Hva er en flytidssensor og hvordan fungerer ToF?

Etter hvert som smarttelefoner blir mer avanserte, pakker de også en stadig større mengde sensorer som mater data tilbake til enheten for å gjøre brukeropplevelsen bedre.

Moderne smarttelefoner har fingeravtrykksensorer på skjermen, LiDAR, bedre og større kamerasensorer enn noen gang, og på enkelte enheter, til og med Time of Flight (ToF)-sensorer. Men av alle de forskjellige sensorene du vil se på telefonen din, slår ToF-sensoren ut, mest fordi den påvirker tingene vi gjør på smarttelefonene våre på en veldig spesiell og ubemerket måte.

Hva er en flytidssensor (ToF)?

En Time of Flight-sensor (ToF), også kalt et ToF-kamera, er en spesialisert sensor som måler dybde eller avstand til et objekt ved å sende ut en infrarød lysstråle og måle tiden det returnerer. Derav navnet, Time of Flight.

Dette ligner veldig på LiDAR-kameraene som finnes på iPhone Pro-serien og til og med på noen smarttelefoner (inkludert iPhone) ansiktsdeteksjonssystemer, der enheten lager et infrarødt kart over eierens ansikt og bruker det som en referanse mot personen den ser for å avgjøre om enheten skal låses opp eller ikke. Med det sagt,

ToF-sensorer og LiDAR har sine forskjeller.

Å bruke reflektert lys (eller lyd) for å måle avstand er heller ikke en ny idé. Lignende enheter som ultralyd- og IR-sensorer har eksistert mye lenger, og gir i hovedsak den samme funksjonaliteten, om enn med mye mindre detaljer. En ToF-sensors fordeler inkluderer presise og raske målinger, lengre rekkevidde og sikkerhet ved bruk.

Sammenlignet med andre 3D-dybdemåleteknologier er ToF-sensorer relativt billige å produsere og bruke. De krever heller ikke mye prosessorkraft, noe som gjør dem ideelle for brukstilfeller som smarttelefoner, der det å kjenne dybden til et bestemt objekt kan hjelpe funksjoner som portrettmodus, og prosessorkraft er på en premie.

ToF-sensorer er laget av ulike produsenter, inkludert Sony, som forsyner Apple med 3D-sensorer ved hjelp av ToF-teknologi. Andre populære ToF-sensorprodusenter inkluderer TeraRanger One, Lucid, Adafruit og ASC TigerCub.

Hvordan fungerer en flytidssensor (ToF)?

Som nevnt tidligere bruker ToF-sensorer infrarødt lys for å måle et objekts avstand fra sensoren. En liten infrarød laser skyter lys, som spretter av et objekt og går tilbake til sensoren. Sensoren kan nøyaktig måle avstanden til et objekt ved å måle tiden det tok for lyset å sprette tilbake og returnere til kameraet.

Siden vi allerede kjenner lysets hastighet og det faktum at det reiser nøyaktig det dobbelte av avstanden mellom sensoren og objektet, blir det enkelt å finne ut avstanden ved hjelp av en grunnleggende formel:

(Lyshastighet x Flytid)/2

Noen ToF-kameraer kan også bruke kontinuerlige bølger for å oppdage faseskift i det reflekterte lyset for å bestemme både dybde og avstand. Igjen, avhengig av hvilken type sensor du bruker, kan du kanskje trekke ut mye informasjon. Dette kan brukes til å lage 3D-kart over sensorens omgivelser.

Hvor brukes ToF-sensorer?

Som nevnt ble ToF-sensorer brukt i mange smarttelefoner som et "dybde"-kamera for å hjelpe enhetens hovedkamera med å produsere portrettmodusbilder av høyere kvalitet. Disse bildene tar sikte på å skape en liten dybdeskarphet for å gjenskape en kameralinse. Siden det å kjenne dybden til forskjellige objekter i slike bilder er avgjørende for å få uskarpheten i bakgrunnen riktig, kan ToF-kameraer og sensorer utgjøre en stor forskjell.

I tillegg brukes ToF-kameraer også i biometrisk autentisering, der en enhet med et ToF-kamera kan lage et 3D-kart av et ansikt som kan brukes som referanse for å låse opp enheten. Dette er i hovedsak hvordan teknologi for ansiktslås fungerer, inkludert Apples Face ID. Det er også sikrere enn bare å sammenligne to bilder for å finne en match, siden det er mer data å jobbe med sammenlignet med tradisjonelle datamaskin syn algoritmer som opererer på 2D-data.

De brukes ofte i elektriske biler og andre navigasjonssystemer takket være deres objektgjenkjenningsevne og høye pollingfrekvens, som kan være nesten 160Hz på enkelte sensorer. Dette gjør dem perfekte for sanntidsapplikasjoner som objektgjenkjenning, navigasjon og til og med uskarp bakgrunn på Zoom-samtalene dine.

Denne evnen til å skille mellom motiv og bakgrunn brukes også ofte på 3D-utskrift. ToF-kameraer kan enkelt replikere et virkelighetsobjekt i alle tre dimensjoner, og sparer deg for bryet med å designe det fra bunnen av, spesielt hvis det er en kompleks struktur.

ToF-sensorer hjelper også med 3D-avbildning og forbedrer AR-opplevelser i tillegg til objektskanning, gestnavigasjon og innendørsnavigasjon.

Du kan finne ToF-sensorer på Microsofts Xbox Kinect og andre prosjekter for gestgjenkjenning, droner og AR-headset. Totalt sett betyr deres allsidighet at deres bruksområder varierer fra hvor som helst mellom en smarttelefonkamerapakke til en autonom bils navigasjonssystem.

Trenger du et ToF-kamera på telefonen din?

Ikke egentlig.

Beregningsfotografering har kommet langt, og de fleste moderne smarttelefoner har god nok programvare til å skille motivet fra bakgrunnen fullstendig ved hjelp av programvare. I tillegg, når det kommer til smarttelefonfotografering, kan megapikselantallet og kamerasensorstørrelsen gjøre en mye større forskjell.

Selv om det var en tid da ToF-kameraer ofte ble sett på flaggskipsmarttelefoner, finnes de nå stort sett på mellomstore enheter eller på iPhone Pro-serien i form av LiDAR-sensorer, et konsept som fungerer på Time of Flight prinsipp.

Imidlertid kan det til tider være nyttig å ha et ToF-kamera på telefonen, spesielt med tanke på biometrisk autentisering. Den kan også gi et verktøy for avstandsmåling innebygd i telefonen og gi mer dybdedata programvaren for beregningsfotografering som kjører på telefonen din, noe som resulterer i enda bedre portrettmodus skudd.

Kjenn sensorene dine

Smarttelefoner blir fullpakket med flere og flere sensorer for å gjøre opplevelsen din så mye bedre. Et ToF-kamera er bare en av disse sensorene på telefonen din som ikke kan brukes direkte, men som kan utgjøre en stor forskjell for flere andre funksjoner.