Fotografieren mit dem Smartphone - Raffinierte Rechentricks 2/2022

So ist die Bildqualität insgesamt niedriger als bei Digitalkameras, vor allem bei schlechtem Licht. Aufgrund der geringeren Fläche der Sensoren stehen weniger Bildinforma­tionen (Bildpunkte, Pixel) zur Verfügung. Weiters besitzen Handykameras in der Regel keinen analogen Zoom. Holt man das Motiv mit dem digitalen Zoom näher heran – meist durch das Spreizen der Finger auf dem Display –, wird nur noch ein Teil der vom Sensor eingefangenen Informationen genutzt, nämlich jene des Bildausschnitts. Ausgeglichen wird dies durch mehr oder weniger raffinierte Rechentricks – das heißt, die Software versucht, die fehlenden Bilddaten zu ersetzen.

Stellt man sich nun noch vor, dass man im Dunkeln zoomt, liegt es auf der Hand, dass die Ergebnisse meist nicht berauschend sind. Immer öfter kommt daher die sogenannte künstliche Intelligenz, kurz: KI (englisch: Artificial Intelligence – AI), ins Spiel. Die Kamera wählt automatisch jene Ein­stellungen, die das bestmögliche Ergebnis erwarten lassen.

Um die in Mobiltelefonen verbauten Kameras doch etwas flexibler und vielseitiger zu machen, greifen die Hersteller aber nicht nur auf ausgeklügelte Software zurück. Seit einiger Zeit lässt sich der Trend beobachten, immer mehr Objektive zu inte­grie­ren. Dual-Kameras sind fast schon die Regel. Mittlerweile gibt es viele Modelle mit drei, vier oder gar fünf Objektiven.

Zweckgebunden

Legen Sie besonderen Wert auf die Fotoqualität, sollten Sie beim Handykauf freilich genau hinschauen, denn die zusätzlichen Objektive können unterschiedlichen Zwecken dienen. Bei günstigen Modellen ist das zweite oft nur für den sogenannten Bokeh-­Effekt zuständig, der etwa bei Porträtfotos den Hintergrund mehr oder weniger kunstvoll verschwimmen lässt. Bei anderen ist es ein Tele-, Superweitwinkel-, Makro- oder Schwarz-Weiß-Objektiv.

Es ist also nicht ganz einfach, unter all den unterschiedlichen Konfigurationen das für den eigenen Anspruch richtige Modell zu finden. Für eine bessere Orientierung haben wir einige Beispiele zusammengestellt.

Teleobjektive

Einen digitalen Zoom hat fast jede Smartphonekamera. Das ist jedoch nur ein Notbehelf, da die Qualität von Zoomstufe zu Zoomstufe schlechter wird. Die Bildinformationen bleiben die gleichen, sie werden lediglich „hochgerechnet“. Bei einigen ­Modellen begegnen die Hersteller diesem Problem mit einem zusätzlichen Teleobjektiv mit optischem 2fach-Zoom. Damit lässt sich das Motiv fast ohne Qualitätsverlust näher heranholen.

Viele Zoomobjektive sind jedoch im Vergleich zur Hauptkamera eher lichtschwach. Deshalb funktioniert der optische Zoom dort nur bei guten Lichtverhältnissen. Ist das ­Motiv zu dunkel, wird automatisch der Digitalzoom aktiviert. In immer mehr Modellen, insbesondere in den höheren Preisklassen, werden zwei Teleobjektive eingebaut, mit denen man zwischen zwei Brennweiten hin- und herschalten kann.

Weitwinkel

Weitwinkelobjektive bieten die Möglichkeit, den Bildausschnitt zu erweitern. Das ist insbesondere bei Landschaftsaufnahmen hilfreich. Erreicht werden Erfassungswinkel zwischen 70 und 80 Grad, beim ­sogenannten Superweitwinkel sogar mehr als 120 Grad. Auch hier muss man häufig mit weniger Lichtstärke und geringerer Auflösung leben. Eine typische Konfigura­tion ist ein Weitwinkelobjektiv als Hauptkamera, das durch ein Superweitwinkel ­ergänzt wird.

Dazu ein Tipp: In bestimmten Situationen kann es sinnvoll sein, anstelle des Weit­winkelobjektivs das Superweitwinkel zu verwenden und dabei näher an das Motiv heranzugehen, um den Bildausschnitt anzupassen. Je nach Signalverarbeitung des verwendeten Modells kann die Aufnahme dann unter Umständen schärfer ausfallen.

Monochrom-Objektive

Andere Hersteller kombinieren die Hauptkamera stattdessen mit einem Monochrom- Objektiv. Der Hauptsensor ist dann für die Grundfarben Rot, Grün und Blau zuständig, der andere für Schwarz und Weiß. Die Informationen beider Sensoren werden zu einem Bild zusammengefügt, um detail- und kontrastreichere Aufnahmen zu ermöglichen.

Das Monochrom-Objektiv kann aber auch dazu dienen, die Tiefeninformationen des Motivs zu erfassen und den schon erwähnten Bokeh-Effekt zu erzeugen. Die KI des Smartphones kann auf diese Weise recht präzise die unterschiedlichen Bildebenen ermitteln und einzelne davon bei Bedarf künstlich unscharf stellen. Dieser Effekt, der auch „selektiver Fokus“ genannt wird, ist aber prinzipiell auch ohne zweite Kamera möglich und kann rein rechnerisch erzeugt werden.

Bei sogenannten „ToF“- oder „3D“-Kameras werden spezielle Infrarot-Bildsensoren in das Kamerasystem integriert. Der Name „Time of Flight“ (im Deutschen „Laufzeitverfahren“ genannt) kommt daher, dass solche Systeme die Zeit messen, die ein Lichtpuls benötigt, um vom Motiv reflektiert und an den Sensor zurückgeschickt zu werden. Die so ermittelten Daten geben Aufschluss über Entfernung und Ober­flächenbeschaffenheit von Objekten – ­sogar bei dunkler Umgebung. Damit ­lassen sich verschiedene Unschärfeeffekte erzielen und die Kameraeinstellungen können den erkannten Objekten entsprechend angepasst werden.

Die Technik kommt etwa für Augmented-Reality-­Anwendungen oder die 3D-Gesichts­erkennung (Face-ID) aktueller iPhones zum Einsatz. „AR“ ist die Abkürzung von „Augmented Reality“, was übersetzt etwa „erweiterte Realität“ bedeutet. Konkret heißt das: Über das Live-Kamera-Bild des Handys werden passend zur Umgebung grafische Elemente eingeblendet. Das können einfache Pfeile sein, Texte oder Animationen.

In der Werbung, aber auch im allgemeinen Sprachgebrauch, ist immer wieder von Linsen die Rede, wenn es eigentlich um Objektive geht. Richtig ist: Handykameras haben Objektive, die meist recht einfach aus einem Sensor und wenigen Linsen aufgebaut sind. Außerdem haben sie oft ganz spezifische Aufgaben (z.B. die Vermessung des umgebenden Raumes), sodass der Begriff Objektiv nicht immer angebracht zu sein scheint. Trotzdem sollte man im Dienst einer besseren begrifflichen Abgrenzung von Objektiven reden, die dann aus einer oder mehreren Linsen bestehen können.

Die meisten Smartphones arbeiten mit Festbrennweiten. Zoomobjektive, bei denen man die Brennweite manuell verändern kann, gibt es bisher allenfalls als Experiment. Stattdessen sind mehrere Festbrennweiten verbaut, die jeweils aus einem Sensor und einer oder mehreren Linsen bestehen. Jede Festbrennweite ermöglich einen anderen Bildausschnitt.

Die Informationen, die diese Objektive erfassen, können aber auch durch interne Algorithmen kombiniert und zu einem Bild zusammengesetzt werden. Durch das bei der Aufnahme erzeugte Mehr an Information sind auch die Gestaltungsmöglichkeiten größer. Die unterschiedlichen Festbrennweiten ermöglichen eine Art optischen Zoom, indem die Kamera beim Heranzoomen auf die nächste Festbrennweite wechselt und die Zwischenschritte von der Software errechnet werden.

Die Brennweite gibt den Abstand zwischen Linse und Brennpunkt an, also jenem Punkt, an dem das Licht auf den Sensor fällt und das Bild am schärfsten ist. Sie wird in Millimetern gemessen. Je nach Kamera sind große Brennweiten von 18, 50 oder gar mehreren Hundert Millimetern möglich.

Der Abstand der Linsen in einem Objektiv zum Sensor kann manuell variiert werden, wodurch sich die Brennweite verändern und das Motiv näher heranholen lässt. Durch diesen optischen Zoom wird der Blickwinkel automatisch kleiner, die Motive werden gestaucht. Genau das geht mit Smartphonekameras nicht so ohne Weiteres, und zwar aufgrund ihrer kompakten Bauweise. Diese ermöglicht allenfalls einen Abstand von einem Millimeter zwischen Linse und Sensor.

Smartphonekameras haben daher typischerweise kleine Brennweiten. Daraus ergibt sich einerseits ein großer Blickwinkel und andererseits eine größere Schärfentiefe als bei herkömmlichen Digitalkameras. Unter Schärfentiefe (auch: Tiefenschärfe) versteht man jenen Raum hinter dem Motiv, der ebenfalls noch scharf abgebildet wird.