في الآونة الأخيرة ، أصبحت كاميرات ToF جزءًا لا يتجزأ من مجموعة الكاميرا الخاصة بالهاتف الذكي الرائد الحديث. ولكن كيف تعمل ، ولماذا هناك حاجة إليها على الإطلاق وأين يمكن استخدامها؟
سيقول معظم المستخدمين "هم ، فليكن". الحقيقة هي أنه يتم نشر القليل جدًا من المعلومات حول مستشعرات ToF. ما لم يتمكن زملائي الصحفيون ، وليس جميعهم ، وحتى الخبراء المتخصصون ، من شرح الحاجة إليهم بوضوح. دعونا نوضح بعض الوضوح لهذه المسألة. ربما يحتوي جزء من النص على الكثير من المصطلحات ، لكنني سأحاول أن أشرح بأكبر قدر ممكن ماهية كاميرا ToF ، حيث يمكنك تطبيق إمكاناتها وكيفية رؤيتها أثناء العمل. حسنًا ، دعنا نذهب!
ما هي كاميرا ToF؟
هل تتذكر أفلام الغواصات من الحرب العالمية الثانية؟ ظهرت هناك معدات السونار المستخدمة للكشف عن سفن العدو. يرسل الجهاز صوت "ping" إلى الفضاء المائي وينتظر انعكاس الإشارة. اعتمادًا على الوقت الذي استغرقته عودة الموجة الصوتية ، حاول المتخصص تحديد موقع غواصة العدو.
تمامًا مثل السونار ، تقيس كاميرا ToF الوقت الذي يستغرقه الضوء للارتداد عن كائن ما. ثم تستخدم الكاميرا بيانات التأخير لتحديد المسافة. وبالتالي ، يقوم مستشعر ToF بإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للعالم.
هذا هو السبب في أن كاميرات ToF تسمى أحيانًا "كاميرات العمق". كاميرا ToF (وقت الرحلة) عبارة عن مستشعر قادر على إصدار نوع من الضوء في طيف الأشعة تحت الحمراء ثم تسجيل سرعة انعكاسه من الكائن. يتكون المستشعر نفسه من جزأين: الأول هو الصمام الثنائي الذي ينبعث منه ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والثاني عبارة عن مصفوفة خاصة حساسة للضوء.
تقيس الكاميرا الوقت الذي بعده يعود الضوء المنعكس من الجسم إليه. استنادًا إلى الحسابات التي تم إجراؤها بدقة تصل إلى نانوثانية ، فإن الجهاز قادر ليس فقط على تقدير مسافة الأشياء الفردية بدقة من المستشعر ، ولكن أيضًا لتحديد شكلها. صحيح أنه يشبه إلى حد بعيد السونار. فقط في هذه الحالة ، نرسل الضوء إلى الكائن بدلاً من الصوت.
تُستخدم المستشعرات التي تعمل وفقًا لمبدأ مماثل أيضًا في السيارات ذاتية القيادة أو حتى المسابير الفضائية التي صنعتها وكالة ناسا. يعني التصغير التدريجي وتكاليف التصنيع المنخفضة نسبيًا أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون في جيبك اليوم. الحقيقة هي أن مستشعرات ToF موجودة بالفعل في العديد من الهواتف الذكية. فيما يلي بعض الأجهزة المحمولة المزودة بكاميرات ToF:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Note10 +
- Samsung Galaxy S20+
- Samsung Galaxy S20 الترا 5G
- هاتف LG G8 Thin Q
- OPPO RX17 Pro
- Honor View 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei ماتي شنومكس برو
- Huawei P40 Pro
- ممن لهم رينو
- Sony اريكسون XZ4
أنا متأكد من أن هذه القائمة ستتوسع كل عام فقط ، لأن إمكانات هذا المستشعر ضخمة بكل بساطة. ربما ستقوم Google قريبًا أيضًا بتثبيت مثل هذه الكاميرا في وحدات البكسل الخاصة بها. هناك أيضا أمل في أن و Apple ستولي اهتمامًا لمستشعر ToF وستساهم في الترويج الكبير لهذه التكنولوجيا ، فضلاً عن الاستفادة الكاملة من إمكاناتها. لم يكن لشيء أن ظهر مستشعر مشابه في iPad Pro الجديد.
حسنًا ، النظرية واضحة ، والآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما تستطيع كاميرا ToF فعله عمليًا. يجب أن يكون مفهوما أنه لا يمكنك ببساطة تشغيل هذا المستشعر وتشغيله ، ولكن لا يزال بإمكانك استخدامه في بعض التطبيقات ، حتى عند التصوير باستخدام الكاميرا.
كيف يمكن استخدام كاميرا ToF؟
نحن نقيس المسافة
على بعض الهواتف الذكية Samsung (بما في ذلك Note10 + و S20 + و S20 Ultra) و Huawei (بما في ذلك P30 Pro و Mate 30 Pro و Huawei P40 Pro) يمكنك تثبيت تطبيق قياس المسافة يسمى Measure.
كل شيء يعمل بكل بساطة وبدقة رائعة. كجزء من الاختبارات ، قمت بالقياس باستخدام هذا التطبيق وهاتف ذكي Samsung Galaxy S20 Ultra طول وعرض وقطر شاشة التلفزيون الخاص بك ، ويعطي الهاتف الأبعاد لأقرب سنتيمتر.
تمويه الخلفية عند التقاط صورة
قد يتمثل أحد تطبيقات نظام العرض ثلاثي الأبعاد في إنشاء عمق رقمي للمجال حتى تتمكن من إضافة خلفية ضبابية إلى الصور أو مقاطع الفيديو الخاصة بك. يعمل هذا فقط مع الصور في الوقت الحالي ، وليس مقاطع الفيديو. تتيح لنا الوظيفة أيضًا التخلص من الأشياء غير الضرورية التي دخلت الإطار أو الخلفيات التي تفسد انطباع الصورة.
بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الهواتف ، يدعم مستشعر ToF التركيز التلقائي أو يسمح لك بتشويش الخلفية بشكل أكثر دقة في الوضع الرأسي. باختصار ، يساعدك على التقاط صور سيلفي أفضل لإسعاد متابعيك ، كما هو الحال في Instagram.
حركة تابعة
يحتوي الهاتف الذكي LG G8 ThinQ على مستشعر ToF موجود على اللوحة الأمامية ، والذي يستخدم ، من بين أشياء أخرى ، لاكتشاف الإيماءات التي يتم إجراؤها في الفضاء. لا أريد أن أتحدث حقًا عن إمكانيات استخدام مثل هذه الإيماءات ، فمن الأفضل أن ترى ذلك بنفسك.
يحتوي Google Play أيضًا على العديد من الألعاب الحركية المشابهة لتلك التي تدعمها وحدة التحكم Microsoft كينكت.
إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد والواقع المعزز
يمكن التحدث عن إمكانية إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد بمساعدة كاميرا ToF إلى ما لا نهاية. الآن ، يمكنك استخدام صور سيلفي من زوايا مختلفة لإنشاء نموذج لوجهك وحتى طباعته إذا كان لديك طابعة ثلاثية الأبعاد في متناول اليد. بالطبع ، سيقول أحدهم أن هذه مجرد ألعاب وترفيه. ولكن من المحتمل جدًا أنه في المستقبل ، سيتم استخدام كاميرات ToF لإنشاء أجزاء للسيارات أو آليات أخرى.
الواقع الافتراضي والمعزز يطرق أبوابنا بشكل متزايد. تظهر الألعاب التي تدعم الواقع المعزز بشكل متزايد في الهواتف الذكية Android و دائرة الرقابة الداخلية. إنه أمر مثير وتعليمي ويسمح لك بقضاء وقتك مع الاستفادة. على وجه الخصوص، في سوق اللعب، يمكنك بالفعل العثور على عدد كبير من التطبيقات والألعاب التي تدعم منصة Google ARCore. يكفي تنزيل وتثبيت تطبيق Google Play Services for AR، وستكون هذه الألعاب والتطبيقات متاحة لك في الواقع المعزز. إن استخدام كاميرا ToF هو الذي يسمح لك بالاستمتاع الكامل بتأثير الواقع المعزز.
بدوره ، في الجديد Apple يعد مستشعر عمق iPad Pro مسؤولاً عن تراكب أكثر دقة للأشياء الافتراضية على الصورة من الكاميرا في وضع الواقع المعزز.
الهاتف الذكي كجهاز رؤية ليلية؟
حاليًا ، بالنسبة لمعظم الأجهزة ، يعمل مستشعر ToF بشكل غير محسوس تقريبًا للمستخدم ، ويدعم فقط الوظائف التي تتطلب تحديد عمق المشهد.
ومع ذلك ، وجدت في Google Play تطبيقًا ممتازًا يسمى Night Vision ، والذي يسمح لك باستخدام الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد في دور غير عادي. لقد قمت بتثبيته على لي Huawei P30 Pro.
يعرض التطبيق في الوقت الفعلي ما يلتقطه مستشعر ToF. نظرًا لأنه يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وهو غير مرئي للعين البشرية ، فإن خريطة العمق تكون مرئية بوضوح حتى في الظلام الدامس.
لقد فوجئت بحجم مساحة يمكن لمثل هذا المستشعر الصغير أن يمسحها ضوئيًا. كنت أتوقع أن ينكمش بعد بضع عشرات من السنتيمترات ، ولكن من الناحية العملية تبين أنه يمكنك إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للغرفة بأكملها في لحظة. تكتشف كاميرا ToF بسهولة شكل الأشياء الصغيرة على مسافة 4-5 أمتار.
سيحب طفلك بشكل خاص جهاز الرؤية الليلية هذا. أنا متأكد من أنها ستركض على الفور لاستكشاف أحلك أركان شقتك أو منزلك.
كاميرا ToF كمستشعر حيوي
غالبًا ما يتم تنفيذ كاميرا ToF على شكل فتحتين صغيرتين ، حيث يتم إخفاء الصمام الثنائي للأشعة تحت الحمراء والمصفوفة. هنا السؤال الذي يطرح نفسه: "لماذا Apple ألا ترغب في استخدام هذه التقنية بدلاً من نظام TrueDepth ، الذي تشغل أجهزة الاستشعار المتعددة الخاصة به أكثر من نصف عرض شاشة الهاتف؟ "
ربما يكون السبب هو الجودة الرديئة للمسح. تتمتع كاميرات ToF المستخدمة في الهواتف الذكية حاليًا بدقة منخفضة جدًا (تصل إلى 240 بكسل) ، مما ينتج عنه صور عالية البكسل.
كما ترى ، فإن تفاصيل هذا الفحص صغيرة جدًا بحيث لا يتمكن البرنامج من تحديد ملامح الوجه بدقة.
لكن ، شخصياً ، لا أرى أي موانع ، والتي بموجبها لا يمكن للماسح الضوئي للوجه أن يعمل في الوضع المختلط. نظريًا ، في نفس الوقت الذي تحلل فيه كاميرا الصور الشخصية ملامح الوجه وتكتشف العيون المفتوحة ، يتحقق مستشعر ToF مما إذا كان يتعامل حقًا مع كائن ثلاثي الأبعاد له شكل وحجم معين ، وليس صورة.
قد يكون من الصعب جدًا خداع مثل هذا الماسح ، وفي نفس الوقت يكون سريعًا ورخيصًا وغير جائر. لذلك لن أتفاجأ إذا كان ذلك في المستقبل القريب Apple ستستخدم تقنية ToF لإنشاء ماسح ضوئي للجيل التالي من Face ID ، لذلك سيصبح هذا النوع من التعرف على الوجه ثلاثي الأبعاد أكثر شيوعًا.
تمكنت من معرفة ذلك في Huawei يحتوي جهاز P40 Pro على مستشعر ToF مثبت تمامًا ، وهو موجود بين الكاميرا الأمامية المزدوجة ويشارك في عملية فتح الوجه. وما زلت أتساءل لماذا يتم فتح القفل بالوجه Huawei يعد P40 Pro أسرع بكثير من سابقه ، P30 Pro. بالإضافة إلى ذلك ، من المستحيل بالتأكيد خداع الرائد الجديد بمساعدة صورة. فقط فحص من قبلي.
تطبيقات المستقبل لصانعي الأفلام على الهاتف المحمول
سيكون أي شخص يستخدم هاتفه الذكي لتصوير الفيديو مهتمًا للغاية إذا كان من الممكن استخدام تقنية 3D ToF لإضافة عمق مجال ضحل إلى الخلفية. خاصة إذا كان بالإمكان نقل العملية إلى مرحلة ما بعد الإنتاج ، حيث توفر مرونة أكبر.
أيضًا ، تعد قدرات ToF ذات أهمية محتملة لأولئك الذين يضيفون تأثيرات الكمبيوتر إلى مقاطع الفيديو الخاصة بهم. على سبيل المثال ، عند تتبع الحركة في مقطع فيديو ، من الأفضل التركيز على الكائن بأكبر قدر ممكن من الدقة. يجب أن يسمح لنا استخدام خريطة ثلاثية الأبعاد بتصوير كل شيء في بؤرة التركيز ، ثم نضيف لاحقًا ضبابية الخلفية الضرورية والمؤثرات الخاصة إذا لزم الأمر.
هذه مجرد تكهنات من جانبي ، لكن المسح ثلاثي الأبعاد لديه بالتأكيد إمكانات هائلة لتحسين عملية التقاط الفيديو. لقد أثبتت السينما الحديثة ذلك بالفعل ، وآمل أن يظهر قريبًا في قطاع المستهلكين.
من المحتمل أن يكون سبب عدم توفر هذه الوظائف في كاميرات الهواتف الذكية عند تصوير الفيديو مرتبطًا بالحاجة إلى زيادة قوة المعالجة. أثبت الاختبار أن الهواتف الذكية تسخن عند استخدام مستشعر ToF. ونظرًا لعدم وجود تبريد نشط لديهم ، فقد يكون هذا مشكلة بعض الشيء.
ولكن مع زيادة قوة المعالجات المحمولة ، أعتقد أن كاميرات ToF ستُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الصور والفيديو.
شيء واحد يمكن أن يقال بالتأكيد - ToF لديه إمكانات كبيرة
حقيقة أن الهاتف الذكي يمكن أن يعمل كجهاز قياس مسافة فائق الدقة أو جهاز رؤية ليلية يعني أنني لن أشتري هاتفًا مرة أخرى بدون مستشعر ToF. هذه واحدة من أكثر التقنيات إثارة للاهتمام في السنوات الأخيرة ، وهي في بداية رحلتها فقط.
إنه لأمر مدهش أن مثل هذا المستشعر الصغير يمكنه فعل الكثير. أنا أخطئ في أن المصنعين ومطوري التطبيقات سيستمرون في العمل على استغلال قدراته. أنا متأكد من أننا سنسمع أكثر من مرة عن التطبيقات الجديدة لكاميرا ToF. والآن من سيقول أن هذه إضافة غير ضرورية إلى المجموعة الرئيسية من كاميرات الهواتف الذكية؟
معلومات مثيرة للاهتمام