Kinect गेम नियंत्रक - बाजार पर पहला प्रत्यक्ष 3 डी माप उपकरण

नवंबर 2010 में बाजार में लॉन्च किया गया, किनेक्ट गेम कंट्रोलर वस्तुओं और दृश्यों के प्रत्यक्ष दूरस्थ तीन आयामी माप के लिए पहला कम लागत वाला घरेलू उपकरण है। मैं इस कदम के लिए Microsoft का ईमानदारी से आभारी हूं।

सबसे हाल का इतिहास

इस प्रकार का पहला उपकरण किसी भी तरह का रडार और सोनार था, जिसमें वायु रक्षा प्रणाली के उपकरण से लेकर कार में पार्किंग सेंसर तक शामिल थे। यदि माध्यम में जांच पल्स के प्रसार वेग को ज्ञात किया जाता है, तो विकिरण के क्षणों और नाड़ी के रिसेप्शन के बीच की गति को आधे समय से गुणा करना, एमिटर से उस वस्तु को दूरी देगा जो सिग्नल को प्रतिबिंबित करता है। अंतरिक्ष में उत्सर्जक-रिसीवर प्रणाली को अलग-अलग तरीकों से उन्मुख करना, किसी दिए गए दिशा में वस्तुओं को प्रतिबिंबित करने के लिए दूरी का एक सेट को माप सकता है।

कॉम्पैक्ट सॉलिड-स्टेट लेज़रों के उत्पादन ने माप प्रणालियों को बनाना संभव बना दिया, जो जांच पल्स के रूप में प्रकाश का उपयोग करते थे। प्रकाश बीम को उन्मुख करने के एक या दूसरे यांत्रिक तरीके ने ऐसे सिस्टम को स्थानिक क्षेत्र में अनुक्रमिक माप बनाने की अनुमति दी (या क्रमशः इसे स्कैन करें , माप उपकरण को लेजर स्कैनर के रूप में जाना जाता है)।



कोई भी स्कैनर विकिरण बिंदु के सापेक्ष लेजर बीम के प्रतिबिंब बिंदुओं के तीन-आयामी निर्देशांक का एक सेट प्रदान करता है। इस तरह के स्थानीय समन्वय प्रणाली में प्रतिनिधित्व भवन ( स्थिर स्कैनर ) तक स्थानीय आयामों के मापन के लिए काफी पर्याप्त है। यदि ऐसा स्कैनर पर्याप्त रूप से सटीक जीपीएस रिसीवर और तीन दिशाओं में अपने कोणीय अभिविन्यास को मापने के लिए एक प्रणाली से सुसज्जित है, तो इसे हवाई जहाज पर हवाई कैमरे के रूप में या कार पर मोबाइल स्कैनर के रूप में स्थापित किया जा सकता है।

स्कैनर के काम करने की तरंग दैर्ध्य अवरक्त प्रकाश के पास है जो विमानन स्कैनर के लिए लगभग 1 माइक्रोन (वायुमंडलीय वाष्प में कम फैलाव) और स्थिर स्कैनर के लिए 1 μm से अधिक है (दृष्टि के लिए अधिक सुरक्षित)।

लेजर स्कैनर का परिणाम तीन-आयामी बिंदुओं (पॉइंट क्लाउड) का एक बादल है ।

लेजर स्कैनिंग का पूरा इतिहास शाब्दिक रूप से "अभी-अभी", मेरी आंखों के सामने, और 20 साल में फिट होता है।

लेजर स्कैनिंग के फायदे और नुकसान

कई फायदे हैं:

- त्रि-आयामी निर्देशांक को मापने के लिए एक सीधा तरीका, जैसा कि स्टीरियो के विपरीत है।

- वैकल्पिक पारदर्शी कवर के माध्यम से मापने की क्षमता। विशेष रूप से, एयरबोर्न लेजर स्कैनिंग आपको वनस्पति की आड़ में राहत के निर्देशांक प्राप्त करने की अनुमति देती है।

- उच्च प्रदर्शन, जो मोबाइल सिस्टम के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

लेकिन इसके नुकसान भी हैं, तीन मुख्य को अलग किया जा सकता है:

- निर्दिष्ट स्थानिक क्षेत्र की यांत्रिक स्कैनिंग प्रक्रिया की अवधि (मोबाइल के लिए एक स्थिर स्कैनर, पट्टी या सर्कल के लिए पूर्ण स्थान)। इसके अलावा, अतिरिक्त स्कैनिंग सिस्टम बीम प्रसार पथ में विकृतियों को पेश कर सकते हैं, जिसके लिए अलग प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।

- चमक की जानकारी का अभाव। आधुनिक स्कैनर आपको प्रतिबिंबित प्रकाश की तीव्रता को मापने की अनुमति देते हैं, जो केवल कुछ हद तक चमक की छवि को बदल सकता है, लेकिन प्रतिबिंब बिंदुओं की व्याख्या करने की समस्या को पूरी तरह से हल नहीं करता है।

- समानांतर डिजिटल फोटोग्राफी के साथ एक लेजर स्कैनर का संयोजन आपको बिंदु क्लाउड के संबंधित अनुभागों पर फ़ोटो पेश करके केवल एक अप्रत्यक्ष विधि द्वारा दृश्य की चमक विशेषताओं को प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया के लिए विशेष रूप से श्रमसाध्य है

- बड़े आकार और बिजली की खपत, हालांकि हाल ही में निर्माता इस मुद्दे पर काम कर रहे हैं । इस सर्दी में, मैंने बोर्ड पर एक बहुत ही कॉम्पैक्ट स्कैनर के साथ एक इलेक्ट्रिक मानवरहित हेलीकाप्टर देखा, जिसने लैपलैंड में जंगल के एक टुकड़े की जांच की।

स्पष्ट समाधान

दूरस्थ तीन आयामी माप के लिए एक पूरी तरह से स्पष्ट दृष्टिकोण ऑप्टिकल फोकसिंग सिस्टम और एक डिजिटल मैट्रिक्स का उपयोग है। यदि ऑप्टिकल सिस्टम के मापदंडों को जाना जाता है, तो मैट्रिक्स पर पहुंचने वाली किसी भी किरण की स्थानिक स्थिति को फिर से संगठित करने का कार्य तुच्छ है। यह मापने वाले उपकरण के शरीर पर प्रकाश का एक फ्लैश बनाने के लिए रहता है और किसी भी तरह डिजिटल मैट्रिक्स के प्रत्येक पिक्सेल पर वस्तु से परावर्तित प्रकाश के आगमन में देरी को मापता है।

2006 में, एक उद्योग सम्मेलन में, "नव-भूगोल" की अवधारणा के साथ मिलकर, नए उभरे हुए Google मैप्स स्टार की चर्चा हुई। लगभग हर प्रदर्शन वास्तव में तीन-आयामी बनावट वाले डेटा पर स्विच करने की आवश्यकता के उल्लेख के साथ था। वक्ताओं को सुनकर, मुझे स्पष्ट रूप से लगा कि पांच से सात वर्षों में पोर्टेबल तीन आयामी कैमरे बाजार में प्रवेश करेंगे। लेकिन इस भूमिका के लिए स्कैनर समाधान अच्छी तरह से फिट नहीं हैं।

कई लोग एक नए समाधान के विचार के साथ आए, जबकि एक ही योजना के अनुसार निवेश योजना प्रस्तावित की गई थी: "अब आप हमें एक मिलियन (या दस, या एक सौ) देंगे, और हम आपको दस साल (या पांच, या एक साल में) डिवाइस देंगे" । हमने निवेश नहीं किया।

और Microsoft ने निवेश किया है

2009 के वसंत में, कंपनी ने इजरायल की कंपनी 3DV सिस्टम्स का अधिग्रहण किया। इजरायलियों ने पहले अपना ZCam रेंजफाइंडर कैमरा लॉन्च किया था और इसका उद्देश्य गेमिंग कंट्रोलर मार्केट था। जाहिर तौर पर, Microsoft ने प्रौद्योगिकी का वादा किया और इसे Xbox 360 गेम कंसोल के लिए नए नियंत्रक में कार्यान्वयन के लिए उपयोग करने का निर्णय लिया, इस विकास को "नेटल प्रोजेक्ट" कहा।

ZCam लंबी दूरी की कैमरा डिवाइस (इंटरनेट से सामग्री के आधार पर)

कैमरे का डिज़ाइन आपको इसे तथाकथित "टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट" के लिए विशेषता देता है, जो संक्षेप में, उपरोक्त सिद्धांतों के समानांतर कार्यान्वयन का मतलब है।

कैमरे के मुख्य घटक एमिटर, ऑप्टिकल सिस्टम, एक विशेष डिजिटल मैट्रिक्स और इलेक्ट्रॉनिक मापने और कंप्यूटिंग प्रणाली हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि माप क्षेत्र (कई मीटर) के आवश्यक आयाम और आवश्यक सटीकता (कई सेंटीमीटर) सभी मापने वाले उपकरणों की समय सटीकता के लिए बहुत कठोर आवश्यकताओं को सामने रखते हैं।

उदाहरण के लिए, कैमरे से कई मीटर की दूरी पर स्थित किसी वस्तु का पता लगाने के लिए, परावर्तन परावर्तन विलंब समय केवल 10 ns (प्रकाश c = 3 10 ⁸ m / s की गति पर) है। तदनुसार, यह माना जा सकता है कि दूरी का निर्धारण करने का दावा किए गए सटीकता की आवश्यकता है कि परिमाण के दो आदेशों की सटीकता के साथ प्रतिक्रिया के आगमन के क्षण का निर्धारण किया जाए। इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की विशेषता ऑपरेटिंग आवृत्तियों गिगाहर्ट्ज़ के क्षेत्र में स्थित है।





लेंस और फ्लैश की उपस्थिति

कैमरे का सामान्य सिद्धांत

एमिटर एक बहुत ही कम, समान रूप से निर्देशित प्रकाश फ्लैश बनाता है (कई मीटर की दूरी की अवधि के बराबर, जो कैमरे की अधिकतम सीमा निर्धारित करता है, उदाहरण के लिए, एक फ्लैश अवधि टी ₀ = 50 एनएस के साथ 7.5 मीटर)। काम करने वाली तरंग दैर्ध्य सबसे अधिक 1.5 माइक्रोन है। दृश्य से प्रकाश परिलक्षित होता है और ऑप्टिकल सिस्टम द्वारा ध्यान केंद्रित किया जाता है ताकि डिजिटल मैट्रिक्स पर गिर सके।

इस मैट्रिक्स में एक विशेष प्रकार है और इसमें फोटोडायोड होते हैं। जब प्रकाश फोटोडायोड में प्रवेश करता है, तो यह करंट उत्पन्न करना शुरू कर देता है, जो कि भंडारण तत्वों (कैपेसिटर) की कुंजी के माध्यम से प्रेषित होता है। सरलतम मामले में, आप दो कैपेसिटर का उपयोग कर सकते हैं

प्रारंभ में, पहला संधारित्र S ₁ चार्ज किया जाता है, प्रकाश फ्लैश की शुरुआत के बाद 50 ns, दूसरा संधारित्र S ₂ को चार्ज करने के लिए कुंजी स्विच करता है। एक और 50 एनएस के बाद, कुंजी तटस्थ स्थिति में स्विच हो जाती है।

थोड़े अंतराल के बाद, पूरी प्रक्रिया फिर से दोहराई जाती है। चूंकि फ्लैश पुनरावृत्ति दर पर्याप्त रूप से बड़ी है और पूरे दृश्य को स्थिर माना जा सकता है, इसलिए कैपेसिटर S ₁ और S ₂ के चार्ज फ्लैश से फ्लैश तक जमा होते हैं, जिससे सिग्नल-टू-शोर स्तर बढ़ता है और गणना विश्वसनीयता बढ़ती है। संचय के लिए, कई हजार चक्रों का उपयोग किया जाता है।

नतीजतन, एस ₁ और एस ₂ के आरोपों के बीच का अनुपात आपको फ्लैश के सापेक्ष परिलक्षित नाड़ी के सामने की स्थिति निर्धारित करने की अनुमति देता है। किसी दिए गए पिक्सेल पर पहुंचने वाली किरण के साथ दूरी डी की अंतिम गणना सूत्र का उपयोग करना संभव है



D = c t ₀ S 2/2 ( S ₁ + S ₂ )





समय आरेख (विकिपीडिया से)



घोषित तकनीकी विशेषताओं के अनुसार, काइनेटिक कंट्रोलर 1 से 6 मीटर तक रेंज की एक कार्य सीमा का समर्थन करता है और दोनों दिशाओं में लगभग 50 कोणीय डिग्री देखने का क्षेत्र है। रेंजफाइंडर मैट्रिक्स का रिज़ॉल्यूशन छोटा है और 320 x 240 पिक्सल होने की संभावना है।

इसके साथ ही रेंज की जानकारी के संग्रह के साथ, एक पारंपरिक डिजिटल मैट्रिक्स दृश्य की वीडियो रिकॉर्डिंग करता है।





Kinect के परिणामस्वरूप बिंदु बादल

सर्किट नुकसान

वे सहज रोशनी हैं, जो फ्लैश की चमक और प्रकाश के कई प्रतिबिंबों को पार कर सकते हैं, जो झूठे प्रतिबिंब बिंदु देता है। सिद्धांत रूप में, आप पृष्ठभूमि से इसे अलग करने के लिए सिग्नल के एक या दूसरे मॉड्यूलेशन को पेश करके इससे निपट सकते हैं।

संभावनाओं

उनमें से, मैं कॉम्पैक्ट थ्री-डायमेंशनल होम स्कैनर को कॉल करूंगा और रोबोटिक्स और ट्रांसपोर्ट में उपयोग करूंगा (मुझे स्टीवनसन के हिमस्खलन में IV स्केटबोर्ड पर स्थापित एक तीन-आयामी स्कैनर याद है)

यह मुझे आश्चर्यचकित करता है कि इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास का स्तर अब आपको दुनिया में सबसे तेज प्रक्रिया के लिए आवश्यक समय को मापने के लिए कई मीटर तक फैलने की अनुमति देता है। मुझे उम्मीद है कि इस तरह के उपकरणों की श्रृंखला एक Kinect तक सीमित नहीं होगी और प्रस्तावित तकनीक इसकी सही जगह ले जाएगी।