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

Das Oppo RX17 Pro

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

ToF-Kameras haben eine zusätzliche Tiefenauflösung

Im Grunde 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. Auch wenn die 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 nennt man diese Vorstellung von Vorder- und Hintergrund Tiefenschärfe . Es ist das, was ein Gefühl von Realismus oder Fokus erzeugt. Objekte in der Nähe sehen scharf mit sauberen Umrissen aus, 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 kann die ToF-Kamera eines Telefons für fortgeschrittene Benutzer verwendet werden Gesichtserkennung , Gesten und AR-Videospiele. 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 günstig und bequem genug war.

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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.

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Ab April 2019 gibt es nur noch wenige Telefone mit integrierten ToF-Kameras, wie das LG G8 ThinQ , das Ehrenansicht 20 , das Huawei P30 Pro , und das 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 Umgebung 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 verkaufen , und es basiert auf Impulsen von IR-Licht anstelle von Schall.

Wenn Sie ein Foto mit der ToF-Kamera eines Telefons aufnehmen, schießt sie einen Impuls unsichtbaren IR-Lichts aus, der von nahegelegenen 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.

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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.

Eine Frau

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Es ist ein bisschen so Pinnwand-Spielzeug in die du dein Gesicht drückst. Diese Spielzeuge haben einen 3D-Effekt, da Ihre Nase, die sich nahe am Brett befindet, 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 kombinieren ToF-Kameras die 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 dreht sich Ihre erste Erfahrung mit der ToF-Kamera eines Telefons wahrscheinlich nicht nur um die Fotografie. Der Samsung Galaxy S10 5G wird ToF-Kameras enthalten, sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite. Apple ist bekanntermaßen verschlossen, was zukünftige iPhone-Pläne angeht, aber es gibt Gerüchte Die iPhones von 2019 könnten auch ToF-Kameras enthalten. Ja, dieses Update wird Ihre Selfies fantastisch aussehen lassen, aber es erhöht auch die Genauigkeit der Gesichtserkennung und anderer Sicherheitsmaßnahmen. Wenn Sie die Gesichtserkennung beim Einrichten Ihres Telefons 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

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Neben der Gestensteuerung sind ToF-Kameras 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

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Andrew Heinzman schreibt für How-To Geek und Review Geek. Wie ein Tausendsassa kümmert er sich um das Schreiben und die Bildbearbeitung für ein Durcheinander von technischen Nachrichtenartikeln, täglichen Angeboten, Produktbewertungen und komplizierten Erklärungen.
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