O que é o sensor ToF (Time-of-Flight) na câmera do celular?

A câmera ToF pode contribuir para maior precisão em foco, fotos com efeito bokeh, entre outros recursos; entenda as vantagens e limitações dessa tecnologia

Felipe Ventura Ana Marques
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• Atualizado há 8 meses
Samsung Galaxy S20 Ultra com sensor ToF
Samsung Galaxy S20 Ultra com sensor ToF - ele está iluminado pelo reflexo, logo abaixo do flash (Imagem: Paulo Higa / Tecnoblog)

ToF (Time-of-Flight) é um tipo de sensor capaz de medir a distância de um objeto, iluminando-o com infravermelho e capturando a luz refletida. Celulares utilizam essa tecnologia para fazer reconhecimento facial, ajustar o foco da imagem, e borrar o plano de fundo em fotos mudando a profundidade de campo.

Como funciona o sensor ToF

O sensor ToF é um sensor de profundidade que calcula distâncias usando a luz. Ele ilumina o objeto com uma fonte de luz pulsada, como um laser ou um LED; e mede quanto tempo a luz leva para ser refletida e voltar para a câmera.

A técnica se chama medição do “tempo de voo” (Time-of-Flight). O intervalo de tempo em que a luz viaja é proporcional à distância entre a câmera e o objeto, conforme explica a Texas Instruments.

Todo sensor ToF fica próximo à câmera principal. Ele mede as distâncias para cada pixel da imagem, resultando em um mapa de profundidade. Por isso, o sensor ToF é um sensor 3D, e seus dados podem ser usados para ajustar a profundidade de campo em fotos – o que normalmente exigiria mudar a distância focal da lente.

Ilustração do funcionamento de um sensor ToF
Como funciona um sensor ToF (Imagem: Vitor Pádua / Tecnoblog)

Um sistema Time-of-Flight possui 3 partes principais:

  • módulo de iluminação: contém um laser ou LED, que gera a luz NIR (infravermelho próximo) a ser emitida em direção ao objeto;
  • módulo do sensor ToF: coleta a luz refletida do objeto, convertendo-a em dados de profundidade em cada pixel;
  • processador de profundidade: converte os dados recebidos do sensor ToF, combinando-os com informações de foco automático obtidas pelo sensor de imagem, para gerar o mapa de profundidade.

A luz pulsada (ou modulada) pelo sensor ToF é invisível ao olho humano. Ela costuma estar no espectro infravermelho próximo (NIR), com largura de onda de 850 nm ou 940 nm; isso significa que o sensor pode analisar somente raios de luz com uma frequência específica, reduzindo o ruído.

Smartphones mais simples às vezes trazem uma câmera de profundidade: um sensor de 2 megapixels ou 5 MP que trabalha junto à câmera principal. As duas câmeras capturam imagens a partir de pontos ligeiramente diferentes, que são processadas para gerar um mapa de profundidade. No entanto, esta técnica de visão estéreo tem precisão menor que o ToF.

ToF vs LiDAR: qual é a diferença?

O LiDAR é um tipo de sensor ToF: ele tem um scanner para distribuir feixes de laser, usados na medição do “tempo de voo” (Time-of-Flight) para medir distâncias. O LiDAR possui alcance maior em relação a outros sensores ToF 3D, porém tende a custar mais.

Aplicações da câmera ToF

  • Reconhecimento facial: esta forma de biometria detecta os mínimos detalhes do seu rosto para maior segurança – de acordo com a Apple, a chance de uma pessoa aleatória desbloquear seu iPhone com Face ID é de uma em 1 milhão;
  • Foco automático: o sensor ToF calcula a distância de objetos com precisão, ajudando a câmera no foco automático, em especial nas cenas com baixa luminosidade;
  • Modo retrato: o efeito de fundo desfocado, para simular o modo retrato de câmeras profissionais, fica mais preciso graças ao sensor ToF;
  • Realidade aumentada: o sensor 3D é usado para posicionar objetos virtuais no mundo real com mais precisão.

Sensores ToF também são usados em carros autônomos, robôs e drones para detectar objetos, mapear o ambiente ao redor, e evitar obstáculos. A tecnologia é aplicada para detecção de pessoas com maior privacidade (por não capturar imagem dos rostos), além de automação em fábricas e, de acordo com a Sony, até na agricultura, para monitorar a produtividade.

Vantagens e limitações de sensores Time-of-Flight

Os sensores ToF oferecem os seguintes benefícios:

  • Precisão: câmeras ToF medem a distância precisa de forma mais rápida que sensores ultrassônicos ou a laser; e não são afetadas por variações de umidade do ar, pressão ou temperatura;
  • Longo alcance: sensores ToF conseguem medir longas distâncias, com campo de visão de até 40 m em alguns casos;
  • Segurança: esta câmera é segura para os olhos humanos, por usar luz infravermelha de baixa potência.

Apesar das vantagens acima, existem dois grandes “inimigos” para sensores Time-of-Flight:

  • Fotos sob luz intensa: a luz forte pode impedir que câmeras ToF detectem o infravermelho refletido dos objetos, então elas podem ter dificuldades ao ar livre ou com superfícies muito brilhantes;
  • Objetos com formato irregular: a medição de formas muito angulosas, ou muito curvas, pode ser distorcida se elas refletirem a luz várias vezes antes que ela chegue ao sensor ToF.

Quais celulares usam sensor ToF?

O primeiro celular com sensor ToF é o LG G3, lançado em 2014, de acordo com a consultoria TechInsights. O componente vinha junto à câmera traseira para ajudar no foco automático, segundo estudo da universidade TU Graz. O BlackBerry Passport e o LG G4 também possuem sensor ToF, conforme explica o AnandTech.

A Apple implementou um sensor ToF junto à câmera frontal do iPhone 7 para servir como sensor de proximidade, segundo a TechInsights; o iPhone X trouxe uma versão mais avançada dessa tecnologia para o Face ID. O sensor ToF foi usado no Huawei Honor View 20, de 2018, como um sensor de profundidade 3D para a câmera traseira.

Samsung, Xiaomi e Motorola também usam sensores ToF em smartphones premium como o Galaxy S20 Ultra, Mi 11 Ultra e Motorola Edge+.

Principais fabricantes

O setor de sensores ToF é altamente competitivo, e não tem empresas que dominam o mercado. Estas são as principais fabricantes desse tipo de componente:

  • Texas Instruments
  • STMicroelectronics
  • Infineon
  • Panasonic
  • Sony
  • Ams-OSRAM
  • Sharp
  • Teledyne
  • Omron

O mercado de sensores ToF foi avaliado em US$ 3,28 bilhões em 2021 pela consultoria Straits Research; o setor deve crescer para US$ 13,93 bilhões até 2030. De acordo com a Mordor Intelligence, a demanda deve vir principalmente da Ásia-Pacífico, incluindo a China, para monitorar e inspecionar a fabricação de eletrônicos.

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Felipe Ventura

Felipe Ventura

Editor

Felipe Ventura fez graduação em Economia pela FEA-USP, e trabalha com jornalismo desde 2009. Começou no TB em 2017 como editor de notícias, ajudando a cobrir os principais fatos de tecnologia, e hoje coordena um time de editores-assistentes e a rotina das editorias. Sua paixão pela comunicação começou em um estágio na editora Axel Springer na Alemanha. Foi repórter e editor-assistente no Gizmodo Brasil.

Ana Marques

Ana Marques

Gerente de Conteúdo

Ana Marques é jornalista e cobre o universo de eletrônicos de consumo desde 2016. Já participou de eventos nacionais e internacionais da indústria de tecnologia a convite de empresas como Samsung, Motorola, LG e Xiaomi. Analisou celulares, tablets, fones de ouvido, notebooks e wearables, entre outros dispositivos. Ana entrou no Tecnoblog em 2020, como repórter, foi editora-assistente de Notícias e, em 2022, passou a integrar o time de estratégia do site, como Gerente de Conteúdo. Escreveu a coluna "Vida Digital" no site da revista Seleções (Reader's Digest). Trabalhou no TechTudo e no hub de conteúdo do Zoom/Buscapé.

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