Di recente, le fotocamere ToF sono diventate parte integrante del set di fotocamere di un moderno smartphone di punta. Ma come funzionano, perché sono necessari e dove possono essere utilizzati?
"Lo sono, così sia", diranno la maggior parte degli utenti. Il fatto è che vengono pubblicate pochissime informazioni sui sensori ToF. A meno che i miei colleghi giornalisti, e non tutti, e anche gli esperti specializzati, non possano spiegarne chiaramente la necessità. Facciamo un po' di chiarezza su questo problema. Forse parte del testo conterrà molti termini, ma cercherò di spiegare nel modo più semplice possibile cos'è una fotocamera ToF, dove puoi applicarne le capacità e come vederla in azione. Bene, andiamo!
Cos'è una fotocamera ToF?
Ricordi quei film sui sottomarini della seconda guerra mondiale? Lì apparve l'equipaggiamento sonar utilizzato per rilevare le navi nemiche. Il dispositivo invia un suono "ping" nello spazio dell'acqua e attende che il segnale venga riflesso. A seconda del tempo impiegato per il ritorno dell'onda sonora, lo specialista ha cercato di determinare la posizione del sottomarino nemico.
Proprio come un sonar, una fotocamera ToF misura il tempo impiegato dalla luce per rimbalzare su un oggetto. La fotocamera utilizza quindi i dati di ritardo per determinare la distanza. Pertanto, il sensore ToF crea una mappa tridimensionale del mondo.
Ecco perché le fotocamere ToF sono talvolta chiamate anche "fotocamere di profondità". La fotocamera ToF (Time of Flight) è un sensore in grado di emettere una sorta di luce nello spettro infrarosso e quindi di registrare la velocità della sua riflessione dall'oggetto. Il sensore stesso è composto da due parti: la prima è un diodo che emette luce infrarossa e la seconda è una speciale matrice fotosensibile.
La fotocamera misura il tempo dopo il quale la luce riflessa dall'oggetto ritorna su di esso. Sulla base di calcoli effettuati con una precisione fino a un nanosecondo, il dispositivo è in grado non solo di stimare con precisione la distanza dei singoli oggetti dal sensore, ma anche di determinarne la forma. È vero, è molto simile al sonar sonar. Solo in questo caso inviamo la luce all'oggetto invece del suono.
I sensori che funzionano secondo un principio simile sono utilizzati anche nelle auto a guida autonoma o persino nelle sonde spaziali costruite dalla NASA. La miniaturizzazione progressiva e i costi di produzione relativamente bassi significano che questa tecnologia potrebbe essere nelle tue tasche oggi. Il fatto è che i sensori ToF sono già presenti in molti smartphone top. Ecco alcuni dispositivi mobili dotati di fotocamere ToF:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Nota10 +
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20Ultra 5G
- LG G8 sottile Q
- OPPO RX17Pro
- Honor View 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Sono sicuro che ogni anno questa lista non potrà che ampliarsi, perché il potenziale di questo sensore è semplicemente enorme. Forse presto Google installerà anche una tale fotocamera nei suoi Pixel. C'è anche speranza che e Apple presterà attenzione al sensore ToF e contribuirà alla grande divulgazione di questa tecnologia, oltre a sfruttare appieno le sue capacità. Non per niente un sensore simile è apparso nel nuovo iPad Pro.
Bene, la teoria è chiara, ora diamo un'occhiata più da vicino a ciò di cui è capace in pratica la fotocamera ToF. Dovrebbe essere chiaro che non puoi semplicemente prendere e accendere questo sensore, ma puoi comunque usarlo in alcune applicazioni, anche quando scatti con una fotocamera.
Come si può utilizzare una fotocamera ToF?
Misuriamo la distanza
Su alcuni smartphone Samsung (inclusi Note10+, S20+ e S20 Ultra) e Huawei (inclusi P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro) è possibile installare un'app di misurazione della distanza chiamata Measure.
Tutto funziona in modo semplice e con una precisione impressionante. Come parte dei test, ho misurato utilizzando questa applicazione e uno smartphone Samsung Galaxy S20 Ultra lunghezza, larghezza e diagonale dello schermo della tua TV e il telefono ha dato le dimensioni al centimetro più vicino.
Sfocatura dello sfondo quando si scatta una foto
Un'applicazione di un sistema di rendering 3D potrebbe essere quella di creare una profondità di campo digitale in modo da poter aggiungere uno sfondo sfocato alle tue foto o ai tuoi video. Questo funziona solo per le foto al momento, non per i video. La funzione ci consente anche di eliminare gli oggetti non necessari che sono entrati nella cornice o gli sfondi che rovinano l'impressione dell'immagine.
Inoltre, su alcuni telefoni, il sensore ToF supporta l'autofocus o consente di sfocare lo sfondo in modo più accurato in modalità verticale. In breve, ti aiuta a scattare selfie migliori per deliziare i tuoi follower, come in Instagram.
Tracciamento del movimento
Lo smartphone LG G8 ThinQ dispone di un sensore ToF situato sul pannello frontale, che viene utilizzato, tra l'altro, per rilevare i gesti eseguiti nello spazio. Non voglio davvero parlare delle possibilità di usare tali gesti, è meglio vedere di persona.
Google Play dispone anche di diversi giochi di movimento simili a quelli supportati dal controller Microsoft Kinect.
Creazione di modelli 3D e realtà aumentata
Si può parlare all'infinito della possibilità di creare modelli 3D con l'aiuto di una fotocamera ToF. Già ora puoi utilizzare le foto dei selfie da diverse angolazioni per creare un modello del tuo viso e persino stamparlo se hai una stampante 3D a portata di mano. Certo, qualcuno dirà che questi sono solo giochi e intrattenimento. Ma è del tutto possibile che in futuro le telecamere ToF verranno utilizzate per creare parti per automobili o altri meccanismi.
La realtà virtuale e aumentata bussa sempre più insistentemente alla nostra porta. I giochi con supporto per la realtà aumentata compaiono sempre più spesso negli smartphone Android e iOS. È emozionante, educativo e ti consente di trascorrere il tuo tempo con beneficio. In particolare, nel Play Market è già possibile trovare un gran numero di applicazioni e giochi con supporto alla piattaforma Google ARCore. È sufficiente scaricare e installare l'applicazione Google Play Services per AR e tali giochi e applicazioni saranno disponibili nella realtà aumentata. È proprio l'utilizzo della fotocamera ToF che permette di godere appieno dell'effetto della realtà aumentata.
A sua volta, nel nuovo Apple Il sensore di profondità dell'iPad Pro è responsabile della sovrapposizione più accurata di oggetti virtuali sull'immagine dalla fotocamera in modalità realtà aumentata.
Smartphone come dispositivo per la visione notturna?
Attualmente, per la maggior parte dei dispositivi, il sensore ToF funziona in modo quasi impercettibile per l'utente, supportando solo le funzioni che richiedono la determinazione della profondità della scena.
Tuttavia, in Google Play ho trovato un'ottima applicazione chiamata Night Vision, che permette di utilizzare lo scanner 3D in un ruolo insolito. L'ho installato sul mio Huawei P30Pro.
L'app mostra in tempo reale ciò che il sensore ToF acquisisce. Poiché utilizza la luce infrarossa, invisibile all'occhio umano, la mappa della profondità è chiaramente visibile anche nell'oscurità totale.
Sono rimasto sorpreso di quanto sia ampia un'area in grado di scansionare un sensore così piccolo. Mi aspettavo che si sgonfiasse dopo qualche decina di centimetri, ma in pratica si è scoperto che puoi creare una mappa tridimensionale dell'intera stanza in un istante. La fotocamera ToF rileva facilmente la forma di piccoli oggetti a una distanza di 4-5 metri.
A tuo figlio piacerà particolarmente un tale dispositivo per la visione notturna. Sono sicuro che correrà immediatamente ad esplorare gli angoli più bui del tuo appartamento o della tua casa.
Telecamera ToF come sensore biometrico
La fotocamera ToF è spesso implementata sotto forma di due fori in miniatura, in cui sono nascosti il diodo a infrarossi e la matrice. Qui sorge la domanda: "Perché Apple non vuole utilizzare questa tecnologia al posto del suo sistema TrueDepth, i cui sensori multipli occupano più della metà della larghezza dello schermo del telefono?"
Il motivo è probabilmente la scarsa qualità della scansione. Le fotocamere ToF utilizzate negli smartphone hanno attualmente una risoluzione molto bassa (fino a 240p), risultando in immagini altamente pixelate.
Come puoi vedere, i dettagli di tale scansione sono troppo piccoli per consentire al software di identificare accuratamente le caratteristiche del viso.
Ma, personalmente, non vedo controindicazioni, secondo cui lo scanner facciale non potrebbe funzionare in modalità ibrida. Teoricamente, nello stesso momento in cui la selfie camera analizza i lineamenti del viso e rileva gli occhi aperti, il sensore ToF controlla se si tratta davvero di un oggetto tridimensionale di una certa forma e dimensione, e non di una foto.
Uno scanner del genere è potenzialmente molto difficile da ingannare e allo stesso tempo è veloce, economico e non invasivo. Quindi non sarei sorpreso se nel prossimo futuro Apple utilizzerà la tecnologia ToF per creare uno scanner Face ID di nuova generazione, quindi questo tipo di riconoscimento facciale 3D diventerà più comune.
Sono riuscito a scoprirlo dentro Huawei Il P40 Pro ha installato proprio un tale sensore ToF, si trova tra la doppia fotocamera frontale e partecipa al processo di sblocco facciale. E mi chiedevo ancora perché lo sblocco con il viso sia attivo Huawei Il P40 Pro è molto più veloce del suo predecessore, il P30 Pro. Inoltre, è sicuramente impossibile ingannare il nuovo flagship con l'aiuto di una foto. Ho appena controllato da me.
App future per registi mobili
Chiunque utilizzi il proprio smartphone per girare video sarà estremamente interessato se la tecnologia 3D ToF può essere utilizzata per aggiungere una profondità di campo ridotta allo sfondo. Soprattutto se il processo può essere trasferito alla post-produzione, poiché offre una maggiore flessibilità.
Inoltre, le funzionalità ToF sono di potenziale interesse per coloro che aggiungono effetti per computer ai propri video. Ad esempio, quando si segue il movimento in un video, è meglio mettere a fuoco l'oggetto nel modo più preciso possibile. L'uso di una mappa 3D dovrebbe consentirci di riprendere tutto a fuoco e in seguito aggiungere la sfocatura dello sfondo necessaria e gli effetti speciali, se necessario.
Questa è solo una speculazione da parte mia, ma la scansione 3D ha sicuramente un enorme potenziale per migliorare il processo di acquisizione video. Questo è già stato dimostrato dal cinema moderno e, spero, apparirà presto nel segmento dei consumatori.
Il motivo per cui queste funzioni non sono ancora disponibili nelle fotocamere degli smartphone durante le riprese video è probabilmente legato alla necessità di avere una maggiore potenza di elaborazione. I test hanno dimostrato che gli smartphone si surriscaldano quando si utilizza il sensore ToF. E poiché non hanno il raffreddamento attivo, questo può essere un po' un problema.
Ma con l'aumento della potenza dei processori mobili, penso che le fotocamere ToF diventeranno più ampiamente utilizzate nelle applicazioni fotografiche e video.
Una cosa si può dire con certezza: ToF ha un grande potenziale
Il fatto stesso che uno smartphone possa funzionare come un dispositivo di misurazione della distanza ultra preciso o un dispositivo di visione notturna significa che non comprerò mai più un telefono senza un sensore ToF. Questa è una delle tecnologie più interessanti degli ultimi anni, ed è solo all'inizio del suo viaggio.
È incredibile che un sensore così piccolo possa fare così tanto. Incrocio le dita sul fatto che produttori e sviluppatori di app continueranno a lavorare per sfruttarne le capacità. Sono sicuro che sentiremo più di una volta le nuove applicazioni della fotocamera ToF. E ora chi dirà che questa è un'aggiunta non necessaria al set principale di fotocamere per smartphone?
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