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Da Smartphones immer fortschrittlicher werden, enthalten sie auch eine immer größere Anzahl von Sensoren, die Daten an das Gerät zurücksenden, um das Benutzererlebnis zu verbessern.
Moderne Smartphones haben In-Display-Fingerabdrucksensoren, LiDAR, bessere und größere Kamerasensoren als je zuvor und bei einigen Geräten sogar Time-of-Flight-Sensoren (ToF). Aber von all den verschiedenen Sensoren, die Sie auf Ihrem Telefon sehen, sticht der ToF-Sensor hervor, vor allem, weil er die Dinge, die wir auf unseren Smartphones tun, auf ganz besondere und unbemerkte Weise beeinflusst.
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Was ist ein Time-of-Flight (ToF)-Sensor?
Ein Time of Flight (ToF)-Sensor, auch ToF-Kamera genannt, ist ein spezialisierter Sensor, der die Tiefe oder Entfernung zu einem Objekt misst, indem er einen Infrarotlichtstrahl aussendet und die Zeit misst, zu der er zurückkehrt. Daher der Name Time of Flight.
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Dies ist den LiDAR-Kameras der iPhone Pro-Reihe und sogar einiger Gesichtserkennungssysteme von Smartphones (einschließlich iPhone) sehr ähnlich, bei denen das Gerät eine Infrarotkarte des Gesichts des Besitzers erstellt und diese als Referenz für die Person verwendet, die es betreut bestimmen, ob das Gerät entsperrt werden soll oder nicht. Das gesagt, ToF-Sensoren und LiDAR haben ihre Unterschiede .
Die Verwendung von reflektiertem Licht (oder Schall) zur Entfernungsmessung ist ebenfalls keine neue Idee. Ähnliche Geräte wie Ultraschall- und IR-Sensoren gibt es schon viel länger und bieten im Wesentlichen die gleiche Funktionalität, wenn auch mit viel weniger Details. Zu den Vorteilen eines ToF-Sensors gehören präzise und schnelle Messungen, eine größere Reichweite und eine sichere Anwendung.
Im Vergleich zu anderen 3D-Tiefenmesstechnologien sind ToF-Sensoren relativ günstig in der Herstellung und Verwendung. Sie benötigen auch nicht viel Rechenleistung, was sie ideal für Anwendungsfälle wie Smartphones macht, bei denen die Kenntnis der Tiefe eines bestimmten Objekts hilfreich sein kann Features wie Portrait-Modus , und die Rechenleistung ist hochpreisig.
ToF-Sensoren werden von verschiedenen Herstellern hergestellt, darunter Sony, das Apple mit 3D-Sensoren mit ToF-Technologie versorgt. Andere beliebte Hersteller von ToF-Sensoren sind TeraRanger One, Lucid, Adafruit und ASC TigerCub.
Wie funktioniert ein Flugzeitsensor (ToF)?
Wie bereits erwähnt, verwenden ToF-Sensoren Infrarotlicht, um die Entfernung eines Objekts vom Sensor zu messen. Ein winziger Infrarotlaser schießt Licht, das von einem Objekt abprallt und zum Sensor zurückkehrt. Der Sensor kann die Entfernung eines Objekts genau messen, indem er die Zeit misst, die das Licht benötigt, um zurückzuprallen und zur Kamera zurückzukehren.
Da wir die Lichtgeschwindigkeit bereits kennen und die Tatsache, dass es genau die doppelte Entfernung zwischen Sensor und Objekt zurücklegt, wird es einfach, die Entfernung mit einer einfachen Formel zu berechnen:
(Lichtgeschwindigkeit x Flugzeit)/2
Einige ToF-Kameras können auch kontinuierliche Wellen verwenden, um Phasenverschiebungen im reflektierten Licht zu erkennen, um sowohl die Tiefe als auch die Entfernung zu bestimmen. Auch hier können Sie je nach verwendetem Sensortyp möglicherweise viele Informationen extrahieren. Damit lassen sich 3D-Karten der Umgebung des Sensors erstellen.
Wo werden ToF-Sensoren eingesetzt?
Wie bereits erwähnt, wurden ToF-Sensoren in vielen Smartphones als 'Tiefenkamera' verwendet, um die Hauptkamera des Geräts bei der Erstellung hochwertiger Fotos im Hochformat zu unterstützen. Diese Fotos zielen darauf ab, eine geringe Schärfentiefe zu erzeugen, um ein Kameraobjektiv zu replizieren. Da die Kenntnis der Tiefe verschiedener Objekte in solchen Fotos entscheidend ist, um die Unschärfe des Hintergrunds richtig zu machen, können ToF-Kameras und -Sensoren einen großen Unterschied machen.
Darüber hinaus werden ToF-Kameras auch bei der biometrischen Authentifizierung verwendet, bei der ein Gerät mit einer ToF-Kamera eine 3D-Karte eines Gesichts erstellen kann, die als Referenz zum Entsperren des Geräts verwendet werden kann. So ist es im Wesentlichen Face-Unlocking-Technologie funktioniert , einschließlich Apples Face ID. Es ist auch sicherer, als nur zwei Bilder zu vergleichen, um eine Übereinstimmung zu bestimmen, da im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mehr Daten zur Verfügung stehen, mit denen gearbeitet werden kann Computer Vision Algorithmen, die mit 2D-Daten arbeiten.
Sie werden häufig in Elektroautos und anderen Navigationssystemen verwendet, dank ihrer Objekterkennungsfähigkeiten und der hohen Abfragerate, die bei einigen Sensoren fast 160 Hz betragen kann. Dies macht sie perfekt für Echtzeitanwendungen wie Objekterkennung, Navigation und sogar das Verwischen des Hintergrunds bei Ihren Zoom-Anrufen.
Diese Fähigkeit, zwischen Motiv und Hintergrund zu unterscheiden, wird auch oft beim 3D-Druck angewendet. ToF-Kameras können ein reales Objekt problemlos in allen drei Dimensionen replizieren, was Ihnen den Aufwand erspart, es von Grund auf neu zu entwerfen, insbesondere wenn es sich um eine komplexe Struktur handelt.
Neben Objektscannen, Gestennavigation und Indoor-Navigation helfen ToF-Sensoren auch bei der 3D-Bildgebung und der Verbesserung von AR-Erlebnissen.
Sie finden ToF-Sensoren auf Microsofts Xbox Kinect und anderen Gestenerkennungsprojekte , Drohnen und AR-Headsets. Insgesamt bedeutet ihre Vielseitigkeit, dass ihre Anwendungsfälle von einer Smartphone-Kamera-Suite bis zum Navigationssystem eines autonomen Autos reichen.
Benötigen Sie eine ToF-Kamera auf Ihrem Telefon?
Nicht wirklich.
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Die computergestützte Fotografie hat einen langen Weg zurückgelegt, und die meisten modernen Smartphones verfügen über ausreichend gute Software, um das Motiv mithilfe von Software vollständig vom Hintergrund zu trennen. Darüber hinaus können bei der Smartphone-Fotografie die Anzahl der Megapixel und die Größe des Kamerasensors einen viel größeren Unterschied machen.
Während ToF-Kameras früher häufig auf Flaggschiff-Smartphones zu sehen waren, findet man sie heute hauptsächlich auf Geräten der Mittelklasse oder in der iPhone Pro-Reihe in Form von LiDAR-Sensoren, einem Konzept, das nach dem Time-of-Flight-Prinzip funktioniert.
Es kann jedoch manchmal nützlich sein, eine ToF-Kamera auf Ihrem Telefon zu haben, insbesondere im Hinblick auf die biometrische Authentifizierung. Es kann auch ein in Ihr Telefon integriertes Dienstprogramm zur Entfernungsmessung bereitstellen und mehr Tiefendaten an die auf Ihrem Telefon ausgeführte Computerfotografie-Software liefern, was zu noch besseren Aufnahmen im Hochformat führt.
Kennen Sie Ihre Sensoren
Smartphones werden mit immer mehr Sensoren ausgestattet, um Ihr Erlebnis noch besser zu machen. Eine ToF-Kamera ist nur einer dieser Sensoren auf Ihrem Telefon, die nicht direkt verwendet werden können, aber einen großen Unterschied zu mehreren anderen Funktionen machen können.