Co je senzor doby letu a jak funguje ToF?

Jak jsou smartphony stále vyspělejší, obsahují také stále větší množství senzorů, které předávají data zpět do zařízení, aby se zlepšil uživatelský zážitek.

Moderní smartphony mají snímače otisků prstů na displeji, LiDAR, lepší a větší snímače fotoaparátu než kdy jindy a na některých zařízeních dokonce snímače času letu (ToF). Ale ze všech různých senzorů, které na svém telefonu uvidíte, vyniká senzor ToF, většinou proto, že velmi konkrétním a nepozorovaným způsobem ovlivňuje věci, které děláme na našich chytrých telefonech.

Co je senzor doby letu (ToF)?

Senzor doby letu (ToF), nazývaný také ToF kamera, je specializovaný senzor, který měří hloubka nebo vzdálenost k objektu vyzařováním infračerveného paprsku světla a měřením času se vrací. Odtud název Time of Flight.

To je velmi podobné kamerám LiDAR, které se nacházejí v řadě iPhone Pro a dokonce i na některých systémech detekce obličeje pro chytré telefony (včetně iPhone), kde zařízení vytvoří infračervenou mapu obličeje majitele a použije ji jako referenci proti osobě, kterou vidí, aby určila, zda zařízení odemknout nebo ne. Bylo řečeno,

Senzory ToF a LiDAR mají své rozdíly.

Použití odraženého světla (nebo zvuku) k měření vzdálenosti také není nový nápad. Podobná zařízení, jako jsou ultrazvukové a IR senzory, existují mnohem déle a poskytují v podstatě stejné funkce, i když s mnohem méně podrobnostmi. Mezi výhody ToF senzoru patří přesná a rychlá měření, delší dosah a bezpečnost použití.

Ve srovnání s jinými technologiemi 3D měření hloubky jsou snímače ToF relativně levné na výrobu a použití. Také nevyžadují velký výpočetní výkon, takže jsou ideální pro případy použití, jako jsou chytré telefony, kde znalost hloubky konkrétního objektu může pomoci usnadnit funkce jako režim na výškua výpočetní výkon je na prvním místě.

Senzory ToF vyrábí různí výrobci, včetně Sony, která Applu poskytuje 3D senzory využívající technologii ToF. Mezi další oblíbené výrobce snímačů ToF patří TeraRanger One, Lucid, Adafruit a ASC TigerCub.

Jak funguje senzor doby letu (ToF)?

Jak již bylo zmíněno, senzory ToF používají infračervené světlo k měření vzdálenosti objektu od senzoru. Malý infračervený laser vystřeluje světlo, které se odráží od předmětu a vrací se zpět k senzoru. Snímač dokáže přesně změřit vzdálenost objektu měřením doby, za kterou se světlo odrazilo zpět a vrátilo se do fotoaparátu.

Protože už známe rychlost světla a skutečnost, že urazí přesně dvojnásobnou vzdálenost mezi senzorem a objektem je snadné zjistit vzdálenost pomocí základního vzorec:

(Rychlost světla x Doba letu)/2

Některé kamery ToF mohou také používat spojité vlny k detekci fázových posunů v odraženém světle a určit hloubku i vzdálenost. Opět, v závislosti na typu senzoru, který používáte, můžete být schopni extrahovat spoustu informací. Toho lze využít k vytvoření 3D map okolí senzoru.

Kde se používají ToF senzory?

Jak již bylo zmíněno, senzory ToF byly používány v mnoha chytrých telefonech jako „hloubkový“ fotoaparát, který pomáhal hlavnímu fotoaparátu zařízení při vytváření kvalitnějších fotografií v portrétním režimu. Tyto fotografie mají za cíl vytvořit malou hloubku ostrosti, aby replikovala čočku fotoaparátu. Vzhledem k tomu, že znalost hloubky různých objektů na takových fotografiích je rozhodující pro správné rozostření pozadí, mohou kamery a senzory ToF znamenat značný rozdíl.

Kromě toho se kamery ToF používají také při biometrické autentizaci, kdy zařízení s kamerou ToF dokáže vytvořit 3D mapu obličeje, která se použije jako reference pro odemknutí zařízení. V podstatě takto technologie odemykání obličejem funguje, včetně Face ID společnosti Apple. Je to také bezpečnější než pouhé porovnávání dvou obrázků k určení shody, protože ve srovnání s tradičními je k dispozici více dat, se kterými lze pracovat. počítačové vidění algoritmy, které pracují s 2D daty.

Běžně se používají v elektrických autech a dalších navigačních systémech díky jejich schopnostem detekce objektů a vysoké frekvenci dotazování, která může být u některých senzorů téměř 160 Hz. Díky tomu jsou ideální pro aplikace v reálném čase, jako je detekce objektů, navigace a dokonce i rozmazání pozadí při hovorech se Zoomem.

Tato schopnost rozlišovat mezi objektem a pozadím je také často aplikována na 3D tisk. Kamery ToF dokážou snadno replikovat skutečný objekt ve všech třech rozměrech, což vám ušetří námahu s jeho navrhováním od nuly, zvláště pokud se jedná o složitou strukturu.

Senzory ToF také pomáhají při 3D zobrazování a zlepšování zážitků v AR kromě skenování objektů, navigace gesty a vnitřní navigace.

Senzory ToF najdete na Xbox Kinect od Microsoftu a dalších projekty rozpoznávání gest, drony a náhlavní soupravy pro AR. Celkově jejich všestrannost znamená, že jejich případy použití sahají od sady fotoaparátů smartphonu až po navigační systém autonomního automobilu.

Potřebujete kameru ToF na svém telefonu?

Spíš ne.

Počítačová fotografie ušla dlouhou cestu a většina moderních smartphonů má dostatečně dobrý software, aby pomocí softwaru zcela oddělila objekt od pozadí. Navíc, pokud jde o fotografování smartphonem, počet megapixelů a velikost snímače fotoaparátu mohou mít mnohem větší rozdíl.

Zatímco bývaly časy, kdy byly ToF kamery běžně k vidění na vlajkových smartphonech, nyní je většinou najdete na zařízení střední třídy nebo na řadě iPhone Pro ve formě senzorů LiDAR, koncept, který funguje na Time of Flight zásada.

Mít kameru ToF v telefonu se však může občas hodit, zejména pokud jde o biometrické ověřování. Může také poskytnout nástroj pro měření vzdálenosti vestavěný do vašeho telefonu a poskytnout více údajů o hloubce počítačový fotografický software běžící na vašem telefonu, což má za následek ještě lepší portrétní režim výstřely.

Poznejte své senzory

Smartphony jsou vybaveny stále více senzory, aby byl váš zážitek mnohem lepší. Kamera ToF je jen dalším z těch senzorů na vašem telefonu, které nelze použít přímo, ale mohou mít velký vliv na několik dalších funkcí.