Какво е сензор за време на полет и как работи ToF?

Тъй като смартфоните стават все по-напреднали, те също съдържат все по-голямо количество сензори, които подават данни обратно към устройството, за да направят потребителското изживяване по-добро.

Съвременните смартфони имат сензори за пръстови отпечатъци в дисплея, LiDAR, по-добри и по-големи сензори за камера от всякога, а на някои устройства дори сензори за време на полет (ToF). Но от всички различни сензори, които ще видите на телефона си, сензорът ToF изпъква, най-вече защото засяга нещата, които правим на нашите смартфони по много специфичен и незабелязан начин.

Какво представлява сензорът за време на полет (ToF)?

Сензорът за време на полет (ToF), наричан още ToF камера, е специализиран сензор, който измерва дълбочина или разстояние до обект чрез излъчване на инфрачервен лъч светлина и измерване на времето се завръща. Оттук и името Време на полет.

Това е много подобно на LiDAR камерите, намиращи се в гамата iPhone Pro и дори в някои системи за разпознаване на лица за смартфони (включително iPhone), където устройството създава инфрачервена карта на лицето на собственика и я използва като референция срещу лицето, което вижда, за да определи дали да отключи устройството или не. Това каза,

ToF сензорите и LiDAR имат своите разлики.

Използването на отразена светлина (или звук) за измерване на разстояние също не е нова идея. Подобни устройства като ултразвукови и инфрачервени сензори съществуват от много по-дълго време, предоставяйки по същество същата функционалност, макар и с много по-малко детайли. Предимствата на ToF сензора включват прецизни и бързи измервания, по-дълъг обхват и безопасност на употреба.

В сравнение с други технологии за измерване на 3D дълбочина, ToF сензорите са сравнително евтини за производство и използване. Те също така не изискват много процесорна мощност, което ги прави идеални за случаи на употреба като смартфони, където познаването на дълбочината на определен обект може да помогне за улесняване функции като портретен режим, а процесорната мощност е на първо място.

Сензорите ToF се произвеждат от различни производители, включително Sony, който предоставя на Apple 3D сензори, използващи технологията ToF. Други популярни производители на ToF сензори включват TeraRanger One, Lucid, Adafruit и ASC TigerCub.

Как работи сензорът за време на полет (ToF)?

Както споменахме по-горе, ToF сензорите използват инфрачервена светлина за измерване на разстоянието на обект от сензора. Малък инфрачервен лазер излъчва светлина, която отскача от обект и се връща към сензора. Сензорът може точно да измерва разстоянието до обект, като измерва времето, необходимо на светлината да отскочи и да се върне към камерата.

Тъй като вече знаем скоростта на светлината и факта, че тя изминава точно два пъти по-голямо разстояние между сензора и обекта става лесно да се определи разстоянието с помощта на основен формула:

(Скорост на светлината х Време на полет)/2

Някои ToF камери могат също да използват непрекъснати вълни за откриване на фазови измествания в отразената светлина, за да определят както дълбочината, така и разстоянието. Отново, в зависимост от типа сензор, който използвате, може да успеете да извлечете много информация. Това може да се използва за създаване на 3D карти на околностите на сензора.

Къде се използват ToF сензори?

Както споменахме, ToF сензорите се използват в много смартфони като камера за „дълбочина“, за да помогнат на основната камера на устройството да произвежда снимки в портретен режим с по-високо качество. Тези снимки имат за цел да създадат малка дълбочина на рязкост, за да копират обектив на фотоапарат. Тъй като познаването на дълбочината на различните обекти в такива снимки е от решаващо значение за правилното замъгляване на фона, ToF камерите и сензорите могат да направят голяма разлика.

В допълнение, ToF камерите се използват и при биометрична автентификация, където устройство с ToF камера може да създаде 3D карта на лице, което да се използва като ориентир за отключване на устройството. По същество това е как технологията за отключване на лице работи, включително Face ID на Apple. Също така е по-сигурно от простото сравняване на две изображения за определяне на съответствие, тъй като има повече данни за работа в сравнение с традиционните компютърно зрение алгоритми, които работят с 2D данни.

Те обикновено се използват в електрически автомобили и други навигационни системи благодарение на възможностите си за откриване на обекти и високата честота на запитване, която може да бъде почти 160Hz при някои сензори. Това ги прави идеални за приложения в реално време, като откриване на обекти, навигация и дори замъгляване на фона на вашите Zoom разговори.

Тази способност за разграничаване на обекта от фона също често се прилага при 3D печат. ToF камерите могат лесно да копират обект от реалния живот във всичките три измерения, спестявайки ви неудобството да го проектирате от нулата, особено ако е сложна структура.

ToF сензорите също помагат при 3D изображения и подобряване на AR изживяванията в допълнение към сканирането на обекти, навигацията с жестове и навигацията на закрито.

Можете да намерите ToF сензори на Xbox Kinect на Microsoft и други проекти за разпознаване на жестове, дронове и AR слушалки. Като цяло тяхната гъвкавост означава, че случаите им на използване варират от комплект камера за смартфон до навигационна система за автономна кола.

Имате ли нужда от ToF камера на вашия телефон?

Не точно.

Компютърната фотография измина дълъг път и повечето съвременни смартфони имат достатъчно добър софтуер, за да отделят обекта от фона напълно с помощта на софтуер. Освен това, когато става въпрос за фотография със смартфон, броят на мегапикселите и размерът на сензора на камерата могат да направят много по-голяма разлика.

Въпреки че имаше време, когато ToF камерите бяха често срещани на водещите смартфони, сега те се намират най-вече на устройства от среден клас или в линията на iPhone Pro под формата на LiDAR сензори, концепция, която работи с Time of Flight принцип.

Въпреки това, наличието на ToF камера на вашия телефон може да бъде полезно понякога, особено по отношение на биометричното удостоверяване. Може също така да предостави помощна програма за измерване на разстояние, вградена във вашия телефон, и да предостави повече данни за дълбочина софтуерът за изчислителна фотография, работещ на вашия телефон, което води до още по-добър портретен режим изстрели.

Познайте вашите сензори

Смартфоните са пълни с все повече и повече сензори, за да направят изживяването ви много по-добро. ToF камерата е просто още един от онези сензори на вашия телефон, които не могат да се използват директно, но могат да имат голямо значение за няколко други функции.