Smartphones: Sensores LiDAR vs Sensores ToF

Há cada vez mais referência ao LiDAR e a outras tecnologias que estão a equipar os smartphones e tablets. Não são novas, pois as tecnologias estão presentes em vários segmentos, mas estão a marcar novas posições no mundo dos dispositivos móveis, sobretudo, no âmbito da fotografia e realidade aumentada. Assim, a questão que se coloca é se estaremos perante uma revolução em sensores de smartphones.

Afinal, o que são sensores LiDAR e sensores ToF?

Por ocasião do lançamento da quarta geração do iPad Pro, a Apple apresentou pela primeira vez nos seus equipamentos um sensor LiDAR, na parte traseira do mesmo.

Agora que começa a aproximar-se a data de lançamento do iPhone 12, e sendo cada vez mais frequentes os rumores acerca da presença deste sensor no modelo Pro, colocam-se duas questões: de que se trata, afinal, o LiDAR, e de que forma é que este se destaca dos sensores ToF que têm vindo a marcar presença em diversos smartphones?

Hoje, a ideia é, de forma fácil de perceber, explicar em que consistem estas duas tecnologias que estão a equipar os dispositivos móveis.

O que é o LiDAR?

Um LiDAR (Light Detection And Ranging, algo como Deteção e Distanciamento de Luz em tradução livre) é um sensor que recorre a lasers para criar um radar que perscrute o ambiente e meça a distância com precisão.

Baseia-se numa tecnologia ótica que mede as propriedades da luz refletida, permitindo assim obter a distância precisa relativamente a um objeto distante. Este conceito poderá soar algo familiar, uma vez que há já alguns anos que podemos encontrar, nas câmaras de alguns equipamentos Android, sensores ToF 3D, uma espécie de LiDAR, mas sem scanner.

Em ambos os casos os sensores recorrem à luz e à técnica ToF (time-of-flight, tempo de voo, em tradução livre) para medir a distância. No entanto, convém frisar que o modelo com scanner consegue resultados muito mais precisos, uma vez que recorre a múltiplos feixes de laser em vez de uma única emissão.

Quando o feixe regressa ao sensor, carrega consigo informações acerca do objeto com o qual estabeleceu contacto, incluindo distância e características óticas, como a refletividade. Em grosso modo, poderemos dizer que é semelhante a um radar ou um sonar (que utilizam ondas rádio e sonoras, respetivamente). No entanto, traz grandes melhorias no que toca à precisão.

Here is iPad Pro’s LiDAR under infrared. pic.twitter.com/IZkum3nwRx

— Faruk 🚀 ᴵᴾᴴᴼᴺᴱᴰᴼ (@iPhonedo) March 26, 2020

Tecnologias dos anos 60 nos smartphones de 2020

Poderá ter começado a ouvir falar mais nelas agora, mas desengane-se quem pensa que esta é uma tecnologia recente. As utilizações associadas ao LiDAR são vastas e em qualquer pesquisa acerca do mesmo poderemos verificar que a tecnologia remonta já aos anos 60 e 70, tendo sido utilizado, por exemplo, em plataformas aéreas, para mapeamento de terreno.

Contudo, com o passar do tempo, os avanços da tecnologia têm vindo a permitir uma miniaturização cada vez maior dos componentes eletrónicos das unidades LiDAR atuais, para além de toda a revolução no campo da Inteligência Artificial e na conetividade de sensores. As primeiras unidades LiDAR eram volumosas, caríssimas e limitavam-se a meros trabalhos de medidas.

Scan por LiDAR ou sensor ToF 3D sem scan, qual o melhor?

No caso dos equipamentos Android com o componente ToF 3D, foram significativas as melhorias no que toca à Realidade Aumentada (RA) e ao famoso modo retrato das fotos. No caso dos iPhones 12 Pro, é provável que venhamos a ter o scanner LiDAR, que nos levará a perguntar: então, porque optaria a Apple por um componente mais caro?

A verdade é que ainda que as tecnologias sejam parecidas, a forma como capturam a informação 3D é diferente. Há algo mais no LiDAR que o destaca do ToF.

No seu âmago, poder-se-ia dizer que ambos são similares. Afinal, estamos a falar de dois sensores baseados em lasers que recorrem ao ToF para calcular as distâncias de objetos ao longe. Estes lançam feixes de infravermelhos para calcular o tempo que a luz demora a ser devolvida de objetos no ambiente capturado.

Através de algoritmos sofisticados, estes sensores poderão ajudar a criar uma nuvem de pontos 3D da área envolvente. Dessa forma, o seu smartphone poderá depois transpor a informação a aplicações internas ou de terceiros. Portanto, o LiDAR acrescenta mais qualidade e quantidade de captura de informação que o ToF. Provavelmente, o resultado final, será melhor num smartphone com LiDAR que só com ToF.

Imagem de como o LiDAR interpreta uma paisagem

E para que servirá essa informação?

Bem, poderá servir, por exemplo, para determinar com maior precisão o campo de profundidade em fotos, ou então para ajudar a criar as condições para uma experiência de RA mais imersiva. No entanto, a forma como ambos os tipos de sensores capturam a informação 3D é diferente.

Os smartphones Android recorrem a sistemas LiDAR sem scanners, baseados em flashes. Estes sistemas, como o DepthVision da Samsung, iluminam a área com uma única emissão de luz por infravermelhos (motivo pela qual não a vemos). Todos os reflexos que façam “ricochete” nos objetos desse local regressam ao sensor, sendo posteriormente analisados e, em seguida, criado um mapa 3D.

Estes sensores são de produção mais barata, o que justifica o facto de vermos uma adoção cada vez maior.

No caso do LiDAR com scanner, em vez de termos uma única emissão flash, assistimos à emissão mais pequena numa área, sendo depois utilizado o ToF, para determinar a distância. Em seguida, a luz será movida pelo resto do ambiente em “velocidades de nano-segundos”, capturando o resto da envolvência. Portanto, é uma evolução considerável da tecnologia.

Mapeamento Ponto a Ponto

No sensor utilizado pela Apple no seu iPad Pro, uma vez emitida a luz, não são apenas os reflexos pretendidos que regressam à sua origem. Conforme foi descrito, os reflexos indiretos também chegarão aos sensores, incluindo reflexos fora de ângulo e outros reflexos múltiplos causados pelo ambiente.

Ou seja, o scanner LiDAR mapeia a área ponto a ponto, resultando numa leitura mais precisa e numa nuvem de pontos 3D. Além disso, os sensores ToF, utilizados em equipamentos Android, são vulneráveis à luz refletida em superfícies especulares, ou seja, uma superfície que crie um reflexo semelhante ao de um espelho.

A verdade é que esta é uma tecnologia que traz consigo um tremendo potencial para o campo dos smartphones. Resta-nos aguardar por setembro, para verificarmos de que forma será implementada pela Apple no seu iPhone 12.

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