Flere og flere producenter praler med, at deres telefoner har Time of Flight-kameraer (ToF). Men hvad er ToF-kameraer, hvordan fungerer de, og hvorfor vil du have et i din smartphone?
Indholdsfortegnelse
ToF-kameraer har ekstra dybdeopløsning
På et helt grundlæggende niveau er ToF-kameraer bare almindelige HD-kameraer med en øget dybdeopløsning. Faktisk er telefoner som 2019 Huawei P30 Pro har en dybdeopløsning, der er fire gange bedre end konventionelle kameraer. Selvom “dybdeopløsning” kan lyde som en forvirrende fotojargon, er det faktisk let at forstå. Et kamera med høj dybdeopløsning kan skelne mellem objekter, der er i nærheden (i forgrunden) og langt væk (i baggrunden).
I fotografering kaldes denne idé om forgrund og baggrund for dybdeskarphed. Det er det, der skaber en følelse af realisme eller fokus. Objekter, der er i nærheden, ser skarpe ud med rene konturer, mens genstande langt væk ser lidt slørede ud.
Med et ToF-kamera har fotografer flere muligheder for at kontrollere deres dybdeskarphed. Du behøver selvfølgelig ikke være fotograf for at drage fordel af et ToF-kameras øgede dybdeopløsning. Automatiske kameraindstillinger, når de er parret med et ToF-kamera, skulle give fantastiske billeder med en veldefineret forgrund og baggrund. Et ToF-kamera kan også bruges til at producere en fantastisk video med avanceret billedstabilisering eller til at øge nøjagtigheden af dine Instagram-filtre.
Derudover kunne en telefons ToF-kamera bruges til avanceret ansigtsgenkendelse, bevægelser og AR-videospil. Kan du huske, hvordan Pokemon Go bruger dit kamera til at placere en Pokemon i dit miljø? ToF-kameraer kan gøre den funktion meget mere overbevisende.
Denne teknologi er ikke ny
Mærkeligt nok har ToF-kameraer eksisteret siden slutningen af 70’erne. Det har bare taget et stykke tid for teknologien at blive billig og praktisk nok til forbrugerapplikationer.
Tidligere blev ToF-kameraer brugt til topografisk kortlægning, industriel automatisering af maskiner og automatiske døre. Men teknologien kom ind i mange hjem (inklusive dit, sandsynligvis) tilbage i 2014. Xbox Ones Kinect bruger et ToF-kamera til at identificere ansigter og spore håndbevægelser nøjagtigt.
Fra april 2019 er der kun få telefoner, der har indbyggede ToF-kameraer, som f. LG G8 ThinQ, det Æresvisning 20, det Huawei P30 Pro, og Oppo RX17 Pro. Disse telefoner markedsføres mod fotografer og nørder, men de sætter standarden for fremtidige telefoner, bl.a. Samsung og Apples 2019 og 2020 udgivelser.
Okay, ToF-kameraer er super fede, og de har eksisteret siden udgivelsen af Star Wars. Men hvordan fungerer de? Hvorfor har de så stor en dybdeopløsning?
ToF-kameraer Brug Lidar til at måle dybden
Ved du, hvordan flagermus og delfiner bruger lyd til at “se” deres omgivelser? Nå, vi stjal det trick, stak det i nogle ubåde og kaldte det sonar. ToF-kameraer bruger en lignende teknik til at måle dybde, men det kaldes lidar, og den er afhængig af impulser af IR-lys i stedet for lyd.
Når du tager et billede med en telefons ToF-kamera, skyder det en puls af usynligt IR-lys ud, der reflekteres fra genstande i nærheden. Noget af det lys spreder sig ned i afgrunden, men det meste finder vej tilbage til telefonens ToF-kamera.
Som en flagermuss ekkolodsbølge vender en lidarbølge tilbage i stumper og stykker. IR-lys, der reflekteres fra objekter i nærheden, vender hurtigt tilbage til ToF-kameraet, mens lyset, der reflekteres fra fjerne objekter, vil tage lidt længere tid. Din telefon måler, hvor lang tid det tager for hver lysstråle at komme tilbage, knuser nogle tal og opretter et detaljeret 3D-dybdekort.
Det er lidt ligesom dem pin-board legetøj som du trykker dit ansigt ind i. Dette legetøj har en “3D-effekt”, fordi din næse, som er tæt på brættet, skaber en større fordybning end dine øjne og kinder, som er relativt langt væk fra brættet.
Refleksionen af IR-lys giver naturligvis kun din telefon dybdeinformation. Det er derfor, ToF-kameraer parrer IR-funktionalitet med et konventionelt kamera med høj opløsning. Din telefon bruger software til at blande et konventionelt foto med et IR 3D-dybdekort, og du ender med et billede, der har en veldefineret for- og baggrund.
Fremtidige applikationer til ToF-kameraer
I de næste par år vil ToF-kameraer revolutionere den måde, vi tager billeder og video på med vores telefoner. Men lad os tænke på det store billede her. Vi taler om en form for teknologi, der kan skabe et dybdekort over et miljø med lysets hastighed. Dens applikationer skubber langt ud over fotografiets grænser.
Faktisk vil din første oplevelse med en telefons ToF-kamera sandsynligvis ikke kun handle om fotografering. Det Samsung Galaxy S10 5G vil omfatte ToF-kameraer, både foran og bagpå. Apple er berømt ordknappe om fremtidige iPhone-planer, men der er rygter 2019 iPhones kunne også omfatte ToF-kameraer. Ja, denne opdatering vil få dine selfies til at se fantastiske ud, men den vil også øge nøjagtigheden af Face ID og andre sikkerhedsforanstaltninger. Hvis du aktiverer ansigtsgenkendelse, mens du konfigurerer din telefon, vil den stille og roligt fange et 3D-kort af dit ansigt, før du får chancen for at tage selfies.
Bevægelseskontroller er en anden spændende (men uden tvivl dorky) applikation til ToF-kameraer. Ja, Kinects gestus-system er en stor øjenrulle værd, men i de næste par år vil du sandsynligvis finde dig selv at bruge lignende teknologi til at styre din telefon, computer, smartassistent eller smartwatch. Lige nu kan virksomheder gerne I bevægelse arbejder på ToF-applikationer til stationære computere, og producenter kan lide Google bruger radar- og lidarsystemer til at skabe håndfri, gestuskontrollerede smartwatches og smarte assistenter.
Sammen med gestuskontroller er ToF-kameraer også ideelle til VR og AR applikationer. På et grundlæggende niveau vil ting som Instagram-filtre og Pokemon Go virke meget mere “rigtige”, når de bruges med et ToF-kamera. Men til mere komplicerede applikationer, som VR, kunne ToF-kameraer bruges til at registrere en gamers håndbevægelser og fodtrin. De kan også bruges til hurtigt at kortlægge fysiske miljøer og konvertere dem til VR-verdener, hvilket kan fremskynde professionel spiludvikling eller åbne VR-markedet for indie-spiludviklere.
Men ToF-kameraer har også praktiske formål. Tidligere har de været brugt til maskinautomatisering på fabrikker. Det vil ikke ændre sig. Efterhånden som ToF-kameraer bliver bedre (og billigere), vil de finde vej til endnu flere industrielle og forbrugervenlige AI-produkter. Mest smarte biler bruger allerede en form for lidar-teknologi til at “se” deres miljø (interessant nok bruger Tesla-biler ikke lidar).
Mens ToF-kameraet i din nye mobiltelefon er begrænset til fotografiske, AR- og ansigtsgenkendelsesapplikationer, er det nu et godt tidspunkt at blive fortrolig med teknologien. Til sidst vil ToF-kameraer være overalt.
Kilder: Mouser