Що таке камера Time-Flight (ToF) і навіщо вона в смартфоні (1)

Все більше виробників хваляться тим, що їхні телефони оснащені камерами Time of Flight (ToF). Але що таке камери ToF, як вони працюють і навіщо вона в смартфоні?

Загальний опис

На самому базовому рівні камери ToF — це звичайні HD-камери зі збільшеним дозволом по глибині. Насправді ж, такі телефони, як Huawei P30 Pro 2019 року, мають дозвіл на глибині, яка в чотири рази краще, ніж у звичайних камер. Хоча «роздільна здатність по глибині» може звучати як заплутаний жаргон фотографів, насправді все дуже просто. Камера з високою роздільною здатністю по глибині може розрізняти об’єкти, що знаходяться поруч (на передньому плані) і далеко (на задньому плані).

до змісту ↑

Глибина різкості

У фотографії, ідея поділу об’єктів переднього плану і фону називається глибиною різкості. Це те, що створює відчуття реалістичності картинки. Об’єкти, які знаходяться поблизу, виглядають чіткими, з різко окресленими контурами, в той час як віддалені об’єкти виглядають злегка розмитими.

З камерою ToF, фотографи мають більше можливостей для контролю глибини різкості. Для цього зовсім не обов’язково бути професійним фотографом, скористатися збільшеним дозволом камери ToF може практично кожен. Автоматичні налаштування камери, в поєднанні з камерою ToF, дозволяють створювати приголомшливі зображення, де чітко розмежований передній план і фон. Камера ToF, також служить для створення вражаючого відео, з покращеною стабілізацією зображення або для підвищення точності ваших фільтрів Instagram.

Крім того, камера ToF в смартфоні (і не тільки) може використовуватися для розширеного розпізнавання осіб, жестів і відеоігор AR. Пам’ятаєте, як Покемон Go використовує вашу камеру для розміщення покемонів у вашому середовищі? Камери ToF можуть зробити цю функцію набагато більш переконливою.

до змісту ↑

Історія створення

Ця технологія не нова. Як не дивно, камери ToF з’явилися в кінці 70-х років. Тоді це була дуже дорога фішка, і як наслідок, не отримала широкого розповсюдження. Знадобився певний час, щоб технологія стала досить дешевою і зручною для споживчих додатків.

Раніше, ToF камери використовувалися при топографічному картографуванні, автоматизації промислових машин і в якості датчиків для автоматичних дверей. На заході, ця технологія проникла в багато будинків ще в 2014 році. У Kinect Xbox One використовується камера ToF, для точного розпізнавання облич та відстеження жестів рук.

Станом на квітень 2019 року, лише кілька телефонів мають вбудовані камери ToF. Це: LG G8 ThinQ, Honor View 20, Huawei P30 Pro і Oppo RX17 Pro. Ці смартфони призначені для фотографів і фанатів, але, вони задають стандарти розвитку для майбутніх телефонів, включаючи Samsung і Apple, 2019 і 2020 роках.

Добре, камери ToF дуже круті, і вони існують з моменту виходу фільму Зоряні Війни. Але як вони працюють? Чому в них така велика роздільна здатність по глибині?

до змісту ↑

Лидар в камерах ToF

Чи знаєте ви, як кажани і дельфіни використовують звук, щоб «бачити» своє оточення? Люди вкрали цей трюк, засунули його в підводні човни і назвали його гідролокатором. В камерах ToF застосовується аналогічна методика для вимірювання відстані, але, вона називається лидаром і заснована на імпульсів інфрачервоного світла замість звуку.

Коли ви фотографуєте з допомогою камери ToF телефону, вона спонукає невидимого інфрачервоного світла, яке відбивається від навколишніх об’єктів. Частина світла розсіюється, але більша частина потрапляє назад у камеру ToF телефону.

Як хвиля гідролокатора летючої миші, лидарная хвиля повертається на датчики. Інфрачервоне світло, який відбивається від навколишніх об’єктів, швидко повертається в камеру ToF, в той час як світло, відбите від віддалених об’єктів, займе трохи більше часу. Ваш телефон вимірює час, необхідний для повернення кожного променя світла, обробляє цю інформацію і створює детальну тривимірну карту глибини простору.

Звичайно, відображення ІЧ-світла дає вашому смартфону тільки інформацію про глибині. Ось чому камери ToF об’єднують ІЧ-функціональність із звичайною камерою високого дозволу. Ваш телефон використовує програмне забезпечення для змішування звичайної фотографії з тривимірної 3D-картою глибини, і в результаті ви отримуєте зображення з чітко визначеним переднім планом і фоном.

до змісту ↑

Майбутні області застосування камер ToF

У найближчі кілька років камери ToF зроблять революцію в фотографії і відео, знятих за допомогою смартфонів. Але, фото і відео ефекти далеко не єдина мета. Ми говоримо про технології, здатної створити карту глибини навколишнього середовища зі швидкістю світла. Її застосування вийде далеко за межі фотографії.

Фактично, ваше перше знайомство з ToF-камерою телефону, ймовірно, буде пов’язано не тільки з фотографією. Samsung Galaxy S10 5G буде включати в себе камери ToF, як спереду, так і ззаду. Apple, як відомо, вкрай обережно ставиться до планів на майбутнє своїх нових моделей, але ходять чутки, що iPhone-2019 може включати в себе камери ToF. Так, це оновлення зробить селфи приголомшливими, при цьому підвищиться точність ідентифікації особи, підвищаться інші заходи безпеки. Якщо ви включите розпізнавання осіб, при налаштуванні телефону, він перш за все зробить знімок 3D-карти вашого обличчя, і лише потім селфи.

Управління жестами — ще одне цікаве (але, можливо, дурне) додаток для камер ToF. Так, система жестів Kinect заслуговує величезної уваги, але в найближчі кілька років ви, ймовірно, виявите, що використовуєте аналогічну технологію для управління телефоном, комп’ютером, розумним помічником або розумними годинами. В даний час такі компанії, як Inmotion, працюють над додатками ToF для настільних комп’ютерів, у той час як Google, використовує радарні і лідарні системи для створення розумних годин з ручним керуванням і жестами.

Поряд з управлінням жестами, камери ToF також ідеально підходять для додатків VR і AR. На базовому рівні такі речі, як Instagram Filters і Pokemon Go, будуть здаватися набагато більш «реальними» при використанні з камерою ToF. Але для більш складних додатків, таких як VR, камери ToF можна використовувати для реєстрації жестів і кроків гравця. Вони також можуть бути використані для швидкого відображення фізичного середовища і перетворення їх у віртуальні світи, що може прискорити професійну розробку ігор або відкрити ринок віртуальної реальності для розробників інді-ігор.

Застосування камер ToF буде обов’язково мати практичну цінність. У минулому, вони використовувалися для автоматизації процесів на фабриках. Цей вектор розвитку не зміниться. По мірі того, як камери ToF стають краще (і дешевше), вони знайдуть свою нішу, в ще більшій кількості промислових і споживчих продуктів AI. Більшість розумних автомобілів вже використовують форму технології лідара, щоб «бачити» навколишній простір (досить цікаво, що автомобілі Tesla не використовують лидар).

Поки камери ToF у вашому новому мобільному телефоні обмежені додатками для фотографування, AR та розпізнавання облич, саме час освоїтися з цією технологією. Адже вже в найближчому майбутньому, камери ToF будуть скрізь.

до змісту ↑

Принцип роботи камери Time-Flight (ToF) (відео)