Time of Flight senzor

Článok

Aktualizované

Hoci je princíp Time-of-Flight (ToF) senzora v praxi dlho používanou 3D metódou, teraz sa dostáva aj do podvedomia majiteľov mobilných telefónov s kvalitnými fotoaparátmi. V čom tento spôsob získania 3D dát spočíva a aké novinky prináša do sveta inteligentných zariadení?

Čo je to Time-of-Flight (ToF) senzor?

Time-of-Flight je typ senzora, ktorý meria vzdialenosť medzi sebou samým a všetkými predmetmi, ktoré spadajú do jeho uhla záberu, a to pomocou svetelných lúčov alebo ultrazvuku. Častejšie sa však na túto metódu merania využíva práve svetelné žiarenie, pretože oproti ultrazvuku ponúka vyššiu rýchlosť a širšie prenosové pásmo. Pri použití infračervenej časti spektra sa tiež znižuje množstvo šumu, a tým je ľahšie oddeliť lúč od bežného denného svetla.

i Senzor merania vzdialenosti na základe zvukových signálov býva označovaný aj ako echolokátor. Túto metódu v prírode bežne používajú napríklad netopiere a delfíny.

Time-of-Flight senzor má veľký rozsah použitia naprieč mnohými odbormi. Využíva sa na skenovanie predmetov, navigáciu vnútri budovy, na detekciu prekážok, rozpoznanie gest aj na 3D vizualizácie a rozšírenú realitu, alebo dokonca na úpravu digitálnej fotografie v real-time režime. Time-of-Flight senzor majú teda vo vienku nielen obľúbené IoT zariadenia a drony, ale aj smartfóny.

Ako funguje Time-of-Flight senzor?

Time-of-Flight senzor vyšle signál, ktorý sa odrazí od predmetov spadajúcich do uhla záberu snímača a vráti sa späť do prijímača v senzore. Porovnaním času vyslania a času prijatia sa pre každý pixel získa konkrétna hodnota vzdialenosti od senzora, v ktorej došlo k odrazeniu signálu. Takýchto signálov je v prípade pohyblivých zariadení obrovské množstvo. Mnoho senzorov je preto schopných úspory energie v dobe nečinnosti v podobe režime spánku.
Time-of-Flight senzor, princíp

Výpočet vzdialenosti prebieha na základe vyššie uvedeného vzorca.

Time-of-Flight na vylepšenie fotografie

Time-of-Flight senzor je kľúčový na ďalšie navyšovanie kvality mobilných fotografií. Vďaka veľmi presne odmeranej vzdialenosti každého pixelu od snímača môže dôjsť ku kvalitnejšiemu rozostreniu pozadia. Stále však bude potrebný mimoriadne odladený softvér, ktorý túto funkciu zabezpečuje a vhodne používa senzorom získané dáta. Preto v tejto chvíli záleží predovšetkým na výrobkoch jednotlivých mobilov.

i Time-of-Flight senzor vysielajúce signály z infračervenej časti spektra možno použiť aj na fotografovanie v zlých svetelných podmienkach.
Time-of-Flight senzor; hĺbka obrazu

Na tejto snímke je farebne vyjadrená vzdialenosť fotografovaných predmetov.

Aký je rozdiel oproti ďalším 3D technológiám?

Na rozdiel od ostatných metód 3D skenovania, akými sú napríklad stereo snímanie alebo štruktúrované svetlo, poskytuje Time-of-Flight senzor možnosti real-time aplikácie vďaka frekvencii až 160 snímok za sekundu. Táto technológia je navyše pomerne lacná a nie je príliš zložitá na spracovanie. Zo všetkých doterajších 3D metód ponúka aj najlepšie rozlíšenie.

Mobilny s ToF senzorom

ToF nie je žiadna prevratná novinka. S týmto senzorom sa experimentuje už pomerne dlhú dobu. Nájdete ho napríklad už v pohybovom senzore Kinect druhej generácie od spoločnosti Microsoft. Bežne sa využíva na snímanie zemského povrchu metódou LIDAR, na autonómne vozidla alebo drony.

Time-of-Flight senzor; lidar

Výsledok skenovania zemského povrchu metódou LIDAR.

V poslednej dobe sa ToF kamera postupne dostáva aj do celého radu mobilných zariadení, a to s cieľom razantného vylepšenia fotografií alebo na rozšírenú realitu. Špekuluje sa aj o umiestnení ToF do iPhonu. Niekoľko mobilných zariadení však už Time-of-Flight má vo svojej výbave. Ide napríklad o tieto vybrané kúsky z poslednej doby:

Time-of-Flight v Honor P30 Pro

Honor P30 Pro kombinuje Time-of-Flight senzor s fotoaparátom od spoločnosti Leica.

Time-of-Flight (ToF) senzor sa používa tam, kde je potrebné presne zmerať hĺbku alebo vzdialenosť objektu. Novo sa ale začína objavovať aj v smartfónoch, v ktorých pomáha vylepšiť celkový pôžitok z fotografovania alebo používania virtuálnej či rozšírenej reality. V budúcnosti o ToF senzore ešte budeme veľa počuť.

Smartfóny Mobily so senzorom Time of Flight