Gần đây, camera ToF đã trở thành một phần không thể thiếu trong bộ camera của một chiếc smartphone hàng đầu hiện đại. Nhưng chúng hoạt động như thế nào, tại sao chúng lại cần thiết và chúng có thể được sử dụng ở đâu?
"Họ đúng như vậy", hầu hết người dùng sẽ nói. Thực tế là rất ít thông tin được công bố về cảm biến ToF. Trừ khi các nhà báo đồng nghiệp của tôi, và không phải tất cả họ, và ngay cả các chuyên gia chuyên ngành, có thể giải thích rõ ràng sự cần thiết của họ. Hãy làm rõ vấn đề này. Có lẽ một phần của văn bản sẽ chứa rất nhiều thuật ngữ, nhưng tôi sẽ cố gắng giải thích càng đơn giản càng tốt camera ToF là gì, nơi bạn có thể áp dụng các khả năng của nó và cách xem nó trong hoạt động. Nào đi thôi!
Máy ảnh ToF là gì?
Bạn có nhớ những bộ phim về tàu ngầm từ Thế chiến thứ hai không? Thiết bị sonar dùng để phát hiện tàu địch đã xuất hiện ở đó. Thiết bị sẽ gửi một âm thanh "ping" vào không gian nước và chờ tín hiệu được phản hồi. Tùy thuộc vào thời gian sóng âm trở lại, chuyên gia cố gắng xác định vị trí của tàu ngầm đối phương.
Cũng giống như sóng siêu âm, máy ảnh ToF đo thời gian ánh sáng phát ra từ một vật thể. Máy ảnh sau đó sử dụng dữ liệu độ trễ để xác định khoảng cách. Do đó, cảm biến ToF tạo ra một bản đồ ba chiều của thế giới.
Đó là lý do tại sao máy ảnh ToF đôi khi còn được gọi là "máy ảnh chiều sâu". Camera ToF (Time of Flight) là một cảm biến có khả năng phát ra một số loại ánh sáng trong quang phổ hồng ngoại và sau đó ghi lại tốc độ phản xạ của nó từ vật thể. Bản thân cảm biến bao gồm hai phần: đầu tiên là một diode phát ra ánh sáng hồng ngoại, và thứ hai là một ma trận nhạy sáng đặc biệt.
Máy ảnh đo thời gian mà sau đó ánh sáng phản xạ từ vật thể trở lại nó. Dựa trên các tính toán được thực hiện với độ chính xác lên đến một nano giây, thiết bị không chỉ có thể ước tính chính xác khoảng cách của từng vật thể từ cảm biến mà còn xác định hình dạng của chúng. Đúng, nó rất giống sonar sonar. Chỉ trong trường hợp này, chúng tôi gửi ánh sáng đến vật thể thay vì âm thanh.
Các cảm biến hoạt động theo nguyên tắc tương tự cũng được sử dụng trong ô tô tự hành hoặc thậm chí là tàu thăm dò không gian do NASA chế tạo. Thu nhỏ tiến bộ và chi phí sản xuất tương đối thấp có nghĩa là công nghệ này có thể nằm trong túi của bạn ngay hôm nay. Thực tế là cảm biến ToF đã có trong nhiều điện thoại thông minh hàng đầu. Dưới đây là một số thiết bị di động được trang bị camera ToF:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Lưu ý10 +
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20 Siêu 5G
- LG G8 Mỏng Q
- OPPO RX17Pro
- Honor View 20
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Tôi chắc chắn rằng mỗi năm danh sách này sẽ chỉ mở rộng, bởi vì tiềm năng của cảm biến này đơn giản là rất lớn. Có lẽ sắp tới Google cũng sẽ cài đặt một chiếc máy ảnh như vậy trong Pixels của mình. Cũng có hy vọng rằng và Apple sẽ chú ý đến cảm biến ToF và góp phần vào việc phổ biến rộng rãi công nghệ này, cũng như tận dụng hết khả năng của nó. Không phải là không có gì khi một cảm biến tương tự đã xuất hiện trong iPad Pro mới.
Vâng, lý thuyết đã rõ ràng, bây giờ chúng ta hãy xem xét kỹ hơn những gì camera ToF có khả năng trong thực tế. Cần hiểu rằng bạn không thể chỉ đơn giản là chụp và bật cảm biến này, nhưng bạn vẫn có thể sử dụng nó trong một số ứng dụng, ngay cả khi chụp bằng máy ảnh.
Làm cách nào để sử dụng máy ảnh ToF?
Chúng tôi đo khoảng cách
Trên một số điện thoại thông minh Samsung (bao gồm Note10 +, S20 + và S20 Ultra) và Huawei (bao gồm P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro) bạn có thể cài đặt một ứng dụng đo khoảng cách có tên là Measure.
Mọi thứ hoạt động khá đơn giản và có độ chính xác ấn tượng. Là một phần của bài kiểm tra, tôi đã đo bằng ứng dụng này và điện thoại thông minh Samsung Galaxy S20 Ultra chiều dài, chiều rộng và đường chéo của màn hình TV và điện thoại có kích thước chính xác đến từng centimet.
Làm mờ nền khi chụp ảnh
Một ứng dụng của hệ thống kết xuất 3D có thể là tạo độ sâu trường ảnh kỹ thuật số để bạn có thể thêm nền mờ vào ảnh hoặc video của mình. Điều này chỉ hoạt động cho ảnh tại thời điểm này, không áp dụng cho video. Chức năng này cũng cho phép chúng ta loại bỏ các đối tượng không cần thiết lọt vào khung hoặc nền làm hỏng ấn tượng của bức ảnh.
Ngoài ra, trên một số điện thoại, cảm biến ToF hỗ trợ lấy nét tự động hoặc cho phép bạn làm mờ hậu cảnh chính xác hơn ở chế độ dọc. Nói tóm lại, nó giúp bạn chụp những bức ảnh tự sướng đẹp hơn để làm hài lòng những người theo dõi bạn, như trong Instagram.
Theo dõi chuyển động
Điện thoại thông minh LG G8 ThinQ có cảm biến ToF nằm ở mặt trước, được sử dụng để phát hiện các cử chỉ được thực hiện trong không gian. Tôi không thực sự muốn nói về khả năng sử dụng những cử chỉ như vậy, tốt hơn là bạn nên tự mình kiểm tra.
Google Play cũng có một số trò chơi chuyển động tương tự như những trò chơi được hỗ trợ bởi bộ điều khiển Microsoft động cơ.
Tạo mô hình 3D và thực tế tăng cường
Khả năng tạo mô hình 3D với sự trợ giúp của máy ảnh ToF có thể được đề cập đến vô tận. Giờ đây, bạn có thể sử dụng ảnh selfie từ các góc độ khác nhau để tạo mô hình khuôn mặt của mình và thậm chí in nó nếu bạn có máy in 3D trong tay. Tất nhiên, ai đó sẽ nói rằng đây chỉ là trò chơi và giải trí. Nhưng rất có thể trong tương lai, camera ToF sẽ được sử dụng để tạo ra các bộ phận cho ô tô hoặc các cơ chế khác.
Thực tế ảo và tăng cường đang ngày càng liên tục gõ cửa nhà chúng ta. Các trò chơi hỗ trợ thực tế tăng cường ngày càng xuất hiện nhiều trên điện thoại thông minh Android và iOS. Nó thú vị, mang tính giáo dục và cho phép bạn dành thời gian của mình để hưởng lợi. Đặc biệt, trong Play Market, bạn có thể tìm thấy một số lượng lớn ứng dụng và trò chơi hỗ trợ nền tảng Google ARCore. Chỉ cần tải xuống và cài đặt Dịch vụ Google Play cho ứng dụng AR là đủ và các trò chơi và ứng dụng như vậy sẽ có sẵn cho bạn trong thực tế tăng cường. Chính việc sử dụng camera ToF cho phép bạn tận hưởng trọn vẹn hiệu ứng của thực tế tăng cường.
Đến lượt mình, trong Apple Cảm biến độ sâu của iPad Pro có nhiệm vụ tạo lớp phủ chính xác hơn các đối tượng ảo trên hình ảnh từ máy ảnh ở chế độ thực tế tăng cường.
Điện thoại thông minh như một thiết bị nhìn ban đêm?
Hiện tại, đối với hầu hết các thiết bị, cảm biến ToF hầu như không hoạt động đối với người dùng, chỉ hỗ trợ các chức năng yêu cầu xác định độ sâu của cảnh.
Tuy nhiên, trong Google Play, tôi đã tìm thấy một ứng dụng tuyệt vời có tên là Night Vision, cho phép bạn sử dụng máy quét 3D trong một vai trò bất thường. Tôi đã cài đặt nó trên của tôi Huawei P30Pro.
Ứng dụng hiển thị trong thời gian thực những gì cảm biến ToF chụp. Bởi vì nó sử dụng ánh sáng hồng ngoại, mà mắt người không nhìn thấy được, bản đồ độ sâu có thể nhìn thấy rõ ràng ngay cả trong bóng tối hoàn toàn.
Tôi đã rất ngạc nhiên về việc một cảm biến nhỏ như vậy có thể quét một khu vực rộng lớn như thế nào. Tôi dự đoán rằng nó sẽ xẹp xuống sau vài chục cm, nhưng trên thực tế, hóa ra bạn có thể tạo ra một bản đồ ba chiều của toàn bộ căn phòng ngay lập tức. Camera ToF dễ dàng phát hiện hình dạng của các vật thể nhỏ ở khoảng cách 4-5 mét.
Con bạn sẽ đặc biệt thích một thiết bị nhìn ban đêm như vậy. Tôi chắc chắn rằng cô ấy sẽ ngay lập tức chạy đến khám phá những góc tối nhất trong căn hộ hoặc ngôi nhà của bạn.
Máy ảnh ToF làm cảm biến sinh trắc học
Camera ToF thường được thực hiện dưới dạng hai lỗ nhỏ, trong đó diode hồng ngoại và ma trận được ẩn đi. Ở đây câu hỏi đặt ra: "Tại sao Apple không muốn sử dụng công nghệ này thay vì hệ thống TrueDepth của nó, hệ thống có nhiều cảm biến chiếm hơn một nửa chiều rộng của màn hình điện thoại? "
Lý do có lẽ là chất lượng quét kém. Máy ảnh ToF được sử dụng trong điện thoại thông minh hiện có độ phân giải rất thấp (lên đến 240p), dẫn đến hình ảnh có điểm ảnh cao.
Như bạn có thể thấy, các chi tiết của bản quét như vậy quá nhỏ để phần mềm có thể xác định chính xác các đặc điểm trên khuôn mặt.
Tuy nhiên, cá nhân tôi không thấy bất kỳ chống chỉ định nào, theo đó máy quét khuôn mặt không thể hoạt động ở chế độ kết hợp. Về mặt lý thuyết, đồng thời khi camera selfie phân tích các đặc điểm trên khuôn mặt và phát hiện mắt mở, cảm biến ToF sẽ kiểm tra xem nó có thực sự xử lý một vật thể ba chiều có hình dạng và kích thước nhất định hay không chứ không phải là một bức ảnh.
Một máy quét như vậy có khả năng rất khó bị đánh lừa, đồng thời nó nhanh, rẻ và không xâm lấn. Vì vậy, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu trong tương lai gần Apple sẽ sử dụng công nghệ ToF để tạo ra máy quét Face ID thế hệ tiếp theo, do đó, loại nhận dạng khuôn mặt 3D này sẽ trở nên phổ biến hơn.
Tôi đã tìm ra điều đó trong Huawei P40 Pro chỉ được cài đặt một cảm biến ToF như vậy, nó nằm giữa camera kép phía trước và tham gia vào quá trình mở khóa bằng khuôn mặt. Và tôi vẫn thắc mắc tại sao tính năng mở khóa bằng khuôn mặt lại được bật Huawei P40 Pro nhanh hơn nhiều so với người tiền nhiệm của nó, P30 Pro. Ngoài ra, chắc chắn không thể đánh lừa được chiếc flagship mới với sự trợ giúp của một bức ảnh. Chỉ cần tôi kiểm tra.
Ứng dụng tương lai cho các nhà làm phim di động
Bất cứ ai sử dụng điện thoại thông minh của họ để quay video sẽ cực kỳ thích thú nếu công nghệ 3D ToF có thể được sử dụng để thêm độ sâu trường ảnh nông cho hậu cảnh. Đặc biệt là nếu quy trình có thể được chuyển sang hậu kỳ, vì nó mang lại tính linh hoạt cao hơn.
Ngoài ra, các khả năng ToF có thể được quan tâm đối với những người thêm hiệu ứng máy tính vào video của họ. Ví dụ: khi theo dõi chuyển động trong video, tốt hơn hết bạn nên lấy nét vào đối tượng càng chính xác càng tốt. Sử dụng bản đồ 3D sẽ cho phép chúng tôi chụp mọi thứ được lấy nét và sau đó thêm hiệu ứng mờ nền cần thiết và các hiệu ứng đặc biệt nếu cần.
Đây chỉ là suy đoán của tôi, nhưng quét 3D chắc chắn có tiềm năng rất lớn để cải thiện quá trình quay video. Điều này đã được chứng minh bởi điện ảnh hiện đại và tôi hy vọng sẽ sớm xuất hiện ở phân khúc khách hàng tiêu dùng.
Lý do tại sao các chức năng này chưa khả dụng trong camera của điện thoại thông minh khi quay video có lẽ liên quan đến nhu cầu tăng sức mạnh xử lý. Thử nghiệm đã chứng minh rằng điện thoại thông minh nóng lên khi sử dụng cảm biến ToF. Và vì chúng không có hệ thống làm mát tích cực, điều này có thể gây ra một chút vấn đề.
Nhưng khi sức mạnh của bộ vi xử lý di động tăng lên, tôi nghĩ rằng máy ảnh ToF sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong các ứng dụng ảnh và video.
Có thể khẳng định chắc chắn một điều - ToF có tiềm năng rất lớn
Thực tế là điện thoại thông minh có thể hoạt động như một thiết bị đo khoảng cách siêu chính xác hoặc thiết bị nhìn ban đêm có nghĩa là tôi sẽ không bao giờ mua một chiếc điện thoại không có cảm biến ToF nữa. Đây là một trong những công nghệ thú vị nhất trong những năm gần đây, và nó mới chỉ ở giai đoạn đầu của cuộc hành trình.
Thật ngạc nhiên khi một cảm biến nhỏ như vậy có thể làm được nhiều điều như vậy. Tôi tin rằng các nhà sản xuất và nhà phát triển ứng dụng sẽ tiếp tục làm việc để khai thác các khả năng của nó. Tôi chắc chắn rằng chúng ta sẽ nghe nói nhiều lần về các ứng dụng mới của camera ToF. Và bây giờ ai sẽ nói rằng đây là sự bổ sung không cần thiết cho bộ camera chính của điện thoại thông minh?
thông tin thú vị