Hvad er en flyvetidssensor, og hvordan virker ToF?

Efterhånden som smartphones bliver mere avancerede, pakker de også en stadig større mængde sensorer, der feeder data tilbage til enheden for at gøre brugeroplevelsen bedre.

Moderne smartphones har fingeraftrykssensorer på skærmen, LiDAR, bedre og større kamerasensorer end nogensinde, og på nogle enheder endda Time of Flight (ToF) sensorer. Men ud af alle de forskellige sensorer, du vil se på din telefon, slår ToF-sensoren ud, mest fordi den påvirker de ting, vi gør på vores smartphones, på en meget speciel og ubemærket måde.

Hvad er en flyvetidssensor (ToF)?

En Time of Flight (ToF) sensor, også kaldet et ToF-kamera, er en specialiseret sensor, der måler dybde eller afstand til et objekt ved at udsende en infrarød lysstråle og måle tiden vender tilbage. Deraf navnet, Time of Flight.

Dette ligner meget de LiDAR-kameraer, der findes på iPhone Pro-serien og endda på nogle smartphones (inklusive iPhone) ansigtsdetektionssystemer, hvor enheden opretter et infrarødt kort over ejerens ansigt og bruger det som reference mod den person, den ser for at afgøre, om enheden skal låses op eller ikke. Det sagt,

ToF-sensorer og LiDAR har deres forskelle.

At bruge reflekteret lys (eller lyd) til at måle afstand er heller ikke en ny idé. Lignende enheder såsom ultralyds- og IR-sensorer har eksisteret i meget længere tid, hvilket i det væsentlige giver den samme funktionalitet, omend med meget færre detaljer. En ToF-sensors fordele omfatter præcise og hurtige målinger, en længere rækkevidde og sikkerhed ved brug.

Sammenlignet med andre 3D-dybdemålingsteknologier er ToF-sensorer relativt billige at producere og bruge. De kræver heller ikke meget processorkraft, hvilket gør dem ideelle til brug som smartphones, hvor kendskab til dybden af ​​et bestemt objekt kan hjælpe med at lette funktioner som portrættilstand, og processorkraft er på en præmie.

ToF-sensorer er lavet af forskellige producenter, herunder Sony, som forsyner Apple med 3D-sensorer ved hjælp af ToF-teknologi. Andre populære ToF-sensorproducenter inkluderer TeraRanger One, Lucid, Adafruit og ASC TigerCub.

Hvordan fungerer en flyvetidssensor (ToF)?

Som nævnt før bruger ToF-sensorer infrarødt lys til at måle et objekts afstand fra sensoren. En lille infrarød laser skyder lys, som hopper af en genstand og vender tilbage til sensoren. Sensoren kan nøjagtigt måle afstanden af ​​et objekt ved at måle den tid, det tog for lyset at hoppe tilbage og vende tilbage til kameraet.

Da vi allerede kender lysets hastighed og det faktum, at det rejser præcis det dobbelte af afstanden mellem sensoren og objektet bliver det nemt at finde ud af afstanden ved hjælp af en basic formel:

(Lysets hastighed x Flyvetid)/2

Nogle ToF-kameraer kan også bruge kontinuerlige bølger til at detektere faseskift i det reflekterede lys for at bestemme både dybde og afstand. Igen, afhængigt af hvilken type sensor du bruger, kan du muligvis udtrække en masse information. Dette kan bruges til at lave 3D-kort over sensorens omgivelser.

Hvor bruges ToF-sensorer?

Som nævnt blev ToF-sensorer brugt i mange smartphones som et "dybde"-kamera for at hjælpe enhedens hovedkamera med at producere billeder i portrættilstand i højere kvalitet. Disse billeder sigter mod at skabe en lav dybdeskarphed for at kopiere en kameralinse. Da det er afgørende at kende dybden af ​​forskellige objekter i sådanne billeder for at få sløret baggrunden rigtigt, kan ToF-kameraer og sensorer gøre en stor forskel.

Derudover bruges ToF-kameraer også i biometrisk autentificering, hvor en enhed med et ToF-kamera kan lave et 3D-kort af et ansigt til brug som reference til at låse enheden op. Dette er i bund og grund hvordan teknologi til ansigtslåsning virker, herunder Apples Face ID. Det er også mere sikkert end blot at sammenligne to billeder for at bestemme et match, da der er flere data at arbejde med sammenlignet med traditionelle computersyn algoritmer, der opererer på 2D-data.

De er almindeligt anvendt i elbiler og andre navigationssystemer takket være deres objektgenkendelsesfunktioner og høje pollingfrekvens, som kan være næsten 160Hz på nogle sensorer. Dette gør dem perfekte til realtidsapplikationer såsom objektgenkendelse, navigation og endda sløring af baggrunden på dine Zoom-opkald.

Denne evne til at skelne mellem motiv og baggrund anvendes også ofte til 3D-print. ToF-kameraer kan nemt replikere et virkeligt objekt i alle tre dimensioner, hvilket sparer dig for besværet med at designe det fra bunden, især hvis det er en kompleks struktur.

ToF-sensorer hjælper også med 3D-billeddannelse og forbedring af AR-oplevelser ud over objektscanning, gestusnavigation og indendørsnavigation.

Du kan finde ToF-sensorer på Microsofts Xbox Kinect og andre projekter med gestusgenkendelse, droner og AR-headset. Samlet set betyder deres alsidighed, at deres anvendelsesmuligheder spænder fra hvor som helst mellem en smartphone-kamerapakke til en autonom bils navigationssystem.

Har du brug for et ToF-kamera på din telefon?

Ikke rigtig.

Computerfotografering er nået langt, og de fleste moderne smartphones har god nok software til at adskille motivet fra baggrunden fuldstændigt ved hjælp af software. Derudover, når det kommer til smartphone-fotografering, kan megapixel-antallet og kamerasensorstørrelsen gøre en meget større forskel.

Mens der var engang, hvor ToF-kameraer almindeligvis blev set på flagskibssmartphones, findes de nu for det meste på mellemklasse-enheder eller på iPhone Pro-serien i form af LiDAR-sensorer, et koncept, der fungerer på Time of Flight princip.

Det kan dog til tider være praktisk at have et ToF-kamera på din telefon, især med hensyn til biometrisk autentificering. Det kan også give et afstandsmåleværktøj indbygget i din telefon og give mere dybdedata til computerfotograferingssoftwaren, der kører på din telefon, hvilket resulterer i endnu bedre portrættilstand skud.

Kend dine sensorer

Smartphones bliver pakket med flere og flere sensorer for at gøre din oplevelse så meget bedre. Et ToF-kamera er blot endnu en af ​​de sensorer på din telefon, som ikke kan bruges direkte, men som kan gøre en stor forskel for flere andre funktioner.