Na wielu gadżetach pojawiają się kamery określające czas przelotu. Te kamery ToF mierzą głębokość sceny - i są używane do mapowania otoczenia, nawigacji wokół przeszkód i nie tylko. Przyjrzyjmy się bliżej temu, co robi kamera do pomiaru czasu przelotu, do czego jest używana i jakie elementy technologii ją wykorzystują…
Co to jest czas lotu?
Najłatwiejszy sposób myślenia o czasie lotu jest podobny do systemu sonarowego - z wyjątkiem tego, że wykorzystuje on światło, a nie dźwięk do wykrywania rzeczy.
Kamery czasu przelotu lub kamery ToF stają się coraz bardziej powszechne w telefonach komórkowych, dronach i robotach przemysłowych. Znane również jako kamery głębi, odwzorowują otoczenie, tworząc podstawową trójwymiarową reprezentację tego, co jest przed nimi.
Kamerę można wykorzystać na przykład w dronie lub samochodzie, aby pomóc jej omijać przeszkody. Ale zastosowania, których można użyć ToF, mogą być również wykorzystane do identyfikacji podmiotu lub rozpoznawania gestów. ToF może być używane w aplikacjach zabezpieczających - pomagających zidentyfikować użytkownika - lub po prostu, być może, wskazujących różnicę między kotem sąsiada a intruzem.
Odgrywają również ważną rolę w aplikacjach VR i rozszerzonej rzeczywistości - pozwalają na przykład na nakładanie wirtualnego świata na świat rzeczywisty.
Jak działają kamery Time of Flight?
Kamera czasu przelotu ma czujnik obrazu w podobny sposób jak zwykły aparat cyfrowy. Ale zadaniem każdej fotopłyty na matrycy CCD jest zmierzenie czasu potrzebnego na powrót wiązki światła podczerwonego z kamery do kamery - po tym jak odbija się ona od obiektów na scenie przed nią. Cała scena jest rejestrowana i mierzona za pomocą jednego impulsu światła - dzięki czemu nie ma żadnych ruchomych części.
Skoro mówimy o prędkości światła, pomiar odbywa się w znacznie krótszym czasie. Jak powie każdy uczony-kujon, światło porusza się z prędkością 300 000 km na sekundę. Na przykład w przypadku obiektu oddalonego o 5 metrów różnica czasu między światłem opuszczającym aparat a powracającym wynosi zaledwie 33 nanosekundy. Lub 0,000000033 s, jeśli wolisz.
Te różnice czasowe są mierzone w każdym pikselu na całym obrazie - i to właśnie ten „obraz” tworzy trójwymiarową mapę sceny. I może to robić w sposób ciągły - z typową maksymalną liczbą klatek na sekundę 60 kl./s.
Technologia ta istnieje już od jakiegoś czasu - ale wymagana szybkość przetwarzania oznacza, że ta technologia wykrywania głębi potrzebowała trochę czasu, zanim dotarła do codziennych gadżetów.
Obecne kamery ToF mają raczej niską rozdzielczość. Kamera czasu przelotu w niedawno ogłoszonym Samsungu S10 5G ma tylko 240x160 pikseli.
Dlaczego aparaty ToF w telefonach?
Najnowsza generacja telefonów komórkowych ma nie tylko jeden aparat. Od dłuższego czasu mają dwie - jedną do zdjęć tego, co jest przed nimi, a drugą do selfie. Ale najnowsze telefony mają teraz kilka przednich aparatów - z dwoma do sześciu różnych obiektywów, każdy z własnymi czujnikami. Niektóre z nich służą do wyboru różnych ogniskowych - aby uzyskać naprawdę szerokokątny widok, jeśli chcesz, lub przyzwoity teleobiektyw bez konieczności przycinania obrazu.
Ale coraz częściej widzimy, że jedna z tych dodatkowych kamer z przodu smartfonów jest czujnikiem ToF.
Czujnik ToF można wykorzystać do nadania dodatkowych funkcji - a zarejestrowane przez niego informacje o głębokości mogą być wykorzystywane na różne sposoby przez różne aplikacje w telefonie.
Kamera ToF może być używana na przykład do rozpoznawania gestów - dzięki czemu możesz rozpoznać, że chcesz, aby aparat zrobił zdjęcie, gdy podnosisz rękę.
Podobnie informacje o głębi mogą pomóc oprogramowaniu sztucznej inteligencji w telefonie w rozogniskowaniu tła obrazu - zapewniając rozmycie bokeh uwielbiane przez profesjonalnych fotografów portretowych.
Które telefony mają aparaty ToF?
Telefony z aparatem, które zostały już wydane lub wyciekły do tej pory z aparatami ToF, obejmują:
- Samsung Galaxy S10 5G
- LG G8 Thin Q
- Oppo RX17 Pro
- Honor Zobacz 20
- Huawei P30 Pro
- Oppo Reno
- Sony Xperia XZ4
Jakie inne aplikacje używają ToF?
Czas przelotu jest wykorzystywany w wielu różnych zastosowaniach… i nie zawsze łatwo jest przewidzieć, w jaki sposób zostaną one wykorzystane. Telefony komórkowe częściowo zawierają tę technologię, dzięki czemu można je zintegrować z oprogramowaniem i aplikacjami, które nie zostały jeszcze napisane.
W miejscu pracy czujniki ToF i kamery są sprzedawane jako komponenty. Mogą więc na przykład być używane na liniach produkcyjnych przez roboty do wybierania odpowiedniego komponentu lub wykrywania wadliwych towarów.
W przypadku dronów ToF to świetny sposób na dostrzeżenie i omijanie przeszkód - ale jest szczególnie przydatny podczas poruszania się po budynkach.
Więcej czytania
Co to jest 5G? A co to będzie oznaczać dla fotografów?
Co to jest 8K? A co to będzie oznaczać dla fotografów i kamerzystów?
Najlepszy telefon z aparatem w 2022-2023 roku: najlepsze aparaty do smartfonów w teście