्जित प्रकाश को एनकोड करना है ताकि वापसी पर उसे पहचाना जा सके, ठीक वैसे ही जैसे टॉर्च से SOS सिग्नल भेजे जाते हैं।
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
प्रत्यक्ष TOF सीधे फोटॉन के उड़ान समय को मापता है। इसका प्रमुख घटक, सिंगल फोटॉन एवलांच डायोड (SPAD), एकल फोटॉनों 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, और एक विशिष्ट समय अंतराल 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 कला 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 सतत तरंग मॉडुलन (CW-iTOF) और स्पंद मॉडुलन (पल्स्ड-iTOF) में विभाजित किया गया है। CW-iTOF उत्सर्जित और प्राप्त साइनसॉइडल तरंगों के बीच कला-परिवर्तन को मापता है, जबकि पल्स्ड-iTOF वर्ग तरंग संकेतों का उपयोग करके कला-परिवर्तन की गणना करता है।
आगे पढ़ें:
- विकिपीडिया. (nd). उड़ान का समय. से लिया गयाhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- सोनी सेमीकंडक्टर सॉल्यूशंस ग्रुप (एनडी)। ToF (टाइम ऑफ़ फ़्लाइट) | इमेज सेंसर की सामान्य तकनीक। से लिया गयाhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- माइक्रोसॉफ्ट। (2021, 4 फ़रवरी)। माइक्रोसॉफ्ट टाइम ऑफ़ फ़्लाइट (ToF) का परिचय - Azure डेप्थ प्लेटफ़ॉर्म। से लिया गयाhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- एस्काटेक (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
अस्वीकरण:
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पोस्ट करने का समय: 18-दिसंबर-2023