O que é um sensor de tempo de voo e como funciona o ToF?

À medida que os smartphones se tornam mais avançados, eles também incluem uma quantidade cada vez maior de sensores que fornecem dados ao dispositivo para melhorar a experiência do usuário.

Os smartphones modernos têm sensores de impressão digital na tela, LiDAR, sensores de câmera melhores e maiores do que nunca e, em alguns dispositivos, até mesmo sensores de tempo de voo (ToF). Mas de todos os diferentes sensores que você verá em seu telefone, o sensor ToF se destaca, principalmente porque afeta as coisas que fazemos em nossos smartphones de uma forma muito particular e despercebida.

O que é um sensor de tempo de voo (ToF)?

Um sensor Time of Flight (ToF), também chamado de câmera ToF, é um sensor especializado que mede o profundidade ou distância de um objeto, emitindo um feixe de luz infravermelha e medindo o tempo retorna. Daí o nome, Time of Flight.

Isso é muito semelhante às câmeras LiDAR encontradas na linha iPhone Pro e até mesmo em alguns sistemas de detecção facial de smartphones (incluindo iPhone), onde o dispositivo cria um mapa infravermelho do rosto do proprietário e usa isso como referência contra a pessoa que está vendo para determinar se deve desbloquear o dispositivo ou não. Dito isto,

Os sensores ToF e LiDAR têm suas diferenças.

Usar luz refletida (ou som) para medir a distância também não é uma ideia nova. Dispositivos semelhantes, como sensores ultrassônicos e infravermelhos, existem há muito mais tempo, fornecendo essencialmente a mesma funcionalidade, embora com muito menos detalhes. As vantagens de um sensor ToF incluem medições precisas e rápidas, maior alcance e segurança de uso.

Em comparação com outras tecnologias de medição de profundidade 3D, os sensores ToF são relativamente baratos de produzir e usar. Eles também não exigem muito poder de processamento, tornando-os ideais para casos de uso como smartphones, onde conhecer a profundidade de um determinado objeto pode ajudar a facilitar recursos como o modo retrato, e o poder de processamento é valioso.

Os sensores ToF são fabricados por vários fabricantes, incluindo a Sony, que fornece à Apple sensores 3D usando a tecnologia ToF. Outros fabricantes populares de sensores ToF incluem TeraRanger One, Lucid, Adafruit e ASC TigerCub.

Como funciona um sensor de tempo de voo (ToF)?

Como mencionado anteriormente, os sensores ToF usam luz infravermelha para medir a distância de um objeto ao sensor. Um minúsculo laser infravermelho dispara luz, que é refletida em um objeto e retorna ao sensor. O sensor pode medir com precisão a distância de um objeto medindo o tempo que a luz levou para retornar à câmera.

Como já sabemos a velocidade da luz e o fato de que ela viaja exatamente o dobro da distância entre o sensor e o objeto, torna-se simples descobrir a distância usando um Fórmula:

(Velocidade da luz x Tempo de voo)/2

Algumas câmeras ToF também podem usar ondas contínuas para detectar mudanças de fase na luz refletida para determinar a profundidade e a distância. Novamente, dependendo do tipo de sensor que você está usando, você pode extrair muitas informações. Isso pode ser usado para criar mapas 3D dos arredores do sensor.

Onde os sensores ToF são usados?

Como mencionado, os sensores ToF foram usados ​​em muitos smartphones como uma câmera de "profundidade" para ajudar a câmera principal do dispositivo a produzir fotos em modo retrato de maior qualidade. Essas fotos visam criar uma profundidade de campo rasa para replicar uma lente de câmera. Como conhecer a profundidade de diferentes objetos nessas fotos é fundamental para obter o desfoque do fundo, as câmeras e sensores ToF podem fazer toda a diferença.

Além disso, as câmeras ToF também são utilizadas na autenticação biométrica, onde um dispositivo com uma câmera ToF pode criar um mapa 3D de um rosto para usar como referência para desbloquear o dispositivo. Isso é essencialmente como tecnologia de desbloqueio facial funciona, incluindo o Face ID da Apple. Também é mais seguro do que apenas comparar duas imagens para determinar uma correspondência, pois há mais dados para trabalhar em comparação com o tradicional visão computacional algoritmos que operam em dados 2D.

Eles são comumente usados ​​em carros elétricos e outros sistemas de navegação graças às suas capacidades de detecção de objetos e alta taxa de polling, que pode chegar a quase 160 Hz em alguns sensores. Isso os torna perfeitos para aplicativos em tempo real, como detecção de objetos, navegação e até mesmo desfoque de fundo em suas chamadas de zoom.

Essa capacidade de diferenciar entre o assunto e o plano de fundo também é frequentemente aplicada à impressão 3D. As câmeras ToF podem facilmente replicar um objeto da vida real em todas as três dimensões, poupando-lhe o incômodo de projetá-lo do zero, especialmente se for uma estrutura complexa.

Os sensores ToF também ajudam na geração de imagens 3D e na melhoria das experiências AR, além da digitalização de objetos, navegação por gestos e navegação interna.

Você pode encontrar sensores ToF no Xbox Kinect da Microsoft e outros projetos de reconhecimento de gestos, drones e fones de ouvido AR. No geral, sua versatilidade significa que seus casos de uso variam de um conjunto de câmeras de smartphone a um sistema de navegação de carro autônomo.

Você precisa de uma câmera ToF no seu telefone?

Na verdade.

A fotografia computacional percorreu um longo caminho e a maioria dos smartphones modernos possui software bom o suficiente para separar completamente o assunto do fundo usando software. Além disso, quando se trata de fotografia de smartphone, a contagem de megapixels e o tamanho do sensor da câmera podem fazer uma diferença muito maior.

Embora tenha havido um tempo em que as câmeras ToF eram comumente vistas em smartphones emblemáticos, agora elas são encontradas principalmente em dispositivos de médio alcance ou na linha iPhone Pro na forma de sensores LiDAR, um conceito que funciona no Time of Flight princípio.

No entanto, ter uma câmera ToF no telefone pode ser útil às vezes, especialmente em termos de autenticação biométrica. Ele também pode fornecer um utilitário de medição de distância embutido em seu telefone e fornecer dados mais profundos para o software de fotografia computacional em execução no seu telefone, resultando em um modo retrato ainda melhor tiros.

Conheça seus sensores

Os smartphones estão sendo embalados com mais e mais sensores para tornar sua experiência muito melhor. Uma câmera ToF é apenas mais um daqueles sensores em seu telefone que não podem ser usados ​​diretamente, mas podem fazer uma grande diferença em vários outros recursos.