תהיתם פעם איך עובד מצב דיוקן או איך הסמארטפון שלכם מזהה את הפנים שלכם?
ככל שהסמארטפונים נעשים מתקדמים יותר, הם גם אורזים כמות גדולה יותר של חיישנים שמחזירים נתונים למכשיר כדי לשפר את חווית המשתמש.
לסמארטפונים מודרניים יש חיישני טביעת אצבע בתצוגה, LiDAR, חיישני מצלמה טובים וגדולים מאי פעם, ובמכשירים מסוימים, אפילו חיישני Time of Flight (ToF). אבל מבין כל החיישנים השונים שתראו בטלפון שלכם, חיישן ה-ToF בולט, בעיקר בגלל שהוא משפיע על הדברים שאנחנו עושים בסמארטפונים שלנו בצורה מאוד מסוימת ולא מורגשת.
מהו חיישן זמן טיסה (ToF)?
חיישן זמן טיסה (ToF), הנקרא גם מצלמת ToF, הוא חיישן מיוחד שמודד את עומק או מרחק לאובייקט על ידי פליטת קרן אור אינפרא אדום ומדידת הזמן שבו החזרות. מכאן השם, זמן טיסה.
זה דומה מאוד למצלמות ה-LiDAR שנמצאות במבחר ה-iPhone Pro ואפילו בחלק ממערכות זיהוי הפנים של סמארטפונים (כולל אייפון), בהן המכשיר יוצר מפת אינפרא אדום של הפנים של הבעלים ומשתמש בה כאסמכתא נגד האדם שהוא רואה כדי לקבוע אם לבטל את נעילת המכשיר או לֹא. זה נאמר, חיישני ToF ו-LiDAR יש הבדלים ביניהם.
שימוש באור (או צליל) מוחזר למדידת מרחק הוא גם לא רעיון חדש. מכשירים דומים כגון חיישני קולי ו-IR קיימים כבר הרבה יותר זמן, ומספקים למעשה את אותה פונקציונליות, אם כי עם הרבה פחות פרטים. היתרונות של חיישן ToF כוללים מדידות מדויקות ומהירות, טווח ארוך יותר ובטיחות השימוש.
בהשוואה לטכנולוגיות אחרות למדידת עומק תלת מימד, חיישני ToF זולים יחסית לייצור ולשימוש. הם גם אינם דורשים כוח עיבוד רב, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור מקרי שימוש כמו סמארטפונים, שבהם הכרת העומק של אובייקט מסוים יכולה לעזור להקל תכונות כמו מצב דיוקן, וכוח העיבוד הוא בעלות פרמיה.
חיישני ToF מיוצרים על ידי יצרנים שונים, ביניהם סוני, המספקת לאפל חיישני תלת מימד בטכנולוגיית ToF. יצרני חיישני ToF פופולריים אחרים כוללים את TeraRanger One, Lucid, Adafruit ו-ASC TigerCub.
כיצד פועל חיישן זמן טיסה (ToF)?
כפי שהוזכר קודם, חיישני ToF משתמשים באור אינפרא אדום כדי למדוד מרחק של עצם מהחיישן. לייזר אינפרא אדום זעיר יורה אור, שקופץ מעצם וחוזר לחיישן. החיישן יכול למדוד במדויק את המרחק של אובייקט על ידי מדידת הזמן שלקח לאור לחזור ולחזור למצלמה.
מכיוון שאנו כבר יודעים את מהירות האור ואת העובדה שהוא נוסע בדיוק פי שניים מהמרחק בין החיישן לאובייקט, זה הופך להיות פשוט להבין את המרחק באמצעות בסיס נוּסחָה:
(מהירות האור x זמן הטיסה)/2
מצלמות ToF מסוימות יכולות גם להשתמש בגלים רציפים כדי לזהות שינויי פאזה באור המוחזר כדי לקבוע גם עומק וגם מרחק. שוב, בהתאם לסוג החיישן שבו אתה משתמש, ייתכן שתוכל לחלץ מידע רב. זה יכול לשמש ליצירת מפות תלת-ממדיות של סביבת החיישן.
היכן משתמשים בחיישני ToF?
כאמור, חיישני ToF שימשו בסמארטפונים רבים כמצלמת "עומק" כדי לסייע למצלמה הראשית של המכשיר בהפקת תמונות מצב פורטרט באיכות גבוהה יותר. מטרת התמונות הללו היא ליצור עומק שדה רדוד כדי לשכפל עדשת מצלמה. מכיוון שהכרת העומק של אובייקטים שונים בתמונות כאלה היא קריטית כדי לקבל את הטשטוש של הרקע נכון, מצלמות ToF וחיישנים יכולים לעשות את ההבדל.
בנוסף, מצלמות ToF משמשות גם באימות ביומטרי, כאשר מכשיר עם מצלמת ToF יכול ליצור מפה תלת מימדית של פנים כדי להשתמש בה כאסמכתא לפתיחת המכשיר. זה בעצם איך טכנולוגיית פתיחת נעילת פנים עובדת, כולל Face ID של אפל. זה גם בטוח יותר מאשר רק להשוות בין שתי תמונות כדי לקבוע התאמה, מכיוון שיש יותר נתונים לעבוד איתם בהשוואה למסורתיים ראייה ממוחשבת אלגוריתמים הפועלים על נתונים דו מימדיים.
הם נמצאים בשימוש נפוץ במכוניות חשמליות ומערכות ניווט אחרות הודות ליכולות זיהוי האובייקטים וקצב הסקרים הגבוה שלהם, שיכול להיות כמעט 160 הרץ בחיישנים מסוימים. זה הופך אותם למושלמים עבור יישומים בזמן אמת כגון זיהוי אובייקטים, ניווט ואפילו טשטוש הרקע בשיחות הזום שלך.
יכולת זו להבדיל בין הנושא לרקע מיושמת לעיתים קרובות גם בהדפסת תלת מימד. מצלמות ToF יכולות לשכפל בקלות אובייקט אמיתי בכל שלושת הממדים, ולחסוך לך את הטרחה של עיצובו מאפס, במיוחד אם מדובר במבנה מורכב.
חיישני ToF מסייעים גם בהדמיה תלת מימדית ושיפור חוויות AR בנוסף לסריקת אובייקטים, ניווט מחוות וניווט פנימי.
אתה יכול למצוא חיישני ToF ב-Xbox Kinect של Microsoft ואחרים פרויקטים של זיהוי מחוות, מל"טים ואוזניות AR. בסך הכל, הרבגוניות שלהם פירושה שמקרי השימוש שלהם נעים מכל מקום בין חבילת מצלמות סמארטפונים למערכת ניווט של מכונית אוטונומית.
האם אתה צריך מצלמת ToF בטלפון שלך?
לא באמת.
הצילום החישובי עבר כברת דרך, ולרוב הסמארטפונים המודרניים יש תוכנה מספיק טובה כדי להפריד את הנושא מהרקע לחלוטין באמצעות תוכנה. בנוסף, כשזה מגיע לצילום סמארטפון, ספירת המגה-פיקסל וגודל חיישן המצלמה יכולים לעשות הבדל גדול בהרבה.
אמנם הייתה תקופה שבה מצלמות ToF נראו נפוץ בסמארטפונים של ספינת הדגל, אך כיום הן נמצאות בעיקר ב מכשירי טווח בינוני או על מערך ה-iPhone Pro בצורת חיישני LiDAR, קונספט שעובד על Time of Flight עִקָרוֹן.
עם זאת, מצלמת ToF בטלפון שלך יכולה להיות שימושית לפעמים, במיוחד במונחים של אימות ביומטרי. זה יכול גם לספק כלי מדידת מרחק המובנה בטלפון שלך ולספק נתונים עומק נוספים תוכנת צילום המחשוב פועלת בטלפון שלך, וכתוצאה מכך מצב דיוקן טוב עוד יותר יריות.
הכר את החיישנים שלך
סמארטפונים עמוסים ביותר ויותר חיישנים כדי להפוך את החוויה שלך להרבה יותר טובה. מצלמת ToF היא רק עוד אחד מאותם חיישנים בטלפון שלך שלא ניתן להשתמש בהם ישירות אבל יכול לעשות הבדל גדול למספר תכונות אחרות.