З кожним днем все більше виробників смартфонів наголошують на наявності в їхніх пристроях камер Time of Flight (ToF). Проте, що ж таке ToF-камери, як вони функціонують і чому їх наявність є бажаною у вашому смартфоні?
ToF-камери: Розширена перспектива глибини
По суті, ToF-камери – це вдосконалені HD-камери, які пропонують покращену роздільну здатність сприйняття глибини. Наприклад, смартфон Huawei P30 Pro, випущений у 2019 році, мав чотириразово кращу роздільну здатність глибини, ніж звичайні камери. Хоча термін «роздільна здатність глибини» може звучати як професійний жаргон, насправді його легко зрозуміти. Камера з високою роздільною здатністю здатна розрізняти об’єкти, розташовані на передньому плані (ближче) та на задньому плані (далі).
У фотографії таке розмежування переднього та заднього плану називається глибиною різкості. Саме воно створює відчуття реалістичності або фокусування. Об’єкти, розташовані близько, виглядають чіткими з виразними контурами, тоді як віддалені об’єкти мають дещо розмитий вигляд.
З камерою ToF фотографи отримують більше можливостей для регулювання глибини різкості. Звісно, немає необхідності бути професійним фотографом, щоб скористатися перевагами покращеної роздільної здатності ToF-камери. Автоматичні налаштування камери у поєднанні з ToF-камерою повинні забезпечити чудові знімки з чітким розмежуванням переднього та заднього планів. Крім того, ToF-камеру можна використовувати для створення відео з покращеною стабілізацією зображення або для вдосконалення ваших фільтрів у Instagram.
Також, ToF-камера у смартфоні може застосовуватися для покращеного розпізнавання обличчя, жестів та для відеоігор з доповненою реальністю (AR). Пам’ятаєте, як Pokemon Go використовує камеру для розміщення покемонів у вашому оточенні? ToF-камери можуть зробити цю функцію значно переконливішою.
Технологія, що має давню історію
На диво, технологія ToF-камер існує ще з кінця 70-х років. Просто знадобився час, щоб вона стала достатньо доступною та практичною для використання у споживчих товарах.
У минулому ToF-камери використовувалися для топографічних досліджень, автоматизації промислового обладнання та для автоматичних дверей. Але ця технологія проникла в багато домівок (включно, ймовірно, з вашою) ще у 2014 році. Kinect від Xbox One використовує ToF-камеру для ідентифікації облич та точного відстеження жестів рук.
Станом на квітень 2019 року, лише деякі смартфони мали вбудовані ToF-камери, як-от LG G8 ThinQ, Honor View 20, Huawei P30 Pro, та Oppo RX17 Pro. Ці смартфони були орієнтовані на фотографів та ентузіастів, але вони задають стандарт для майбутніх моделей, включаючи Samsung та Apple, випущені у 2019 та 2020 роках.
Безсумнівно, ToF-камери – це передова технологія, яка існує ще з епохи “Зоряних воєн”. Але як саме вони працюють? Чому вони мають таку високу роздільну здатність глибини?
Принцип роботи ToF-камер: Використання Лідара для вимірювання глибини
Чи знаєте ви, як кажани та дельфіни використовують звук для “зорового” сприйняття оточення? Цей принцип був запозичений нами і вдосконалений у технології гідролокатора, що використовується у підводних човнах. ToF-камери застосовують подібну методику для вимірювання глибини, але вона відома як лідар, і використовує імпульси інфрачервоного світла замість звукових хвиль.
Під час фотографування за допомогою ToF-камери смартфона випускається імпульс невидимого інфрачервоного світла, яке відбивається від об’єктів, що знаходяться поруч. Частина цього світла розсіюється в просторі, але більша частина повертається до ToF-камери.
Подібно до ехолотної хвилі кажана, лідарна хвиля повертається по частинах. Інфрачервоне світло, відбите від ближніх об’єктів, швидко досягає ToF-камери, тоді як світлу, відбитому від далеких об’єктів, потрібно більше часу для повернення. Ваш смартфон вимірює час, необхідний для повернення кожного променя світла, обробляє отримані дані та створює детальну тривимірну карту глибини.
Це дещо схоже на іграшку пінборд, в яку ви вдавлюєте своє обличчя. Ця іграшка створює “3D-ефект”, тому що ваш ніс, що розташований ближче до дошки, створює глибше заглиблення, ніж очі та щоки, які знаходяться відносно далеко від дошки.
Звісно, відображення інфрачервоного світла надає вашому смартфону лише інформацію про глибину. Тому ToF-камери поєднують інфрачервону функціональність зі звичайною камерою високої роздільної здатності. Ваш смартфон використовує програмне забезпечення для поєднання звичайного фото з інфрачервоною тривимірною картою глибини, створюючи таким чином зображення з чітко вираженими переднім і заднім планом.
Майбутнє ToF-камер: Широкий спектр застосувань
У найближчі роки ToF-камери змінять спосіб, яким ми фотографуємо та знімаємо відео за допомогою наших телефонів. Але розгляньмо ширшу перспективу. Йдеться про технологію, здатну створювати карту глибини простору зі швидкістю світла. Її застосування виходить за межі фотографії.
Фактично, вашим першим досвідом з ToF-камерою у смартфоні, ймовірно, буде не лише фотографування. Samsung Galaxy S10 5G матиме ToF-камери як на передній, так і на задній панелях. Компанія Apple, як відомо, не розголошує своїх планів щодо майбутніх моделей iPhone, але існують чутки, що iPhone 2019 року також може мати ToF-камери. Таке оновлення не лише покращить якість ваших селфі, але й підвищить точність Face ID та інших систем безпеки. Якщо ви ввімкнете розпізнавання обличчя під час налаштування свого смартфона, він непомітно створить 3D-модель вашого обличчя ще до того, як ви зробите перше селфі.
Керування жестами – це ще одна цікава, але, можливо, і непотрібна, функція ToF-камер. Система жестів Kinect була досить популярною, і в найближчі роки ви, ймовірно, використовуватимете подібні технології для керування смартфоном, комп’ютером, інтелектуальним помічником або смарт-годинником. Наразі такі компанії як InMotion займаються розробкою ToF-додатків для настільних комп’ютерів, а виробники, на зразок Google, використовують радарні та лідарні системи для створення розумних годинників та інтелектуальних помічників з безконтактним керуванням за допомогою жестів.
Крім керування жестами, ToF-камери також ідеально підходять для VR та AR додатків. На базовому рівні, такі речі, як фільтри в Instagram та Pokemon Go, виглядатимуть набагато більш “реалістичними” з використанням ToF-камери. А для більш складних додатків, наприклад, VR, ToF-камери можуть бути використані для реєстрації рухів рук та ніг користувача. Вони також можуть використовуватися для швидкого сканування фізичного оточення і перетворення його на VR-світ, що може пришвидшити розробку професійних ігор або відкрити ринок VR для інді-розробників.
Але ToF-камери мають і практичне застосування. Раніше вони використовувалися для автоматизації машин на заводах. Ця тенденція не зміниться. З удосконаленням ToF-камер (та їх здешевленням), вони знайдуть своє застосування в ще більшій кількості промислових та споживчих AI-продуктів. Більшість розумних автомобілів вже використовують технологію лідара для “сприйняття” свого оточення (цікаво, що автомобілі Tesla не використовують лідар).
Хоча ToF-камера у вашому новому смартфоні наразі обмежується фотографіями, AR та розпізнаванням обличчя, зараз вдалий час познайомитися з цією технологією. Згодом ToF-камери стануть повсюдними.
Джерела: Mouser