Mis on lennuaja andur ja kuidas ToF töötab?

Kuna nutitelefonid muutuvad arenenumaks, pakivad nad ka üha suurema hulga andureid, mis edastavad andmeid seadmesse tagasi, et kasutajakogemust paremaks muuta.

Kaasaegsetel nutitelefonidel on ekraanisisesed sõrmejäljeandurid, LiDAR, paremad ja suuremad kaameraandurid kui kunagi varem ning mõnel seadmel isegi lennuaja (ToF) andurid. Kuid kõigist erinevatest anduritest, mida oma telefonis näete, jääb ToF-andur välja, peamiselt seetõttu, et see mõjutab asju, mida me oma nutitelefonides teeme, väga konkreetsel ja märkamatult.

Mis on lennuaja (ToF) andur?

Lennuaja (ToF) andur, mida nimetatakse ka ToF-kaameraks, on spetsiaalne andur, mis mõõdab sügavus või kaugus objektini, kiirgades infrapuna valguskiire ja mõõtes selle aega naaseb. Sellest ka nimi Lennuaeg.

See on väga sarnane LiDAR-kaameratega, mida leidub iPhone Pro mudelivalikus ja isegi mõnes nutitelefonis (sh iPhone'is) näotuvastussüsteemis, kus seade loob infrapunakaardi omaniku näost ja kasutab seda nähtava inimese vastu, et otsustada, kas seade avada või mitte. See ütles,

ToF-anduritel ja LiDAR-il on oma erinevused.

Ka peegeldunud valguse (või heli) kasutamine kauguse mõõtmiseks pole uus idee. Sarnased seadmed, nagu ultraheli- ja IR-andurid, on olnud kasutusel palju kauem, pakkudes sisuliselt samu funktsioone, kuigi palju vähem detaile. ToF-anduri eeliste hulka kuuluvad täpsed ja kiired mõõtmised, pikem ulatus ja kasutusohutus.

Võrreldes teiste 3D-sügavuse mõõtmise tehnoloogiatega on ToF-andurite tootmine ja kasutamine suhteliselt odav. Samuti ei vaja need palju töötlemisvõimsust, mistõttu on need ideaalsed kasutamiseks näiteks nutitelefonides, kus konkreetse objekti sügavuse teadmine võib aidata hõlbustada funktsioone, nagu portreerežiimja töötlemisvõimsus on kõrgel tasemel.

ToF-andureid valmistavad erinevad tootjad, sealhulgas Sony, mis pakub Apple'ile ToF-tehnoloogiat kasutavaid 3D-sensoreid. Teised populaarsed ToF-andurite tootjad on TeraRanger One, Lucid, Adafruit ja ASC TigerCub.

Kuidas lennuaja (ToF) andur töötab?

Nagu varem mainitud, kasutavad ToF-andurid infrapunavalgust, et mõõta objekti kaugust andurist. Pisike infrapunalaser tulistab valgust, mis põrkab objektilt tagasi ja naaseb andurile. Andur suudab täpselt mõõta objekti kaugust, mõõtes aega, mis kulus valguse tagasipõrkumiseks ja kaamerasse naasmiseks.

Kuna me juba teame valguse kiirust ja seda, et see läbib täpselt kaks korda pikema vahemaa anduri ja objekti vahel muutub kauguse määramine lihtsaks, kasutades põhiseadet valem:

(Valguse kiirus x Lennuaeg)/2

Mõned ToF-kaamerad saavad kasutada ka pidevaid laineid, et tuvastada peegeldunud valguse faasinihkeid, et määrata nii sügavust kui ka kaugust. Jällegi, olenevalt kasutatava anduri tüübist, võite saada palju teavet. Seda saab kasutada anduri ümbruse 3D-kaartide loomiseks.

Kus ToF-andureid kasutatakse?

Nagu mainitud, kasutati paljudes nutitelefonides ToF-andureid "sügavuse" kaamerana, et aidata seadme põhikaameral teha kvaliteetsemaid portreerežiimis fotosid. Nende fotode eesmärk on luua kaamera objektiivi kopeerimiseks väike teravussügavus. Kuna sellistel fotodel olevate erinevate objektide sügavuse tundmine on tausta hägususe õigeks muutmiseks ülioluline, võivad ToF-kaamerad ja andurid oluliselt muuta.

Lisaks kasutatakse ToF-kaameraid ka biomeetrilises autentimises, kus ToF-kaameraga seade saab luua näost 3D-kaardi, mida kasutada seadme avamisel viitena. See on sisuliselt nii näo avamise tehnoloogia töötab, sealhulgas Apple'i näo ID. See on ka turvalisem kui lihtsalt kahe pildi võrdlemine sobivuse kindlakstegemiseks, kuna tavapärasega võrreldes on töötamiseks rohkem andmeid. arvuti nägemine 2D-andmetel töötavad algoritmid.

Neid kasutatakse sageli elektriautodes ja muudes navigatsioonisüsteemides tänu nende objektide tuvastamise võimalustele ja kõrgele küsitlussagedusele, mis võib mõne anduri puhul olla peaaegu 160 Hz. See muudab need ideaalseks reaalajas rakenduste jaoks, nagu objektide tuvastamine, navigeerimine ja isegi suumikõnede tausta hägustamine.

Seda objekti ja tausta eristamise võimet rakendatakse sageli ka 3D-printimisel. ToF-kaamerad suudavad hõlpsasti kopeerida reaalset objekti kõigis kolmes mõõtmes, säästes teid selle nullist kujundamisel, eriti kui see on keeruline struktuur.

ToF-andurid aitavad lisaks objektide skaneerimisele, liigutustega navigeerimisele ja siseruumides navigeerimisele ka 3D-pildistamisel ja AR-kogemuste parandamisel.

ToF-andureid leiate Microsofti Xbox Kinectist ja teistest žestide tuvastamise projektid, droonid ja AR-peakomplektid. Üldiselt tähendab nende mitmekülgsus, et nende kasutusvõimalused ulatuvad nutitelefoni kaamerakomplektist autonoomse auto navigatsioonisüsteemini.

Kas vajate oma telefoni ToF-kaamerat?

Mitte päris.

Arvutusfotograafia on jõudnud kaugele ja enamikul kaasaegsetest nutitelefonidest on piisavalt hea tarkvara, et eraldada objekti taustast tarkvara abil täielikult. Lisaks võib nutitelefonide pildistamisel megapikslite arv ja kaamera anduri suurus palju suuremat vahet teha.

Kuigi oli aeg, mil ToF-kaameraid nähti tavaliselt lipulaevade nutitelefonides, leidub neid nüüd enamasti keskklassi seadmed või iPhone Pro mudelivalikus LiDAR-andurite kujul – kontseptsioon, mis töötab lennuajal põhimõte.

ToF-kaamera olemasolu telefonis võib aga mõnikord kasuks tulla, eriti biomeetrilise autentimise osas. See võib pakkuda ka teie telefoni sisseehitatud kauguse mõõtmise utiliiti ja pakkuda rohkem sügavusandmeid teie telefonis töötav arvutusfotograafia tarkvara, mille tulemuseks on veelgi parem portreerežiim kaadrid.

Tunne oma andureid

Nutitelefonid on täis üha rohkem andureid, et muuta teie kasutuskogemus palju paremaks. ToF-kaamera on veel üks nendest telefoni anduritest, mida ei saa otse kasutada, kuid mis võib muuta paljusid muid funktsioone.