Allt fler mobiltelefontillverkare framhåller att deras enheter är utrustade med Time of Flight-kameror (ToF). Men vad är egentligen dessa ToF-kameror, hur fungerar de och varför kan det vara en fördel att ha en sådan i sin smartphone?
ToF-kameror ger ökad djupinformation
I grund och botten är ToF-kameror avancerade HD-kameror med förbättrad förmåga att registrera djup. Till exempel hade 2019 års Huawei P30 Pro en djupupplösning som var fyra gånger högre än hos traditionella kameror. Djupupplösning handlar om kamerans förmåga att urskilja skillnaden mellan objekt nära kameran (förgrund) och de som befinner sig längre bort (bakgrund).
Inom fotografi är denna skillnad mellan förgrund och bakgrund känd som skärpedjup. Det är skärpedjupet som bidrar till känslan av realism och fokus i bilden. Föremål nära kameran framträder skarpa och tydliga, medan de som är på avstånd blir mer suddiga.
Med en ToF-kamera får fotografer ökad kontroll över skärpedjupet. Man behöver dock inte vara professionell fotograf för att uppskatta fördelarna med en ToF-kamera. Med automatiserade kamerainställningar i kombination med en ToF-sensor kan man ta bilder med tydlig definition mellan förgrund och bakgrund. En ToF-kamera kan också användas för att skapa stabilare videofilmer och förbättra noggrannheten hos olika filter i sociala medier.
Vidare kan en ToF-kamera i en telefon användas för avancerad ansiktsigenkänning, geststyrning och AR-spel. Minns du hur Pokemon Go använder kameran för att placera en Pokémon i din omgivning? ToF-kameror kan göra den upplevelsen betydligt mer realistisk.
Tekniken är inte ny
Det är kanske överraskande, men ToF-kameror har funnits sedan slutet av 1970-talet. Det har bara tagit tid för tekniken att bli tillräckligt prisvärd och praktisk för användning i konsumentprodukter.
Tidigare har ToF-kameror använts för kartläggning, industriell automatisering och dörrautomatik. Tekniken gjorde dock sitt intåg i många hem (förmodligen även ditt) redan 2014. Xbox One:s Kinect använder sig av en ToF-kamera för att på ett exakt sätt identifiera ansikten och registrera handrörelser.
I april 2019 fanns det ett fåtal mobiltelefoner utrustade med ToF-kameror, som till exempel LG G8 ThinQ, Honor View 20, Huawei P30 Pro och Oppo RX17 Pro. Dessa telefoner marknadsfördes främst mot fotointresserade och teknikentusiaster, men de har samtidigt satt standarden för framtida mobiltelefonmodeller, inklusive Samsungs och Apples lanseringar under 2019 och 2020.
Visst, ToF-kameror är spännande och har funnits sedan Star Wars hade premiär. Men hur fungerar de? Och varför är deras djupupplösning så pass hög?
ToF-kameror använder Lidar för att mäta djup
Vet du hur fladdermöss och delfiner använder ljud för att ”se” sin omgivning? Vi har faktiskt inspirerats av detta och utvecklat en liknande teknik som vi använder i ubåtar, kallad sonar. ToF-kameror använder en liknande princip för att mäta djup, men metoden kallas lidar, och bygger på impulser av infrarött ljus istället för ljud.
När du tar en bild med din telefons ToF-kamera skickas en puls av osynligt infrarött ljus ut, som reflekteras mot föremål i närheten. En del av ljuset försvinner, men det mesta studsar tillbaka mot kamerans ToF-sensor.
Liksom ekot från en fladdermus kommer lidarvågen tillbaka i fragment. Infrarött ljus som reflekteras från föremål nära kameran återvänder snabbare, medan ljus från avlägsna objekt tar längre tid. Din telefon registrerar tiden det tar för varje ljuspuls att återvända, gör några beräkningar och skapar på så sätt en detaljerad 3D-djupkarta.
Det påminner lite om de anslagstavlor där man kan göra avtryck av sitt ansikte. Dessa leksaker får en ”3D-effekt” eftersom näsan, som är närmare tavlan, skapar ett djupare intryck än ögon och kinder som befinner sig längre bort.
Reflektionen av det infraröda ljuset ger alltså information om djupet. Därför kombineras ToF-kamerans infraröda teknik med en konventionell högupplöst kamera. Telefonens mjukvara sammanför det vanliga fotot med 3D-djupkartan, och resultatet blir en bild med tydlig åtskillnad mellan förgrund och bakgrund.
Framtida användningsområden för ToF-kameror
Inom de närmaste åren kommer ToF-kameror att förändra hur vi tar bilder och filmar med våra telefoner. Men vi bör se det i ett större perspektiv. Vi talar om en teknik som kan skapa en detaljerad djupkarta över en miljö med ljusets hastighet. Det innebär att användningsområdena sträcker sig långt bortom fotografi.
Förmodligen kommer din första erfarenhet av en ToF-kamera i telefonen inte bara handla om fotografering. Samsung Galaxy S10 5G kommer att ha ToF-kameror både fram och bak. Apple har inte gått ut med några detaljer om sina framtida iPhone-modeller, men det ryktas att 2019 års iPhones också kommer att utrustas med ToF-kameror. Den här uppgraderingen kommer inte bara att ge bättre selfies, utan även förbättra noggrannheten i Face ID och andra säkerhetsfunktioner. Om du aktiverar ansiktsigenkänning när du konfigurerar din telefon kommer en 3D-karta av ditt ansikte att skapas utan att du ens behöver ta en selfie.
Geststyrning är ett annat spännande (men kanske lite nördigt) användningsområde för ToF-kameror. Visst, Kinects geststyrningssystem är inte helt perfekt, men troligen kommer du inom de närmaste åren att använda liknande tekniker för att styra din telefon, dator, smarta assistent eller smartklocka. Företag som In Motion arbetar med ToF-applikationer för datorer, och tillverkare som Google använder radar- och lidarsystem för att utveckla handsfree, geststyrda smartklockor och smarta assistenter.
Tillsammans med geststyrning är ToF-kameror idealiska för VR- och AR-applikationer. Enklare funktioner, som Instagram-filter och Pokemon Go, kommer att kännas mycket mer ”verkliga” med en ToF-kamera. Men mer komplexa applikationer, som VR, kan dra nytta av ToF-kamerornas förmåga att registrera spelarnas hand- och fotrörelser. Det blir även möjligt att snabbt skapa 3D-modeller av verkliga miljöer och göra om dem till virtuella världar, vilket kan skynda på spelutvecklingen och göra VR-marknaden mer tillgänglig för oberoende spelutvecklare.
ToF-kameror har även praktiska användningsområden. De har tidigare använts för automatisering inom industrin, och den trenden kommer att fortsätta. I takt med att ToF-kameror blir bättre (och billigare) kommer de att integreras i allt fler industriella och konsumentbaserade AI-produkter. De flesta smarta bilar använder redan någon form av lidar-teknik för att ”se” sin omgivning (intressant nog använder inte Teslas bilar lidar).
Även om ToF-kameran i din nya mobiltelefon kanske är begränsad till foto-, AR- och ansiktsigenkänning, är det ett bra tillfälle att bekanta sig med tekniken. ToF-kameror kommer förmodligen att bli allt vanligare i framtiden.
Källor: Råttfångare