Co to jest czujnik czasu lotu i jak działa ToF?

W miarę jak smartfony stają się coraz bardziej zaawansowane, pakują również coraz większą liczbę czujników, które przekazują dane z powrotem do urządzenia, aby poprawić wrażenia użytkownika.

Nowoczesne smartfony mają wbudowane czujniki linii papilarnych, LiDAR, lepsze i większe niż kiedykolwiek czujniki aparatu, a na niektórych urządzeniach nawet czujniki czasu lotu (ToF). Ale spośród wszystkich różnych czujników, które zobaczysz w telefonie, czujnik ToF uderza, głównie dlatego, że wpływa na rzeczy, które robimy na naszych smartfonach w bardzo szczególny i niezauważalny sposób.

Co to jest czujnik czasu lotu (ToF)?

Czujnik czasu lotu (ToF), zwany także kamerą ToF, to wyspecjalizowany czujnik mierzący czas lotu głębokość lub odległość do obiektu, emitując wiązkę światła podczerwonego i mierząc czas zwroty. Stąd nazwa Czas lotu.

Jest to bardzo podobne do kamer LiDAR, które można znaleźć w telefonach iPhone Pro, a nawet w niektórych smartfonach (w tym iPhone) systemach wykrywania twarzy, w których urządzenie tworzy mapę twarzy właściciela w podczerwieni i wykorzystuje ją jako odniesienie do osoby, którą widzi, aby określić, czy odblokować urządzenie, czy nie. To mówi,

Czujniki ToF i LiDAR mają swoje różnice.

Używanie odbitego światła (lub dźwięku) do pomiaru odległości również nie jest nowym pomysłem. Podobne urządzenia, takie jak czujniki ultradźwiękowe i czujniki podczerwieni, istnieją już znacznie dłużej, zapewniając zasadniczo tę samą funkcjonalność, choć z dużo mniejszą ilością szczegółów. Zaletami czujnika ToF są precyzyjne i szybkie pomiary, większy zasięg oraz bezpieczeństwo użytkowania.

W porównaniu z innymi technologiami pomiaru głębokości 3D, czujniki ToF są stosunkowo tanie w produkcji i użytkowaniu. Nie wymagają również dużej mocy obliczeniowej, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań takich jak smartfony, gdzie znajomość głębokości konkretnego obiektu może ułatwić funkcje, takie jak tryb portretowy, a moc obliczeniowa jest na wagę złota.

Czujniki ToF są produkowane przez różnych producentów, w tym Sony, które dostarcza Apple czujniki 3D wykorzystujące technologię ToF. Inni popularni producenci czujników ToF to TeraRanger One, Lucid, Adafruit i ASC TigerCub.

Jak działa czujnik czasu lotu (ToF)?

Jak wspomniano wcześniej, czujniki ToF wykorzystują światło podczerwone do pomiaru odległości obiektu od czujnika. Mały laser na podczerwień emituje światło, które odbija się od obiektu i wraca do czujnika. Czujnik może dokładnie zmierzyć odległość obiektu, mierząc czas potrzebny na odbicie światła i powrót do aparatu.

Ponieważ znamy już prędkość światła i fakt, że pokonuje ono dokładnie dwa razy większą odległość między czujnikiem a obiektem, obliczenie odległości za pomocą podstaw staje się proste formuła:

(Prędkość światła x Czas lotu)/2

Niektóre kamery ToF mogą również wykorzystywać fale ciągłe do wykrywania przesunięć fazowych w odbitym świetle w celu określenia zarówno głębokości, jak i odległości. Ponownie, w zależności od rodzaju używanego czujnika, możesz być w stanie wyodrębnić wiele informacji. Można to wykorzystać do tworzenia map 3D otoczenia czujnika.

Gdzie są używane czujniki ToF?

Jak wspomniano, czujniki ToF były używane w wielu smartfonach jako aparat „głębi”, aby pomóc głównemu aparatowi urządzenia w tworzeniu wyższej jakości zdjęć w trybie portretowym. Te zdjęcia mają na celu stworzenie płytkiej głębi ostrości w celu odtworzenia obiektywu aparatu. Ponieważ znajomość głębi różnych obiektów na takich zdjęciach ma kluczowe znaczenie dla uzyskania odpowiedniego rozmycia tła, kamery i czujniki ToF mogą mieć duże znaczenie.

Ponadto kamery ToF są również używane w uwierzytelnianiu biometrycznym, gdzie urządzenie z kamerą ToF może utworzyć mapę 3D twarzy, która posłuży jako punkt odniesienia do odblokowania urządzenia. Zasadniczo jest to sposób technologia odblokowywania twarzy działa, w tym Apple Face ID. Jest to również bezpieczniejsze niż zwykłe porównywanie dwóch obrazów w celu ustalenia dopasowania, ponieważ jest więcej danych do pracy w porównaniu z tradycyjnymi wizja komputerowa algorytmy działające na danych 2D.

Są powszechnie stosowane w samochodach elektrycznych i innych systemach nawigacyjnych dzięki możliwościom wykrywania obiektów i wysokiemu współczynnikowi odpytywania, który w przypadku niektórych czujników może sięgać prawie 160 Hz. To czyni je idealnymi do zastosowań w czasie rzeczywistym, takich jak wykrywanie obiektów, nawigacja, a nawet rozmycie tła podczas połączeń Zoom.

Ta umiejętność rozróżniania obiektu od tła jest również często stosowana w druku 3D. Kamery ToF mogą z łatwością odtworzyć rzeczywisty obiekt we wszystkich trzech wymiarach, oszczędzając kłopotów związanych z projektowaniem go od podstaw, zwłaszcza jeśli jest to złożona struktura.

Czujniki ToF pomagają również w obrazowaniu 3D i ulepszaniu doświadczeń AR, oprócz skanowania obiektów, nawigacji gestami i nawigacji w pomieszczeniach.

Czujniki ToF można znaleźć na Xbox Kinect firmy Microsoft i innych projekty rozpoznawania gestów, drony i zestawy słuchawkowe AR. Ogólnie rzecz biorąc, ich wszechstronność oznacza, że ​​ich zastosowania sięgają od zestawu kamer w smartfonie po autonomiczny system nawigacji samochodowej.

Czy potrzebujesz aparatu ToF w swoim telefonie?

Nie bardzo.

Fotografia komputerowa przeszła długą drogę, a większość nowoczesnych smartfonów ma wystarczająco dobre oprogramowanie, aby całkowicie oddzielić obiekt od tła za pomocą oprogramowania. Ponadto, jeśli chodzi o fotografowanie smartfonami, liczba megapikseli i rozmiar czujnika aparatu mogą mieć znacznie większe znaczenie.

Chociaż był czas, kiedy kamery ToF były powszechnie widywane na flagowych smartfonach, teraz są one najczęściej spotykane urządzenia średniej klasy lub w ofercie iPhone Pro w postaci czujników LiDAR, koncepcja, która działa na czas lotu zasada.

Jednak posiadanie aparatu ToF w telefonie może się czasami przydać, szczególnie w zakresie uwierzytelniania biometrycznego. Może również zapewnić narzędzie do pomiaru odległości wbudowane w telefon i dostarczyć więcej danych dotyczących głębokości oprogramowanie do fotografii obliczeniowej uruchomione w telefonie, co skutkuje jeszcze lepszym trybem portretowym strzały.

Poznaj swoje czujniki

Smartfony są wyposażone w coraz więcej czujników, aby Twoje wrażenia były o wiele lepsze. Aparat ToF to kolejny z tych czujników w telefonie, którego nie można używać bezpośrednio, ale może mieć duży wpływ na kilka innych funkcji.