¿Qué es un sensor de tiempo de vuelo y cómo funciona ToF?

A medida que los teléfonos inteligentes se vuelven más avanzados, también incluyen una cantidad cada vez mayor de sensores que envían datos al dispositivo para mejorar la experiencia del usuario.

Los teléfonos inteligentes modernos tienen sensores de huellas dactilares en pantalla, LiDAR, sensores de cámara mejores y más grandes que nunca y, en algunos dispositivos, incluso sensores de tiempo de vuelo (ToF). Pero de todos los diferentes sensores que verá en su teléfono, el sensor ToF llama la atención, principalmente porque afecta las cosas que hacemos en nuestros teléfonos inteligentes de una manera muy particular y desapercibida.

¿Qué es un sensor de tiempo de vuelo (ToF)?

Un sensor de tiempo de vuelo (ToF), también llamado cámara ToF, es un sensor especializado que mide la profundidad o distancia a un objeto emitiendo un haz de luz infrarroja y midiendo el tiempo que devoluciones. De ahí el nombre, Tiempo de Vuelo.

Esto es muy similar a las cámaras LiDAR que se encuentran en la línea iPhone Pro e incluso en algunos sistemas de detección facial de teléfonos inteligentes (incluido el iPhone), donde el El dispositivo crea un mapa infrarrojo de la cara del propietario y lo usa como referencia contra la persona que está viendo para determinar si desbloquear el dispositivo o no. Dicho esto, Los sensores ToF y LiDAR tienen sus diferencias.

Usar la luz reflejada (o el sonido) para medir la distancia tampoco es una idea nueva. Dispositivos similares, como sensores ultrasónicos e infrarrojos, han existido durante mucho más tiempo y brindan esencialmente la misma funcionalidad, aunque con muchos menos detalles. Las ventajas de un sensor ToF incluyen mediciones precisas y rápidas, un mayor alcance y seguridad de uso.

En comparación con otras tecnologías de medición de profundidad 3D, los sensores ToF son relativamente baratos de producir y usar. Tampoco requieren mucha potencia de procesamiento, lo que los hace ideales para casos de uso como teléfonos inteligentes, donde conocer la profundidad de un objeto en particular puede ayudar a facilitar funciones como el modo retrato, y el poder de procesamiento es un bien escaso.

Los sensores ToF están fabricados por varios fabricantes, incluido Sony, que proporciona a Apple sensores 3D que utilizan tecnología ToF. Otros fabricantes populares de sensores ToF incluyen TeraRanger One, Lucid, Adafruit y ASC TigerCub.

¿Cómo funciona un sensor de tiempo de vuelo (ToF)?

Como se mencionó anteriormente, los sensores ToF usan luz infrarroja para medir la distancia de un objeto al sensor. Un diminuto láser infrarrojo dispara luz, que rebota en un objeto y regresa al sensor. El sensor puede medir con precisión la distancia de un objeto midiendo el tiempo que tardó la luz en rebotar y regresar a la cámara.

Como ya sabemos la velocidad de la luz y el hecho de que viaja exactamente el doble de la distancia entre el sensor y el objeto, se vuelve simple calcular la distancia usando un básico fórmula:

(Velocidad de la luz x Tiempo de vuelo)/2

Algunas cámaras ToF también pueden usar ondas continuas para detectar cambios de fase en la luz reflejada para determinar tanto la profundidad como la distancia. Nuevamente, según el tipo de sensor que esté utilizando, es posible que pueda extraer mucha información. Esto se puede utilizar para crear mapas 3D de los alrededores del sensor.

¿Dónde se utilizan los sensores ToF?

Como se mencionó, los sensores ToF se usaron en muchos teléfonos inteligentes como una cámara de "profundidad" para ayudar a la cámara principal del dispositivo a producir fotos en modo retrato de mayor calidad. Estas fotos tienen como objetivo crear una profundidad de campo reducida para replicar una lente de cámara. Dado que conocer la profundidad de los diferentes objetos en tales fotos es fundamental para obtener el desenfoque del fondo correcto, las cámaras y sensores ToF pueden marcar una gran diferencia.

Además, las cámaras ToF también se utilizan en la autenticación biométrica, donde un dispositivo con una cámara ToF puede crear un mapa 3D de una cara para usar como referencia para desbloquear el dispositivo. Esto es esencialmente cómo funciona la tecnología de desbloqueo facial, incluido el Face ID de Apple. También es más seguro que simplemente comparar dos imágenes para determinar una coincidencia, ya que hay más datos con los que trabajar en comparación con los tradicionales. visión por computador algoritmos que operan en datos 2D.

Se usan comúnmente en automóviles eléctricos y otros sistemas de navegación gracias a sus capacidades de detección de objetos y su alta tasa de sondeo, que puede ser de casi 160 Hz en algunos sensores. Esto los hace perfectos para aplicaciones en tiempo real, como la detección de objetos, la navegación e incluso para desenfocar el fondo de las llamadas de Zoom.

Esta capacidad de diferenciar entre el sujeto y el fondo también se aplica a menudo a la impresión 3D. Las cámaras ToF pueden replicar fácilmente un objeto de la vida real en las tres dimensiones, ahorrándole la molestia de diseñarlo desde cero, especialmente si se trata de una estructura compleja.

Los sensores ToF también ayudan en las imágenes 3D y mejoran las experiencias AR además del escaneo de objetos, la navegación por gestos y la navegación en interiores.

Puede encontrar sensores ToF en Xbox Kinect de Microsoft y otros proyectos de reconocimiento de gestos, drones y auriculares AR. En general, su versatilidad significa que sus casos de uso van desde el conjunto de cámaras de un teléfono inteligente hasta el sistema de navegación de un automóvil autónomo.

¿Necesita una cámara ToF en su teléfono?

No precisamente.

La fotografía computacional ha recorrido un largo camino, y la mayoría de los teléfonos inteligentes modernos tienen un software lo suficientemente bueno como para separar completamente el sujeto del fondo mediante software. Además, cuando se trata de fotografías de teléfonos inteligentes, la cantidad de megapíxeles y el tamaño del sensor de la cámara pueden marcar una diferencia mucho mayor.

Si bien hubo un tiempo en que las cámaras ToF se veían comúnmente en los teléfonos inteligentes insignia, ahora se encuentran principalmente en dispositivos de gama media o en la línea iPhone Pro en forma de sensores LiDAR, un concepto que funciona en el tiempo de vuelo principio.

Sin embargo, tener una cámara ToF en su teléfono puede ser útil a veces, especialmente en términos de autenticación biométrica. También puede proporcionar una utilidad de medición de distancia integrada en su teléfono y proporcionar más datos de profundidad para el software de fotografía computacional que se ejecuta en su teléfono, lo que resulta en un modo de retrato aún mejor tiros

Conozca sus sensores

Los teléfonos inteligentes están equipados con más y más sensores para que su experiencia sea mucho mejor. Una cámara ToF es solo otro de esos sensores en su teléfono que no se puede usar directamente pero puede marcar una gran diferencia en varias otras funciones.