De nombreux constructeurs mettent en avant l’intégration de caméras « Time of Flight » (ToF) dans leurs smartphones. Mais de quoi s’agit-il exactement ? Comment fonctionnent ces caméras et quel est leur intérêt pour un téléphone portable ?
Les caméras ToF : une meilleure perception de la profondeur
Fondamentalement, les caméras ToF sont des caméras HD classiques, mais avec une capacité accrue à mesurer la profondeur. Par exemple, certains téléphones comme le Huawei P30 Pro de 2019 offrent une résolution de profondeur quatre fois supérieure à celle des appareils photo standards. Cette « résolution en profondeur » peut sembler un concept technique complexe, mais elle est assez simple à comprendre. Une caméra avec une haute résolution en profondeur est capable de distinguer plus facilement les objets situés au premier plan de ceux qui se trouvent en arrière-plan.
En photographie, cette distinction entre le premier plan et l’arrière-plan est appelée profondeur de champ. C’est ce qui donne un effet de réalisme ou de mise au point. Les éléments proches apparaissent nets, avec des contours bien définis, tandis que les éléments éloignés sont légèrement flous.
Avec un capteur ToF, les photographes ont plus de maîtrise sur leur profondeur de champ. Cependant, il n’est pas nécessaire d’être un professionnel pour profiter des avantages d’une caméra ToF. Les paramètres automatiques de l’appareil photo, combinés avec cette technologie, devraient générer des clichés impressionnants avec une distinction claire entre l’avant et l’arrière-plan. Une caméra ToF peut également servir à enregistrer des vidéos de qualité avec une stabilisation d’image améliorée, ou encore à accroître la précision des filtres Instagram.
De plus, le capteur ToF d’un téléphone pourrait être utilisé pour la reconnaissance faciale avancée, les commandes gestuelles et les jeux en réalité augmentée. Vous vous souvenez de la manière dont Pokémon Go utilise l’appareil photo pour intégrer un Pokémon dans votre environnement ? Les caméras ToF pourraient rendre cette fonctionnalité bien plus immersive.
Une technologie loin d’être nouvelle
Il est intéressant de noter que les caméras ToF existent depuis la fin des années 1970. Il a fallu du temps pour que cette technologie devienne suffisamment abordable et pratique pour une utilisation grand public.
Par le passé, les caméras ToF étaient utilisées pour la cartographie topographique, l’automatisation industrielle et les portes automatiques. Cependant, cette technologie est entrée dans de nombreux foyers, y compris probablement le vôtre, en 2014. Le Kinect de la Xbox One utilise une caméra ToF pour identifier les visages et suivre précisément les mouvements des mains.
En avril 2019, seuls quelques téléphones intégraient des capteurs ToF, tels que le LG G8 ThinQ, le Honor View 20, le Huawei P30 Pro et l’ Oppo RX17 Pro. Ces téléphones ciblaient les passionnés de photographie et de technologie, mais ils ont établi la norme pour les futurs modèles, y compris ceux de Samsung et d’ Apple, prévus pour 2019 et 2020.
Maintenant, il est clair que les caméras ToF sont une technologie fascinante, qui existe depuis des décennies. Mais comment fonctionnent-elles précisément ? Pourquoi offrent-elles une telle résolution en profondeur ?
Le principe du lidar : la base des caméras ToF
Connaissez-vous le fonctionnement de l’écholocation chez les chauves-souris et les dauphins ? Nous nous sommes inspirés de cette technique pour la mettre en œuvre dans les sous-marins, sous le nom de sonar. Les caméras ToF fonctionnent de manière similaire pour mesurer la profondeur, mais cette technique s’appelle le lidar, et elle utilise des impulsions lumineuses infrarouges à la place du son.
Lorsque vous prenez une photo avec un capteur ToF, celui-ci émet une impulsion de lumière infrarouge invisible qui est réfléchie par les objets environnants. Une partie de cette lumière se disperse, mais la majeure partie revient vers le capteur ToF du téléphone.
Tout comme l’onde sonore d’une chauve-souris, l’onde lidar revient par fragments. La lumière infrarouge réfléchie par les objets proches retourne plus rapidement au capteur ToF, tandis que la lumière réfléchie par les objets éloignés prend plus de temps. Votre téléphone mesure le temps nécessaire à chaque faisceau de lumière pour revenir, effectue des calculs et crée une carte de profondeur 3D détaillée.
C’est un peu comme ces tableaux d’épingles sur lesquels on appuie son visage. Ces jouets ont un « effet 3D » car votre nez, qui est proche de la planche, crée une indentation plus prononcée que vos yeux et vos joues, qui sont plus éloignés.
Bien sûr, la lumière infrarouge ne donne qu’une information de profondeur à votre téléphone. C’est pourquoi les caméras ToF combinent les capacités IR avec un capteur haute résolution classique. Votre téléphone utilise un logiciel pour fusionner une photo classique avec une carte de profondeur 3D infrarouge, ce qui donne une image avec un premier plan et un arrière-plan clairement définis.
Perspectives d’avenir des caméras ToF
Au cours des prochaines années, les caméras ToF vont révolutionner notre manière de prendre des photos et des vidéos avec nos téléphones. Mais allons plus loin. Cette technologie est capable de créer une carte de profondeur d’un environnement à la vitesse de la lumière. Ses applications dépassent donc largement le domaine de la photographie.
En fait, votre première expérience avec une caméra ToF ne sera probablement pas liée qu’à la photographie. Le Samsung Galaxy S10 5G sera équipé de capteurs ToF à l’avant et à l’arrière. Apple, fidèle à ses habitudes, reste discret sur ses projets futurs pour l’iPhone, mais des rumeurs suggèrent que les iPhone de 2019 pourraient également intégrer des caméras ToF. Bien sûr, cette innovation améliorera vos selfies, mais elle augmentera également la précision de Face ID et des autres mesures de sécurité. Si vous activez la reconnaissance faciale lors de la configuration de votre téléphone, il enregistrera discrètement une carte 3D de votre visage avant même que vous ayez l’occasion de prendre des selfies.
Les commandes gestuelles représentent une autre application intéressante (mais potentiellement gadget) pour les capteurs ToF. Le système gestuel de Kinect peut sembler anecdotique, mais il est fort probable que vous utiliserez une technologie similaire dans les années à venir pour contrôler votre téléphone, votre ordinateur, votre assistant vocal ou votre montre connectée. Actuellement, des entreprises comme In Motion développent des applications ToF pour ordinateurs, et des constructeurs comme Google utilisent des systèmes radar et lidar pour créer des montres connectées et des assistants intelligents contrôlés par des gestes.
Outre les commandes gestuelles, les caméras ToF sont particulièrement adaptées aux applications de réalité virtuelle (RV) et de réalité augmentée (RA). Pour commencer, des éléments tels que les filtres Instagram et Pokémon Go paraîtront plus « réels » lorsqu’ils sont utilisés avec un capteur ToF. Mais pour des applications plus sophistiquées, comme la réalité virtuelle, les caméras ToF pourraient être utilisées pour enregistrer les mouvements des mains et les pas d’un joueur. Elles pourraient aussi servir à numériser rapidement des environnements physiques pour les convertir en mondes virtuels, ce qui pourrait accélérer le développement de jeux professionnels ou ouvrir le marché de la réalité virtuelle aux créateurs indépendants.
Les caméras ToF ont également des applications pratiques. Elles ont déjà été utilisées pour l’automatisation des machines dans les usines. Cette application ne changera pas. Au fur et à mesure que les caméras ToF évolueront (et deviendront plus abordables), elles trouveront leur place dans un nombre croissant de produits d’IA grand public et industriels. De plus en plus de voitures intelligentes utilisent déjà une forme de technologie lidar pour « voir » leur environnement (il est intéressant de noter que les véhicules Tesla n’utilisent pas cette technologie).
Bien que les caméras ToF de nos smartphones soient, pour l’instant, principalement utilisées pour la photographie, la réalité augmentée et la reconnaissance faciale, il est essentiel de se familiariser avec cette technologie. À terme, les capteurs ToF seront omniprésents.
Sources: Mouser