Le capteur ToF (Time of Flight ou temps de vol) produit une image qui représente la distance de chaque élement au capteur. Ce capteur peut être utilisé pour la mise au point, mais également pour d'autres fonctions auquel on ne s'attendait pas.
Les appareils photo à capteur de taille très réduite ne permettent pas d'avoir une profondeur de champ. Tout est pratiquement net jusqu'à l'infini. Il n'est pas possible de réaliser un portrait traditionel avec l'arrière plan flou.
Mais une amélioration se pointe à l'horizon, surtout sur les smartphones haut de gamme qui disposent d'un processeur très rapide comme le P30 Pro de Wei-Wei. Les règles de la physique ne pouvant être modifiées, il faut se rabattre sur l'image enregistrée.
On utilise pour cela un capteur supplémentaire qui envoie un fort rayon laser infra-rouge. Le temps de vol de chaque point de l'image est mesuré, c'est un peu le même principe des installations de Lidar qui permettent de mesurer la vitesse des véhicules. Contrairement au lidar classique, toute la scène est captée en une fois, il n'y a pas un système complexe de miroirs qui est nécessaire pour dévier le rayon laser. Le capteur prend une photo, mais le résultat n'est pas une photo classique, mais un tableau des distances. Le résultat du capteur de temps de vol est la seconde image à droite.
Les objets à grande distance ne peuvent pas être mesurés, car ils n'ont pas reçu assez de lumière (ce sont les parties noires de la seconde image). Tout comme pour le radar, il y a également une distance minimale déterminée par la durée du flash lumineux. Avec l'information reçue, le processeur va rendre certaines partie de l'image photographique plus floue.
Le capteur ToF est une amélioration du capteur laser AF qui existe déjà quelques années et qui est utilisé pour la mise au point, mais pas pour modifier les photos (le laser AF ne permet pas une image suffisamment détaillée).
Comme la lumière se déplace à très grande vitesse (300.000km/s), il faut que le processeur soit suffisamment rapide pour enregistrer l'image des distances. Une précision dans le temps de 1ns est nécessaire pour obtenir une précision dans la distance de 30cm. Cela ne pose plus aucun problème avec les processeurs modernes qui travaillent à 3GHz ou plus.
Le capteur de distance n'a qu'une résolution limitée, par exemple 1024 × 768 pixels, et la précision de la mesure est également limitée. Mais le processeur se base sur l'image normale en haute résolution, et n'utilise l'échelle des distances que pour les corrections. L'image des distances est utilisée pour rendre certaines parties de l'image moins nettes, comme si la photo avait été prise avec une vraie optique professionelle.
Le résultat est bon, mais on se rend vite compte que la profondeur de champ est artificielle, comme après un traitement rudimentaire sous photoshop: certains éléments proches sont floutés alors qu'ils auraient du rester nets parce que le capteur à précision limitée ne les a pas remarqués. Les éléments à grande distance ont tous le même niveau de floutage, car le capteur n'a pas pu déterminer la distance exacte (ce sont toutes les parties noires de l'image ToF).
L'effet obtenu est visible à droite (il s'agit d'une image de promotion du Wei-Wei P30 Pro).
Le capteur du temps de vol peut être un ajout à la mesure de distance intégrée au capteur normal (dual pixel AF), surtout quand l'appareil fonctionne en mode vidéo ou live view (la précision des capteurs dual pixel est limitée). Comme le capteur ToF produit un rayon infra-rouge pour la mesure du temps, ce type de capteur peut être utilisé quand il y a trop peu de lumière pour faire fonctionner correctement le capteur AF. Les deux systèmes ont leurs avantages et inconvénients et sont complémentaires.
Time of Flight
Exemple
Resultat du capteur ToF