Time of Flight


Fotografie » TechTalk » Fysica » Time of Flight (ToF)

We hadden al de IoT (Internet of Things), ziehier een nieuw woord dat je moet onthouden: ToF of Time of Flight. De Time of Flight sensor geeft als output geen normale foto, maar een afstandsmap tot de camera.

Digitale fototoestellen met superkleine sensoren zijn niet in staat een voldoende scherptediepte te bekomen. Het beeld is (redelijk) scherp van een korte afstand tot oneindig. Een typische portretfoto met wazige achtergrond is daardoor niet mogelijk.

Maar er is een verbetering op komst, vooral bij smartphones zoals de laatste P30 Pro van Wei-Wei. Deze toestellen hebben een processor met een ongelofelijke rekenkracht, en waarom zou men deze rekenkracht niet gebruiken? De wetten van de fysica liggen vast, men moet de oplossing voor een wazige achtergrond ergens anders vinden.

Men gebruikt een extra sensor die een sterke infra-rode lichtpuls geeft en dan de tijd meet dat het licht nodig heeft om terug te keren. Gelijkaardige toepassingen worden gebruikt bij Lidar-installaties om de snelheid van voertuigen te meten. De lidar gebruikt echter een bewegende spiegelsysteem om de laserstraal te sturen zodat het volledig gebied gescand kan worden. Hier wordt een volledig beeld genomen. De sensor neemt een foto, maar slaat niet de helderheidsinformatie op, maar de afstand tot het fototoestel (reistijd van het licht).

Het beeld dat de sensor levert is te zien op de tweede afbeelding. Onderwerpen op afstand krijgen onvoldoende licht, hun afstand kan niet gemeten worden. Met deze informatie worden delen van de echte foto wat meer wazig gemaakt.

Zoals bij de radar is er een minimale afstand, bepaald door de impulsduur. Terwijl de lichtbron aan staat kan er immers geen meting uitgevoerd worden. Er is ook een maximale afstand (bereik van de lichtbron). Enkel speciale leds en lasers kunnen gebruikt worden als lichtbron. De time-of-flight sensor is een verbetering van de laser-AF systeem die reeds een aantal jaren bestaat en enkel gebruikt wordt voor de scherpstelling.

Omdat het licht een hoge snelheid heeft (300.000km/s), moet de sensor heel snel werken. Een nauwkeurigheid van 1ns is nodig om een nauwkeurigheid van 30cm te bereiken, maar met de huidige processoren die aan meer dan 3GHz werken is dit geen probleem meer.

De gebruikte camera heeft een beperkte resolutie, bijvoorbeeld 1024 op 768 pixels, en ook de afstandsmeting is niet echt nauwkeurig. Dit is echter geen onoverkomelijk probleem: het fototoestel beschikt immers over de hoge resolutie foto. Aan de hand van de afstandsinformatie worden delen van de foto minder scherp gemaakt zoals bij een echte portretlens. Om de contouren te bepalen gebruikt de processor de hoge resolutie foto.

Het resultaat mag er zijn, maar een goede fotograaf merkt direct dat de foto artificieel is (zoals een slechte fotoshop opdracht): kleine dichtbijzijnde elementen worden soms flou gemaakt omdat ze te klein zijn en niet door de lage resolutie afstandscamera gezien konden worden. Onderwerpen op de achtergrond hebben allemaal dezelfde mate van onscherpte, omdat het bereik van de meetcamera onvoldoende is (dat zijn de zwarte delen bij de ToF foto).

Het effekt is rechts te zien (promofoto van Wei-Wei P30 Pro). Maar al bij al is het een opmerkelijke feature!

De Time of Flight sensor kan een aanvulling vormen voor de inline afstandsmeting bij spiegelreflexcamera's (Dual Pixel AF), vooral als ze in live-view of video-modus werken. Omdat de ToF sensor zelf infra-rood licht uitstraalt kan de sensor gebruikt worden als er onvoldoende licht is om accuraat scherp te stellen. Beide systemen hebben hun voor- en nadelen en zijn eigenlijk complementair.


Voorbeeldfoto


Resultaat van de ToF-sensor

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren