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Smartphones: Einäuglein, Zweiäuglein und Dreiäuglein

Nein, hier geht es nicht um das gleichnamige, von den Brüdern Grimm aufgezeichnete Märchen, sondern um die Evolution der Smartphones: Nachdem duale Kameramodule schon fast Standard sind, kommen nun Modelle mit drei Objektiven und Sensoren. Was kann man damit anfangen?

Smartphones: Einäuglein, Zweiäuglein und Dreiäuglein
Das Huawei P20 Pro kombiniert Bilder einer 40-MP-Farbkamera, einer monochromen 20-MP-Kamera und einer 8-MP-Kamera mit Zoom-Objektiv.

Der Platz in den immer flacheren Smartphones ist beschränkt. So sehr, dass die Hersteller nicht einmal mehr Schrauben unterbringen können und die Komponenten lieber verkleben. Daher können die integrierten Kameramodule nicht größer werden. In der Fotografie gilt allerdings die Regel, dass mehr Bildqualität nur mit einer größeren Objektivöffnung zu haben ist, die mehr Licht auf den Sensor bringt. Stattdessen geht der Trend bei dem Smartphones dahin, nicht größere, sondern mehr Kameramodule zu verbauen.

Wenn ein einziges, miniaturisiertes Kameramodul nicht die gewünschte Bildqualität liefert und für eine größere Kamera kein Platz ist, dann kann man den Output von zwei oder mehr Modulen zu einem qualitativ besseren Bild verrechnen. Diesen Weg gehen mittlerweile fast alle Hersteller von Smartphones: Von 2015 bis zum Sommer 2017 ist der Anteil verkaufter Smartphones mit dualen Kamera­modulen von 0 auf 25 % gestiegen. Dabei werden allerdings ganz unterschiedliche Ansätze verfolgt.


Multi-Linsen-Konzepte für Smartphones


Huawei hat gemeinsam mit Leica Handys entwickelt, deren Kamera einen Farbsensor mit Farbfiltern im Bayer-Muster und einen Schwarzweißsensor kombiniert – beim neuen P20 Pro ist es eine 40-MP-Kamera mit RGB-Sensor und eine 20-MP-Schwarzweißkamera. Durch den Wegfall der Farbfilter ist der Schwarzweiß­sensor etwas mehr als eine Blendenstufe em­pfind­licher, und da bei diesem Sensor keine Interpolation zwischen benachbarten Pixeln nötig ist, löst er auch besser auf. Die Verrechnung der Bilder beider Sensoren erzeugt daher ein sowohl rauschärmeres als auch detailreicheres Bild.

Andere Hersteller wie beispielsweise Apple haben ein zweites Kameramodul genutzt, um mit zwei verschiedenen Brennweiten arbeiten zu können. Neben dem für Smartphones typischen Weitwinkelmodul gibt es ein Telemodul, dessen Brennweite allerdings eher einer Normalbrennweite entspricht. Damit lässt sich zunächst einmal ein Digitalzoom ohne nennenswerten Auflösungsverlust realisieren. Bei einem herkömmlichen Digitalzoom wird das vom Sensor gelieferte Bild lediglich hochskaliert, wodurch aber keine feineren Details aufgelöst werden und das Bild mit zunehmendem Zoomfaktor unschärfer erscheint. Bei einer dualen Kamera mit einem zweitem Modul längerer Brennweite liefert das Telemodul ein hochaufgelöstes Bild. Die dualen Kameramodule von Corephotonics können nicht nur zwischen den beiden Brennweiten umschalten, sondern beide Bilder für eine verbesserte Auflösung kombinieren: Je weiter man zoomt, desto größer wird der Ausschnitt, in dem das Telemodul für eine hohe Auflösung sorgt, bis die Brennweite des Telemoduls erreicht ist und nur noch dieses das Bild liefert. Das Huawei P20 Pro kombiniert beide Ansätze, indem es den beiden hochauflösenden Kameramodulen noch ein Tele-Modul mit geringerer Auflösung (8 MP) hinzufügt. Aus der Verrechnung der Weitwinkel- und Teleaufnahmen und einem Digitalzoom macht das Smartphone ein insgesamt 5-faches Hybrid-Zoom.


Simuliertes Bokeh bei Smartphones


Da die beiden Module einer dualen Kamera neben- oder untereinander liegen, gibt es zwischen ihnen eine Parallaxe. Die daraus resultierende Verschiebung der Objekte in den Bildern beider Kameras lässt sich nutzen, um die Entfernung einzelner Bildteile zu bestimmen. Je stärker die Verschiebung, desto näher befindet sich das Objekt. Die so gewonnene Tiefeninformation erweist sich als nützlich, wenn ein fokussiertes Motiv vor einem unscharfen Hintergrund freigestellt werden soll. Beide Kamera­module liefern auch im Hintergrund noch relativ scharfe Bilder. Durch eine tiefenabhängige Weichzeichnung entsteht ein realistischer Unschärfeverlauf.

Mehr über den Nutzen multipler Kameramodule in Smartphones und der Light L16 mit 16 Kameramodulen können Sie in meinem Artikel „Ein starkes Team“ in der neuen DOCMA 82 lesen:

Smartphones: Einäuglein, Zweiäuglein und Dreiäuglein

Michael J. Hußmann
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Michael J. Hußmann

Michael J. Hußmann gilt als führender Experte für die Technik von Kameras und Objektiven im deutschsprachigen Raum. Er hat Informatik und Linguistik studiert und für einige Jahre als Wissenschaftler im Bereich der Künstlichen Intelligenz gearbeitet.

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