Τι είναι ο αισθητήρας ώρας πτήσης και πώς λειτουργεί το ToF;

Καθώς τα smartphone γίνονται πιο προηγμένα, συσκευάζουν επίσης έναν ολοένα και μεγαλύτερο αριθμό αισθητήρων που τροφοδοτούν δεδομένα πίσω στη συσκευή για να κάνουν την εμπειρία του χρήστη καλύτερη.

Τα σύγχρονα smartphone διαθέτουν αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη, LiDAR, καλύτερους και μεγαλύτερους αισθητήρες κάμερας από ποτέ, και σε ορισμένες συσκευές, ακόμη και αισθητήρες Time of Flight (ToF). Αλλά από όλους τους διαφορετικούς αισθητήρες που θα δείτε στο τηλέφωνό σας, ο αισθητήρας ToF ξεχωρίζει, κυρίως επειδή επηρεάζει τα πράγματα που κάνουμε στα smartphone μας με πολύ ιδιαίτερο και απαρατήρητο τρόπο.

Τι είναι ο αισθητήρας ώρας πτήσης (ToF);

Ο αισθητήρας Time of Flight (ToF), που ονομάζεται επίσης κάμερα ToF, είναι ένας εξειδικευμένος αισθητήρας που μετρά το βάθος ή απόσταση από ένα αντικείμενο εκπέμποντας μια υπέρυθρη δέσμη φωτός και μετρώντας το χρόνο επιστρέφει. Εξ ου και το όνομα, Time of Flight.

Αυτό μοιάζει πολύ με τις κάμερες LiDAR που βρίσκονται στη σειρά iPhone Pro και ακόμη και σε ορισμένα συστήματα ανίχνευσης προσώπου smartphone (συμπεριλαμβανομένου του iPhone), όπου το η συσκευή δημιουργεί έναν υπέρυθρο χάρτη του προσώπου του ιδιοκτήτη και τον χρησιμοποιεί ως αναφορά ενάντια στο άτομο που βλέπει για να καθορίσει εάν θα ξεκλειδώσει τη συσκευή ή δεν. Εχοντας πεί αυτό, Οι αισθητήρες ToF και το LiDAR έχουν τις διαφορές τους.

Η χρήση ανακλώμενου φωτός (ή ήχου) για τη μέτρηση της απόστασης δεν είναι επίσης μια νέα ιδέα. Παρόμοιες συσκευές όπως αισθητήρες υπερήχων και υπερύθρων υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό, παρέχοντας ουσιαστικά την ίδια λειτουργικότητα, αν και με πολύ λιγότερες λεπτομέρειες. Τα πλεονεκτήματα ενός αισθητήρα ToF περιλαμβάνουν ακριβείς και γρήγορες μετρήσεις, μεγαλύτερη εμβέλεια και ασφάλεια χρήσης.

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες μέτρησης βάθους 3D, οι αισθητήρες ToF είναι σχετικά φθηνοί στην παραγωγή και χρήση. Επίσης, δεν απαιτούν μεγάλη επεξεργαστική ισχύ, καθιστώντας τα ιδανικά για περιπτώσεις χρήσης όπως smartphone, όπου η γνώση του βάθους ενός συγκεκριμένου αντικειμένου μπορεί να βοηθήσει χαρακτηριστικά όπως η λειτουργία πορτραίτου, και η επεξεργαστική ισχύς είναι κορυφαία.

Οι αισθητήρες ToF κατασκευάζονται από διάφορους κατασκευαστές, συμπεριλαμβανομένης της Sony, η οποία παρέχει στην Apple αισθητήρες 3D χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ToF. Άλλοι δημοφιλείς κατασκευαστές αισθητήρων ToF περιλαμβάνουν τους TeraRanger One, Lucid, Adafruit και ASC TigerCub.

Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας ώρας πτήσης (ToF);

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι αισθητήρες ToF χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως για να μετρήσουν την απόσταση ενός αντικειμένου από τον αισθητήρα. Ένα μικροσκοπικό υπέρυθρο λέιζερ εκτοξεύει φως, το οποίο αναπηδά από ένα αντικείμενο και επιστρέφει στον αισθητήρα. Ο αισθητήρας μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια την απόσταση ενός αντικειμένου μετρώντας το χρόνο που χρειάστηκε για να αναπηδήσει το φως και να επιστρέψει στην κάμερα.

Αφού γνωρίζουμε ήδη την ταχύτητα του φωτός και το γεγονός ότι διανύει ακριβώς τη διπλάσια απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου, γίνεται απλό να υπολογίσετε την απόσταση χρησιμοποιώντας ένα βασικό τύπος:

(Ταχύτητα φωτός x Χρόνος πτήσης)/2

Ορισμένες κάμερες ToF μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν συνεχή κύματα για να ανιχνεύουν μετατοπίσεις φάσης στο ανακλώμενο φως για να προσδιορίσουν τόσο το βάθος όσο και την απόσταση. Και πάλι, ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα που χρησιμοποιείτε, ίσως μπορείτε να εξαγάγετε πολλές πληροφορίες. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών του περιβάλλοντος χώρου του αισθητήρα.

Πού χρησιμοποιούνται οι αισθητήρες ToF;

Όπως αναφέρθηκε, οι αισθητήρες ToF χρησιμοποιήθηκαν σε πολλά smartphone ως κάμερα "βάθους" για να βοηθήσουν την κύρια κάμερα της συσκευής να παράγει φωτογραφίες υψηλότερης ποιότητας σε λειτουργία πορτρέτου. Αυτές οι φωτογραφίες στοχεύουν στη δημιουργία ενός μικρού βάθους πεδίου για την αναπαραγωγή ενός φακού κάμερας. Δεδομένου ότι η γνώση του βάθους των διαφορετικών αντικειμένων σε τέτοιες φωτογραφίες είναι κρίσιμη για να διορθωθεί η θολότητα του φόντου, οι κάμερες και οι αισθητήρες ToF μπορούν να κάνουν τη διαφορά.

Επιπλέον, οι κάμερες ToF χρησιμοποιούνται επίσης στον βιομετρικό έλεγχο ταυτότητας, όπου μια συσκευή με κάμερα ToF μπορεί να δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη ενός προσώπου για χρήση ως αναφορά για το ξεκλείδωμα της συσκευής. Αυτό είναι ουσιαστικά το πώς Η τεχνολογία ξεκλειδώματος προσώπου λειτουργεί, συμπεριλαμβανομένου του Face ID της Apple. Είναι επίσης πιο ασφαλές από τη σύγκριση δύο εικόνων για τον προσδιορισμό μιας αντιστοιχίας, καθώς υπάρχουν περισσότερα δεδομένα για εργασία σε σύγκριση με τα παραδοσιακά όραση υπολογιστή αλγόριθμους που λειτουργούν σε δεδομένα 2D.

Χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα και άλλα συστήματα πλοήγησης χάρη στις δυνατότητες ανίχνευσης αντικειμένων και στον υψηλό ρυθμό μέτρησης, που μπορεί να είναι σχεδόν 160 Hz σε ορισμένους αισθητήρες. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο, όπως η ανίχνευση αντικειμένων, η πλοήγηση, ακόμη και το θάμπωμα του φόντου στις κλήσεις Zoom.

Αυτή η ικανότητα διαφοροποίησης μεταξύ του θέματος και του φόντου εφαρμόζεται συχνά και στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Οι κάμερες ToF μπορούν εύκολα να αναπαράγουν ένα πραγματικό αντικείμενο και στις τρεις διαστάσεις, εξοικονομώντας σας από την ταλαιπωρία να το σχεδιάσετε από την αρχή, ειδικά αν πρόκειται για μια πολύπλοκη δομή.

Οι αισθητήρες ToF βοηθούν επίσης στην τρισδιάστατη απεικόνιση και στη βελτίωση των εμπειριών AR, εκτός από τη σάρωση αντικειμένων, την πλοήγηση με χειρονομίες και την πλοήγηση σε εσωτερικούς χώρους.

Μπορείτε να βρείτε αισθητήρες ToF στο Xbox Kinect της Microsoft και σε άλλα έργα αναγνώρισης χειρονομιών, drones και ακουστικά AR. Συνολικά, η ευελιξία τους σημαίνει ότι οι περιπτώσεις χρήσης τους κυμαίνονται από οπουδήποτε μεταξύ μιας σουίτας κάμερας smartphone έως το σύστημα πλοήγησης ενός αυτόνομου αυτοκινήτου.

Χρειάζεστε μια κάμερα ToF στο τηλέφωνό σας;

Όχι πραγματικά.

Η υπολογιστική φωτογραφία έχει προχωρήσει πολύ και τα περισσότερα σύγχρονα smartphone διαθέτουν αρκετά καλό λογισμικό ώστε να διαχωρίζουν πλήρως το θέμα από το φόντο χρησιμοποιώντας λογισμικό. Επιπλέον, όσον αφορά τη φωτογραφία smartphone, ο αριθμός των megapixel και το μέγεθος του αισθητήρα της κάμερας μπορούν να κάνουν πολύ μεγαλύτερη διαφορά.

Ενώ υπήρχε μια εποχή που οι κάμερες ToF εμφανίζονταν συνήθως σε ναυαρχίδες smartphone, τώρα βρίσκονται κυρίως σε συσκευές μεσαίας κατηγορίας ή στη σειρά iPhone Pro με τη μορφή αισθητήρων LiDAR, μια ιδέα που λειτουργεί την ώρα της πτήσης αρχή.

Ωστόσο, η ύπαρξη κάμερας ToF στο τηλέφωνό σας μπορεί να είναι χρήσιμη κατά καιρούς, ειδικά όσον αφορά τον βιομετρικό έλεγχο ταυτότητας. Μπορεί επίσης να παρέχει ένα βοηθητικό πρόγραμμα μέτρησης απόστασης ενσωματωμένο στο τηλέφωνό σας και να παρέχει περισσότερα δεδομένα βάθους το λογισμικό υπολογιστικής φωτογραφίας που τρέχει στο τηλέφωνό σας, με αποτέλεσμα ακόμα καλύτερη λειτουργία πορτρέτου πυροβολισμοί.

Γνωρίστε τους αισθητήρες σας

Τα smartphone γεμίζουν με όλο και περισσότερους αισθητήρες για να κάνουν την εμπειρία σας πολύ καλύτερη. Μια κάμερα ToF είναι απλώς ένας από αυτούς τους αισθητήρες στο τηλέφωνό σας που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας, αλλά μπορεί να κάνει μεγάλη διαφορά σε πολλά άλλα χαρακτηριστικά.