Ce este un senzor de timp de zbor și cum funcționează ToF?

Pe măsură ce smartphone-urile devin mai avansate, ele includ și o cantitate din ce în ce mai mare de senzori care transmit date înapoi către dispozitiv pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului.

Smartphone-urile moderne au senzori de amprentă în afișaj, LiDAR, senzori de cameră mai buni și mai mari ca niciodată, iar pe unele dispozitive, chiar și senzori de timp de zbor (ToF). Dar dintre toți senzorii diferiți pe care îi veți vedea pe telefon, senzorul ToF iese în evidență, mai ales pentru că afectează lucrurile pe care le facem pe smartphone-urile noastre într-un mod foarte particular și neobservat.

Ce este un senzor de timp de zbor (ToF)?

Un senzor de timp de zbor (ToF), numit și o cameră ToF, este un senzor specializat care măsoară adâncimea sau distanța până la un obiect prin emiterea unui fascicul de lumină infraroșu și măsurarea timpului acestuia se intoarce. De aici și numele, Time of Flight.

Acest lucru este foarte asemănător cu camerele LiDAR găsite pe gama iPhone Pro și chiar pe unele sisteme de detectare facială pentru smartphone (inclusiv iPhone), unde dispozitivul creează o hartă în infraroșu a feței proprietarului și o folosește ca referință față de persoana pe care o vede pentru a determina dacă să deblocheze dispozitivul sau nu. Acestea fiind spuse, Senzorii ToF și LiDAR au diferențele lor.

Nici folosirea luminii reflectate (sau a sunetului) pentru a măsura distanța nu este o idee nouă. Dispozitive similare, cum ar fi senzorii cu ultrasunete și IR, există de mult mai mult timp, oferind în esență aceeași funcționalitate, deși cu mult mai puține detalii. Avantajele unui senzor ToF includ măsurători precise și rapide, o rază mai lungă de acțiune și siguranță de utilizare.

În comparație cu alte tehnologii de măsurare a adâncimii 3D, senzorii ToF sunt relativ ieftini de produs și utilizat. De asemenea, nu necesită multă putere de procesare, ceea ce le face ideale pentru cazuri de utilizare precum smartphone-urile, unde cunoașterea adâncimii unui anumit obiect poate ajuta la facilitarea caracteristici precum modul portret, iar puterea de procesare este la o primă.

Senzorii ToF sunt fabricați de diverși producători, inclusiv Sony, care furnizează Apple senzori 3D folosind tehnologia ToF. Alți producători populari de senzori ToF includ TeraRanger One, Lucid, Adafruit și ASC TigerCub.

Cum funcționează un senzor de timp de zbor (ToF)?

După cum am menționat anterior, senzorii ToF folosesc lumina infraroșie pentru a măsura distanța unui obiect față de senzor. Un mic laser cu infraroșu trage lumină, care sare de pe un obiect și revine la senzor. Senzorul poate măsura cu precizie distanța unui obiect, măsurând timpul necesar pentru ca lumina să revină și să revină la cameră.

Din moment ce știm deja viteza luminii și faptul că ea parcurge exact de două ori distanța între senzor și obiect, devine simplu să calculezi distanța folosind o bază formulă:

(Viteza luminii x Timpul zborului)/2

Unele camere ToF pot folosi, de asemenea, unde continue pentru a detecta schimbările de fază în lumina reflectată pentru a determina atât adâncimea, cât și distanța. Din nou, în funcție de tipul de senzor pe care îl utilizați, este posibil să puteți extrage o mulțime de informații. Acesta poate fi folosit pentru a crea hărți 3D ale împrejurimilor senzorului.

Unde sunt folosiți senzorii ToF?

După cum am menționat, senzorii ToF au fost utilizați în multe smartphone-uri ca o cameră „de adâncime” pentru a ajuta camera principală a dispozitivului să producă fotografii de calitate superioară în modul portret. Aceste fotografii urmăresc să creeze o adâncime mică de câmp pentru a reproduce obiectivul unei camere. Deoarece cunoașterea adâncimii diferitelor obiecte din astfel de fotografii este esențială pentru a obține neclaritatea corectă a fundalului, camerele și senzorii ToF pot face o diferență semnificativă.

În plus, camerele ToF sunt folosite și în autentificarea biometrică, unde un dispozitiv cu o cameră ToF poate crea o hartă 3D a unei fețe pentru a o folosi ca referință pentru deblocarea dispozitivului. Acesta este, în esență, cum tehnologia de deblocare facială funcționează, inclusiv Face ID de la Apple. Este, de asemenea, mai sigur decât doar compararea a două imagini pentru a determina o potrivire, deoarece există mai multe date cu care să lucrați în comparație cu cele tradiționale. viziune computerizată algoritmi care operează pe date 2D.

Sunt utilizate în mod obișnuit în mașinile electrice și în alte sisteme de navigație datorită capacităților lor de detectare a obiectelor și ratei ridicate de sondare, care poate fi de aproape 160 Hz la unii senzori. Acest lucru le face perfecte pentru aplicații în timp real, cum ar fi detectarea obiectelor, navigarea și chiar estomparea fundalului la apelurile dvs. Zoom.

Această capacitate de a diferenția între subiect și fundal este adesea aplicată și imprimării 3D. Camerele ToF pot replica cu ușurință un obiect din viața reală în toate cele trei dimensiuni, scutindu-vă de bătaia de cap de a-l proiecta de la zero, mai ales dacă este o structură complexă.

Senzorii ToF ajută, de asemenea, la imagistica 3D și la îmbunătățirea experiențelor AR, pe lângă scanarea obiectelor, navigarea prin gesturi și navigarea în interior.

Puteți găsi senzori ToF pe Xbox Kinect de la Microsoft și altele proiecte de recunoaștere a gesturilor, drone și căști AR. În general, versatilitatea lor înseamnă că cazurile lor de utilizare variază de la o suită de camere pentru smartphone la sistemul de navigație al unei mașini autonome.

Ai nevoie de o cameră ToF pe telefonul tău?

Nu chiar.

Fotografia computațională a parcurs un drum lung, iar majoritatea smartphone-urilor moderne au un software suficient de bun pentru a separa complet subiectul de fundal folosind software. În plus, când vine vorba de fotografia de smartphone, numărul de megapixeli și dimensiunea senzorului camerei pot face o diferență mult mai mare.

Deși a existat o perioadă în care camerele ToF erau văzute în mod obișnuit pe smartphone-urile emblematice, acum se găsesc mai ales pe dispozitive de gamă medie sau pe gama iPhone Pro sub formă de senzori LiDAR, un concept care funcționează pe Time of Flight principiu.

Cu toate acestea, a avea o cameră ToF pe telefon poate fi util uneori, mai ales în ceea ce privește autentificarea biometrică. De asemenea, poate oferi un utilitar de măsurare a distanței încorporat în telefonul dvs. și poate oferi date mai detaliate software-ul de fotografie de calcul care rulează pe telefonul dvs., rezultând un mod portret și mai bun lovituri.

Cunoaște-ți senzorii

Smartphone-urile sunt dotate cu din ce în ce mai mulți senzori pentru a vă îmbunătăți experiența. O cameră ToF este doar unul dintre acei senzori de pe telefonul dvs. care nu poate fi utilizat direct, dar poate face o mare diferență față de câteva alte funcții.