Kaj je senzor časa leta in kako deluje ToF?

Ko postajajo pametni telefoni naprednejši, vsebujejo tudi vedno več senzorjev, ki pošiljajo podatke nazaj v napravo, da izboljšajo uporabniško izkušnjo.

Sodobni pametni telefoni imajo vgrajene senzorje prstnih odtisov, LiDAR, boljše in večje senzorje kamere kot kdaj koli prej, na nekaterih napravah pa celo senzorje časa leta (ToF). Toda izmed vseh različnih senzorjev, ki jih boste videli na svojem telefonu, senzor ToF izstopa predvsem zato, ker na zelo poseben in neopazen način vpliva na stvari, ki jih počnemo na naših pametnih telefonih.

Kaj je senzor časa leta (ToF)?

Senzor časa leta (ToF), imenovan tudi kamera ToF, je specializiran senzor, ki meri globino ali razdaljo do predmeta z oddajanjem infrardečega žarka svetlobe in merjenjem časa vrača. Od tod tudi ime Čas letenja.

To je zelo podobno kameram LiDAR, ki jih najdemo v liniji iPhone Pro in celo v nekaterih sistemih za zaznavanje obrazov pametnih telefonov (vključno z iPhoneom), kjer naprava ustvari infrardeči zemljevid lastnikovega obraza in ga uporabi kot referenco glede na osebo, ki jo vidi, da ugotovi, ali naj odklene napravo ali ne. To je reklo,

Senzorji ToF in LiDAR imajo svoje razlike.

Tudi uporaba odbite svetlobe (ali zvoka) za merjenje razdalje ni nova ideja. Podobne naprave, kot so ultrazvočni in IR senzorji, obstajajo že veliko dlje in zagotavljajo v bistvu enako funkcionalnost, čeprav z veliko manj podrobnostmi. Prednosti senzorja ToF so natančne in hitre meritve, daljši doseg in varnost uporabe.

V primerjavi z drugimi tehnologijami merjenja globine 3D so senzorji ToF razmeroma poceni za proizvodnjo in uporabo. Prav tako ne potrebujejo veliko procesorske moči, zaradi česar so idealni za primere uporabe, kot so pametni telefoni, kjer lahko poznavanje globine določenega predmeta pomaga olajšati funkcije, kot je portretni način, procesorska moč pa je cenjena.

Senzorje ToF izdelujejo različni proizvajalci, vključno s Sonyjem, ki Appleu zagotavlja 3D senzorje s tehnologijo ToF. Drugi priljubljeni proizvajalci senzorjev ToF vključujejo TeraRanger One, Lucid, Adafruit in ASC TigerCub.

Kako deluje senzor časa leta (ToF)?

Kot smo že omenili, senzorji ToF uporabljajo infrardečo svetlobo za merjenje razdalje predmeta od senzorja. Majhen infrardeči laser izstreli svetlobo, ki se odbije od predmeta in se vrne v senzor. Senzor lahko natančno izmeri razdaljo predmeta z merjenjem časa, ki je bil potreben, da se svetloba odbije nazaj in vrne v kamero.

Ker že poznamo hitrost svetlobe in dejstvo, da potuje natanko dvakrat večjo razdaljo med senzorjem in predmetom postane enostavno ugotoviti razdaljo z uporabo osnovnega formula:

(Svetlobna hitrost x čas leta)/2

Nekatere kamere ToF lahko uporabljajo tudi neprekinjene valove za zaznavanje faznih premikov v odbiti svetlobi za določitev globine in razdalje. Še enkrat, glede na vrsto senzorja, ki ga uporabljate, boste morda lahko izluščili veliko informacij. To lahko uporabite za ustvarjanje 3D zemljevidov okolice senzorja.

Kje se uporabljajo senzorji ToF?

Kot že omenjeno, so bili senzorji ToF uporabljeni v številnih pametnih telefonih kot "globinska" kamera za pomoč glavni kameri naprave pri ustvarjanju fotografij višje kakovosti v portretnem načinu. Namen teh fotografij je ustvariti plitvo globinsko ostrino za posnemanje objektiva fotoaparata. Ker je poznavanje globine različnih predmetov na takšnih fotografijah ključnega pomena za pravilno zamegljenost ozadja, lahko kamere in senzorji ToF naredijo veliko razliko.

Poleg tega se kamere ToF uporabljajo tudi pri biometričnem preverjanju pristnosti, kjer lahko naprava s kamero ToF ustvari 3D zemljevid obraza, ki ga uporabi kot referenco za odklepanje naprave. To je v bistvu kako tehnologija za odklepanje obraza deluje, vključno z Applovim Face ID-jem. Je tudi bolj varen kot le primerjava dveh slik za ugotavljanje ujemanja, saj je v primerjavi s tradicionalnimi več podatkov za delo. računalniški vid algoritmi, ki delujejo na 2D podatkih.

Običajno se uporabljajo v električnih avtomobilih in drugih navigacijskih sistemih zaradi svojih zmožnosti zaznavanja objektov in visoke stopnje anketiranja, ki je lahko pri nekaterih senzorjih skoraj 160 Hz. Zaradi tega so popolni za aplikacije v realnem času, kot so zaznavanje predmetov, navigacija in celo zameglitev ozadja vaših klicev Zoom.

Ta sposobnost razlikovanja med predmetom in ozadjem se pogosto uporablja tudi pri 3D-tiskanju. Kamere ToF lahko preprosto posnemajo predmet iz resničnega življenja v vseh treh dimenzijah, kar vam prihrani težave pri načrtovanju iz nič, še posebej, če gre za zapleteno strukturo.

Senzorji ToF poleg skeniranja predmetov, navigacije s kretnjami in navigacije v zaprtih prostorih pomagajo tudi pri 3D slikanju in izboljšanju izkušenj AR.

Senzorje ToF najdete na Microsoftovem Xbox Kinectu in drugih projekti prepoznavanja kretenj, droni in slušalke AR. Na splošno njihova vsestranskost pomeni, da se njihovi primeri uporabe gibljejo od nabora kamer pametnega telefona do navigacijskega sistema avtonomnega avtomobila.

Ali potrebujete ToF kamero na telefonu?

res ne.

Računalniška fotografija je daleč napredovala in večina sodobnih pametnih telefonov ima dovolj dobro programsko opremo, da s programsko opremo popolnoma loči predmet od ozadja. Poleg tega, ko gre za fotografiranje s pametnim telefonom, lahko število megapikslov in velikost senzorja fotoaparata naredita veliko večjo razliko.

Medtem ko je bil čas, ko so bile kamere ToF običajno vidne na vodilnih pametnih telefonih, jih zdaj večinoma najdemo na napravah srednjega razreda ali v liniji iPhone Pro v obliki senzorjev LiDAR, koncepta, ki deluje na podlagi časa leta načelo.

Vendar pa lahko uporaba ToF kamere na telefonu včasih pride prav, zlasti v smislu biometrične avtentikacije. Zagotovi lahko tudi pripomoček za merjenje razdalje, vgrajen v vaš telefon, in zagotovi več podatkov o globini programsko opremo za računalniško fotografiranje, ki se izvaja na vašem telefonu, kar omogoča še boljši portretni način posnetki.

Spoznajte svoje senzorje

Pametni telefoni so opremljeni z vedno več senzorji, da bi bila vaša izkušnja veliko boljša. Kamera ToF je le še eden od tistih senzorjev v vašem telefonu, ki jih ni mogoče uporabiti neposredno, lahko pa močno spremenijo številne druge funkcije.