¿Qué es el autoenfoque y por qué lo necesitamos?
Cuando tomes fotos de un objeto, tu cameraphone captará la luz que proviene de él. La cámara utiliza una lente convexa para enfocar la luz entrante en un sensor CMOS. El sensor digitaliza la luz y la convierte en una foto JPEG que se guarda en el smartphone.
En todas las cámaras digitales hay un objetivo y un sensor. El objetivo enfoca la luz entrante hacia el sensor de la cámara. El sensor crea entonces una fotografía digital a partir de la luz entrante.
En el mundo real, las cosas no son tan simples como en el diagrama anterior. El ángulo de los rayos de luz entrantes dependerá de la distancia al objeto fotografiado. En el siguiente diagrama, hemos mostrado una lente que está preparada para enfocar la luz de un objeto azul. Desgraciadamente, los objetos verdes y rojos no se enfocan en el sensor (aparecen borrosos en la foto final).
En este ejemplo, sólo se enfoca el rayo de luz azul. Si queremos enfocar los rayos verdes o rojos, tendremos que cambiar la distancia entre la lente y el sensor.
En los primeros tiempos de la tecnología de los cameraphone, la mayoría de los dispositivos tenían una lente de enfoque fijo. Debido a la lente de enfoque fijo, era imposible capturar imágenes totalmente nítidas. Esto significa que se perdía mucho detalle (era una de las razones por las que los cameraphones podían ser superados fácilmente por una cámara digital independiente).
Actualmente, la mayoría de los smartphones (excepto algunos dispositivos de nivel básico) tienen un enfoque ajustable en la cámara trasera. El objetivo se puede mover hacia adelante y hacia atrás para variar la distancia entre el objetivo y el sensor. Si se utiliza junto con la tecnología de autoenfoque, permite capturar imágenes más nítidas sin que el sensor salga borroso ni se pierdan detalles.
Actualmente existen tres métodos diferentes para realizar el autoenfoque en un smartphone:
- Enfoque automático por detección de contraste Utilizado en la mayoría de los smartphones.
- Enfoque automático por detección de fase
- Se utiliza en algunos dispositivos más recientes de gama alta, como el Galaxy S5, el Galaxy S6, el iPhone 6 y el iPhone 6 Plus.
- Enfoque automático por láser
- Se utiliza en el LG G3 y el LG G4.
En principio, un sistema de enfoque automático debe ser rápido y preciso. Debe saber rápidamente dónde colocar el objetivo para capturar una imagen enfocada y nítida. El sistema de autoenfoque ideal también debe funcionar sea cual sea el entorno y la iluminación (por ejemplo, en interiores o exteriores, en condiciones de luminosidad u oscuridad).
Enfoque automático por detección de contraste: El método estándar en la actualidad
Para determinar cuándo una imagen está enfocada, tu smartphone utiliza un algoritmo basado en la medición del contraste. Por lo general, el nivel de contraste será mayor en una imagen cuando el objeto esté enfocado (la imagen tiene un contorno nítido y los colores son más vivos). Si la imagen está desenfocada, los colores tienden a difuminarse. Esto significa que hay un menor nivel de contraste general.
La siguiente imagen ilustra cómo funciona el autoenfoque de detección de contraste:
En el autoenfoque de detección de contraste, su cameraphone moverá la lente hacia adelante y hacia atrás hasta encontrar el punto de máximo contraste. Esto será cuando la imagen esté enfocada.
Una de las principales desventajas al utilizar este método es que tu teléfono no sabe cuándo ha alcanzado el punto de máximo contraste. Por esta razón, siempre tendrá que pasar el punto focal antes de volver a una imagen más enfocada. A veces notará esto cuando tome fotos con su smartphone: la imagen se volverá más borrosa antes de volverse más clara.
Pros del enfoque automático por detección de contraste:
- No requiere ningún hardware adicional. Una de las principales ventajas del enfoque automático con detección de contraste es que no requiere ningún hardware adicional. Esto hace que sea un sistema bastante barato y fácil de implementar.
- En general, da resultados bastante buenos. A pesar de su lentitud, el autoenfoque por detección de contraste suele hacer un buen trabajo a la hora de enfocar la imagen.
Desventajas del autoenfoque por detección de contraste:
- Razonablemente lento. El enfoque automático por detección de contraste suele ser bastante lento: normalmente tarda alrededor de un segundo en enfocar la imagen. Durante este tiempo, es posible que se pierda la imagen que se quiere capturar (por ejemplo, en una escena de movimiento rápido).
- No siempre funciona en condiciones de poca luz. Como el enfoque automático por detección de contraste se basa en la medición del contraste de una imagen, a veces no funciona si hay poco contraste en la escena para empezar.
- No puede seguir objetos en movimiento. Si está tomando una foto de algo que se está moviendo, perderá el contraste a medida que se desenfoque. Por desgracia, el enfoque automático con detección de contraste no te dirá si el objeto se ha movido hacia delante o hacia atrás. Por tanto, tu teléfono tendrá que iniciar una nueva búsqueda para encontrar el nuevo punto de enfoque (esto no queda bien cuando se graba un vídeo).
Enfoque automático por detección de fase: Una alternativa más rápida y avanzada
El enfoque automático por detección de fase es un método más nuevo y avanzado para enfocar una imagen. Esta técnica es más habitual en las DSLR que en los smartphones o en las cámaras compactas. Recientemente, esta tecnología ha aparecido en los smartphones de gama alta de Apple y Samsung. La encontrarás en el Galaxy S5, el Galaxy S6, el iPhone 6 y el iPhone 6 Plus. En el iPhone, la tecnología se conoce como ‘Focus Pixels’.
Con el enfoque automático por detección de fase, tu cámara analiza la luz cuando pasa por el objetivo. Compara la luz de dos aperturas en lados opuestos del objetivo. Si la imagen está bien enfocada, los dos rayos de luz darán un perfil de intensidad superpuesto. Si la imagen no está enfocada, el sistema puede determinar exactamente cuánto hay que ajustar el enfoque. De este modo, es capaz de enfocar la imagen sin el largo vaivén de la detección de contraste.
Según Samsung, el Galaxy S5 puede enfocar una imagen en sólo 0,3 segundos utilizando el autoenfoque por detección de fase.
Con el autoenfoque por detección de fase, es posible ver cuándo la imagen está enfocada. Y lo que es más importante, cuando la imagen está desenfocada, una comparación de los perfiles de intensidad de la luz le indicará cuánto habrá que ajustar el enfoque.
Pros del enfoque automático por detección de fase:
- Es rápido y preciso. Sólo tarda unos 0,3 segundos en enfocar una imagen con el enfoque automático por detección de fase. Esto es aproximadamente 3 veces más rápido que la detección de contraste. Con un enfoque automático más rápido, es mucho más rápido obtener las imágenes que desea. En las escenas de movimiento rápido (por ejemplo, en un partido deportivo), hay menos posibilidades de perder la imagen que quieres capturar
- Puedes hacer un autoenfoque continuo. Con el autoenfoque por detección de fase, es posible hacer un autoenfoque continuo. Un objeto en movimiento puede mantenerse siempre nítido y enfocado (especialmente importante cuando se está grabando un vídeo).
Desventajas del enfoque automático por detección de fase:
- Sigue funcionando mal en condiciones de poca luz. Al igual que la detección de contraste, el enfoque automático por detección de fase también funciona analizando la luz que entra en el objetivo. En condiciones de poca luz, a veces puede ser difícil analizar la imagen.
- Sólo está disponible en algunos smartphones de gama alta. En la actualidad, el enfoque automático por detección de fase sólo está disponible en los dispositivos de gama alta de Apple y Samsung.
Enfoque automático por láser: Autoenfoque activo
Mientras que Apple y Samsung han puesto sus esfuerzos detrás del autoenfoque por detección de fase, LG ha adoptado un enfoque totalmente diferente con el autoenfoque láser en el LG G3 y el LG G4.
Con el autoenfoque por detección de contraste y por detección de fase, se analiza la luz que entra en la cámara. En conjunto, los dos métodos se conocen como autoenfoque pasivo. En cambio, el autoenfoque láser es un sistema muy diferente. Se conoce como autoenfoque activo, ya que no depende de la luz entrante. En su lugar, el teléfono emite su propio haz de luz infrarroja hacia el objeto. Calcula el tiempo que tarda la luz en reflejarse y, a continuación, es capaz de calcular la distancia al objeto:
Distancia recorrida por el rayo láser = Velocidad de la luz * Tiempo para recibir el reflejo
Distancia al objeto = Distancia recorrida por el rayo láser / 2
Esencialmente utiliza el principio del RADAR. Una vez determinada la distancia al objeto, la lente se desplaza a la posición correspondiente. Según LG, el proceso completo sólo dura 0,276 segundos. Esto lo convierte en un método mucho más rápido que el enfoque automático por detección de contraste. También es ligeramente más rápido que la detección de fase.
Los LG G3 y LG G4 emiten un haz de luz infrarroja para medir la distancia a un objeto. Utiliza la información para enfocar rápidamente la cámara.
Pros del enfoque automático por láser:
– Es súper rápido. Según LG, sólo tarda 0,276 segundos en enfocar una imagen con el autoenfoque láser.
– Funciona en condiciones de poca luz. El autoenfoque láser no depende de la luz del objeto. En su lugar, emite su propio haz de luz a partir del cual se puede determinar la distancia al objeto. Por esta razón, el método funcionará en cualquier condición de iluminación (es particularmente beneficioso para la fotografía con poca luz).
Contra del autoenfoque láser:
– Sólo es efectivo hasta una determinada distancia. Si el objeto está muy lejos, es poco probable que reciba reflejos. Según LG, el autoenfoque láser funciona mejor cuando el objeto está a menos de 0,6 m. El rango total de efectividad es de unos 5m (más allá, el teléfono volverá a la detección por contraste).
– A veces puede confundirse con los reflejos. Por ejemplo, si intenta tomar fotos a través de una ventana, el rayo láser podría ser reflejado por la ventana. Esto dará una medición incorrecta de la distancia (la imagen se enfocará en la ventana y no en el objeto).
– Es caro y requiere hardware adicional. El autoenfoque láser sólo está disponible actualmente en los smartphones de gama alta de LG.
Así, puedes ver que no puedes forzar a tu hardware a hacer cosas para las que no está pensado. Hay ciertas aplicaciones que ayudan a mejorar el contraste y la detección de fase, pero la mayor parte de la capacidad de la cámara depende completamente del hardware.
Si nos guiamos por el caso, el Nexus 5 en KitKat tenía una cámara muy pobre, pero fue super actualizado en el lanzamiento de Lollipop y Marshmallow se ha convertido en algo muy limpio. Hay limitaciones para todo.