سنناقش اليوم سبب الحاجة إلى أجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية ، وكيف تعمل ، وبالطبع سنجري عدة اختبارات ونتحقق من بيانات الشركات المصنعة.
ما هو المستشعر ثلاثي الأبعاد (مستشعر العمق)
أولاً ، دعنا نفهم ، ما هو المستشعر ثلاثي الأبعاد؟ تلتقط الكاميرات إسقاطًا للعالم المحيط على متن طائرة. من الصورة وحدها ، لا يمكن للمرء أن يفهم الحجم الحقيقي للشيء - سواء كان حجم الزجاجة أو حجم برج بيزا المائل. ومن الصعب أيضًا فهم المسافة إليه.
لفهم الحجم الحقيقي للأشياء في الصورة ، مقياس التصوير ، لتمييز ما هو أقرب إلى الكاميرا ، وما هو التالي ، هناك حاجة إلى مستشعرات ثلاثية الأبعاد. لطالما استخدمت بنشاط في الروبوتات ، والنقل المستقل ، والألعاب ، والطب والعديد من الأماكن الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن أعيننا هي أيضًا مستشعر ثلاثي الأبعاد. في الوقت نفسه ، على عكس مستشعرات LiDAR و ToF في الهواتف الذكية ، فإن العيون عبارة عن مستشعر ثلاثي الأبعاد سلبي. أي أنه لا ينبعث منه أي ضوء ، ولكنه يعمل فقط على أساس الضوء الوارد. بفضل هذا فقط يمكننا التحرك بطريقة ما في الفضاء والتفاعل مع الأشياء المحيطة. ظهرت الآن مستشعرات ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية.
كيف يعمل ToF؟
LiDAR في iPad ، وكذلك جميع المستشعرات ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية التي تعمل بنظام Android ، هي مستشعرات وقت الرحلة أو مستشعرات ToF لفترة قصيرة. إنهم يحددون المسافة إلى الأشياء من حولهم ، ويقيسون بشكل مباشر المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من الكاميرا إلى الكائن والعودة مرة أخرى. هذا يشبه إلى حد كبير صدى في الكهف ، كما أنه يعود إلينا بعد تأخير بعد انعكاسه من الجدران. يستغرق 3 نانو ثانية للطيران 1 متر من الضوء و 30 بيكو ثانية ل 1 سم. يبدو أن كل شيء واضح. لكن هناك مشكلة.
هذه فترات زمنية صغيرة جدًا. كيف يمكن للكاميرا قياس هذا؟ لن تأخذ مليار لقطة في الثانية ، ثم تقارنها؟ هناك طريقتان رئيسيتان لحل هذه المشكلة: dToF (ToF المباشر) و iToF (ToF غير المباشر). ولإثارة اهتمامك أكثر: الغالبية العظمى من الهواتف الذكية التي تعمل بنظام Android تستخدم مستشعرات iToF فقط ، في حين أن LiDAR في Apple iPad وعلى الأرجح في أجهزة iPhone القادمة هو ممثل نادر لعائلة مستشعرات dToF. فكيف هم مختلفون؟
iToF - ToF غير المباشر
لنبدأ بـ iToF. في مثل هذه المستشعرات ، يرسل الباعث ضوءًا معدلًا عالي التردد ، أي أن هذا الضوء يتم تشغيله وإيقافه باستمرار بتردد عشرات الملايين من المرات في الثانية. نظرًا لحقيقة أن الضوء يحتاج إلى وقت للانتقال إلى الكائن والعودة ، فإن المرحلة ، أي أن هذه الحالة تكون في مكان ما بين التشغيل والإيقاف ، يختلف الضوء الذي عاد إلى الكاميرا قليلاً عن مرحلة الضوء في وقت الإرسال. على المستشعر ، يتم تثبيت الإشارات الأصلية والمنعكسة من الكائن على بعضها البعض ، ونتيجة لذلك ، يتم تحديد تحول الطور ، مما يسمح لنا بفهم المسافة إلى كل نقطة من الكائن.
dToF - ToF مباشر
يعمل dToF بشكل مختلف قليلاً. تقيس هذه المستشعرات بشكل مباشر الفارق الزمني بين إرسال الضوء واكتشاف انعكاسه على المستشعر. لهذا ، يتم استخدام ما يسمى SPAD: ثنائيات فوتون واحدة الانهيار. يمكنهم اكتشاف نبضات ضوئية صغيرة للغاية ، في الواقع ، يمكنهم حتى التقاط فوتونات مفردة. توجد هذه SPADs في كل بكسل من أجهزة الاستشعار. وكباعث في هذه المستشعرات ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام ما يسمى VCSEL - التجويف العمودي ، الليزر الباعث للسطح. هذا باعث ليزر ، مشابه لتلك المستخدمة في فئران الليزر والعديد من الأماكن الأخرى. تم تطوير مستشعر dToF في LiDAR بالتعاون مع Sony وهو أول مستشعر تجاري dToF يتم إنتاجه بكميات كبيرة.
لماذا يستخدم iPad مستشعر dToF هو تخمين أي شخص ، لكن دعنا نسلط الضوء على فوائد هذا المستشعر. أولاً ، على عكس مستشعر iToF ، لا يصدر الباعث جدارًا صلبًا من الضوء ، ولكنه يضيء فقط في اتجاهات منفصلة ، مما يوفر عمر البطارية. ثانيًا ، يكون مستشعر dToF أقل عرضة للأخطاء في قياس العمق بسبب ما يسمى بالتداخل متعدد المسارات. هذه مشكلة نموذجية في مستشعرات iToF. يحدث بسبب انعكاس الضوء بين الأشياء قبل أن يدخل المستشعر ويشوه قياسات المستشعر.
كيف يعمل ، اكتشفنا ذلك ، دعنا الآن نرى سبب استخدام المستشعرات ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية على الإطلاق.
لماذا هو مطلوب في الهواتف الذكية
1. السلامة
نحن مدينون بأول إدخال ضخم لأجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية لتقنية Apple و Face ID. يعد التعرف على الوجوه باستخدام البيانات ثلاثية الأبعاد أكثر دقة وموثوقية من التعرف على الوجوه الكلاسيكي من الصورة. بالنسبة إلى Face ID ، تستخدم Apple تقنية الإضاءة المنظمة ، والتي سنناقشها بمزيد من التفاصيل في وقت ما في المرة القادمة.
2. AR
تدعي معظم الشركات المصنعة أن وضع الواقع المعزز الأفضل والأكثر دقة هو المهمة الرئيسية لأجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد. علاوة على ذلك ، فهي مدعومة أيضًا بشكل مباشر من Google. مؤخرًا ، قدموا تحديثًا قادمًا لمكتبة الواقع المعزز ARCore الخاصة بهم ، والتي تسمح بوضع أكثر واقعية للكائنات الافتراضية في الواقع والتفاعل مع الكائنات الحقيقية.
لنفس المهمة ، قامت Apple بتضمين LiDAR في iPad Pro. يمكن القيام بذلك بدون مستشعر ثلاثي الأبعاد ، ولكن باستخدامه يعمل كل شيء بشكل أكثر دقة وموثوقية ، بالإضافة إلى أن المهمة تصبح أسهل من الناحية الحسابية وتريح المعالج. يأخذ المستشعر ثلاثي الأبعاد AR إلى مستوى آخر.
3. تحسين الصورة
يقول العديد من الشركات المصنعة مثل Samsung و HUAWEI إن المستشعر ثلاثي الأبعاد يستخدم بشكل أساسي لتحسين ضبابية الخلفية وزيادة التركيز التلقائي الدقيق عند تصوير الفيديو. بمعنى آخر ، يسمح لك بتحسين جودة الصور ومقاطع الفيديو العادية.
4. أخرى
تتمتع بعض الهواتف الذكية بوصول مفتوح إلى بيانات المستشعر ، لذلك هناك المزيد والمزيد من التطبيقات التي تقدم تطبيقات جديدة. لذلك ، على سبيل المثال ، بمساعدة التطبيقات الخارجية ، يمكن استخدام مستشعر ثلاثي الأبعاد لقياس الكائن والمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد وتتبع الحركة. حتى أن هناك تطبيقًا يتيح لك إنشاء جهاز رؤية ليلية من هاتفك الذكي.
الاختبارات
اكتشفنا كيف يعمل من الناحية النظرية ، دعونا الآن نرى كيف يعمل في الممارسة ، وما إذا كان هناك أي معنى من هذه المستشعرات ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن في السفن الرئيسية. للاختبارات ، أخذنا Redmi Note 9S ، يحتوي على مستشعر ToF وأخذنا بعض الصور في الوضع الرأسي ، ولكن في الحالة الثانية قمنا ببساطة بتغطية الكاميرا ثلاثية الأبعاد بإصبعنا. وهذا ما حدث. الأمر بسيط - يكون التمويه أكبر حقًا وأفضل إذا كان ToF يعمل. ولتكرار التجربة ، أخذنا Samsung Galaxy S20 Ultra ، والذي حصل أيضًا على كاميرا ToF. وتجد اختلافًا واحدًا على الأقل؟ ماذا حدث؟ الحقيقة هي أنه اعتمادًا على الشركة المصنعة ، يتم استخدام كاميرا ToF بطرق مختلفة وبدرجات متفاوتة.
يمكننا أن نقول أن بعض مصنعي الهواتف الذكية يضعون مستشعرات ToF في هواتفهم الذكية ليس للتسويق ، لإضافة كاميرا أخرى ، ولكن فقط في حالة. ومن ثم تقرر الخوارزميات استخدام هذه الكاميرا أم لا؟ في الوقت نفسه ، ليست هناك حاجة في الوقت الحالي إلى كاميرات LiDAR أو ToF. لذلك ربما يكون هذا تسويقًا أكثر بقليل.
