Что такое датчик времени полета и как работает ToF?

По мере того, как смартфоны становятся все более совершенными, они также включают в себя все большее количество датчиков, которые передают данные обратно на устройство, чтобы улучшить работу пользователя.

Современные смартфоны оснащены датчиками отпечатков пальцев на дисплее, LiDAR, лучшими и большими датчиками камеры, чем когда-либо, а на некоторых устройствах даже датчиками Time of Flight (ToF). Но из всех различных датчиков, которые вы увидите на своем телефоне, датчик ToF выделяется, в основном потому, что он очень специфическим и незаметным образом влияет на то, что мы делаем на наших смартфонах.

Что такое датчик времени полета (ToF)?

Датчик времени пролета (ToF), также называемый камерой ToF, представляет собой специализированный датчик, который измеряет глубину или расстояние до объекта, излучая инфракрасный луч света и измеряя время его возвращается. Отсюда и название «Время полета».

Это очень похоже на камеры LiDAR, используемые в линейке iPhone Pro и даже в некоторых смартфонах (включая iPhone) с системами обнаружения лиц, где устройство создает инфракрасную карту лица владельца и использует ее в качестве эталона для человека, которого оно видит, чтобы определить, следует ли разблокировать устройство или нет. Тем не менее, Датчики ToF и LiDAR имеют свои различия.

Использование отраженного света (или звука) для измерения расстояния также не является новой идеей. Подобные устройства, такие как ультразвуковые и ИК-датчики, существуют гораздо дольше, предоставляя по существу те же функции, хотя и с гораздо меньшей детализацией. К преимуществам датчика ToF относятся точные и быстрые измерения, больший радиус действия и безопасность использования.

По сравнению с другими технологиями трехмерного измерения глубины, датчики ToF относительно дешевы в производстве и использовании. Они также не требуют большой вычислительной мощности, что делает их идеальными для таких случаев использования, как смартфоны, где знание глубины конкретного объекта может помочь облегчить такие функции, как портретный режим, а вычислительная мощность в большом почете.

Датчики ToF производятся различными производителями, в том числе Sony, которая поставляет Apple 3D-датчики с использованием технологии ToF. Другими популярными производителями датчиков ToF являются TeraRanger One, Lucid, Adafruit и ASC TigerCub.

Как работает датчик времени полета (ToF)?

Как упоминалось ранее, датчики ToF используют инфракрасный свет для измерения расстояния объекта от датчика. Крошечный инфракрасный лазер испускает свет, который отражается от объекта и возвращается к датчику. Датчик может точно измерить расстояние до объекта, измеряя время, необходимое свету, чтобы отразиться и вернуться в камеру.

Поскольку мы уже знаем скорость света и тот факт, что он движется ровно в два раза дальше между датчиком и объектом становится просто вычислить расстояние, используя базовый формула:

(Скорость света x Время полета)/2

Некоторые камеры ToF также могут использовать непрерывные волны для обнаружения фазовых сдвигов в отраженном свете для определения как глубины, так и расстояния. Опять же, в зависимости от типа используемого датчика вы можете извлечь много информации. Это можно использовать для создания 3D-карт окружения датчика.

Где используются датчики ToF?

Как уже упоминалось, датчики ToF использовались во многих смартфонах в качестве камеры «глубины», чтобы помочь основной камере устройства создавать фотографии более высокого качества в портретном режиме. Эти фотографии направлены на создание малой глубины резкости, чтобы воспроизвести объектив камеры. Поскольку знание глубины различных объектов на таких фотографиях имеет решающее значение для правильного размытия фона, камеры и датчики ToF могут иметь большое значение.

Кроме того, камеры ToF также используются в биометрической аутентификации, когда устройство с камерой ToF может создать 3D-карту лица, чтобы использовать ее в качестве эталона для разблокировки устройства. Вот так по сути технология разблокировки лица работает, включая Face ID от Apple. Это также более безопасно, чем простое сравнение двух изображений для определения совпадения, поскольку по сравнению с традиционными способами можно работать с большим объемом данных. компьютерное зрение алгоритмы, работающие с двумерными данными.

Они широко используются в электромобилях и других навигационных системах благодаря своим возможностям обнаружения объектов и высокой частоте опроса, которая на некоторых датчиках может достигать почти 160 Гц. Это делает их идеальными для приложений реального времени, таких как обнаружение объектов, навигация и даже размытие фона при вызовах Zoom.

Эта способность различать объект и фон также часто применяется в 3D-печати. Камеры ToF могут легко воспроизводить реальный объект во всех трех измерениях, избавляя вас от необходимости создавать его с нуля, особенно если это сложная структура.

Датчики ToF также помогают в 3D-изображениях и улучшают возможности дополненной реальности в дополнение к сканированию объектов, навигации по жестам и навигации в помещении.

Вы можете найти датчики ToF на Microsoft Xbox Kinect и других устройствах. проекты по распознаванию жестов, дроны и гарнитуры дополненной реальности. В целом, их универсальность означает, что варианты их использования варьируются от набора камер смартфона до автономной автомобильной навигационной системы.

Вам нужна камера ToF на вашем телефоне?

Не совсем.

Компьютерная фотография прошла долгий путь, и большинство современных смартфонов имеют достаточно хорошее программное обеспечение, чтобы полностью отделить объект от фона с помощью программного обеспечения. Кроме того, когда дело доходит до фотографии на смартфон, количество мегапикселей и размер сенсора камеры могут иметь гораздо большее значение.

Хотя было время, когда камеры ToF обычно можно было увидеть на флагманских смартфонах, сейчас они в основном встречаются на устройства среднего радиуса действия или в линейке iPhone Pro в виде датчиков LiDAR, концепция, которая работает на время полета принцип.

Однако время от времени наличие камеры ToF на вашем телефоне может пригодиться, особенно с точки зрения биометрической аутентификации. Он также может предоставить утилиту измерения расстояния, встроенную в ваш телефон, и предоставить больше данных о глубине для программное обеспечение вычислительной фотографии, работающее на вашем телефоне, в результате чего портретный режим становится еще лучше выстрелы.

Знай свои датчики

Смартфоны оснащаются все большим количеством датчиков, чтобы сделать ваш опыт еще лучше. Камера ToF — это еще один из тех датчиков на вашем телефоне, который нельзя использовать напрямую, но он может иметь большое значение для некоторых других функций.