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3D-Kamera: Wie funktioniert die ToF-Kamera in Smartphones?

Das Honor View 20 ist das erste Smartphone mit einer modernen 3D-Kamera.
Das Honor View 20 ist das erste Smartphone mit einer modernen 3D-Kamera.

3D-Kameras und sogenannte Time of Flight (ToF)-Sensoren sind der neueste Schrei in Smartphone-Kameras. Doch was verbirgt sich eigentlich dahinter und was bringen sie in der Praxis für Vorteile?

Das Huawei P30 Pro hat ihn und das Honor View 20 ebenfalls. Die beiden Smartphones der chinesischen Schmiede Huawei dürften aber nur die ersten von vielen Geräten sein, die einen sogenannten Time-of-Flight (ToF)-Sensor an Bord haben. Für die meisten Nutzer dürfte das erst einmal nach böhmischen Dörfern klingen. Grund genug für uns, für etwas Aufklärung zu sorgen.

Was ist eine ToF-Kamera?

Der ToF-Sensor lässt sich am besten erklären als ein Sensor, der Tiefeninformationen von Objekten in einem Bild einfängt. Dafür sendet er Infrarotstrahlen aus, die dann von den Objekten im Fokus der Kamera reflektiert werden. Anhand der Zeit, die das Licht dafür braucht, berechnet eine Software anschließend die Entfernung der Objekte zur Kamera und kann auf diese Weise punktgenau deren Entfernung bestimmen. Das Ergebnis ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kamera eine sehr viel differenziertere Erfassung der Tiefenebenen in einem Bild.

Weil das Ganze im wahrsten Sinne des Wortes in Lichtgeschwindigkeit funktioniert, erfasst eine 3D-Kamera die Tiefeninformationen mit einem ToF-Sensor praktisch ohne Verzögerung.

3D-Kameras mit ToF-Sensoren sind nicht neu

Die ToF-Technologie ist keineswegs neu, sondern wird in verschiedenen Bereichen bereits seit Jahren eingesetzt – zum Beispiel in der professionellen Fotografie. Aber auch in der Robotik oder bei automatischen Türen kommen derartige Sensoren zum Einsatz. Ein Beispiel aus der Welt der Technik ist der Kinect-Sensor der Xbox One, der einen ToF-Sensor nutzt, um die Bewegungen von Gesicht und Händen akkurat zu erfassen. Neu ist lediglich, dass sich die Sensoren so klein bauen lassen, dass sie auch in ein Smartphone passen.

Was bringen 3D-Kameras in Smartphones?

In Smartphones können 3D-Kameras mit ToF-Sensoren gleich für eine ganze Reihe von Verbesserungen sorgen. Sie können etwa dabei helfen, bei Fotos mit Bokeh-Effekt die unterschiedlichen Tiefenebenen noch akkurater zu unterscheiden. Darüber hinaus kann die Technologie auch in Videos genutzt werden oder Augmented-Reality-Anwendungen verbessern. Gerade Letztere sind nämlich darauf angewiesen, dass ein Sensor die Entfernung zu den Objekten in seiner Umgebung auf den Punkt genau messen kann.

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Der ToF-Sensor im Honor View 20 sorgt für präzise Bokeh-Aufnahmen.

Was genau ein solcher Sensor letztlich aber wirklich bewirken kann, hängt vor allem vom Hersteller des Smartphone ab und natürlich von den Fähigkeiten der Software, die dieser programmiert. Damit ein Foto wirklich akkurat von einem ToF-Sensor profitieren kann, müssen nämlich verschiedene Mechaniken zusammenwirken. Bei aktuellen Smartphones werden die Bildinformationen der Hauptlinse mit den Tiefeninformationen der 3D-Linse gebündelt. Ein Algorithmus sorgt dafür, dass beides zu einem fertigen Foto zusammenfließt.

Zusammenfassung

  • 3D-Kameras in Smartphones basieren auf sogenannten Time of Flight (ToF)-Sensoren
  • Diese berechnen die Entfernung von Objekten zur Kameralinse anhand der Zeit, die das Licht braucht, bis es auf dem Sensor eintrifft
  • Dadurch lassen sich Bilder und Videos mit sehr viel detaillierteren Tiefeninformationen aufnehmen
  • Zum Einsatz kommen solche ToF-Sensoren seit Jahren in der Profi-Fotografie, aber auch in ganz anderen Industriezweigen
  • Erst seit kurzem ist es möglich, die Sensoren so klein zu bauen, dass sie auch Platz in einem Smartphone finden
  • In Smartphones können 3D-Kameras vor allem helfen, bessere Bokeh-Fotos zu knipsen
  • Sie lassen sich theoretisch aber auch nutzen, um Augmented-Reality-Anwendungen zu verbessern
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