什么是飞行时间(ToF)相机,为什么我的手机有一个?

Oppo RX17 Pro
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越来越多的制造商吹嘘自己的手机拥有飞行时间(ToF)相机。 但是什么是ToF相机,它们是如何工作的,为什么你想在智能手机中使用它?

ToF相机具有额外的深度分辨率

在最基本的层面上,ToF相机只是常规高清相机,具有更高的深度分辨率。 事实上,像2019 华为P30 Pro这样的手机的深度分辨率是传统相机的四倍。 虽然“深度分辨率”可能听起来像混乱的摄影术语,但它实际上很容易理解。 具有高深度分辨率的相机可以区分附近(在前景中)和远处(在背景中)的对象。

在摄影中,前景和背景的这种想法被称为景深 这是创造现实感或焦点感的原因。 附近的物体看起来很清晰,轮廓清晰,而远处的物体看起来有些模糊。

使用ToF相机,摄影师可以更多地选择控制景深。 当然,您不必成为摄影师就可以从ToF相机中获得更高的深度分辨率。 与ToF相机配对时,自动相机设置应能产生具有明确定义的前景和背景的令人惊叹的图像。 ToF相机还可用于生成具有高级图像稳定功能的令人惊叹的视频,或提高Instagram过滤器的准确性。

此外,手机的ToF相机可用于高级面部识别 ,手势和AR视频游戏。 还记得口袋妖怪Go如何使用你的相机在你的环境中放置一个神奇宝贝? ToF相机可以使该功能更具说服力。

这项技术并不新鲜

奇怪的是,自70年代末以来,ToF相机一直存在。 这项技术需要一段时间才能成为消费者应用的便宜和便利。

过去,ToF相机用于地形测绘,工业机器自动化和自动门。 但是这项技术早在2014年就进入了许多家庭(包括你的家庭).Xbox One的Kinect使用ToF相机来识别面部并准确地跟踪手势。

拍一个剧烈,有雾的山脉的照片一个人。
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截至2019年4月,只有少数手机内置ToF相机,如LG G8 ThinQHonor View 20华为P30 ProOppo RX17 Pro 这些手机面向摄影师和极客推销,但他们正在为未来的手机设定标准,包括三星Apple的 2019年和2020年版本。

好吧,ToF相机非常酷,自星球大战发布以来它们就已存在。 但它们如何运作? 为什么他们有这么大的深度分辨率?

ToF相机使用激光雷达测量深度

你知道蝙蝠和海豚如何使用声音“看到”他们的环境吗? 好吧,我们偷了那个把戏,把它放在一些潜艇上,并命名为声纳。 ToF相机使用类似的技术来测量深度,但它被称为激光雷达 ,它依赖于红外光脉冲而不是声音。

当您使用手机的ToF相机拍照时,它会发出一束不可见的红外光,这些红外光会从附近的物体反射回来。 一些光线散射到深渊中,但大部分光线都回到手机的ToF相机中。

就像蝙蝠的声纳波一样,激光雷达波以点点滴滴的形式返回。 从附近物体反射的红外光将快速返回到ToF相机,而从遥远物体反射的光将需要更长的时间。 您的手机可以测量每条光线返回所需的时间,压缩一些数字,并创建详细的3D深度图。

一个女人的脸被她的ToF相机扫描
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这有点像你按压脸的那些钉板玩具 这些玩具具有“3D效果”,因为靠近板的鼻子会产生比眼睛和脸颊更大的压痕,而眼睛和脸颊距离板子相对较远。

当然,红外灯的反射仅为您的手机提供深度信息。 这就是为什么ToF相机将IR功能与传统的高分辨率相机配对。 您的手机使用软件将传统照片与红外3D深度图混合,最终得到的图像具有明确定义的前景和背景。

ToF相机的未来应用

在接下来的几年里,ToF相机将彻底改变我们用手机拍照和录像的方式。 但是让我们考虑一下这里的大局。 我们谈论的是一种可以以光速创建环境深度图的技术。 它的应用超越了摄影的范畴。

事实上,你第一次使用手机的ToF相机可能不仅仅是关于摄影。 三星Galaxy S10 5G将包括正面和背面的ToF相机。 苹果公司对未来的iPhone计划一直嗤之以鼻,但有传言称 2019年的iPhone也可能包括ToF相机。 是的,此更新将使您的自拍看起来很棒,但它也会提高Face ID和其他安全措施的准确性。 如果您在设置手机时启用面部识别,它将在您有机会拍摄任何自拍之前静静地捕捉您的脸部3D地图。

手势控制是ToF相机的另一个令人兴奋的(但可以说是愚蠢的)应用程序。 是的,Kinect的手势系统值得大肆宣传,但在接下来的几年里,您可能会发现自己使用类似的技术来控制您的手机,电脑,智能助手或智能手表。 目前,像Inmotion这样的公司正致力于台式电脑的ToF应用,像谷歌这样的制造商正在使用雷达和激光雷达系统来创建免提,手势控制的智能手表和智能助手。

两名工程师使用手机查看AR涡轮机
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除了手势控制,ToF相机也是VR和AR应用的理想选择。 在基本层面上,当使用ToF相机时,像Instagram过滤器和Pokemon Go这样的东西看起来会更“真实”。 但对于更复杂的应用程序,如VR,可以使用ToF相机来记录游戏玩家的手势和脚步。 它们还可用于快速映射物理环境并将其转换为VR世界,这可以加速专业游戏开发或为独立游戏开发者开辟VR市场。

但是ToF相机也有实用的目的。 过去,它们已被用于工厂的机器自动化。 那不会改变。 随着ToF相机变得更好(也更便宜),它们将进入更多工业和消费级AI产品。 大多数智能汽车已经采用激光雷达技术来“看到”他们的环境(有趣的是,特斯拉汽车不使用激光雷达)。

虽然新手机中的ToF相机仅限于摄影,增强现实和面部识别应用,但现在是适应这项技术的好时机。 最终,ToF相机将无处不在。

资料来源: Mouser

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