Immer mehr Hersteller bewerben ihre Smartphones mit der Integration von Time-of-Flight (ToF)-Kameras. Doch was genau verbirgt sich hinter dieser Technologie, wie funktioniert sie und welche Vorteile bringt sie für den Nutzer?
ToF-Kameras: Mehr als nur eine normale Kamera
Im Grunde genommen sind ToF-Kameras hochauflösende Kameras, die zusätzlich eine verbesserte Tiefenwahrnehmung bieten. So erreichen beispielsweise einige Modelle, wie das Huawei P30 Pro aus dem Jahr 2019, eine bis zu vierfach bessere Tiefenschärfe als herkömmliche Kameras. Tiefenschärfe, ein Begriff aus der Fotografie, beschreibt die Fähigkeit einer Kamera, zwischen Objekten im Vordergrund und solchen im Hintergrund zu unterscheiden. Sie ist entscheidend für die Erzeugung eines räumlichen Eindrucks in Fotos, bei dem nahe Objekte scharf und ferne Objekte leicht unscharf abgebildet werden.
Mit einer ToF-Kamera erhalten Fotografen erweiterte Möglichkeiten, die Schärfentiefe zu gestalten und somit die Bildwirkung zu beeinflussen. Doch auch ohne professionelle Kenntnisse profitiert man von dieser Technologie. In Kombination mit automatischen Kameraeinstellungen ermöglicht eine ToF-Kamera beeindruckende Bilder mit klarer Trennung zwischen Vorder- und Hintergrund. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der Erstellung von Videos mit verbesserter Bildstabilisierung bis zur Steigerung der Präzision von Instagram-Filtern.
Darüber hinaus können ToF-Kameras für innovative Anwendungen wie verbesserte Gesichtserkennung, Gestensteuerung und Augmented Reality (AR)-Spiele genutzt werden. Stellen Sie sich vor, wie viel realistischer Pokemon Go mit einer ToF-Kamera wäre!
Keine neue Technologie, aber jetzt alltagstauglich
Überraschenderweise existieren ToF-Kameras bereits seit den späten 1970er Jahren. Es hat jedoch einige Zeit gedauert, bis die Technologie für den Massenmarkt erschwinglich und praktikabel wurde.
Anfänglich wurden ToF-Kameras vor allem in der topografischen Kartierung, der Automatisierung von Industriemaschinen und bei automatischen Türsystemen eingesetzt. Mit der Einführung der Xbox One Kinect im Jahr 2014 hielt die Technologie schließlich Einzug in den privaten Haushalt. Die Kinect nutzte eine ToF-Kamera zur präzisen Identifizierung von Gesichtern und Verfolgung von Handbewegungen.
Obwohl erst wenige Smartphones mit ToF-Kameras ausgestattet sind, darunter das LG G8 ThinQ, das Honor View 20, das Huawei P30 Pro und das Oppo RX17 Pro, markieren sie einen Trend für zukünftige Smartphone-Generationen. Auch Unternehmen wie Samsung und Apple werden voraussichtlich in naher Zukunft Modelle mit ToF-Kameras auf den Markt bringen.
Die Funktionsweise von ToF-Kameras
ToF-Kameras nutzen eine Technik namens Lidar, die auf dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung basiert. Ähnlich wie Fledermäuse und Delfine Schall nutzen, um sich zu orientieren, verwenden ToF-Kameras Infrarotlicht, um Entfernungen zu messen.
Beim Fotografieren mit einer ToF-Kamera wird ein unsichtbarer Infrarotlichtimpuls ausgesendet, der von den Objekten in der Umgebung reflektiert wird. Das reflektierte Licht kehrt zur Kamera zurück, wobei das Licht von nahen Objekten schneller ankommt als das von weiter entfernten. Die Kamera misst die Zeit, die das Licht für den Hin- und Rückweg benötigt, und erstellt daraus eine detaillierte 3D-Tiefenkarte der Szene.
Diese Technologie ähnelt dem Prinzip eines Pin Art-Spielzeugs, bei dem die Tiefe einer Vertiefung durch die Nähe zum Objekt bestimmt wird. Die ToF-Kamera liefert jedoch nur Tiefeninformationen, weshalb sie in der Regel mit einer herkömmlichen hochauflösenden Kamera kombiniert wird. Die Software des Smartphones fusioniert die Tiefeninformationen mit dem herkömmlichen Bild zu einem Ergebnis mit scharf definiertem Vorder- und Hintergrund.
Zukünftige Einsatzmöglichkeiten von ToF-Kameras
ToF-Kameras werden die Art und Weise, wie wir Fotos und Videos aufnehmen, in den nächsten Jahren revolutionieren. Doch die Technologie hat weitaus mehr Potenzial. Durch die Fähigkeit, eine 3D-Tiefenkarte einer Umgebung in Lichtgeschwindigkeit zu erstellen, eröffnet sie neue Perspektiven über die Fotografie hinaus.
Die ersten Erfahrungen mit ToF-Kameras werden wahrscheinlich nicht nur auf die Fotografie beschränkt sein. Das Samsung Galaxy S10 5G ist beispielsweise mit ToF-Kameras auf der Vorder- und Rückseite ausgestattet. Auch wenn Gerüchte über die Integration von ToF-Kameras in kommende iPhones kursieren, steht fest, dass diese Technologie nicht nur Selfies verbessern wird, sondern auch die Präzision von Gesichtserkennungssystemen und anderen Sicherheitsmaßnahmen erhöht. Die Erstellung einer 3D-Karte des Gesichts erfolgt bereits bei der ersten Einrichtung des Smartphones.
Die Gestensteuerung ist ein weiteres Anwendungsfeld für ToF-Kameras. Während die Gestensteuerung der Kinect oft kritisiert wurde, wird diese Technologie in den kommenden Jahren zunehmend in Smartphones, Computern, intelligenten Assistenten und Smartwatches Einzug halten. Unternehmen wie In Motion arbeiten an ToF-Anwendungen für Desktop-Computer, während Google Radar- und Lidarsysteme für gestengesteuerte Smartwatches und intelligente Assistenten entwickelt.
Neben der Gestensteuerung sind ToF-Kameras ideal für Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) Anwendungen. So werden beispielsweise Instagram-Filter oder Spiele wie Pokemon Go deutlich realistischer dargestellt. In komplexeren VR-Anwendungen könnten ToF-Kameras zur Erfassung von Handgesten und Bewegungen von Spielern eingesetzt werden. Darüber hinaus könnten sie die Erfassung von physischen Umgebungen beschleunigen und in VR-Welten übertragen. Dies würde die professionelle Spieleentwicklung beschleunigen und den VR-Markt für Indie-Entwickler zugänglicher machen.
Die praktische Anwendung von ToF-Kameras beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Unterhaltungsindustrie. Sie finden bereits Anwendung in der Maschinenautomatisierung in Fabriken und werden zukünftig aufgrund ihrer verbesserten Leistung und sinkenden Kosten in immer mehr KI-gestützten Produkten für Industrie und Endverbraucher integriert. Viele intelligente Autos nutzen bereits Lidar-Technologien zur Umfelderkennung (interessanterweise verzichtet Tesla auf Lidar).
Auch wenn die ToF-Kamera in Ihrem neuen Smartphone vorerst auf Foto-, AR- und Gesichtserkennungsanwendungen beschränkt ist, ist jetzt ein guter Zeitpunkt, sich mit dieser Technologie vertraut zu machen. Denn in Zukunft wird sie aller Voraussicht nach allgegenwärtig sein.
Quelle: Mäusefänger