Time of Flight Kamera: Das kann die ToF-Linse bei Smartphones

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Das ToF-System besteht aus Linse, Lichtquelle, Sensor und Interface für Berechnungen.
Das ToF-System besteht aus Linse, Lichtquelle, Sensor und Interface für Berechnungen.(© 2019 Getty Images)

Die Kamera-Features sind bei neuen Smartphones unglaublich wichtig geworden. Das wissen die Handy-Hersteller und locken mit immer neuer Fototechnik. Gern beworben wird in Spitzenmodellen die sogenannte ToF (Time of Flight) Kamera. Wir erklären, was sie bringt, wer sie braucht und in welchen Handys sie drinsteckt.

Wenn man Nutzer fragt, was ihr nächstes Handy können soll, kommt gleich nach Brot und Butter Themen wie längerer Akkulaufzeit und mehr Speicher der Wunsch nach einer besseren Kamera auf. Hier battlen sich die Smartphone-Hersteller richtig, allen voran Huawei mit seinem P30 Pro und Samsung mit dem Galaxy S10 Plus, aber auch Apple will mit dem XS Max Foto-Fans ansprechen und Google setzt nicht so sehr auf die Hardware, punktet aber mit cooler Foto-Software.

Im Vergleich zu früher ist man aber mittlerweile vom Megapixel-Rennen etwas abgekommen, vielmehr geht es um die Anzahl der verbauten Kameras und deren Einsatzgebiete; das soll beim Nutzer Eindruck schinden. Staunte man 2018 noch über Kameras mit vier Linsen, gibt es mit dem LG V40 und dem Nokia 9 PureView Handys mit fünf Kameras und als sichere Wette gilt, dass bald ein Hersteller noch eins draufsetzt. Ein neues Muss, wenn es um den Foto-Unterschied geht, sollen ToF-Kameras (Time of Flight) sein.

Mehrere Kameras in einem

Wenn ein Smartphone heute Foto-Fans ansprechen will, braucht es ein Mehr-Kamera-System. Sprich: Die Hersteller quetschen mehrere Linsen in die dünnen Smartphone-Gehäuse, damit man möglichst viele Brennweiten abdecken kann. Gängig ist im Highend-Bereich neben der Hauptkamera mit Weitwinkel noch eine Superweitwinkel- und eine Telekamera.

Was noch nicht Standard ist, ist die zusätzliche ToF-Kamera. Sie steckt beispielsweise als ergänzende vierte Kamera im Huawei P30 Pro, als Goodie im Samsung Galaxy S10 5G oder im Honor View 20. Das ToF-System besteht aus Linse, Lichtquelle, Sensor und Interface für Berechnungen.

So arbeitet eine ToF-Kamera

Wenn man von ToF-Kameras spricht, fallen meist Schlagworte wie 3D-Kamera, Bokeh-Effekt oder Virtual Reality. Das passt alles, aber ihr tut euch beim Buzzword-Bingo leichter, wenn ihr euch kurz Zeit nimmt, um zu verstehen, wie ein ToF-Sensor arbeitet. Es geht im Kern darum, dass für Fotos, aber auch für andere Anwendungen Tiefeninformationen wichtig sind.

Das ToF-System hilft dabei, möglichst genaue 3D-Informationen über die Motive in kurzer Zeit zu ermitteln. Dafür sendet es für das menschliche Auge unsichtbare Lichtimpulse (Infrarot) aus. Objekte im Raum, auf die die Kamera gerichtet ist, reflektieren dieses Licht und der ToF-Sensor registriert, wie lange es dauert, bis die Lichtimpulse wieder zurück zur Kamera kommen. Je länger die ermittelte Zeit für einen Bildpunkt, desto weiter ist das Objekt entfernt. So werden durch die Entfernungsmessung genaue 3D-Berechnungen der Objekte vor der Linse möglich, egal ob die Lichtverhältnisse gut oder schlecht sind.

Was bringt ToF?

Tiefeninformationen sind keine neue Sache, der Vorteil von ToF ist aber, dass man die Szene vor der Kamera dafür nicht per Scan-Verfahren aufwändig abtasten muss, sondern die 3D-Infos viel schneller kriegt. Was lässt sich jetzt mit den ermittelten Entfernungsdaten anstellen? Mehrere Dinge, beispielsweise sehr viel genauere künstliche Unschärfeeffekte.

Vor allem bei Porträts schwören viele Fotografen auf dem Bokeh-Effekt. Vorne das Gesicht will man natürlich schön scharf haben und den Hintergrund unscharf. Das klappt auch auf anderen Wegen, aber mit einer ToF-Kamera sehr viel genauer, sodass auch Haare scharf sind und nicht im Hintergrundbrei absaufen. Und was bei Fotos cool ist, klappt mit ToF auch in Videos.

Ein weiteres Einsatzgebiet einer ToF-Kamera ist die Gesichtserkennung, denn ein 3D-Abbild eignet sich natürlich gut für eine schnelle Authentifizierung. Immer wieder gibt es zwar Spekulationen darüber, aber Apple setzt bei Face ID noch nicht auf ToF. Auch eine Gestensteuerung ist per Time of Flight denkbar. Im Smartphone ist das zwar noch Neuland, aber Microsoft hat das mit Kinect schon bei der Spielekonsole Xbox realisiert. Außerdem ist Augmented Reality ein interessanter Einsatzbereich für ToF-Daten.

Bei ToF kommt noch was

Wie heiß das Thema Time of Flight derzeit ist, zeigen auch die zahlreichen Gerüchte. So sollen die 2020er iPhones eine ToF-Kamera kriegen und im Samsung Galaxy Note 10 sollen angeblich sogar zwei ToF-Kameras verbaut sein, eine auf der Vorder- und eine auf der Rückseite. Die Technik ist zwar cool, um gute Fotos zu machen, ist ToF heute aber noch kein Muss, das zeigen die guten Fotoergebnisse von Modellen ohne ToF. Doch vor allem das P30 Pro zeigt, was alles möglich ist und schon bald könnte eine ToF-Kamera für Smartphone-Fotografen zum Standard werden. Wichtig ist aber auch: Damit die Informationen richtig verarbeitet werden können, braucht man leistungsfähige Software im Hintergrund.


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