Cảm biến camera Time-of-Flight (ToF) là gì? Nó được dùng để làm gì?

Cuộc đua phát triển và tạo ra sự riêng biệt về camera trên các smartphone đang được các nhà sản xuất tập trung ngày càng nhiều. Những chiếc điện thoại mới nhất hiện nay bắt đầu được trang bị camera ToF. Vậy thực sự cảm biến này là gì?

Cảm biến Time-of-Flight là gì?

Camera ToF bao gồm một cảm biến sử dụng tia laser nhỏ để phát ra ánh sáng hồng ngoại. Ánh sáng này sẽ chiếu tới bất cứ vật thể hoặc người nào ở phía trước máy ảnh và phản xạ trở lại cảm biến. Khoảng thời gian ánh sáng cần để phản xạ lại sẽ được tính toán và chuyển thành thông tin về khoảng cách có thể sử dụng để tạo bản đồ chiều sâu.

Camera ToF khác gì so với các phương pháp đo chiều sâu trước đó?

Cho đến nay, hầu hết các điện thoại đều hoạt động trên Stereo Vision – phương pháp sử dụng hai camera để tính toán chiều sâu nhưng không áp dụng được trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc trong bóng tối. Ngoài ra, độ chính xác của phương pháp này cũng không cao.

Một phương pháp tốt hơn sử dụng ánh sáng hồng ngoại là Structured-light, trong đó một chùm sáng với mô hình các điểm sẽ được chiếu lên cảnh hoặc vật thể để cảm biến có thể đo khoảng cách giữa các điểm và dựa vào độ biến dạng của mô hình điểm để tính toán chiều sâu.

Công nghệ này hoạt động tốt trong phạm vi ngắn (trong khoảng chiều dài của cánh tay) và được áp dụng vào những tính năng như nhận diện khuôn mặt.

Một ví dụ về cách hoạt động của camera ToF

ToF cũng hoạt động theo cách tương tự như vậy nhưng không sử dụng mô hình điểm. Những phương pháp này đều sử dụng ánh sáng hồng ngoại nên có thể hoạt động tốt trong môi trường ánh sáng yếu hoặc trong bóng tối.

Camera ToF sẽ chiếu vào khung cảnh một luồng ánh sáng đồng nhất và sau đó nó sẽ dựa trên từng pixel trong ảnh, sử dụng một đồng hồ cực kì nhạy có thể đo các sự thay đổi siêu nhỏ theo ánh sáng phản xạ lại. Với thông tin độ sâu của mỗi pixel, kết hợp chúng lại sẽ được một bản đồ chiều sâu cực kì chi tiết.

Camera TOF áp dụng trên điện thoại như thế nào?

Lấy ví dụ hai chiếc điện thoại được trang bị cảm biến ToF là LG G8 ThinQ và Honor View 20 có cách hoạt động khác nhau.

Cảm biến ToF tích hợp trong Z Camera của LG G8 ThinQ

LG G8 ThinQ đã kết hợp cảm biến ToF với camera trước 8MP để tạo ra Z Camera – trục Z biểu thị chiều sâu của hình ảnh 3D. Nó cho phép mở khóa bằng khuôn mặt và Hand ID – một phương pháp bảo mật sinh trắc học bằng cách đọc các mạch máu trên tay. Camera Z còn được dùng trong các cử chỉ Air Motion.

Còn trên Honor View 20, camera ToF được kết hợp như một phần của cảm biến chính 48MP. Camera chính sử dụng thông tin về chiều sâu của ToF để cải thiện khả năng chụp chân dung, tạo ra hiệu ứng Bokeh chính xác và còn nhiều cái khác nữa.

Tiềm năng của cảm biến ToF

Giá trị thật sự của ToF là khả năng hoạt động trong khoảng cách tầm trung cho đến khoảng cách xa. Nếu camera ToF nằm ở mặt sau thì nhiều khả năng cảm biến không dùng để nhận diện khuôn mặt mà dùng để cảm nhận môi trường phía trước camera.

Nó sẽ gia tăng đáng kể độ chính xác trong các ứng dụng AR và hợp nhất môi trường thực tế để mang lại một trải nghiệm hoàn toàn mới. Đó có thể là game bắn zombie ở hành lang hoặc xem xét một món đồ nội thất trông như thế nào trong phòng khách của bạn. Ngoài ra, ToF có thể để mang lại các tương tác xã hội hiện đại hơn. Thay vì FaceTime với Animoji, bạn có thể trải nghiệm 3D hoàn toàn.

Cảm biến ToF sử dụng trong sản phẩm của Microsoft

Tuy nhiên, về cơ bản ToF không phải là công nghệ mới. Đã có camera ToF trong cảm biến của Microsoft Kinect hay quân đội cũng đã sử dụng ToF để có thông tin chiều sâu trong nhiều năm trước đây. Nhưng hiện tại, công nghệ đã được cải tiến cho phép tích hợp các yếu tố cần thiết vào một thiết bị nhỏ hơn như điện thoại.

Công nghệ này cũng rất quan trọng đối với AR hay các thiết bị thực tế hỗn hợp như Microsoft HoloLens hay Magic Leap vì các hệ thống này cần phải có bức tranh chính xác về môi trường xung quanh bạn. Ngoài ra, ToF còn áp dụng được vào cả điều hướng trong nhà.

Lời kết

Corning đang bắt đầu tạo ra các thành phần quang học của camera ToF nhỏ hơn, trong suốt hơn và đảm bảo chúng hoạt động tốt nhất có thể. Còn các nhà sản xuất như Sony sẽ tiếp tục cải thiện cảm biến, khiến chúng nhỏ hơn và hiệu quả hơn.

Trong tương lai gần, người dùng sẽ còn thấy nhiều điện thoại được trang bị camera ToF hơn nữa. Ngoài ra cũng có tin đồn cho rằng Apple cũng sẽ trang bị cảm biến này cho iPhone kế tiếp.

Nguồn: DigitalTrends