गहराई-अनुभवी कैमरे: कितने प्रकार हैं और वे कैसे काम करते हैं?

गहराई-अनुभवी कैमरा मॉड्यूल अब एम्बेडेड सिस्टम, रोबोटिक्स, औद्योगिक स्वचालन और स्वचालित वाहनों में कुंजी प्रौद्योगिकी है। ये मशीनों को तीन आयामों में दुनिया को "dekhen" की क्षमता प्रदान करते हैं, जैसे कि हम मनुष्य करते हैं। गहराई-अनुभवी प्रौद्योगिकियाँ, जिनमें Time-of-Flight (ToF), LiDAR और स्ट्रक्चर्ड लाइट कैमरे शामिल हैं, मशीनों को सटीक स्थानिक धारणा प्रदान करती हैं, जिससे विभिन्न अनुप्रयोगों में उच्च डिग्री की इंटरैक्टिविटी और स्वचालन संभव होता है। ये प्रौद्योगिकियाँ स्वचालित वाहनों, रोबोटिक नेविगेशन, औद्योगिक स्वचालन और ऑग्मेंटेड रियलिटी जैसी क्षेत्रों के विकास को आगे बढ़ा रही हैं। यह लेख गहराई-अनुभवी कैमरों के काम का विस्तृत विश्लेषण, विभिन्न प्रौद्योगिकी प्रकारों और आधुनिक प्रौद्योगिकी में उनके विविध अनुप्रयोगों पर चर्चा करेगा। हमारे पिछले लेखों में, हमने toF और अन्य 3D मैपिंग कैमरों का परिचय दिया है । अधिक विवरण के लिए, कृपया उन्हें देखें।

विभिन्न प्रकार के गहराई अनुभवी कैमरे और उनके मूलभूत प्रयोग सिद्धांत

प्रत्येक प्रकार की गहराई संज्ञान वाली कैमरे को समझने से पहले, हमें पहले यह समझना चाहिए कि गहराई संज्ञान क्या है।

गहराई संज्ञान क्या है?

गहराई संज्ञान उपकरण और ऑब्जेक्ट के बीच या दो ऑब्जेक्ट्स के बीच की दूरी को मापने की एक तकनीक है। यह 3D गहराई संज्ञान कैमरे का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, जो स्वचालित रूप से किसी भी ऑब्जेक्ट की उपस्थिति को उपकरण के पास पता लगाता है और किसी भी समय ऑब्जेक्ट तक की दूरी को मापता है। यह तकनीक ऐसे उपकरणों के लिए फायदेमंद है जो गहराई संज्ञान कैमरे को एकीकृत करते हैं या वास्तविक समय में दूरी को मापकर निर्णय लेने वाले स्वचालित मोबाइल अनुप्रयोगों के लिए।

आज उपयोग में आने वाली गहराई संज्ञान तकनीकों में से, तीन सबसे आम तरीके हैं:
1. संरचित प्रकाश
2. स्टीरिओ दृश्य
3. फ्लाइट ऑफ़ टाइम
1. डायरेक्ट फ्लाइट ऑफ़ टाइम (dToF)
1. लाइडार
2. इंडाइरेक्ट फ्लाइट ऑफ़ टाइम (iToF)
चलिए प्रत्येक गहराई संज्ञान प्रौद्योगिकी के सिद्धांतों पर नज़र डालते हैं।

संरचनात्मक प्रकाश

संरचित प्रकाश कैमरे ज्ञात प्रकाश पैटर्न (जैसे लेज़र, एलईडी आदि) का उपयोग करके लक्ष्य वस्तु पर प्रतिबिम्बित करके और प्रतिबिंबित पैटर्न की विकृति का विश्लेषण करके वस्तु की गहराई और रूपरेखा की गणना करते हैं (आमतौर पर छोटे फ़्रेम के रूप में)। इस प्रौद्योगिकी को नियंत्रित प्रकाश स्थितियों में अपनी उच्च सटीकता और स्थिरता के लिए अच्छा माना जाता है, लेकिन इसकी सीमित संचालन रेंज के कारण यह आमतौर पर 3D स्कैनिंग और मॉडलिंग के लिए उपयोग की जाती है।

स्टीरियो विजन

स्टीरिओ दृश्य कैमरे मानव द्विनेत्री दृष्टि के समान काम करते हैं, निश्चित दूरी पर दो कैमरों के माध्यम से तस्वीरें लेते हैं और दोनों तस्वीरों में विशेष बिंदुओं की पहचान और तुलना करके सॉफ्टवेयर प्रोसेसिंग का उपयोग करके गहराई जानकारी की गणना करते हैं। यह प्रौद्योगिकी विभिन्न प्रकाश स्थितियों में वास्तविक समय के अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है, जैसे औद्योगिक स्वचालन और वास्तविकता का विस्तार।

Time of flight camera

फ्लाइट टाइम (ToF) प्रकाश के किसी निश्चित दूरी को तय करने में लगे समय को संदर्भित करता है। फ्लाइट टाइम कैमरों में इस सिद्धांत का उपयोग ऑब्जेक्ट तक की दूरी का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है, जो प्रकाश के बहने में लगे समय पर आधारित होता है, जो ऑब्जेक्ट की सतह से परावर्तित होता है और सेंसर पर वापस आता है।
फ्लाइट टाइम कैमरे के तीन मुख्य घटक हैं:

1. ToF सेंसर और सेंसर मॉड्यूल
2. प्रकाश स्रोत
3. गहराई सेंसर

ToF को गहराई सेंसर द्वारा दूरी निर्धारित करने के लिए उपयोग किए गए तरीके के आधार पर दो प्रकार में विभाजित किया जा सकता है: डायरेक्ट फ्लाइट टाइम (DToF) और इंडायरेक्ट फ्लाइट टाइम (iToF)। चलिए इन दो प्रकारों के बीच अंतर को थोड़ा अधिक गहराई से देखते हैं।

डायरेक्ट फ्लाइट टाइम (dToF)

डायरेक्ट फ्लाइट टाइम (dToF) तकनीक दूरी को मापने के लिए सीधे मापने का उपयोग करती है, जिसमें इन्फ्रारेड लेज़र पल्स उत्सर्जित किए जाते हैं और इन पल्स के उत्सर्जक से ऑब्जेक्ट तक और वापस आने में लगे समय को मापा जाता है।

dToF कैमरा मॉड्यूल प्रतिबिंबित प्रकाश पल्स में फोटॉन की संख्या में अचानक वृद्धि का पता लगाने के लिए विशेष प्रकाश-संवेदनशील पिक्सल, जैसे कि single-photon avalanche diodes (SPADs), का उपयोग करते हैं, जिससे समय अंतराल की सटीक गणना होती है। जब प्रकाश पल्स एक वस्तु से प्रतिबिंबित होता है, तो SPAD फोटॉन में अचानक चोटी का पता लगाता है। यह इसे फोटॉन चोटियों के बीच के अंतरालों का पता लगाने और समय को मापने की अनुमति देता है।

dToF कैमरे आमतौर पर कम रिझॉल्यूशन के होते हैं, लेकिन उनकी छोटी आकृति और कम कीमत उन्हें ऐसी अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बना देती है जिनमें उच्च रिझॉल्यूशन और वास्तविक समय की अभिव्यक्ति की आवश्यकता नहीं होती है।

लाइडर

चूंकि हम इन्फ्रारेड लेज़र पल्स का उपयोग दूरी मापने के लिए करने के बारे में बात कर रहे हैं, तो LiDAR कैमरे के बारे में बात करें।

LiDAR (Light Detection and Ranging) कैमरे एक लेज़र ट्रांसमिटर का उपयोग करके रिकॉर्ड किए जा रहे दृश्य में एक raster प्रकाश पैटर्न प्रोजेक्ट करते हैं और उसे आगे-पीछे स्कैन करते हैं। दूरी को मापने के लिए कैमरा सेंसर को प्रकाश पल्स को एक वस्तु तक पहुंचने और वापस प्रतिबिंबित होकर स्वयं तक आने में कितना समय लगता है, इसकी गणना की जाती है।

लाइड़ार सेंसर आमतौर पर अन्वेषी रेशम के दो तरंगदैर्ध्यों का उपयोग करते हैं: 905 नैनोमीटर और 1550 नैनोमीटर। छोटे तरंगदैर्ध्य वाले लेज़र्स को वायुमंडल में पानी से अवशोषित होने की संभावना कम होती है और वे लंबी दूरी के मापन के लिए बेहतर उपयुक्त होते हैं। इसके विपरीत, लंबे तरंगदैर्ध्य वाले अन्वेषी रेशम लेज़र्स को मानवों के आसपास काम करने वाले रोबोट्स जैसी आँखों के लिए सुरक्षित अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है।

अप्रत्यक्ष समय ऑफ़ फ़्लाइट (iToF)

प्रत्यक्ष समय ऑफ़ फ़्लाइट से भिन्न, अप्रत्यक्ष समय ऑफ़ फ़्लाइट (iToF) कैमरे दूरी की गणना पूरे प्रदृश्य को लगातार चरमित लेज़र पल्सों के साथ प्रकाशित करके और सेंसर पिक्सल में फ़ेज़ खिसेड़े को रिकॉर्ड करके करते हैं। iToF कैमरे पूरे प्रदृश्य के लिए एक साथ दूरी की जानकारी को पकड़ने में सक्षम हैं। dToF के विपरीत, iToF प्रत्येक प्रकाश पल्स के बीच के समय अंतर को सीधे मापता नहीं है।

एक iToF कैमरे के साथ, किसी प्रदृश्य के सभी बिंदुओं तक की दूरी को बस एक शॉट के साथ निर्धारित की जा सकती है।

गहराई संज्ञान कैमरों के सामान्य क्षेत्र

• स्वचालित वाहन: गहराई संज्ञान कैमरे स्वचालित वाहनों को आवश्यक पर्यावरणीय धारणा क्षमता प्रदान करते हैं, जिससे वे बाधाओं की पहचान और उनसे बचने में सफलता पाते हैं और सटीक नेविगेशन और पथ योजना बनाने में सक्षम होते हैं।
• सुरक्षा और निगरानी: गहराई संज्ञान कैमरे सुरक्षा क्षेत्र में चेहरे की पहचान, भीड़ की निगरानी और घुसपैठ की पहचान के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिससे सुरक्षा और प्रतिक्रिया की गति में सुधार होता है।
• वृत्तिमान वास्तविकता (AR): गहराई संज्ञान प्रौद्योगिकी वृत्तिमान वास्तविकता अनुप्रयोगों में वास्तविक दुनिया पर आभासी छवियों को सटीक रूप से ओवरले करने के लिए उपयोग की जाती है, जिससे उपयोगकर्ताओं को एक डूबती हुई अनुभूति प्रदान की जाती है।

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