Hace unos años apenas habíamos oído hablar del ToF y ahora este tipo de sensor empieza a colarse en las fichas técnicas de muchos smartphones de gama media y alta. Si has mirado móviles recientes de Samsung, Huawei, HONOR, LG u Oppo, es muy posible que te hayas topado con la expresión “cámara ToF” o “sensor de profundidad ToF” sin tener del todo claro qué pinta exactamente en el módulo de cámaras.
Lo curioso es que la tecnología de tiempo de vuelo no es en absoluto nueva: lleva tiempo utilizándose en entornos industriales, en investigación y hasta en el salón de casa gracias a dispositivos como Kinect de Microsoft, pero su aterrizaje masivo en el móvil está ocurriendo ahora. Vamos a ver con calma qué es el ToF en una cámara de móviles, cómo funciona de verdad, qué ventajas e inconvenientes tiene y por qué los fabricantes lo están abrazando como una de las piezas clave para fotografía, seguridad, gestos y realidad aumentada.
Qué es exactamente una cámara o sensor ToF en un móvil
ToF son las siglas de Time of Flight, “tiempo de vuelo” en inglés. En el contexto de un smartphone, hablamos de una cámara o sensor de profundidad capaz de medir a qué distancia está cada punto de la escena usando luz infrarroja. A este tipo de cámaras también se las conoce como cámaras de profundidad, cámaras ToF 3D o cámaras de tiempo de vuelo.
La idea es muy parecida a cómo funciona un sónar o un radar, solo que en lugar de usar sonido se emplea luz. El móvil emite un haz de luz infrarroja hacia lo que tiene delante, esa luz incide en los objetos, rebota y regresa al sensor. Midiendo el tiempo que ha pasado entre que se lanza el pulso y se detecta el regreso, y conociendo la velocidad de la luz, el sistema calcula la distancia.
Ese cálculo se realiza para miles o incluso cientos de miles de puntos de la escena, de manera que el sensor no solo sabe qué hay delante, sino también cuán lejos está cada parte. Con toda esa información se genera un mapa de profundidad en 3D, es decir, una representación de la escena donde cada píxel tiene asociado un valor de distancia.
Lo importante es que la cámara ToF no está pensada para hacer fotos “normales”, sino para trabajar de la mano de las otras cámaras del móvil. Su función principal es aportar datos precisos de profundidad y posición, que luego el procesador combina con la imagen RGB para mejorar el modo retrato, el enfoque, la realidad aumentada o el reconocimiento facial avanzado.
Componentes clave de una cámara ToF en smartphones
Una cámara ToF de móvil no es solo “un puntito más” en el módulo trasero, sino un pequeño sistema completo compuesto por varios elementos que trabajan en conjunto para obtener ese mapa de profundidad 3D.
En primer lugar está el sensor ToF en sí, una matriz de píxeles similar a un sensor CCD o CMOS tradicional, pero preparada para registrar no solo la luz infrarroja que llega, sino también información sobre su fase, amplitud e intensidad. Cada diminuta celdilla se encarga de medir cómo ha cambiado la señal de luz que ha emitido el móvil tras rebotar en los objetos.
Junto al sensor se encuentra el módulo óptico, es decir, la lente que enfoca el haz reflejado sobre el captador. Aunque suele ser más sencilla que la óptica de la cámara principal, cumple la misma función básica: dirigir la luz de la escena hacia el sensor con el ángulo y nitidez adecuados.
El tercer elemento esencial es la fuente de luz infrarroja, normalmente en forma de LED o láser que emite luz NIR (near infrared) con una longitud de onda habitual de entre 850 y 940 nm. En muchos diseños se modula la señal a frecuencias en torno a 20 MHz para poder distinguirla claramente de la luz ambiental y aplicar técnicas de cambio de fase que permiten un cálculo de distancia mucho más fino.
Por último entra en juego el procesador de profundidad, que puede ser un chip dedicado o un bloque dentro del ISP (Image Signal Processor) del propio SoC del teléfono. Su misión es convertir las señales crudas del sensor (datos de píxeles y fase) en un mapa de profundidad utilizable, filtrar ruido, generar una imagen IR 2D si hace falta y dejar los datos listos para que el sistema operativo y las apps los aprovechen.
Cómo funciona el ToF paso a paso
Aunque por dentro ocurre mucha magia matemática, el principio físico es sencillo. El sensor ToF mide cuánto tiempo tarda un pulso de luz infrarroja en salir del emisor, rebotar en un objeto y volver al detector. Ese “viaje de ida y vuelta” se conoce como tiempo de vuelo.
El proceso básico se puede desglosar en varios pasos que se repiten constantemente mientras la cámara ToF está activa:
- Emisión: el emisor IR integrado (LED o láser) lanza un pulso o tren de pulsos de luz infrarroja modulada hacia la escena.
- Interacción con los objetos: la luz se propaga, impacta sobre personas, paredes, muebles u otros elementos presentes, y parte de esa luz se refleja en la dirección del teléfono.
- Detección: el sensor ToF captura la luz infrarroja reflejada. Cada píxel registra la señal que le llega desde un punto concreto de la escena.
- Medición del tiempo: el sistema mide la diferencia temporal (o de fase) entre la señal emitida y la recibida para cada píxel.
- Cálculo de la distancia: con la fórmula distancia = (velocidad de la luz × tiempo de vuelo) / 2, se obtiene cuán lejos está cada punto respecto al teléfono.
- Generación del mapa de profundidad: todos esos valores se organizan en una matriz que representa en 3D la escena que ve el móvil.
La clave está en que el proceso se realiza para toda la escena de una sola vez, es decir, en un único disparo. No hace falta enfocar secuencialmente varios planos ni mover la cámara: el ToF captura simultáneamente la información de profundidad de todo lo que entra en su campo de visión, lo que se traduce en rapidez y en una base muy sólida para reconstrucciones 3D.
En la práctica, esto acerca su comportamiento al de dispositivos como Kinect, que también combinaba una fuente de luz infrarroja y un captador dedicado para reconocer personas, gestos y objetos con gran precisión. Esa misma filosofía es la que los fabricantes de móviles están llevando ahora a la parte frontal y trasera de sus smartphones.
Ventajas de la tecnología ToF frente a otros métodos de profundidad
La lectura de profundidad no es algo exclusivo del ToF: existen otras técnicas como la visión estereoscópica (dos cámaras calculando la diferencia de paralaje), la luz estructurada (patrones proyectados) o los telémetros láser tradicionales. Pero el tiempo de vuelo tiene una combinación de ventajas que lo hace especialmente atractivo para los móviles.
Una de las más importantes es el bajo consumo de energía. Con una sola fuente de luz infrarroja se obtiene directamente información de profundidad y amplitud en cada píxel, reduciendo la necesidad de algoritmos complejos que expriman el procesador durante mucho tiempo. En un smartphone, donde cada miliamperio cuenta, esto es fundamental.
La alta precisión es otro de sus puntos fuertes. Bien calibradas, las cámaras ToF pueden ofrecer errores de medida muy pequeños, con precisiones en el rango de milímetros o centímetros según el diseño y la distancia. Esto resulta ideal para aplicaciones donde un mal cálculo de profundidad arruinaría la experiencia, como un modo retrato exigente o el escaneo detallado de objetos.
El funcionamiento en tiempo real también marca la diferencia. Estos sensores son capaces de capturar mapas de profundidad completos a gran velocidad, fotograma a fotograma, lo que permite seguimiento de personas, reconocimiento de gestos, navegación y experiencias de realidad aumentada que responden casi al instante.
Además, el ToF ofrece un rango dinámico amplio y buena tolerancia a diferentes iluminaciones. Al utilizar luz infrarroja propia, la cámara puede mantener mediciones estables tanto en interiores poco iluminados como en entornos con contrastes fuertes, hasta donde lo permita la interferencia de luz ambiental intensa.
Otro factor interesante es la capacidad de medición a largas distancias. Al apoyarse en láseres o LEDs IR específicos, los sensores ToF pueden abarcar desde distancias muy cortas hasta rangos relativamente amplios, permitiendo detectar desde objetos cercanos para desbloqueo facial hasta obstáculos más lejanos para realidad aumentada o robótica.
Finalmente, comparado con otras tecnologías 3D, el ToF tiende a ser relativamente económico y compacto. Frente a sistemas de luz estructurada o soluciones LiDAR de mayor alcance, su coste y tamaño encajan mejor en dispositivos de consumo como smartphones, tablets o cámaras de acción.
Limitaciones y desventajas de los sensores ToF
No todo son ventajas, y la tecnología ToF también tiene sus pegas que los fabricantes deben tener en cuenta a la hora de diseñar un móvil o cualquier otro dispositivo.
La primera gran limitación está en la resolución. Las cámaras ToF que se integran en smartphones suelen tener un número de píxeles relativamente bajo si las comparamos con los sensores fotográficos convencionales. Eso significa que el mapa de profundidad es menos detallado y, aunque suficiente para desenfoques o gestos, puede quedarse corto para reconstrucciones 3D muy finas.
También pueden aparecer artefactos por luz dispersa. Superficies muy brillantes o situadas muy cerca del sensor pueden reflejar demasiada luz hacia el receptor, provocando manchas, halos o errores puntuales en la medición de profundidad, que luego hay que corregir mediante software.
Las múltiples reflexiones suponen otro quebradero de cabeza. En esquinas, superficies cóncavas o entornos muy complejos, la luz puede rebotar varias veces antes de volver al sensor, introduciendo incertidumbre y datos erróneos si no se filtran adecuadamente.
La luz ambiental intensa, especialmente la luz solar directa, tampoco ayuda. En exteriores soleados, los píxeles del sensor ToF pueden saturarse con facilidad por la enorme cantidad de infrarrojo presente, dificultando la detección precisa del pulso emitido y reduciendo el alcance o fiabilidad del sistema.
A nivel de diseño de producto, hay que sumar el problema del espacio físico. Un módulo ToF ocupa prácticamente lo mismo que una cámara convencional: necesita su propia óptica, su emisor IR y su sensor. En un interior tan congestionado como el de un smartphone moderno, reservar hueco extra siempre condiciona la disposición del resto de componentes.
Diferencias entre ToF y LiDAR
ToF y LiDAR comparten la misma idea básica de medir distancia con luz, pero suelen implementarse de forma distinta y apuntan a nichos parcialmente diferentes, aunque cada vez aparecen más zonas grises entre ambas tecnologías.
Los sistemas LiDAR clásicos utilizan casi siempre láseres muy focalizados y mecánicas o matrices específicas para escanear el entorno, alcanzando distancias grandes y una precisión sobresaliente. Por eso son tan habituales en vehículos autónomos, cartografía y aplicaciones industriales donde el rango de metros o decenas de metros es clave.
En cambio, los sensores ToF de consumo suelen ser más compactos, con ópticas y emisores integrados en un único módulo mucho más pequeño, adecuados para móviles, consolas, portátiles o domótica. Su alcance es más limitado, pero más que suficiente para las distancias típicas de uso en un smartphone.
La diferencia de coste también es relevante. Aunque ambos se basan en el tiempo de vuelo, un LiDAR de alta gama acostumbra a ser mucho más caro que un módulo ToF integrado en un teléfono, así que en electrónica de consumo la balanza suele inclinarse hacia el ToF por relación prestaciones/precio.
Usos del ToF en cámaras de móviles
En el día a día, lo que más nos interesa es qué mejora un ToF en el móvil frente a no tenerlo. Y aquí las aplicaciones se cuentan por decenas, aunque las más visibles se concentran en cuatro grandes bloques: fotografía, vídeo, biometría y control por gestos / realidad aumentada.
Fotografía: profundidad de campo y modo retrato
Uno de los frentes donde más brilla el ToF es la fotografía en modo retrato. Gracias al mapa de profundidad de alta precisión, el sistema sabe con bastante exactitud qué está en primer plano y qué pertenece al fondo, lo que permite generar un efecto bokeh (desenfoque de fondo) mucho más limpio y natural.
Mientras que otros móviles solo con software o doble cámara tienden a confundirse con mechones de pelo, bordes complejos u objetos finos, un sensor ToF bien aprovechado puede recortar al sujeto de forma más fiable. Además, al capturar toda la información de profundidad en un único disparo, el proceso es muy rápido y apto para escenas con cierto movimiento.
Fabricantes como Huawei y HONOR han presumido abiertamente de ello en modelos como el Huawei P30 Pro o el HONOR View 20, donde el ToF acompaña a un conjunto de cámaras de alta resolución para dar ese “plus” de precisión que se nota en los retratos más exigentes.
La mejora no se limita a las personas: también se aprovecha al hacer fotos de objetos, mascotas o primeros planos donde queremos un fondo suavemente desenfocado sin perder nitidez en los detalles importantes del primer plano.
Vídeo y enfoque continuo
En vídeo, el ToF se convierte en un aliado del enfoque automático. El mapa de profundidad en tiempo real permite al teléfono distinguir con claridad qué sujeto debe permanecer nítido y ajustarse sin titubeos cuando se desplaza o entra otro objet o en la escena.
Esto resulta especialmente útil en escenarios con movimiento rápido, como niños corriendo, mascotas, eventos deportivos o conciertos. El sistema puede seguir la distancia del sujeto fotograma a fotograma y mantenerlo separado del fondo de forma consistente.
Algunos fabricantes combinan además esta información con sistemas de seguimiento de rostro u objetos, logrando un enfoque por seguimiento mucho más sólido que cuando se depende únicamente del contraste o de la detección de fase tradicional.
Reconocimiento facial avanzado y seguridad
Otro de los campos estrella del ToF en móviles es la autenticación biométrica. Un sensor de tiempo de vuelo frontal es capaz de escanear el rostro en tres dimensiones leyendo cientos de miles de puntos de profundidad en un solo disparo, lo que permite compararlo con un patrón almacenado con mucha mayor seguridad que con una simple foto en 2D.
Esto hace que el reconocimiento facial sea más rápido y difícil de engañar con fotografías, vídeos u otros sistemas de suplantación básicos. Marcas como Vivo han hablado de sensores ToF capaces de leer hasta 300.000 puntos del rostro, ofreciendo un mapeo realmente detallado.
Además, al emplear infrarrojos, el sistema funciona bien en entornos oscuros, lo que supone una ventaja clara frente a métodos que dependen de la luz visible. Muchos móviles modernos con ToF frontal pueden desbloquearse de noche o en habitaciones poco iluminadas sin necesidad de iluminar al usuario con una pantalla muy brillante.
Algunos fabricantes incluso han ido un paso más allá. El LG G8 ThinQ, por ejemplo, emplea el sensor ToF para leer el patrón de venas de la palma de la mano y usarlo como método de desbloqueo alternativo, sumando una capa distinta de biometría basada también en la profundidad y la respuesta del infrarrojo.
Control por gestos sin tocar la pantalla
Una de las funciones más llamativas de los móviles con ToF es el control por gestos en el aire. Gracias a la lectura de profundidad cercana, el smartphone puede detectar la posición de la mano del usuario, sus movimientos básicos y traducirlos en órdenes.
LG, por ejemplo, estrenó con el G8 ThinQ la función Air Motion, que permite responder llamadas, cambiar de canción, ajustar el volumen o lanzar apps con un simple gesto sobre la pantalla, sin llegar a tocar el cristal. El ToF frontal es el encargado de interpretar a qué distancia y en qué dirección se mueven los dedos y la palma.
Para que funcione hay que situar la mano a una distancia determinada del sensor, normalmente alrededor de 15-20 centímetros, y realizar movimientos concretos (girar, deslizar, acercar o alejar). De momento las acciones posibles son algo limitadas, pero sientan las bases de un control gestual más ambicioso para el futuro.
La idea de controlar el móvil sin tocarlo tiene muchas aplicaciones potenciales: desde utilizar el banco o el reproductor de música con las manos mojadas o sucias, hasta manejar el teléfono cuando está apoyado en un soporte sin tener que acercarse demasiado. Todo ello aprovechando la lectura precisa de la posición de la mano que proporciona el ToF.
Realidad aumentada, escaneo 3D y medición
El ToF también mejora notablemente la experiencia de realidad aumentada (AR). Al disponer de un mapa de profundidad fiable, el móvil puede “entender” mejor la geometría del entorno y colocar objetos virtuales con mayor estabilidad, evitando que floten de forma extraña o atraviesen paredes y mesas.
Marcas como Oppo u HONOR han enfatizado el papel del ToF en AR en modelos como el Oppo RX17 Pro o el HONOR View 20, mostrando juegos y aplicaciones donde el usuario interactúa con elementos virtuales que respetan la profundidad real de la estancia.
Otra aplicación práctica es la medición de distancias, superficies y volúmenes. Con la cámara ToF es posible crear apps que calculen, por ejemplo, la altura de una persona, el tamaño de una caja o la superficie de una pared con bastante precisión, simplemente apuntando con el móvil y dejándole hacer su trabajo.
En el ámbito del escaneo 3D, el ToF sirve como base para modelar objetos y escenas completas: el teléfono recorre visualmente el objeto desde varios ángulos y va uniendo los mapas de profundidad para obtener un modelo tridimensional que luego puede usarse en diseño, impresión 3D, videojuegos o arquitectura.
Más allá del móvil: otros usos de las cámaras ToF
Aunque en este artículo nos centramos en los smartphones, la tecnología ToF va mucho más allá y ya se está utilizando de forma extensiva en otros sectores, beneficiándose de las mismas virtudes de precisión, tiempo real y coste razonable.
En robótica industrial, por ejemplo, los mapas de profundidad 3D en tiempo real permiten a los robots entender su entorno, localizar piezas, evitar choques y colaborar con humanos. Un robot con cámara ToF puede reconocer mejor objetos y su posición, agarrarlos con precisión y colocarlos donde toca.
En modelado 3D y realidad virtual, las cámaras ToF se usan para capturar espacios y generar reconstrucciones realistas que luego se exploran con gafas VR o se integran en aplicaciones profesionales, desde la fabricación hasta la construcción.
También hay aplicaciones domóticas y de seguridad, como cámaras capaces de detectar presencia y movimientos en 3D, puertas inteligentes que reconocen a las personas por su rostro con profundidad, o sistemas interactivos que responden a gestos en el aire en televisores y pantallas públicas.
Al final, el móvil actúa como gran escaparate de la tecnología ToF, pero lo que vemos en nuestros bolsillos es solo una parte de un ecosistema mucho más amplio en el que la detección de profundidad en tiempo real está ganando protagonismo año tras año.
La llegada de las cámaras ToF a los smartphones ha abierto un abanico enorme de posibilidades que va desde fotos con desenfoques más convincentes y vídeos mejor enfocados, hasta desbloqueo facial 3D más seguro, control por gestos y experiencias de realidad aumentada mucho más sólidas. A pesar de sus limitaciones de resolución y de los retos que plantea la luz ambiental o el espacio interno, todo apunta a que estos sensores seguirán expandiéndose e integrándose con mejores algoritmos, nuevos usos y combinaciones con otras tecnologías como el LiDAR, marcando un antes y un después en cómo el móvil “entiende” en tres dimensiones el mundo que le rodea.
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