A közelmúltban a ToF kamerák a modern zászlóshajó okostelefonok kamerakészletének szerves részévé váltak. De hogyan működnek, egyáltalán miért van szükség rájuk és hol lehet őket használni?
"Ők vannak, legyen úgy" - mondja a legtöbb felhasználó. A tény az, hogy nagyon kevés információ jelenik meg a ToF érzékelőkről. Kivéve, ha újságírótársaim, és nem mindegyikük, de még a szakértõk sem tudják világosan megmagyarázni ezek szükségességét. Tegyük tisztán ezt a kérdést. Lehet, hogy a szöveg egy része sok kifejezést tartalmaz majd, de megpróbálom a lehető legegyszerűbben elmagyarázni, mi is az a ToF kamera, hol lehet alkalmazni a képességeit és hogyan lehet működés közben látni. Nos, gyerünk!
Mi az a ToF kamera?
Emlékszel azokra a tengeralattjárós filmekre a második világháborúból? Ott jelentek meg az ellenséges hajók észlelésére használt szonár berendezések. A készülék "ping" hangot küld a víztérbe, és várja, hogy a jel visszaverődjön. Attól függően, hogy mennyi időbe telt a hanghullám visszatérése, a szakember megpróbálta meghatározni az ellenséges tengeralattjáró helyét.
A szonárhoz hasonlóan a ToF-kamera is méri azt az időt, amely alatt a fény visszaverődik egy tárgyról. A kamera ezután a késleltetési adatokat használja a távolság meghatározásához. Így a ToF érzékelő háromdimenziós világtérképet készít.
Ezért a ToF kamerákat néha „mélységi kameráknak” is nevezik. A ToF kamera (Time of Flight) egy olyan érzékelő, amely képes valamilyen fényt kibocsátani az infravörös spektrumban, majd rögzíteni a tárgyról való visszaverődés sebességét. Maga az érzékelő két részből áll: az első egy infravörös fényt kibocsátó dióda, a második pedig egy speciális fényérzékeny mátrix.
A kamera méri azt az időt, amely után a tárgyról visszaverődő fény visszatér oda. A készülék a nanoszekundumos pontossággal végzett számítások alapján nem csak az egyes tárgyak szenzortól való távolságának pontos becslésére, hanem azok alakjának meghatározására is képes. Igaz, nagyon hasonlít a szonáros szonárhoz. Csak ebben az esetben hang helyett fényt küldünk a tárgyra.
A NASA által épített autonóm autókban vagy akár űrszondákban is hasonló elven működő szenzorokat használnak. A progresszív miniatürizálás és a viszonylag alacsony gyártási költségek azt jelentik, hogy ez a technológia ma már a zsebében lehet. Az a tény, hogy a ToF érzékelők már sok legnépszerűbb okostelefonban megtalálhatók. Íme néhány ToF kamerával felszerelt mobileszköz:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy 10. megjegyzés
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20Ultra 5G
- LG G8 Thin Q
- OPPO RX17 Pro
- Honor View 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Biztos vagyok benne, hogy ez a lista minden évben csak bővülni fog, mert ennek az érzékelőnek a lehetőségei egyszerűen hatalmasak. Talán hamarosan a Google is beépít egy ilyen kamerát a Pixelekbe. Van remény arra is, hogy és Apple Figyelmet fordít a ToF érzékelőre, és hozzájárul ennek a technológiának a nagy népszerűségéhez, valamint teljes mértékben kihasználja a képességeit. Nem véletlenül jelent meg hasonló szenzor az új iPad Pro-ban.
Nos, az elmélet világos, most nézzük meg közelebbről, mire képes a ToF kamera a gyakorlatban. Meg kell érteni, hogy ezt az érzékelőt nem lehet egyszerűen elvenni és bekapcsolni, de bizonyos alkalmazásokban továbbra is használhatja, még akkor is, ha fényképezőgéppel fényképez.
Hogyan használható a ToF kamera?
Mérjük a távolságot
Egyes okostelefonokon Samsung (beleértve a Note10+, S20+ és S20 Ultra) és Huawei (beleértve a P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro) telepítheti a Measure nevű távolságmérő alkalmazást.
Minden nagyon egyszerűen és lenyűgöző pontossággal működik. A tesztek részeként ezzel az alkalmazással és okostelefonnal mértem Samsung Galaxy S20 Ultra hossza, szélessége és átlója TV-képernyőjének, és a telefon centiméteres pontossággal adta meg a méreteket.
Fényképezés közben elmosódik a háttér
A 3D renderelő rendszerek egyik alkalmazása lehet digitális mélységélesség létrehozása, így elmosódott hátteret adhat fotóihoz vagy videóihoz. Ez jelenleg csak fényképeknél működik, videóknál nem. A funkció segítségével megszabadulhatunk a keretbe került felesleges tárgyaktól vagy a kép benyomását rontó hátterektől is.
Ezenkívül egyes telefonokon a ToF érzékelő támogatja az automatikus élességállítást, vagy lehetővé teszi a háttér pontosabb elmosását portré módban. Röviden: segít jobb szelfik készítésében, hogy megörvendeztesse a követőit, mint pl Instagram.
Mozgáskövetés
Az LG G8 ThinQ okostelefon előlapján egy ToF szenzor található, amely többek között az űrben végzett gesztusok érzékelésére szolgál. Az ilyen gesztusok alkalmazási lehetőségeiről nem nagyon szeretnék beszélni, jobb, ha saját szemükkel nézed meg.
A Google Play számos mozgásos játékot is kínál, amelyek hasonlóak a vezérlő által támogatottakhoz Microsoft Kinect.
3D modellek és kiterjesztett valóság készítése
A 3D modellek ToF kamera segítségével történő létrehozásának lehetőségéről végtelenül beszélhetünk. Már most is használhatsz különböző szögekből készült szelfiképeket, hogy modellt készíts az arcodról, és akár ki is nyomtathatod, ha van kéznél egy 3D nyomtató. Persze valaki azt mondja, hogy ezek csak játékok és szórakozás. De nagyon valószínű, hogy a jövőben a ToF kamerákat autóalkatrészek vagy más mechanizmusok készítésére használják majd.
A virtuális és kiterjesztett valóság egyre kitartóbban kopogtat az ajtónkon. A kiterjesztett valóságot támogató játékok egyre gyakrabban jelennek meg az okostelefonokon Android és iOS. Izgalmas, tanulságos, és lehetővé teszi, hogy hasznosan töltse az idejét. Különösen a Play Marketen már számos olyan alkalmazást és játékot találhat, amelyek támogatják a Google ARCore platformot. Elég letölteni és telepíteni a Google Play Services for AR alkalmazást, és az ilyen játékok és alkalmazások a kiterjesztett valóságban is elérhetőek lesznek. Pontosan a ToF kamera használata teszi lehetővé a kiterjesztett valóság hatásának teljes élvezetét.
Viszont az újban Apple Az iPad Pro mélységérzékelője felelős a virtuális objektumok pontosabb átfedéséért a kamerából származó képre kiterjesztett valóság módban.
Okostelefon, mint éjjellátó készülék?
Jelenleg a legtöbb eszköznél a ToF érzékelő szinte észrevétlenül működik a felhasználó számára, és csak azokat a funkciókat támogatja, amelyeknél meg kell határozni a jelenet mélységét.
Viszont a Google Play-ben találtam egy kiváló Night Vision nevű alkalmazást, amivel a 3D szkennert szokatlan szerepkörben használhatod. Az enyémre telepítettem Huawei P30 Pro.
Az alkalmazás valós időben megjeleníti, hogy mit rögzít a ToF érzékelő. Mivel az emberi szem számára láthatatlan infravörös fényt használ, a mélységtérkép még teljes sötétségben is jól látható.
Meglepődtem, hogy egy ilyen apró szenzor mekkora területet képes letapodni. Arra számítottam, hogy néhány tíz centiméter után leereszt, de a gyakorlatban kiderült, hogy egy pillanat alatt háromdimenziós térképet készíthet az egész helyiségről. A ToF kamera 4-5 méteres távolságból könnyedén érzékeli a kis tárgyak alakját.
Gyermekének különösen tetszeni fog egy ilyen éjjellátó készülék. Biztos vagyok benne, hogy azonnal futni fog, hogy felfedezze lakása vagy háza legsötétebb zugait.
ToF kamera biometrikus érzékelőként
A ToF kamerát leggyakrabban két miniatűr lyuk formájában valósítják meg, amelyekben az infravörös dióda és a mátrix rejtőzik. Itt felmerül a kérdés: „Miért Apple nem szeretné ezt a technológiát használni a TrueDepth rendszere helyett, amelynek több érzékelője a telefon képernyőjének szélességének több mint felét foglalja el?”
Az ok valószínűleg a szkennelés rossz minősége. Az okostelefonokban használt ToF kamerák jelenleg nagyon alacsony felbontásúak (akár 240p), ami erősen pixeles képeket eredményez.
Amint láthatja, az ilyen szkennelés részletei túl kicsik ahhoz, hogy a szoftver pontosan azonosítsa az arcvonásokat.
De személy szerint nem látok olyan ellenjavallatokat, amelyek szerint az arcszkenner nem működhetne hibrid módban. Elméletileg a szelfikamera az arcvonások elemzésével és a nyitott szemek észlelésével egy időben a ToF szenzor ellenőrzi, hogy valóban egy bizonyos alakú és méretű háromdimenziós tárggyal van-e dolga, nem pedig egy fotóval.
Egy ilyen szkennert potenciálisan nagyon nehéz becsapni, ugyanakkor gyors, olcsó és nem invazív. Szóval nem lennék meglepve, ha a közeljövőben Apple A ToF technológia segítségével új generációs Face ID szkennert hoz létre, így ez a fajta 3D arcfelismerés egyre gyakoribb lesz.
Ezt sikerült kiderítenem Huawei A P40 Pro-ba pont ilyen ToF szenzor van beépítve, ez a kettős előlapi kamera között helyezkedik el, és részt vesz az arcfeloldás folyamatában. És még mindig azon tűnődtem, hogy miért van bekapcsolva az arcfeloldás Huawei A P40 Pro sokkal gyorsabb, mint elődje, a P30 Pro. Ráadásul egy fotó segítségével biztosan lehetetlen megtéveszteni az új zászlóshajót. Most ellenőriztem.
Jövőbeli alkalmazások mobilfilmesek számára
Bárki, aki okostelefonját használja videózáshoz, rendkívül érdekelni fogja, ha a 3D ToF technológiával kis mélységélességet lehet hozzáadni a háttérhez. Főleg, ha a folyamatot át lehet vinni az utómunkára, mivel ez nagyobb rugalmasságot biztosít.
Ezenkívül a ToF képességek potenciálisan érdekesek azok számára, akik számítógépes effektusokat adnak videóikhoz. Például, amikor egy videóban követi a mozgást, jobb, ha a lehető legpontosabban a tárgyra fókuszál. A 3D-s térkép használatával mindent fókuszban lefényképezhetünk, majd szükség esetén később hozzáadhatjuk a szükséges háttérelmosást és speciális effektusokat.
Ez csak spekuláció részemről, de a 3D-s szkennelés minden bizonnyal hatalmas lehetőséget rejt magában a videórögzítési folyamat javítására. Ezt a modern mozi már bebizonyította, és remélem, hamarosan megjelenik a fogyasztói szegmensben is.
Az ok, amiért ezek a funkciók még nem érhetők el az okostelefonok kameráiban videózás közben, valószínűleg a megnövelt feldolgozási teljesítmény szükségességével függ össze. A tesztek bebizonyították, hogy az okostelefonok felmelegednek a ToF érzékelő használatakor. És mivel nincs aktív hűtésük, ez egy kis probléma lehet.
De ahogy a mobil processzorok ereje növekszik, úgy gondolom, hogy a ToF kamerákat egyre szélesebb körben használják fotó- és videóalkalmazásokban.
Egy dolgot biztosan kijelenthetünk: a ToF-ban nagy lehetőségek rejlenek
Már az a tény, hogy egy okostelefon ultraprecíz távolságmérőként vagy éjjellátóként is funkcionálhat, azt jelenti, hogy soha többé nem veszek olyan telefont, amelyben nincs ToF érzékelő. Ez az elmúlt évek egyik legérdekesebb technológiája, és még csak az elején jár.
Elképesztő, hogy egy ilyen kis szenzor ennyire képes. Szorítok, hogy a gyártók és az alkalmazásfejlesztők továbbra is dolgozzanak a képességek kiaknázásán. Biztos vagyok benne, hogy nem egyszer hallani fogunk a ToF kamera új alkalmazásairól. És most ki fogja azt mondani, hogy ez szükségtelen kiegészítés az okostelefonok kameráinak fő készletéhez?
érdekes információ