ToF-Sensor: „Time of Flight“ – was ist das? Wofür wird er verwendet?

Robert Kägler

Wer sich in der Welt der modernen Smartphones beweget, trifft seit einer Weile immer mal wieder auf den Begriff „ToF“ oder „Time of Flight“. Die Bedeutung oder der Verwendungszweck ist vielen Nutzern allerdings nicht klar. Wir klären auf GIGA, was es mit dem Kamera-Sensor auf sich hat und wo er verwendet wird.

Das Huawei P30 Pro und Honor View 20 verwenden bereits eine Kamera mit ToF-Sensor und auch in der Autoindustrie (Lidar) und beim Gaming (Microsoft Kinect) wird schon eine Weile „Time of Flight“-Technik für unterschiedliche Zwecke verbaut. Ganz neu ist die Technologie also nicht. Jetzt, wo beispielsweise Infineon und andere Hersteller besonders kleine Sensoren kostengünstig anbieten können, hört man auch in der Smartphone-Industrie vermehrt davon. Oft wird das Ganze dann auch als 3D-Kamera oder Tiefenkamera bezeichnet.

„ToF“: Was hat es mit „Time of Flight“ auf sich? Was bedeutet der Begriff?

ToF: Die englische Abkürzung „Time of Flight“ wird mit dem deutschen Begriff „Laufzeitverfahren“ übersetzt.

Wenn man von einer ToF-Kamera redet, bezieht sich das namensgebende Element „ToF“ auf den verbauten Infrarot-Bildsensor im Kamerasystem. Mit einer solchen Infrarotkamera kann man dann Tiefeninformationen sammeln, um beispielsweise Strukturen, Entfernungen von Gegenständen, und Bewegungen genau zu ermitteln.

Diese Informationen erhält man, indem Licht in einem Lichtpuls ausgesendet wird und die Zeit („time of flight“) gemessen wird, die das Licht bis zu einem Gegenstand und wieder zurück zum Sensor benötigt. Das Verfahren im Infrarotbereich funktioniert auch bei extremen Lichtverhältnissen wie fast kompletter Dunkelheit. Zudem ist es unglaublich schnell, weswegen es in verschiedenen Bereichen der Smartphone-Entwicklung verwendet werden kann.

Eine ähnliche Technologie zur Tiefenerkennung ist „structured light“, bei der eine Art „Lichtgitter“ auf einen Gegenstand projiziert wird und Tiefeninformationen durch die Verformung des Gitters ausgewertet werden können.

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Wofür werden ToF-Sensoren in Smartphones verwendet?

Aktuell werden Time-of-Flight-Sensoren in Smartphones vor allem zur Verbesserung von künstlichen Fotoeffekten wie dem beliebten „Bokeh-Effekt“ verwendet. Durch die zusätzlichen Tiefeninformationen können Objekte im Raum besser und schneller erkannt und die Genauigkeit des Effekts in Echtzeit verbessert werden. Das ist unter anderem auch für AR-Anwendungen (Augmented Reality) nützlich.

Der wohl spannendste Anwendungsbereich von solchen „3D-Kameras“ ist die Gesichtserkennung als Sicherheitsmethode. Apple hat es mit der eigenen Entwicklung „Face ID“ vorgemacht. Diese Alternative zum weitverbreiteten Fingerabdruckscanner ist durch ToF-Kameras auch in anderen Smartphones möglich. Handys wie das LG G8s ThinQ verwenden eine solche Kamera bereits, um sichere „Gesichtsentsperrung“ in das Smartphone zu integrieren.

Der koreanische Hersteller geht sogar noch eine Stufe weiter und nutzt die Technik zur Handvenenerkennung als Unlock-Mechanismus. Zudem lassen sich auch Gesten in der Luft über der Kamera registrieren, um das Smartphone zum Beispiel völlig ohne Berührung zu bedienen.

Klebst du deine Kameras ab?

Mark Zuckerberg tut es und der FBI-Direktor rät auch dazu: Kameras abdecken oder zukleben im Namen von Sicherheit und Privatssphäre. Wie siehst du das?

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