Viime aikoina ToF-kameroista on tullut olennainen osa nykyaikaisen lippulaivan älypuhelimen kamerasarjaa. Mutta miten ne toimivat, miksi niitä ylipäätään tarvitaan ja missä niitä voidaan käyttää?
"He ovat, olkoon niin", useimmat käyttäjät sanovat. Tosiasia on, että ToF-antureista julkaistaan hyvin vähän tietoa. Elleivät toimittajakollegani, eivätkä kaikki heistä, eivätkä edes erikoistuneet asiantuntijat, pysty selkeästi selittämään niiden tarvetta. Selvennetään tätä asiaa. Ehkä osa tekstistä sisältää paljon termejä, mutta yritän selittää mahdollisimman yksinkertaisesti, mikä ToF-kamera on, missä voit soveltaa sen ominaisuuksia ja miten se nähdään toiminnassa. No, mennään!
Mikä on ToF-kamera?
Muistatko ne sukellusveneelokuvat toisesta maailmansodasta? Sinne ilmestyi vihollisalusten havaitsemiseen käytetty kaikuluotain. Laite lähettää ääni "ping" vesitilaan ja odottaa signaalin heijastumista. Riippuen ajasta, joka kului ääniaallon palaamiseen, asiantuntija yritti määrittää vihollisen sukellusveneen sijainnin.
Aivan kuten luotain, ToF-kamera mittaa aikaa, joka kuluu valon pomppimiseen kohteesta. Kamera käyttää sitten viivetietoja etäisyyden määrittämiseen. Siten ToF-anturi luo kolmiulotteisen maailmankartan.
Siksi ToF-kameroita kutsutaan joskus myös "syvyyskameroksi". ToF-kamera (Time of Flight) on anturi, joka pystyy lähettämään jonkinlaista valoa infrapunaspektrissä ja sitten tallentamaan sen heijastusnopeuden kohteesta. Itse anturi koostuu kahdesta osasta: ensimmäinen on diodi, joka lähettää infrapunavaloa, ja toinen on erityinen valoherkkä matriisi.
Kamera mittaa ajan, jonka jälkeen kohteesta heijastuva valo palaa siihen. Jopa nanosekunnin tarkkuudella tehtyjen laskelmien perusteella laite pystyy paitsi arvioimaan tarkasti yksittäisten esineiden etäisyyden anturista, myös määrittämään niiden muodon. Totta, se on hyvin samanlainen kuin kaikuluotain. Vain tässä tapauksessa lähetämme valoa esineeseen äänen sijaan.
Samanlaisella periaatteella toimivia antureita käytetään myös autonomisissa autoissa tai jopa NASAn rakentamissa avaruusluotaimissa. Progressiivinen miniatyrisointi ja suhteellisen alhaiset valmistuskustannukset tarkoittavat, että tämä tekniikka voi olla taskussasi jo tänään. ToF-antureita on jo monissa huippuälypuhelimissa. Tässä muutamia ToF-kameroilla varustettuja mobiililaitteita:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Huomautus 10 +
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20Ultra 5G
- LG G8 Thin Q
- OPPO RX17 Pro
- Honor Näytä 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Olen varma, että joka vuosi tämä luettelo vain laajenee, koska tämän anturin potentiaali on yksinkertaisesti valtava. Ehkä pian Google asentaa myös tällaisen kameran Pixeleihinsä. On myös toivoa, että ja Apple kiinnittää huomiota ToF-anturiin ja edistää tämän tekniikan suurta suosiota sekä hyödyntää täysimääräisesti sen ominaisuuksia. Ei turhaan, että samanlainen anturi ilmestyi uuteen iPad Prohun.
No, teoria on selvä, katsotaan nyt tarkemmin, mihin ToF-kamera käytännössä pystyy. On ymmärrettävä, että et voi yksinkertaisesti ottaa ja käynnistää tätä anturia, mutta voit silti käyttää sitä joissakin sovelluksissa, vaikka kuvaat kameralla.
Miten ToF-kameraa voi käyttää?
Mittaamme etäisyyden
Joissakin älypuhelimissa Samsung (mukaan lukien Note10+, S20+ ja S20 Ultra) ja Huawei (mukaan lukien P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro) voit asentaa etäisyysmittaussovelluksen nimeltä Measure.
Kaikki toimii yksinkertaisesti ja vaikuttavalla tarkkuudella. Osana testejä mittasin tällä sovelluksella ja älypuhelimella Samsung Galaxy S20 Ultra-pituus, -leveys ja -lävistäjä televisiosi kuvaruudusta ja puhelin antoi mitat sentin tarkkuudella.
Tausta hämärtyy valokuvaa otettaessa
Yksi 3D-renderöintijärjestelmän sovellus voi olla digitaalisen syväterävyyden luominen, jotta voit lisätä kuviisi tai videoihisi sumean taustan. Tämä toimii tällä hetkellä vain valokuvissa, ei videoissa. Toiminnon avulla voimme myös päästä eroon kehykseen joutuneista tarpeettomista esineistä tai kuvan vaikutelman pilaavista taustoista.
Lisäksi joissakin puhelimissa ToF-anturi tukee automaattitarkennusta tai mahdollistaa taustan sumentamisen tarkemmin muotokuvatilassa. Lyhyesti sanottuna se auttaa sinua ottamaan parempia selfieitä ilahduttamaan seuraajiasi, kuten sisään Instagram.
Liikkeen seuranta
LG G8 ThinQ -älypuhelimen etupaneelissa on ToF-anturi, jota käytetään muun muassa havaitsemaan avaruudessa suoritettuja eleitä. En todellakaan halua puhua tällaisten eleiden käyttömahdollisuuksista, se on parempi nähdä itse.
Google Playssa on myös useita liikepelejä, jotka ovat samanlaisia kuin ohjaimen tukemat pelit Microsoft Kinect.
3D-mallien ja lisätyn todellisuuden luominen
Mahdollisuudesta luoda 3D-malleja ToF-kameran avulla voidaan puhua loputtomasti. Jo nyt voit käyttää selfie-kuvia eri näkökulmista luodaksesi mallin kasvoistasi ja jopa tulostaa sen, jos sinulla on 3D-tulostin käsillä. Tietysti joku sanoo, että nämä ovat vain pelejä ja viihdettä. Mutta on täysin mahdollista, että tulevaisuudessa ToF-kameroita käytetään osien luomiseen autoihin tai muihin mekanismeihin.
Virtuaalinen ja lisätty todellisuus kolkuttelee yhä sitkeämmin ovellemme. Lisättyä todellisuutta tukevat pelit näkyvät yhä enemmän älypuhelimissa Android ja iOS. Se on jännittävää, opettavaista ja antaa sinun viettää aikaa hyödyllisesti. Erityisesti Play Marketista löydät jo suuren määrän sovelluksia ja pelejä, jotka tukevat Google ARCore -alustaa. Riittää, kun lataat ja asennat Google Play Services for AR -sovelluksen, ja tällaiset pelit ja sovellukset ovat käytettävissäsi lisätyssä todellisuudessa. Juuri ToF-kameran käyttö mahdollistaa täyden nautinnon täydennyksen vaikutuksesta.
Puolestaan uudessa Apple iPad Pron syvyyssensori vastaa virtuaaliobjektien tarkemmasta peittämisestä kameran kuvaan lisätyn todellisuuden tilassa.
Älypuhelin pimeänäkölaitteena?
Tällä hetkellä useimmissa laitteissa ToF-anturi toimii käyttäjälle lähes huomaamattomasti ja tukee vain toimintoja, jotka edellyttävät kohtauksen syvyyden määrittämistä.
Google Playsta löysin kuitenkin erinomaisen sovelluksen nimeltä Night Vision, jonka avulla voit käyttää 3D-skanneria epätavallisessa roolissa. Asensin sen omaani Huawei P30 Pro.
Sovellus näyttää reaaliajassa, mitä ToF-anturi tallentaa. Koska se käyttää ihmissilmälle näkymätöntä infrapunavaloa, syvyyskartta näkyy selkeästi myös täydellisessä pimeässä.
Olin yllättynyt kuinka suuren alueen niin pieni anturi pystyy skannaamaan. Odotin, että se tyhjenee muutaman kymmenen senttimetrin jälkeen, mutta käytännössä kävi ilmi, että voit luoda kolmiulotteisen kartan koko huoneesta hetkessä. ToF-kamera tunnistaa helposti pienten esineiden muodon 4-5 metrin etäisyydeltä.
Lapsesi pitää erityisesti tällaisesta pimeänäkölaitteesta. Olen varma, että hän juoksee välittömästi tutkimaan asuntosi tai talosi pimeimpiä nurkkia.
ToF-kamera biometrisenä anturina
ToF-kamera on useimmiten toteutettu kahden pienoisreiän muodossa, joihin infrapunadiodi ja matriisi on piilotettu. Tässä herää kysymys: "Miksi Apple eikö halua käyttää tätä tekniikkaa sen TrueDepth-järjestelmän sijaan, jonka useat anturit vievät yli puolet puhelimen näytön leveydestä?
Syynä on todennäköisesti skannauksen huono laatu. Älypuhelimissa käytetyillä ToF-kameroilla on tällä hetkellä erittäin alhainen resoluutio (jopa 240p), mikä johtaa erittäin pikselöityihin kuviin.
Kuten näet, tällaisen skannauksen yksityiskohdat ovat liian pieniä, jotta ohjelmisto tunnistaisi kasvojen piirteet tarkasti.
Mutta henkilökohtaisesti en näe mitään vasta-aiheita, joiden mukaan kasvoskanneri ei voisi toimia hybriditilassa. Teoriassa samalla kun selfie-kamera analysoi kasvojen piirteitä ja havaitsee avoimet silmät, ToF-anturi tarkistaa, onko kyseessä todella tietyn muotoinen ja kokoinen kolmiulotteinen esine, ei valokuva.
Tällainen skanneri on mahdollisesti erittäin vaikea huijata, ja samalla se on nopea, halpa ja ei-invasiivinen. Joten en olisi yllättynyt, jos lähitulevaisuudessa Apple käyttää ToF-tekniikkaa luodakseen seuraavan sukupolven Face ID -skannerin, joten tällainen 3D-kasvojentunnistus yleistyy.
Onnistuin saamaan sen selville Huawei P40 Prossa on juuri tällainen ToF-anturi asennettuna, se sijaitsee kaksoisetukameran välissä ja osallistuu kasvojen lukituksen avausprosessiin. Ja ihmettelin edelleen, miksi lukituksen avaaminen kasvoilla on päällä Huawei P40 Pro on paljon nopeampi kuin edeltäjänsä P30 Pro. Lisäksi uutta lippulaivaa on ehdottomasti mahdotonta huijata kuvan avulla. Juuri tarkastettuani.
Tulevaisuuden sovellukset mobiilielokuvantekijöille
Jokainen, joka käyttää älypuhelintaan videoiden kuvaamiseen, on erittäin kiinnostunut, jos 3D ToF -tekniikkaa voidaan käyttää lisäämään taustaan syväterävyys. Varsinkin jos prosessi voidaan siirtää jälkituotantoon, koska se lisää joustavuutta.
Myös ToF-ominaisuudet kiinnostavat niitä, jotka lisäävät tietokonetehosteita videoihinsa. Esimerkiksi videon liikettä seurattaessa on parempi keskittyä kohteeseen mahdollisimman tarkasti. 3D-kartan avulla voimme kuvata kaiken tarkasti ja lisätä myöhemmin tarvittavan taustan sumennuksen ja erikoistehosteet tarvittaessa.
Tämä on vain spekulaatiota omalta osaltani, mutta 3D-skannauksella on varmasti valtava potentiaali parantaa videon sieppausprosessia. Tämän on jo osoittanut moderni elokuva, ja toivon, että se ilmestyy pian kuluttajasegmentille.
Syy siihen, miksi nämä toiminnot eivät ole vielä saatavilla älypuhelimen kameroissa videota kuvattaessa, liittyy todennäköisesti tarpeeseen lisätä prosessointitehoa. Testaus on osoittanut, että älypuhelimet kuumenevat käytettäessä ToF-anturia. Ja koska niissä ei ole aktiivista jäähdytystä, tämä voi olla pieni ongelma.
Mutta kun mobiiliprosessorien teho kasvaa, uskon, että ToF-kameroita käytetään laajemmin valokuva- ja videosovelluksissa.
Yksi asia voidaan sanoa varmaksi - ToF:lla on suuri potentiaali
Jo se tosiasia, että älypuhelin voi toimia erittäin tarkana etäisyysmittauslaitteena tai pimeänäkölaitteena, tarkoittaa, että en enää koskaan osta puhelinta ilman ToF-anturia. Tämä on yksi viime vuosien mielenkiintoisimmista teknologioista, ja se on vasta matkansa alussa.
On hämmästyttävää, että noin pieni anturi voi tehdä niin paljon. Pidän sormeni ristissä, että valmistajat ja sovelluskehittäjät jatkavat työtä sen ominaisuuksien hyödyntämiseksi. Olen varma, että tulemme kuulemaan useammin kuin kerran ToF-kameran uusista sovelluksista. Ja nyt kuka sanoo, että tämä on tarpeeton lisäys älypuhelimen kameroiden pääsarjaan?
mielenkiintoista tietoa