For nylig er ToF-kameraer blevet en integreret del af kamerasættet på en moderne flagskibssmartphone. Men hvordan fungerer de, hvorfor er der overhovedet brug for dem, og hvor kan de bruges?
"Det er de, så må det være," vil de fleste brugere sige. Faktum er, at der offentliggøres meget lidt information om ToF-sensorer. Medmindre mine journalistkolleger, og ikke dem alle, og endda specialiserede eksperter, klart kan forklare behovet for dem. Lad os bringe lidt klarhed over dette spørgsmål. Måske vil en del af teksten indeholde en masse udtryk, men jeg vil forsøge at forklare så enkelt som muligt, hvad et ToF-kamera er, hvor du kan anvende dets muligheder, og hvordan du ser det i aktion. Nå, lad os gå!
Hvad er et ToF-kamera?
Kan du huske de ubådsfilm fra Anden Verdenskrig? Ekkolodsudstyr, der blev brugt til at opdage fjendtlige skibe, dukkede op der. Enheden sender et lyd "ping" ind i vandrummet og venter på, at signalet reflekteres. Afhængigt af den tid, det tog for lydbølgen at vende tilbage, forsøgte specialisten at bestemme placeringen af fjendens ubåd.
Ligesom ekkolod måler et ToF-kamera den tid, det tager for lys at prelle af et objekt. Kameraet bruger derefter forsinkelsesdataene til at bestemme afstanden. ToF-sensoren skaber således et tredimensionelt kort over verden.
Derfor kaldes ToF-kameraer også nogle gange for "dybdekameraer". ToF-kameraet (Time of Flight) er en sensor, der er i stand til at udsende en form for lys i det infrarøde spektrum og derefter registrere hastigheden af dets refleksion fra objektet. Selve sensoren består af to dele: den første er en diode, der udsender infrarødt lys, og den anden er en speciel lysfølsom matrix.
Kameraet måler den tid, hvorefter lyset, der reflekteres fra objektet, vender tilbage til det. Baseret på beregninger foretaget med nøjagtighed op til et nanosekund, er enheden i stand til ikke kun nøjagtigt at estimere afstanden mellem individuelle objekter fra sensoren, men også at bestemme deres form. Det er rigtigt, det ligner meget sonar-ekkolod. Kun i dette tilfælde sender vi lys til objektet i stedet for lyd.
Sensorer, der fungerer efter et lignende princip, bruges også i autonome biler eller endda rumsonder bygget af NASA. Progressiv miniaturisering og relativt lave produktionsomkostninger betyder, at denne teknologi kan være i din lomme i dag. Faktum er, at ToF-sensorer allerede er i mange topsmartphones. Her er nogle mobile enheder udstyret med ToF-kameraer:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Note10 +
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20 Ultra 5G
- LG G8 Thin Q
- OPPO RX17 Pro
- Ære Vis 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Jeg er sikker på, at denne liste hvert år kun vil udvide sig, fordi potentialet for denne sensor simpelthen er enormt. Måske vil Google snart også installere et sådant kamera i sine Pixels. Der er også håb om, at og Apple vil være opmærksom på ToF-sensoren og bidrage til den store popularisering af denne teknologi, samt gøre fuld brug af dens muligheder. Det er ikke for ingenting, at en lignende sensor dukkede op i den nye iPad Pro.
Nå, teorien er klar, lad os nu se nærmere på, hvad ToF-kameraet er i stand til i praksis. Det skal forstås, at du ikke bare kan tage og tænde denne sensor, men du kan stadig bruge den i nogle applikationer, selv når du optager med et kamera.
Hvordan kan et ToF-kamera bruges?
Vi måler afstanden
På nogle smartphones Samsung (inklusive Note10+, S20+ og S20 Ultra) og Huawei (inklusive P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro) kan du installere en afstandsmålingsapp kaldet Mål.
Alt fungerer ganske enkelt og med imponerende nøjagtighed. Som en del af testene målte jeg ved hjælp af denne applikation og en smartphone Samsung Galaxy S20 Ultra længde, bredde og diagonal af skærmen på dit TV, og telefonen gav dimensionerne til nærmeste centimeter.
Baggrundssløring, når du tager et billede
En anvendelse af et 3D-gengivelsessystem kan være at skabe digital dybdeskarphed, så du kan tilføje en sløret baggrund til dine billeder eller videoer. Dette virker kun for billeder i øjeblikket, ikke videoer. Funktionen giver os også mulighed for at slippe af med unødvendige genstande, der kom ind i rammen eller baggrunde, der ødelægger billedets indtryk.
Derudover understøtter ToF-sensoren på nogle telefoner autofokus eller giver dig mulighed for at sløre baggrunden mere præcist i portrættilstand. Kort sagt, det hjælper dig med at tage bedre selfies for at glæde dine følgere, som i Instagram.
Bevægelsessporing
LG G8 ThinQ-smartphonen har en ToF-sensor placeret på frontpanelet, som blandt andet bruges til at registrere bevægelser udført i rummet. Jeg vil egentlig ikke tale om mulighederne for at bruge sådanne bevægelser, det er bedre at se selv.
Google Play har også flere bevægelsesspil, der ligner dem, der understøttes af controlleren Microsoft Kinect.
Oprettelse af 3D-modeller og augmented reality
Muligheden for at skabe 3D-modeller ved hjælp af et ToF-kamera kan man snakke om i det uendelige. Allerede nu kan du bruge selfie-billeder fra forskellige vinkler til at skabe en model af dit ansigt og endda printe den, hvis du har en 3D-printer ved hånden. Selvfølgelig vil nogen sige, at det kun er spil og underholdning. Men det er meget muligt, at ToF-kameraer i fremtiden vil blive brugt til at skabe dele til biler eller andre mekanismer.
Virtual og augmented reality banker i stigende grad vedvarende på vores dør. Spil med understøttelse af augmented reality dukker i stigende grad op i smartphones på Android og iOS. Det er spændende, lærerigt og giver dig mulighed for at bruge din tid med gavn. Især i Play Market kan du allerede finde en lang række applikationer og spil med understøttelse af Google ARCore-platformen. Det er nok at downloade og installere Google Play Services til AR-applikationen, og sådanne spil og applikationer vil være tilgængelige for dig i augmented reality. Det er netop brugen af ToF-kameraet, der giver dig mulighed for fuldt ud at nyde effekten af augmented reality.
Til gengæld i det nye Apple iPad Pro dybdesensoren er ansvarlig for mere nøjagtig overlejring af virtuelle objekter på billedet fra kameraet i augmented reality-tilstand.
Smartphone som natsynsenhed?
I øjeblikket fungerer ToF-sensoren for de fleste enheder næsten umærkeligt for brugeren, idet den kun understøtter funktioner, der kræver at bestemme dybden af scenen.
Men i Google Play fandt jeg en fremragende applikation kaldet Night Vision, som giver dig mulighed for at bruge 3D-scanneren i en usædvanlig rolle. Jeg installerede det på min Huawei P30 Pro.
Appen viser i realtid, hvad ToF-sensoren fanger. Fordi den bruger infrarødt lys, som er usynligt for det menneskelige øje, er dybdekortet tydeligt synligt selv i totalt mørke.
Jeg var overrasket over, hvor stort et område sådan en lille sensor kan scanne. Jeg forventede, at den ville tømmes efter et par tiere af centimeter, men i praksis viste det sig, at man kan lave et tredimensionelt kort over hele rummet på et øjeblik. ToF-kameraet registrerer let formen af små genstande på en afstand af 4-5 meter.
Dit barn vil især kunne lide sådan et nattesynsapparat. Jeg er sikker på, at hun straks vil løbe for at udforske de mørkeste hjørner af din lejlighed eller dit hus.
ToF-kamera som biometrisk sensor
ToF-kameraet er oftest implementeret i form af to miniaturehuller, hvori den infrarøde diode og matrixen er skjult. Her opstår spørgsmålet: "Hvorfor Apple ønsker ikke at bruge denne teknologi i stedet for dets TrueDepth-system, hvis flere sensorer fylder mere end halvdelen af bredden af telefonens skærm?"
Årsagen er sandsynligvis den dårlige kvalitet af scanningen. ToF-kameraer, der bruges i smartphones, har i øjeblikket en meget lav opløsning (op til 240p), hvilket resulterer i meget pixelerede billeder.
Som du kan se, er detaljerne i en sådan scanning for små til, at softwaren nøjagtigt kan identificere ansigtstræk.
Men personligt kan jeg ikke se nogen kontraindikationer, ifølge hvilke ansigtsscanneren ikke kunne fungere i hybridtilstand. Teoretisk set, samtidig med at selfie-kameraet analyserer ansigtstræk og registrerer åbne øjne, tjekker ToF-sensoren, om den virkelig har at gøre med et tredimensionelt objekt af en bestemt form og størrelse, og ikke et foto.
Sådan en scanner er potentielt meget svær at narre, og samtidig er den hurtig, billig og ikke-invasiv. Så jeg ville ikke blive overrasket, hvis i den nærmeste fremtid Apple vil bruge ToF-teknologi til at skabe en næste generation af Face ID-scanner, så denne form for 3D-ansigtsgenkendelse vil blive mere almindelig.
Det lykkedes mig at finde ud af det Huawei P40 Pro har netop sådan en ToF-sensor installeret, den er placeret mellem det dobbelte frontkamera og deltager i ansigtsoplåsningsprocessen. Og jeg undrede mig stadig over, hvorfor oplåsning med ansigt er aktiveret Huawei P40 Pro er meget hurtigere end sin forgænger, P30 Pro. Derudover er det absolut umuligt at snyde det nye flagskib ved hjælp af et foto. Har lige tjekket af mig.
Fremtidige apps til mobile filmskabere
Enhver, der bruger deres smartphone til at optage video, vil være yderst interesseret i, om 3D ToF-teknologi kan bruges til at tilføje en lav dybdeskarphed til baggrunden. Især hvis processen kan overføres til efterproduktion, da det giver mere fleksibilitet.
ToF-funktioner er også af potentiel interesse for dem, der tilføjer computereffekter til deres videoer. For eksempel, når du sporer bevægelse i en video, er det bedre at fokusere på objektet så præcist som muligt. Brug af et 3D-kort skulle give os mulighed for at skyde alt i fokus og senere tilføje den nødvendige baggrundssløring og specielle effekter, hvis det er nødvendigt.
Dette er kun spekulationer fra min side, men 3D-scanning har bestemt et enormt potentiale til at forbedre videooptagelsesprocessen. Dette er allerede blevet bevist af moderne biograf og, håber jeg, snart vil dukke op i forbrugersegmentet.
Grunden til, at disse funktioner endnu ikke er tilgængelige i smartphone-kameraer, når der optages video, er sandsynligvis relateret til behovet for at have øget processorkraft. Test har bevist, at smartphones bliver varme, når de bruger ToF-sensoren. Og da de ikke har aktiv køling, kan dette være lidt af et problem.
Men efterhånden som kraften i mobile processorer øges, tror jeg, at ToF-kameraer vil blive mere udbredt i foto- og videoapplikationer.
Én ting kan siges sikkert - ToF har et stort potentiale
Netop det faktum, at en smartphone kan fungere som en ultra-præcis afstandsmåler eller en nattesynsanordning betyder, at jeg aldrig igen vil købe en telefon uden en ToF-sensor. Dette er en af de mest interessante teknologier i de senere år, og det er kun i begyndelsen af sin rejse.
Det er utroligt, at så lille en sensor kan så meget. Jeg krydser fingre for, at producenter og app-udviklere vil fortsætte med at arbejde på at udnytte dens muligheder. Jeg er sikker på, at vi vil høre mere end én gang om nye anvendelser af ToF-kameraet. Og hvem vil nu sige, at dette er en unødvendig tilføjelse til hovedsættet af smartphone-kameraer?
interessant information