Así funciona el efecto bokeh en un smartphone

Sobre el enfoque y el desenfoque en las cámaras

Antes que nada me gustaría aclarar el concepto de enfoque y desenfoque, y para ello consideraremos un objetivo muy simplificado de una sola lente. Cuanto mayor sea el diámetro de esta lente, más rápido desviarán los rayos de luz su trayectoria como muestra el gráfico siguiente. Los objetos fuera del foco ya no se mostrarán en forma de puntos, sino como círculos cada vez más grandes, cuanto mayor sea el diámetro de la lente. Cuando estos círculos que llegan al sensor son más grandes que un solo píxel la correspondiente zona de la imagen deja de verse con nitidez.

Además del diámetro de la lente, la distancia focal del objetivo juega un papel importante. Cuanto mayor sea la distancia focal, más selectivo es el foco. La cifra de 24 o 26 mm, por ejemplo, que conocéis de las hojas de características de los smartphones, no es la distancia focal real de los objetivos. Lo que realmente se está especificando es la denominada distancia focal equivalente. Esta describe la distancia focal que debería tener un objetivo en una cámara con un sensor de imagen pequeño de 36 x 24 mm para tener el mismo ángulo de visión que la combinación objetivo-sensor del smartphone. Las distancias focales reales de los objetivos de gran angular de los smartphones suelen a estar en el rango de 4,0 a 4,5 milímetros. 

Teniendo en cuenta las minilentes y las pequeñísimas distancias focales queda claro que en los smartphones la profundidad de campo es siempre enorme. Y tampoco ayuda el hecho de que los smartphones (con sus diminutos píxeles) tengan círculos de desenfoque más pequeños que las cámaras réflex. Intencionadamente he dejado aparte un factor que influye en la profundidad de campo: la distancia al motivo. Cuanto menor sea, más selectiva es la profundidad de campo. Esto es algo que la mayoría de vosotros habréis notado al hacer macrofotos con el smartphone.

Mucha CPU en lugar de un gran objetivo

Sin embargo, lo que los smartphones ofrecen es una gran cantidad de capacidad de procesado, así como otras posibilidades físicas para imitar ciertos efectos mediante el procesamiento de las imágenes. Básicamente funciona siempre de la misma manera: la cámara es capaz de distinguir el primer plano y el fondo, para así desenfocar intencionadamente este último. Cuando más claramente se diferencien el motivo y el fondo, más conseguido está el efecto.

Algunas imperfecciones típicas que suelen producirse son las sutilezas tales como los pelos que sobresalen y se difuminan junto con el fondo. Y también la presencia de cristales supone un problema para las funciones Bokeh: en la mayoría de los casos, los cristales de las gafas de las personas retratadas se cuentan como parte del primer plano, y la parte del fondo que se ve a través de las gafas no se desenfoca como ocurriría en el caso de un efecto Bokeh puramente óptico.

Estos experimentos de los smartphones con la profundidad de campo no son algo nuevo. Ya el HTC One (M8) y varios dispositivos de Nokia con Windows Phone (descanse en paz) traían el efecto Bokeh a sus imágenes. Sin embargo, ni la calidad de imagen, ni la velocidad de procesamiento eran lo suficientemente buenas. En los últimos dos años es cuando realmente se ha producido un avance definitivo en este aspecto. 

A día de hoy encontramos en los smartphones actuales diversos métodos que se basan en técnicas muy similares a las que encontrábamos en los mencionados HTC One (M8) y en los dispositivos Nokia. A continuación nos centraremos en las diferencias y sus ventajas e inconvenientes. Exceptuando Sony, LG y HTC (sin contar el One M8) casi todos los principales fabricantes cuentan con dispositivos con función Bokeh. 

Cámara doble para conseguir el efecto Bokeh

Al igual que hizo el pionero en usar la doble cámara, el HTC One (M8), a día de hoy muchos smartphones cuentan con una pareja de cámaras para calcular un mapa de profundidad de la escena fotografiada. De forma similar a como hace el cerebro humano y los ojos, los smartphones aprovechan la separación que existe entre los dos objetivos. El software aplica entonces un desenfoque a la parte identificada como el fondo.

Mismas distancias focales

Las cámaras duales de Huawei, Honor, Nokia y Motorola se basan en una pareja de sensores con las mismas distancias focales. De esta manera la función Bokeh está disponible para las fotografías de gran angular. En los modelos más económicos con cámaras dobles, como el Honor 7x, la segunda cámara solo dispone de 2 megapíxeles, por lo que su único propósito es generar un mapa de profundidad.

Los buques insignia, sin embargo, encuentran otra utilidad para la cámara: en el Huawei Mate 10 Pro el segundo sensor dispara imágenes de alta resolución en blanco y negro, para proporcionar a las imágenes RGB de la cámara principal una información adicional de la luminosidad. Esto mejora la calidad de la imagen cuando se utiliza el zoom digital. En el OnePlus 5T por su parte, la cámara secundaria sirve para dar soporte las escenas nocturnas.

Diferentes distancias focales

Otros modelos, entre ellos el Asus Zenfone 4, los iPhones o el OnePlus 5 cuentan con diferentes distancias focales en las dos lentes. De esta forma, en gran angular no está disponible la función Bokeh, ya que no se tiene disponible un segundo punto de vista para la generación del mapa de profundidad de toda la imagen. Pero esto sí que funciona a la inversa: un encuadre de la cámara de gran angular ayuda en la foto para generar el mapa de profundidad. 

Aunque en la práctica esta limitación tampoco debería suponer una tragedia. Para fotos de retratos, las distancias focales más altas del telemódulo proporcionan unos mejores resultados. Un caso especial aquí es el Galaxy Note 8: el sensor de gran angular ofrece un enfoque automático Dual Pixel, lo que permite efectos Bokeh sin una segunda cámara, al menos en teoría. Pero ahora enseguida tratamos esto en detalle.

Casos especiales

En ocasiones encontramos experimentos con sistemas de cámaras más complejos, en los que no se determina un mapa de profundidad en base a la separación entre los dos objetivos. La cámara frontal del iPhone X, por ejemplo, proyecta un patrón de puntos infrarrojos en el entorno de forma que no solo puede detectar la cara del usuario, sino también distinguirlo del entorno. Huawei está trabajando en un sistema muy similar. 

El Asus Zenfone AR o el Lenovo Phab 2 Pro van todavía un paso más allá, incorporando una cámara «Time of flight» por debajo de la cámara principal. En este caso escanean con un láser infrarrojo el entorno, lo que a su vez permite un mayor alcance. Sin embargo, esta tecnología impulsada por Google en el marco del proyecto Tango, no ha podido consolidarse hasta el momento. Ya os hemos hablado ampliamente en otros artículos sobre las cámaras ToF y el proyecto Tango.

Efectos Bokeh con un solo objetivo

Seguro que vosotros mismos ya habéis experimentado la sensación: si cerráis solo un ojo, vuestra percepción de la profundidad funciona de forma limitada. Entonces, ¿cómo consiguen los smartphones con una sola lente distinguir entre el primer plano y el fondo? 

Para los Windows Phones que hemos mencionado anteriormente existía una aplicación denominada Refocus, con la que los smartphones sencillamente hacían varias fotografías con diferentes puntos de enfoque, y el usuario, pulsando con el dedo podía seleccionar qué áreas debían verse enfocadas. Aunque funcionaba bastante bien, era muy lento y en la práctica estaba limitado. Hoy en día, tanto el hardware como el software han evolucionado y hacen que funcione sin hacer varios enfoques.

El Google Pixel 2 ofrece un efecto Bokeh con una sola lente. En este caso hay una característica del sensor de imagen IMX362 que ayuda, en concreto, el enfoque automático Dual Pixel. Este se basa en que cada píxel del sensor se divide en dos mitades. Al igual que ocurre con las cámaras duales, es posible generar dos imágenes ligeramente desplazadas. La implementación técnica es más compleja que con dos sensores individuales, ya que la separación no es del orden de centímetros, sino de la mitad del diámetro de la lente. La generación Pixel actual combina aquí toda una serie de fotos para el mapa de profundidad y emplea además el análisis de imagen asistido por inteligencia artificial.

Samsung utiliza, por ejemplo, en el Galaxy S8 y S8+ también un sensor de imagen con enfoque automático Dual Pixel (el Sony IMX333), pero ha prescindido hasta el momento de una auténtica función Bokeh. El enfoque selectivo solo funciona para macrofotos y sin que el usuario tenga influencia alguna. Aunque con la próxima actualización (Oreo) el dúo Samsung conseguirá un auténtico modo Bokeh. Otros dispositivos que cuentan con enfoque automático Dual Pixel como el HTC U11 o el Moto G5 Plus todavía no disponen de ninguna función Bokeh. Aunque podemos incluirla mediante actualización software.

Así es que hay una gran variedad de posibilidades, también con los sensores de imagen pequeños y los miniobjetivos de las cámaras de los smartphones para tomar fotografías con el fondo difuminado. ¿Cuál de estas soluciones querríais tener en vuestro próximo smartphone? ¡Discutamos sus ventajas e inconvenientes en los comentarios!