Qu’est-ce qu’une caméra à temps de vol (ToF) et pourquoi mon téléphone en possède-t-elle une?

De plus en plus de fabricants se vantent que leurs téléphones soient équipés de caméras Time of Flight (ToF). Mais que sont les caméras ToF, comment fonctionnent-elles et pourquoi en voudriez-vous une dans votre smartphone?

Les caméras ToF ont une résolution de profondeur supplémentaire

À un niveau très basique, les caméras ToF ne sont que des caméras HD ordinaires avec une résolution de profondeur accrue. En fait, des téléphones comme le 2019 Huawei P30 Pro ont une résolution de profondeur quatre fois meilleure que les caméras conventionnelles. Bien que la «résolution en profondeur» puisse sembler un jargon photographique déroutant, elle est en fait facile à comprendre. Une caméra avec une résolution de profondeur élevée peut faire la différence entre les objets proches (au premier plan) et éloignés (en arrière-plan).

En photographie, cette idée de premier plan et d’arrière-plan s’appelle la profondeur de champ. C’est ce qui crée un sentiment de réalisme ou de concentration. Les objets à proximité semblent nets, avec des contours nets, tandis que les objets éloignés semblent légèrement flous.

Avec un appareil photo ToF, les photographes ont plus d’options pour contrôler leur profondeur de champ. Bien sûr, vous n’avez pas besoin d’être photographe pour bénéficier de la résolution de profondeur accrue d’un appareil photo ToF. Les paramètres automatiques de la caméra, lorsqu’ils sont associés à une caméra ToF, devraient produire des images époustouflantes avec un premier plan et un arrière-plan bien définis. Une caméra ToF peut également être utilisée pour produire une vidéo époustouflante avec une stabilisation d’image avancée ou pour augmenter la précision de vos filtres Instagram.

De plus, la caméra ToF d’un téléphone pourrait être utilisée pour la reconnaissance faciale avancée, les gestes et les jeux vidéo AR. Rappelez-vous comment Pokemon Go utilise votre appareil photo pour placer un Pokémon dans votre environnement? Les caméras ToF peuvent rendre cette fonctionnalité beaucoup plus convaincante.

Cette technologie n’est pas nouvelle

Curieusement, les caméras ToF existent depuis la fin des années 70. Il a juste fallu un certain temps pour que la technologie devienne suffisamment bon marché et pratique pour les applications grand public.

Dans le passé, les caméras ToF étaient utilisées pour la cartographie topographique, l’automatisation des machines industrielles et les portes automatiques. Mais la technologie a fait son chemin dans de nombreux foyers (y compris le vôtre, probablement) en 2014. Kinect de la Xbox One utilise une caméra ToF pour identifier les visages et suivre les gestes de la main avec précision.

Un homme prend une photo d'une chaîne de montagnes brumeuse et dramatique.

En avril 2019, seuls quelques téléphones dotés de caméras ToF intégrées, comme le LG G8 ThinQ, les Honor View 20, les Huawei P30 Pro, et le Oppo RX17 Pro. Ces téléphones sont commercialisés auprès des photographes et des geeks, mais ils établissent la norme pour les futurs téléphones, y compris Samsung et Pommes Versions 2019 et 2020.

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D’accord, les caméras ToF sont super cool, et elles existent depuis la sortie de Star Wars. Mais comment fonctionnent-ils? Pourquoi ont-ils une si grande résolution en profondeur?

Les caméras ToF utilisent le lidar pour mesurer la profondeur

Savez-vous comment les chauves-souris et les dauphins utilisent le son pour «voir» leur environnement? Eh bien, nous avons volé cette astuce, l’avons mise dans des sous-marins et l’avons nommée sonar. Les caméras ToF utilisent une technique similaire pour mesurer la profondeur, mais elle s’appelle lidar, et il repose sur des impulsions de lumière infrarouge au lieu du son.

Lorsque vous prenez une photo avec l’appareil photo ToF d’un téléphone, il émet une impulsion de lumière infrarouge invisible qui se reflète sur les objets à proximité. Une partie de cette lumière se disperse dans l’abîme, mais la majeure partie se retrouve dans la caméra ToF du téléphone.

Comme une onde sonar de chauve-souris, une onde lidar revient en morceaux. La lumière infrarouge qui se reflète sur les objets proches retournera rapidement à la caméra ToF, tandis que la lumière qui se réfléchit sur les objets éloignés prendra un peu plus de temps. Votre téléphone mesure le temps nécessaire à chaque rayon de lumière pour revenir, calcule certains chiffres et crée une carte de profondeur 3D détaillée.

Le visage d'une femme est scanné par sa caméra ToF

C’est un peu comme ça jouets de tableau d’affichage que vous appuyez sur votre visage. Ces jouets ont un «effet 3D» parce que votre nez, qui est proche de la planche, crée une indentation plus grande que vos yeux et vos joues, qui sont relativement éloignés de la planche.

Bien sûr, la réflexion de la lumière infrarouge ne fournit à votre téléphone que des informations de profondeur. C’est pourquoi les caméras ToF associent la fonctionnalité IR à une caméra haute résolution conventionnelle. Votre téléphone utilise un logiciel pour mélanger une photo conventionnelle avec une carte de profondeur IR 3D, et vous vous retrouvez avec une image qui a un premier plan et un arrière-plan bien définis.

Applications futures pour les caméras ToF

Au cours des prochaines années, les caméras ToF révolutionneront la façon dont nous prenons des photos et des vidéos avec nos téléphones. Mais pensons à la grande image ici. Nous parlons d’une forme de technologie qui peut créer une carte de profondeur d’un environnement à la vitesse de la lumière. Ses applications vont bien au-delà des limites de la photographie.

En fait, votre première expérience avec l’appareil photo ToF d’un téléphone ne concernera probablement pas que la photographie. le Samsung Galaxy S10 5G inclura des caméras ToF, à la fois à l’avant et à l’arrière. Apple est réputé pour sa discrétion sur les futurs projets d’iPhone, mais il y a des rumeurs les iPhones 2019 pourraient également inclure des caméras ToF. Oui, cette mise à jour rendra vos selfies incroyables, mais elle augmentera également la précision de Face ID et d’autres mesures de sécurité. Si vous activez la reconnaissance faciale lors de la configuration de votre téléphone, il capturera tranquillement une carte 3D de votre visage avant que vous n’ayez la chance de prendre des selfies.

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Les commandes gestuelles sont une autre application passionnante (mais sans doute douteuse) pour les caméras ToF. Oui, le système gestuel de Kinect vaut un énorme coup d’œil, mais au cours des prochaines années, vous vous retrouverez probablement à utiliser une technologie similaire pour contrôler votre téléphone, ordinateur, assistant intelligent ou smartwatch. À l’heure actuelle, des entreprises comme En mouvement travaillent sur des applications ToF pour ordinateurs de bureau et des fabricants comme Google utilisent des systèmes radar et lidar pour créer des montres intelligentes mains libres contrôlées par gestes et des assistants intelligents.

Deux ingénieurs utilisent un téléphone pour regarder une turbine AR

Outre les commandes gestuelles, les caméras ToF sont également idéales pour VR et AR applications. À un niveau de base, des éléments comme les filtres Instagram et Pokemon Go sembleront beaucoup plus «réels» lorsqu’ils sont utilisés avec une caméra ToF. Mais pour des applications plus compliquées, comme la réalité virtuelle, les caméras ToF pourraient être utilisées pour enregistrer les gestes de la main et les pas d’un joueur. Ils peuvent également être utilisés pour cartographier rapidement les environnements physiques et les convertir en mondes de réalité virtuelle, ce qui pourrait accélérer le développement de jeux professionnels ou ouvrir le marché de la réalité virtuelle aux développeurs de jeux indépendants.

Mais les caméras ToF ont également des objectifs pratiques. Dans le passé, ils ont été utilisés pour l’automatisation des machines dans les usines. Cela ne changera pas. Au fur et à mesure que les caméras ToF s’améliorent (et sont moins chères), elles trouveront leur place dans des produits d’IA encore plus industriels et grand public. Les plus voitures intelligentes utilisent déjà une forme de technologie lidar pour «voir» leur environnement (chose intéressante, les voitures Tesla n’utilisent pas de lidar).

Bien que la caméra ToF de votre nouveau téléphone portable soit limitée aux applications de photographie, de RA et de reconnaissance faciale, c’est le bon moment pour se familiariser avec la technologie. À terme, les caméras ToF seront partout.

Sources: Mouser

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