تا به حال فکر کرده اید که حالت پرتره چگونه کار می کند یا گوشی هوشمند شما چگونه چهره شما را تشخیص می دهد؟
همانطور که تلفن‌های هوشمند پیشرفته‌تر می‌شوند، تعداد فزاینده‌ای از حسگرها را نیز بسته‌بندی می‌کنند که داده‌ها را به دستگاه برمی‌گردانند تا تجربه کاربر را بهتر کنند.
گوشی‌های هوشمند مدرن دارای حسگرهای اثرانگشت زیر نمایشگر، LiDAR، سنسورهای دوربین بهتر و بزرگ‌تر از همیشه و در برخی دستگاه‌ها، حتی سنسورهای Time of Flight (ToF) هستند. اما از بین تمام سنسورهای مختلفی که در تلفن خود می بینید، حسگر ToF به چشم می خورد، بیشتر به این دلیل که بر کارهایی که ما در تلفن های هوشمند خود انجام می دهیم به روشی بسیار خاص و بدون توجه تأثیر می گذارد.
سنسور زمان پرواز (ToF) چیست؟
سنسور Time of Flight (ToF) که دوربین ToF نیز نامیده می‌شود، یک حسگر تخصصی است که عمق یا فاصله یک جسم را با انتشار یک پرتو مادون قرمز نور و اندازه‌گیری زمان بازگشت آن اندازه‌گیری می‌کند. از این رو نام، زمان پرواز.
این بسیار شبیه به دوربین‌های LiDAR موجود در سری آیفون پرو و حتی در برخی از تلفن‌های هوشمند (از جمله آیفون) سیستم‌های تشخیص چهره است، جایی که دستگاه نقشه‌ای مادون قرمز از چهره مالک ایجاد می‌کند و از آن به عنوان مرجعی علیه شخصی که می‌بیند استفاده می‌کند. تعیین کنید که آیا قفل دستگاه را باز کنید یا خیر. گفته می شود، سنسورهای ToF و LiDAR تفاوت های خود را دارند.
استفاده از نور منعکس شده (یا صدا) برای اندازه گیری فاصله نیز ایده جدیدی نیست. دستگاه‌های مشابه مانند سنسورهای اولتراسونیک و مادون قرمز برای مدت طولانی‌تری در دسترس بوده‌اند و اساساً همان عملکرد را ارائه می‌کنند، البته با جزئیات بسیار کمتر. از مزایای سنسور ToF می توان به اندازه گیری دقیق و سریع، برد طولانی تر و ایمنی استفاده اشاره کرد.
در مقایسه با سایر فناوری‌های اندازه‌گیری عمق سه بعدی، تولید و استفاده از حسگرهای ToF نسبتاً ارزان است. آنها همچنین به قدرت پردازش زیادی نیاز ندارند، و آنها را برای موارد استفاده مانند تلفن های هوشمند ایده آل می کند، جایی که دانستن عمق یک جسم خاص می تواند به تسهیل ویژگی هایی مانند حالت پرتره کمک کند و قدرت پردازش در بالاترین حد است.
سنسورهای ToF توسط سازندگان مختلفی ساخته می شوند، از جمله سونی که حسگرهای سه بعدی را با استفاده از فناوری ToF در اختیار اپل قرار می دهد. دیگر تولیدکنندگان محبوب حسگر ToF عبارتند از TeraRanger One، Lucid، Adafruit و ASC TigerCub.
سنسور زمان پرواز (ToF) چگونه کار می کند؟
همانطور که قبلا ذکر شد، حسگرهای ToF از نور مادون قرمز برای اندازه گیری فاصله یک جسم از حسگر استفاده می کنند. یک لیزر مادون قرمز کوچک نوری را می تاباند که از یک جسم منعکس می شود و به حسگر باز می گردد. این سنسور می‌تواند فاصله یک جسم را با اندازه‌گیری زمان برگشت نور و بازگشت به دوربین به دقت اندازه‌گیری کند.
از آنجایی که ما از قبل سرعت نور و این واقعیت را می دانیم که دقیقاً دو برابر فاصله بین سنسور و جسم طی می کند، تشخیص فاصله با استفاده از یک فرمول اساسی ساده می شود:
(سرعت نور x زمان پرواز)/2
برخی از دوربین‌های ToF همچنین می‌توانند از امواج پیوسته برای تشخیص تغییر فاز در نور بازتاب‌شده برای تعیین عمق و فاصله استفاده کنند. باز هم، بسته به نوع سنسوری که استفاده می کنید، ممکن است بتوانید اطلاعات زیادی را استخراج کنید. این می تواند برای ایجاد نقشه های سه بعدی از محیط اطراف حسگر استفاده شود.
سنسورهای ToF کجا استفاده می شوند؟
همانطور که گفته شد، سنسورهای ToF در بسیاری از گوشی‌های هوشمند به عنوان دوربین «عمق» برای کمک به دوربین اصلی دستگاه در تولید عکس‌های حالت پرتره با کیفیت بالاتر استفاده می‌شوند. هدف این عکس ها ایجاد یک عمق میدان کم برای تکرار لنز دوربین است. از آنجایی که دانستن عمق اشیاء مختلف در چنین عکس‌هایی برای درست کردن تاری پس‌زمینه بسیار مهم است، دوربین‌ها و سنسورهای ToF می‌توانند تفاوت را کاملاً ایجاد کنند.
علاوه بر این، دوربین‌های ToF در احراز هویت بیومتریک نیز استفاده می‌شوند، جایی که دستگاهی با دوربین ToF می‌تواند یک نقشه سه‌بعدی از چهره ایجاد کند تا از آن به عنوان مرجع برای باز کردن قفل دستگاه استفاده شود. اساساً فناوری بازگشایی قفل چهره از جمله Face ID اپل به این صورت است. همچنین امنیت بیشتری نسبت به مقایسه دو تصویر برای تعیین تطابق دارد، زیرا در مقایسه با الگوریتم‌های بینایی کامپیوتری سنتی که روی داده‌های دوبعدی کار می‌کنند، داده‌های بیشتری برای کار وجود دارد.
آنها معمولاً در اتومبیل های الکتریکی و سایر سیستم های ناوبری به دلیل قابلیت های تشخیص اشیا و نرخ نظرسنجی بالا که می تواند در برخی از سنسورها نزدیک به 160 هرتز باشد، استفاده می شود. این باعث می شود آنها برای برنامه های بلادرنگ مانند تشخیص اشیا، ناوبری و حتی محو کردن پس زمینه در تماس های زوم شما عالی باشند.
این توانایی برای تمایز بین سوژه و پس زمینه اغلب برای چاپ سه بعدی نیز اعمال می شود. دوربین‌های ToF می‌توانند به راحتی یک شی واقعی را در هر سه بعد تکرار کنند و از دردسر طراحی آن از ابتدا جلوگیری کنند، به خصوص اگر ساختار پیچیده‌ای باشد.
حسگرهای ToF علاوه بر اسکن اشیاء، ناوبری ژست‌ها و ناوبری داخل ساختمان، به تصویربرداری سه بعدی و بهبود تجربیات واقعیت افزوده کمک می‌کنند.
می‌توانید حسگرهای ToF را در Xbox Kinect مایکروسافت و سایر پروژه‌های تشخیص حرکت، هواپیماهای بدون سرنشین و هدست‌های AR پیدا کنید. به طور کلی، تطبیق پذیری آنها به این معنی است که موارد استفاده آنها از هر نقطه ای بین مجموعه دوربین گوشی های هوشمند تا سیستم ناوبری خودروهای خودران را شامل می شود.
آیا به دوربین ToF روی گوشی خود نیاز دارید؟
نه واقعا.
عکاسی محاسباتی راه درازی را پیموده است و اکثر گوشی های هوشمند مدرن دارای نرم افزار کافی برای جداسازی سوژه از پس زمینه با استفاده از نرم افزار هستند. علاوه بر این، وقتی صحبت از عکاسی با گوشی هوشمند می شود، تعداد مگاپیکسل و اندازه سنسور دوربین می تواند تفاوت بسیار بیشتری ایجاد کند.
در حالی که زمانی بود که دوربین‌های ToF معمولاً در تلفن‌های هوشمند پرچم‌دار دیده می‌شد، اما اکنون بیشتر در دستگاه‌های میان‌رده یا در سری آیفون پرو به شکل سنسورهای LiDAR یافت می‌شوند، مفهومی که بر اساس اصل Time of Flight کار می‌کند.
با این حال، داشتن یک دوربین ToF بر روی تلفن شما می تواند گاهی اوقات مفید باشد، به خصوص از نظر احراز هویت بیومتریک. همچنین می‌تواند ابزار اندازه‌گیری فاصله را در تلفن شما فراهم کند و داده‌های عمق بیشتری را به نرم‌افزار عکاسی محاسباتی که روی تلفن شما اجرا می‌شود، ارائه دهد، و در نتیجه عکس‌های حالت پرتره حتی بهتری داشته باشید.
حسگرهای خود را بشناسید
گوشی‌های هوشمند با حسگرهای بیشتر و بیشتری بسته می‌شوند تا تجربه شما را بسیار بهتر کنند. دوربین ToF یکی دیگر از آن سنسورهای گوشی شما است که نمی‌توان مستقیماً از آن استفاده کرد، اما می‌تواند تفاوت بزرگی در چندین ویژگی دیگر ایجاد کند.