حسگر زمان پرواز ToF در آیفون چه کاربردهایی دارد؟

اپل در دنیای فناوری شبیه تیمی قدرتمند است که خبرها و شایعات پیرامون آن را نه فقط هواداران بلکه طرفداران تیم رقیب هم شدیدا دنبال می کنند. این مساله تا جایی پیش رفته که یک ماه مانده به معرفی آیفون های ۲۰۱۹، شایعات جذابی در مورد مدل های ۲۰۲۰ به راه افتاده است.

از حدود یک ماه قبل خبرهای متعددی در مورد آیفون های ۲۰۲۰ به گوش می رسید اما یکی از جالبترین ها را امروز از زبان منبعی معتبر به نام مینگ چی-کو شنیدیم. به گفته وی دو مدل از گوشی های ۲۰۲۰ اپل به سنسور زمان پرواز (ToF) مجهز می شوند که قابلیت های واقعیت افزوده و کیفیت  تصاویر پرتره را به سطح جدیدی می رساند.

این اولین بار نیست که از تمایل اپل به استفاده از این سنسورها می شنویم. اواخر سال گذشته بلومبرگ گزارش مشابهی را در این باره منتشر کرده بود و حتی قبل از آن هم منابع دیگری به پیاده سازی سیستم دوربین سه بعدی در این گوشی ها اشاره کرده بودند.

اپل فرصت تبدیل شدن به نخستین موبایل ساز ارائه کننده این قابلیت را از دست داده اما با توجه به فروش بالای آیفون و تاثیر آن بر استراتژی دیگر شرکت ها بد نیست با این فناوری دوربین، کارکرد آن و نقشه های احتمالی اپل آشنا شویم.

سنسور ToF چیست و چگونه کار می کند؟

زمان پرواز یا ToF عبارتی فراگیر است و برای اشاره به فناوری هایی به کار می رود که در آن زمان پیمایش یک مسافت توسط ذرات گاز، لیزر، نور یا مایع سنجیده می شود.

در سنسورهای ToF دوربین نیز پالس های لیزری با استفاده از یک آرایه لیزرهای فرو سرخ  به سمت سوژه ارسال شده و سپس به سمت سنسور باز می گردند. از آنجا که سرعت نور در یک مدیوم مشخص ثابت است، با محاسبه زمان رفت و برگشت پالس تا سوژه می توان فاصله آن تا سنسور را تعیین کرد. در صورتی که سیستم بتواند فاصله تمام اشیاء درون اتاق تا مبدا را تعیین کند، می توان یک نقشه سه بعدی دقیق را از اتاق و تمام اشیاء درون آن تهیه کرد.

سنسورهای ToF دوربین معمولا در دستگاه هایی نظیر پهپاد، کینکت ایکس باکس، فاصله یاب لیزری ماشین های خودران و هواپیماهای نظامی به کار برده می شد اما اخیرا پای آنها به دنیای موبایل هم باز شده است. این سنسورها بسته به مکان تعبیه روی بدنه کاربردهای متفاوتی خواهند داشت برای مثال قرارگیری آنها روی پنل جلو به بهینه سازی نقشه سه بعدی از چهره کاربر کمک کرده و بدین طریق امنیت سیستم بازگشایی چهره را ارتقا می بخشد.

سنسور ToF با سیستم Face ID چه تفاوتی دارد؟

سیستم های مشابه Face ID با استفاده از پروژکتور فرو سرخ شبکه ای از هزاران پرتو را به سمت سوژه ارسال کرده و داده های آن را به تصویری دو بعدی تبدیل می کنند. این تصویر با انجام محاسباتی پیچیده به یک نقشه سه بعدی تبدیل می شود. اپل اینکار را با کمک سنسورهای سلفی، مادون قرمز، مجاورت، حسگر F.I، نور محیطی، و پروژکتوری ویژه انجام می دهد.

سنسورهای ToF اما به روشی متفاوت کار می کنند. این فناوری از طریق محاسبه زمان رفت و برگشت پالس ها به صورت بلادرنگ داده های سه بعدی را دریافت کرده و در آن خبری از نقشه دو بعدی و محاسبات اضافی نیست.

ToF نه تنها به حذف پروسه ها و محاسبات میانی کمک می کند بلکه مزایای قابل توجه دیگری به همراه دارد؛ برای مثال شبکه نوری Face ID در فواصل دورتر از نیم متر بیش از حد پراکنده شده و کارایی خود را از دست می دهد اما ToF به لطف اتکای به لیزر فواصل و محدوده های گسترده تری را پوشش می دهد.

همچنین سنسورهای زمان پرواز حداقل روی کاغذ از دقت بالاتری برخوردارند. یکی از مثال های شاخص در این زمینه گوشی ال‌جی G8 است که برای تشخیص ژست های حرکتی از همین حسگرها بهره می برد. این موبایل با دقتی مثال زدنی در آن واحد قادر به ردیابی و شناسایی حرکات انگشت کاربر و تبدیل آنها به الگوهای سه بعدی است.

هدف اپل از پیاده سازی سنسورهای ToF چیست؟

کمپانی کوپرتینویی تا کنون در مورد بکارگیری فناوری مورد بحث سکوت پیشه کرده که با توجه به سابقه این شرکت جای تعجب ندارد. با این حال بلومبرگ و مینگ چی-کو که هردو منابعی معتبر به شمار می روند، به پیاده سازی سنسور ToF در دوربین عقب اشاره کرده اند. با این وجود اپل قصد کنار گذاشتن سیستم مادون قرمز بکار رفته در Face ID را ندارد و آیفون های ۲۰۲۰ هم از این سیستم شناسایی چهره محروم نخواهند شد.

به گفته این منابع تیم آیفون روی گسترش تجارب واقعیت افزوده تمرکز کرده. همانطور که گفتیم سنسورهای ToF قادر به ردیابی سه بعدی فضا در مقیاس موبایل هستند و در نتیجه کاربر امکان اسکن اتاق، ایجاد رندر ۳ بعدی دقیق و در نهایت غوطه‌ور شدن در فضایی از واقعیت افزوده را خواهد داشت که تا کنون تجربه نکرده است.

علاوه بر این سنسور زمان پرواز با سنجش دقیق تر عمق منظره، سوژه اصلی را به خوبی از پس زمینه جدا کرده و به افزایش کیفیت ویدیوها و تصاویر پرتره کمک می کند؛ مزیتی که هواوی در پرچمدار P30 پرو به خوبی از آن بهره گرفته است.

چه شرکت هایی به ToF روی آورده اند؟

همانطور که قبلا گفتیم کمپانی های اندرویدی در استفاده از سنسورهای ToF پیشگام بوده اند. ماژول سلفی ال جی G8 با بهره گیری از همین سنسور نه تنها کیفیت تصاویر پرتره را بهبود بخشیده بلکه امکان تعامل با دستگاه از طریق ژست های حرکتی را نیز فراهم کرده است.کمپانی کره ای روش منحصر به فرد تایید هویت از طریق نقشه نگاری رگ های دست کاربر را نیز از طریق همین فناوری عملی کرده است.

دوربین اصلی هواوی P30 پرو نیز به حسگر مشابهی مجهز شده که فعلا کاربرد آن به عمق سنجی برای افزایش کیفیت بوکه محدود شده اما هواوی در جریان رونمایی این گوشی از جاه طلبی های واقعیت افزوده نیز سخن به میان آورد. این بلندپروازی ها چندان غیر منطقی هم نیست چون P30 پرو قادر به اندازه گیری ارتفاع، عمق، حجم و مساحت اشیاء با دقتی بیش از ۹۸.۵ درصد است.

آینده پر رونق سنسورهای زمان پرواز

چند هفته قبل سونی از تولید انبوه چیپ های ToF برای برخی تولیدکنندگان گوشی در تابستان سال جاری خبر داد که ممکن است به جز اپل شامل شرکت های دیگری هم بشود. همانطور که در مورد بریدگی نمایشگر و انیموجی ها دیدیم، روی آوردن اپل به نوع خاصی از فناوری که حتی قبلا هم وجود داشته، به پیروی بسیاری از شرکت های دیگر از آن منجر خواهد شد.

بر اساس تحقیقات موسسه «Yole Developpement»، تا ۳ سال دیگر بازار سنسورهای سه بعدی با افزایش سه برابری به ۴.۵ میلیارد دلار خواهد رسید، بنابرین حتی اگر اپل هم این مسیر را طی نکند، موفقیت آن در محصولات کمپانی های پرچمدار اندرویدی باعث راه یافتن این چشم های همیشه بیدار به محصولات دیگر شرکت ها خواهد شد.