Công dụng của máy quét cảm biến LiDAR trên iPhone 12

So với một số phiên bản cũ, camera sau của iPhone 12 Pro và iPhone 12 Pro Max có thêm ống kính tele và máy quét LiDAR. Vậy LiDAR là gì và chúng có công dụng như thế nào trên iPhone 12?

LiDAR (cũng viết là LIDAR, Lidar, và LADAR) là một phương pháp khảo sát đo khoảng cách tới mục tiêu bằng cách chiếu sáng mục tiêu đó bằng một tia laser xung quanh và đo các xung phản xạ bằng một cảm biến.

Về cơ bản, LiDAR chủ yếu bao gồm hai phần: phần phát và phần thu. Tia laser phát ra bề mặt khoang thẳng đứng (VCSEL) được sử dụng làm thiết bị đầu cuối phát phát ra chùm ánh sáng hồng ngoại tới vật thể, được cảm biến hình ảnh CMOS thu nhận sau khi phản xạ. Khoảng thời gian này của chùm tia được gọi là thời gian bay (ToF).

LiDAR thường được ứng dụng để đo đạc địa hình

Thời gian bay được chia thành thời gian bay trực tiếp (dToF) và thời gian bay gián tiếp (iToF). Thiết bị đầu tiên phát ra tín hiệu xung ánh sáng tới mục tiêu để đo trực tiếp thời gian photon thực hiện từ khi khởi hành đến khi quay trở lại; thiết bị thứ hai phát ra một loạt sóng ánh sáng được điều chế để đo thời gian bay bằng cách phát hiện sự lệch pha giữa sóng ánh sáng tới và lui.

Biết được tốc độ ánh sáng, chúng ta có thể nhận được khoảng cách đến vật thể mục tiêu thông qua một phép tính đơn giản. Nguyên lý phạm vi này tương tự như radar. Tuy nhiên, LiDAR dựa trên laser xung, có bước sóng ngắn hơn và tần số cao hơn so với sóng vô tuyến được sử dụng bởi radar, có thể thu được hình ảnh với độ phân giải cao hơn, với độ chính xác đến centimet hoặc thậm chí là milimet.

Vì vậy, LiDAR cũng được sử dụng trong các lĩnh vực đo đạc bản đồ, lái xe tự hành, khảo sát và bảo vệ di tích văn hóa. Câu hỏi được đặt ra là máy quét cảm biến này có thể làm gì trên các thiết bị di động, cụ thể là iPhone 12?

Đây không phải là lần đầu tiên Apple giới thiệu LiDAR trong các sản phẩm của mình. Ngay từ tháng 3 năm nay, iPad Pro 2020 đã được trang bị chức năng quét LiDAR, sử dụng công nghệ thời gian bay trực tiếp (dToF). So với iToF, nó có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và ít bị ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh hơn, cho phép đo phạm vi rộng.

Khi sử dụng, máy phát chiếu một chùm ma trận kích thước 9*64 để chụp và vẽ bản đồ độ sâu của vị trí trong phạm vi lên đến 5 mét. Sự khác biệt này sẽ được thể hiện rõ trong những bức ảnh mà bạn chụp.

Độ nông sâu trường ảnh đạt được bằng cách điều chỉnh khẩu độ của máy ảnh và lấy nét gần máy ảnh hơn. Ngày nay, với sự trợ giúp của nhiều camera và các thuật toán máy học, loại hiệu ứng làm mờ hậu cảnh này có thể dễ dàng được chụp bằng điện thoại di động.

Trước hết, mạng nơ-ron và công nghệ máy học có thể cho điện thoại di động biết chúng ta đang chụp gì và mục tiêu cách chúng ta bao xa. Đối với người bình thường, rất dễ dàng để đánh giá mức độ đối tượng và mối quan hệ khoảng cách từ một bức ảnh, nhưng đối với máy móc, nó cần nhiều tài nguyên để tìm hiểu, chẳng hạn như phân bố màu sắc, độ sáng và kích thước đối tượng.

Cũng giống như ảnh trên, độ phơi sáng đồng đều và chủ thể rõ ràng, máy có thể dễ dàng phân tích các điểm gần ống kính và các điểm xa ống kính hơn. Nhưng một khi có nhiều mối quan hệ phức tạp hơn trong các bức ảnh, mọi thứ sẽ trở nên phức tạp.

Lông người hay lông động vật, nhiều màu sắc và quần áo gần với màu nền đều dễ bị máy đánh giá nhầm là nền, đặc biệt là vùng rìa của chủ thể, cho thấy hiệu ứng nhòe không tự nhiên.

Việc bổ sung LiDAR có thể mang lại thông tin độ sâu chính xác hơn, nhờ đó iPhone có thể hiểu mối quan hệ giữa các đối tượng, vẽ bitmap không gian thông qua các thuật toán và cắt các bức ảnh. iPhone sẽ chia bức ảnh thành nhiều phần dựa trên bản đồ thông tin độ sâu trong vòng vài nano giây, lớp càng xa thì mức độ mờ càng cao, tạo ra một bức chân dung giả với độ sâu trường ảnh nông.

Đồng thời, trong điều kiện thiếu sáng, tốc độ lấy nét của iPhone cũng sẽ được cải thiện đáng kể, có thể tìm chính xác người trong ảnh ở điều kiện thiếu sáng, tạo nền tảng cho những bức ảnh chân dung ở chế độ ban đêm.

Tất nhiên, sự cải thiện camera của LiDAR trên iPhone 12 Pro thực sự phụ thuộc vào các bài kiểm tra chụp thực tế. Bạn có thể mong đợi một lĩnh vực khác nơi nó thực sự tỏa sáng, đó là thực tế tăng cường AR, đặc biệt là trong các tựa game có ứng dụng công nghệ này.

Sau khi thêm LiDAR, mô hình 3D trong trò chơi được gắn với mặt đất, máy tính để bàn và các mặt phẳng khác, bằng cách đo độ sâu của ảnh và mối quan hệ vị trí không gian, toàn bộ trường nhìn của máy ảnh được phân tích để điều chỉnh động ánh sáng và bóng của mô hình, mang đến trải nghiệm thực tế hơn cho các trò chơi