Mikä on lentoaika-anturi ja miten ToF toimii?

Älypuhelimien kehittyessä ne myös pakkaavat yhä enemmän antureita, jotka syöttävät tietoja takaisin laitteeseen parantaakseen käyttökokemusta.

Nykyaikaisissa älypuhelimissa on näytön sisällä olevat sormenjälkitunnistimet, LiDAR, paremmat ja suuremmat kameratunnistimet kuin koskaan, ja joissakin laitteissa jopa lentoaikatunnistimet (ToF). Mutta kaikista puhelimessasi näkemistäsi eri antureista ToF-anturi jää pois, lähinnä siksi, että se vaikuttaa älypuhelimilla tekemiimme asioihin hyvin erityisellä ja huomaamattomasti.

Mikä on lentoajan (ToF) anturi?

Lentoaika-anturi (ToF), jota kutsutaan myös ToF-kameraksi, on erikoistunut anturi, joka mittaa syvyys tai etäisyys kohteeseen lähettämällä infrapunavalonsäteen ja mittaamalla sen ajan palaa. Siitä se nimi, Lentoaika.

Tämä on hyvin samanlainen kuin LiDAR-kamerat, jotka löytyvät iPhone Pro -valikoimasta ja jopa joissakin älypuhelimissa (mukaan lukien iPhone) kasvojentunnistusjärjestelmissä, joissa laite luo infrapunakartan omistajan kasvoista ja käyttää sitä viitteenä näkemäänsä henkilöä vastaan ​​määrittääkseen, avataanko laitteen lukitus vai ei. Se sanoi,

ToF-antureilla ja LiDARilla on eronsa.

Heijastuneen valon (tai äänen) käyttäminen etäisyyden mittaamiseen ei myöskään ole uusi idea. Samankaltaiset laitteet, kuten ultraääni- ja IR-anturit, ovat olleet käytössä paljon pidempään, ja ne tarjoavat olennaisesti saman toiminnallisuuden, vaikkakin paljon vähemmän yksityiskohtia. ToF-anturin etuja ovat tarkat ja nopeat mittaukset, pidempi kantama ja käyttöturvallisuus.

Verrattuna muihin 3D-syvyysmittaustekniikoihin, ToF-anturit ovat suhteellisen halpoja valmistaa ja käyttää. Ne eivät myöskään vaadi paljon prosessointitehoa, joten ne ovat ihanteellisia käyttötapauksiin, kuten älypuhelimiin, joissa tietyn kohteen syvyyden tunteminen voi helpottaa ominaisuuksia, kuten muotokuvatila, ja prosessointiteho on huippuluokkaa.

ToF-antureita valmistavat useat valmistajat, mukaan lukien Sony, joka toimittaa Applelle 3D-antureita ToF-tekniikalla. Muita suosittuja ToF-antureiden valmistajia ovat TeraRanger One, Lucid, Adafruit ja ASC TigerCub.

Kuinka lentoaika-anturi (ToF) toimii?

Kuten aiemmin mainittiin, ToF-anturit käyttävät infrapunavaloa mittaamaan kohteen etäisyyttä anturista. Pieni infrapunalaser ampuu valoa, joka pomppii pois kohteesta ja palaa anturiin. Anturi voi mitata tarkasti kohteen etäisyyden mittaamalla ajan, joka kului valon palautumiseen ja takaisin kameraan.

Koska tiedämme jo valonnopeuden ja sen, että se kulkee tasan kaksinkertaisen matkan anturin ja kohteen välillä on helppoa määrittää etäisyys perustoiminnolla kaava:

(valon nopeus x lentoaika)/2

Jotkut ToF-kamerat voivat myös käyttää jatkuvia aaltoja tunnistamaan heijastuneen valon vaihesiirrot sekä syvyyden että etäisyyden määrittämiseksi. Jälleen, käyttämäsi anturin tyypistä riippuen saatat pystyä poimimaan paljon tietoa. Tätä voidaan käyttää luomaan 3D-karttoja anturin ympäristöstä.

Missä ToF-antureita käytetään?

Kuten mainittiin, ToF-antureita käytettiin monissa älypuhelimissa "syvyys"-kamerana auttamaan laitteen pääkameraa tuottamaan laadukkaampia muotokuvatilan valokuvia. Näiden valokuvien tarkoituksena on luoda matala syväterävyys kameran linssin jäljittelemiseksi. Koska eri kohteiden syvyyden tunteminen tällaisissa valokuvissa on ratkaisevan tärkeää taustan epäterävyyden saamiseksi oikeaan, ToF-kamerat ja -anturit voivat vaikuttaa merkittävästi.

Lisäksi ToF-kameroita käytetään myös biometrisessä todentamisessa, jossa ToF-kameralla varustettu laite voi luoda kasvoista 3D-kartan, jota käytetään referenssinä laitteen lukituksen avaamiseen. Näin pohjimmiltaan kasvojen avaustekniikka toimii, mukaan lukien Applen Face ID. Se on myös turvallisempaa kuin kahden kuvan vertaaminen vastaavuuden määrittämiseksi, sillä työstettävää dataa on enemmän kuin perinteisessä. konenäkö 2D-datalla toimivat algoritmit.

Niitä käytetään yleisesti sähköautoissa ja muissa navigointijärjestelmissä niiden objektintunnistusominaisuuksien ja korkean kyselytaajuuden ansiosta, joka voi olla lähes 160 Hz joissakin antureissa. Tämä tekee niistä täydelliset reaaliaikaisiin sovelluksiin, kuten kohteen havaitsemiseen, navigointiin ja jopa taustan hämärtämiseen Zoom-puheluissa.

Tätä kykyä erottaa kohde ja tausta käytetään usein myös 3D-tulostuksessa. ToF-kamerat voivat helposti kopioida tosielämän kohteen kaikissa kolmessa ulottuvuudessa, mikä säästää sen suunnittelussa alusta alkaen, varsinkin jos se on monimutkainen rakenne.

ToF-anturit auttavat myös 3D-kuvauksessa ja AR-kokemusten parantamisessa objektiskannauksen, eleinavigoinnin ja sisänavigoinnin lisäksi.

Löydät ToF-antureita Microsoftin Xbox Kinectistä ja muista eleiden tunnistusprojektit, droneja ja AR-kuulokkeita. Kaiken kaikkiaan niiden monipuolisuus tarkoittaa, että niiden käyttötapaukset vaihtelevat älypuhelimen kamerasarjasta autonomiseen auton navigointijärjestelmään.

Tarvitsetko ToF-kameran puhelimeesi?

Ei oikeastaan.

Laskennallinen valokuvaus on edennyt pitkälle, ja useimmissa nykyaikaisissa älypuhelimissa on riittävän hyvä ohjelmisto erottaa kohde taustasta kokonaan ohjelmiston avulla. Lisäksi älypuhelimen valokuvauksessa megapikselien määrällä ja kameran anturin koolla voi olla paljon suurempi ero.

Vaikka aikoinaan ToF-kameroita nähtiin yleisesti lippulaiva-älypuhelimissa, niitä löytyy nykyään enimmäkseen keskitason laitteissa tai iPhone Pro -mallistossa LiDAR-anturien muodossa, konsepti, joka toimii lennon aikana periaate.

ToF-kameran käyttäminen puhelimessa voi kuitenkin joskus olla hyödyllistä, etenkin biometrisen todennuksen kannalta. Se voi myös tarjota puhelimeen sisäänrakennetun etäisyyden mittausohjelman ja tarjota enemmän syvyystietoja puhelimessasi käynnissä oleva laskennallinen valokuvausohjelmisto, mikä johtaa entistäkin parempaan muotokuvatilaan laukauksia.

Tunne anturisi

Älypuhelimissa on yhä enemmän antureita, jotta käyttökokemuksesi olisi paljon parempi. ToF-kamera on vain yksi niistä puhelimen antureista, joita ei voi käyttää suoraan, mutta joilla voi olla suuri ero useisiin muihin ominaisuuksiin.