Hardware

Was ist eine Time-of-Flight-Kamera (ToF) und warum hat mein Telefon eine?


Rahmensira/Shutterstock

Immer mehr Hersteller prahlen damit, dass ihre Handys über Time-of-Flight-Kameras (ToF) verfügen. Aber was sind ToF-Kameras, wie funktionieren sie und warum sollten Sie eine in Ihrem Smartphone haben?

ToF-Kameras haben eine zusätzliche Tiefenauflösung

Grundsätzlich sind ToF-Kameras nur normale HD-Kameras mit einer erhöhten Tiefenauflösung. Tatsächlich sind Telefone wie das 2019 Huawei P30 Pro verfügen über eine viermal bessere Tiefenauflösung als herkömmliche Kameras. Obwohl „Tiefenauflösung“ wie ein verwirrender Fotografie-Jargon klingen mag, ist sie eigentlich leicht zu verstehen. Eine Kamera mit hoher Tiefenauflösung kann zwischen nahen (im Vordergrund) und weit entfernten (im Hintergrund) Objekten unterscheiden.

In der Fotografie wird diese Vorstellung von Vorder- und Hintergrund Schärfentiefe genannt. Es ist, was ein Gefühl von Realismus oder Fokus erzeugt. Objekte in der Nähe sehen scharf aus, mit sauberen Umrissen, während weit entfernte Objekte leicht verschwommen aussehen.

Mit einer ToF-Kamera haben Fotografen mehr Möglichkeiten, ihre Schärfentiefe zu steuern. Natürlich muss man kein Fotograf sein, um von der erhöhten Tiefenauflösung einer ToF-Kamera zu profitieren. Automatische Kameraeinstellungen sollten in Kombination mit einer ToF-Kamera atemberaubende Bilder mit einem klar definierten Vorder- und Hintergrund erzeugen. Eine ToF-Kamera könnte auch verwendet werden, um ein atemberaubendes Video mit fortschrittlicher Bildstabilisierung zu produzieren oder die Genauigkeit Ihrer Instagram-Filter zu erhöhen.

Darüber hinaus könnte die ToF-Kamera eines Telefons für erweiterte Gesichtserkennung, Gesten und AR-Videospiele verwendet werden. Erinnern Sie sich, wie Pokemon Go Ihre Kamera verwendet, um ein Pokemon in Ihrer Umgebung zu platzieren? ToF-Kameras können diese Funktion viel überzeugender machen.

Diese Technologie ist nicht neu

Seltsamerweise gibt es ToF-Kameras seit Ende der 70er Jahre. Es hat nur eine Weile gedauert, bis die Technologie für Verbraucheranwendungen billig und bequem genug war.

In der Vergangenheit wurden ToF-Kameras für die topografische Kartierung, die Automatisierung von Industriemaschinen und automatische Türen verwendet. Aber die Technologie hielt bereits 2014 Einzug in viele Haushalte (einschließlich Ihres wahrscheinlich). Die Kinect der Xbox One verwendet eine ToF-Kamera, um Gesichter zu identifizieren und Handbewegungen genau zu verfolgen.

Ein Mann, der ein Foto von einer dramatischen, nebligen Bergkette macht.
rdonar/Shutterstock

Ab April 2019 gibt es nur noch wenige Telefone mit integrierten ToF-Kameras, wie z LG G8 ThinQ, das Ehrenansicht 20, das Huawei P30 Pro, und der Oppo RX17 Pro. Diese Telefone werden an Fotografen und Computerfreaks vermarktet, aber sie setzen den Standard für zukünftige Telefone, einschließlich Samsung und Äpfel Veröffentlichungen 2019 und 2020.

Okay, ToF-Kameras sind super cool und es gibt sie seit der Veröffentlichung von Star Wars. Aber wie funktionieren sie? Warum haben sie eine so große Tiefenauflösung?

ToF-Kameras verwenden Lidar, um die Tiefe zu messen

Wissen Sie, wie Fledermäuse und Delfine Geräusche nutzen, um ihre Umwelt zu „sehen“? Nun, wir haben diesen Trick gestohlen, ihn in einige U-Boote gesteckt und ihn Sonar genannt. ToF-Kameras verwenden eine ähnliche Technik, um die Tiefe zu messen, aber sie heißt Lidar, und es basiert auf Impulsen von IR-Licht anstelle von Schall.

Wenn Sie ein Foto mit der ToF-Kamera eines Telefons aufnehmen, wird ein unsichtbarer IR-Lichtimpuls abgegeben, der von nahen Objekten reflektiert wird. Ein Teil dieses Lichts wird in den Abgrund gestreut, aber das meiste findet seinen Weg zurück in die ToF-Kamera des Telefons.

Wie die Sonarwelle einer Fledermaus kehrt eine Lidarwelle in Stücken zurück. IR-Licht, das von nahen Objekten reflektiert wird, kehrt schnell zur ToF-Kamera zurück, während das Licht, das von weit entfernten Objekten reflektiert wird, etwas länger dauert. Ihr Telefon misst, wie lange es dauert, bis jeder Lichtstrahl zurückkommt, berechnet einige Zahlen und erstellt eine detaillierte 3D-Tiefenkarte.

Das Gesicht einer Frau wird von ihrer ToF-Kamera gescannt
MaximP/Shutterstock

Es ist ein bisschen so Pinnwand-Spielzeug in die du dein Gesicht drückst. Diese Spielzeuge haben einen „3D-Effekt“, weil Ihre Nase, die nahe am Brett liegt, eine größere Vertiefung bildet als Ihre Augen und Wangen, die relativ weit vom Brett entfernt sind.

Natürlich liefert die Reflexion von IR-Licht Ihrem Telefon nur Tiefeninformationen. Deshalb koppeln ToF-Kameras IR-Funktionalität mit einer herkömmlichen, hochauflösenden Kamera. Ihr Telefon verwendet eine Software, um ein herkömmliches Foto mit einer IR-3D-Tiefenkarte zu mischen, und Sie erhalten ein Bild mit klar definiertem Vorder- und Hintergrund.

Zukünftige Anwendungen für ToF-Kameras

In den nächsten Jahren werden ToF-Kameras die Art und Weise revolutionieren, wie wir mit unseren Telefonen Bilder und Videos aufnehmen. Aber denken wir hier über das große Ganze nach. Wir sprechen von einer Form von Technologie, die eine Tiefenkarte einer Umgebung mit Lichtgeschwindigkeit erstellen kann. Seine Anwendungen gehen weit über die Grenzen der Fotografie hinaus.

Tatsächlich wird Ihre erste Erfahrung mit der ToF-Kamera eines Telefons wahrscheinlich nicht nur mit der Fotografie zusammenhängen. Das Samsung Galaxy S10 5G wird ToF-Kameras sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite enthalten. Apple ist bekanntermaßen verschwiegen, was zukünftige iPhone-Pläne betrifft, aber es gibt Gerüchte Die iPhones von 2019 könnten auch ToF-Kameras enthalten. Ja, dieses Update lässt Ihre Selfies fantastisch aussehen, aber es erhöht auch die Genauigkeit der Gesichtserkennung und anderer Sicherheitsmaßnahmen. Wenn Sie beim Einrichten Ihres Telefons die Gesichtserkennung aktivieren, nimmt es leise eine 3D-Karte Ihres Gesichts auf, bevor Sie die Möglichkeit haben, Selfies zu machen.

Die Gestensteuerung ist eine weitere aufregende (aber wohl dämliche) Anwendung für ToF-Kameras. Ja, das Gestensystem des Kinect ist ein kräftiges Augenrollen wert, aber in den nächsten Jahren werden Sie wahrscheinlich ähnliche Technologien verwenden, um Ihr Telefon, Ihren Computer, Ihren intelligenten Assistenten oder Ihre Smartwatch zu steuern. Im Moment sind Unternehmen wie In Bewegung arbeiten an ToF-Anwendungen für Desktop-Computer und Hersteller wie Google verwenden Radar- und Lidar-Systeme, um freihändige, gestengesteuerte Smartwatches und intelligente Assistenten zu entwickeln.

Zwei Ingenieure betrachten mit einem Telefon eine AR-Turbine
Gorodenkoff/Shutterstock

ToF-Kameras sind neben der Gestensteuerung auch ideal für VR und AR Anwendungen. Grundsätzlich wirken Dinge wie Instagram-Filter und Pokemon Go viel „realer“, wenn sie mit einer ToF-Kamera verwendet werden. Aber für kompliziertere Anwendungen wie VR könnten ToF-Kameras verwendet werden, um die Handgesten und Schritte eines Spielers zu registrieren. Sie können auch verwendet werden, um physische Umgebungen schnell abzubilden und in VR-Welten umzuwandeln, was die professionelle Spieleentwicklung beschleunigen oder den VR-Markt für Indie-Spieleentwickler erschließen könnte.

ToF-Kameras haben aber auch praktische Zwecke. In der Vergangenheit wurden sie zur Maschinenautomatisierung in Fabriken eingesetzt. Das wird sich nicht ändern. Da ToF-Kameras besser (und billiger) werden, werden sie ihren Weg in noch mehr KI-Produkte für Industrie und Verbraucher finden. Die meisten intelligente Autos verwenden bereits eine Form der Lidar-Technologie, um ihre Umgebung zu „sehen“ (interessanterweise verwenden Tesla-Autos kein Lidar).

Während die ToF-Kamera in Ihrem neuen Mobiltelefon auf Foto-, AR- und Gesichtserkennungsanwendungen beschränkt ist, ist jetzt ein guter Zeitpunkt, sich mit der Technologie vertraut zu machen. Irgendwann werden ToF-Kameras überall sein.

Quellen: Mäusefänger



Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Ähnliche Artikel

Schaltfläche "Zurück zum Anfang"