Qu’est-ce qu’un capteur de temps de vol et comment fonctionne ToF ?

Au fur et à mesure que les smartphones deviennent plus avancés, ils intègrent également une quantité de plus en plus élevée de capteurs qui renvoient des données à l’appareil pour améliorer l’expérience utilisateur.


Les smartphones modernes ont des capteurs d’empreintes digitales intégrés, LiDAR, des capteurs de caméra meilleurs et plus grands que jamais, et sur certains appareils, même des capteurs de temps de vol (ToF). Mais parmi tous les différents capteurs que vous verrez sur votre téléphone, le capteur ToF frappe, principalement parce qu’il affecte les choses que nous faisons sur nos smartphones d’une manière très particulière et inaperçue.


Qu’est-ce qu’un capteur de temps de vol (ToF) ?

Un capteur de temps de vol (ToF), également appelé caméra ToF, est un capteur spécialisé qui mesure la profondeur ou la distance à un objet en émettant un faisceau de lumière infrarouge et en mesurant le temps de retour. D’où le nom, Temps de vol.

Ceci est très similaire aux caméras LiDAR trouvées sur la gamme iPhone Pro et même sur certains systèmes de détection faciale de smartphone (y compris l’iPhone), où l’appareil crée une carte infrarouge du visage du propriétaire et l’utilise comme référence contre la personne qu’il voit. déterminer s’il faut déverrouiller l’appareil ou non. Cela dit, les capteurs ToF et LiDAR ont leurs différences.

Crédit d’image : Adafruit

L’utilisation de la lumière réfléchie (ou du son) pour mesurer la distance n’est pas non plus une idée nouvelle. Des dispositifs similaires tels que les capteurs à ultrasons et infrarouges existent depuis bien plus longtemps, offrant essentiellement les mêmes fonctionnalités, mais avec beaucoup moins de détails. Les avantages d’un capteur ToF incluent des mesures précises et rapides, une portée plus longue et une sécurité d’utilisation.

Comparés à d’autres technologies de mesure de profondeur 3D, les capteurs ToF sont relativement bon marché à produire et à utiliser. Ils ne nécessitent pas non plus beaucoup de puissance de traitement, ce qui les rend idéaux pour des cas d’utilisation tels que les smartphones, où connaître la profondeur d’un objet particulier peut aider à faciliter des fonctionnalités telles que le mode portrait, et la puissance de traitement est primordiale.

Les capteurs ToF sont fabriqués par divers fabricants, dont Sony, qui fournit à Apple des capteurs 3D utilisant la technologie ToF. Parmi les autres fabricants de capteurs ToF populaires, citons TeraRanger One, Lucid, Adafruit et ASC TigerCub.

Comment fonctionne un capteur de temps de vol (ToF) ?

Comme mentionné précédemment, les capteurs ToF utilisent la lumière infrarouge pour mesurer la distance d’un objet par rapport au capteur. Un minuscule laser infrarouge tire de la lumière, qui rebondit sur un objet et revient au capteur. Le capteur peut mesurer avec précision la distance d’un objet en mesurant le temps qu’il a fallu à la lumière pour rebondir et revenir à la caméra.

Puisque nous connaissons déjà la vitesse de la lumière et le fait qu’elle parcourt exactement le double de la distance entre le capteur et l’objet, il devient simple de déterminer la distance à l’aide d’une formule de base :

Certaines caméras ToF peuvent également utiliser des ondes continues pour détecter les déphasages dans la lumière réfléchie afin de déterminer à la fois la profondeur et la distance. Encore une fois, selon le type de capteur que vous utilisez, vous pourrez peut-être extraire beaucoup d’informations. Cela peut être utilisé pour créer des cartes 3D de l’environnement du capteur.

Où sont utilisés les capteurs ToF ?

Comme mentionné, les capteurs ToF ont été utilisés dans de nombreux smartphones comme appareil photo « profondeur » pour aider l’appareil photo principal de l’appareil à produire des photos en mode portrait de meilleure qualité. Ces photos visent à créer une faible profondeur de champ pour reproduire un objectif d’appareil photo. Étant donné qu’il est essentiel de connaître la profondeur de différents objets dans de telles photos pour obtenir le bon flou d’arrière-plan, les caméras et capteurs ToF peuvent faire toute la différence.

De plus, les caméras ToF sont également utilisées dans l’authentification biométrique, où un appareil avec une caméra ToF peut créer une carte 3D d’un visage à utiliser comme référence pour déverrouiller l’appareil. C’est essentiellement ainsi que fonctionne la technologie de déverrouillage du visage, y compris l’identifiant de visage d’Apple. C’est également plus sûr que de simplement comparer deux images pour déterminer une correspondance, car il y a plus de données à utiliser par rapport aux algorithmes de vision par ordinateur traditionnels qui fonctionnent sur des données 2D.

Ils sont couramment utilisés dans les voitures électriques et autres systèmes de navigation grâce à leurs capacités de détection d’objets et à leur taux d’interrogation élevé, qui peut atteindre près de 160 Hz sur certains capteurs. Cela les rend parfaits pour les applications en temps réel telles que la détection d’objets, la navigation et même le flou d’arrière-plan lors de vos appels Zoom.

Cette capacité à différencier le sujet de l’arrière-plan est également souvent appliquée à l’impression 3D. Les caméras ToF peuvent facilement reproduire un objet réel dans les trois dimensions, ce qui vous évite d’avoir à le concevoir à partir de zéro, surtout s’il s’agit d’une structure complexe.

Les capteurs ToF aident également à l’imagerie 3D et à l’amélioration des expériences AR en plus de la numérisation d’objets, de la navigation gestuelle et de la navigation intérieure.

Vous pouvez trouver des capteurs ToF sur la Xbox Kinect de Microsoft et d’autres projets de reconnaissance gestuelle, des drones et des casques AR. Dans l’ensemble, leur polyvalence signifie que leurs cas d’utilisation vont de n’importe où entre une suite de caméras pour smartphone et le système de navigation d’une voiture autonome.

Avez-vous besoin d’une caméra ToF sur votre téléphone ?

Pas vraiment.

La photographie informatique a parcouru un long chemin et la plupart des smartphones modernes disposent d’un logiciel suffisamment performant pour séparer complètement le sujet de l’arrière-plan à l’aide d’un logiciel. De plus, en ce qui concerne la photographie sur smartphone, le nombre de mégapixels et la taille du capteur de l’appareil photo peuvent faire une bien plus grande différence.

Alors qu’il fut un temps où les caméras ToF étaient couramment vues sur les smartphones phares, on les trouve maintenant principalement sur les appareils de milieu de gamme ou sur la gamme iPhone Pro sous la forme de capteurs LiDAR, un concept qui fonctionne sur le principe du temps de vol.

Cependant, avoir une caméra ToF sur votre téléphone peut parfois être utile, notamment en termes d’authentification biométrique. Il peut également fournir un utilitaire de mesure de distance intégré à votre téléphone et fournir plus de données de profondeur au logiciel de photographie informatique exécuté sur votre téléphone, ce qui se traduit par des prises de vue en mode portrait encore meilleures.

Connaissez vos capteurs

Les smartphones sont équipés de plus en plus de capteurs pour rendre votre expérience encore meilleure. Une caméra ToF n’est qu’un autre de ces capteurs sur votre téléphone qui ne peut pas être utilisé directement mais qui peut faire une grande différence pour plusieurs autres fonctionnalités.