Stále více producentů mobilních telefonů se pyšní tím, že jejich zařízení jsou vybavena kamerami Time of Flight (ToF). Co však tyto kamery vlastně jsou, jak fungují a proč byste je měli chtít mít ve svém smartphonu?
ToF kamery a jejich mimořádné hloubkové rozlišení
V zásadě jsou ToF kamery vylepšené HD kamery s posíleným hloubkovým rozlišením. Například telefony jako Huawei P30 Pro z roku 2019 nabízely hloubkové rozlišení, které bylo až čtyřikrát lepší než u běžných fotoaparátů. Výraz „hloubkové rozlišení“ sice může znít jako složitý fotografický termín, ale ve skutečnosti je docela jednoduchý na pochopení. Kamera s vysokým hloubkovým rozlišením dokáže snadno rozlišit objekty, které jsou blízko (v popředí), od těch vzdálených (v pozadí).
Ve fotografii se tento koncept popředí a pozadí nazývá hloubka ostrosti. Právě ona vytváří dojem reality a soustředění. Objekty, které jsou blízko, se jeví ostré a s jasnými konturami, zatímco vzdálené objekty vypadají mírně rozmazaně.
S ToF kamerou mají fotografové větší možnosti, jak s hloubkou ostrosti pracovat. Nicméně, i pokud nejste fotograf, můžete využít výhod vylepšeného hloubkového rozlišení ToF kamery. Automatické nastavení fotoaparátu by ve spojení s ToF kamerou mělo zajistit skvělé snímky s jasně definovaným popředím a pozadím. ToF kamera by také mohla být využita pro tvorbu kvalitních videí s pokročilou stabilizací obrazu nebo pro zvýšení přesnosti vašich Instagram filtrů.
Kromě toho se ToF kamera v telefonu dá využít i pro pokročilé rozpoznávání obličeje, gesta a AR videohry. Vzpomínáte si na hru Pokémon Go, která používala kameru vašeho telefonu k umístění Pokémona do vašeho prostředí? ToF kamery mohou tuto funkci posunout na novou úroveň realističnosti.
Tato technologie není žádnou novinkou
Je překvapivé, že kamery ToF existují již od konce 70. let. Nicméně, trvalo nějakou dobu, než se tato technologie stala dostatečně levnou a praktickou pro spotřebitelské použití.
Dříve se kamery ToF používaly pro topografické mapování, automatizaci průmyslových strojů a dokonce i automatické dveře. Nicméně, tato technologie si našla cestu do mnoha domácností (pravděpodobně i do té vaší) v roce 2014. Kinect pro Xbox One využíval ToF kameru pro přesné rozpoznávání obličejů a sledování gest rukou.
K dubnu 2019 existovalo jen několik telefonů s vestavěnými ToF kamerami, jako například LG G8 ThinQ, Honor View 20, Huawei P30 Pro a Oppo RX17 Pro. Tyto telefony byly sice cíleny na fotografické nadšence a technologické fanoušky, ale stanovily standard pro budoucí telefony, včetně modelů od Samsungu a Applu pro rok 2019 a 2020.
Je jasné, že ToF kamery jsou skvělé a existují již od uvedení Star Wars. Ale jak vlastně fungují? Proč mají tak vysoké hloubkové rozlišení?
ToF kamery a technologie LiDAR pro měření hloubky
Víte, jak netopýři a delfíni využívají zvuk k „vidění“ svého okolí? Trik s nimi jsme ukradli, implementovali ho do ponorek a nazvali ho sonar. ToF kamery využívají podobný mechanismus pro měření hloubky, ale místo zvuku se používá lidar, který spoléhá na pulzy infračerveného světla.
Když pořídíte snímek ToF kamerou, ta vyšle puls neviditelného IR světla, které se odrazí od blízkých objektů. Část tohoto světla se rozptýlí, ale většina si najde cestu zpět do ToF kamery vašeho telefonu.
Podobně jako netopýří sonar, i lidarové vlny se vrací po částech. IR světlo, které se odráží od blízkých objektů, se vrátí do ToF kamery rychleji, zatímco světlu od vzdálených objektů to trvá o něco déle. Váš telefon změří čas, za který se každý paprsek světla vrátí, provede výpočty a vytvoří detailní 3D hloubkovou mapu.
Je to trochu podobné jako u hračky s kolíky, do které se otiskne obličej. Tyto hračky vytváří „3D efekt“ tím, že váš nos, který je blízko desky, vytvoří větší prohlubeň než vaše oči a tváře, které jsou od desky relativně vzdálené.
Samozřejmě, odraz IR světla poskytuje vašemu telefonu pouze informace o hloubce. Z tohoto důvodu se ToF kamery kombinují s běžnými kamerami s vysokým rozlišením. Váš telefon pak pomocí softwaru smíchá běžnou fotografii s IR 3D hloubkovou mapou a výsledkem je snímek s jasně definovaným popředím a pozadím.
Možnosti budoucího využití ToF kamer
V následujících letech by ToF kamery měly přinést revoluci do způsobu, jakým pořizujeme fotografie a videa pomocí našich telefonů. Nicméně, pojďme se podívat na celkový obraz. Mluvíme zde o technologii, která dokáže vytvořit hloubkovou mapu prostředí rychlostí světla. Její využití sahá daleko za hranice samotné fotografie.
Ve skutečnosti vaše první setkání s ToF kamerou v telefonu pravděpodobně nebude spojené pouze s fotografováním. Samsung Galaxy S10 5G bude vybaven ToF kamerami jak na přední, tak na zadní straně. Společnost Apple o svých budoucích plánech s iPhony mlčí, ale kolují zvěsti, že i iPhony pro rok 2019 by mohly být ToF kamerami vybaveny. Díky této inovaci budou vaše selfie vypadat skvěle, ale také se zvýší přesnost Face ID a dalších bezpečnostních opatření. Při nastavení telefonu, pokud povolíte rozpoznávání obličeje, telefon automaticky pořídí 3D mapu vašeho obličeje dřív, než si stihnete udělat první selfie.
Ovládání gesty je další vzrušující, i když možná otravná, aplikace pro ToF kamery. Ano, systém gest u Kinectu stál za zvážení, ale v následujících letech pravděpodobně zjistíte, že podobnou technologii využíváte pro ovládání telefonu, počítače, chytrého asistenta nebo chytrých hodinek. Společnosti jako InMotion pracují na ToF aplikacích pro stolní počítače a výrobci jako Google využívají radarové a lidarové systémy k tvorbě hands-free, gesty ovládaných chytrých hodinek a chytrých asistentů.
Kromě ovládání gesty jsou ToF kamery ideální i pro VR a AR aplikace. Na základní úrovni se věci jako Instagram filtry a Pokémon Go budou jevit realističtěji při použití s ToF kamerou. U složitějších aplikací, jako je VR, lze ToF kamery použít k zaznamenávání gest a pohybů hráčů. Dají se také použít k rychlému mapování fyzického prostředí a jeho transformaci do VR světa, což by mohlo urychlit profesionální vývoj her nebo otevřít VR trh nezávislým vývojářům her.
ToF kamery mají ale i praktické využití. V minulosti se využívaly pro automatizaci strojů v továrnách. A to se nezmění. Jak se ToF kamery zlepšují a zlevňují, najdou své uplatnění v dalším průmyslovém a spotřebitelském AI. Většina chytrých automobilů již využívá nějakou formu lidarové technologie k „vidění“ svého okolí (zajímavé je, že vozy Tesla lidar nepoužívají).
I když bude ToF kamera ve vašem novém mobilu omezena na fotografické aplikace, AR aplikace a rozpoznávání obličeje, nyní je ten správný čas, abyste se s touto technologií seznámili. Nakonec budou ToF kamery všude.
Zdroje: Mouser